DE10162983B4

DE10162983B4 - Kontaktfederanordnung zur elektrischen Kontaktierung eines Halbleiterwafers zu Testzwecken sowie Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE10162983B4
Application number: DE10162983A
Authority: DE
Inventors: Matthias Goldbach; Albert Birner; Martin Franosch
Original assignee: Qimonda AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2001-12-20
Publication date: 2010-07-08
Anticipated expiration: 2021-12-21
Also published as: DE10162983A1; US20030117158A1; US6903454B2

Abstract

Kontaktfederanordnung zur elektrischen Kontaktierung eines Halbleiterwafers zu Testzwecken, mit einem Substrat (6) und mindestens einer einseitig an einer Oberfläche des Substrats (6) fixierten streifenförmigen Kontaktfeder (2), wobei die mindestens eine Kontaktfeder (2) aus einem einen Streßgradienten aufweisenden Halbleitermaterial (30) besteht, wobei der Streßgradient eine elastische Verbiegung der Kontaktfeder (2) verursacht.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Mikromechanik und betrifft eine Kontaktfederanordnung zur elektrischen Kontaktierung eines Halbleiterwafers zu Testzwecken mit einem Substrat und mindestens einer einseitig an einer Oberfläche des Substrats fixierten streifenförmigen Kontaktfeder.
Zur Kontaktierung von prozessierten Halbleiterwafern zu Testzwecken bei deren Herstellung werden Kontaktfederanordnungen verwendet, bei denen die Kontaktierung eines Halbleiterwafers über eine Vielzahl von einzelnen, gegen den Halbleiterwafer gedrückten Kontakten erfolgt.
Eine derartige Kontaktfederanordnung, auch probe card genannt, ist z. B. in der US 5869974 A beschrieben. Auf einer flexibel ausgebildeten monokristallinen Siliziummembran ist eine Vielzahl von Kontaktnadeln in einem Kontaktmuster angeordnet, das einem Muster von entsprechenden Kontaktregionen auf dem zu kontaktierenden Halbleiterwafer entspricht. Zur Verringerung des elektrischen Widerstandes sind die Kontaktnadeln mit einer Metallschicht überzogen. Die Siliziummembran begrenzt einen Hohlraum, der mittels eines Fluids gefüllt werden kann, um einen Druck auf die Membran auszuüben. Die dadurch in Richtung des zu kontaktierenden Halbleiterwafers ausgewölbte Membran drückt die Kontaktnadeln stärker gegen die Kontaktregionen. Gleichzeitig soll ein eventuell vorhandener Höhenunterschied zwischen einzelnen Kontaktregionen des Halbleiterwafers ausgeglichen werden. Dies ist jedoch nur zu einem bedingten Grade möglich. Insbesondere größere Höhenunterschiede zwischen unmittelbar benachbarten Kontaktregionen lassen sich durch die allseitig eingespannte Membran nicht hinreichend ausgleichen. Eine ausreichende Kontaktierung al ler Kontaktregionen ist somit nicht gesichert. Darüber hinaus ist diese Kontaktfederanordnung wegen der Metallschicht nur bedingt Front-End tauglich, da Metall zu einer Kontaminierung von Halbleitermaterial führen kann.
Eine Kontaktfederanordnung zur temporären Kontaktierung von mit metallenen Kontaktregionen versehenen integrierten Schaltungen ist in der US 5914218 A beschrieben. Die ebenfalls als probe card bezeichnete Kontaktfederanordnung umfaßt eine Vielzahl von als Bi-Metallstreifen ausgebildeten Kontaktfedern, die sich aufgrund einer mechanischen Verspannung zwischen den beiden Metallstreifen von der Oberfläche des Trägersubstrats wegbiegen. Mit diese Anordnung lassen sich aufgrund des für die Kontaktfedern verwendeten Materials nur Halbleiterwafer mit integrierten Schaltungen kontaktieren, die bereits fertig hergestellt und mit metallenen Kontaktregionen, sogenannten Pads, versehen sind. Die mit Pads versehenen Halbleiterwafer befinden sich bereits in der mit Back-End bezeichneten Herstellungsphase, in der die prozessierten Halbleiterwafer geschnitten, verkapselt und mit Anschlüssen versehen werden. Die zur Herstellung der eigentlichen integrierten Schaltung erforderlichen Schritte (Bildung der aktiven und passiven Bauelemente in und auf dem Halbleitersubstrat sowie Bildung der Verdrahtung – auch Metallisierung genannt) fallen dagegen in die sogenannte Front-End Herstellungsphase. Insbesondere nach Bildung der aktiven und passiven Bauelemente ist ein Testen der integrierten Schaltung gewünscht, um fehlerhaft hergestellte Halbleiterwafer möglichst frühzeitig von der weiteren Herstellung auszuschließen. Desweiteren könnten Prozeßparameter bereits während der Herstellung der integrierten Schaltung optimiert und angepaßt werden, sofern eine Testmöglichkeit zur Verfügung stehen würde. Metallene Kontaktfedern eignen sich dabei nicht zur Kontaktierung von noch nicht vollständig fertig prozessierten Halbleiterwafern, bei denen als Kontaktregionen Dotierungsgebiete und dergleichen dienen. Insbesondere können in das Halbleitersubstrat eindiffundierte Metallatome unerwünschte Stör stellen hervorrufen, die zu nicht kontrollierbaren geänderten elektrischen Eigenschaften führen.
Eine weitere, aus Metall bestehende Kontaktfederanordnung ist beispielsweise in der WO 01/09623 A1 offenbart. Dagegen beschreibt der Fachartikel von Y. Zhang et al., ”Thermally Actuated Microprobes for a New Wafer Probe Card”, IEEE J. of Microelectromechanical Systems, Vol. 8, Nr. 1, March 1999, 43–49 eine Kontaktfederanordnung, deren aus SiO₂ und Al bestehende Kontaktfedern durch lokale Erwärmung eine Verbiegung erfahren. Dem Fachartikel von J. Y. Park et al., ”Fabrication of Cantilever-Bump Type Si Probe-Card”, Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 39 (2000), 7108–7110 läßt sich eine Kontaktfederanordnung mit streßfreien Kontaktfedern entnehmen. Damit diese Kontaktfedern mit dem zu kontaktierenden Substrat in Kontakt treten können, weisen sie an ihrem freien Ende metallbeschichtete Kontakthügel auf. In der WO 97/21105 A1 ist eine Kontaktfederanordnung beschrieben, deren Kontaktfedern aus Silizium und einer Metallschicht bestehen. Durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien verbiegen sich die Kontaktfedern nach einer thermischen Behandlung. Diese Kontaktfederanordnungen sind jedoch auch nur bedingt Front-End tauglich.
Auf anderen technischen Gebieten werden verspannte Halbleiter verwendet. So beschreibt beispielsweise die DE 196 31 693 A1 eine Ventilanordnung aus monokristallinem Silizium mit einer Ventilklappe, die über einen membranartigen Steg mit dem Halbleitergrundmaterial verbunden ist. Der Steg ist dotiert, um die Ventilklappe in Schließrichtung, die gleichzeitig die Flußrichtung ist, vorzuspannen. Die DE 198 51 967 A1 beschreibt dagegen, wie sich durch Dotierung eine Wölbung in einer Siliziummembran herbeiführen läßt, um dadurch einen Hohlspiegel herzustellen. Auch in der EP 0 367 750 B1 werden Siliziummembranen dotiert. Dort erfolgt dies jedoch, damit die Membranen möglichst flach gespannt bleiben.
