DE10003282B4

DE10003282B4 - Kontaktstruktur

Info

Publication number: DE10003282B4
Application number: DE10003282A
Authority: DE
Inventors: Theodore A. Chicago Khoury; Mark R. Mundelein Jones; James W. Chicago Frame
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 1999-01-29
Filing date: 2000-01-26
Publication date: 2007-05-10
Anticipated expiration: 2020-01-27
Also published as: KR20000053655A; US6466043B2; US20020089343A1; JP2000249722A; US6420884B1; DE10003282A1; US20020089342A1; TW534998B; JP3343540B2; SG84560A1; KR100472580B1; US6472890B2

Abstract

Kontaktstruktur zum Prüfen einer Halbleiterscheibe, einer ummantelten Hochintegrationsschaltung oder einer gedruckten Leiterplatte (Prüfling), enthaltend
– eine Vielzahl von balkenförmigen Kontaktbereichen (30), die jeweils in einer Querrichtung des balkenförmigen Kontaktbereichs eine Federkraft aufweisen, durch die eine Kontaktkraft erzeugt wird, wenn die Spitze des jeweiligen balkenförmigen Kontaktbereichs (30) gegen einen Zielkontakt (320) gepresst wird, wobei jeder balkenförmige Kontaktbereich (30) die folgenden Bestandteile umfasst:
– eine Siliziumbasis (40) mit einem durch einen anisotropen Ätzvorgang hergestellten schrägen Trägerbereich (62);
– eine die einzelnen balkenförmigen Kontaktbereiche (30) elektrisch voneinander isolierende Isolierschicht (52) ; und
– eine leitende Schicht (35) aus leitendem Material, die auf der Isolierschicht (52) so ausgebildet ist, dass die Isolierschicht (52) und die leitende Schicht (35) einen balkenförmigen Kontaktbereich (30) bilden;
– ein Kontaktsubstrat (20) zur Halterung der Vielzahl von balkenförmigen Kontaktbereichen (30), wobei das Kontaktsubstrat (20) Nuten (27) umfasst, in denen die Siliziumbasis (40) derart gehaltert...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Kontaktstrukturen zur Herstellung eines elektrischen Kontakts mit Zielkontakten, wie etwa Anschlußflecken, Elektroden oder Leitungen von elektronischen Schaltungen oder Bauteilen, und insbesondere Kontaktstrukturen, die beispielsweise in einer Nadelkarte Verwendung finden können, um Halbleiterscheiben, ummantelte Halbleiterbauteile, integrierte Schaltungschips, gedruckte Leiterplatten usw. mit hoher Geschwindigkeit, einem großen Frequenzbereich sowie hoher Dichte und Qualität zu prüfen.
Zum Prüfen von sehr dicht montierten elektrischen Hochgeschwindigkeitsbauteilen, wie etwa hochintegrierten und höchstintegrierten Schaltungen, werden ausgesprochen leistungsfähige Kontaktstrukturen, wie etwa Prüfkontaktstecker, benötigt. Der Einsatz der erfindungsgemäßen Kontaktstruktur ist allerdings nicht auf das Prüfen, einschließlich der Voralterungstests, von Halbleiterscheiben und Chips beschränkt, sondern schließt auch das Prüfen und sowie Voralterungstests von ummantelten Halbleiterelementen, gedruckten Leiterplatten etc. mit ein. Zum besseren Verständnis wird die vorliegende Erfindung jedoch hauptsächlich unter Bezugnahme auf das Prüfen von Halbleiterscheiben erläutert.

Wenn zu prüfende Halbleiterbauteile in Form einer Halbleiterscheibe vorliegen, wird ein Halbleiterprüfsystem, beispielsweise ein Prüfgerät für integrierte Schaltungen, zum automatischen Prüfen der Halbleiterscheibe üblicherweise mit einer Substrathaltevorrichtung, etwa einer automatischen Scheibenprüfeinrichtung, verbunden.

Ein Beispiel hierfür ist in 1 dargestellt, wobei ein Halbleiterprüfsystem einen Prüfkopf umfaßt, der sich herkömmlicherweise in einem gesonderten Gehäuse befindet und über ein Bündel von Kabeln elektrisch mit dem Zentralprozessor des Prüfsystems verbunden ist. Der Prüfkopf und die Substrathaltevorrichtung sind mechanisch und elektrisch miteinander verbunden und die zu prüfenden Halbleiterscheiben werden von der Substrathaltevorrichtung automatisch zu einer Prüfposition des Prüfkopfes bewegt.

Am Prüfkopf werden der zu prüfenden Halbleiterscheibe vom Halbleiterprüfsystem erzeugte Prüfsignale zugeleitet. Die von den auf der zu prüfenden Halbleiterscheibe befindlichen integrierten Schaltungen kommenden resultierenden Ausgangssignale werden dem Halbleiterprüfsystem zugeführt, wo sie mit SOLL-Werten verglichen werden, um festzustellen, ob die auf der Halbleiterscheibe angeordneten integrierten Schaltungen einwandfrei funktionieren.

Der Prüfkopf und die Substrathaltevorrichtung sind mit einem Schnittstellenelement 140 verbunden, das aus einem Performance-Board 120 in Form einer gedruckten Leiterplatte besteht, welche der typischen elektrischen Ausführung des Prüfkopfs entsprechende elektrische Schaltverbindungen sowie Koaxialkabel, Pogo-Pins und Anschlußelemente aufweist. Der Prüfkopf 100 umfaßt eine große Anzahl von gedruckten Leiterplatten 150, die der Anzahl der Prüfkanäle bzw. Prüfstifte entspricht. Jede gedruckte Leiterplatte weist ein Anschlußelement 160 auf, das einen entsprechenden Kontaktanschluß 121 des Performance-Hoards 120 aufnimmt. Zur genauen Festlegung der Kontaktposition gegenüber der Substrathaltevorrich tung 400 ist am Performance-Hoard 120 ein "Frog"-Ring 130 angebracht. Der Frog-Ring 130 weist eine große Anzahl von Kontaktstiften 141, beispielsweise ZIF-Anschlußelemente oder Pogo-Pins auf, die über Koaxialkabel 124 mit den Kontaktanschlüssen 121 verbunden sind.

2 zeigt eine detailliertere Darstellung einer Anordnung aus Substrathaltevorrichtung (Scheibenprüfvorrichtung) 400, Prüfkopf 100 und Schnittstellenelement 140 beim Prüfen einer Halbleiterscheibe. Wie sich 2 entnehmen läßt, wird der Prüfkopf 100 über der Substrathaltevorrichtung 400 ausgerichtet und über das Schnittstellenelement 140 mechanisch und elektrisch mit der Substrathaltevorrichtung 400 verbunden. In der Substrathaltevorrichtung 400 ist eine zu prüfende Halbleiterscheibe 300 durch eine Einspannvorrichtung 180 gehaltert. Oberhalb der zu prüfenden Halbleiterscheibe 300 befindet sich eine Nadelkarte 170. Die Nadelkarte 170 umfaßt eine große Anzahl von Prüfanschlußelementen bzw. Kontaktstrukturen (beispielsweise Vorsprünge oder Nadeln) 190, die mit Schaltanschlüssen oder Zielkontakten der integrierten Schaltung der zu prüfenden Halbleiterscheibe 300 in Kontakt kommen.

Elektrische Anschlüsse bzw. Kontaktbuchsen der Nadelkarte 170 werden elektrisch mit den auf dem Frog-Ring 130 befindlichen Kontaktstiften 141 verbunden. Die Kontaktstifte 141 werden ihrerseits durch Koaxialkabel 124 mit den Kontaktanschlüssen 121 des Performance-Hoard 120 verbunden, wobei jeder Kontaktanschluß 121 wiederum mit der gedruckten Leiterplatte 150 des Prüfkopfes 100 verbunden ist. Außerdem sind die gedruckten Leiterplat ten 150 durch das mehrere hundert Innenkabel umfassende Kabel 110 mit dem Halbleiterprüfsystem verbunden.

