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EP1595285A1 - Soi contact structure(s) and corresponding production method - Google Patents

Soi contact structure(s) and corresponding production method

Info

Publication number
EP1595285A1
EP1595285A1 EP04706605A EP04706605A EP1595285A1 EP 1595285 A1 EP1595285 A1 EP 1595285A1 EP 04706605 A EP04706605 A EP 04706605A EP 04706605 A EP04706605 A EP 04706605A EP 1595285 A1 EP1595285 A1 EP 1595285A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
substrate
metal
insulator
passivation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04706605A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Steffen Richter
Dirk Nuernbergk
Wolfgang Goettlich
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.)
X Fab Semiconductor Foundries GmbH
Original Assignee
X Fab Semiconductor Foundries GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE10303643A external-priority patent/DE10303643B3/en
Application filed by X Fab Semiconductor Foundries GmbH filed Critical X Fab Semiconductor Foundries GmbH
Publication of EP1595285A1 publication Critical patent/EP1595285A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H10W20/021—

Definitions

  • the object of the invention is to provide an electrical connection of SOI component structures in an active silicon layer to the substrate, bypassing or avoiding rear-side metallization of the substrate.
  • the degree of integration of circuits should be increased. Components other than SOI technology should also be included.
  • an implementation establishes a connection of active structures on the upper side to the substrate.
  • This can be simple or multiple, as in the layer stack claimed, so that different component groups on the top can be connected separately to the substrate.
  • a connection of top-side component structures with doping regions in the substrate is also possible.
  • At least one layer sequence is applied to the insulator layer of the SOI wafer.
  • first passivation layer with an opening above the metal filling, over which lies a second layer as a metallization layer, which is conductively connected to the metal filling and makes electrical contact or a conductive structure to the substrate, to structures prepared on the front side of the SOI to contact to the substrate or to conductively connect.
  • FIG. 1 illustrates a first exemplary embodiment in which a substrate is contacted via a layer stack.
  • FIG. 1 illustrates the embodiment of Figure 1 with explanatory reference numerals.
  • FIG. 1 serves to explain the invention in more detail, it schematically shows the contacting of the substrate via a layer stack.
  • the bushing establishes a connection from the active structures on the top to the substrate.
  • This can be simple or multiple, as in the stack shown in Fig.1, so that different groups of components on the top can be connected separately to the substrate. It is also possible to connect the top-side component structures to doping regions in the substrate.
  • Contact occurs at the interfaces between the metal of the bushing and the substrate. This can be an ohmic contact or a Schottky contact. Both types are of technical importance and can be set in a targeted manner.
  • the contacting of the substrate according to FIG. 1 also shows FIG. 3.
  • the design is identical.
  • the added reference symbols are intended to give a more detailed explanation of the layer stack that is located at each passage 19, 20.
  • the substrate is contacted via the layer stack 80, which consists of several layers, in the example six layers.
  • the bushing 20 is a metallic filling of a hole or opening 19 in the insulator layer 11, which is the subject of an SOI wafer 10.
  • the substrate 13 carries the insulator 11, for example as a BOX layer. Above the insulator 11 there is an already structured semiconductor layer 12, which is shown in the left and right edge region as a structured residual layer 12 'and 12 "for at least partially holding active components.
  • These components are symbolically designated by 40 and 50 and are located on the left and to the right of the layer stack 80, which is arranged in an area which is free from the single-crystal semiconductor layer 12.
  • This area is denoted by 12a, the entire single-crystal semiconductor layer 12 being structured in this area, the area 12a free of this layer, the remaining layers 12 'and 12 "results.
  • the bushing 19 for example as an etched-through hole, is filled with a metal mass to create a metal layer (or a metal plug "plug") which essentially closes upwards and downwards with the insulator layer or is in contact with the substrate layer 13 downwards.
  • the feedthrough connects active structures 40, 50 on the upper side (front side V) of the SOI wafer to the substrate 13, which has a rear side R.
  • This implementation can be carried out in a single or multiple manner, as in the stack shown in FIG. In this way, different component groups on the upper side can each be connected separately to the substrate.
  • Components can also be or are connected to the same feedthrough hole or the conductive connection 20 in order to conductively connect multiple components to the same substrate location on the same feedthrough 19/20.
  • Doping regions can be provided on the surface of the substrate in the feedthrough opening 19. If no doping region is provided, a Schottky contact 13c is formed, as illustrated in FIG. 2. In the case of a doping region with p- or n-doping, an ohmic contact with the substrate 13 is formed. This interface area is called the "interface" between the metal of the bushing and the substrate.
  • the layer sequence 30 to 32 or nested 70 to 72 will be explained in the following.
  • the stack structure of the layers according to FIG. 2 results.
  • the substrate contact 20 is guided to the front side and built up layer by layer in order to be able to contact it metallically at different levels, at different heights or distances from the insulating layer 11.
  • These different levels are each spaced apart by a thickness of a passivation layer 70, 71, 72, which are arranged alternately in the stack and have a through opening, through which the metallic conductive structure 20 is reached by the metallization layers 70, 71, 72, so that a central one or internal passage through the stack, which lies above the feed-through opening 19 and is completely electrically conductive filled with metal.
  • the insulator layer is provided with the through hole 19 which extends as far as the substrate 13, in particular by etching. Multiple holes can be spaced apart and etched substantially simultaneously.
  • a perforated passivation layer 30 is applied above the metal bushing 20 as the first passivation, which has a lateral extension and rests on the insulator 11.
  • a metal layer 70 is applied, which extends through the perforated passivation layer at the opening and touches the metal layer 20 in an electrically conductive manner in the through hole, as shown at 70a.
  • the contact point 20a has a depression which essentially corresponds to the shape or extent of the opening through the passivation layer 30.
  • the first metal layer 70 can be structured in order to produce the electrical contact in the region of component structures.
  • the lateral interconnect 70a starting from the first metallization 70, this illustrates FIG. 3 as a further exemplary embodiment.
  • the laterally extending interconnect 70a reaches the structure 40 prepared in the active semiconductor layer 12 '.
  • This lateral connection extends on the first level (height level) above the surface of the insulator layer 11.
  • Another passivation layer 31 is applied to the metallization 70 and broken through, just like the first passivation layer 30.
  • the described sequence of layer pairs can be continued several times. So the second passivation 31 and the second metallization 71.
  • a third passivation 32 and a third metallization 72 can follow, as illustrated in FIG.
  • the passivation is broken in the area above the metallic feedthrough 20 to form a central or inner core made of metallic material for the conductive connection of the uppermost metallization layer 72 to the substrate 13 or to the ohmic or Schottky contact 13c.
  • FIG. 3 shows an assumed metal track 72b on the third level, which passes over to a further prepared structure 50 in the active semiconductor layer 12 "and makes electrical contact there, like the laterally extending conductor track 70a to the first groomed structure 40 at the lowest level.
  • the structures described, in particular the stack structure 80 are not round in their outer extent, preferably rectangular or square.

