DE10111803A1 - Anordnung und Verfahren zum rückseitigen Kontaktieren eines Halbleitersubstrats - Google Patents

Anordnung und Verfahren zum rückseitigen Kontaktieren eines Halbleitersubstrats

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Martin Franosch
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Abstract

Die Anordnung umfaßt ein Substrat (1), das eine erste Hauptfläche (2) und eine zweite Hauptfläche (3) aufweist. Auf der ersten Hauptfläche (2) ist eine leitfähige Schicht (5) angeordnet. Auf der leitfähigen Schicht (5) ist eine erste isolierende Schicht (6) angeordnet, die eine Oberfläche (9) aufweist, die von der leitfähigen Schicht (5) abgewandt ist. Eine erste Kontaktnadel ist, ausgehend von der Oberfläche (9) durch die erste isolierende Schicht (6) bis in die leitfähige Schicht (5) eingebracht. Hierdurch wird ein elektrischer Kontakt zwischen der ersten Kontaktnadel (10) und der leitfähigen Schicht (5), die das Substrat (1) kontaktiert, gewährleistet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum rückseitigen Kontaktieren eines Halbleitersub­ strats.
Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen werden Verfah­ rensschritte verwendet, die eine elektrische Kontaktierung zu dem zu bearbeitenden Substrat erfordern. Dies ist zum Bei­ spiel bei elektrischen beziehungsweise elektrochemischen Pro­ zeßschritten der Fall. Um sehr viele gleichartige Bauelemente parallel auf einem Halbleitersubstrat herstellen zu können, ist es erforderlich, daß das Substrat durch den Prozeßschritt gleichmäßig bearbeitet wird. Dies erfordert Kontaktierungs­ verfahren, die einen bezüglich des Substrats möglichst homo­ genen elektrischen Kontakt herstellen. Ist kein homogener elektrischer Kontakt gewährleistet, so ergibt sich eine Va­ riation des elektrischen Potentials über das Substrat, was sich in einer inhomogenen Prozeßführung bemerkbar machen kann und eine gleichmäßige Durchführung des Prozeßschrittes ver­ hindert. Die Schwankung des Potentials über die Substratober­ fläche führt zu einer ungleichmäßigen galvanischen Abschei­ dung (bei negativem Substratpotential) und einer ungleichmä­ ßigen anodischen Auflösung (bei positivem Substratpotential).
Bei der anodischen Auflösung des Substrats bilden sich zum Beispiel bei geeignet gewählter Dotierung und Elektrolytzu­ sammensetzung bei einem niedrigen anodischen Potential Poren aus und bei einem hohen anodischen Potential elektropolierte Flächen. Dies stellt eine gravierende Abhängigkeit der zu bildenden Halbleiterbauelemente von dem anliegenden Potential dar und kann die Bildung funktionierender Halbleiterbauele­ mente verhindern.
Die Bildung von Poren in Silizium ist zum Beispiel für die Herstellung von Grabenkondensatoren interessant, da durch die Porenbildung eine erhebliche Oberflächenvergrößerung und eine damit verbundene Kapazitätsvergrößerung eines Speicherkonden­ sators realisiert werden kann. Als Poren sind sogenannten Mesoporen mit einem Porendurchmesser im Bereich von 20 bis 50 nm besonders geeignet. Da - wie bereits oben erwähnt - die Bildung von Poren von dem elektrischen Potential abhängt, ist es von großer Bedeutung, das Potential möglichst gleichmäßig über das Substrat anzulegen.
Ein bekanntes Verfahren, einen gleichmäßigen ganzflächigen Substrat-Rückseitenkontakt, herzustellen, ist zum Beispiel in dem Patent US 5,209,833 beschrieben. Dabei wird ein Elektro­ lytkontakt zu der Substratrückseite hergestellt, der eine sehr geringe Schwankung des Kontaktwiderstands zwischen Sub­ strat und Elektrolyt gewährleistet.