Kontaktnadeln sind ebenfalls in dem Fachartikel von T. Hantschel et al., ”Highly conductive diamond grobes for scanning spreading resistance microscopy”, Applied Physics Letters, Vol. 76, No. 12 (2000), 1603–1605 beschrieben. Diese Kontaktnadeln bestehen aus monokristallinem Silizium mit darin integrierter Diamantspitze. Eine Kontaktspitze für Lithografiezwecke ist dagegen im Fachartikel von S. W. Park et al., ”Nanometer scale lithography at high scanning speeds with the atomic force microscope using sein an glass”, Applied Physics letters, Vol. 67, No. 16 (1995), 2415–2417 beschrieben. Diese besteht aus monokristallinem Silizium.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kontaktfederanordnung zur sicheren Kontaktierung eines Halbleiterwafers anzugeben, die eine Front-End taugliche Kontaktierung bei gleichzeitig hinreichendem Ausgleich von Höhenunterschieden ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Kontaktfederanordnung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die mindestens eine Kontaktfeder aus einem einen Streßgradienten aufweisenden Halbleitermaterial besteht, wobei der Streßgradient eine elastische Verbiegung der Kontaktfeder verursacht.
Durch die Verwendung von Halbleitermaterial für die Kontaktfedern kann die erfindungsgemäße Kontaktfederanordnung zur Kontaktierung von Halbleiterwafern in der Front-End Herstellungsphase verwendet werden, da in direktem Kontakt zum Halbleitersubstrat des zu kontaktierenden Halbleiterwafers nur das Halbleitermaterial der Federkontakte tritt. Unerwünschte Metall-Halbleiterkontakte werden nicht gebildet.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die Kontaktfederanordnung mit Mitteln hergestellt werden kann, die standardmäßig auch für die Prozessierung von Halbleiterwafern zur Verfügung stehen. Dies ermöglicht gleichzeitig die Herstellung von der Größe der Kontaktregionen angepaßten Kontaktfe dern. Bei der Kontaktierung von Halbleiterwafern während der Front-End Herstellungsphase müssen elektrische Verbindungen zu zum Teil sehr kleinen Kontaktregionen hergestellt werden. Derartige Kontaktregionen können z. B. Dotierungsgebiete sein. Um derartige kleine Kontaktregionen kontaktieren zu können, müssen die entsprechenden Kontakte ebenfalls sehr klein sein. Aufgrund des für die Kontaktfeder verwendeten Halbleitermaterials kann diese mit den in der Standard-Halbleitertechnologie zur Verfügung stehenden Strukturie rungsmitteln in einer der Kontaktregion entsprechenden Größenordnung hergestellt werden.
Darüber hinaus hat ein Halbleitermaterial auch den Vorteil, daß es eine hohe Elastizität bei gleichzeitig geringer Ermüdung aufweist. So hat z. B. Silizium einen E-Modul von etwa 165 GPa im Vergleich zu Stahl mit etwa 200 GPa, weist dagegen jedoch eine deutlich geringere Ermüdung als Stahl auf.
Die Kontaktfeder kann sowohl aus monokristallinem als auch aus polykristallinem Halbleitermaterial bestehen. Polykristallines Material hat darüber hinaus den Vorteil, das es sich mit einer Vielzahl von Abscheideverfahren auf unterschiedliche Materialien aufbringen läßt und dabei nahezu jede beliebige Form des Untergrunds annimmt. Dadurch ergibt sich eine große Gestaltungsfreiheit hinsichtlich der Formgebung der Kontaktfeder.
Die Federeigenschaften der Kontaktfeder werden darüber hinaus durch mechanische Verspannungen oder Streßgradienten innerhalb der Kontaktfeder beeinflußt. Dies trifft auch auf den Grad der Verbiegung zu, der sich ohne Einwirkung äußerer Kräfte allein aufgrund des intrinsisch aufgebauten Streßgradienten einstellt. Dieser Streßgradient kann durch unterschiedliche Maßnahmen hervorgerufen und in weiten Bereichen eingestellt werden, wobei er bevorzugt so gewählt wird, daß er zu einem Verbiegen der Kontaktfeder aus der Ebene der Substratoberfläche führt. Eine Möglichkeit besteht in der zwei- oder sogar mehrschichtigen Ausbildung der Kontaktfeder. Dabei werden zumindest zwei jeweils eine unterschiedliche mechanische Verspannung aufweisende Halbleiterschichten miteinander verbunden. Bei der Verspannung kann es sich um Zug- und/oder Druckspannung handeln. Die unterschiedliche Verspannung wird z. B. bei der Herstellung der einzelnen Halbleiterschichten eingestellt. Aufgrund der unterschiedlichen Verspannung der beiden Halbleiterschichten bildet sich ein Streßgradient innerhalb des von den beiden Halbleiterschichten gebildeten Halbleitermaterials heraus. Dieser führt zu einem Verbiegen bzw. einer Krümmung der Kontaktfeder, die einseitig mit dem Substrat verbunden ist. Die Halbleiterschichten müssen nicht notwendigerweise unmittelbar miteinander verbunden sein. Ebenso sind Zwischenschichten möglich, die jedoch die Ausbildung des Streßgradienten im Halbleitermaterial nur unerheblich beeinflussen sollten. Beispielsweise ist eine im Vergleich zu den Halbleiterschichten dünne Siliziumnitridschicht geeignet. Eine der beiden Halbleiterschichten, im folgenden als erste Halbleiterschicht bezeichnet, liegt an der Außenseite der Biegung bzw. Verkrümmung während die andere, im folgenden als zweite Halbleiterschicht bezeichnet, zur Innenseite der Biegung gewandt ist. Die erste Halbleiterschicht ist demnach dem Substrat, auf dem die Kontaktfeder angeordnet ist, zugewandt.
Die unterschiedliche Verspannung der ersten und zweiten Halbleiterschicht kann z. B. durch unterschiedliche Dotierung hervorgerufen werden. So ist es z. B. im Falle von Polysilizium als Halbleitermaterial möglich, die erste Halbleiterschicht mit einer niedrigeren Dotierung als die zweite Halbleiterschicht zu versehen, um die angesprochene Verbiegung zu erreichen. Als Dotierstoff eignen sich z. B. Phosphor, Arsen und Bor. Das Ausmaß der Verspannung ist in Abhängigkeit von der Höhe der Dotierung und der Abscheidetemperatur in weiten Bereichen variierbar.
Eine weitere Möglichkeit, die unterschiedliche Verspannung der ersten und zweiten Halbleiterschicht hervorzurufen, besteht in der Abscheidung bei unterschiedlichen Temperaturen. So kann z. B. im Falle von Polysilizium als Halbleitermaterial die erste Halbleiterschicht bei einer höheren Temperatur als die zweite Halbleiterschicht abgeschieden werden, um die angegebene Biegung zu erzielen. Die beiden Halbleiterschichten können dabei dotiert sein. Zur Verringerung des elektrischen Widerstandes und zur Verbesserung der Kontakteigenschaften sollte zumindest die zweite Halbleiterschicht, die dem zu kontaktierenden Substrat zugewandt ist, hinreichend dotiert sein. Die Dotierung sollte dabei bevorzugt ausreichend hoch sein, damit der elektrische Widerstand der Kontaktfeder geringer als der Widerstand des zu vermessenden Substrats bzw. des Dotierungsgebiets ist.