Landscapes

  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

Disclosed are an arrangement and a production method for electrically connecting active semiconductor structures in or on a monocrystalline silicon layer (12) located on the front face (V) of silicon-on-insulator semiconductor wafers (SOI, 10) to the substrate (13). The electrical connection (20) is made through an insulator layer (11). A stack of layers (30 to 32, 70 to 72) is disposed above the connection piece (20) on the insulator layer (11).

Description

SOI-Kontaktstruktur(en) und zugehöriges HerstellungsverfahrenSOI contact structure (s) and associated manufacturing process

Die Erfindung bezieht sich auf SOI-Strukturen (Silicon-on-lnsulator), bei denen elektrische Verbindungen zwischen Bauelementstrukturen in der oberen vom Substrat isolierten Halbleiterschicht und dem Halbleitersubstrat bestehen, welche durch die Isolatorschicht zur oberen Halbleiterschicht führen.The invention relates to SOI structures (silicon-on-insulator), in which there are electrical connections between component structures in the upper semiconductor layer insulated from the substrate and the semiconductor substrate, which lead through the insulator layer to the upper semiconductor layer.

Eine SOI-Struktur besteht aus einer dünnen Halbleiterschicht, welche sich auf einer dünnen Oxidschicht befindet. Die Oxidschicht wird üblicherweise als vergrabenes Oxid (buried oxide: BOX) erzeugt und liegt wiederum auf einer Halbleiterschicht, im allgemeinen einer Siliziumschicht, nämlich dem Siliziumsubstrat, welches gewöhnlich eine Dicke von 300 bis 800μm hat. Dieses Substrat dient nur zur Handhabung der Struktur. Die eigentlichen Bauelementefunktionen werden wie in gewöhnlichen CMOS- Prozessen auf homogenen Siliziumscheiben in der oberflächennahen Halbleiterschicht realisiert.An SOI structure consists of a thin semiconductor layer, which is located on a thin oxide layer. The oxide layer is usually produced as a buried oxide (BOX) and in turn lies on a semiconductor layer, generally a silicon layer, namely the silicon substrate, which usually has a thickness of 300 to 800 μm. This substrate is only used to handle the structure. The actual component functions are implemented as in normal CMOS processes on homogeneous silicon wafers in the near-surface semiconductor layer.

Ein wesentlicher Unterschied zu Standard CMOS-Prozessen besteht darin, daß die Bauelemente durch Gräben, die bis zur Isolationsschicht reichen, dielektrisch voneinander getrennt sind. Hierdurch wird die gegenseitige elektrische Beeinflussung der Bauelemente stark verringert. Diese dielektrische Isolation macht die SOI- Technologie auch für Hochvolt-Anwendungen geeignet.An essential difference from standard CMOS processes is that the components are separated from one another by trenches that extend as far as the insulation layer. As a result, the mutual electrical influence of the components is greatly reduced. This dielectric insulation also makes SOI technology suitable for high-voltage applications.

Einerseits bringt es Vorteile mit sich, wenn die Bauelemente nicht über das Substrat miteinander gekoppelt sind. Es entfallen dadurch bestimmte unerwünschte Substrateffekte, wie z.B. Latch-Up, signifikante Sperrströme bei erhöhtenOn the one hand, there are advantages if the components are not coupled to one another via the substrate. This eliminates certain undesirable substrate effects, such as Latch-Up, significant reverse currents with increased

Temperaturen, erhöhte parasitäre Kapazitäten an den Source/Bulk- bzw. Drain/Bulk-pn Übergängen. Andererseits bringt es Vorteile mit sich, wenn eine Substratverbindung besteht, z.B. um bestimmte, im Substrat erzeugte aktive oder passive Strukturen mit in die Schaltung einschließen zu können. Auf diese Weise sind auch Bauelemente anderer, nicht der SOI-Technologie entsprechender Verfahrensweisen integrierbar. Elektrische Anschlüsse zum Substrat wären dann vorteilhaft. Die dafür verwendbare Rückseitenmetallisierung des Substrats ist jedoch kein Bestandteil der SOI- Technologie. Die entsprechenden Gehäuse sehen einen Rückseitenkontakt nicht vor und oft reicht bei Schaltkreisen die Anzahl der Pins nicht aus, um die Rückseite zu kontaktieren oder einen solchen Kontakt nach außen führen zu können. Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Verbindung von SOI- Bauelementstrukturen in einer aktiven Siliziumschicht mit dem Substrat unter Umgehung oder Vermeidung einer Rückseitenmetallisierung des Substrats anzugeben. Dabei soll der Integrationsgrad von Schaltungen erhöht werden. Auch andere als der SOI-Technologie entsprechende Bauelemente sollen einbezogen werden.Temperatures, increased parasitic capacitances at the source / bulk or drain / bulk pn junctions. On the other hand, there are advantages when there is a substrate connection, for example in order to be able to include certain active or passive structures generated in the substrate in the circuit. In this way, components of other procedures that do not correspond to SOI technology can also be integrated. Electrical connections to the substrate would then be advantageous. However, the backside metallization of the substrate that can be used for this is not part of the SOI technology. The corresponding housings do not provide for a rear contact and often the number of pins on circuits is not sufficient to contact the rear or to be able to lead such a contact to the outside. The object of the invention is to provide an electrical connection of SOI component structures in an active silicon layer to the substrate, bypassing or avoiding rear-side metallization of the substrate. The degree of integration of circuits should be increased. Components other than SOI technology should also be included.

