DE2729249A1

DE2729249A1 - Festkoerper-feuchtigkeitsgrad-messer

Info

Publication number: DE2729249A1
Application number: DE19772729249
Authority: DE
Inventors: Paul Johannes Burkhardt; Michael Robert Poponiak
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1976-07-02
Filing date: 1977-06-29
Publication date: 1978-02-09
Also published as: FR2356932A1; US4057823A; GB1535902A; FR2356932B1; JPS535695A; US4144636A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung, wie sie dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu entnehmen ist.

Die Langzeitzuverlässigkeit bei integrierten Halbleiterschaltungen oder ganz allgemein bei Halbleiterchips ist vor allen Dingen eine Frage der Empfindlichkeit gegen Raumfeuchtigkeit. Andere Umgebungsbedingungen, insbesondere bei Auftreten von korresionsfördernden Gasen können ebenfalls zur Herabsetzung der Zuverlässigkeit und sogar zum Ausfall von Halbleiterchips beigetragen. Das Hauptproblem bezüglich der Betriebszuverlässigkeit bleibt jedoch der Einfluß von Raumfeuchtigkeit.Es sind deshalb Vorschläge gemacht worden, um Feuchtigkeitsgradfühler in ein verkapseltes, integriertes Halbleiterschaltungsmodul einzusetzen, jedoch hat sich bisher noch keine zufriedenstellende Lösung hierfür ergeben.

Andererseits ist jedoch bereits ein Feuchtigkeitsgradfühler bzw. -messer unter Anwenden einer Festkörperstruktur mit der US-Patentschrift 3 523 244 bekannt geworten, bei dem ein Aluminiumsubstrat an der Oberfläche oxidiert und in eine poröse Oxidschicht umgesetzt wird. Auf diese poröse Aluminiumoxidschicht, die mittels eines elektrolytischen Ätzprozesses i

hervorgerufen wird, wird dann eine elektrisch leitende Metallschicht aufgetragen. Kapazitäts- sowie Widerstandsänderungen, bedingt durch die in das poröse Aluminiumoxyd eindringende _j Feuchtigkeit, lassen entsprechende Feuchtigkeitsgradsänderungen erfassen und anzeigen. Die elektrische Messung jedoch j ist nicht empfindlich genug, um genaue Meßergebnisse des Feuchtigkeitsgrads bei relativ kleinen Änderungen zu erhalten, insbesondere, um die Zuverlässigkeit eines monolithisch integrierten Halbleiterschaltkreises vor Eintritt seines vollständigen Ausfalls anzeigen zu können. Ganz abgesehen davon, daß sich eine derartige Anordnung nur sehr schwer in eine

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Halbleiteranordnung integrieren läßt, tun so eine optimale Mikrominiatürausführung eines Feuchtigkeitsmessers bereitzustellen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, einen in ein Halbleiterchip integrierbaren Feuchtigkeitsgradmesser bereitzustellen, der bei größter Ansprechempfindlichkeit eine zuverlässige überwachung einer monolithisch integrierten Halbleiterschaltung bzw. eines Halbleiterbauelementes gestattet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, wie es dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 zu entnehmen ist.

Gemäß vorliegender Erfindung besteht der Feuchtigkeitsgradmesser aus einem Mikrominiaturbauelement, das hervorragend geeignet ist in einem Halbleiterchip eingebracht zu werden, um monolithisch integrierte Halbleiterschaltkreise zu überwachen bzw. als Teil einer monolithisch integrierten Halblei- , terschaltung selbst. Der erfindungsgemäße Feuchtigkeitsgradmesser ist sehr empfindlich, selbst bei kleinsten Änderungen der Umgebungsraumfeuchtigkeit.