Bei dieser Anordnung kommen die Prüfanschlußelemente 190 in Kontakt mit der Oberfläche der auf der Einspannvorrichtung 180 angeordneten Halbleiterscheibe 300, wobei sie Prüfsignale an die Halbleiterscheibe 300 weiterleiten und resultierende Ausgangssignale von der Scheibe 300 empfangen. Die resultierenden Ausgangssignale von der geprüften Halbleiterscheibe 300 werden mit den vom Halbleiterpüfsystem erzeugten SOLL-Werten verglichen, um zu bestimmen, ob die Halbleiterscheibe 300 einwandfrei arbeitet.

3 zeigt eine Unteransicht der Nadelkarte 170 gemäß 2. Bei diesem Beispiel weist die Nadelkarte 170 einen Epoxidring auf, auf dem eine Vielzahl von als Nadeln bzw. Vorsprünge bezeichneten Prüfanschlußelementen 190 gehaltert ist. Wenn die die Halbleiterscheibe 300 halternde Einspannvorrichtung 180 in der Anordnung gemäß 2 nach oben bewegt wird, so kommen die Spitzen der Vorsprünge 190 in Kontakt mit den Anschlußflecken bzw. Wölbungen auf der Scheibe 300. Die Enden der Vorsprünge 190 sind mit Drähten 194 verbunden, die wiederum mit in der Nadelkarte 170 ausgebildeten (nicht dargestellten) Übertragungsleitungen verbunden sind. Die Übertragungsleitungen sind an eine Vielzahl von Elektroden 197 angeschlossen, die mit den in 2 dargestellten Pogo-Pins 141 in Kontakt stehen.

Üblicherweise besteht die Nadelkarte 170 aus mehreren Polyimid-Substrat-Schichten und weist in vielen Schichten Masseebenen, Netzebenen und Signalübertragungsleitungen auf. Durch Herstellung eines Gleichgewichts zwi schen den einzelnen Parametern, d.h. der dielektrischen Konstanten des Polyimids, den Induktanzen und den Kapazitäten des Signals ist jede Signalübertragungsleitung in der Nadelkarte 170 in bereits bekannter Weise so gestaltet, daß sie eine charakteristische Impedanz von beispielsweise 50 Ohm aufweist. Somit handelt es sich bei den Signalleitungen zur Erzielung einer großen Frequenzübertragungsbandbreite zur Scheibe 300 um Leitungen mit angepaßter Impedanz, die sowohl im Dauerbetrieb als auch bei aufgrund einer Veränderung der Ausgangsleistung des Bauteils auftretenden hohen Stromspitzen Strom leiten. Zur Geräuschunterdrückung sind auf der Nadelkarte zwischen den Netz- und den Masseebenen Kondensatoren 193 und 195 vorgesehen.

Zum besseren Verständnis der beschränkten Handbreite bei der herkömmlichen Nadelkartentechnik ist in 4 eine Schaltung dargestellt, die derjenigen der Nadelkarte 170 entspricht. Wie sich den 4A und 4B entnehmen läßt, verläuft die Signalübertragungsleitung auf der Nadelkarte 170 von der Elektrode 197 über den Streifenleiter (in der Impedanz angepaßte Leitung) 196 zum Draht 194 und der Nadel (Vorsprung) 190. Da der Draht 194 und die Nadel 190 in ihrer Impedanz nicht angepaßt sind, wirken diese Bereiche, wie in 4C dargestellt, als Spule L im Hochfrequenzband. Aufgrund der Gesamtlänge des Drahtes 194 und der Nadel 190 von etwa 20 bis 30 mm, kommt es beim Prüfen der Hochfrequenzleistung eines zu prüfenden Bauteils zu einer erheblichen Frequenzeinschränkung.

Andere Faktoren, die eine Einschränkung der Frequenzbandbreite der Nadelkarte 170 hervorrufen, gehen auf die in den 4D und 4E gezeigten Netz- und Massena deln zurück. Wenn über die Netzleitung eine ausreichend große Spannung an das zu prüfende Bauteil angelegt werden kann, so wird hierbei die Betriebsbandbreite beim Prüfen des Bauteils nicht wesentlich eingeschränkt. Da jedoch der mit der Nadel 190 in Reihe geschalteten Draht 194 zur Stromzuführung (siehe 4D) und der mit der Nadel 190 in Reihe geschaltete Draht 194 zur Erdung der Spannung und der Signale (4E) als Spulen wirken, kommt es zu einer erheblichen Einschränkung des Hochgeschwindigkeits-Stromflusses.

Darüber hinaus sind zwischen der Netzleitung und der Masseleitung die Kondensatoren 193 und 195 angeordnet, die durch Herausfiltern von Geräuschen bzw. Impulsstößen in den Netzleitungen eine einwandfreie Leistung des zu testenden Bauteils sicherstellen sollen. Die Kondensatoren 193 weisen einen relativ hohen Wert, beispielsweise 10 μF, auf und können, falls nötig, von den Netzleitungen durch Schalter getrennt werden. Die Kondensatoren 195 besitzen einen relativ kleinen Kapazitätswert, beispielsweise 0,01 μF, und sind nahe des zu prüfenden Bauteils fest angeschlossen. Diese Kondensatoren dienen als Hochfrequenz-Entkoppler an den Netzleitungen.

Dementsprechend sind die genannten, am häufigsten verwendeten Prüfanschlußelemente auf eine Frequenzbandbreite von etwa 200 MHz beschränkt, was zum Prüfen der heute üblichen Halbleiterbauelemente nicht ausreicht. Es wird in Fachkreisen davon ausgegangen, daß schon bald eine Frequenzbandbreite benötigt wird, die wenigstens der Leistungsfähigkeit des Prüfgeräts entspricht, welche derzeit im Bereich von wenigstens 1 GHz liegt. Außerdem besteht in der Industrie ein Bedarf nach Na delkarten, die in der Lage sind, eine große Anzahl – d.h. etwa 32 oder mehr – von Halbleiterbauteilen und dabei insbesondere Speicherelementen parallel (in Paralleltests) zu prüfen, um so die Prüfkapazität zu erhöhen.

Man geht davon aus, daß eine relativ neue Art von Nadelkarten mit Membrananschlußelementen eine ausreichend große Bandbreite bietet, da hier Übertragungsleitungen mit angepaßter Impedanz verwendet werden können, die bis zu den Spitzen der Anschlußelemente reichen. Allerdings weisen Membrananschlußelemente insofern einen Nachteil auf, als sie durch eine Temperaturveränderung derart verformt werden können, daß durch sie kein Kontakt mehr hergestellt wird. Ein anderer Nachteil der Membrananschlußelemente liegt darin, daß aufgrund der Schwierigkeit, Federkräfte auf die Anschlußelemente auszuüben, nur eine begrenzte Anzahl von Anschlußelementen auf der Membran ausgebildet werden kann. Schließlich besteht ein Nachteil dieser Technologie im Fehlen einer Abstimmung der einzelnen Anschlußelemente aufeinander. Wenn die Topologie der Anschlußoberfläche zwischen verschiedenen Stellen Anomalien aufweist (die sich über eine größere Fläche hin verstärken), so läßt sich diese Abweichung nicht auf einer individuellen Basis von einem Anschlußelement zum nächsten ausgleichen. Membrananschlußelemente sind somit zum parallelen Prüfen einer großen Anzahl von Bauelementen nicht geeignet.