Die erfindungsgemäße Lösung ist im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 oder 7 oder mit den Merkmalen der Ansprüche 11 oder 20 umschrieben. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.The solution according to the invention is described in the characterizing part of claim 1 or 7 or with the features of claims 11 or 20. Further refinements of the invention are contained in the subclaims.

Eine Durchführung stellt auf diese Weise eine Verbindung von aktiven Strukturen auf der Oberseite zu dem Substrat her. Diese kann einfach ausgeführt sein oder mehrfach, wie bei dem beanspruchten Schichtenstapel, so dass unterschiedliche Bauelementegruppen auf der Oberseite separat mit dem Substrat verbunden werden können.In this way, an implementation establishes a connection of active structures on the upper side to the substrate. This can be simple or multiple, as in the layer stack claimed, so that different component groups on the top can be connected separately to the substrate.

Auch ist eine Verbindung von oberseitigen Bauelementestrukturen mit Dotierungsgebieten im Substrat möglich.A connection of top-side component structures with doping regions in the substrate is also possible.

Auf der Isolatorschicht des SOI Wafers ist mindestens eine Schichtenfolge, bestehend aus jeweils zwei Schichten aufgebracht.At least one layer sequence, each consisting of two layers, is applied to the insulator layer of the SOI wafer.

Von den Schichten liegt eine erste Passivierungsschicht mit einer Öffnung über der Metallfüllung, über der eine zweite Schicht als Metallisierungsschicht liegt, die mit der Metallfüllung leitend verbunden ist und elektrischen Kontakt bzw. eine Leitstruktur zu dem Substrat herstellt, um auf der Vorderseite des SOI präparierte Strukturen zum Substrat zu kontaktieren bzw. leitend zu verbinden.Of the layers, there is a first passivation layer with an opening above the metal filling, over which lies a second layer as a metallization layer, which is conductively connected to the metal filling and makes electrical contact or a conductive structure to the substrate, to structures prepared on the front side of the SOI to contact to the substrate or to conductively connect.

Mehrfaches Wiederholen ergibt eine Folge aus jeweils einer Passivierungsschicht, welche eine Öffnung über dem Bereich der Metallfüllung besitzt, und jeweils einer Metallisierungsschicht, die über der Passivierungsschicht und dem Bereich der Metallfüllung liegt.Repeating several times results in a sequence of a passivation layer, which has an opening above the area of the metal filling, and a metallization layer, which lies above the passivation layer and the area of the metal filling.

Elektrischer Kontakt wird zwischen dem Substrat und von auf der Scheibenvorderseite präparierten Strukturen hergestellt, so dass der Stapel von mehreren sich abwechselnden Metall- und Passivierungsschichten verschiedene leitfähige Höhenschichten besitzt, die einen unterschiedlichen Abstand von der Isolatorschicht haben. Ausführungsbeispiele erläutern und ergänzen die Erfindung, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente beschreiben.Electrical contact is made between the substrate and structures prepared on the front side of the pane, so that the stack of several alternating metal and passivation layers has different conductive height layers which are at a different distance from the insulator layer. Exemplary embodiments explain and supplement the invention, the same reference numerals describing the same elements.

Figur 1 veranschaulicht ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem eine Kontaktierung eines Substrats über einen Schichtstapel erfolgt.FIG. 1 illustrates a first exemplary embodiment in which a substrate is contacted via a layer stack.

Figur 2 veranschaulicht das Ausführungsbeispiel von Figur 1 mit erläuternden Bezugszeichen.Figure 2 illustrates the embodiment of Figure 1 with explanatory reference numerals.

Figur 3 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel mit zusätzlich eingezeichneter separater lateraler Verbindung auf dem Substrat, oberhalb der Isolierschicht 11 , ausgehend von der ersten Metallisierung 70. Die aktiven Strukturen auf der Oberseite sind hier schematisch bei 40 und 50 dargestellt, und waren zur Verdeutlichung eines Substratkontakts in Figur 1 nicht gesondert gezeigt.FIG. 3 illustrates a further exemplary embodiment with a separate lateral connection additionally drawn in on the substrate, above the insulating layer 11, starting from the first metallization 70. The active structures on the upper side are shown schematically here at 40 and 50 and were shown in FIG Figure 1 not shown separately.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung dient Figur 1 , sie zeigt schematisch die Kontaktierung des Substrats über einen Schichtstapel.FIG. 1 serves to explain the invention in more detail, it schematically shows the contacting of the substrate via a layer stack.

Die Durchführung stellt auf diese Weise eine Verbindung von den aktiven Strukturen auf der Oberseite zu dem Substrat her. Diese kann einfach ausgeführt sein oder mehrfach, wie bei dem in Fig.1 gezeigten Stapel, so daß unterschiedliche Bauelementegruppen auf der Oberseite separat mit dem Substrat verbunden werden können. Auch ist die Verbindung der oberseitigen Bauelementestrukturen mit Dotierungsgebieten im Substrat möglich.In this way, the bushing establishes a connection from the active structures on the top to the substrate. This can be simple or multiple, as in the stack shown in Fig.1, so that different groups of components on the top can be connected separately to the substrate. It is also possible to connect the top-side component structures to doping regions in the substrate.

Mit den in der Figur 1 angegebenen Bezeichnungen ist diese selbsterklärend und bedarf keiner weiteren Erläuterung.With the designations given in FIG. 1, this is self-explanatory and requires no further explanation.

