DE4025764A1 - Messelektrode - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Herstellen eines ständigen elektrischen Kontakts mit einem Gegenstand, vorzugsweise mit einem Halbleiterkörper, und insbesondere auf eine Meßelektrode für eine solche Vorrichtung, zur Durchfüh­ rung von elektrischen Messungen an Materialien, insbesondere an Halbleitern, und kann zur Kontrolle der Parameter von Materialien, beispielsweise bei der Herstellung von integrier­ ten Schaltungen, angewandt werden.

Bei der Herstellung von Mikroelektronikbauteilen führt die ständig angestrebte Erhöhung des Integrationsgrades der inte­ grierten Schaltungen da zu, daß die Arbeitsabläufe immer schwieriger werden und daß eine immer kompliziertere und folglich teurere Ausrüstung notwendig wird. Damit steigt der Bedarf an Kontrollverfahren und -vorrichtungen zum Aussortie­ ren fehlerhafter Erzeugnisse nach jedem Arbeitsgang bei der Herstellung dieser Erzeugnisse steil an.

Derzeit wird zur Ermittlung der Eigenschaften von Halblei­ termaterialien ein breites Spektrum physikalischer Verfahren, beispielsweise Verfahren der Röntgen-, Elektronen- und Zonen­ spektroskopie sowie der optischen Spektroskopie, und elektri­ scher Verfahren angewandt (Technologie von Schaltungen mit sehr hohem Integrationsgrad, Moskau, Vlg. Mir, 1986, Band 1, Seiten 247 bis 254, Band 2, Seiten 271 bis 327). In der Pro­ duktion können jedoch bei weitem nicht alle Verfahren ange­ wandt werden, da die zu diesem Zweck geeigneten Kontroll­ verfahren und -vorrichtungen einer ganzen Reihe von Anforde­ rungen gerecht werden müssen. Insbesondere dürfen sie die Er­ zeugnisse nicht angreifen und müssen zuverlässig und billig sein.

Daher wird in der Produktion nur eine begrenzte Anzahl an Kontrollverfahren und -vorrichtungen angewandt, darunter insbesondere auch solche Verfahren, die auf der Durchführung von elektrischen Messungen beruhen, wie beispielsweise das Viersondenverfahren zur Ermittlung des Oberflächenwiderstan­ des, das Volt-Farad-Verfahren zur Messung des Dotierungspro­ fils usw. (Technologie von Schaltungen mit sehr hohem Integra­ tionsgrad, Moskau, Vlg. Mir, 1986, Band 1, Seiten 247 bis 254). Da die Ergebnisse von elektrischen Messungen von der Kontaktfläche abhängen, ist die Größe dieser Fläche und deren Reproduzierbarkeit einer der Grundparameter, welche die Genau­ igkeit des einen oder anderen Verfahrens charakterisieren. Bei bekannten Vorrichtungen werden zum Herstellen eines elektri­ schen Kontakts mit einer Halbleiterplatte entweder Metall­ nadeln verwendet, die an den Halbleiter angedrückt werden, oder es werden metallische Kontaktflächen aufgedampft. Die Nadelkontakte beschädigen jedoch die Oberfläche des Halb­ leiters. Außerdem lassen sich einige Kennwerte von derartigen Kontakten, beispielsweise die Fläche, sowohl infolge der Nadelabnutzung als auch infolge einer bestimmten Oberflächen­ rauhigkeit des Halbleiters nicht genau berechnen. Das Auf­ dampfen von Kontakten benötigt wiederum sehr viel Zeit. Außer­ dem müssen diese Kontakte anschließend wieder entfernt werden.

Schließlich ist es bekannt, daß bei Verwendung von flüssigen Elektrolyten ebenfalls elektrische Kontakte mit Halbleitern hergestellt werden können (V.A. Myamlin, Ju.V. Pleskov /Elek­ trochemie von Halbleitern., Moskau, Vlg. Nauka, 1965). Der Hauptgrund, der gegen die Verwendung von flüssigen Elektroly­ ten in Kontrollvorrichtungen spricht, ist die Schwierigkeit, reproduzierbare Kontaktflächen mit vorgegebener Größe herzu­ stellen, weil der Elektrolyt auf der Oberfläche des Halblei­ ters auseinanderläuft. Dies hängt mit den mechanischen Eigen­ schaften des Halbleiters, beispielsweise mit der Benetzung seiner Oberfläche, sowie mit der niedrigen Oberflächenspannung zusammen.

Aus der US-A-37 94 912 ist eine Vorrichtung zum Herstellen eines nicht angreifenden ständigen elektrischen Kontakts mit einem Halbleiterkörper zur Durchführung von elektrischen Messungen mittels einer Elektrode bekannt, die mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit gefüllt ist und in elektri­ schem Kontakt mit dem Halbleiterkörper steht. Diese Vorrich­ tung besteht aus einem dielektrischen Block, auf dessen obere Fläche der zu kontrollierende Halbleiterkörper gelegt wird. In dem dielektrischen Block sind ein oder mehrere Kanäle ausge­ bildet, die in einer mit dem Halbleiterkörper in Kontakt zu bringenden Kontaktfläche münden. Diese die Funktion einer Elektrode ausübenden Kanäle sind mit einer elektrisch leiten­ den Flüssigkeit gefüllt, die unter Druck über die Mündungen der Kanäle auf den Kontaktabschnitt mit dem Halbleiterkörper gelangt. Als elektrisch leitende Flüssigkeit wird in dieser Vorrichtung Quecksilber verwendet. Obwohl eine Quecksilber­ sonde zuverlässig arbeitet und keine mechanischen Beschädigun­ gen auf der Oberfläche des Halbleiters verursacht, ist auch sie nicht frei von wesentlichen Nachteilen. Die Verwendung von Quecksilber ist nicht nur aus ökologischen Gründen uner­ wünscht, sondern führt auch zu einer unzulässigen Verschmut­ zung der Oberfläche des Halbleiterkörpers mit Quecksilber­ atomen.