Weitergehende Angaben zur Einstellung der Verspannung in Halbleiterschichten sind in den Fachartikeln von M. Orpana et al. ”Control of residual stress of polysilicon thin films by heavy doping in surface micromachining” IEEE 1991, S. 957–960 und M. Biebl et al., ”In situ phosphorus-doped polysilicon for integrated MEMs”, Transducers'95 – Eurosensors IX, 8^th International Conference an Solid-State Sensors and Actuators, Stockholm, Sweden, June 25–29, 1995, Seite 198–201 beschrieben.
Weiteren Einfluß auf die Federeigenschaften, insbesondere auf die Federkonstante der Kontaktfeder haben die Dicke und die Länge des frei beweglichen Teils der Kontaktfeder. Die Dicke der Kontaktfeder bestimmt bei gleicher Länge insbesondere die Rückstellkraft, während eine zunehmende Länge zu einem stärkeren Herausbiegen des freien Endes gegenüber der durch das fixierte Ende der Kontaktfeder und der Substratoberfläche verlaufenden Ebene führt. Das freie Ende kann bei einer bevorzugten Länge der Kontaktfeder zwischen 100 und 1000 μm zwischen 10 und 100 μm betragen. Sofern die Kontaktfeder zur Kontaktierung eines Halbleiterwafers verwendet wird, können so Höhenunterschiede von einigen 10 μm bei gleichzeitig ausreichend sicherer Kontaktierung ausgeglichen werden.
Bevorzugt ist am Substrat mindestens eine Schutzstruktur vorgesehen, welche die mindestens eine Kontaktfeder vor einem zu starken Verbiegen schützt, wenn die Kontaktfederanordnung mit der mindestens einen Kontaktfeder gegen ein anderes Substrat gedrückt wird. Dadurch soll eine Überbeanspruchung der Kontaktfeder vermieden werden. Günstig ist es, wenn die Schutz struktur ringförmig um die mindestens eine Kontaktfeder verläuft, wobei die Kontaktfeder einseitig an einer Seitenwand der Schutzstruktur fixiert ist. Die Schutzstruktur, die gleichzeitig einen Aufschlagschutz darstellt, ist im Querschnitt bevorzugt kraterförmig, wobei die Kontaktfeder einseitig mit einer Innenwand des Kraters verbunden ist. Die Größe der Schutzstruktur richtet sich zweckmäßigerweise nach der Größe der Kontaktfeder und liegt bevorzugt zwischen 100 und 500 μm. Günstig ist weiterhin die Schutzstruktur aus dem Halbleitermaterial herzustellen und diese mit einem isolierenden Ring zu bedecken, der die Kontaktfeder freiläßt. Dadurch kann einerseits die Schutzstruktur eine elektrische Verbindung zur Kontaktfeder herstellen. Andererseits ist die Schutzstruktur an ihrer Oberseite elektrisch isoliert.
Bevorzugt weist die Kontaktfederanordnung eine Vielzahl von Kontaktfedern auf, die bei der Kontaktierung des Halbleiterwafers gegen den zu kontaktierenden Halbleiterwafer gedrückt werden.
Die Anzahl der Kontaktfedern kann bis zu einigen 10000 betragen, je nachdem ob ein flächiger Kontakt mit dem Halbleitersubstrat über alle Kontaktfedern oder eine gezielte Kontaktierung einiger Kontaktregionen des Halbleiterwafers über einzelne, in einem bestimmten Kontaktmuster angeordnete Kontaktfedern hergestellt werden soll. Bevorzugt sind die Kontaktfedern in Abhängigkeit von den zu kontaktierenden Kontaktregionen dotiert, um z. B. die Ausbildung von störenden pn-Übergängen zu vermeiden. Außerdem sollten die Kontaktfedern eine ausreichend hohe Dotierung zur Verminderung ihres elektrischen Widerstandes aufweisen. Insbesondere sollte der Widerstand der Kontaktfeder geringer als andere in Serie geschaltete Widerstände sein, damit der Gesamtwiderstand nicht von dem Widerstand der Kontaktfeder dominiert wird.
Um einen möglichst homogenen Kontakt mit dem zu kontaktierenden Halbleiterwafer herzustellen, empfiehlt sich eine mög lichst regelmäßige Anordnung der Kontaktfedern. Beispielsweise matrix- oder rasterförmige Anordnungen sind gut geeignet. Sollen dagegen bereits strukturierte Halbleiterwafer, d. h. Halbleiterwafer mit zum Teil fertig gestellten integrierten Schaltungen kontaktiert werden, sind an das Muster der Kontaktregionen angepaßte Anordnungen von Kontaktfedern zu bevorzugen. Eine sehr flexible Art, das jeweils entsprechende Kontaktmuster zu erhalten, eröffnet sich durch eine zunächst gleichmäßige rasterförmige Herstellung von Kontaktfedern mit anschließendem selektiven Entfernen derjenigen Kontaktfedern, die für die Kontaktierung nicht benötigt werden. So können unabhängig von dem jeweils benötigten Kontaktmuster zunächst Rohlinge von Kontaktfederanordnungen, die alle jeweils eine matrixförmige Anordnung der Kontaktfedern aufweisen, hergestellt werden. Erst nachfolgend wird das für den jeweiligen Verwendungszweck gewünschte Muster eingeschrieben. Auf speziell auf das jeweilige Kontaktmuster abgestimmte kostenintensive Fotomasken kann damit verzichtet werden. Bevorzugt erfolgt das Entfernen der nicht benötigten Kontaktfedern mit einem seriellen Schreibtool, z. B. mittels eines Laserstrahls. Alternativ ist es möglich, gezielt elektrische Verbindungsbahnen zu einzelnen Kontaktfedern selektiv zu öffnen. Ggf. können die einzelnen Kontaktfedern unterschiedlich dotiert werden.
Die Kontaktfedern können alle auf einem gemeinsamen elektrischen Potential liegen. Dies ist insbesondere bei einem flächigen Kontakt sinnvoll.
Weiterhin ist bevorzugt, wenn jeder Kontaktfeder jeweils ein Schaltelement zugeordnet ist, welches die jeweilige Kontaktfeder mit einer Zuleitung verbindet. Die Kontaktfedern können damit individuell mit elektrischen Zuleitungen verbunden werden, wodurch die Flexibilität bei der Kontaktierung und Auswertung des zu kontaktierenden Halbleiterwafers erhöht wird. Bevorzugt handelt es sich bei den Schaltelementen um Feldeffekttransistoren. Die Kontaktfedern sind mit jeweils einem Dotierungsgebiet ihres jeweils zugeordneten Feldeffekttransistors verbunden. Die Feldeffekttransistoren können bei rasterförmiger Anordnung vergleichbar mit einem dynamischen Halbleiterspeicher (DRAM) spaltenweise über Auswahlleitungen angesteuert werden, wobei die jeweils nicht mit der Kontaktfeder verbundenen Dotierungsgebiete der Feldeffekttransistoren reihenweise über eine Art Bitleitung verbunden sein können. Die Auswahl einzelner Kontaktfedern kann in diesem Fall analog zur Auswahl von Speicherzellen eines DRAM's erfolgen.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn jede Kontaktfeder mit jeweils einer separaten Zuleitung, z. B. in Form einer Leiterbahn, unmittelbar elektrisch leitend verbunden ist. Dadurch lassen sich alle Kontaktfedern individuell ansprechen.