An den Schnittstellen zwischen dem Metall der Durchführung und dem Substrat entsteht ein Kontakt. Dieser kann ein ohmscher Kontakt sein oder ein Schottky-Kontakt. Beide Arten sind von technischer Bedeutung und können zielgerichtet eingestellt werden.Contact occurs at the interfaces between the metal of the bushing and the substrate. This can be an ohmic contact or a Schottky contact. Both types are of technical importance and can be set in a targeted manner.

Die Kontaktierung des Substrats nach Figur 1 zeigt auch die Figur 3. Die Ausführung ist identisch. Die hinzugenommenen Bezugszeichen sollen eine detailliertere Erläuterung des Schichtenstapels geben, der sich bei jeder Durchführung 19,20 befindet. Die Kontaktierung des Substrat erfolgt ebenso wie die Figur 1 über den Schichtenstapel 80, der aus mehreren Schichten besteht, in Beispiel sechs Schichten. Die Durchführung 20 ist eine metallische Auffüllung eines Lochs oder Durchbruchs 19 in der Isolatorschicht 11 , die Gegenstand eines SOI-Wafers 10 ist. Das Substrat 13 trägt den Isolator 11 , beispielsweise als BOX-Schicht. Oberhalb des Isolators 11 ist eine bereits strukturiert dargestellte Halbleiterschicht 12, die in dem linken und rechten Randbereich als strukturierte Restschicht 12' und 12" zur zumindest teilweisen Aufnahme von aktiven Bauelementen dargestellt ist. Diese Bauelemente sind symbolisch mit 40 und 50 bezeichnet und befinden sich links und recht von dem Schichtenstapel 80, der in einem Bereich angeordnet ist, der von der einkristallinen Halbleiterschicht 12 frei ist. Dieser Bereich ist mit 12a bezeichnet, wobei die gesamte einkristalline Halbleiterschicht 12 durch Strukturierung in diesem Bereich, dem von dieser Schicht freien Bereich 12a, die Restschichten 12' und 12" ergibt.The contacting of the substrate according to FIG. 1 also shows FIG. 3. The design is identical. The added reference symbols are intended to give a more detailed explanation of the layer stack that is located at each passage 19, 20. Like the FIG. 1, the substrate is contacted via the layer stack 80, which consists of several layers, in the example six layers. The bushing 20 is a metallic filling of a hole or opening 19 in the insulator layer 11, which is the subject of an SOI wafer 10. The substrate 13 carries the insulator 11, for example as a BOX layer. Above the insulator 11 there is an already structured semiconductor layer 12, which is shown in the left and right edge region as a structured residual layer 12 'and 12 "for at least partially holding active components. These components are symbolically designated by 40 and 50 and are located on the left and to the right of the layer stack 80, which is arranged in an area which is free from the single-crystal semiconductor layer 12. This area is denoted by 12a, the entire single-crystal semiconductor layer 12 being structured in this area, the area 12a free of this layer, the remaining layers 12 'and 12 "results.

Die Durchführung 19 als beispielsweise eingeätztes Durchführungsloch ist mit einer Metallmasse aufgefüllt, zur Schaffung einer Metallschicht (oder eines Metallpfropfens "Plug"), der nach oben und nach unten mit der Isolatorschicht im Wesentlichen abschließt bzw. nach unten auf der Substratschicht 13 berührend aufliegt.The bushing 19, for example as an etched-through hole, is filled with a metal mass to create a metal layer (or a metal plug "plug") which essentially closes upwards and downwards with the insulator layer or is in contact with the substrate layer 13 downwards.

Die Durchführung stellt auf diese Weise eine Verbindung von aktiven Strukturen 40,50 auf der Oberseite (Vorderseite V) des SOI-Wafers zu dem Substrat 13 her, welches eine Rückseite R besitzt.In this way, the feedthrough connects active structures 40, 50 on the upper side (front side V) of the SOI wafer to the substrate 13, which has a rear side R.

Diese Durchführung kann einfach ausgeführt sein oder mehrfach, wie bei dem in Figur 1 gezeigten Stapel. So können unterschiedliche Bauelementegruppen auf der Oberseite jeweils separat mit dem Substrat verbunden werden. UnterschiedlicheThis implementation can be carried out in a single or multiple manner, as in the stack shown in FIG. In this way, different component groups on the upper side can each be connected separately to the substrate. different

Bauelemente (oder -gruppen) können auch mit demselben Durchführungsloch bzw. der leitenden Verbindung 20 verbunden sein oder werden, um mehrere Bauteile mit derselben Substratstelle an derselben Durchführung 19/20 leitend zu verbinden.Components (or groups) can also be or are connected to the same feedthrough hole or the conductive connection 20 in order to conductively connect multiple components to the same substrate location on the same feedthrough 19/20.

An der Oberfläche des Substrats in der Durchführungsöffnung 19 können - nicht gesondert dargestellte - Dotierungsgebiete vorgesehen sein. Ist kein Dotierungsgebiet vorgesehen, bildet sich ein Schottky-Kontakt 13c, wie in Figur 2 veranschaulicht. Bei einem Dotierungsgebiet mit p- oder n-Dotierung bildet sich ein ohmscher Kontakt zum Substrat 13. Dieser Grenzflächenbereich wird "Schnittstelle" genannt, zwischen dem Metall der Durchführung und dem Substrat.Doping regions (not shown separately) can be provided on the surface of the substrate in the feedthrough opening 19. If no doping region is provided, a Schottky contact 13c is formed, as illustrated in FIG. 2. In the case of a doping region with p- or n-doping, an ohmic contact with the substrate 13 is formed. This interface area is called the "interface" between the metal of the bushing and the substrate.