Bei der herkömmlichen Technologie werden die in 3 dargestellte Nadelkarte und die Prüfanschlußelemente von Hand hergestellt, was dazu führt, daß ihre Qualität unterschiedlich ausfällt. Eine derartig wechselnde Qualität schließt Abweichungen in der Größe, der Frequenzbandbreite, der Kontaktkraft und dem Widerstand etc. mit ein. Bei herkömmlichen Prüfanschlußelementen besteht ein weiterer zu einer unzuverlässigen Kontaktleistung führender Faktor darin, daß die Prüfanschlußelemente und die zu prüfende Halbleiterscheibe ein unterschiedliches Wärmeausdehnungsverhältnis aufweisen. Bei einer Temperaturveränderung können sich somit ihre gemeinsamen Kontaktstellen verändern, was sich negativ auf die Kontaktkraft, den Kontaktwiderstand und die Bandbreite auswirkt.

JP 08050146A beschreibt eine Verbindungsvorrichtung mit einem in Dreiecksform ausgebildeten Verbindungsanschluss.

US 5555422A betrifft ein Sondengerät zum Durchführen von Messungen an Integrierten Halbleiterschaltungen.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Kontaktstrukturen zu beschreiben, die beim Prüfen von Halbleiterscheiben, ummantelten Hochintegrationsschaltungen usw. mit sehr hoher Betriebsfrequenz verwendet werden können und dabei die in der moderenen Halbleitertechnik auftretenden Prüfanforderungen erfüllen.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der Patentansprüche gelöst.

Die Unteransprüche geben besondere Ausführungsarten der Erfindung an.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Kontaktstruktur zum Prüfen von Halbleiterscheiben, ummantelten Hochintegrationsschaltungen oder gedruckten Leiterplatten (Prüfling) durch Einsatz einer in der Herstellung von Halbleiterbauteilen bereits bekannten Photolithographietechnik erzeugt und auf eine Oberfläche eines Substrats montiert.

Die erfindungsgemäße Kontaktstruktur weist eine mit Hilfe der Photolithographietechnik erzeugte Balkenform auf. Die Kontaktstruktur besteht aus einer Siliziumbasis, die einen durch einen anisotropen Ätzvorgang hergestellten schrägen Trägerbereich, eine auf der Silizi umbasis ausgebildete und vom schrägen Trägerbereich vorstehende Isolierschicht und eine leitende Schicht aus leitendem Material umfaßt, die auf der Isolierschicht so ausgeformt ist, daß die Isolierschicht und die leitende Schicht einen balkenförmigen Bereich bilden, wobei der balkenförmige Bereich in einer Querrichtung des balkenförmigen Bereichs eine Federkraft aufweist, durch die eine Kontaktkraft erzeugt wird, wenn die Spitze des balkenförmigen Bereichs gegen einen Zielkontakt gepreßt wird.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung trägt die Kontaktstruktur eine große Anzahl von in einem Photolithographieverfahren ausgebildeten balkenförmigen Kontaktbereichen. Die Kontaktstruktur umfaßt dabei eine Vielzahl von balkenförmigen Kontaktbereichen, von denen jeder eine Federkraft in einer Querrichtung des jeweiligen balkenförmigen Bereichs aufweist, durch die eine Kontaktkraft erzeugt wird, wenn die Spitze des balkenförmigen Bereichs gegen einen Zielkontakt gepreßt wird, wobei jeder balkenförmige Kontaktbereich eine Siliziumbasis mit einem in einem anisotropen Ätzvorgang hergestellten schrägen Trägerbereich, eine Isolierschicht zur elektrischen Isolierung der einzelnen balkenförmigen Bereiche voneinander und eine leitende Schicht aus leitendem Material umfaßt, die auf der Isolierschicht so ausgebildet ist, daß die Isolierschicht und die leitende Schicht einen balkenförmigen Bereich bilden; darüber hinaus umfaßt die Kontaktstruktur ein Kontaktsubstrat zur Halterung der Vielzahl von balkenförmigen Kontaktbereichen, wobei das Kontaktsubstrat Nuten aufweist, die die Siliziumbasis derart aufnehmen, daß die balkenförmigen Kontaktbereiche in einer diagonalen Richtung fixiert werden, und die Kon taktstruktur enthält zudem eine Vielzahl von auf einer Oberfläche der Kontaktbasis ausgebildeten und jeweils zur Herstellung von Signalwegen zu einem extern zum Kontaktsubstrat angeordneten elektrischen Bauteil mit den balkenförmigen Kontaktbereichen verbundenen Kontaktspuren.

Außerdem besteht ein Aspekt der vorliegenden Erfindung darin, daß eine Kontaktstruktur eine große Anzahl von in einem Photolithographieverfahren hergestellten balkenförmigen Kontaktbereichen umfaßt, wobei jeder der vielen balkenförmigen Kontaktbereiche der Kontaktstruktur eine Federkraft in einer Richtung quer zum jeweiligen Kontaktbereich aufweist, durch die eine Kontaktkraft erzeugt wird, wenn die Spitze des balkenförmigen Bereichs gegen einen Zielkontakt gepreßt wird, wobei jeder balkenförmige Kontaktbereich eine Siliziumbasis mit zwei schrägen Trägerbereichen umfaßt, von denen wenigstens einer durch einen anisotropen Ätzvorgang hergestellt wurde, und wobei jeder balkenförmige Kontaktbereich weiterhin eine Isolierschicht zur elektrischen Isolierung der einzelnen balkenförmigen Bereiche voneinander und eine leitende Schicht aus leitendem Material umfaßt, die auf der Isolierschicht so ausgebildet ist, daß die Isolierschicht und die leitende Schicht einen balkenförmigen Bereich bilden; die Kontaktstruktur umfaßt dabei weiterhin ein Kontaktsubstrat zur Halterung der Vielzahl von balkenförmigen Kontaktbereichen, wobei das Kontaktsubstrat eine ebene Oberfläche besitzt, an der die jeweilige Siliziumbasis derart mit Hilfe eines Haftmittels gehaltert wird, daß die balkenförmigen Kontaktbereiche in einer diagonalen Richtung fixiert werden, und die Kontaktstruktur umfaßt zudem eine Vielzahl von auf einer Oberfläche der Kontaktbasis ausgebildeten und jeweils zur Herstellung von Signalwegen zu einem extern zum Kontaktsubstrat angeordneten elektrischen Bauteil mit den balkenförmigen Kontaktbereichen verbundenen Kontaktspuren.

Schließlich besteht ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung in einem Verfahren zur Herstellung der Kontaktstrukturen. Das Verfahren zur Herstellung der Kontaktstrukturen enthält dabei die folgenden Verfahrensschritte: Vorsehen eines aus einer Kristallebene (100) ausgeschnittenen Siliziumsubstrats, Durchführen eines ersten Photolithographieschritts an einer oberen Außenfläche des Siliziumsubstrats zur Ausbildung einer mit Bor dotierten Schicht an einer Oberfläche des Siliziumsubstrats, Ausbilden einer ersten Isolierschicht auf der mit Bor dotierten Schicht, Ausbilden einer zweiten Isolierschicht an einer unteren Außenfläche des Siliziumsubstrats, Durchführen eines zweiten Photolithographieschritts an der zweiten Isolierschicht zur Herstellung eines Ätzfensters in der zweiten Isolierschicht, Durchführen einer anisotropen Ätzung durch das Ätzfenster und Durchführen eines dritten Photolithographieschritts an der ersten Isolierschicht zur Ausbildung einer leitenden Schicht, wobei jeder Photolithographieschritt die Arbeitsschritte eines Beschichtens mit Fotolack, der Maskenherstellung, der Belichtung und des Ablösens des Fotolacks umfaßt.

Die erfindungsgemäße Kontaktstruktur weist eine sehr hohe Frequenzbandbreite auf und erfüllt so die bei der modernen Halbleitertechnik auftretenden Erfordernisse. Da die Prüfkontaktstruktur außerdem durch eine in der Halbleiterherstellung eingesetzte moderne Miniaturisierungstechnik erzeugt wird, läßt sich eine große Anzahl von Kontaktstrukturen auf kleinem Raum ausrichten, was ein gleichzeitiges Prüfen einer großen Anzahl von Halbleiterbauteilen ermöglicht.