Außerdem weist diese Vorrichtung den Nachteil auf, daß sie im allgemeinen, d. h. bei Verwendung einer beliebigen elektrisch leitenden Flüssigkeit, keinen elektrischen Kontakt mit dem Halbleiterkörper mit genau definierter Fläche herstellen kann. Unabdingbare Voraussetzung für die Betriebsfähigkeit dieser Vorrichtung ist nämlich ein Luftspalt zwischen dem Halbleiter­ körper und dem dielektrischen Block, auf den der Halbleiter­ körper gelegt wird. Durch diesen Spalt wird die Luft aus dem in dem dielektrischen Block ausgebildeten Kanal bei dessen Füllung mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit entfernt. Falls der Halbleiterkörper und der dielektrische Block dicht aneinander anliegen, d. h. falls kein Spalt zwischen ihnen vorgesehen ist, wird die Luft aus der Öffnung des dielektri­ schen Blocks nicht entfernt, sondern behindert das Eindringen der elektrisch leitenden Flüssigkeit in die Öffnung des di­ elektrischen Blocks zum Zwecke der Herstellung eines elek­ trischen Kontakts.

Das Vorhandensein eines Spalts zwischen dem dielektrischen Block und dem Halbleiterkörper ermöglicht jedoch nicht nur das Entfernen der Luft aus dem Kanal/der Elektrode durch diesen Spalt, sondern auch das Eindringen der elektrisch leitenden Flüssigkeit in diesen Spalt. Dabei wird das Eindringen der elektrisch leitenden Flüssigkeit in den Spalt dadurch geför­ dert, daß erstens die elektrisch leitende Flüssigkeit mit Hilfe eines Gases unter Druck in die Öffnung des dielektri­ schen Blocks gelangt und daß zweitens der Spalt selbst ein Kapillarröhrchen darstellt und beim Benetzen der Oberfläche des dielektrischen Blocks oder des Halbleiterkörpers mit der elektrisch leitenden Flüssigkeit diese Flüssigkeit wirksam in sich aufnimmt. Auf diese Weise zerfließt der Kontaktbereich und die Größe der Kontaktfläche ändert sich unkontrolliert. Nur wenn die elektrisch leitende Flüssigkeit die Oberfläche des dielektrischen Blocks oder des Halbleiterkörpers nicht benetzt und eine hohe Oberflächenspannung besitzt, wie es beispielsweise bei Quecksilber der Fall ist, besteht die Mög­ lichkeit, durch komplizierte Steuerung des Gasförderdrucks die vorgegebene Kontaktfläche aufrechtzuerhalten. Diese Schlußfol­ gerung wird auch dadurch bestätigt, daß die einzige elektrisch leitende Flüssigkeit, von der in dieser US-PS die Rede ist, gerade Quecksilber ist. Es ist jedoch anzumerken, daß in dem vorliegenden Fall eine beständige Kontaktfläche nur dann durch den Gasdruck aufrechterhalten werden kann, wenn die Größe der Oberflächenspannung der elektrisch leitenden Flüssigkeit unveränderlich ist. Dies erfordert wiederum eine Oberflächen­ reinheit der elektrisch leitenden Flüssigkeit, die auf den Bruchteil genau der einer monomolekularen Schicht entspricht, da schon Bruchteile von Fremdatomen (Fremdmolekülen) die Oberflächenspannung der elektrisch leitenden Flüssigkeit wesentlich verändern und zu einer unkontrollierbaren Änderung der Kontaktfläche führen können. Wenn also die elektrisch leitende Flüssigkeit beispielsweise die Oberfläche des Halb­ leiterkörpers benetzt (wie im Falle eines wäßrigen Elektroly­ ten und einer hydrophilen Siliziumplatte), dann ist es nicht möglich, Kontaktflächen mit vorgegebener Größe herzustellen. Daher kann diese Vorrichtung nicht in Geräten verwendet wer­ den, in denen zur Durchführung von elektrischen Messungen eine genau vorgegebene Kontaktfläche benötigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung der elektrischen Parameter eines Gegenstandes, vor­ zugsweise aus Halbleitermaterial, und insbesondere eine Meß­ elektrode für eine solche Vorrichtung zu schaffen, die einen Kontaktfleck der Elektrode mit der Oberfläche des zu kontrol­ lierenden Gegenstandes mit einer genau definierten Fläche gewährleistet und bei der kein äußerer Druck auf die elek­ trisch leitende Flüssigkeit ausgeübt werden muß, das heißt, ein selbsteinstellendes Kontrollsystem zu schaffen und auf die Verwendung von Quecksilber zu verzichten.