Das Verfahren des ganzflächigen Elektrolytrückseitenkontakts ist allerdings prozeßtechnisch aufwendig, da der Elektrolyt stets eine Naßzelle erfordert.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesser­ te Anordnung und ein verbessertes Verfahren zur gleichmäßigen Kontaktierung eines Halbleitersubstrats anzugeben.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung zur Kontaktie­ rung eines Halbleitersubstrats mit:
  • - einem Substrat, das eine erste Hauptfläche und eine zweite Hauptfläche aufweist, die der ersten Hauptfläche gegenüber liegt;
  • - einer leitfähigen Schicht, die auf der ersten Hauptfläche angeordnet ist;
  • - einer ersten isolierenden Schicht, die auf der leitfähigen Schicht angeordnet ist und eine Oberfläche aufweist, die von der leitfähigen Schicht abgewandt ist;
  • - einer ersten Kontaktnadel, die ausgehend von der Oberfläche durch die erste isolierende Schicht bis in die leitfähige Schicht eingebracht ist.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß auf einen Elektrolytkontakt verzichtet werden kann, der eine aufwendige Naßzelle erfordern würde. Statt dessen wird die elektrische Verbindung durch eine Kontaktnadel gebildet, die bis in die leitfähige Schicht eingebracht wird. Obwohl die Kontaktnadel nur einen punktuellen Kontakt zu der leitfä­ higen Schicht herstellt, so sorgt die leitfähige Schicht auf­ grund ihrer guten Leitfähigkeit dafür, daß die Rückseite des Substrats gleichmäßig elektrisch kontaktiert ist.
Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung sieht vor, daß eine zweite Kontaktnadel ausgehend von der Oberfläche durch die erste Isolationsschicht bis in die leitfähige Schicht eingebracht ist. Die zweite Kontaktnadel weist den Vorteil auf, daß die leitfähige Schicht durch den weiteren Kontaktierungspunkt eine verbesserte homogene Strom- und Po­ tentialverteilung ermöglicht. Durch die zweite Kontaktnadel kann der in das Substrat eingeprägte Strom erhöht werden.
Weiterhin ist vorgesehen, daß die erste Kontaktnadel einen ersten elektrischen Anschluß aufweist und eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der leitfähigen Schicht und dem ersten elektrischen Anschluß bildet.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß zwischen dem Substrat und der leitfähigen Schicht eine Barrierenschicht angeordnet ist. Bei der Barrieren­ schicht handelt es sich beispielsweise um eine Diffusionsbar­ riere, die eine Kontamination des Substrats durch Materialien verhindert, die beispielsweise in der leitfähigen Schicht an­ geordnet sind.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß auf der ersten Isolationsschicht eine zweite Isolationsschicht angeordnet ist, welche die Oberfläche aufweist. Diese Ausge­ staltung sieht vor, daß die auf der leitfähigen Schicht ange­ ordneten Isolationsschichten aus einem Schichtsystem von zwei oder mehr Isolationsschichten bestehen. Die Isolationsschich­ ten werden beispielsweise bei einer Schichtabscheidung auf dem Wafer sowohl auf der Wafervorderseite als auch auf der Waferrückseite gebildet. Hierdurch kann eine aufwendige Rück­ seitenfreiätzung eingespart werden.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß eine weitere Schicht auf der ersten isolierenden Schicht angeord­ net ist, welche die Oberfläche aufweist. Bei der weiteren Schicht handelt es sich beispielsweise ebenfalls um eine auf die Waferrückseite abgeschiedene Schicht, die ebenfalls von der ersten Kontaktnadel durchstochen werden muß, um die leit­ fähige Schicht zu kontaktieren.
Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung sieht vor, daß die leitfähige Schicht hoch dotiertes Silizi­ um, Wolfram, Wolframnitrid, Wolframsilizid oder Titannitrid umfaßt. Die genannten Materialien sind in vorteilhafter Weise dazu geeignet, eine hoch leitfähige Schicht zu bilden. Diese kann dann den Stromfluß homogen über die Rückseite des Sub­ strats verteilen. Bei dem hoch dotierten Silizium kann es sich beispielsweise um eine einkristalline dotierte Silizium­ schicht oder um eine polykristalline dotierte Siliziumschicht handeln.
Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Kontaktierung eines Halbleitersubstrats mit den Schritten:
  • - Bereitstellen eines Substrats, das eine erste Hauptfläche und eine zweite Hauptfläche aufweist, die der ersten Hauptfläche gegenüberliegt;
  • - Anordnen einer leitfähigen Schicht auf der ersten Hauptflä­ che;
  • - Anordnen einer ersten isolierenden Schicht auf der leitfä­ higen Schicht, wobei die erste isolierende Schicht mit ei­ ner Oberfläche gebildet wird, die der leitfähigen Schicht abgewandt ist;
  • - Durchstechen der ersten isolierenden Schicht ausgehend von der Oberfläche mit einer ersten Kontaktnadel, wobei die er­ ste Kontaktnadel bis in die leitfähige Schicht hineingesto­ chen wird.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß auf einen Elektrolytkontakt verzichtet werden kann, der üblicherweise eine aufwendige Naßzelle erfordern würde. Eben­ so kann in vorteilhafter Weise auf die Freiätzung der Sub­ stratrückseite verzichtet werden. Diese wäre üblicherweise erforderlich, um das Substrat an seiner Rückseite von den während der Prozeßschritte aufgebrachten Schichten zu befrei­ en. Statt dessen werden die Isolationsschichten mittels einer Kontaktnadel durchstochen, die eine auf der Substratrückseite aufgebrachte leitfähige Schicht kontaktiert.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens sieht vor, daß die erste isolierende Schicht ausgehend von der Oberfläche mit einer zweiten Kontaktnadel durchsto­ chen wird, wobei die zweite Kontaktnadel bis in die leitfähi­ ge Schicht hineingestochen wird. Die zweite Kontaktnadel bie­ tet den Vorteil, daß ein größerer Strom in die leitfähige Schicht einprägbar ist. Darüber hinaus gewährleistet die zweite Kontaktnadel einen homogeneren elektrischen Kontakt zu der leitfähigen Schicht.
Ein weiterer Verfahrensschritt sieht vor, daß die erste Kon­ taktnadel einen ersten elektrischen Anschluß und die zweite Kontaktnadel einen zweiten elektrischen Anschluß aufweisen und ein Stromfluß von dem ersten elektrischen Anschluß durch die erste Kontaktnadel die leitfähige Schicht und die zweite Kontaktnadel in den zweiten elektrischen Anschluß ermittelt wird. Die Ermittlung des Stromflusses von der ersten Kon­ taktnadel zu der zweiten Kontaktnadel weist den Vorteil auf, daß eine ordnungsgemäße Kontaktierung der leitfähigen Schicht mit der ersten Nadel und der zweiten Nadel mittels des Strom­ flusses überprüft werden kann.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Ge­ genstand der jeweiligen Unteransprüche.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispie­ len und einer Figur näher erläutert.
Die Figur zeigt ein Substrat, das mittels Kontaktnadeln kon­ taktiert wird.
In der Figur ist ein Substrat 1 dargestellt, das eine erste Hauptfläche 2 und eine zweite Hauptfläche 3 aufweist. Bei­ spielsweise handelt es sich bei der ersten Hauptfläche 2 um eine Substratrückseite und bei der zweiten Hauptfläche 3 um eine Substratvorderseite, in der elektrische Bauelemente ge­ bildet werden können. Auf der ersten Hauptfläche 2 des Sub­ strats 1 ist eine Barrierenschicht 4 angeordnet. Die Barrie­ renschicht 4 ist eine diffusionshemmende Schicht, die eine Kontamination des Substrats 1 verhindern soll. Die Barrieren­ schicht 4 kann beispielsweise aus Wolframnitrid oder Titanni­ trid oder Wolframsilizid gebildet werden. Bevorzugt ist hier­ bei eine Barrierenschicht 4, die einen niedrigen Widerstand aufweist. Auf der Barrierenschicht 4 ist eine leitfähige Schicht 5 angeordnet. Die leitfähige Schicht 5 dient dazu, ein elektrisches Potential gleichmäßig über die Rückseite des Substrats zu verteilen. Die leitfähige Schicht 5 enthält bei­ spielsweise Metalle oder hoch dotiertes Silizium. Die Metalle umfassen beispielsweise Titan und Wolfram, wobei ebenfalls Wolframnitrid und Wolframsilizid und Titannitrid geeignet sind.