Die Schichtenfolge 30 bis 32 bzw. darin verschachtelt 70 bis 72 soll im folgenden erläutert werden. Bei einem Herstellverfahren ergibt sich die Stapelstruktur der Schichten nach Figur 2. Der Substratkontakt 20 wird zur Vorderseite geführt und dort schichtenweise aufgebaut, um ihn in verschiedenen Ebenen, auf verschiedenen Höhen bzw. Abständen von der Isolierschicht 11 metallisch kontaktieren zu können. Diese verschiedenen Ebenen sind jeweils beabstandet um eine Dicke einer Passivierungsschicht 70,71 ,72, welche abwechselnd im Stapel angeordnet sind und eine Durchführungsöffnung besitzen, durch welche die metallische Leitstruktur 20 von den Metallisierungsschichten 70,71 ,72 erreicht wird, so dass sich ein zentraler oder innerer Durchgang durch den Stapel ergibt, der oberhalb der Durchführungsöffnung 19 liegt und gänzlich elektrisch leitend metallisch aufgefüllt ist.The layer sequence 30 to 32 or nested 70 to 72 will be explained in the following. In a manufacturing process, the stack structure of the layers according to FIG. 2 results. The substrate contact 20 is guided to the front side and built up layer by layer in order to be able to contact it metallically at different levels, at different heights or distances from the insulating layer 11. These different levels are each spaced apart by a thickness of a passivation layer 70, 71, 72, which are arranged alternately in the stack and have a through opening, through which the metallic conductive structure 20 is reached by the metallization layers 70, 71, 72, so that a central one or internal passage through the stack, which lies above the feed-through opening 19 and is completely electrically conductive filled with metal.

An Stellen, die frei von der aktiven Halbleiterschicht 12 sind, also dem Graben 12a, wird die Isolatorschicht mit dem Durchführungsloch 19 versehen, das bis auf das Substrat 13 reicht, insbesondere durch eine Ätzung. Mehrere Löcher können beabstandet und im wesentlichen zeitgleich geätzt werden.At locations that are free of the active semiconductor layer 12, that is to say the trench 12a, the insulator layer is provided with the through hole 19 which extends as far as the substrate 13, in particular by etching. Multiple holes can be spaced apart and etched substantially simultaneously.

Eine Metalldurchführung 20 wird durch Auffüllen des jeweiligen Durchführungslochs 19 erzeugt. Sie schließt mit der Isolatorschicht ab.A metal feedthrough 20 is produced by filling the respective feedthrough hole 19. It ends with the insulator layer.

Oberhalb der Metalldurchführung 20 wird eine durchbrochene Passivierungsschicht 30 als erste Passivierung aufgebracht, die eine laterale Erstreckung hat und auf dem Isolator 11 aufliegt. In einem weiteren Verfahrensschritt wird eine Metallschicht 70 aufgelegt, welche durch die durchbrochene Passivierungsschicht am Durchbruch hindurchreicht und elektrisch leitend die Metallschicht 20 im Durchführungsloch berührt, wie bei 70a dargestellt. Die Berührungsstelle 20a weist eine Vertiefung auf, welche im wesentlichen der Form oder Erstreckung des Durchbruchs durch die Passivierungsschicht 30 entspricht.A perforated passivation layer 30 is applied above the metal bushing 20 as the first passivation, which has a lateral extension and rests on the insulator 11. In a further method step, a metal layer 70 is applied, which extends through the perforated passivation layer at the opening and touches the metal layer 20 in an electrically conductive manner in the through hole, as shown at 70a. The contact point 20a has a depression which essentially corresponds to the shape or extent of the opening through the passivation layer 30.

Gegebenenfalls kann die erste Metallschicht 70 strukturiert werden, um im Bereich von Bauelementstrukturen den elektrischen Kontakt herzustellen. Dieses veranschaulicht mit der lateralen Leitbahn 70a, ausgehend von der ersten Metallisierung 70, die Figur 3 als weiteres Ausführungsbeispiel. Die sich lateral erstreckende Leitbahn 70a erreicht die in der aktiven Halbleiterschicht 12' präparierte Struktur 40. Diese laterale Verbindung erstreckt sich auf der ersten Ebene (Höhenebene) oberhalb der Oberfläche der Isolatorschicht 11. Eine weitere Passivierungsschicht 31 wird auf die Metallisierung 70 aufgebracht und ebenso durchbrochen, wie schon die erste Passivierungschicht 30.If necessary, the first metal layer 70 can be structured in order to produce the electrical contact in the region of component structures. With the lateral interconnect 70a, starting from the first metallization 70, this illustrates FIG. 3 as a further exemplary embodiment. The laterally extending interconnect 70a reaches the structure 40 prepared in the active semiconductor layer 12 '. This lateral connection extends on the first level (height level) above the surface of the insulator layer 11. Another passivation layer 31 is applied to the metallization 70 and broken through, just like the first passivation layer 30.

Die beschriebene Folge von Schichtenpaaren aus jeweils Passivierung und Metallisierung kann mehrfach fortgesetzt werden. So die zweite Passivierung 31 und die zweite Metallisierung 71. Eine dritte Passivierung 32 und eine dritte Metallisierung 72 können folgen, wie in Figur 2 veranschaulicht.The described sequence of layer pairs, each consisting of passivation and metallization, can be continued several times. So the second passivation 31 and the second metallization 71. A third passivation 32 and a third metallization 72 can follow, as illustrated in FIG.

Jeweils durchbrochen ist die Passivierung im Bereich oberhalb der metallischen Durchführung 20, zur Bildung eines zentralen oder inneren Kerns aus metallischem Material zur leitenden Verbindung auch der obersten Metallisierungsschicht 72 bis zum Substrat 13 bzw. zum ohmschen oder Schottky-Kontakt 13c.The passivation is broken in the area above the metallic feedthrough 20 to form a central or inner core made of metallic material for the conductive connection of the uppermost metallization layer 72 to the substrate 13 or to the ohmic or Schottky contact 13c.

In lateraler Richtung sind die Passivierungschichten jeweils stärker reduziert, je weiter sie von der Isolatorschicht 11 entfernt sind. Der Stapel verjüngt sich nach aufwärts, wie das im Schnitt der Figuren 1 bis 3 ersichtlich ist.The passivation layers are each reduced more in the lateral direction, the further they are from the insulator layer 11. The stack tapers upwards, as can be seen in the section of FIGS. 1 to 3.