Da die große Anzahl von gleichzeitig auf dem Substrat mit Hilfe der Mikrostrukturherstellungstechnik erzeugten Prüfkontaktstrukturen ohne manuelle Arbeitsschritte hergestellt wird, ist es möglich, eine gleichbleibende Qualität, hohe Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer hinsichtlich der Leistung der Kontaktstrukturen zu erzielen. Darüber hinaus ist es möglich, den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Bauteilprüflings zu kompensieren, da die Prüfkontaktstrukturen auf demselben Substratmaterial hergestellt werden können, wie es auch für den Bauteilprüfling verwendet wird, so daß sich Positionierfehler vermeiden lassen.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen

1 eine Schemadarstellung der strukturellen Beziehung zwischen einer Substrathaltevorrichtung und einem mit einem Prüfkopf versehenen Halbleiterprüfsystem;

2 eine detaillierte Schemadarstellung eines Beispiels einer Anordnung zur Verbindung des Prüfkopfs des Halbleiterprüfsystems mit der Substrathaltevorrichtung;

3 eine Unteransicht eines Beispiels der Nadelkarte mit einem Epoxidring zur Halterung einer Vielzahl von als Prüfanschlußelementen dienenden Vorsprüngen;

4A–4E Schaltbilder zur Darstellung äquivalenter Schaltungen der Nadelkarte gemäß 3;

5 eine Querschnittsansicht eines Kontaktsubstrats, auf dem die in einem Photolithographieverfahren hergestellten erfindungsgemäßen Kontaktstrukturen gehaltert sind, sowie einer mit Zielkontakten versehenen Halbleiterscheibe;

6 eine Schemadarstellung einer Unteransicht des mit den erfindungsgemäßen Kontaktstrukturen versehenen Kontaktsubstrats gemäß 5;

7 eine Schemadarstellung einer detaillierteren Querschnittsansicht einer der erfindungsgemäßen Kontaktstrukturen;

8 eine Schemadarstellung einer Aufsicht auf die Kontaktstrukturen gemäß 7;

9A und 9C bis 9J schematische Querschnittsansichten zur Darstellung eines Herstellungsverfahrens für die erfindungsgemäßen Kontaktstrukturen;

9B eine Aufsicht auf das Substrat entsprechend der Querschnittsansicht gemäß 9A;

10A bis 10C schematische Querschnittsansichten eines anderen Herstellungsverfahrens für die erfindungsgemäßen Kontaktstrukturen;

11 eine Aufsicht auf eine zur gleichzeitigen Herstellung einer großen Anzahl von erfindungsgemäßen Kontaktstrukturen verwendeten Siliziumscheibe;

12A und 12B schematische Querschnittsansichten von Beispielen für ein Verfahren zur Montage der erfindungsgemäßen Kontaktstrukturen im Kontaktsubstrat;

13A bis 13D schematische Querschnittsansichten eines weiteren Beispiels für ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kontaktstrukturen;

14 eine Querschnittsansicht eines die durch ein Photolithographieverfahren gemäß den 13A bis 13D her gestellten Kontaktstrukturen halterndes Substrats sowie einer mit Zielkontakten versehenen Halbleiterscheibe; und

15 eine Schemadarstellung einer Unteransicht des mit den erfindungsgemäßen Kontaktstrukturen versehenen Kontaktsubstrats gemäß 14.

