DE19846232A1

DE19846232A1 - Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit Rückseitenkontaktierung

Info

Publication number: DE19846232A1
Application number: DE19846232A
Authority: DE
Inventors: Peter Ramm
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1998-09-03
Filing date: 1998-10-07
Publication date: 2000-03-09

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes mit Rückseitenkontaktierung werden zunächst Bauelementstrukturen des Halbleiterbauelements in einer ersten Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats erzeugt. Nachfolgend wird eine Ätzgrube in der zweiten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats gebildet, die sich bis zu einem hochdotierten Anschlußbereich der Bauelementstruktur oder bis zu einer Metallisierungsebene derselben erstreckt. Im Anschluß daran wird auf zumindest Bereichen der zweiten Hauptoberfläche, die die Ätzgrube umfassen, derart eine Isolationsschicht erzeugt, daß zumindest ein Abschnitt des hochdotierten Anschlußbereichs oder der Metallisierungsebene freibleibt. Anschließend wird eine Metallisierungsschicht auf der Isolationsschicht erzeugt, so daß die Metallisierungsschicht den freibleibenden Abschnitt des hochdotierten Anschlußbereichs oder der Metallisierungsebene mit dem Kontaktbereich auf der zweiten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats elektrisch leitfähig verbindet.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit Rückseitenkon taktierung, das vorteilhaft verwendet werden kann, um bei spielsweise einen ionensensitiven Feldeffekttransistor zu fertigen. Die Erfindung eignet sich jedoch zur Herstellung beliebiger Halbleiterbauelemente mit einer Rückseitenkon taktierung.

Verfahren zum Herstellen ionensensitiven Feldeffekttransi storen mit Rückseitenkontakt sind beispielsweise in der DE 44 30 812 C beschrieben. Bei den dort beschriebenen Verfahren werden MOS-Transistoren und ISFET-Sensoren auf demselben Substrat zusammen mit einem Rückseitenkontakt realisiert, wobei die Realisierung der Transistoren, der Sensoren und der Rückseitenkontaktierung parallel erfolgt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zur Herstellung von Bauelementen mit ei ner Rückseitenverdrahtung zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstel len eines Halbleiterbauelements mit einer Rückseitenkontak tierung mit folgenden Schritten:
Erzeugen von Bauelementstrukturen des Halbleiterbauelements in einer ersten Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats;
Bilden einer Ätzgrube in der zweiten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats, die sich bis zu einem hochdotierten Anschlußbereich oder einer Metallisierungsebene der Bauele mentstruktur erstreckt;
Erzeugen einer Isolationsschicht auf zumindest Bereichen der zweiten Hauptoberfläche, die die Ätzgrube umfassen, derart, daß zumindest ein Abschnitt des hochdotierten Anschlußbe reichs freibleibt; und
Erzeugen einer Metallisierungsschicht auf der Isolations schicht, derart, daß die Metallisierungsschicht den frei bleibenden Abschnitt des hochdotierten Anschlußbereichs oder der Metallisierungsebene mit einem Kontaktbereich auf der zweiten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats elektrisch leitfähig verbindet.