Bei einem vorteilhaften Herstellungsverfahren wird ein Bereich ^; des Siliciumhalbleiterkörpers in eine Siliciumdloxydeinlage ; hoher Porosität umgewandelt. Auf der Oberfläche dieser porösen j Siliciumdioxydeinlage wird ein Gegenbelag, der elektrisch leitend ist, aufgebracht und zwar so, daß er nur teilweise die poröse Siliciumdioxydeinlage überdeckt. Die Porosität dieser iSiliciumdioxydeinlage ist so groß, daß die Umgebungsraumfeuch- ^! tigkeit schnell in das poröse Siliciumdioxyd unterhalb des jgenannten Gegenbelags eindringen kann. Bei diesem Vorgang wird die Feuchtigkeit im Siliciumdioxyd adsorbiert und verursacht so meßbare Änderungen im Feuchtigkeitsgradmesser.

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Der Gegenbelag läßt sich vorteilhafterweise so ausbilden, daß Kapazitätsänderungen und/oder Widerstandsänderungen Im porösen Siliciumdioxyd leicht erfaßbar sind.

Der Feuchtigkeitsgradmesser gemäß der Erfindung kann selbst Teil des Halbleiterchips sein, und wenn der Feuchtigkeitsgradmesser in einem integrierten Halbleiterschaltkreis selbst enthalten ist, dann erfolgt seine Herstellung im normalen Prozeß zur Herstellung der monolithisch integrierten Halbleiterschaltung. In diesem Fall sind die Abmessungen des Feuchtigkeitsgradsmessers gemäß der Erfindung sehr klein, so daß nur wenig Platz hierfür im Halbleiterchip beansprucht wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird anschließend in einer Beispielsbeschreibung anhand unten aufgeführter Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fign. 1 u. 2 Querschnittsausschnitte aus einer Halbleiter- ; scheibe nach einleitenden Verfahrensschritten

zur Erstellung der erfindungsgemäßen Anordnung;

Fign. 3 u. 4 Querschnittsausschnitte nach Verfahrensschrit-

_{ ten, die zur Fertigstellung der erfindungs

gemäßen Anordnung führen;

JFign. 3A u. 4A Querschnittsausschnitte, die gegenüber den

Anordnungen nach Fign. 3 und 4 Alternativlösungen zeigen;

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Fign. 5 bis 12 Querschnittsausschnitte zur Erläuterung von

Verfahrensschritten, die zu Feuchtigkeitsgradmessern innerhalb von monolithisch integrierten Halbleiterschaltungen führen;

Fign. 13 bis 16 Alternativlösungen zu den Verfahrensschritten

der Fign. 5 bis 12;

Fig. 17 eine graphische Darstellung, in der die Feuchtigkeit in Abhängigkeit vom Widerstand aufgetragen ist. !

In Fig. 1 ist ein monokristalliner Siliciumkörper 10 gezeigt, der z. B. P -leitend ist und eine <100>-Kristallorientierung ' besitzt. Mit Ausnahme des oberen Oberflächenbereichs ist dieser monokristalline Siliciumhalbleiterkörper mit einet für Fluorwasserstoffsäure undurchlässigen Schicht, bestehend z. B. aus Siliciumnitrid, geschützt, so daß nur die obere Oberfläche einem elektrolytischen Ätzverfahren unterworfen werden kann. Der Siliciumhalbleiterkörper wird also diesem elektrolytischen Ätzverfahren unterworfen, wobei der ungeschützte SlIiciumbereich in eine poröse Siliciumechicht 12 umgewandelt wird. In üblicher Weise kann dies durch elektrolytisches Ätzen der Struktur in einer wässrigen Fluorwasserstoffsäure unter gleichzeitigem Einwirken einer elektrischen Stromdichte

!erfolgen, um den gewünschten Grad der Porosität zu erhalten. Die Ätzlösung besteht vorzugsweise aus 10- bis 33 %-Fluorwas-

jserstoffsäure in Wasser. Die Stromdichte liegt vorzugsweise i 2

zwischen 0,1 bis 20 raA/cm . Nach dem elektrolytischen Ätzverfahreneschritt liegt der Grad der Porosität der porösen SiIiciumschicht 12 im Mittel zwischen 30 bis 80 %. Ein bevorzugter Wert für die Porosität liegt in der Größenordnung von 60 %. Ein Porositätswert, der größer ist als etwa 80 %, führt zu zur Zerbrechlichkeit neigenden porösen Schichten.

