[發(fā)明專利]一種低串擾的硅通孔結(jié)構(gòu)及其制作方法

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• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112397444A
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發(fā)明（設計）人: 董剛;張超;孟令東;朱樟明;楊銀堂
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華;陳媛

本發(fā)明公開了一種低串擾的硅通孔結(jié)構(gòu)及制作方法，主要解決現(xiàn)有硅通孔近、遠端串擾大的問題。其從外向內(nèi)依次包括硅襯底(1)、外二氧化硅絕緣層(2)，金屬外芯(3)，苯并環(huán)丁烯(4)，金屬內(nèi)芯(5)和硅芯(7)，其中，金屬內(nèi)芯與硅芯之間增設有內(nèi)二氧化硅絕緣層(6)，該金屬內(nèi)芯(5)與金屬外芯(3)的厚度相同，且金屬內(nèi)芯和金屬外芯的高度均與硅襯底的厚度相同，該內(nèi)二氧化硅絕緣層(6)與外二氧化硅絕緣層(2)的厚度相同，且內(nèi)、外二氧化硅絕緣層的高度均與硅襯底的厚度相等。本發(fā)明降低了硅通孔之間的串擾，提高了信號的完整性，并兼容現(xiàn)有半導體工藝，易于設計實現(xiàn)，可用于在微電子領域中互連線上高頻信號的傳輸。

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領域，特別涉及一種低串擾的硅通孔結(jié)構(gòu)及其制作方法，適用于集成電路中高頻信號的傳輸。

背景技術(shù)

近幾十年，集成電路一直遵循著摩爾定律高速發(fā)展，即芯片的集成度每18個月翻一番。隨著晶體管的密度增加，開發(fā)難度以及相應生產(chǎn)工藝的成本突然增加，這一縮小的趨勢受到了嚴峻的挑戰(zhàn)。一方面，縮小晶體管尺寸的能力受到了物理極限的限制，另一方面，隨著特征尺寸的不斷減小，金屬互連的延遲，功耗和寄生效應在不斷增加，由此引發(fā)了諸多的可靠性問題：如連線的時延導致的時序延遲，由互連的耦合電容、耦合電感、以及漏電流引起的串擾，由連線電容、漏電流，以及短路造成的功耗大這些問題，影響了二維集成電路的發(fā)展。為了克服這些問題，三維集成提供了新思路，特別是硅通孔技術(shù)。它是通過在芯片和芯片之間、晶圓和晶圓之間制作垂直導通，以完成芯片疊層之間互連的新技術(shù)。由于硅通孔是將集成電路垂直堆疊，能夠為信號提供最短的傳輸路徑，從而減小了信號傳輸過程中的寄生損失和時間延遲，改善芯片速度和降低功耗，提高高速信號的傳輸能力。

目前，國內(nèi)外針對抑制互連線間串擾提出的硅通孔結(jié)構(gòu)有：銅基同軸型硅通孔結(jié)構(gòu)，硅芯硅通孔結(jié)構(gòu)等等，銅基同軸型硅通孔結(jié)構(gòu)在高縱深比情況下容易出現(xiàn)空洞現(xiàn)象，而硅芯硅通孔結(jié)構(gòu)雖然克服了空洞現(xiàn)象的產(chǎn)生，但硅芯與內(nèi)銅環(huán)直接接觸容易引起泄露電流，增加串擾的產(chǎn)生，特別是高頻信號傳輸時串擾會越明顯，嚴重影響著信號的完整性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出了一種低串擾的硅通孔結(jié)構(gòu)實現(xiàn)方法，可以有效的減小互連線之間的串擾，提高信號的完整性。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案包括以下步驟：

1.一種低串擾的硅通孔結(jié)構(gòu)，從外向內(nèi)依次包括硅襯底、外二氧化硅絕緣層，金屬外芯，苯并環(huán)丁烯，金屬內(nèi)芯和硅芯，其特征在于，金屬內(nèi)芯與硅芯之間增設有內(nèi)二氧化硅絕緣層，用以隔離金屬半導體接觸，減少漏電流影響。

進一步，其特征在于，金屬內(nèi)芯與金屬外芯的厚度相同，且金屬內(nèi)芯和金屬外芯的高度均與硅襯底的厚度相同。

進一步，其特征在于，內(nèi)二氧化硅層與外二氧化硅層的厚度相同，且內(nèi)二氧化硅絕緣層和外二氧化硅絕緣層的高度均與硅襯底的厚度相同。

2.一種低串擾的硅通孔結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，包括如下：

1)在硅襯底上通過離子反應刻蝕的方法刻蝕出環(huán)形的硅盲孔，且在盲孔的中心保留一段高度小于硅襯底厚度的硅材料作為硅芯；

2)采用化學氣相沉積的方法分別在硅盲孔的內(nèi)表面和外表面沉積二氧化硅，形成內(nèi)二氧化硅絕緣層和外二氧化硅絕緣層；

3)采用電鍍的方法在內(nèi)二氧化硅絕緣層外表面和外二氧化硅絕緣層內(nèi)表面電鍍金屬，形成金屬內(nèi)芯和金屬外芯；

4)采用真空輔助旋涂技術(shù)在硅盲孔的金屬內(nèi)芯和金屬外芯之間的環(huán)形間隙內(nèi)填充苯并環(huán)丁烯材料，并對填充后的硅襯底進行400℃退火處理；

5)對退火后的硅襯底和硅盲孔的上表面進行化學機械拋光，使得硅襯底上表面與硅盲孔的上表面齊平；

6)對硅襯底的下部進行減薄，直至露出硅盲孔；