Auf der leitfähigen Schicht 5 ist eine erste Isolations­ schicht 6 angeordnet. Beispielsweise handelt es sich bei der ersten Isolationsschicht 6 um eine Siliziumoxidschicht. In Abhängigkeit der zur Bildung von Halbleiterbauelementen auf der zweiten Hauptfläche 3 des Substrats 1 werden auf der er­ sten Hauptfläche 2 ebenfalls Schichten abgeschieden. Bei­ spielsweise kann die erste Isolationsschicht 6 als 8 nm dicke Siliziumoxidschicht gebildet sein. Auf der ersten Isolations­ schicht 6 ist beispielsweise eine zweite Isolationsschicht 7 angeordnet. Bei der zweiten Isolationsschicht 7 kann es sich beispielsweise um eine 220 nm dicke Siliziumnitridschicht handeln. Auf der zweiten Isolationsschicht 7 ist beispiels­ weise eine weitere Schicht 8 angeordnet. Bei der weiteren Schicht 8 kann es sich beispielsweise um eine 300 nm dicke polykristalline Siliziumschicht handeln. Sowohl die Schicht­ dicken der Schichten 6, 7 und 8 sowie die Materialien der Schichten 6, 7 und 8 können in ihrer Reihenfolge vertauscht sein.
In dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel weist die weitere Schicht 8 eine Oberfläche 9 auf, die von dem Sub­ strat 1 abgewandt ist. In einem Ausführungsbeispiel, welches ohne die Schicht 8 gebildet ist, weist die zweite Isolations­ schicht 7 die Oberfläche 9 auf. In einem weiteren Ausfüh­ rungsbeispiel, in dem weder die zweite Isolationsschicht 7 noch die weitere Schicht 8 gebildet sind, weist die erste Isolationsschicht 6 die Oberfläche 9 auf. Die Oberfläche 9 bildet dabei einen Übergang zwischen einem Festkörper zu ei­ ner gasförmigen Umgebung.
Mit Bezug auf die Figur ist eine erste Kontaktnadel 10 durch die weitere Schicht 8, durch die zweite Isolationsschicht 7 und durch die erste Isolationsschicht 6 bis in die leitfähige Schicht 5 hineingestochen, so daß die erste Kontaktnadel 10 ausgehend von der Oberfläche 9 bis in die leitfähige Schicht 5 hineinragt. Weiterhin ist eine zweite Kontaktnadel 11 dar­ gestellt, die ebenfalls ausgehend von der Oberfläche 9 durch die weitere Schicht 8, durch die zweite Isolationsschicht 7 und durch die erste Isolationsschicht 6 bis in die leitfähige Schicht 5 hinein gestochen ist und somit ebenfalls die leit­ fähige Schicht 5 kontaktiert. Die erste Kontaktnadel 10 weist einen ersten elektrischen Anschluß 12 und die zweite Kon­ taktnadel 11 weist einen zweiten elektrischen Anschluß 13 auf.
Je nach Schichtdicke der Schichten 5, 6, 7 und 8 dringen die Kontaktnadeln etwa einen Mikrometer tief, ausgehend von der Oberfläche 9, ein und kontaktieren die leitfähige Schicht 5. Die einwandfreie Kontaktierung der leitfähigen Schicht 5 durch die erste Kontaktnadel 10 und die zweite Kontaktnadel 11 kann beispielsweise dadurch überprüft werden, daß zwischen die erste Kontaktnadel 10 und die zweite Kontaktnadel 11 eine Spannung angelegt wird und der Stromfluß zwischen den beiden Kontaktnadeln gemessen wird. Bei einem niedrigen Widerstand ist ein guter Kontakt zwischen den Kontaktnadeln und der leitfähigen Schicht 5 gewährleistet. Da üblicherweise im Randbereich des Substrats die auf der Rückseite aufgewachse­ nen Schichten im Regelfall eine deutlich reduzierte Dicke aufweisen, ist der Randbereich der Waferrückseite besonders dafür geeignet, diesen mittels Nadeln zu kontaktieren, da die Schichtdicke der zu durchstechenden Isolationsschichten rela­ tiv geringer im Vergleich zum Zentrum des Substrats ausgebil­ det ist.
Die Kontaktnadeln enthalten beispielsweise Wolfram oder Wolf­ ramkarbid. Die Nadeln können beispielsweise mit einer Feder gelagert sein und das Hineinstechen der Nadeln in die leitfä­ hige Schicht 5 könnte beispielsweise mittels der Federkraft durchgeführt werden. Ebenfalls ist ein pneumatisches Einste­ chen der Nadeln in die leitfähige Schicht 5 möglich.