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Die in Fig. 1 gezeigte Struktur, bestehend aus dem monokristallinen Siliciumhalbleiterkörper 10, besitzt eine poröse SiIiciumoberflächenschicht 12, die einem Oxidationsverfahren unterworfen werden muß. Das Oxidieren läßt sich unter Anwenden eines thermischen Verfahrensschrittes durchführen, bei dem der Siliciumhalbleiterkörper mit der porösen Siliciumoberflächenschicht oxidierenden thermischen Umgebungsbedingungen bei einer Temperatur oberhalb von 500 ⁰C, vorzugsweise jedoch unterhalb 1200 ⁰C, ausgesetzt wird. Geeignete Oxidierungsumgebungsbedingungen sind in typischer Weise Sauerstoff, Dampf oder eine Kombination von beiden. Ein alternatives Oxidationsverfahren besteht in der Anwendung einer elektrolytischen Oxidation bei Raumtemperatur. Eine geeignete elektrolytische Oxidierung erfolgt mit Hilfe eines Elektrolyts, bestehend aus HNO, oder N-Methylacetamid. Die Stromdichte beträgt etwa 6 mA/cm . Nach Oxidation ergibt sich die in Fig. 2 gezeigte Struktur, bestehend aus einem monokristallinen Siliciumhalbleiterkörper 10, der mit einer porösen Siliciumdioxydschicht 14 überzogen ist. Die wirksame Porosität in dieser Siliciumdioxydschicht 14 liegt zwischen etwa 15 bis 40 %. Die optimale Porosität einer Siliciumdioxydschicht liegt bei etwa 30 bis 35 %. Ein zu dichter, poröser Film führt zu einem zu großen jHysteresiseffekt in Bezug auf Einfangen und Festhalten der !Feuchtigkeit in den Poren. Die Einmaligkeit der bei Anwendung !dieses Verfahrensschrittes gebildeten porösen Schicht liegt in der Konfiguration von vertikalen und horizontalen Poren, j die der kristallographischen Orientierung des <100>-Siliciums j folgen. Eine solche Struktur erleichtert den Feuchtigkeits- j austausch.

Die nächsten Verfahrensschritte zur Bildung eines Feuchtigkeitsgradmessers oder -fühlers sollen anhand der Fign. 3 und 3A er- | läutert werden. Zunächst ist ein geeigneter, metallischer Gegen belag mittels Vakuumniederschlag über eine entsprechende Maske«

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wie ζ. B. einer Metallmaske oder einer Photolackmaske, mittels üblicher photolithographischer Verfahren aufgebracht. Die Photolackmaske definiert ein relativ genaues Muster, da sie ja mit der Oberfläche eng verbunden ist, im Gegensatz zu einer Metallmaske, die lediglich auf der Oberfläche aufliegt. In Fig. 3 sind Gegenbeläge 16 auf der Oberfläche der porösen Siliciumdioxydschicht 14 gezeigt, die geeignet sind, Kapazitätsoder Widerstandsänderungen messen zu lassen. In Fig. 3Ά ist eine Alternative für die Form der metallischen Gegenbeläge gezeigt, nämlich solche bestehend aus zwei getrennten, kammartigen Belägen, deren Zähne ineinandergreifend in Form der Muster 18 und 20 auf der Oberfläche der porösen Siliciumdioxydschicht 14 aufgebracht sind. Eine derartige Belagstruktur führt zu einem schnelleren Ansprechen beim Messen und ist außerdem empfindlicher zur Erfassung von Kapazitäts- oder Widerstandsänderungen. Die verschiedensten Metalle lassen sich für diese Beläge verwenden. Beispiele derartiger Metalle, die für den vorliegenden Zweck brauchbar sind, sind Aluminium, Chrom und Platin. Die Feuchtigkeitsgradmesser werden aus den verarbeiteten Wafern herausgetrennt. Dieses Heraustrennen läßt sich mittels üblicher Verfahren durchführen, wie Anritzen und Brechen, Ultraschall-Schneiden, Anätzen und dergleichen. Die ^! herausgetrennten Chips werden in geeigneten Lösungen gesäubert und dann zu Moduln verarbeitet. ;