Zur Kontaktierung der Kontaktfedern können auch die Schutzstrukturen verwendet werden, sofern sie aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen. Dies kann z. B. bevorzugt ebenfalls ein Halbleitermaterial sein. Sofern die Schutzstrukturen aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen, kann die elektrische Verbindung zu den Kontaktfedern über an den Schutzstrukturen angeordneten Leiterbahnen hergestellt werden.
Die Schutzstrukturen haben insbesondere bei einer rasterförmigen Anordnung einen Abstand von etwa 100 bis 1000 μm zueinander. Günstig ist es, wenn die Abstände zwischen den Kontaktfedern im Bereich der Schichtdicke des zu kontaktierenden Halbleiterwafers liegen. Wird weiterhin eine unabhängige Kontaktierung der Kontaktfedern oder einzelner Gruppen von Kontaktfedern gewählt, so können eventuell auftretende Inhomogenitäten bei der Kontaktierung oder lokal unterschiedliche Kontaktwiderstände durch Anpassung der individuell an jede Kontaktfeder angelegten Spannung bzw. Strom ausgeglichen werden. Weiterhin ist es bei separaten Zuleitungen zu den Kontaktfedern möglich, gleichzeitig z. B. bis zu einigen 10000 Kontakten mit den strukturierten Halbleiterwafern herzustel len, um Messungen durchführen oder elektrische Prozesse untersuchen zu können.
Durch die erfindungsgemäßen Kontaktfedern können auch relativ große Höhenunterschiede von unmittelbar benachbarten Kontaktregionen ausgeglichen werden. Bei der Anordnung gemäß US 5869974 A ist dies dagegen nicht möglich. Dort können nur Höhenunterschiede, die sich über ein größeres Gebiet erstrecken, ausgeglichen werden. Darüber hinaus zeigen die erfindungsgemäßen Kontaktfedern aufgrund ihrer hohen Federkraft eine relativ hohe Toleranz gegenüber Staubpartikeln und dergleichen, die sich auf der Oberfläche der Kontaktregionen des zu kontaktierenden Halbleiterwafers befinden. Weiterhin sichert die vergleichsweise hohe einstellbare Federkraft der Kontaktfedern einen ausreichend guten ohmschen Kontakt zwischen der Kontaktfeder und der Kontaktregion des zu kontaktierenden Halbleiterwafers.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Kontaktfederanordnung mit einem Substrat und mindestens einer einseitig an einer Oberfläche des Substrats fixierten und aus einem Halbleitermaterial bestehenden streifenförmigen Kontaktfeder mit den Schritten:

a) das Halbleitermaterial wird so auf das Substrat aufgebracht, daß ein Streßgradient innerhalb des Halbleitermaterials entsteht;
b) das Halbleitermaterial wird strukturiert, so daß mindestens eine streifenförmige Kontaktfeder entsteht; und
c) die Kontaktfeder wird an einer Seite von der Substratoberfläche abgelöst, so daß sich die Kontaktfeder durch den Streßgradienten im Halbleitermaterial verbiegt.

Der Streßgradient innerhalb des Halbleitermaterials kann dabei z. B. in situ durch Änderung von Abscheideparametern hervorgerufen werden.
Grundsätzlich läßt sich der Streßgradient durch Änderung einer Vielzahl von Prozeßparametern einstellen. Insbesondere eignen sich die Abscheidetemperatur, die Höhe und Art der Dotierung und die Abscheiderate. Die Dotierung kann in situ oder nachfolgend durch Implantation erfolgen. Der sich bei der Abscheidung herausbildende Streßgradient kann durch eine nachfolgende Temperaturbehandlung (anneal) beeinflußt werden.
Bevorzugt wird weiterhin, wenn in Schritt a)
mindestens eine erste und eine zweite das Halbleitermaterial (30) bildende Halbleiterschicht (28, 32) auf das Substrat (6) aufgebracht werden, wobei die erste und die zweite Halbleiterschicht (28, 32) eine unterschiedliche mechanische Vorspannung aufweisen, die den Streßgradienten im Halbleitermaterial (30) hervorruft; und
in Schritt b)
die erste und die zweite Halbleiterschicht (28, 32) strukturiert werden, so daß mindestens eine streifenförmige Kontaktfeder (2) entsteht.
Die erste und die zweite Halbleiterschicht werden nacheinander auf das Substrat aufgebracht und bevorzugt gemeinsam strukturiert, wobei eine bevorzugt streifenförmige Kontaktfeder entsteht. Diese hat noch einen ganzflächigen Kontakt zum Substrat, so daß der im Halbleitermaterial durch die beiden unterschiedlich verspannten Halbleiterschichten aufgebaute Streßgradient noch nicht zu einem Verbiegen der Kontaktfeder führt. Der Streßgradient sollte so gewählt werden, daß er nicht zu stark wird, um ein unkontrolliertes Ablösen der Kontaktfeder zu vermeiden. Außerdem bestünde die Gefahr, daß die einseitige Fixierung der Kontaktfeder geschwächt wird. Abschließend wird die Kontaktfeder an einer Seite vom Substrat bis zur gewünschten Länge abgelöst, so daß ein Cantilever entsteht. Das Ablösen kann z. B. durch ein Unterätzen des Substrats hervorgerufen werden. Im abgelösten Teil verursacht der interne Streßgradient nun ein Verbiegen der Kontaktfeder.
Die erste und die zweite Halbleiterschicht können auch bei einer kontinuierlichen Abscheidung des Halbleitermaterials gebildet werden. In diesem Fall werden die Abscheideparameter in-situ verändert und führen zu einer abgeschiedenen Halbleiterschicht, zwischen derer Ober- und Unterseite ein Streßgradient ausgebildet ist.
Das Halbleitermaterial bzw. die Halbleiterschichten können zunächst sowohl amorph als auch polykristallin abgeschieden werden. Die erzielte Kristallinität hängt insbesondere von der Abscheidetemperatur und der Abscheiderate ab. Durch eine nachfolgende Temperaturbehandlung werden dann sowohl die mechanischen Eigenschaften beeinflußt und gewünscht eingestellt als auch das amorphe Halbleitermaterial in ein polykristallines überführt. Die Kontaktfeder sollte demnach bevorzugt aus polykristallinem Material bestehen. Die Temperaturbehandlung kann sich im Falle der Abscheidung der beiden Halbleiterschichten an jede Abscheidung anschließen. Bevorzugt sollte die Temperaturbehandlung jedoch erst nach der Abscheidung beider Halbleiterschichten erfolgen. Eine zweigeteilte Prozeßführung hat den Vorteil, daß die mechanischen Eigenschaften individuell angepaßt werden können. Es sollte dabei jedoch beachtet werden, daß die zweite Temperaturbehandlung die erste Halbleiterschicht ebenfalls beeinflußt. Die einteilige Prozeßführung ist dagegen prozeßökonomisch vorteilhafter.
