EP1368821A1 - Anordnung und verfahren zum ruckseitigen kontaktieren eines halbleitersubstrats - Google Patents

Anordnung und verfahren zum ruckseitigen kontaktieren eines halbleitersubstrats

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EP1368821A1
EP1368821A1 EP02714062A EP02714062A EP1368821A1 EP 1368821 A1 EP1368821 A1 EP 1368821A1 EP 02714062 A EP02714062 A EP 02714062A EP 02714062 A EP02714062 A EP 02714062A EP 1368821 A1 EP1368821 A1 EP 1368821A1
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EP
European Patent Office
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sealing ring
base body
substrate
opening
conductive layer
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Withdrawn
Application number
EP02714062A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Albrecht Birner
Martin Franosch
Matthias Goldbach
Volker Lehmann
Jörn LÜTZEN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Publication of EP1368821A1 publication Critical patent/EP1368821A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67063—Apparatus for fluid treatment for etching
    • H01L21/67075—Apparatus for fluid treatment for etching for wet etching
    • H01L21/67086—Apparatus for fluid treatment for etching for wet etching with the semiconductor substrates being dipped in baths or vessels
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Definitions

  • the present invention relates to an arrangement and a method for contacting a semiconductor substrate from the rear.
  • process steps are used which require electrical contact to the substrate to be processed. This is the case, for example, with electrical or electrochemical process steps.
  • electrical or electrochemical process steps In order to be able to produce a large number of identical components in parallel on a semiconductor substrate, it is necessary for the substrate to be processed uniformly by the process step. This requires contacting methods which produce an electrical contact that is as homogeneous as possible with respect to the substrate. If no homogeneous electrical contact is guaranteed, there is a variation in the electrical potential across the substrate, which can be noticeable in an inhomogeneous process control and prevents a uniform execution of the process step. The fluctuation leads to an uneven galvanic deposition with a negative substrate potential and to an uneven anodic resolution with a positive substrate potential.
  • pores form at a low anodic potential and electropolished surfaces at a high anodic potential.
  • the formation of pores in silicon is of interest, for example, for the production of trench capacitors, since a substantial increase in surface area and the associated increase in capacitance can be achieved through the formation of pores.
  • So-called mesopores with a pore diameter in the range from 2 to 10 nanometers (nm) are particularly suitable as pores. Since - as already mentioned above - the formation of pores depends on the electrical potential, it is very important to apply this potential to the substrate as evenly as possible distributed over the substrate.
  • a known method for producing a uniform, full-area rear-side contact with a semiconductor substrate is shown, for example, in US Pat. No. 5,209,833.
  • An electrolyte contact is made to the back of the substrate, which ensures a very slight fluctuation in the contact resistance between the substrate and the electrolyte.
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  • a further method step provides that the insulation layer comprises silicon nitride or silicon oxide and is etched with an etchant which comprises hydrofluoric acid or nitric acid, as a result of which the conductive layer is exposed.
  • a further method step provides that the insulation layer is removed by means of a dry etching process which uses an etching mask applied to the substrate.
  • Figure 1 is a plan view of a base body with sealing rings which is suitable for receiving a semiconductor substrate
  • Figure 2 shows a section through the basic body shown in Figure 1 along the section line II;
  • FIG. 3 shows a section through the base body shown in Figure 1 along the section line III;
  • Figure 4 shows a substrate with a conductive layer applied to the back of the substrate.
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  • the cavity 25 can be cleaned and rinsed, for example, with deionized water before the electrolyte is filled in.
  • the electrolyte can be removed from the cavity 25, a subsequent rinsing with deionized water can be carried out and then drying with nitrogen can be carried out.
  • the conductive layer 5 can be formed, for example, from metals or suicides. Tungsten is suitable as the metal, for example, and tungsten silicide is suitable as the silicide. It is also possible to form the conductive layer from tungsten nitride.
  • the barrier layer 4 can, for example, also be formed from tungsten nitride.