Fig. 4 und Fig. 4A zeigen je ein Modul zum Montieren des erfindungsgemäßen Feuchtigkeitsgradsmessers. Der Feuchtigkeitsgradmesser gemäß Fig. 3 befindet sich in einem Modul gemäß 'Fig. 4 und der Feuchtigkeitsgradmesser gemäß Fig. 3A ist Bestandteil des Moduls gemäß Fig. 4A. In jedem Fall ist der Feuchtigkeitsmesserchip auf dem Substrat 24 aufgelötet und die Drahtanschlüsse mit Hilfe üblicher Ultraschallverfahren angebracht. Eine Hülle 26 mit einer Anzahl Offnungen 28 ober-

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halb der porösen Slllclumdloxydschicht 14 1st mit dem Substrat 24 fest verbunden. Die Hülle 26 kann aus einem geeigneten Metall oder Plastikmaterial gebildet sein, da die hauptsächliche Funktion darin besteht, mechanische Schäden vom Halbleiterchip abzuhalten. Die Löcher 28 gestatten das Eindringen der Feuchtigkeit aus der Umgebung, so daß beim Auftreten von Feuchtigkeit diese unterhalb des metallischen Belags 16, im Fall der Fig. 4, und unterhalb der metallischen Beläge 18 und 20, im Fall der Fig. 4A, in der porösen Siliciumdioxydschicht 14 adsorbiert wird. Der Belag 16 weist einen Drahtanschluß auf, der durch das Substrat 24 hindurch geführt ist, wobei dieses selbst den Drahtanschluß 32 aufweist. Meßbare Änderungen in Kapazität oder Widerstand lassen sich über diese Kontaktdrähte unter Verwendung geeigneter Meßinstrumente erfassen.

Im Falle der Kapazitäts- oder Widerstandsmessung mit Hilfe der Anordnung nach Fig. 4A sind die elektrischen Drähte an die kammartigen Muster 34 und 36 angeschlossen, die sich durch das Substrat 24 hindurch nach außen erstrecken, wobei hier ebenfalls ein Drahtanschluß 38 am Substrat 24 liegt. Meßbare Kapazitäts- oder Widerstandsänderungen werden durch Anlegen eines geeigneten Meßinstruments über Kontaktdrähte 34 und 36 oder durch Kurzschluß von 34 und 36 unter Hinzunahme von 38 erfaßt.

In der Anordnung nach Fig. 5 ist ein SiIieiurasubstrat 40 mit einer mit öffnungen versehenen, geeigneten Schicht maskiert, um hierin eine N -Zone 42 und P -Zone 44 neben einer ausgedehnten P -Zone 46 einzubringen. Diese Maskenschicht wird entfernt und eine Epitaxieschicht 48 vom N-Leitfähigkeitstyp auf die Oberfläche des Substrats 40 aufgebracht. Während des Aufwachsens der Epitaxieschicht erfolgt eine Ausdiffusion aus den Diffusionszonen 42, 44, 46 in die Epitaxieschicht, wie es '

in Fig. 5 angedeutet ist.

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Eine Maskenschicht, bestehend aus Siliciumdioxyd 50, wird angebracht oder aufgewachsen, um hierin ein Muster zu ätzen, und zwar mit Hilfe üblicher Photolithographie- und Ätzverfahren, so daß ein Maskengitter entsteht, das die P -Zonen 44 und 46 im Substrat 40 überdeckt. Ein weiteres Maskenmuster wird oberhalb der Zone 42 aufgebracht, um schließlich die Basis-Emitterzone von der Kollektorzone zu trennen.