Diese Aufgabe wird gemäß Patentanspruch 1 dadurch gelöst, daß die Elektrode aus kapillarem Material besteht, dessen Kapilla­ ren an der Kontaktfläche der Elektrode münden, mit dem die Elektrode den Gegenstand berührt, wobei die Elektrode, zu­ mindest aber die Oberflächen der Kapillaren und die Kontakt­ fläche aus einem Material bestehen, das von der elektrisch leitenden Flüssigkeit, vorzugsweise einem Elektrolyten und wiederum vorzugsweise von Wasser benetzbar ist.

Durch die Ausbildung der Elektrode aus einem mit der elek­ trisch leitenden Flüssigkeit benetzbaren kapillaren Material ist es möglich, einen Kontaktbereich der elektrisch leitenden Flüssigkeit mit dem Halbleiterkörper mit genau definierter Fläche herzustellen. Dies wird dadurch erzielt, daß die elek­ trisch leitende Flüssigkeit in alle Kapillaren des Elektroden­ materials eindringt und dadurch gerade die Form annimmt, die die Elektrode hat. Das heißt, wenn die Form und die geometri­ schen Abmessungen der Elektrode, insbesondere die mit dem Halbleiterkörper in Kontakt stehende Stirnfläche der Elektrode vorgegeben werden, gelingt es, auch die Fläche des Kontaktbe­ reichs genau vorzugeben. Außerdem ist es durch die Ausbildung der Elektrode aus einem mit der elektrisch leitenden Flüssig­ keit benetzbaren kapillaren Material möglich, auf die Ver­ wendung von Druckgas zum Leiten der Flüssigkeit zu der Ober­ fläche des Halbleiterkörpers zu verzichten, da dies durch die Wirkung der Kapillarkräfte des Elektrodenmaterials gewähr­ leistet wird, die die elektrisch leitende Flüssigkeit direkt zu der mit dem Halbleiterkörper in Kontakt stehenden Stirn­ fläche der Elektrode leiten. Die positive Wirkung der Kapil­ larkräfte des Elektrodenmaterials zeigt sich auch noch darin, daß diese Kräfte ein Auseinanderlaufen der Flüssigkeit auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers sogar dann verhindern, wenn die Flüssigkeit die Oberfläche dieses Körpers benetzt. Wenn die benetzende Flüssigkeit auf der Oberfläche des Halbleiter­ körpers auseinanderzulaufen beginnt, dann führt ein Ausschei­ den der Flüssigkeit aus dem Raum der Elektrode gleichzeitig - zur Bildung von leeren Kapillaren an dem gegenüberliegenden Ende der Elektrode. Die Wirkung der Kapillarkräfte wird an diesem Ende der Elektrode entsprechend größer sein. Diese Kräfte gleichen die Benetzungskräfte der Flüssigkeit und des Halbleiterkörpers aus, wodurch die Flächenbeständigkeit des Kontaktflecks gewährleistet wird. Infolgedessen heben sich die Wirkungen dieser Kräfte gegenseitig auf und das Auseinander­ laufen kommt zum Stillstand. Zwischen dem Halbleiterkörper und der Elektrode wird infolgedessen praktisch ein Meniskus gebil­ det, dessen Größe durch den Aufbau der Elektrode und durch andere Parameter bestimmt wird. Diese Größe ist ein stabiler reproduzierbarer Kennwert. Eine aus kapillarem Material ausge­ bildete Elektrode ist somit eine selbsteinstellende Konstruk­ tion, auf die nicht zusätzlich von Außen eingewirkt werden muß, beispielsweise mit solchen Mitteln, wie Druckgas mit Feinregulierung des Drucks, und die es ermöglicht, einen Kontakt zwischen der elektrisch leitenden Flüssigkeit und dem Halbleiterkörper mit genau vorgegebener und reproduzierbarer Fläche herzustellen. Dies gilt nicht nur für eine elektrisch leitende Flüssigkeit und einen Halbleiterkörper, die sich gegenseitig nicht benetzen, sondern auch für eine elektrisch leitende Flüssigkeit, die den Halbleiterkörper benetzt.

Die Elektrode muß aus einem kapillaren Material ausgebildet sein, das gegenüber dem zu kontrollierenden Halbleitermaterial und gegenüber der elektrisch leitenden Flüssigkeit chemisch neutral ist, und muß, je nach ihrem Anwendungsbereich, einigen spezifischen Anforderungen gerecht werden. Wenn die Elektrode zum Beispiel in der Mikroelektronikindustrie verwendet wird, darf sie in die elektrisch leitende Flüssigkeit keine Ver­ bindungen oder beispielsweise derartige Elemente, wie Kupfer, Alkalimetallione, organische Verunreinigungen und dgl. ein­ bringen. Außerdem muß dieses Material mit der elektrisch leitenden Flüssigkeit benetzbar sein, die in der erfindungs­ gemäßen Elektrode verwendet wird. Andernfalls wird sich die Flüssigkeit in den Kapillaren nicht bewegen.