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Abstract

Es wird ein Grundkörper (21) bereitgestellt, auf dem ein erster Dichtungsring (23) und ein zweiter Dichtungsring (24) angeordnet sind. Auf den Dichtungsringen wird ein Substrat (1) angeordnet, so daß ein Hohlraum (25) zwischen dem ersten Dichtungsring (23), dem zweiten Dichtungsring (24), dem Grundkörper (21) und dem Substrat (1) gebildet wird. In den Hohlraum (25) ist eine Ätzsubstanz zum Freiätzen einer auf das Substrat (1) aufgebrachten leitfähigen Schicht einleitbar. Ist eine auf der Substratrückseite aufgebrachte leitfähige Schicht (5) freigelegt, so kann in den Hohlraum (25) ein Elektrolyt eingefüllt werden, der die leitfähige Schicht (5) und somit die Substratrückseite kontaktiert.

Description

Beschreibung
Anordnung und Verfahren zum rückseitigen Kontaktieren eines Halbleitersubstrats
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum rückseitigen Kontaktieren eines Halbleitersubstrats.
Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen werden Verfahrensschritte verwendet, die eine elektrische Kontaktierung zu dem zu bearbeitenden Substrat erfordern. Dies ist zum Beispiel bei elektrischen beziehungsweise elektrochemischen Prozeßschritten 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 homogenen elektrischen Kontakt herstellen. Falls kein homogener elektrischer Kontakt gewährleistet ist, so ergibt sich eine Variation des elektrischen Potentials über das Substrat, was sich in einer inhomogenen Prozeßführung bemerkbar machen kann und eine gleichmäßige Durchführung des Prozeßschrittes verhindert . Die Schwankung führt zu einer ungleichmäßigen galva- nischen Abscheidung bei einem negativen Substratpotential und zu einer ungleichmäßigen anodischen Auflösung bei einem positiven Substratpotential .
Bei der anodischen Auflösung des Substrats bilden sich zum Beispiel bei geeignet gewählter Dotierung und Elektrolytzusammensetzung bei einem niedrigen anodischen Potential Poren aus und bei einem hohen anodischen Potential elektropolierte Flächen. Dies stellt eine gravierende Abhängigkeit der gebildeten Halbleiterbauelemente von dem anliegenden Potential dar und kann die Bildung funktionierender Halbleiterbauelemente 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 realisiert werden kann. Als Poren sind sogenannte Mesoporen mit einem Porendurchmesser im Bereich von 2 bis 10 Nanometern (nm) besonders geeignet. Da - wie bereits oben erwähnt - die Bildung von Poren von dem elektrischen Potential abhängt, ist es von großer Bedeutung, dieses Potential möglichst gleichmäßig über das Substrat verteilt an das Substrat anzulegen.
Aus der Druckschrift WO 92/02948 AI ist beispielsweise die Kontaktierung der Waferrückseite mit Hilfe eines oder mehrerer Federkontakte bekannt. Auch hier tritt der Nachteil ein, daß jeweils nur lokal die gewünschten Potentiale erzeugt werden können und auf der Waferrückseite zu größeren Abständen von den Kontaktstellen hin Schwankungen des Potentials auftreten können. Außerdem ist dabei besonders nachteilhaft, daß Metall in Kontakt mit dem Wafer gebracht wird. Bei der Her- Stellung von integrierten Schaltungen mit sich stetig weiter verringernden Strukturgrößen sollte wenigstens im Frontend- Prozess ein Metallkontakt zum Wafer aus Gründen etwa der Par- tikelkontmination absplitternder Teilchen ausgeschlossen werden.