Bevorzugt ist es, wenn
vor Schritt a)
auf die Substratoberfläche eine Hilfsschicht aufgebracht und in die Hilfsschicht mindestens eine bis zur Substratoberfläche reichende Öffnung geätzt wird;
in Schritt a) das Halbleitermaterial in die mindestens eine Öffnung der Hilfsschicht und auf die Oberfläche der Hilfsschicht aufgebracht wird; und
in Schritt c)
die Hilfsschicht selektiv zu dem Halbleitermaterial entfernt wird, wobei die Kontaktfeder über das in die Öffnung der Hilfsschicht eingebrachte Halbleitermaterial am Substrat fixiert bleibt.
Die Hilfsschicht hat dabei insbesondere zwei Funktionen. Zum einen führt sie dazu, daß die Kontaktfeder in einem vorgegebenen Abstand zur Substratoberfläche erzeugt wird, damit sie ggf. frei schwingen kann. Darüber hinaus vereinfacht die Hilfsschicht das Ablösen der Kontaktfeder, da dies automatisch beim Entfernen der Hilfsschicht erfolgt. Die Kontaktfeder bleibt über das in die Öffnung der Hilfsschicht eingebrachte Material, dieses kann das Halbleitermaterial aber auch jedes andere Material sein, mit der Oberfläche des Substrats verbunden. Bevorzugt sollte das Material Front-End tauglich sein.
Weiterhin ist es bevorzugt wenn, die Hilfsschicht aus zwei Teilschichten besteht und

– zuerst eine erste der beiden Teilschichten aufgebracht und in diese zumindest ein bis zur Substratoberfläche reichendes Fenster geätzt wird;
– an den Seitenwänden des Fensters mit der Substratoberfläche verbundene Randstege gebildet werden;
– eine zweite der beiden Teilschichten zur Fertigstellung der Hilfsschicht ganzflächig auf die erste Teilschicht und die Randstege aufgebracht wird; und
– in beide Teilschichten die bis zur Substratoberfläche reichende Öffnung geätzt wird;

– zum Entfernen der Hilfsschicht die erste und zweite Teilschicht selektiv zu den Randstegen und zum Halbleitermaterial entfernt werden.

Durch die Randstege soll ein sogenanntes Sticking vermieden werden. Beim Entfernen der Hilfsschicht, das z. B. naßchemisch erfolgt, kann es aufgrund der Oberflächenspannung des verwen deten Ätzmediums dazu kommen, daß die Kontaktfeder auf die Substratoberfläche angesaugt wird und dort kleben bleibt. Die Randstege verhindern eine ganzflächige Auflage auf der Substratoberfläche und damit ein Verkleben.
Weiterhin wird bevorzugt, wenn die in die Hilfsschicht geätzte Öffnung in Draufsicht auf die Substratoberfläche in Form eines um die Kontaktfeder verlaufenden Ringes ausgebildet wird, wobei die Kontaktfeder innerhalb des Rings ausgehend von einer Seitenwand des Rings verläuft. Dadurch wird eine krater- oder ringförmige Schutzstruktur um die Kontaktfeder gebildet.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird weiterhin zur Herstellung einer Kontaktfederanordnung mit einer Vielzahl von Kontaktfedern zur Kontaktierung eines Halbleiterwafers verwendet.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und in Figuren dargestellt. Es zeigen:
1 die Seitenansicht einer Kontaktfeder einer erfindungsgemäßen Kontaktfederanordnung;
2 den Querschnitt einer Kontaktfeder;
3 die Draufsicht auf eine Kontaktfeder;
4 verschieden groß skalierte Ausschnitte einer Kontaktfederanordnung mit einer Vielzahl von rasterförmig angeordneten Kontaktfedern;
5A–5G einzelne Verfahrensschritte zur Herstellung einer Kontaktfeder;
6A–6C weitere Verfahrensschritte zur Herstellung einer Kontaktfeder;
7 eine mit einem Feldeffekttransistor verbundene Kontaktfeder; und
8A–8B einzelne Verfahrensschritte bei der Herstellung eines Kontaktmusters einer Kontaktfederanordnung.
1 zeigt eine Kontaktfeder 2 umgeben von einer Schutzstruktur 4. Diese ist auf einem Substrat 6 angeordnet und stellt gleichzeitig die Verbindung zwischen der Kontaktfeder 2 und dem Substrat 6 her. Die Schutzstruktur 4 kann aus einem Halbleitermaterial (z. B. Si, GaAs) aber auch aus jedem anderen geeigneten Material bestehen. Die Kontaktfeder selbst besteht aus einem Halbleitermaterial (z. B. Si, GaAs) in dem ein intrinsischer Streßgradient zu einem Verbiegen des freien Endes 8 der Kontaktfeder 2 führt. Dadurch ragt das freie Ende 8 aus der oberen Ebene der Schutzstruktur hervor.
In 2 ist ein Querschnitt der erfindungsgemäßen Kontaktfederanordnung gezeigt. Das fixierte Ende 10 der Kontaktfeder ist mit einer Innenseite der Schutzstruktur verbunden.
Zur besseren Veranschaulichung ist in 3 eine Draufsicht auf die Kontaktfederanordnung dargestellt. Bevorzugte geometrische Abmessungen der Kontaktfeder und ihrer Schutzstruktur sind in den 1 bis 3 angegeben. Die erfindungsgemäße Kontaktfederanordnung ist jedoch nicht auf die angegebenen Abmessungen und Verwendungen beschränkt.
Eine Kontaktfederanordnung mit rasterförmiger Anordnung von einzelnen, mit jeweils einer Schutzstruktur umgebenen Kontaktfedern ist in 4 dargestellt. Auf einem Wafer 12 ist eine Vielzahl von Kontaktfedern 2 rasterförmig angeordnet. Der Abstand zwischen den einzelnen, die Kontaktfedern 2 umgebenden Schutzstrukturen 4 liegt zwischen 100 und 1000 μm, so daß sich ein entsprechend an die Dicke des zu kontaktierenden Halbleiterwafers angepaßter Abstand zwischen den einzelnen Kontaktfedern ergibt. Der Abstand zwischen den einzelnen Kontaktfedern 2 liegt zwischen 100 und 2000 μm, bevorzugt zwischen 200 und 1500 μm. Eine derartig rasterförmige Anordnung ist insbesondere für einen großflächigen, über alle Kontaktfedern hergestellten elektrischen Kontakt mit dem HalbleiterWafer günstig. Die Länge der Kontaktfedern beträgt etwa 100 bis 1000 μm.