Bevorzugt ist die Meßelektrode zumindest an dem den Gegenstand kontaktierenden Ende aus einem porösen kapillaren Material ausgebildet, bei dem die einzelnen Kapillaren durch die offe­ nen Poren miteinander kommunizieren können, weil dadurch die Flüssigkeit gleichmäßig über die Kontaktfläche verteilt und somit die Betriebsfähigkeit der Vorrichtung verbessert wird. Wenn beispielsweise in eine Kapillare zufällig ein Gasbläschen eindringt, so kann es durch die offenen Poren zur Seiten­ fläche der Elektrode hin verdrängt werden. Andernfalls kann beim Eindringen eines Gasbläschens in eine Kapillare sowohl der elektrische Stromkreis als auch die Bewegung der elek­ trisch leitenden Flüssigkeit in den Kapillaren unterbrochen werden oder aber das Gasbläschen kann in den Kontaktbereich gelangen und einen Verzug der Kontaktfläche bewirken. Außerdem können aus einem porösen kapillaren Material Elektroden jeder beliebigen Form hergestellt werden.

Die Elektrode kann aus einem pulverförmigen Material, bei­ spielsweise aus gesintertem oder gepreßtem Pulver, aus Faser- oder Filzstoff, aus Schaumstoff oder aus einem Material mit durchbohrten Kapillaren und dgl. ausgebildet sein. Als Elek­ trodenmaterial wird Glas, Quarz, Fluorkunststoff, Nitrozel­ lulose oder Zellulose und dgl. verwendet.

Wird die Meßelektrode in einer Hülle oder Hülse angeordnet, die die Elektrode umschließt, dann kann ein Zusammenwirken der elektrisch leitenden Flüssigkeit insbesondere mit der Atmo­ sphäre ausgeschlossen werden. Dies ist beispielsweise erfor­ derlich, wenn verhindert werden soll, daß die elektrisch leitende Flüssigkeit an der Oberfläche der Elektrode verdampft und daß von außen Fremdstoffe in die elektrisch leitende Flüssigkeit eindringen, die später auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers gelangen könnten.

Die Hülse kann sowohl aus elektrisch leitenden als auch aus dielektrischen Materialien ausgebildet sein. Sie kann auch aus dielektrischem Material, das mit elektrisch leitendem Material beschichtet ist, oder aus elektrisch leitendem Material, das mit dielektrischem Material beschichtet ist, bestehen. Bevor­ zugt wird die Ausführungsform, bei der die Hülse aus elek­ trisch leitendem Material oder aus dielektrischem Material, das mit elektrisch leitendem Material beschichtet ist, be­ steht, da in diesem Fall der elektrische Kontakt der Außen­ leiter der Meßgeräte mit der elektrisch leitenden Flüssigkeit mittels der Hülse hergestellt werden kann. Und zwar werden die Außenleiter an das elektrisch leitende Material der Hülse angeschlossen, die wiederum in elektrischem Kontakt mit der elektrisch leitenden Flüssigkeit steht.

Das Material der Hülse muß gegenüber dem Material des Halblei­ terkörpers und gegenüber der elektrisch leitenden Flüssigkeit chemisch neutral sein. Das ist deshalb erforderlich, um sowohl die Lebensdauer der Vorrichtung zu verlängern als auch die Forderung zu erfüllen, einen Kontakt herzustellen, der nicht angreift und nicht verschmutzt.

Außerdem darf das Material der Hülse in die elektrisch leiten­ de Flüssigkeit keine Komponenten einbringen, die in dem jewei­ ligen Anwendungsbereich der Vorrichtung verboten sind. Solche Komponenten sind zum Beispiel in der Mikroelektronik Kupfer, Zonen von Alkali- und Schwermetallen und organische Verunrei­ nigungen.

Die Hülse kann sowohl aus einem steifen als auch aus einem flexiblen Material ausgebildet sein oder sie kann aus beiden Materialarten zusammengesetzt sein. Durch die Verwendung eines steifen Materials können die Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften der Elektrode verringert werden, da in diesem Fall die Form der Elektrode durch die Form der Hülse vorgege­ ben wird. Durch die Verwendung eines flexiblen Materials für die gesamte Hülse oder für deren Bestandteile kann wiederum ein flexibles Andrücken der Elektrode an den Halbleiterkörper erzielt werden.

Vorzugsweise steht die Elektrode im Bereich ihres Kontaktes mit dem Halbleiterkörper aus der Hülse vor. Hierdurch kann ein Kontakt der Hülse mit dem Halbleiterkörper verhindert werden, der zu einem Verziehen der Kontaktfläche und zu einer Ver­ schmutzung oder mechanischen Beschädigung der Oberfläche des Halbleiterkörpers führen könnte.

Bevorzugt wird eine aus verschiedenem kapillarem Material aufgebaute Elektrode, bei der der eine Teil beispielsweise aus porösem Material mit bestimmten mechanischen Eigenschaften besteht, während der andere Teil aus einem Material mit ande­ ren Eigenschaften ausgebildet ist. Zweckmäßig ist eine Aus­ führungsform, bei der der mit dem Halbleiterkörper unmittelbar in Kontakt stehende Teil der Elektrode aus einem elastischen Material und der andere Teil aus einem steifen Material ausge­ bildet ist. Dadurch kann sich das Material der Elektrode im Kontaktbereich der Topografie der Oberfläche des Halbleiter­ körpers anpassen.

Die Elektrode kann oben auf dem Halbleiterkörper angeordnet sein. Eine derartige Konfiguration kann durch die Betriebser­ fordernisse festgelegt werden, wenn zum Beispiel Messungen auf einer Siliziumplatte durchgeführt werden müssen, die an einer Poliermaschine angeklebt ist.