In Figur 3 ist in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine angenommene Metallbahn 72b auf der dritten Ebene gezeigt, welche zu einer weiteren präparierten Struktur 50 in der aktiven Halbleiterschicht 12" herüberreicht und dort eine elektrische Kontaktierung vornimmt, wie schon die lateral sich erstreckende Leiterbahn 70a zu der ersten präparierten Struktur 40 auf der untersten Höhenebene.In a further exemplary embodiment, FIG. 3 shows an assumed metal track 72b on the third level, which passes over to a further prepared structure 50 in the active semiconductor layer 12 "and makes electrical contact there, like the laterally extending conductor track 70a to the first groomed structure 40 at the lowest level.

Die verschiedenen elektrischen Bahnen werden über die gestapelte Metallisierung und von unterschiedlichen Ebenen zusammengeführt, um sie gemeinsam durch die eine Durchführung 19/20 zum Substrat 13 elektrisch leitend zu kontaktieren.The various electrical tracks are brought together via the stacked metallization and from different levels in order to make electrical contact with them through the bushing 19/20 to the substrate 13.

In einer Aufsicht sind die beschriebenen Strukturen, insbesondere die Stapelstruktur 80 nicht rund in ihrer äußeren Erstreckung, bevorzugt rechteckig oder quadratisch.In a top view, the structures described, in particular the stack structure 80, are not round in their outer extent, preferably rectangular or square.

Mehrere der beschriebenen Stapelstrukturen können jeweils in Bereichen angeordnet sein, die frei von der aktiven Halbleiterschicht sind und dem "Graben" 12a entsprechen. Several of the stack structures described can each be arranged in regions which are free of the active semiconductor layer and correspond to the "trench" 12a.