Soll eine solche Rückseitenkontaktierung bei einem Halblei tersubstrats geringer Dicke (< 50 µm) durchgeführt werden, wird vorzugsweise nach dem Erzeugen der Bauelementstrukturen ein Handhabungssubstrat auf die erste Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats aufgebracht, woraufhin das Halbleiter substrat von der der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegen den zweiten Hauptoberfläche her gedünnt wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Herstellung einer Schaltungsstruktur mit einer Rückseiten kontaktierung. Das Verfahren ist mittels CMOS-kompatibler Standard-Halbleitertechnologien durchführbar und realisiert frei wählbare Kontakte zwischen der Schaltungsstruktur und der Rückseitenmetallisierung. Die Kontaktierung erfolgt di rekt in die hochdotierten Anschlußgebiete oder auf eine Me tallisierungsebene der Schaltungsstruktur.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Bauelementelage in dem Substrat mit den entsprechenden Schaltungsstrukturen zunächst fertig prozessiert, woraufhin das Bauelementsub strat gedünnt wird. Nachfolgend werden von der Substratrück seite her Kontaktlöcher durch die Bauelementsubstratschicht bis auf die zu kontaktierenden hochdotierten Anschlußgebiete oder eine Metallisierungsebene der Schaltungsstruktur geöff net und metallisiert, so daß eine elektrisch leitfähige Ver bindung zwischen Kontaktbereichen auf der Rückseite des Sub strats und den Schaltungsstrukturen hergestellt sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren schafft somit Halbleiterbau elemente, bei denen vorteilhafterweise die Rückseite des Bauelements für die Verdrahtung genutzt wird. Dieser Frei heitsgrad ermöglicht beispielsweise die Rückseitenkontaktie rung von großflächigen Sensorstrukturen, deren Verdrahtung bei einer Vorderseitenverdrahtung nur in Gebieten neben den Sensorflächen realisiert werden kann, und steigert somit deutlich die Integrationsdichte. Weiterhin ermöglicht das beschriebene Verfahren die Verlagerung von Verdrahtungsebe nen, die beispielsweise zur Erreichung eines größeren Si gnal-Rausch-Verhältnisses, einen erhöhten Flächenbedarf auf weisen, auf die Rückseite des Bauelementsubstrats.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst eine Bau elementelage innerhalb eines Substrats mit fertig prozes sierten Schaltungsstrukturen realisiert, wobei zur Reduzie rung des Flächenbedarfs der Rückseitenverdrahtung bei bevor zugten Ausführungsbeispielen nachfolgend das Bauelementsub strat von der Rückseite her gedünnt wird. Diese Dünnung kann mittels bekannter Techniken, beispielsweise naßchemischem Ätzen oder mechanischem oder chemomechanischem Schleifen, bis zu einer minimalen Dicke von 50 µm erfolgen. Bei kleine ren angestrebten Dicken werden Maßnahmen zur Stabilisierung des Bauelementsubstrats notwendig, wobei hierzu ein Handha bungssubstrat auf die Vorderseite des Bauelementsubstrats in der die Bauelementstrukturen gebildet sind, aufgebracht wird. Hierzu wird die Vorderseite des Bauelementsubstrats vorzugsweise mit einer Haftschicht versehen. Diese Haft schicht kann gleichzeitig eine passivierende und/oder plana risierende Funktion übernehmen. Nach diesem Aufbringen eines Handhabungssubstrats wird das Bauelementsubstrat dann von der Rückseite her gedünnt. Ist ein SOI-Substrat verwendet, kann bei dieser Dünnung die vergrabene Isolatorschicht als Ätzstop dienen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden anschließend von der Rückseite des Bauelementsubstrats her Kontaktlöcher auf die zu kontaktierenden Gebiete geöffnet, woraufhin die Rückseite des Bauelementsubstrats und die Sei tenwände der Kontaktlöcher isoliert werden. Nachfolgend wird eine Metallisierungsschicht mittels Standardverfahren aufge bracht, die aus einer oder mehreren Metallisierungsebenen bestehen kann. Somit können Kontakte zwischen hochdotierten Anschlußgebieten oder einer der Metallisierungsebenen des Bauelementsubstrats und einer Rückseitenmetallisierung des Substrats realisiert werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung wird nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 3 schematische Querschnittansichten zur Veran schaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Fig. 1 ist ein Halbleitersubstrat 2 dargestellt, wobei an einer Oberfläche desselben bereits Bauelementstrukturen gebildet sind. Das Halbleitersubstrat 2 besteht vorzugsweise aus Silizium. In der Oberfläche des Halbleitersubstrats sind fertig prozessierte Schaltungsstrukturen und/oder Sensorflä chen 4 gebildet. Ferner ist ein hochdotierter Anschlußbe reich 6 vorgesehen. Die Sensorstrukturen 4 können beispiels weise über eine Metallisierungsschicht 8, die beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung besteht, mit dem hochdotierten Bereich 6 verbunden sein. Um eine Isolation der Metallisie rungsschicht 8 von dem Halbleitersubstrat 2 zu gewährleis ten, sind Isolatorschichten 10 vorgesehen. Die gesamte Ober fläche des Bauelementsubstrats ist mit einer dielektrischen Schicht 12 passiviert. Die in Fig. 1 dargestellte Struktur kann ein Bauelementsubstrat sein, daß bereits von der Rück seite her gedünnt ist. Soll eine derartige Dünnung bis auf eine Dicke von weniger als 50 µm erfolgen, ist es bevorzugt, auf der Vorderseite ein Handhabungssubstrat (nicht darge stellt) vorzusehen.