Ein bekanntes Verfahren, einen gleichmäßigen ganzflächigen rückseitigen Kontakt zu einem Halbleitersubstrat herzustellen, ist zum Beispiel in dem Patent US 5,209,833 gezeigt. Dabei wird ein Elektrolytkontakt zu der Substratrückseite her- gestellt, der eine sehr geringe Schwankung des Kontaktwiderstands zwischen Substrat und Elektrolyt gewährleistet .
Das Verfahren zur Bildung eines ganzflächigen Elektrolyt-Rückseitenkontakts ist allerdings prozeßtechnisch aufwendig.
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in der leitfähigen Schicht angeordnet sind, zu verhindern. Dazu kann die Barrierenschicht beispielsweise eine Diffusionsbarrierenwirkung aufweisen. Desweiteren kann sie vorteilhaft als Haftvermittler für die leitfähige Schicht dienen. Weiterhin ist vorgesehen, daß die Barrierenschicht leitfähig ist .
Ein weiterer Verfahrensschritt sieht vor, daß die Isolationsschicht Siliziumnitrid oder Siliziumoxid umfaßt und mit einem Ätzmittel geätzt wird, das Flußsäure oder Salpetersäure umfaßt, wodurch die leitfähige Schicht freigelegt wird.
Ein weiterer Verfahrensschritt sieht vor, daß die Isolationsschicht mittels eines Trockenätzprozesses entfernt wird, der eine auf das Substrat aufgebracht Ätzmaske verwendet.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche .
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert .
In den Figuren zeigen:
Figur 1 die Draufsicht auf einen Grundkörper mit Dichtungsringen der zur Aufnahme eines Halbleitersubstrats geeignet ist;
Figur 2 einen Schnitt durch den in Figur 1 dargestellten Grundkδrper entlang der Schnittlinie II;
Figur 3 einen Schnitt durch den in Figur 1 dargestellten Grundkörper entlang der Schnittlinie III;
Figur 4 ein Substrat mit einer auf der Substratrückseite aufgebrachten leitfähigen Schicht. w LP t to P1 M cπ o cπ o cπ O cπ
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Nach dem Freiätzen der leitfähigen Schicht in dem ringförmigen Hohlraum 25 kann der Hohlraum 25 beispielsweise mit deionisiertem Wasser gereinigt und gespült werden, bevor der Elektrolyt eingefüllt wird. Nach Abschluß der elektrochemi- sehen Prozessierung der zweiten Hauptfläche 3 kann der Elektrolyt aus dem Hohlraum 25 entfernt werden, eine nachfolgende Spülung mit deionisiertem Wasser durchgeführt werden und anschließend eine Trocknung mit Stickstoff durchgeführt werden.
Die leitfähige Schicht 5 kann beispielsweise aus Metallen oder Suiziden gebildet werden. Als Metall ist beispielsweise Wolfram, als Silizid ist beispielsweise Wolframsilizid geeignet. Ebenso ist es möglich, die leitfähige Schicht aus Wolf- ramnitrid zu bilden. Die Barrierenschicht 4 kann beispiels- weise ebenfalls aus Wolframnitrid gebildet werden.
Bezugs zeichenliste
1 Substrat
2 erste Hauptfläche 3 zweite Hauptfläche
4 Barrierenschicht
5 leitfähige Schicht
6 erste Isolationsschicht
7 zweite Isolationsschicht 8 weitere Schicht
9 Oberfläche
21 Grundkörper
22 Grundkörperoberfläche
23 erster Dichtungsring 24 zweiter Dichtungsring
25 Hohlraum
26 erste Öffnung
27 zweite Öffnung
28 Ko taktdraht 29 Elektrolyt
30 umschlossenes Gebiet
31 dritter Dichtungsring
32 vierter Dichtungsring
33 Gegenelektrode 34 Ätzbecher
35 Einlaß
36 Auslaß 37 Lager