Im folgenden werden die erfindungsgemäßen Kontaktstrukturen unter Bezugnahme auf die 5 bis 15 näher erläutert. 5 zeigt ein Beispiel von erfindungsgemäßen, in einem Photolithographieverfahren hergestellten und auf einem Kontaktsubstrat 20 gehalterten Kontaktstrukturen 30. Das Kontaktsubstrat 20 ist so oberhalb von Zielkontakten, beispielsweise einer zu prüfenden Halbleiterscheibe 300 positioniert, daß die Kontaktstrukturen 30 einen elektrischen Kontakt mit der Halbleiterscheibe 300 herstellen, wenn sie gegen diese gepreßt werden. Obwohl in 5 nur zwei Kontaktstrukturen 30 dargestellt sind, ist bei einer tatsächlichen Halbleiterscheibenprüfung eine große Anzahl von Kontaktstrukturen 30 auf dem Substrat 20 angeordnet.
Diese große Anzahl von Kontaktstrukturen wird auf einem Siliziumsubstrat 40 durch ein und dasselbe, später noch genauer erläuterte Photolithographieverfahren hergestellt. Wenn sich die zu prüfende Halbleiterscheibe 300 nach oben bewegt, so kommen die Kontaktstrukturen 30 mit entsprechenden Zielkontakten (Elektroden) 320 auf der Scheibe 300 in Kontakt. Der Abstand zwischen den Anschlußflecken 320 beträgt beispielsweise nicht mehr als 50 μm oder noch weniger, wobei die Kontaktstrukturen 30 auf einfache Weise mit demselben Abstand angeordnet sein können, da sie mit Hilfe desselben Halbleiterherstellungsverfahrens erzeugt werden wie die Scheibe 300.
Die auf dem Substrat 20 befindlichen Kontaktstrukturen 30 können, wie in 3 dargestellt, direkt auf einer Nadelkarte gehaltert sein oder in einer Umhüllung, beispielsweise einem herkömmlichen ummantelten integrierten Schaltungsbauteil mit Leitungen angeordnet werden, wobei dann das ummantelte Bauteil auf einer Nadelkarte gehaltert oder über ein anderes Substrat mit dieser verbunden wird. Da man Kontaktstrukturen 30 mit sehr geringer Größe herstellen kann, läßt sich die Betriebsfrequenzbandbreite einer mit den erfindungsgemäßen Kontaktstrukturen versehenen Nadelkarte problemlos auf 2 GHz oder mehr steigern. Aufgrund der geringen Größe kann die Anzahl der Kontaktstrukturen auf der Nadelkarte auch beispielsweise auf 2.000 erhöht werden, was ein gleichzeitiges, paralleles Prüfen von 32 oder mehr Speicherbauteilen ermöglicht.
Darüber hinaus werden die erfindungsgemäßen Kontaktstrukturen 30 auf dem üblicherweise durch ein Siliziumsubstrat gebildeten Substrat 20 ausgebildet, so daß durch Umgebungseinflüsse hervorgerufene Veränderungen, etwa im Hinblick auf die Wärmeausdehnungsrate des Siliziumsubstrats, denjenigen bei der zu prüfenden Halbleiterscheibe 300 entsprechen. Die genaue Positionierung der Kontaktstrukturen 30 gegenüber den Zielkontakten 320 läßt sich so während der gesamten Prüfung beibehalten.
Die Kontaktstruktur 30 in 5 weist eine in Form eines Fingers (Balkens) ausgebildete leitende Schicht 35 auf. Außerdem umfassen die Kontaktstrukturen auch eine mit dem Substrat 20 verbundene Basis 40. Eine Verbindungsspur 24 ist an der Unterseite des Substrats 20 mit der leitenden Schicht 35 verbunden, wobei eine derartige Verbindung zwischen der Verbindungsspur 24 und der leitenden Schicht 35 beispielsweise durch einen Lötpfropfen hergestellt wird. Das Substrat 20 weist zudem ein Kontaktloch 23 und eine Elektrode 22 auf. Die Elektrode 22 dient zur Verbindung des Kontaktsubstrats 20 über einen Draht oder eine Leitung mit einer externen Struktur, beispielsweise einer Nadelkarte oder einem ummantelten integrierten Schaltungsbauteil. Wenn sich nun die Halbleiterscheibe 300 nach oben bewegt, so kommen die Kontaktstruktur 30 und der Zielkontakt 320 auf der Scheibe 300 mechanisch und elektrisch miteinander in Kontakt. Dementsprechend entsteht ein Signalweg vom Zielkontakt 320 zur auf dem Substrat 20 befindlichen Elektrode 22. Die Verbindungsspur 24, das Kontaktloch 23 und die Elektrode 22 dienen zudem dazu, den geringen Abstand zwischen den Kontaktstrukturen zur Anpassung an die Nadelkarte bzw. das ummanteltes integrierte Schaltungsbauteil in einen größeren Abstand umzuwandeln.
Da der balkenförmige Bereich der Kontaktstruktur 30 eine Federkraft ausübt, erzeugt das Ende der leitenden Schicht 35 eine ausreichende Kontaktkraft, wenn die Halbleiterscheibe 300 gegen das Substrat 20 gepreßt wird. Das Ende der leitenden Schicht 35 ist vorzugsweise zugeschärft, um eine Reibwirkung zu erzielen, wenn es gegen den Zielkontakt 320 gedrückt wird, wobei es eine Metalloxidschicht durchdringt. Wenn beispielsweise der Zielkontakt 320 auf der Scheibe 300 an seiner Oberfläche Aluminiumoxid aufweist, so ist die Reibwirkung nötig, um den elektrischen Kontakt mit geringem Kontaktwiderstand herzustellen. Aufgrund der Federkraft des balkenförmigen Bereichs der Kontaktstruktur 30 wirkt eine ausreichende Kontaktkraft auf den Zielkontakt 320 ein. Die durch die Federkraft der Kontaktstruktur 30 erzeugte Elastizität dient auch zur Kompensation von Größenunterschieden bzw. Abweichungen in der Ebenheit beim Substrat 20, den Zielkontakten 320, der Scheibe 300 und den Kontaktstrukturen 30.
Die leitende Schicht 35 kann beispielsweise aus Nickel, Aluminium, Kupfer, Nickel-Palladium, Rhodium, Nickel-Gold, Iridium oder einigen anderen ablagerbaren Materialien bestehen. Eine zu Prüfzwecken vorgesehene Kontaktstruktur 30 kann bei einem Abstand von 50 μm oder mehr zwischen den Zielkontakten 320 beispielsweise eine Gesamthöhe von 100 bis 500 μm, eine horizontale Länge von 100 bis 600 μm und eine Breite von etwa 30 bis 50 μm aufweisen.
6 zeigt eine Unteransicht des mit einer Vielzahl von Kontaktstrukturen 30 versehenen Kontaktsubstrats 20 gemäß 5. Bei einem tatsächlich verwendeten System ist eine größere Anzahl von Kontaktstrukturen, etwa einige hundert, in der in 6 gezeigten Weise angeordnet. Jeder Satz aus Verbindungsspur 24, Kontaktloch 23 und Elektrode 22 bildet einen Signalweg von der Spitze der leitenden Schicht 35 und dient außerdem dazu, den kleinen Abstand zwischen den Kontaktstrukturen 30 zu vergrößeren, um eine Anpassung an die Nadelkarte bzw. das ummantelte integrierte Schaltungsbauteil zu ermöglichen.
Die 7 und 8 zeigen eine detailliertere Ansicht der erfindungsgemäßen Kontaktstruktur 30. Bei der Querschnittsansicht gemäß 7 umfaßt die Kontaktstruktur 30 eine Siliziumbasis 40, eine mit Bor dotierte Schicht 48, eine Isolierschicht 52 und eine leitende Schicht 35. Die Siliziumbasis 40 weist einen abgewinkelten Trägerbereich 62 zur Halterung des fingerartigen Bereichs der Kontaktstruktur 30 auf. Wie später noch erläutert wird, wird der schräge Trägerbereich 62 in einem anisotropen Ätzvorgang aus einem speziellen Kristall hergestellt. Die mit Bor dotierte Schicht 48 dient während des Herstellungsverfahrens als Ätzbegrenzungsmittel. Die Isolierschicht 52 besteht üblicherweise aus einer Siliziumdioxidschicht die die leitende Schicht 35 elektrisch von den anderen Teilen der Kontaktstruktur 30 isoliert.
8 zeigt eine Aufsicht auf die Kontaktstruktur gemäß 7, wobei eine Vielzahl von leitenden Schichten 35 in fingerartiger Form dargestellt ist. Zwischen zwei benachbarten leitenden Schichten 35 befindet sich jeweils ein Zwischenraum 36, so daß die einzelnen fingerartigen Bereiche (balkenförmige Bereiche) der Kontaktstruktur unabhängig voneinander vorliegen und sich getrennt voneinander bewegen lassen. Derartige Zwischenräume 36 werden durch den erwähnten Ätzvorgang gebildet, indem bestimmte Abschnitte des Siliziumsubstrats weggeätzt werden, ohne daß die mit Bor dotierte Schicht in Mitleidenschaft gezogen wird, wie dies später noch genauer erläutert wird.