Wie nun in Fig. 2 gezeigt ist, wird nachfolgend von der Rückseite her eine Ätzgrube 14 in dem Halbleitersubstrat 2 gebildet, die bis zu dem Anschlußbereich 6 reicht. Es ist offensichtlich, daß beispielsweise bei der Herstellung einer Mehrzahl von Halbleiterbauelementstrukturen im Waferverbund gleichzeitig eine Mehrzahl solcher Ätzgruben geöffnet werden kann. Das Öffnen der Ätzgruben erfolgt vorzugsweise mittels eines anisotropen Naßätzens. Dazu wird bei bevorzugten Aus führungsformen der vorliegenden Erfindung nach dem Abschei den einer geeigneten Hartmaskenschicht und deren Strukturie rung, die mittels eines herkömmlichen Standardlithographie schrittes durchgeführt wird, das Ätzen mittels einer KOH- oder Cholin-Lösung oder einem Gemisch aus Monoethanolamin, Dimethylsulfoxid und Wasser realisiert. Sind als Halbleiter substrat Siliziumscheiben der Kristallorientierung <100< verwendet, bilden sich hierbei Ätzgruben mit Öffnungsflanken von 55° zur Scheibenoberfläche aus. Nach dem Öffnen der Ätz gruben wird auf die Rückseite des Halbleitersubstrats 2 und gleichzeitig auf die Seitenwände der Ätzgrube 14 eine Iso lierungsschicht 16 aufgebracht. Diese Isolierungsschicht dient zur elektrischen Isolation zwischen der nachfolgend realisierten leitfähigen Verbindung und dem Siliziumsub strat. Die sich ergebende Struktur ist in Fig. 2 darge stellt.

In der Isolierungsschicht 16 wird dann in dem Abschnitt des Anschlußbereichs 6 eine Kontaktierungsöffnung 18 erzeugt, wobei alternativ die Isolierungsschicht 16 bereits mit einer solchen Öffnung erzeugt wird. Abschließend wird eine Metal lisierungsschicht 20 auf die Isolierungsschicht 16 aufge bracht, so daß die Metallisierung in der Kontaktierungsöff nung 18 in Kontakt zu dem Anschlußbereich 6 ist. Somit ist eine einfache leitfähige Verbindung zwischen Kontaktberei chen auf der Rückseite des Halbleitersubstrats 2 und dem An schlußbereich 6 hergestellt. Die Metallschicht 20 kann dabei zunächst ganz flächig abgeschieden werden und danach auf der Rückseite des Halbleitersubstrats 2 in der gewünschten Weise strukturiert werden.

Die vorliegende Erfindung schafft somit ein Verfahren zur Rückseitenkontaktierung von elektrischen Bauelementen, deren Prozessierung auf der Vorderseite abgeschlossen ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden keine Prozesse zur Rück seitenkontaktierung durchgeführt, die sich auf die Prozes sierung und/oder das Temperatur-Budget der fertig prozes sierten Bauelemente auf der Vorderseite auswirken. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Bauelementeprozessierung auf der Vorderseite und die Rückseitenkontaktierung vollständig unabhängig voneinander.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit Rückseitenkontaktierung, mit folgenden Schritten:
Erzeugen von Bauelementstrukturen (4, 6, 8, 10) des Halb leiterbauelements in ersten Hauptoberfläche eines Halb leitersubstrats (2);
Bilden einer Ätzgrube in der zweiten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats (2), die sich bis zu einem hochdo tierten Anschlußbereich (6) der Bauelementstruktur oder einer Metallisierungsebene der Bauelementstruktur er streckt;
Erzeugen einer Isolationsschicht (16) auf zumindest Be reichen der zweiten Hauptoberfläche, die die Ätzgrube (14) umfassen, derart, daß zumindest ein Abschnitt des hochdotierten Anschlußbereichs (6) oder der Metallisie rungsebene freibleibt; und
Erzeugen einer Metallisierungsschicht (20) auf der Isola tionsschicht (16), derart, daß die Metallisierungsschicht (20) den freibleibenden Abschnitt (18) des hochdotierten Anschlußbereichs (6) oder der Metallisierungsebene mit einem Kontaktbereich auf der zweiten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats (2) elektrisch leitfähig verbindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem vor dem Bilden der Ätzgrube (14) ein Handhabungssubstrat auf die erste Hauptoberfläche des Halbleiterchips (2) aufgebracht wird, woraufhin das Halbleitersubstrat (2) von der der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegenden zweiten Hauptoberflä che her gedünnt wird.