Die Meßvorrichtung, in der die erfindungsgemäße Meßelektrode verwendet wird, ist vorzugsweise so aufgebaut, daß die Elek­ trode(n) den Halbleiterkörper von unten berühren, da in diesem Fall die Reproduzierbarkeit der Kontaktfläche durch die posi­ tive Wirkung der Gravitationskräfte, die auch ein Ausein­ anderlaufen der Flüssigkeit auf der Oberfläche des Halbleiter­ körpers verhindern, höher ist.

Die Vorrichtung kann mehrere Elektroden aufweisen. Das ist deshalb vorteilhaft, weil häufig Messungen in mehreren Ab­ schnitten des Halbleiterkörpers durchgeführt werden müssen und es bequemer ist, hierzu mehrere Elektroden zu verwenden. Wird nur eine Elektrode verwendet, dann muß in der Vorrichtung ein Zusatzelement zum Verschieben der Elektrode oder der Platte vorgesehen sein.

Durch die Verwendung eines Blocks, in dem eine oder mehrere Elektroden geführt bzw. angeordnet sind, kann eine Elektrode in Bezug auf den Halbleiterkörper bzw. können mehrere Elektroden in bezug aufeinander an der gewünschten Stelle angeordnet werden. Besonders dann, wenn mehrere Elektroden verwendet werden, muß die Vorrichtung den gleichzeitigen Kontakt aller Elektroden mit dem Halbleiterkörper gewährleisten.

Der Block ist vorzugsweise aus einem dielektrischen Material ausgebildet, um bei Verwendung von mehreren Elektroden eine elektrische Isolation zwischen ihnen zu gewährleisten. Ein elektrisch leitendes Material kann zur Ausbildung eines Blocks beispielsweise dann verwendet werden, wenn nur eine Elektrode vorgesehen ist.

Bevorzugt wird eine Ausführungsform, bei der die Vorrichtung mit einem Element versehen ist, das aus einem flexiblen fe­ dernden Material ausgebildet ist und das die Elektrode(n) an den Halbleiterkörper andrückt. Das ist erforderlich, um bei Verwendung von mehreren Elektroden alle Elektroden gleichzei­ tig an den Halbleiterkörper anzudrücken. Dieses Element kann insbesondere ein Bestandteil der Hülse sein. Außerdem kann durch das federnde Andrücken die Druckkraft der Elektrode an den Halbleiterkörper eingestellt werden.

Die Vorrichtung ist mit einem Behälter versehen, in dem sich die elektrisch leitende Flüssigkeit befindet, die in die Elektrode eingespeist wird, wobei die Elektrode mit der elek­ trisch leitenden Flüssigkeit in dem Behälter in Kontakt steht. Das ist dann erforderlich, wenn die Elektrode mehrmals mit dem Halbleiterkörper in Kontakt gebracht wird, da nach jedem derartigen Inkontaktbringen ein Teil der elektrisch leitenden Flüssigkeit auf dem Halbleiterkörper zurückbleiben kann, wodurch sich die Menge der in der Elektrode befindlichen Flüssigkeit ändert. Die Speisung der Elektrode mit der elek­ trisch leitenden Flüssigkeit aus dem Behälter erfolgt automa­ tisch unter der Wirkung der Kapillarkräfte in dem porösen Material der Elektrode. Gegebenenfalls muß die Elektrode während der Messung aus dem Behälter herausgehoben werden, um bei Verwendung einer den Halbleiterkörper benetzenden Flüssig­ keit eine dauernde Nachspeisung der Flüssigkeit zu verhindern.

Bei Verwendung von mehreren Elektroden kann entweder jede Elektrode aus einem individuellen Behälter versorgt werden oder alle Elektroden werden aus einem gemeinsamen Behälter gespeist. Im letzteren Fall ist es ebenfalls zweckmäßig, den Kontakt der Elektroden mit dem Behälter während der Messungen zu unterbrechen, um die Elektroden gegenseitig elektrisch zu isolieren und um die Reproduzierbarkeit der Kontaktfläche zu verbessern.

Bei Verwendung von mehreren Elektroden werden die mit dem Halbleiterkörper in Kontakt stehenden Stirnflächen der Elek­ troden gleichgroß ausgebildet, um die Auswertung der Ergeb­ nisse der elektrischen Messungen zu vereinfachen. Diese Aus­ bildung wird auch für das Studium der statistischen Meßgrößen­ kennlinien benötigt, zu deren Erzeugung gleichgroße Elektro­ denflächen erforderlich sind.

Die mit dem Halbleiterkörper in Kontakt stehenden Stirnflächen der Elektroden werden gleichgroß ausgebildet, wenn zur Lösung der gestellten Aufgabe diejenigen Meßdaten, die proportional zur Kontaktfläche sind, und diejenigen Meßdaten, die nicht proportional zur Kontaktfläche sind, voneinander unterschieden werden müssen.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Meßelektrode und der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung anhand Zeichnungen erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Elektrode aus porösem kapillarem Material, die in Kontakt mit einem Halbleiterkörper steht;

Fig. 2 eine Elektrode, die von oben an den Halbleiterkörper geführt ist;

Fig. 3 eine Vorrichtung mit mehreren Elektroden, wobei sich alle Elektroden oberhalb (Fig. 3a), unterhalb (Fig. 3b) oder auf beiden Seiten (Fig. 3c) des Halb­ leiterkörpers befinden können;