Claims

Ansprüche: Expectations: 1. Zur Vorderseite geführte Substratkontakte von Silicon-on-lnsulator Halbleiterscheiben (SOI), bestehend aus einer dünnen einkristallinen Siliziumschicht, welche sich auf einer dünnen Isolatorschicht befindet und diese1. Substrate contacts of silicon-on-insulator semiconductor wafers (SOI) leading to the front, consisting of a thin monocrystalline silicon layer, which is located on a thin insulator layer, and the latter Doppelschicht von einem einkristallinen Halbleitersubstrat getragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolatorschicht in von der einkristallinen Halbleiterschicht freien Bereichen Durchbrechungen aufweist, welche bis zum Substrat reichen und mit einem Metall gefüllt sind, und sich auf der Isolatorschicht mindestens eine Schichtenfolge, bestehend aus jeweils zwei Schichten befindet, wobei die erste eine Passivierungsschicht mit einer Öffnung über dem Bereich de Metallfüllung ist, über der die zweite als Metallisierungsschicht liegt, die mit der Metallfüllung verbunden ist und den elektrischen Kontakt zwischen dem Substrat und den auf der Scheibenvorderseite präparierten Strukturen herstellt.Double layer is carried by a single-crystalline semiconductor substrate, characterized in that the insulator layer has openings in areas free of the single-crystalline semiconductor layer which extend as far as the substrate and are filled with a metal, and there is at least one layer sequence on the insulator layer, each consisting of two layers is located, the first is a passivation layer with an opening over the area of the metal filling, over which the second lies as a metallization layer, which is connected to the metal filling and makes the electrical contact between the substrate and the structures prepared on the front side of the pane. 2. Zur Vorderseite geführte Substratkontakte nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Isolatorschicht eine Siliziumoxidschicht ist.2. To the front led substrate contacts according to claim 1, characterized in that the insulator layer is a silicon oxide layer. 3. Zur Vorderseite geführte Substratkontakte nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Passivierungsschicht eine Siliziumnitridschicht ist.3. To the front led substrate contacts according to claim 1 and 2, characterized in that the passivation layer is a silicon nitride layer. 4. Zur Vorderseite geführte Substratkontakte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus einer hochdotierten einkristallinen Siliziumscheibe besteht.4. led to the front substrate contacts according to claim 3, characterized in that the substrate consists of a highly doped single-crystalline silicon wafer. 5. Zur Vorderseite geführte Substratkontakte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfüllung mit dem Substrat einen ohmschen Kontakt bildet.5. To the front led substrate contacts according to one of claims 1 to 4, characterized in that the metal filling forms an ohmic contact with the substrate. 6. Zur Vorderseite geführte Substratkontakte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfüllung mit dem Substrat einen Schottk Kontakt bildet. 6. To the front led substrate contacts according to one of claims 1 to 4, characterized in that the metal filling forms a Schottk contact with the substrate. 7. Verfahren zur Herstellung von zur Vorderseite geführten Substratkontakten von Silicon-on-lnsulator (SOI) Halbleiterscheiben, mit folgenden Hauptarbeitsschritten an Stellen, die frei von der aktiven Halbleiterschicht sind, wird in die Isolatorschicht (Oxidschicht) ein Durchführungsloch bis auf das Substrat geätzt;7. A process for the production of substrate contacts of silicon-on-insulator (SOI) semiconductor wafers which are led to the front, with the following main work steps at locations which are free from the active semiconductor layer, a through hole is etched into the insulator layer (oxide layer) down to the substrate; Herstellen einer Metalldurchführung durch Auffüllen desManufacture of a metal bushing by filling the Durchführungsloches mit einer Metallschicht, die mit der Isolatorschicht abschließt;Through hole with a metal layer that closes with the insulator layer; Erzeugung einer - an der Metalldurchführung durchbrochenen - Passivierungsschicht;Creation of a passivation layer - perforated on the metal bushing; Aufbringen einer weiteren Metallschicht und ggf. Strukturierung derselben im Bereich der Bauelementestrukturen, die den elektrischen Kontakt zu den auf der Vorderseite in der aktiven Halbleiterschicht präparierten Strukturen herstellt; - Aufbringen einer weiteren Passivierungsschicht.Applying a further metal layer and, if necessary, structuring it in the region of the component structures, which makes the electrical contact with the structures prepared on the front side in the active semiconductor layer; - Application of a further passivation layer. 8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei sich die Folge der Herstellung einer Passivierungsschicht, welche eine Öffnung über dem Bereich der Metallfüllung besitzt, und einer Metallisierungsschicht, die über dieser Passivierungsschicht und dem Bereich der Metallfüllung liegt und den elektrischen Kontakt zwischen dem8. The method of claim 7, wherein the result of the production of a passivation layer, which has an opening over the area of the metal filling, and a metallization layer, which lies over this passivation layer and the area of the metal filling, and the electrical contact between the Substrat und von auf der Scheibenvorderseite präparierten Strukturen herstellt, mehrfach wiederholt, so daß ein Stapel von mehreren sich abwechselnden Metall- und Passivierungsschichten entsteht.Substrate and structures prepared on the front of the pane, repeated several times, so that a stack of several alternating metal and passivation layers is formed. 9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that the Bedingungen an der Grenze Metall/Substrat so eingestellt werden, daß sich ein ohmscher Kontakt zum Substrat ausbildet.Conditions at the metal / substrate boundary are set so that an ohmic contact to the substrate is formed. 10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingungen an der Grenze Metall/Substrat so eingestellt werden, daß sich ein10. The method according to claim 7 or 8, characterized in that the conditions at the metal / substrate boundary are set so that a Schottky-Kontakt zum Substrat ausbildet. Schottky contact to the substrate. 11. Silicon-on-lnsulator Halbleiterscheibe mit zumindest einem zur Vorderseite (V) geführten Substratkontakt (13c,20), welche Scheibe (10) eine strukturierte einkristalline Halbleiterschicht (12;12',12") besitzt, welche sich auf einer Isolatorschicht (11) befindet, welche Schichten von einem einkristallinen Halbleitersubstrat (13) getragen werden, wobei11. Silicon-on-insulator semiconductor wafer with at least one substrate contact (13c, 20) led to the front (V), which wafer (10) has a structured single-crystal semiconductor layer (12; 12 ', 12 "), which is located on an insulator layer ( 11), which layers are supported by a single-crystalline semiconductor substrate (13), wherein (i) die Isolatorschicht (11) in von der einkristallinen Halbleiterschicht freien Bereichen (12a) Durchbrechungen (19) aufweist, welche bis zum Substrat (13) reichen und mit einem Metall gefüllt sind (20), (ii) auf der Isolatorschicht mindestens eine Schichtenfolge, bestehend aus jeweils zwei Schichten (30,70;31 ,71 ) aufgebracht ist;(i) the insulator layer (11) has openings (19) in areas (12a) free of the single-crystalline semiconductor layer, which reach as far as the substrate (13) and are filled with a metal (20), (ii) at least one on the insulator layer Layer sequence consisting of two layers (30, 70; 31, 71) is applied; (iii) von den Schichten eine erste eine Passivierungsschicht (30) mit einer(iii) from the layers a first a passivation layer (30) with a Öffnung über der Metallfüllung (20) ist, über der eine zweite Schicht als eine Metallisierungsschicht (70) liegt, die mit der Metallfüllung leitend verbunden ist und elektrischen Kontakt bzw. eine Leitstruktur zu dem Substrat (13) herstellt, um auf der Vorderseite (V) präparierte Strukturen (40,50) zumThere is an opening above the metal filling (20), over which there is a second layer as a metallization layer (70), which is conductively connected to the metal filling and makes electrical contact or a conductive structure to the substrate (13) to be on the front (V ) prepared structures (40.50) for Substrat zu kontaktieren bzw. leitend zu verbinden.To contact substrate or to connect conductively. 