Zur besseren Veranschaulichung einzelner Verfahrensschritte bei der Herstellung der Kontaktfederanordnung bzw. der Kontaktfedern wird auf die 5A bis 5G verwiesen. Auf das aus Silizium bestehende Substrat 6 wird eine erste Teilschicht 14 einer Hilfsschicht 16 aufgebracht und in diese ein bis zum Substrat 6 reichendes Fenster 18 geätzt. Eine Opferschicht 20 aus bevorzugt Siliziumnitrid wird anschließend konform aufgebracht und isotrop trocken geätzt, so daß Randstege 22 an den Seitenwänden der Fenster 18 verbleiben. Die Randstege bilden in einem späteren Verfahrensschritt Abstandhalter gegen das Sticking der zur bildenden Kontaktfeder. Auf die so erhaltene und in 5B gezeigte Struktur wird anschließend eine zweite Teilschicht 24 planarisierend aufgebracht. Dabei werden die in der ersten Teilschicht 14 geschaffenen Fenster 18 vollständig gefüllt. Die erste und die zweite Teilschicht 14 und 24, welche zusammen die Hilfsschicht 16 bilden, bestehen bevorzugt aus Siliziumoxid, insbesondere aus TEOS (Tetraethylorthosilicat) oder BPSG (Borphosphorsilikatglas).
In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt die Bildung einer bis zur Substratoberfläche reichenden Öffnung 26 in der Hilfsschicht 16. Die Öffnung 26 hat dabei die Form der um die Kontaktfeder zu bildenden Schutzstruktur. Gleichzeitig definiert die Öffnung 26 die Verankerung der Kontaktfeder am Substrat 6.
Nachfolgend wird in situ dotiertes Polysilizium, das die erste Halbleiterschicht 28 des Halbleitermaterials 30 bildet, in die Öffnung 26 und auf die Oberfläche der zweiten Hilfsschicht 24 abgeschieden. Die erste Halbleiterschicht 28 wird z. B. bei einer Temperatur von etwa 650°C und etwa 3330 Pa (25 Torr) aus einem Si₂H₆/PH₃ Gemisch mit einem Verhältnis von Si₂H₆:PH₃ von etwa 30 abgeschieden. Die Flüsse von Si₂H₆ und PH₃ werden auf etwa 150 und 35 sccm eingestellt. Bei der nachfolgend abgeschiedenen zweiten Halbleiterschicht 32 wird dagegen das Verhältnis von Si₂H₆:PH₃ auf etwa 50 bei ansonsten gleichbleibenden Bedingungen eingestellt. Die miteinander verbundene erste und zweite Halbleiterschicht bildet zusammen das Halbleitermaterial 30, in dem aufgrund der unterschiedlichen Verspannung der beiden Halbleiterschichten ein intrinsischer Streßgradient entsteht. Dieser hat die Tendenz, die zu bildende Kontaktfeder von der Oberfläche des Substrats 6 weg zu biegen. Die in situ Dotierung mit As führt zu vergleichbaren Ergebnissen. Ggf. muß die Höhe der Dotierung angepaßt werden. Durch eine abschließende Kurzzeittemperaturbehandlung (rapid thermal annealing, RTA) bei etwa 900°C für etwa 20 s werden die mechanischen Verspannungen der beiden Halbleiterschichten eingestellt. Die erste Halbleiterschicht weist danach eine Druckspannung von etwa –46 MPa auf, während die zweite Halbleiterschicht unter einer Zugspannung von etwa 107 MPa steht. Diese Werte sind nur beispielhaft und können durch die Temperatur und die Dauer der Temperaturbehandlung variiert werden. Diesbezüglich weitergehende Informationen können dem Fachartikel von T. Scheiter et al., ”Rapid thermal annealing of doped silicon films to relax intrinsic stress”, Sensor and Materials, Tokyo (1996) Bd. 8, Nr. 7, S. 445–454 entnommen werden.
Eine alternative Möglichkeit, den Streßgradienten hervorzurufen, eröffnet sich bei einer Abscheidung der ersten und zweiten Halbleiterschicht aus einem PH₃/SiH₄ Gemisch bei unterschiedlichen Temperaturen. Bei der ersten Halbleiterschicht 28 wird eine Abscheidetemperatur von etwa 610°C und bei der zweiten Halbleiterschicht von etwa 590°C gewählt. Die Abscheidetemperatur bezieht sich dabei auf die Temperatur des Substrats. Ein nachträgliches Dotieren ist ebenfalls möglich. Bei der Abscheidung der ersten Halbleiterschicht wird das Verhältnis von PH₃ zu SiH₄ auf etwa 1.6·10^–3 und bei der zweiten Halbleiterschicht auf etwa 1·10^–2 eingestellt. Nach einem abschließenden RTA-Schritt bei 900°C (etwa 20 s) steht die erste Halbleiterschicht unter einer Druckspannung von unge fähr –180 MPa, die zweite Halbleiterschicht dagegen unter einer Zugspannung von etwa 30 MPa.
Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung des Streßgradienten bei Bor-dotierten Halbleiterschichten wird nachfolgend angegeben. Das Halbleitermaterial wird hier ebenfalls in zwei Schichten aufgetragen. Die erste Halbleiterschicht wird bei einer Temperatur von etwa 625°C, die zweite bei einer Temperatur von etwa 560°C unter Verwendung von Silan abgeschieden. Bor wird nachträglich bis zu einer Zielkonzentration von etwa 4·10²⁰/cm implantiert. Mittels eines RTA-Schritts (950°C, 20 s) wird die Druckspannung innerhalb der ersten Halbleiterschicht auf etwa –130 MPa und die Zugspannung innerhalb der zweiten Halbleiterschicht auf etwa 250 MPa eingestellt.
Nachfolgend werden die beiden Halbleiterschichten 28 und 32 strukturiert. Dabei wird die Kontaktfeder 2 in ihrer endgültigen Form gebildet. Gleichzeitig werden mittels einer Trockenätzung Hilfsöffnungen 34 in Form von Ätzlöchern oder Gräben in die Kontaktfeder 2 eingebracht, die einen besseren Zutritt des nachfolgend aufzubringenden Ätzmediums zu der Hilfsschicht 16 ermöglichen sollen. Das übrige verbleibende Polysilizium formt zusammen mit dem in der Öffnung 26 befindlichen Polysilizium die Schutzstruktur 4.
Es schließt sich das Entfernen der Hilfsschicht 16 an. Dazu werden die beiden die Hilfsschicht 16 bildenden Teilschichten 14 und 24 naßchemisch mittels HF selektiv zum Halbleitermaterial der Kontaktfeder und zum Material der Randstege 22 entfernt. Bei der anschließenden Trocknung verhindern die Randstege 22 ein Sticking der Kontaktfeder. Alternativ wäre eine Ätzung mit HF Gas oder naßchemisch mit HF und anschließender kritischer Punkt-Trocknung möglich. Durch das Entfernen der Hilfsschicht 16 wird die Kontaktfeder vom Substrat bis auf das in der Öffnung 26 befindliche Halbleitermaterial abgelöst. Der in dem Halbleitermaterial aufgebaute Streßgradient führt nun zu einem Wegbiegen des freien Endes 8 der Kontakt feder 2 von der Substratoberfläche. Die so erhaltene Struktur zeigt 5G.
Zur Isolation der Kontaktfeder 2 kann eine Isolationsschicht 36 aufgebracht und im Bereich des freien Endes 8 entfernt werden. Eine dünne Siliziumnitridschicht ist z. B. dafür geeignet.