Fig. 4 eine in einer Hülse eingeschlossene Elektrode;

Fig. 5 mehrere in Hülsen eingeschlossene Elektroden, die mit Hilfe eines Blocks befestigt sind;

Fig. 6 eine erste Ausführungsform der federnden Andrückung;

Fig. 7 eine zweite Ausführungsform der federnden Andrückung;

Fig. 8 eine Elektrode, die mit einem Behälter mit der elek­ trisch leitenden Flüssigkeit in Kontakt steht;

Fig. 9 eine aus zwei Teilen zusammengesetzte Elektrode;

Fig. 10 Elektroden mit gleichgroßen Stirnflächen;

Fig. 11 Elektroden mit unterschiedlich großen Stirnflächen;

Fig. 12 eine erste Ausführungsform des Anschlusses der Elek­ troden an ein Meßgerät;

Fig. 13 eine zweite Ausführungsform des Anschlusses der Elek­ troden an ein Meßgerät und

Fig. 14 eine Volt-Farad-Kennlinie, die mit Hilfe der erfin­ dungsgemäßen Elektrode gemessen wurde.

Fig. 1 zeigt eine Meßvorrichtung mit einer Meßelektrode 1 aus kapillarem Material, die von unten gegen die Oberfläche eines Halbleiterkörpers 2 gesetzt ist.

Das kapillare Material ist mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit benetzbar. In diesem Fall wird die elektrisch leitende Flüssigkeit unter der Wirkung der Kapillarkräfte von den Kapillaren der Elektrode 1 aufgenommen und füllt das Volumen der Elektrode 1 vollständig auf. Dadurch ist es mög­ lich, das flüssige Material (die elektrisch leitende Flüssig­ keit) durch Vorgabe der Form der Elektrode 1 in die gewünschte Form zu bringen. Im Kontaktbereich der Elektrode 1 mit dem Halbleiterkörper 2 ergibt sich ein elektrischer Kontakt zwi­ schen der elektrisch leitenden Flüssigkeit und dem Halbleiter­ körper 2. Dabei kann durch Vorgabe der Form und der Fläche des Kontaktbereichs der Elektrode 1 mit dem Halbleiterkörper 2 die gewünschte Form und Fläche des elektrischen Kontakts mit diesem Körper 2 erzielt werden.

Die Elektrode 1 kann oben auf dem Halbleiterkörper 2 angeord­ net sein (Fig. 2). Eine derartige Konfiguration kann aus betrieblichen Gründen erforderlich werden, wenn zum Beispiel Messungen auf einer Siliziumplatte durchgeführt werden müssen, die an eine Poliermaschine angeklebt ist. Die Elektrode 1 kann mit dem Halbleiterkörper 2 an einer Seite in Kontakt stehen. Bevorzugt wird jedoch die Ausführungsform, bei der die Elek­ trode 1 mit dem Halbleiterkörper 2 unten in Kontakt steht (Fig. 1), weil das Auseinanderlaufen der elektrisch leitenden Flüssigkeit auf dem Körper 2 durch die positive Wirkung der Gravitationskräfte im geringeren Umfang erfolgt, da die Gravi­ tationskräfte ebenso, wie die Kapillarkräfte an dem gegenüber­ liegenden Ende der Elektrode den das Auseinanderlaufen der Flüssigkeit bewirkenden Kräften entgegenwirken.

Zur Lösung konkreter Aufgaben weist die Vorrichtung, mehrere Elektroden 1 auf (Fig. 3). So werden zum Beispiel bei einer Kontrolle der Parameter von Siliziumplatten Messungen norma­ lerweise in fünf, neun, siebzehn oder noch mehr Abschnitten durchgeführt. Außerdem sind Verfahren bekannt, die eine größe­ re Anzahl an Kontakten benötigen. So sind zum Beispiel zur Messung des Schichtwiderstandes nach dem Viersondenverfahren vier Kontakte erforderlich. Zwar können auch mit einer Elek­ trode 1 Messungen in mehreren Flächenabschnitten des Körpers 2 durchgeführt werden. In diesem Fall muß die Elektrode 1 jedoch mit Hilfe einer zusätzlichen Verschiebeeinrichtung verschoben werden und außerdem erfordern diese Messungen wesentlich mehr Zeit.

Wenn die Vorrichtung nur eine Elektrode 1 aufweist, obwohl zur Durchführung irgendwelcher elektrischer Messungen mindestens zwei elektrische Kontakte vorhanden sein müssen, so bedeutet dies, daß die Vorrichtung noch ein anderes Kontaktelement, beispielsweise einen Nadelkontakt mit dem Halbleiterkörper 2 haben muß, der in Fig. 12 gezeigt ist. Einige Aufgaben können jedoch erfolgreich gelöst werden, wenn als Kontakte zwei Elektroden 1 verwendet werden. Wenn mehrere Elektroden 1 vorgesehen sind, dann können entweder alle Elektroden oberhalb (Fig. 3a) oder unterhalb (Fig. 3b) oder kann ein Teil der Elektroden oberhalb und ein Teil unterhalb (Fig. 3c) des Halbleiterkörpers 2 angeordnet sein. Die Elektroden können sich auch auf einer oder auf beiden Seiten dieses Körpers 2 befinden.

Zweckmäßigerweise wird in der Vorrichtung eine Hülse 3 ver­ wendet, die die Elektrode 1 umschließt (Fig. 4).