Weiterhin kann zwischen der leitfähigen Schicht 5 und dem Substrat 1 eine Haftvermittlerschicht beispielsweise aus Ti­ tan vorgesehen werden, die ein Ablösen der leitfähigen Schicht 5 verhindert.
Weiterhin ist vorgesehen, daß eine Vielzahl von Kontaktnadeln beispielsweise in einem regelmäßigen Raster über das Substrat verteilt angeordnet wird oder beispielsweise ringartig in der Nähe des Scheibenrands angeordnet wird.
Bezugszeichenliste
1
Substrat
2
erste Hauptfläche
3
zweite Hauptfläche
4
Barrierenschicht
5
leitfähige Schicht
6
erste Isolationsschicht
7
zweite Isolationsschicht
8
weitere Schicht
9
Oberfläche
10
erste Kontaktnadel
11
zweite Kontaktnadel
12
erster elektrische Anschluß
13
zweiter elektrischer Anschluß

Claims (10)

1. Anordnung zur Kontaktierung eines Halbleitersubstrats mit:
einem Substrat (1), das eine erste Hauptfläche (2) und eine zweite Hauptfläche (3) aufweist, die der ersten Hauptfläche (2) gegenüber liegt;
einer leitfähigen Schicht (5), die auf der ersten Hauptflä­ che (2) angeordnet ist;
einer ersten isolierenden Schicht (6), die auf der leitfä­ higen Schicht (5) angeordnet ist und eine Oberfläche (9) aufweist, die von der leitfähigen Schicht (5) angewandt ist;
einer ersten Kontaktnadel (10), die ausgehend von der Ober­ fläche (9) durch die erste isolierende Schicht (6) bis in die leitfähige Schicht (5) eingebracht ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Kontaktnadel (11) ausgehend von der Oberfläche (9) durch die erste isolierende Schicht (6) bis in die leit­ fähige Schicht (5) eingebracht ist.
3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kontaktnadel (10) einen ersten elektrischen An­ schluß (12) aufweist und eine elektrisch leitfähige Verbin­ dung zwischen der leitfähigen Schicht (5) und dem ersten elektrischen Anschluß (12) bildet.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Substrat (1) und der leitfähigen Schicht (5) ei­ ne Barrierenschicht (4) angeordnet ist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der ersten Isolationsschicht (6) eine zweite Isolations­ schicht (7) angeordnet ist, welche die Oberfläche (9) auf­ weist.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Schicht (8) auf der ersten Isolationsschicht (6) angeordnet ist, welche die Oberfläche (9) aufweist.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Schicht (5) hoch dotiertes Silizium, Wolfram, Wolframnitrid, Wolframsilizid oder Titannitrid umfaßt.
8. Verfahren zur Kontaktierung eines Halbleitersubstrats mit den Schritten:
  • - Bereitstellen eines Substrats (1), das eine erste Hauptflä­ che (2) und eine zweite Hauptfläche (3) aufweist, die der ersten Hauptfläche (2) gegenüberliegt;
  • - Anordnen einer leitfähigen Schicht (5) auf der ersten Hauptfläche (2);
  • - Anordnen einer ersten isolierenden Schicht (6) auf der leitfähigen Schicht (5), wobei die erste isolierende Schicht (6) mit einer Oberfläche (9) gebildet wird, die der leitfähigen Schicht (5) abgewandt ist;
  • - Durchstechen der ersten isolierenden Schicht (6) ausgehend von der Oberfläche (9) mit einer ersten Kontaktnadel (10), wobei die erste Kontaktnadel (10) bis in die leitfähige Schicht (5) hineingestochen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Isolationsschicht (6) ausgehend von der Oberfläche (9) mit einer zweiten Kontaktnadel (11) durchstochen wird, wobei die zweite Kontaktnadel (11) bis in die leitfähige Schicht (5) hineingestochen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kontaktnadel (10) einen ersten elektrischen An­ schluß (12) und die zweite Kontaktnadel (11) einen zweiten elektrischen Anschluß (13) aufweist und ein Stromfluß von dem ersten elektrischen Anschluß (12) durch die erste Kontaktna­ del (10), die leitfähige Schicht (5) und die zweite Kon­ taktnadel (11) in den zweiten elektrischen Anschluß (13) er­ mittelt wird.
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