[發明專利]半導體結構及其制造方法、半導體器件

有效

• 申請號: 202110371706.9
• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113241335B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 吳桐
• 申請（專利權）人: 長鑫存儲技術有限公司
• 主分類號: H01L23/48
• 分類號: H01L23/48;H01L23/532;H01L21/768
• 代理公司: 上海盈盛知識產權代理事務所(普通合伙) 31294
• 代理人: 孫佳胤;高翠花

本發明提供一種半導體結構及其制備方法、半導體器件，半導體結構包括：半導體基板，具有相對設置的第一表面及第二表面；硅通孔結構，貫穿半導體基板，硅通孔結構內填充有導電材料；第一空氣間隙，設置在硅通孔結構的外圍，且沿垂直半導體基板的方向延伸，第一空氣間隙具有第一開口，第一開口位于第一表面；第二空氣間隙，設置在硅通孔結構的外圍，且沿垂直半導體基板的方向延伸，第二空氣間隙具有第二開口，第二開口位于第二表面。本發明在硅通孔結構的外圍設置兩個空氣間隙，降低了硅通孔變形及寄生效應對半導體結構的影響，且第一空氣間隙及第二空氣間隙的開口位于半導體基板的不同表面，制程簡單，易于實現，且成本低。

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，尤其涉及一種半導體結構及其制造方法、半 導體器件。

背景技術

互連結構提供了一個或多個半導體結構的不同層之間的電連接。作為一個 示例，在芯片封裝領域，為了提高器件集成密度，可以采用諸如3D堆疊的三 維集成技術，其包括通過互連結構實現芯片垂直連接。

硅通孔(TSV，Through-Silicon-Via)是一種重要的應用于集成電路垂直多 模組三維集成組件的互連方式。與傳統的互連技術相比，硅通孔互連可以實現 更快的數據傳輸，更低的功耗，更好的電性能。由于這些優點，硅通孔的應用 已擴展到集成電路的許多領域。

在形成硅通孔的工藝中，通常需要在基底中形成的通孔中填充導電材料， 例如銅、鋁、鎢等，由于導電材料與基底的熱膨脹系數相差較大，則會引起嚴 重的應力，從而可能會造成硅通孔與其周圍的半導體結構產生裂縫，例如，退 火過程引起的硅通孔分層變形。

隨著集成電路小型化的發展，晶體管和金屬互連的尺寸通常在幾百納米甚 至更小。但是，硅通孔互連的尺寸通常為幾微米甚至更大。這意味著硅通孔的 潛在變形會對硅通孔互連周圍的晶體管和金屬互連結構產生重大的影響，例 如，對于晶體管而言，硅通孔的潛在變形可能影響諸如遷移率、Vth,、Idsat等 參數，甚至會導致晶體管失效。

同時，硅通孔還引入了一些有害的寄生效應，例如寄生電容，這會降低芯 片的電性能以及整個系統的性能。

因此，如何降低硅通孔變形及寄生效應對半導體結構的影響，成為目前亟 需解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種半導體結構及其制造方法、半導體器件，其 能夠降低硅通孔變形及寄生效應對半導體結構的影響，提高半導體結構的性 能。

為了實現上述目的，本發明提供了一種半導體結構，其包括：半導體基板， 具有相對設置的第一表面及第二表面；硅通孔結構，貫穿所述半導體基板，所 述硅通孔結構內填充有導電材料；第一空氣間隙，設置在所述硅通孔結構的外 圍，且沿垂直所述半導體基板的方向延伸，所述第一空氣間隙具有第一開口， 所述第一開口位于所述第一表面；第二空氣間隙，設置在所述硅通孔結構的外 圍，且沿垂直所述半導體基板的方向延伸，所述第二空氣間隙具有第二開口， 所述第二開口位于所述第二表面。

在一實施例中，在沿垂直所述半導體基板的方向上，所述第一空氣間隙及 所述第二空氣間隙在所述半導體基板第一表面上的投影間隔設置。

在一實施例中，在沿垂直所述半導體基板的方向上，所述第一空氣間隙及 所述第二空氣間隙在所述半導體基板第一表面上的投影的端部相接。

在一實施例中，在沿垂直所述半導體基板的方向上，所述第一空氣間隙及 所述第二空氣間隙在所述半導體基板第一表面上的投影，以所述硅通孔結構在 所述半導體基板第一表面上的投影所在的直線為軸對稱設置。

在一實施例中，所述第一空氣間隙為多個，在沿垂直所述半導體基板的方 向上，所述第一空氣間隙在所述半導體基板第一表面的投影間隔設置。

在一實施例中，所述第二空氣間隙為多個，在沿垂直所述半導體基板的方 向上，所述第二空氣間隙在所述半導體基板第一表面的投影間隔設置。