Die Hülse 3 kann sowohl aus einem steifen als auch aus einem flexiblen Material ausgebildet sein oder sie kann aus beiden Materialarten zusammengesetzt sein. Durch die Verwendung eines steifen Materials können die Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften der Elektrode 1 verringert werden, da in diesem Fall die Form der Elektrode 1 durch die Form der Hülse 3 vor­ gegeben wird. Durch die Verwendung eines flexiblen Materials für die gesamte Hülse 3 oder für deren Bestandteile kann wiederum ein flexibles Andrücken der Elektrode 1 an den Halb­ leiterkörper 2 erzielt werden.

Bevorzugt wird die Ausführungsform, bei der die Elektrode 1 im Bereich ihres Kontaktes mit dem Halbleiterkörper 2 aus der Hülse 3 vorsteht (Fig. 4), weil dadurch ein Kontakt der Hülse 3 mit dem Halbleiterkörper 2 verhindert werden kann.

Durch die Verwendung eines Blocks 4 (Fig. 5), in dem eine oder mehrere Elektroden 1 angeordnet sind, kann eine Elektrode 1 in bezug auf den Halbleiterkörper 2 bzw. können mehrere Elek­ troden 1 in bezug aufeinander an der gewünschten Stelle an­ geordnet werden. Besonders dann, wenn mehrere Elektroden 1 verwendet werden, muß die Vorrichtung den gleichzeitigen Kontakt aller Elektroden 1 mit dem Halbleiterkörper 2 gewähr­ leisten.

Der Block 4 ist vorzugsweise aus einem dielektrischen Material ausgebildet, um bei Verwendung von mehreren Elektroden 1 eine elektrische Isolation zwischen ihnen zu gewährleisten. Ein elektrisch leitendes Material kann zur Ausbildung eines Blocks 4 beispielsweise dann verwendet werden, wenn nur eine Elek­ trode 1 vorgesehen ist.

In Fig. 6 und Fig. 7 sind Ausführungsformen gezeigt, bei denen die Vorrichtung mit einem Element 5 versehen ist, das aus einem flexiblen federnden Material z. B. in Form einer Feder ausgebildet ist und die Elektrode 1 an den Halbleiterkörper 2 andrückt. Das ist erforderlich, um bei Verwendung von mehreren Elektroden 1 alle gleichzeitig anzudrücken. Dieses Element 5 kann insbesondere ein Bestandteil der Hülse 3 sein.

In Fig. 9 ist eine aus verschiedenen Materialien zusammen­ gesetzte Elektrode 1 gezeigt, d. h., ein Teil dieser Elektrode besteht beispielsweise aus porösem Material mit bestimmten mechanischen Eigenschaften, während der andere Teil aus einem Material mit anderen Eigenschaften ausgebildet ist. Zweckmäßig ist eine Ausführungsform, bei der der mit dem Halbleiterkörper 2 unmittelbar in Kontakt stehende Teil 7 aus einem elastischen Material und der andere Teil aus einem steifen Material ausge­ bildet ist. Dadurch kann sich das Material der Elektrode 1 im Kontaktbereich der Topografie der Oberfläche des Halbleiter­ körpers 2 anpassen.

In Fig. 8 ist eine Vorrichtung gezeigt, die mit einem Behälter 6 versehen ist, in dem sich die elektrisch leitende Flüssig­ keit befindet, die in die Elektrode 1 eingespeist wird. Dabei steht die Elektrode 1 mit der elektrisch leitenden Flüssigkeit in dem Behälter 6 in Kontakt. Das ist dann erforderlich, wenn die Elektrode 1 für mehrere Messungen verwendet wird, da nach jedem stattgefundenen Kontakt der Elektrode 1 mit dem Halblei­ terkörper 2 ein Teil der elektrisch leitenden Flüssigkeit auf dem Halbleiterkörper 2 zurückbleiben kann, was zu einer Ände­ rung der Flüssigkeitsmenge in der Elektrode 1 führt. Es ist zweckmäßig, den Kontakt der Elektrode 1 mit der elektrisch leitenden Flüssigkeit während der Messungen zu unterbrechen, da dadurch das Auftreten von Kapillarkräften gewährleistet wird, die ein Auseinanderlaufen der Flüssigkeit auf der Ober­ fläche des Halbleiterkörpers verhindern. Die Speisung der Elektrode 1 mit der elektrisch leitenden Flüssigkeit aus dem Behälter 6 erfolgt automatisch unter der Wirkung der erwähnten Kapillarkräfte in dem kapillaren Material der Elektrode 1.

Die Verbindung der Elektroden mit dem Behälter wird durch die Anordnung der Elektroden in bezug auf den Halbleiterkörper 2 gewährleistet. Die Elektroden können oberhalb, unterhalb oder seitlich angeordnet sein.

Bei Verwendung von mehreren Elektroden 1 kann entweder jede Elektrode 1 aus einem individuellen Behälter 6 versorgt werden oder alle Elektroden 1 werden aus einem gemeinsamen Behälter 6 gespeist. Im letzteren Fall ist es ebenfalls zweckmäßig, den Kontakt der Elektroden 1 mit dem Behälter 6 während der Mes­ sungen zu unterbrechen, um die Elektroden 1 gegenseitig elek­ trisch zu isolieren und um die Reproduzierbarkeit der Kontakt­ fläche zu verbessern.