Die 9A bis 9J zeigen ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kontaktstrukturen 30 mit Hilfe der Photolithographietechnik. Bei diesem Beispiel wird eine große Anzahl von Kontaktstrukturpaaren auf einem Siliziumsubstrat ausgebildet, wobei die einzelnen Kontaktstrukturpaare in einem späteren Arbeitsschritt zerteilt werden.
Wie sich 9A entnehmen läßt, wird dabei eine Fotolackschicht 42 auf ein Siliziumsubstrat 40 aufgebracht. Die Fotolackschicht 42 dient zur Herstellung einer mit Bor dotierten Schicht auf dem Siliziumsubstrat 40. Eine nicht dargestellte Fotomaske wird über dem Siliziumsubstrat so ausgerichtet, daß die Fotolackschicht 42 mit ultraviolettem Licht belichtet wird. Dabei entsteht ein Muster gemäß der Darstellung in 9B, bei der es sich um eine Aufsicht auf 9A handelt, wobei in festgelegten Bereichen 43 durch die Belichtung mit ultraviolettem Licht ausgehärteter Fotolack vorhanden ist. Der nicht belichtete Teil des Lacks 42 kann aufgelöst und abgewaschen werden, während die festgelegten Bereiche 43 auf dem Siliziumsubstrat 40 zurückbleiben.
Die obere Außenfläche des Siliziumsubstrats, welches an den festgelegten Bereichen 43 den ausgehärteten Fotolack aufweist, wird mit einem Ätzbegrenzungsmittel, beispielsweise Bor, dotiert. Aufgrund des Fotolacks erfolgt in den festgelegten Bereichen 43 des Siliziumsubstrats 40 keine Dotierung mit Bor. Somit entsteht nach dem Entfernen des Fotolacks von den Bereichen 43 eine mit Bor dotierte Schicht 48 gemäß der Darstellung in 9C, wobei eine dünne Schicht des Siliziumsubstrats mit Bor dotiert ist, jedoch die festgelegten Bereiche 43 ausgelassen sind. Das Siliziumsubstrat in den kein Bor aufweisenden festgelegten Bereichen 43 wird, wie später noch genauer erläutert wird, in einem anisotropen Ätzvorgang weggeätzt.
Wie sich 9D entnehmen läßt, werden auf der oberen und der unteren Außenfläche des Siliziumsubstrats 40 Siliziumdioxidschichten (SiO₂-Schichten) 52 und 54 hergestellt. Die Siliziumdioxidschicht 52 dient als Isolierschicht bei der Herstellung einer leitenden Schicht 35 (siehe 7). Für diese Schicht können aber auch andere dielektrische Materialien Verwendung finden. Die Siliziumdioxidschicht 54 an der unteren Außenfläche des Siliziumsubstrats 40 dient als eine Ätzmaske, wie sich dies 9E entnehmen läßt. Die Siliziumdioxidschicht 54 wird dabei durch ein Photolithographieverfahren entfernt, um einen Ätzbereich 56 freizulegen. Bei diesem Beispiel wird der Ätzbereich 56 etwa in der Mitte der Unterseite des Siliziumsubstrats 40 hergestellt.
Wie sich 9F entnehmen läßt, wird am Siliziumsubstrat 40 ein anisotroper Ätzvorgang durchgeführt. Wie bereits aus dem Stand der Technik bekannt ist, wird, sofern das Siliziumsubstrat 40 aus einer Kristallebene (100) ausgeschnitten ist, durch das anisotrope Ätzen eine V-förmige Nut erzeugt, wenn dem Ätzbereich 56 ein Ätzmittel zugeführt wird. Der Winkel der Nut relativ zur unteren Außenfläche des Siliziumsubstrats 40 beträgt 54,7°. Der Nutwinkel ist derselbe bei einer (111)-Krystallebene des Siliziumsubstrats 40. Als Ätzmittel können zu diesem Zweck beispielsweise EDP (Äthylendiaminbrenzkatechin), TMAH (Tetramethylammoniumhydroxyd) und KOH (Kaliumhydroxyd) verwendet werden.
Durch den anisotropen Ätzvorgang wird der in 9F gezeigte schräge Trägerbereich 62 erzeugt, dessen Größe von der Größe des Ätzbereichs (Ätzfensters) 56 und der zeitlichen Dauer des Ätzvorgangs abhängt. Da die Schicht 48 mit Bor dotiert ist, wird das Ätzen an der Borschicht 48 angehalten, während die kein Bor enthaltenden festgelegten Bereiche 43 weggeätzt werden, wodurch die in 8 dargestellten Zwischenräume 36 entstehen, wenn die balkenförmigen Bereiche in der weiter unten beschriebenen Weise halbiert werden. Aufgrund der Zwischenräume 36 ist jede der Kontaktstrukturen 30 physisch von den anderen Kontaktstrukturen getrennt.
Wie sich 9G entnehmen läßt, wird eine (nicht dargestellte) Plattiergrundschicht auf der Siliziumdioxidschicht 52 ausgebildet. Sodann führt man einen weiteren Photolithographievorgang am Siliziumsubstrat durch, um ein Fotolackmuster zur Bildung der leitenden Schicht 35 zu erzeugen. Der in diesem Photolithographievorgang erzeugte ausgehärtete Fotolack 58 ist in 9G dargestellt. Sodann wird, wie 9H zu entnehmen ist, die leitende Schicht 35 in einem Plattierungsvorgang hergestellt. Als Material für die leitende Schicht 35 kommt dabei u.a. Nickel, Aluminium bzw. Kupfer in Frage. Zur Herstellung der leitenden Schicht 35 können aber auch viele andere Ablagerungstechniken verwendet werden, wie etwa Vakuumverdampfen, Katodenzerstäubung oder Dampfphasenablagerung. Gemäß 9I wird nun der Fotolack 58 entfernt und schließlich wird das Siliziumsubstrat 40 in der Mitte (an den balkenförmigen Bereichen) in zwei Teile geteilt, wie sich dies 9J entnehmen läßt. Zudem können auch noch unerwünschte Bereiche an beiden Enden des Siliziumsubstrats 40 entfernt werden.
In den 10A bis 10C ist ein weiteres Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kontaktstrukturen 30 mit Hilfe der Photolithographietechnik dargestellt. Anders als beim Beispiel gemäß den 9A bis 9J, bei dem eine große Anzahl von Kontaktstrukturpaaren integral hergestellt und im letzten Arbeitsschritt aufgespalten wird, wird hierbei eine große Anzahl getrennter Kontaktstrukturen am Rand des Siliziumsubstrats erzeugt.
Wie sich 10A entnehmen läßt, wird dabei eine mit Bor dotierte Schicht 148 auf dem Siliziumsubstrat 140 ausgebildet, die festgelegte, nicht mit Bor dotierte (Ausätz-)Bereiche 143 begrenzt. Auf der mit Bor dotierten Schicht 148 wird eine dielektrische Schicht 152, beispielsweise aus Siliziumsubstrat SiO₂, hergestellt, die als Isolierschicht dient. Außerdem wird auch an der Unterseite des Siliziumsubstrats 140 eine als Ätzmaske dienende Siliziumdioxidschicht (SiO₂-Schicht) 154 vorgesehen. In einem (nicht dargestellten) Photolithographievorgang wird ein Ätzfenster 156 erzeugt, durch das hindurch in der oben genannten Weise ein anisotropes Ätzen möglich ist.
Der anisotrope Ätzvorgang wird am Siliziumsubstrat 140 durchgeführt, wobei entlang der Kristallebene (111) des Siliziumsubstrats 140 ein abgewinkelter Bereich entsteht, wie sich dies 10B entnehmen läßt. Wie bereits erwähnt, beträgt der Winkel gegenüber der Unterseite des Siliziumsubstrats 140 dabei 54,7°. Da die festgelegten Bereiche 143 nicht mit Bor dotiert sind, wird das Siliziumsubstrat in diesen Bereichen wegge ätzt, wobei in der Ansicht gemäß 10B an der rechten Seite (kammartige) Fingerstrukturen zurückbleiben.
Wie in 10C dargestellt, wird ein weiterer Photolithographievorgang durchgeführt, um eine (nicht dargestellte) Fotolackschicht herzustellen, wobei dann in einem Plattiervorgang eine leitende Schicht 135 erzeugt wird. Die sich ergebenden Kontaktstrukturen 30 werden entsprechend 7 in geeignete Formen zugeschnitten.