Eine übliche Diffusion oder Ionenimplantation führt zu einem Gitter von Zonen des P⁺-Leitfähigkeitstyps 54, 55, 56 und ; 58. Die Zonen 54 kontaktieren den oberen Bereich der Zone 44, ! um so P -Zonen zu schaffen, die jeweils die Gebiete umgeben, die bipolare Bauelemente enthalten. Die Zone 55 reicht zur N -Subkollektorzone 42 und trennt den Bereich, der für die Emitter-Basiszone vorgesehen ist, von der Kollektordurchreichzone. Die große Zone 56 kontaktiert die große P⁺-Zone 46, die für den Feuchtigkeitsgradmesser gedacht ist. Die Zone 58 kon- > taktiert eine Zone 44 in unmittelbarer Nachbarschaft des Feuch-; tigkeitsgradsmessers in Form eines P⁺-Pfeilers. Die Struktur gemäß Fig. 5 wird erneut oxidiert, so daß eine kontinuierliche i

Schicht 50 entsteht. Eine Siliciumnitridschicht 52 und eine j

pyrolytisch aufgebrachte Siliciumdioxydschicht 53 sind niedergeschlagen und mit öffnungen versehen, die bis zu den Diffusion)* schichten 54, 55 und 56 reichen. Die Schicht 53 wird mittels eines Wasserstofffluor-Elektrolytätzverfahrens abgetragen. Die eich ergebende Struktur wird dann einem elektrolytischen Ätz-IVerfahrensschritt, wie er im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben ist, ausgesetzt. Das Resultat ist die Umwandlung der Zonen j54, 44 in je eine poröse Siliciumzone 64, der Zone 55 in eine !poröse Siliciumzone 65 und der Zonen 46, 56 in eine poröse Silj[-jciumzone 66. Die sich ergebende Struktur ist dann in Fig. 6 gezeigt.

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Wie in Fig. 7 gezeigt, sind die porösen Siliciumzonen 64, 65 und 66 in einer geeigneten, oxidierenden Umgebung oxidiert, so daß sich poröse Siliciumdioxydbereiche 74, 75 und 76 ergeben. Die Oxidation selbst ist dem Vorgang, wie er im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben ist, ähnlich.

Verschiedene Arten von Halbleiterbauelementen sowohl aktive als auch passive, lassen sich durch eine Vielfalt von Halbleiterherstellungsverfahrensschritten in für sich isolierte Taschen, wie z. B. gebildet durch dielektrische Isolationsbereiche 74, einbringen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel, beginnend mit Fig. 8, ist ein Standardbipolartransistor in einer Tasche gebildet, die durch die poröse Oxidschicht 74 definiert ist. Eine öffnung, die sich durch die Siliciumdioxydschicht 50 und darunterliegende Siliciumnitridschicht 52 bis zu derjenigen Zone erstreckt, die für die Basis der bipolaren Vorrichtung vorgesehen ist, dient dazu, diese Basiszone 80 einzubringen. Erneute Oxidation mit Hilfe an sich bekannter Oxidationsverfahren wird durchgeführt, um die Oxidschicht 82 ' aufzubringen. Die Siliciumnitridschicht 84 und die Siliciumdioxydschicht 86 werden mit Hilfe chemischer Aufdampfverfahren über die gesamte Oberfläche aufgebracht, so daß sich die !struktur nach Fig. 8 ergibt.

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!öffnungen werden eingebracht, um die Emitter- und Kollektorkontaktdiffusionen zu bilden. Die Diffusion von N -Fremdatomen geschieht entweder durch Anwenden an sich bekannter Diffusionsverfahren oder durch Ionenimplantation, wobei gleichzeitig die Emitterzone 90 und die Kollektorkontaktzone 91 gebildet werden, öffnungen werden anschließend zur Bildung der Emitter-Basis-Kollektor- und Substratdurchreichzonen sowie zur Bildung des Feuchtigkeitsgradmessers, wie in Fig. 10 gezeigt, mit Hilfe geeigneter Photolithographie und Ätzverfahren eingebracht.

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Geeignete elektrische Kontakte werden dann an Emitter, Basis und Kollektor der bipolaren Vorrichtung und außerdem an die Substratdurchreichzone angebracht. Der Emitterkontakt 92, der Basiskontakt 93, der Kollektorkontakt 94 und die Substratdurchreichzone 99 liegen an der Metallisierung, die mittels geeigneter Niederschlagsverfahren, bestehend z. B. aus Aluminium, über die gesamte Oberfläche aufgebracht wird, um durch Anwenden von Standardphotolithographie- und Ätzverfahren die gewünschte Kontaktierung bereitzustellen. Die Metallisierung für den Kontaktanschluß des Feuchtigkeitsgradsmessers besteht, wie in Fig. 11 gezeigt, aus zwei getrennten, kammförmigen Belägen 95 und 96, deren Zähne ineinander greifen. In perspektivischer Ansicht ist diese Struktur in Fig. 12 gezeigt.

