[發明專利]一種基于石墨烯復合結構的三維硅通孔垂直互聯方法

有效

• 申請號: 201710899647.6
• 申請日: 2017-09-28
• 公開（公告）號: CN107658262B
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 陸向寧;劉凡;何貞志;宿磊;樊夢瑩
• 申請（專利權）人: 江蘇師范大學
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;H01L23/48
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于石墨烯復合結構的三維硅通孔垂直互聯方法，在硅基片上制作硅孔；在硅基片表面及硅孔內壁沉積絕緣層；在絕緣層上沉積阻擋層，在阻擋層上沉積催化金屬層；在催化金屬層表面生長石墨烯復合結構層；在硅基片上的石墨烯復合結構層表面貼干膜，曝光、顯影形成干膜層；在硅孔底面和干膜層表面上沉積種子層；在硅孔內填充導電材料。本發明在硅基片上開孔然后先后沉積絕緣層、阻擋層、催化金屬層，再生長石墨烯復合結構層，貼干膜，沉積種子層后填充導電材料，利用石墨烯材料良好的熱力學、機械和材料特性，以解決3D TSV結構的高頻信號電磁耦合串擾問題。

技術領域

本發明涉及一種硅通孔垂直互聯方法，具體涉及一種基于石墨烯復合結構的三維硅通孔垂直互聯方法，屬于微電子封裝技術領域。

背景技術

三維封裝技術充分利用z方向空間，大大降低了互連長度，提高了封裝密度，降低了功耗，芯片功能集成度更高。硅通孔垂直互聯(TSV，Through Silicon Via)技術通過在晶圓或者芯片內部制作垂直通過，通過孔內填充金屬，實現多層平面器件在z軸方向信號互連的技術。因其鮮明的工藝特點TSV技術受到了業界的廣泛研究。

對于高度密集的小孔徑、高深寬比TSV結構，TSV陣列中出現電磁波橫向傳播，所能影響到的TSV通道數量增加、干擾強度顯著增加，鄰近互連結構間存在很強的電磁耦合，造成串擾、失真等效應顯著增強，串擾是互連線應用中的一個重要問題,它引起信號的延遲和串擾噪聲,從而影響電路的性能。此外，高熱流密度導致熱電耦合加劇、電信號畸變、延遲與損耗，高溫下磁性狀態變化，嚴重影響信號傳輸，調控困難。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題，本發明提供一種基于石墨烯復合結構的三維硅通孔垂直互聯方法，利用石墨烯良好的熱力學、機械和材料特性，以解決3D TSV結構的高頻信號電磁耦合串擾問題。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種基于石墨烯復合結構的三維硅通孔垂直互聯方法，包括以下步驟：

a.在硅基片上制作硅孔；

b.在硅基片表面及硅孔內壁沉積絕緣層；

c.在絕緣層上沉積阻擋層，在阻擋層上沉積催化金屬層；

d.利用催化金屬層生長石墨烯復合結構層；

e.在硅基片上的石墨烯復合結構層表面貼干膜，曝光、顯影、光刻形成干膜層；

f.在硅孔底面和干膜層表面上沉積種子層；

g.在硅孔內填充導電材料。

進一步的，所述步驟c中催化金屬層采用離子束濺射法或者物理氣相沉積法制作，催化金屬層材料為鈷或者鐵。

進一步的，所述步驟d中石墨烯復合結構層采用熱化學氣相沉積方法制作，碳源氣體采用乙炔，保護氣體是氬氣，熱化學淀積室的氣壓穩定在1kPa。

進一步的，所述生長的石墨烯復合結構層結構分為兩層，上層為水平的多層石墨烯，下層為垂直的石墨烯。

進一步的，所述步驟e中干膜層的孔直徑小于硅孔直徑且干膜層的孔與硅孔同軸。

進一步的，所述步驟g中以種子層為引導對硅孔內進行電鍍填充導電材料。

與現有技術相比本發明在硅基片上開孔然后先后沉積絕緣層、阻擋層、催化金屬層，再生長石墨烯復合層，貼干膜，沉積種子層后填充導電材料，利用石墨烯良好的熱力學、機械和材料特性，以解決3D TSV結構的高頻信號電磁耦合串擾問題。

附圖說明

圖1是本發明制作硅孔的結構示意圖；

圖2是本發明先后沉積絕緣層、阻擋層和催化金屬層的結構示意圖；