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung zur Kontaktierung eines Halbleitersubstrats mit : - einem Grundkörper (21) , der eine Grundkörperoberfläche (22) aufweist, auf der ein erster Dichtungsring (23) und ein zweiter Dichtungsring (24) angeordnet sind, wobei der erste Dichtungsring (23) kleiner ist als der zweite Dichtungsring (24) und der erste Dichtungsring (23) vollständig innerhalb des von dem zweiten Dichtungsring (24) umschlossenen Gebiets (30) der Grundkörperoberfläche (22) angeordnet ist;
- einem Halbleitersubstrat (1) , welches auf dem ersten Dichtungsring (23) und dem zweiten Dichtungsring (24) angeordnet ist, welches eine erste Hauptfläche (2) und eine zweite Hauptfläche (3) umfaßt;
- wobei auf der ersten Hauptfläche (2) des Halbleitersubstrats (1) eine leitfähige Schicht (5) angeordnet ist, die eine Oberfläche (9) aufweist;
- wobei in dem Grundkörper (21) , ausgehend von der Grundkör- peroberflache (22) , zwischen dem ersten Dichtungsring (23) und dem zweiten Dichtungsring (24) eine erste Öffnung (26) und eine zweite Öffnung (27) angeordnet sind;
- wobei die erste Öffnung (26) mit einem ersten Leitungssystem (35) und die zweite Öffnung (27) mit einem zweiten Leitungssystem (36) zum Ein- und Auslaß wenigstens einer elektrisch leitenden Flüssigkeit verbunden sind; und
- einem Kontaktdraht (28) , welcher freiliegend an der Grundkörperoberfläche (22) des Grundkörpers (21) zwischen dem ersten Dichtungsring (23) und dem zweiten Dichtungsring (24) angeordnet ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß auf der leitfähigen Schicht (5) eine erste Isolationsschicht (6) angeordnet ist, die in dem Bereich zwischen dem ersten Dichtungsring (23) und dem zweiten Dichtungsring (24) entfernt ist .
3. Anordnung nach Anspruch 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß an das erste Leitungssystem (35) umschaltbar eine Elektrolyt- quelle und eine Ätzmittelquelle angeschlossen sind.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß von dem ersten Dichtungsring (23) , dem zweiten Dichtungsring (24) , der Grundkörperoberfläche (22) und dem Substrat (1) ein Hohlraum (25) begrenzt ist.
5. Verfahren zur Kontaktierung eines Halbleitersubstrats mit den Schritten: - Bereitstellen eines Grundkörpers (21) , der eine Grundkörperoberfläche (22) aufweist, auf der ein erster Dichtungsring (23) und ein zweiter Dichtungsring (24) angeordnet sind, wobei der erste Dichtungsring (23) kleiner ist als der zweite Dichtungsring (24) und der erste Dichtungsring (23) vollständig innerhalb des von dem zweiten Dichtungsring (24) umschlossenen Gebiets (30) der GrundkörperOberfläche (22) angeordnet ist,
- wobei in dem Grundkörper (21) , ausgehend von der Grundkörperoberfläche (22), zwischen dem ersten Dichtungsring (23) und dem zweiten Dichtungsring (24) eine erste Öffnung (26) und eine zweite Öffnung (27) angeordnet sind und
- wobei ein Kontaktdraht (28) freiliegend an der Grundkörperoberfläche (22) des Grundkörpers (21) zwischen dem ersten Dichtungsring (23) und dem zweiten Dichtungsring (24) ange- ordnet ist;
- Bereitstellen eines Substrats (1) , das eine erste Hauptfläche (2) und eine zweite Hauptfläche (3) umfaßt, wobei eine leitfähige Schicht (5) auf der ersten Hauptfläche (2) angeordnet ist; - Anordnen des ersten Substrats (1) mit der ersten Hauptfläche (2) auf dem ersten Dichtungsring (23) und dem zweiten Dichtungsring (24) , wobei ein Hohlraum (25) gebildet wird, der von dem ersten Dichtungsring (23) , dem zweiten Dichtungsring (24) , der Grundkörperoberfläche (22) und dem Substrat .(1) begrenzt wird;
Einleiten eines Elektrolyten durch die erste Öffnung (26) in den Hohlraum (25) , wobei eine elektrische Verbindung zwischen der leitfähigen Schicht (5) und dem Kontaktdraht (28) gebildet wird, Ausleiten des Elektrolyten durch die zweite Öffnung (27) .
6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß
- auf der leitfähigen Schicht (5) eine Isolationsschicht (6) angeordnet ist und - in den Hohlraum (25) durch die erste Öffnung (26) eine Ätzsubstanz eingeleitet wird, welche die Isolationsschicht (6) von der leitfähigen Schicht (5) entfernt und
- die Ätzsubstanz durch die zweite Öffnung (27) aus dem Hohlraum (25) ausgeleitet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen dem Substrat (1) und der leitfähigen Schicht (5) eine Barrierenschicht (4) gebildet wird, welche als Diffusions- barriere und/oder als Haftvermittler dient.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Isolationsschicht (6) Siliziumnitrid oder Siliziumoxid umfaßt und mit einem Ätzmittel geätzt wird, das Flußsäure oder Salpetersäure umfaßt, wobei die leitfähige Schicht (5) freigelegt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Isolationsschicht (6) mittels eines Trockenätzprozesses entfernt wird, der eine auf das Substrat (1) aufgebrachte Ätzmaske verwendet .
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