Die Ausführung gemäß den Fign. 13 bis 16 stellt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß den Fign. 5 bis 12 dar. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren 13 bis 16 wie die der Fign. 5 bis 12 zeigen auch gleiche Strukturen an. Der Prozeßverfahrensschritt, wie er in Fig. 5 als Resultat gezeigt ist, wird vor Erstellen der in Fig. 13 gezeigten Strukturen durchgeführt, mit der Ausnahme, daß die Zone 46 im Substrat 40 einen Teil der porösen Siliciumschicht des Feuchtigkeitsgradsmessers bildet und deshalb eine N⁺-Zone 100 im Fall der Fig. 13 bildet. Die ^! P -Diffusionszone 102 erstreckt sich nicht zur N -Zone, sondern¹ hält hiervon einen gewissen Abstand ein. Die anderen in den \ Fign. 5 bis 12 gezeigten Verfahrensschritten, die zu den mono-I lithisch integrierten Halbleiterschaltungen, wie z. B. den i bipolaren Schaltkreisen führen, sind hier nicht gezeigt, da sie für das Ausführungsbeispiel nach den Fign. 13 bis 16 die ,gleichen sind. Lediglich der Verfahrensschritt zur Erstellung der porösen Siliciumstruktur in Fig. 13, der anschließende 'Verfahrensschritt zur Bildung der porösen Siliciumdioxydstruk-

tür in Fig. 14 und die sich ergebenden Strukturen gemäß Fign.

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15 und 16 des Gesamtprozesses sind aufgeführt und dürften anhand der Zeichnungen selbsterklärend sein.

Folgendes Beispiel ist lediglich deshalb aufgeführt, um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern.

Ein P⁺-<iOO>-^tSiliciumwafer mit einem spezifischen Widerstand von 0,01 Ω-cm besitzt eine poröse Oberflächenschicht bis zu einer Tiefe von 2 1/2 ^un, welche durch elektrolytisches Ätzen bei einer Stromdichte von 10 mA/cm während einer Dauer von sieben Minuten erstellt ist. Lediglich die obere Oberfläche des Wafers ist dem elektrolytischen Ätzverfahren ausgesetzt. Der Elektrolyt besteht aus 0,5 % Fluorwasserstoffsäure in konzentrierter (37 %) Salzsäure. Die sich ergebende Schicht besitzt eine Porosität von 79 %. Die poröse Siliciumschicht wird unter Einwirken einer trockenen Sauerstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 1025 ⁰C während 20 Minuten oxidiert, so daß sich eine poröse Siliciumdioxydschicht mit einer Porosität von 39 % ergibt. Gegenbeläge mit einem Durchmesser von etwa 1,5 mm werden auf die poröse Siliciumdioxydschicht über übliche Kontaktmasken mittels Aluminiumverdampfung aufgebracht. Anschließend werden die Wafer zerteilt und zu einzelnen Bauelementen weiterverarbeitet. Abschließend werden die Anschlußdrähte an den geeigneten Stellen angebracht.

Die fertiggestellten Feuchtigkeitsgradmesser werden in die Abdeckhauben von Kammern montiert, die eine konstante Feuchtigkeit, herrührend von einer Schwefelsäure-Wasserlösung mit relativen Feuchtigkeiten zwischen 3,9 % bis 9O %, aufweisen. Die Schwefelsäurelösungen werden durch Mischen vorgegebener Beträge konzentrierter Schwefelsäure mit deionisiertem Wasser bereitet, indem man die Lösung sich auf Raumtemperatur abkühlen läßt. Dann wird die Schwere mit Hilfe eines Dichte-Hygro-