Alternativ und insbesondere günstig hinsichtlich der Ätzung und Freilegung der Kontaktfeder ist eine ringförmige Isolationsstruktur (ringförmiger Rahmen) 36 auf der Schutzstruktur, Ein geeignetes Material ist z. B. Siliziumnitrid. Die einzelnen Schritte zur Herstellung dieses Rahmens 36 sind in den guren 6A–6C dargestellt. Auf die zweite Halbleiterschicht 32 wird die Siliziumnitridschicht 36 aufgebracht und bevorzugt gemeinsam mit der Kontaktfeder strukturiert. Anschließend wird die Kontaktfeder von der Siliziumnitridschicht 36 befreit, so daß letztere nur als Rahmen auf der Schutzstruktur verbleibt. Die mechanischen Eigenschaften der Kontaktfeder werden somit nicht von der Siliziumnitridschicht 36 beeinflußt. Gleichzeitig kann letztere zur Verbesserung der Isolation dicker ausgebildet werden.
Die einzelnen Kontaktfedern können je nach Dotierung der zu kontaktierenden Kontaktregionen des Halbleiterwafers unterschiedlich dotiert sein, um einen möglichst guten ohmschen Kontakt herzustellen.
Eine über die aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehende Schutzstruktur 4 mit einem Dotierungsgebiet 38 eines Feldeffekttransistors 40 verbundene Kontaktfeder 2 zeigt 7. Der Feldeffekttransistor 40 übernimmt bei dieser Ausführungsform die Funktion eines Schaltelements zum selektiven Verbinden der Kontaktfeder mit einer hier nicht dargestellten Zuleitung, die mit dem anderen Dotierungsgebiet 42 des Feldeffekttransistors 40 verbunden ist. Über die Auswahlleitung 44 wird der Feldeffekttransistor 40 angesteuert. Bevorzugt ist eine Vielzahl von Feldeffekttransistoren und Kontaktfedern matrixförmig angeordnet.
Sofern die Schutzstruktur aus einem elektrisch isolierenden Material besteht, wird die Verbindung zwischen dem Dotierungsgebiet 38 und der Kontaktfeder 2 über hier nicht dargestellte Leiterbahnen hergestellt.
In den 8A und 8B werden Verfahrensschritte zur Herstellung einer Kontaktfederanordnung mit einer Vielzahl von zunächst rasterförmig angeordneten Kontaktfedern 2a–2d, die bei diesem Ausführungsbeispiel jeweils von einer Schutzstruktur 4a–4d umgeben sind, dargestellt. Die Kontaktfedern und die Schutzstrukturen werden unabhängig von dem angestrebten Kontaktmuster zunächst alle gemeinsam hergestellt. Dadurch wird der Herstellungsprozeß vereinfacht. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt werden diejenigen Kontaktfedern 2b und 2c sowie die Schutzstrukturen 4b und 4c selektiv entfernt, die für die angestrebte Kontaktierung nicht erforderlich sind. Dadurch entsteht ein auf den jeweiligen Anwendungszweck ausgerichtetes Kontaktierungsmuster. Das Entfernen der nicht benötigten Kontaktfedern und Schutzstrukturen erfolgt bevorzugt mittels eines Laserstrahls der, je nach verwendeter Wellenlänge, die zu entfernenden Strukturen kalt entfernt oder thermisch verdampft. Die so erhaltene Struktur ist in 7B dargestellt.

2: Kontaktfeder
4: Schutzstruktur
6: Substrat
8: freies Ende der Kontaktfeder
10: fixiertes Ende der Kontaktfeder
12: Wafer
14: erste Teilschicht der Hilfsschicht
16: Hilfsschicht
18: Fenster in erster Teilschicht
20: Opferschicht
22: Randstege
24: zweite Teilschicht der Hilfsschicht
26: Öffnung
28: erste Halbleiterschicht des Halbleitermaterials
30: Halbleitermaterial
32: zweite Halbleiterschicht des Halbleitermaterials
34: Hilfsöffnungen
36: Isolationsschicht/Rahmen
38, 42: Dotierungsgebiet
40: Schaltelement/Feldeffekttransistor
44: Auswahlleitung

Claims

Kontaktfederanordnung zur elektrischen Kontaktierung eines Halbleiterwafers zu Testzwecken, mit einem Substrat (6) und mindestens einer einseitig an einer Oberfläche des Substrats (6) fixierten streifenförmigen Kontaktfeder (2), wobei die mindestens eine Kontaktfeder (2) aus einem einen Streßgradienten aufweisenden Halbleitermaterial (30) besteht, wobei der Streßgradient eine elastische Verbiegung der Kontaktfeder (2) verursacht.
Kontaktfederanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial (30) aus mindestens zwei miteinander verbundenen, unterschiedlich verspannten und den Streßgradienten des Halbleitermaterials hervorrufenden Halbleiterschichten (28, 32) besteht, wobei die erste Halbleiterschicht (28) der Außenseite und die zweite Halbleiterschicht (32) der Innenseite der Biegung zugewandt ist.
Kontaktfederanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschichten (28, 32) unterschiedlich dotiert sind.
Kontaktfederanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschichten (28, 32) aus Polysilizium bestehen und die erste Halbleiterschicht (28) eine niedrigere Dotierung als die zweite Halbleiterschicht (32) aufweist.
Kontaktfederanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Halbleiterschicht (28, 32) mit Phosphor, Bor oder Arsen dotiert sind.
Kontaktfederanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Substrat (6) mindestens eine Schutzstruktur (4) vorgesehen ist, welche die mindestens eine Kontaktfeder (2) vor einem zu starken Verbiegen schützt, wenn die Kontaktfederanordnung mit der mindestens einen Kontaktfeder (2) gegen einen zu kontaktierenden Halbleiterwafer gedrückt wird.
Kontaktfederanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzstruktur (4) ringförmig um die mindestens eine Kontaktfeder (2) verläuft, wobei die mindestens eine Kontaktfeder (2) einseitig an einer Seitenwand der Schutzstruktur (4) fixiert ist.
Kontaktfederanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzstruktur (4) einen Durchmesser von 100–1000 μm und eine Höhe von 100–500 μm aufweist.
Kontaktfederanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfeder eine Länge von 100 bis 1000 μm aufweist.
Kontaktfederanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende (8) der mindestens einen Kontaktfeder (2) gegenüber der durch ihr fixiertes Ende (10) und parallel zur Substratoberfläche verlaufenden Ebene um 10–100 μm herausragt.
Kontaktfederanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfederanordnung eine Vielzahl von Kontaktfedern (2a–2d) aufweist, die bei der Kontaktierung des Halbleiterwa fers gegen den zu kontaktierenden Halbleiterwafer gedrückt werden.
Kontaktfederanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfedern (2a–2d) rasterförmig angeordnet sind.
Kontaktfederanordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzstrukturen (4a–4d) zueinander einen Abstand von 100–1000 μm aufweisen.
Kontaktfederanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Kontaktfedern elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
Kontaktfederanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kontaktfeder jeweils ein Schaltelement (40) zugeordnet ist, welches die jeweilige Kontaktfeder (2) mit einer Zuleitung verbindet.
Kontaktfederanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Schaltelementen (40) um Feldeffekttransistoren handelt und die Kontaktfedern (2) und die jeweils zugeordneten Feldeffekttransistoren matrixförmig angeordnet sind, wobei jeweils ein Dotierungsgebiet (38) jedes Feldeffekttransistors mit jeweils einer zugeordneten Kontaktfeder verbunden ist.
Kontaktfederanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kontaktfeder (2) mit jeweils einer separaten Zuleitung unmittelbar elektrisch leitend verbunden ist.
Kontaktfederanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzstrukturen (4) aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen und die Kontaktfedern über an den Schutzstrukturen angeordneten Leiterbahnen kontaktiert sind.
Kontaktfederanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kontaktierung der Kontaktfedern die Schutzstrukturen aus einem elektrisch leitenden Material bestehen.
Verfahren zur Herstellung einer Kontaktfederanordnung zur elektrischen Kontaktierung eines Halbleiterwafers zu Testzwecken, mit einem Substrat und mindestens einer einseitig an einer Oberfläche des Substrats fixierten und aus einem Halbleitermaterial bestehenden streifenförmigen Kontaktfeder mit den Schritten: a) das Halbleitermaterial (30) wird so auf das Substrat (6) aufgebracht, daß ein Streßgradient innerhalb des Halbleitermaterials (30) entsteht; b) das Halbleitermaterial (30) wird strukturiert, so daß mindestens eine streifenförmige Kontaktfeder (2) entsteht; und c) die Kontaktfeder (2) wird an einer Seite von der Substratoberfläche abgelöst, so daß sich die Kontaktfeder durch den Streßgradienten im Halbleitermaterial verbiegt.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Streßgradient innerhalb des Halbleitermaterials (30) in situ durch Änderung von Abscheideparametern hervorgerufen wird.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt a) mindestens eine erste und eine zweite das Halbleitermaterial (30) bildende Halbleiterschicht (28, 32) auf das Substrat (6) aufgebracht werden, wobei die erste und die zweite Halbleiterschicht (28, 32) eine unterschiedliche mechanische Vorspannung aufweisen, die den Streßgradienten im Halbleitermaterial (30) hervorruft; und in Schritt b) die erste und die zweite Halbleiterschicht (28, 32) strukturiert werden, so daß mindestens eine streifenförmige Kontaktfeder (2) entsteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß vor Schritt a) auf die Substratoberfläche eine Hilfsschicht (16) aufgebracht und in die Hilfsschicht (16) mindestens eine bis zur Substratoberfläche reichende Öffnung (26) geätzt wird; in Schritt a) das Halbleitermaterial (30) in die mindestens eine Öffnung (26) der Hilfsschicht (16) und auf die Oberfläche der Hilfsschicht (16) aufgebracht wird; und in Schritt c) die Hilfsschicht (16) selektiv zu dem Halbleitermaterial (30) entfernt wird, wobei die Kontaktfeder (2) über das in die Öffnung (26, 10) der Hilfsschicht eingebrachte Halbleitermaterial am Substrat fixiert bleibt.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsschicht aus zwei Teilschichten (14, 24) besteht und – zuerst eine erste (14) der beiden Teilschichten aufgebracht und in diese zumindest ein bis zur Substratoberfläche reichendes Fenster (18) geätzt wird; – an den Seitenwänden des Fensters (18) mit der Substratoberfläche verbundene Randstege (22) gebildet werden; – eine zweite (24) der beiden Teilschichten zur Fertigstellung der Hilfsschicht (16) ganzflächig auf die erste Teilschicht (14) und die Randstege (22) aufgebracht wird; und – in beide Teilschichten (14, 24) die bis zur Substratoberfläche reichende Öffnung (26) geätzt wird; und in Schritt c) – zum Entfernen der Hilfsschicht (16) die erste und zweite Teilschicht (14, 24) selektiv zu den Randstegen (22) und zum Halbleitermaterial (30) entfernt werden.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Teilschicht (14, 24) aus TEOS oder BPSG und die Randstege (22) aus Siliziumnitrid bestehen.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Teilschicht (14, 24) naßchemisch mit HF oder mit einer Kombination aus naßchemischer HF-Ätzung und anschließender kritischer Punkt-Trockenätzung oder mit HF-Gas entfernt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt b) bis zur Hilfsschicht (16) reichende Hilfsöffnungen (34) in das Halbleitermaterial (30) geätzt werden, durch die das Ätzmittel zum Entfernen der Hilfsschicht eindringen kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Hilfsschicht (16) geätzte Öffnung (26) in Draufsicht auf die Substratoberfläche in Form eines um die Kontaktfeder (2) verlaufenden Ringes ausgebildet wird, wobei die Kontaktfeder innerhalb des Rings ausgehend von einer Seitenwand des Rings verläuft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß – die erste und die zweite Halbleiterschicht (28, 32) des Halbleitermaterials (30) aus Silizium bestehen und in Form von Polysilizium oder amorphem Silizium abgeschieden werden; und – die zuerst aufgebrachte erste Halbleiterschicht (28) eine geringere Dotierung als die nachfolgend aufgebrachte zweite Halbleiterschicht (32) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Halbleiterschicht (28, 32) aus einem Si₂H₆/PH₃ Gasgemisch bei einer Temperatur von etwa 650°C abgeschieden werden, wobei das Verhältnis von Si₂H₆ zu PH₃ bei der ersten Halbleiterschicht (28) auf etwa 50 und bei der zweiten Halbleiterschicht (32) auf etwa 30 eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß nach Abscheidung der beiden Halbleiterschichten (28, 32) eine Kurzzeittemperaturbehandlung (RTA) bei etwa 900°C für etwa 20 s durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Halbleiterschicht (28, 32) bei einem Druck von etwa 3330 Pa (25 Torr) abgeschieden werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß – die erste und zweite Halbleiterschicht (28, 32) des Halbleitermaterials (30) aus Silizium bestehen und in Form von Polysilizium oder amorphem Silizium abgeschieden werden; und – die zuerst aufgebrachte erste Halbleiterschicht (28) bei einer höheren Abscheidetemperatur als die nachfolgend aufgebrachte zweite Halbleiterschicht (32) abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidetemperatur der ersten Halbleiterschicht (28) 610°C und die der zweiten Halbleiterschicht (32) 590°C beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß nach zumindest einer der Abscheidung der Halbleiterschichten (28, 32) nachfolgenden Temperaturbehandlung die Halbleiterschichten (28, 32) polykristallin sind.
Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Kontaktfedern hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Kontaktfedern (2a–2d) eine matrixförmige Anordnung bildet und nachfolgend die Kontaktfedern (2b, 2c) entfernt werden, die zur Kontaktierung des Halbleiterwafers nicht benötigt werden.
Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß das nachträgliche Entfernen der Kontaktfedern seriell, insbesondere mit einem Laser erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 36 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Substrat um ein Halbleitersubstrat handelt, in das eine Vielzahl von Feldeffekttransistoren (40) integriert ist, und je ein Dotierungsgebiet (38) eines Feldeffekt transistors (40) mit je einer Kontaktfeder (2) verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedliche Verspannung der mindestens zwei Halbleiterschichten (28, 32) durch unterschiedlich hohe Abscheidetemperaturen bei der Abscheidung der Halbleiterschichten (28, 32) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Halbleiterschicht (28) bei einer höheren Temperatur als die zweite Halbleiterschicht (32) abgeschieden wird.