12. Halbleiterscheibe nach Anspruch 11 , wobei die Isolatorschicht eine Siliziumoxidschicht ist.12. The semiconductor wafer according to claim 11, wherein the insulator layer is a silicon oxide layer. 13. Halbleiterscheibe nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Passivierungsschicht (30) eine Siliziumnitridschicht oder eine Plasmanitridschicht ist.13. The semiconductor wafer according to claim 11 or 12, wherein the passivation layer (30) is a silicon nitride layer or a plasma nitride layer. 14. Halbleiterscheibe nach Anspruch 13, wobei das Substrat aus hochdotiertem einkristallinem Silizium besteht.14. The semiconductor wafer according to claim 13, wherein the substrate consists of highly doped single-crystal silicon. 15. Halbleiterscheibe nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Metallfüllung o) mit dem Substrat einen ohmschen Kontakt bildet.15. Semiconductor wafer according to one of claims 11 to 14, wherein the metal filling o) forms an ohmic contact with the substrate. 16. Halbleiterscheibe nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die16. Semiconductor wafer according to one of claims 11 to 14, wherein the Metallfüllung (20) mit dem Substrat einen Schottky-Kontakt (13c) bildet.Metal filling (20) forms a Schottky contact (13c) with the substrate. 16a. Halbleiterscheibe nach Anspruch 11 , wobei die Schichtenfolge (80) zumindest zweimal übereinander angebracht ist.16a. The semiconductor wafer according to claim 11, wherein the layer sequence (80) is attached at least twice one above the other. 16b. Halbleiterscheibe nach Anspruch 11 , wobei die Schichtenfolge zumindest dreimal vorgesehen ist, zur Bildung eines Schichtenstapels mit metallischen Vertikalkern (20,70a,71a,72a). c. Halbleiterscheibe nach Anspruch 11 , wobei eine Randgeometrie der Schichtenfolge eckig ausgebildet ist.16b. Semiconductor wafer according to claim 11, wherein the layer sequence is provided at least three times to form a layer stack with metallic vertical core (20, 70a, 71a, 72a). c. Semiconductor wafer according to claim 11, wherein an edge geometry of the layer sequence is angular. d. Halbleiterscheibe nach Anspruch 11 , wobei die Schichten einer jeweiligen Schichtenfolge im wesentlichen eben ausgebildet sind. d. The semiconductor wafer according to claim 11, wherein the layers of a respective layer sequence are essentially planar. 17. Verfahren zur Herstellung von zu einer Vorderseite geführten Substratkontakten auf einer Silicon-on-lnsulator (SOI) Halbleiterscheibe, mit folgenden Schritten an Stellen, die frei von einer aktiven Halbleiterschicht (12; 12', 12") sind, wird in eine Isolatorschicht (11) zumindest ein Durchführungsloch bis auf das Substrat eingebracht;17. A method for producing substrate contacts led to a front side on a silicon-on-insulator (SOI) semiconductor wafer, with the following steps at locations which are free of an active semiconductor layer (12; 12 ', 12 ") is placed in an insulator layer (11) made at least one through hole down to the substrate; Herstellen einer Metalldurchführung (20) durch Auffüllen desManufacture of a metal bushing (20) by filling the Durchführungslochs mit einem Metall, welches mit der Isolatorschicht imThrough hole with a metal, which with the insulator layer in Wesentlichen abschließt;Essentially completes; Erzeugung einer - an der Metalldurchführung (20) unter- oder durchbrochenen - ersten Passivierungsschicht (30);Generation of a first passivation layer (30) which is interrupted or perforated on the metal bushing (20); Aufbringen einer Metallschicht (70) auf die Passivierungsschicht (30);Applying a metal layer (70) to the passivation layer (30); Aufbringen einer weiteren Passivierungsschicht (31 ) auf die MetallschichtApplication of a further passivation layer (31) to the metal layer (70).(70). 18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Folge der Herstellung der ersten18. The method of claim 17, wherein the sequence of producing the first Passivierungsschicht, welche eine Öffnung über dem Bereich der Metallfüllung besitzt, und einer darüber angeordneten Metallisierungsschicht, die über der ersten Passivierungsschicht und dem Bereich der Metallfüllung liegt, um elektrischen Kontakt zwischen dem Substrat und von auf der Scheibenvorderseite präparierten Strukturen herzustellen, mehrfach wiederholt wird, so dass einPassivation layer, which has an opening over the area of the metal filling, and an overlying metallization layer, which lies over the first passivation layer and the area of the metal filling, in order to make electrical contact between the substrate and structures prepared on the front side of the pane, is repeated a number of times the existence Stapel von mehreren sich abwechselnden Metall- und Passivierungsschichten entsteht (30,70;31 , 71 ;32,72).A stack of several alternating metal and passivation layers is created (30.70; 31, 71; 32.72). 19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei Bedingungen an der Grenze von Metall (20) zum Substrat so eingestellt werden, dass sich ein ohmscher Kontakt zum Substrat ausbildet.19. The method according to claim 17 or 18, wherein conditions at the boundary of metal (20) to the substrate are set so that an ohmic contact to the substrate is formed. 20. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei Bedingungen an der Grenzfläche zwischen Metall (20) und Substrat so eingestellt werden, dass sich ein Schottky- Kontakt (13c) zum Substrat ausbildet.20. The method according to claim 17 or 18, wherein conditions at the interface between metal (20) and substrate are set so that a Schottky contact (13c) is formed to the substrate. 21. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die zumindest eine Öffnung (19) durch Ätzen eingebracht wird.21. The method according to claim 17, wherein the at least one opening (19) is introduced by etching. 22. Verfahren nach Anspruch 17, wobei eine Strukturierung der Metallschicht (70,71) im Bereich von Bauelementestrukturen erfolgt, um elektrischen Kontakt zu den auf der Vorderseite in der aktiven Halbleiterschicht präparierten Strukturen herzustellen. 22. The method according to claim 17, wherein the metal layer (70, 71) is structured in the region of component structures in order to produce electrical contact with the structures prepared on the front side in the active semiconductor layer. 23. Verfahren nach Anspruch 17, wobei eine weitere Metallschicht (71) auf die weitere Passivierungsschicht (31) aufgebracht wird.23. The method according to claim 17, wherein a further metal layer (71) is applied to the further passivation layer (31). 24. Verfahren nach Anspruch 17, wobei mehrere Durchführungslöcher und mehrere Metallfüllungen (20) vorgesehen sind, jede davon versehen mit einer Schichtenfolge aus mehreren Paaren von Passivierungs- und Metallschicht (30,70).24. The method according to claim 17, wherein a plurality of through holes and a plurality of metal fillings (20) are provided, each of which is provided with a layer sequence of a plurality of pairs of passivation and metal layer (30, 70). 25. Verfahren nach Anspruch 17, wobei eine weiter entfernt von der25. The method of claim 17, wherein one is further from the Isolatorschicht (11) liegende Schicht (73) der Schichtenfolge (80) eine geringere laterale Erstreckung besitzt, als eine näher zu der Isolatorschicht (11) liegende Schicht (30) der Schichtenfolge (80).Insulator layer (11) layer (73) of the layer sequence (80) has a smaller lateral extent than a layer (30) of the layer sequence (80) lying closer to the insulator layer (11). 26. Verfahren nach Anspruch 17 oder 25, wobei die Schichten randseitig nicht rund ausgebildet sind.26. The method according to claim 17 or 25, wherein the layers are not round at the edges. 27. Verfahren nach Anspruch 17, wobei zumindest zwei Bauelemente (40,50) auf zumindest zwei nicht gleichen Ebenen (70,71 ,72) des Schichtenstapels (80) elektrisch leitend (70a,72b) mit auf zumindest zwei nicht gleichen Ebenen vorgesehenen Metallisierungsschichten (70,72) des Stapels verbunden sind, zur gleichen Metallfüllung (20) leitfähig. 27. The method according to claim 17, wherein at least two components (40, 50) on at least two non-identical levels (70, 71, 72) of the layer stack (80) are electrically conductive (70a, 72b) with metallization layers provided on at least two non-identical levels (70,72) of the stack are connected to the same metal filling (20) conductive.
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