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meters gemessen. Tabellen relativer Feuchtigkeit und Schwere für Schwefelsäure-Wasserlösungen lassen sich Standardhandbüchern der Chemie und Physik entnehmen. Die Feuchtigkeitsgradmesser werden verschiedenen relativen Feuchtigkeiten für jeweils eine Periode von einigen Minuten unterworfen, um die Widerstände mit Hilfe handelsüblicher Meßgeräte zu erfassen. Die folgende Tabelle gibt die relative Feuchtigkeit in Abhängigkeit vom Widerstand in Ohm wieder. Fig. 17 stellt eine graphische Darstellung der relativen Feuchtigkeit in Abhängigkeit vom Widerstand (in Ohm χ 10 ) dar.

TABELLE O % 170 χ 10^ιυ (trockener N_o-Standard)

3,9 % 24 % 48 % 72 % 90 %

R in	Ω	X	10	10
170		X	10	10
140		X	10	10
58		X	10	10
22		X	10	10
1,	75	X	10	10
O,	1

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Anmelderin:

Böblingen, den 28. Juni 1977 bu-rs/som

International Business Machines Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin:

FI 975 048

Vertreter:

Bezeichnung!

Patentanwalt

Dipl.-Ing. Robert Busch 7030* Böblingen

FESTKÖRPER-FEUCHTIGKEITSGRADMESSER

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

* 1.) Festkörper-Feuchtigkeitsgrad-Messer, bei dem ein oxi-

dierter Oberflächenbereich durch Anwenden eines elektrolyt! sehen Ätzverfahrens in eine poröse Struktur verwandelt wird, die teilweise mit einer Metallschicht als Gegenbelag überdeckt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Siliciummonokristall als Teil einer Halbleiterstruktur in seinem Oberflächenbereich eine poröse SiIiciumdioxydschichteinlage mit darauf angeordnetem elektrisch leitenden Gegenbelag trägt.

Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein metallischer Gegenbelag derart ausgebildet ist, daß Kapazitätsänderungen in Abhängigkeit vom Feuchtigkeitsgrad im Dielektrikum meßbar sind.

Anordnung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Gegenbelag aus zwei Teilen; besteht, die, jeweils kammartig ausgebildet, mit ihren ; Zähnen ineinandergreifend auf der Oberfläche des porösen Siliciumdioxydbereichs aufgebracht sind. '

Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn- ; zeichnet, daß die Porosität der porösen SiIieiumdioxydein lage zwischen 15 und 40 % liegt.

Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Gegenbelag aus Aluminium besteht.

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ORIGINAL INSPECTED

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6. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der monokristalline Siliciumhalbleiter Teil eines monolithisch integrierten Halbleiterschaltungssubstrats ist.

7. Anordnung nach den Ansprüchen 1,3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Gegenelektrode zur Erfassung von Widerstandsänderungen im porösen Dielektrikum ausgebildet ist.

8. Verfahren zur Herstellung einer Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im monokristallinen Halbleiter eine poröse Siliciumeinlage gebildet wird, die an ihrer Oberfläche zur Bildung einer porösen Siliciumdioxydschicht oxidiert wird und daß anschließend auf einen Teil der so gebildeten porösen Siliciumdioxydeinlage der metallische Gegenbelag niedergeschlagen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Siliciumdioxydeinlage durch Anwenden einer 10- bis 33prozentigen Fluorwasserstoffsäure unter Wirkung eines elektrischen Stromes zwischen 0,1 bis

2 20 mA/cm im monokristallinen Silicium gebildet wird.

j 10. Verfahren nach Anspruch 8 und/oder 9, dadurch gekenn zeichnet, daß die poröse Siliciumdioxydeinlage durch thermische Oxidation des porösen SiIieiums bei einer Temperatur oberhalb 500 °C gebildet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Siliciumdioxydeinlage durch elektrolytisches Ätzen gebildet wird. I

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12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Siliciumdioxydeinlage unter Anwenden von etwa 0,5 bis 26 % Fluorwasserstoffsäure in einer wässrigen Salzsäurelösung bei gleichzeitigem Anlegen eines

elektrischen Stromes von etwa 0,1 bis 20 mA/cm gebildet wird.

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