Bei den 11A bis 11C handelt es sich um Schemadarstellungen eines Beispiels für ein Verfahren zur Herstellung einer großen Anzahl von Kontaktstrukturen auf einem Siliziumsubstrat 40. Durch das in den 9A bis 9J dargestellte Photolithographieverfahren wird eine große Anzahl von Kontaktstrukturen hergestellt, die in 11A durch die balkenartigen Kontaktstrukturen 35 auf dem Siliziumsubstrat 40 repräsentiert sind. Das Siliziumsubstrat 40 wird in einem Vereinzel- oder Ätzvorgang beispielsweise an den Linien A-A, B-B und C-C zerschnitten. Die sich ergebenden Kontaktstrukturen gemäß 11B können, falls nötig, an den Linien D-D und E-E weiter in kleinere Einheiten gemäß 11C zerschnitten werden, falls für den gewünschten Einsatzzweck eine kleine Anzahl von balkenartigen Kontaktstrukturen 35 benötigt wird.
Die 12A und 12B zeigen schematische Querschnittsansichten von Beispielen für ein Verfahren zur Montage der erfindungsgemäßen Kontaktstrukturen im Kontaktstubstrat. Als Material für das Kontaktsubstrat 20 kommt beispielsweise Silizium und Keramik in Frage. Wenn das Substrat aus Silizium besteht, können durch einen anisotropen Ätzvorgang oder andere Ätzvorgänge Nuten 271 bzw. 272 zur Halterung der Kontaktstrukturen 30 gebildet werden. Außerdem weist ein Silizium-Kontaktsubstrat den Vorteil auf, daß die Wärmeausdehnung des Kontaktstubstrats die Wärmeausdehnung einer zu prüfenden Halbleiterscheibe kompensieren kann. Ein Keramiksubstrat weist hingegen eine höhere mechanische Festigkeit und physikalische Stabilität auf, als ein Siliziumsubstrat. Die Siliziumbasis 40 der Kontaktstruktur wird in die am Kontaktsubstrat 20 vorgesehenen Nuten eingeschoben und darin, beispielsweise mit Hilfe eines Haftmittels oder eines Epoxidharzes, fixiert.
Bei den 13A bis 13D handelt es sich um schematische Querschnittsansichten eines weiteren Beispiels für ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kontaktstrukturen. Bei diesem Verfahren wird eine Kontaktstruktur gemäß 13D erzeugt, bei der an der Basis der Kontaktstruktur zwei schräge Bereiche 262₁ und 2622 vorgesehen sind. Der schräge Bereich 262₂ wird zur Halterung der Konaktstruktur an einer ebenen Oberfläche einer Kontaktbasis verwendet, wie dies in 14 dargestellt und im folgenden noch näher erläutert ist.
Beim Arbeitsschritt gemäß 13A wird dabei eine mit Bor dotierte Schicht 248 auf dem Siliziumsubstrat 240 ausgebildet, die festgelegte, nicht mit Bor dotierte (Ausätz-)Bereiche 243 begrenzt. Eine dielektrische Schicht 252, bei der es sich beispielsweise um Siliziumdioxid SiO₂ handelt, wird auf der mit Bor dotierten Schicht 248 ausgebildet und dient als Isolierschicht. Außerdem wird auch an der Unterseite des Siliziumsubstrats 140 eine Siliziumdioxidschicht (SiO₂-Schicht) 254 hergestellt, die wiederum eine Ätzmaske darstellt. Durch einen (nicht gezeigten) Photolithographievorgang wird ein Ätzfenster 256 hergestellt, durch das in der oben beschriebenen Weise ein anisotropes Ätzen erfolgen kann.
Der anisotrope Ätzvorgang wird am Siliziumsubstrat 240 durchgeführt, wodurch abgewinkelte Bereiche 2621 und 2622 entlang der Kristallebene (111) des Siliziumsubstrats 240 entstehen, wie sich dies 13B entnehmen läßt. Wie bereits erwähnt, beträgt der Winkel zur unteren Außenfläche des Siliziumsubstrats 240 dabei 54,7°. Statt eines Ätzvorgangs kann zur Herstellung des schrägen Bereichs 2622 auch ein Vereinzelungsvorgang am Siliziumsubstrat 240 durchgeführt werden, wie dies ebenfalls bereits erwähnt wurde. Da die festgelegten Bereiche 243 nicht mit Bor dotiert sind, wird das Siliziumsubstrat in diesen Bereichen weggeätzt, wobei an der rechten Seite in der Ansicht gemäß 13B eine (kammartige) Fingerstruktur zurückbleibt.
Wie sich 13C entnehmen läßt, wird ein weiterer Photolithographievorgang zur Bildung einer (nicht dargestellten) Fotolackschicht durchgeführt, wobei eine leitende Schicht 235 durch einen Plattierungsvorgang entsteht. Die sich ergebenden Kontaktstrukturen 30 werden in eine geeignete Form zugeschnitten, wie sich dies 13D entnehmen läßt.
14 zeigt einen Querschnitt durch ein die durch einen Photolithographievorgang gemäß den 13A bis 13D erzeugten Kontaktstrukturen halterndes Kontaktsubstrat sowie durch eine mit Zielkontakten versehene Halbleiterscheibe. Die Kontaktstrukturen sind bei diesem Beispiel, anders als bei den Beispielen gemäß den 5 und 12, auf einer ebenen Oberfläche des Kon taktsubstrats 20 gehaltert. Im einzelnen trifft dabei der in 13D gezeigte schräge Bereich 262₂ am Siliziumsubstrat 240 auf die flache Oberfläche des Kontaktsubstrats 20. Die Kontaktstrukturen 30 werden an der ebenen Fläche an der Unterseite des Kontaktsubstrats 20 mit Hilfe von Haftmitteln 330, beispielsweise in Form von Hochtemperaturhaftmitteln, fixiert.
Beim Beispiel gemäß 14 ist, ähnlich wie beim Beispiel gemäß 5, eine Verbindungsspur 24 mit der leitenden Schicht 235 an der Unterseite des Substrats 20 verbunden. Eine derartige Verbindung zwischen der Verbindungsspur 24 und der leitenden Schicht 235 wird beispielsweise mit Hilfe eines Lötpfropfens 28 hergestellt. Das Substrat 20 weist außerdem ein Kontaktloch 23 und eine Elektrode 22 auf. Die Elektrode 22 dient zur Verbindung des Kontaktsubstrats 20 mit einer externen Struktur, etwa einer Nadelkarte oder einem ummantelten integrierten Schaltungsbauteil, mit Hilfe eines Drahts oder einer Leitung. Wenn daher die Halbleiterscheibe 300 nach oben bewegt wird, so kommt die Kontaktstruktur 30 mechanisch und elektrisch mit dem Ziehkontakt 320 auf der Scheibe 300 in Kontakt. Dementsprechend bildet sich ein Signalpfad vom Zielkontakt 320 zur auf dem Substrat 20 befindlichen Elektrode 22. Die Verbindungsspur 24, das Kontaktloch 23 und die Elektrode 22 dienen außerdem zur Umwandlung des geringen Abstands zwischen den Kontaktstrukturen 30 in einen größeren, der Nadelkarte oder dem ummantelten integrierten Schaltungsbauteil angepaßten Abstand.
Bei 15 handelt es sich um eine Schemadarstellung einer Unteransicht des mit den erfindungsgemäßen Kontaktstrukturen versehenen Kontaktsubstrats gemäß
14. Bei diesem Beispiel werden an beiden Seiten des Satzes aus Kontaktstrukturen 30 sowie an den Ecken Haftmittel 330 zur Verbindung der Kontaktstrukturen 30 mit der Kontaktbasis 20 eingesetzt, wie sich dies auch 14 entnehmen läßt.
Die Kontaktstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine sehr hohe Frequenzbandbreite auf und erfüllt so die durch die moderne Halbleitertechnik gestellten Anforderungen. Da die Prüfkontaktstruktur mit Hilfe in der Halbleiterherstellung üblicher moderner Miniaturisierungstechniken erzeugt wird, läßt sich eine große Anzahl von Kontaktstrukturen auf kleinem Raum anordnen, was die gleichzeitige Prüfung einer großen Anzahl von Halbleiterbauteilen ermöglicht.
Da die große Anzahl von gleichzeitig auf dem Substrat mit Hilfe der Mikrostrukturherstellungstechnik erzeugten Prüfkontaktstrukturen ohne manuelle Arbeitsschritte hergestellt wird, ist es möglich, eine gleichbleibende Qualität, hohe Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer hinsichtlich der Leistung der Kontaktstrukturen zu erzielen. Darüber hinaus ist es möglich, den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Bauteilprüflings zu kompensieren, da die Prüfkontaktstrukturen auf demselben Substratmaterial hergestellt werden können, wie es auch für den Bauteilprüfling verwendet wird, so daß sich Positionierfehler vermeiden lassen.