Bei Verwendung von mehreren Elektroden 1 werden die mit dem Halbleiterkörper 2 in Kontakt stehenden Stirnflächen der Elek­ troden 1 gleich groß ausgebildet (Fig. 10), um die Auswertung der Ergebnisse der elektrischen Messungen zu vereinfachen. Diese Ausbildung wird auch für das Studium der statistischen Meßgrößenkennlinien benötigt, zu deren Erzeugung gleichgroße Elektrodenflächen erforderlich sind.

Die mit dem Halbleiterkörper in Kontakt stehenden Stirnflächen der Elektroden 1 werden gleichgroß ausgebildet (Fig. 11), wenn zur Lösung der gestellten Aufgabe diejenigen Meßdaten, die proportional zur Kontaktfläche sind, und diejenigen Meßdaten, die nicht proportional zur Kontaktfläche sind, voneinander unterschieden werden müssen.

Als elektrisch leitende Flüssigkeit können Elektrolytlösungen verwendet werden. Als Elektrolyte werden zweckmäßigerweise Verbindungen oder deren Lösungen verwendet, die keine Kom­ ponenten enthalten, welche den Halbleiterkörper bzw. das Material der Elektrode und der Hülle verschmutzen oder beschä­ digen können. Vorteilhaft ist beispielsweise die Verwendung von wäßrigen Lösungen von HF, NH₄OH usw. Die Wahl des Elek­ trolyten hängt von dem jeweiligen Anwendungsbereich der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung ab. Bevorzugt wird die Verwendung von Wasser, weil Wasser in der Mikroelektronikindustrie häufig verwendet und den ökologischen Anforderungen gerecht wird.

Der Anschluß der Vorrichtung an die Meßgeräte kann je nach der zu lösenden Aufgabe auf unterschiedliche Weise erfolgen. So ist es beispielsweise möglich, eine oder mehrere Elektroden 1 an den einen Leiter und die restlichen Elektroden 1 an den anderen Leiter eines Meßblocks 8 anzuschließen (Fig. 12). Die Elektroden 1 können an einen Leiter sowohl gleichzeitig (Fig. 13) als auch nacheinander angeschlossen werden. Ein gleichzeitiger Anschluß der Elektroden erfolgt beispielsweise dann, wenn die wirksame Kontaktfläche vergrößert werden soll, während ein Anschluß der Elektroden nacheinander dann erfolgt, wenn voneinander unabhängige Messungen in verschiedenen Flä­ chenabschnitten der Platte durchgeführt werden müssen.

In Fig. 14 sind die Ergebnisse der Messungen von Spannungs- Kapazitäts-Kennlinien an der Trenngrenze Silizium - elektrisch leitende Flüssigkeit gezeigt. Als elektrisch leitende Flüssig­ keit wurde Wasser verwendet. Der Kontakt zwischen der elek­ trisch leitenden Flüssigkeit und dem Silizium wurde mit Hilfe einer aus zwei Teilen zusammengesetzten Elektrode 1 herge­ stellt, wobei der unmittelbar mit dem Halbleiterkörper 2 in Kontakt stehende Teil aus einem hydrophilen porösen kapillaren Material und der andere Teil aus gesintertem Quarzpulver bestand. Die durchgeführten Versuche ergaben eine hohe Re­ produzierbarkeit (nicht schlechter als 1%) der Kontaktfläche der elektrisch leitenden Flüssigkeit mit dem Halbleiterkörper.

Claims (12)

1. Meßelektrode zum elektrischen Kontaktieren eines Gegen­ standes, insbesondere eines Halbleiterkörpers (2), die mit einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit füllbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (1) aus kapil­ larem Material besteht, dessen Kapillaren an der Kontaktfläche der Elektrode münden, mit der die Elektrode den Gegenstand berührt, wobei die Oberflächen der Kapillaren und die Kontakt­ fläche von der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit benetzbar sind.

2. Meßelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie zumindest an dem den Gegenstand kontaktierenden Ende aus offenporigem kapillarem Material besteht.

3. Meßelektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Elektrode (1) aus pulver­ förmigem, faserförmigem oder filzartigem Material oder aus Schaumstoff besteht.

4. Meßelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das von der elektrisch leitfähigen Flüs­ sigkeit benetzbare Material aus Glas, Quarz, Fluorkunststoff, Nitrozellulose oder Zellulose besteht.

5. Meßelektrode nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (1) in einer Hülse (3) angeordnet ist.

6. Meßelektrode nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hülse (3) aus elektrisch leitfähigem Material besteht.

7. Meßelektrode nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das elektrisch leitfähige Material der Hülse (3) auf der inneren und/oder äußeren Oberfläche mit einer Schicht aus einem Dielektrikum beschichtet ist.

8. Meßelektrode nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hülse aus dielektrischem Material besteht.

9. Meßelektrode nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das dielektrische Material der Hülse (3) auf der inneren und/oder äußeren Oberfläche mit elektrisch leitfähigem Material beschichtet ist.

10. Meßelektrode nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Elektrode (1) im Bereich der Kontakt­ fläche aus der Hülse (3) vorsteht.

11. Meßelektrode nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß sie aus verschiedenen kapillaren Materialien aufgebaut ist.

12. Meßelektrode nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitfä­ hige Flüssigkeit aus einem Elektrolyten, vorzugsweise Wasser, besteht.