Claims

Kontaktstruktur zum Prüfen einer Halbleiterscheibe, einer ummantelten Hochintegrationsschaltung oder einer gedruckten Leiterplatte (Prüfling), enthaltend – eine Vielzahl von balkenförmigen Kontaktbereichen (30), die jeweils in einer Querrichtung des balkenförmigen Kontaktbereichs eine Federkraft aufweisen, durch die eine Kontaktkraft erzeugt wird, wenn die Spitze des jeweiligen balkenförmigen Kontaktbereichs (30) gegen einen Zielkontakt (320) gepresst wird, wobei jeder balkenförmige Kontaktbereich (30) die folgenden Bestandteile umfasst: – eine Siliziumbasis (40) mit einem durch einen anisotropen Ätzvorgang hergestellten schrägen Trägerbereich (62); – eine die einzelnen balkenförmigen Kontaktbereiche (30) elektrisch voneinander isolierende Isolierschicht (52) ; und – eine leitende Schicht (35) aus leitendem Material, die auf der Isolierschicht (52) so ausgebildet ist, dass die Isolierschicht (52) und die leitende Schicht (35) einen balkenförmigen Kontaktbereich (30) bilden; – ein Kontaktsubstrat (20) zur Halterung der Vielzahl von balkenförmigen Kontaktbereichen (30), wobei das Kontaktsubstrat (20) Nuten (27) umfasst, in denen die Siliziumbasis (40) derart gehaltert werden kann, dass der balkenförmige Kontaktbereich (30) in einer diagonalen Richtung fixiert wird; und – eine Vielzahl von auf einer Oberfläche des Kontaktsubstrats (20) ausgebildeten und jeweils zur Herstellung von Signalwegen zu einem extern zum Kontaktsubstrat (20) angeordneten elektrischen Bauteil mit den balkenförmigen Kontaktbereichen (30) verbundenen Kontaktspuren (24).
Kontaktstruktur nach Anspruch 1, wobei das Kontaktsubstrat (20) aus Silizium besteht.
Kontaktstruktur nach Anspruch 1, wobei das Kontaktsubstrat (20) aus Keramik besteht.
Kontaktstruktur nach Anspruch 1, weiterhin enthaltend – eine Vielzahl von Kontaktlöchern (23) am Kontaktsubstrat (20), die zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einer oberen Aussenfläche und einer unteren Aussenfläche des Kontaktsubstrats (20) mit der Vielzahl von Kontaktspuren (24) verbunden sind, sowie – eine Vielzahl von Elektroden (22), die zur Herstellung von elektrischen Verbindungen mit dem extern zum Kontaktsubstrat (20) angeordneten elektrischen Bauteil mit der Vielzahl von Kontaktlöchern (23) verbunden sind.
Kontaktstruktur nach Anspruch 1, weiterhin enthaltend eine zwischen der Siliziumbasis (40) und der Isolierschicht (52) angeordnete mit Bor dotierte Schicht (48).
Kontaktstruktur nach Anspruch 1, wobei die leitende Schicht (35) aus leitendem Metall besteht und durch einen Plattiervorgang hergestellt wurde.
Kontaktstruktur nach Anspruch 1, wobei die Isolierschicht (52) aus Siliziumdioxid besteht.
Kontaktstruktur zum Prüfen einer Halbleiterscheibe, einer ummantelten Hochintegrationsschaltung oder einer gedruckten Leiterplatte (Prüfling), enthaltend – eine Vielzahl von balkenförmigen Kontaktbereichen (30), die jeweils in einer Querrichtung des balkenförmigen Kontaktbereichs (30) eine Federkraft aufweisen, durch die eine Kontaktkraft erzeugt wird, wenn die Spitze des jeweiligen balkenförmigen Kontaktbereichs gegen einen Zielkontakt (320) gepresst wird, wobei jeder balkenförmige Kontaktbereich (30) die folgenden Bestandteile umfasst: – eine Siliziumbasis (240) mit zwei schrägen Bereichen (262₁ , 262₂ ), von denen wenigstens einer durch einen anisotropen Ätzvorgang hergestellt wurde, wobei der balkenförmige Kontaktbereich (39) von der Siliziumbasis (40) vorsteht; – eine die einzelnen balkenförmigen Kontaktbereiche (30) elektrisch voneinander isolierende Isolierschicht (252); und – eine leitende Schicht (235) aus leitendem Material, die auf der Isolierschicht (252) so ausgebildet ist, dass die Isolierschicht (252) und die leitende Schicht (235) einen balkenförmigen Kontaktbereich (30) bilden; – ein Kontaktsubstrat (20) zur Halterung der Vielzahl von balkenförmigen Kontaktbereichen (30), wobei das Kontaktsubstrat (20) eine ebene Oberfläche aufweist, auf der die Siliziumbasis (240) mit Hilfe eines Haftmittels (330) so gehaltert wird, dass der balkenförmige Kontaktbereich (30) in einer diagonalen Ausrichtung fixiert wird, wobei die diagonale Ausrichtung durch einen Winkel eines der schrägen Bereiche (262₁ , 262₂ ) bestimmt wird, wenn der schräge Bereich (262) die ebene Oberfläche des Kontaktsubstrats (20) berührt; und – eine Vielzahl von auf einer Oberfläche des Kontaktsubstrats (20) ausgebildeten und jeweils zur Herstellung von Signalwegen zu einem extern zum Kontaktsubstrat angeordneten elektrischen Bauteil mit den balkenförmigen Kontaktbereichen (30) verbundenen Kontaktspuren (242).
Kontaktstruktur nach Anspruch 8, wobei das Kontaktsubstrat (20) aus Silizium besteht.
Kontaktstruktur nach Anspruch 8, wobei das Kontaktsubstrat (20) aus Keramik besteht.
Kontaktstruktur nach Anspruch 8, weiterhin enthaltend – eine Vielzahl von Kontaktlöchern (23) am Kontaktsubstrat (20), die zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einer oberen Aussenfläche und einer unteren Aussenfläche des Kontaktsubstrats (20) mit der Vielzahl von Kontaktspuren (24) verbunden sind, sowie – eine Vielzahl von Elektroden (22), die zur Herstellung von elektrischen Verbindungen mit dem extern zum Kontaktsubstrat (20) angeordneten elektrischen Bauteil mit der Vielzahl von Kontaktlöchern (23) verbunden sind.
Kontaktstruktur nach Anspruch 8, weiterhin enthaltend eine zwischen der Siliziumbasis (240) und der Isolierschicht (252) angeordnete mit Bor dotierte Schicht (248).
Kontaktstruktur nach Anspruch 8, wobei die leitende Schicht (235) aus leitendem Metall besteht und durch einen Plattiervorgang hergestellt wurde.
Kontaktstruktur nach Anspruch 8, wobei die Isolierschicht (252) aus Siliziumdioxid besteht.
Verfahren zur Herstellung einer Kontaktstruktur zum Prüfen einer Halbleiterscheibe, eines Halbleiterchips, einer ummantelten Hochintegrationsbauteils oder einer gedruckten Leiterplatte (Prüfling), enthaltend die folgenden Verfahrensschritte: – Vorsehen eines aus einer Kristallebene (100) ausgeschnittenen Siliziumsubstrats (40); – Durchführen eines ersten Photolithographieschritts an einer oberen Aussenfläche des Siliziumsubstrats (40) zur Ausbildung einer mit Bor dotierten Schicht (48, 248) an einer Oberfläche des Siliziumsubstrats (40); – Ausbilden einer ersten Isolierschicht (52, 252) auf der mit Bor dotierten Schicht (48, 248); – Ausbilden einer zweiten Isolierschicht (54, 254) an einer unteren Aussenfläche des Siliziumsubstrats (40); – Durchführen eines zweiten Photolithographieschritts an der zweiten Isolierschicht (54, 254) zur Herstellung eines Ätzfensters (56, 256) in der zweiten Isolierschicht (54, 254); – Durchführen einer anisotropen Ätzung an dem Siliziumsubstrat (40) durch das Ätzfenster (56, 256) zum Ausbilden einer Siliziumbasis (40, 240) eines Kontaktbereichs (30), wobei die Siliziumbasis (40, 240) mindestens einen schrägen Bereich aufweist, dessen Winkel von der Kristallebene bestimmt ist; und – Ablagern von leitfähigem Material auf der ersten Isolierschicht (52, 252) zur Ausbildung einer leitenden Schicht (35, 235); – Befestigen mehrerer durch die vorstehenden Schritte erhaltener Kontaktbereiche (30) in diagonaler Ausrichtung auf einem Kontaktsubstrat (20), wobei die diagonale Ausrichtung durch den Winkel des schrägen Bereichs (62, 262) der Siliziumbasis (40, 240) bestimmt wird, wenn der schräge Bereich (62, 262) eine Oberfläche des Kontaktsubstrats (20) berührt.