半导体结构及其制造方法、半导体器件技术

本发明专利技术提供一种半导体结构及其制备方法、半导体器件，半导体结构包括：半导体基板，具有相对设置的第一表面及第二表面；硅通孔结构，贯穿半导体基板，硅通孔结构内填充有导电材料；第一空气间隙，设置在硅通孔结构的外围，且沿垂直半导体基板的方向延伸，第一空气间隙具有第一开口，第一开口位于第一表面；第二空气间隙，设置在硅通孔结构的外围，且沿垂直半导体基板的方向延伸，第二空气间隙具有第二开口，第二开口位于第二表面。本发明专利技术在硅通孔结构的外围设置两个空气间隙，降低了硅通孔变形及寄生效应对半导体结构的影响，且第一空气间隙及第二空气间隙的开口位于半导体基板的不同表面，制程简单，易于实现，且成本低。

【技术实现步骤摘要】
半导体结构及其制造方法、半导体器件
本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种半导体结构及其制造方法、半导体器件。
技术介绍
互连结构提供了一个或多个半导体结构的不同层之间的电连接。作为一个示例，在芯片封装领域，为了提高器件集成密度，可以采用诸如3D堆叠的三维集成技术，其包括通过互连结构实现芯片垂直连接。硅通孔(TSV，Through-Silicon-Via)是一种重要的应用于集成电路垂直多模组三维集成组件的互连方式。与传统的互连技术相比，硅通孔互连可以实现更快的数据传输，更低的功耗，更好的电性能。由于这些优点，硅通孔的应用已扩展到集成电路的许多领域。在形成硅通孔的工艺中，通常需要在基底中形成的通孔中填充导电材料，例如铜、铝、钨等，由于导电材料与基底的热膨胀系数相差较大，则会引起严重的应力，从而可能会造成硅通孔与其周围的半导体结构产生裂缝，例如，退火过程引起的硅通孔分层变形。随着集成电路小型化的发展，晶体管和金属互连的尺寸通常在几百纳米甚至更小。但是，硅通孔互连的尺寸通常为几微米甚至更大。这意味着硅通孔的潜在变形会对硅通孔互连周围的晶体管和金属互连结构产生重大的影响，例如，对于晶体管而言，硅通孔的潜在变形可能影响诸如迁移率、Vth,、Idsat等参数，甚至会导致晶体管失效。同时，硅通孔还引入了一些有害的寄生效应，例如寄生电容，这会降低芯片的电性能以及整个系统的性能。因此，如何降低硅通孔变形及寄生效应对半导体结构的影响，成为目前亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种半导体结构及其制造方法、半导体器件，其能够降低硅通孔变形及寄生效应对半导体结构的影响，提高半导体结构的性能。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种半导体结构，其包括：半导体基板，具有相对设置的第一表面及第二表面；硅通孔结构，贯穿所述半导体基板，所述硅通孔结构内填充有导电材料；第一空气间隙，设置在所述硅通孔结构的外围，且沿垂直所述半导体基板的方向延伸，所述第一空气间隙具有第一开口，所述第一开口位于所述第一表面；第二空气间隙，设置在所述硅通孔结构的外围，且沿垂直所述半导体基板的方向延伸，所述第二空气间隙具有第二开口，所述第二开口位于所述第二表面。在一实施例中，在沿垂直所述半导体基板的方向上，所述第一空气间隙及所述第二空气间隙在所述半导体基板第一表面上的投影间隔设置。在一实施例中，在沿垂直所述半导体基板的方向上，所述第一空气间隙及所述第二空气间隙在所述半导体基板第一表面上的投影的端部相接。在一实施例中，在沿垂直所述半导体基板的方向上，所述第一空气间隙及所述第二空气间隙在所述半导体基板第一表面上的投影，以所述硅通孔结构在所述半导体基板第一表面上的投影所在的直线为轴对称设置。在一实施例中，所述第一空气间隙为多个，在沿垂直所述半导体基板的方向上，所述第一空气间隙在所述半导体基板第一表面的投影间隔设置。在一实施例中，所述第二空气间隙为多个，在沿垂直所述半导体基板的方向上，所述第二空气间隙在所述半导体基板第一表面的投影间隔设置。在一实施例中，所述第一空气间隙和所述第二空气间隙为多个，在沿垂直所述半导体基板的方向上，所述第一空气间隙在所述半导体基板第一表面的投影与所述第二空气间隙在所述半导体基板第一表面的投影交替设置。在一实施例中，在沿垂直所述半导体基板的方向上，所述第一空气间隙的长度与所述第二空气间隙的长度相等。在一实施例中，所述半导体基板包括：衬底，具有相对设置的第一表面及第二表面；第一介质层，设置在所述衬底的第一表面，以作为所述半导体基板的第一表面，所述第一开口设置在所述第一介质层上，所述第一空气间隙贯穿所述第一介质层，并延伸至所述衬底；第二介质层，设置在所述衬底的第二表面，以作为所述半导体基板的第二表面，所述第二开口设置在所述第二介质层上，所述第二空气间隙组贯穿所述第二介质层，并延伸至所述衬底。在一实施例中，所述第一空气间隙贯穿所述衬底。在一实施例中，所述第二空气间隙贯穿所述衬底。在一实施例中，所述半导体结构包括多个堆叠设置的半导体芯片，所述半导体芯片之间设置有至少一连接垫，相邻所述半导体芯片的硅通孔结构通过所述连接垫电连接。本专利技术还提供一种半导体器件，其包括多个如上所述的半导体结构，且所述多个半导体结构通过所述各半导体结构包含的硅通孔结构电连接。本专利技术还提供一种半导体结构的制造方法，其包括：提供半导体基板，所述半导体基板具有相对设置的第一表面及第二表面；形成至少一硅通孔结构，所述硅通孔结构贯穿所述半导体基板，且所述硅通孔结构内填充有导电材料；图案化所述半导体基板的第一表面及第二表面，形成位于所述第一表面的第一开口及位于所述第二表面的第二开口；以所述第一开口及第二开口为窗口，刻蚀所述半导体基板，形成位于所述硅通孔结构外围的第一空气间隙及第二空气间隙，所述第一空气间隙及第二空气间隙沿垂直所述半导体基板的方向延伸。在一实施例中，形成至少一硅通孔结构，所述硅通孔结构贯穿所述半导体基板，且所述硅通孔结构内填充有导电材料的步骤进一步包括：形成至少一通孔，所述通孔贯穿所述半导体基板；在所述通孔内填充导电材料，以形成所述硅通孔结构。在一实施例中，所述半导体芯片的制造方法进一步包括：在所述半导体基板的第一表面形成连接垫，所述连接垫与所述硅通孔结构电连接。在一实施例中，所述半导体结构的制造方法进一步包括如下步骤：以所述连接垫为中间层，将多个所述半导体结构堆叠设置，形成具有堆叠结构的半导体结构，其中，相邻所述半导体结构的硅通孔结构通过所述连接垫电连接。本专利技术的优点在于，在硅通孔结构的外围设置两个空气间隙，分别是第一空气间隙及第二空气间隙，降低了硅通孔变形及寄生效应对半导体结构的影响，且第一空气间隙及第二空气间隙的开口位于半导体基板900的不同表面，制程简单，易于实现，且成本低。附图说明图1是本专利技术第一实施例提供的半导体结构的俯视示意图；图2是沿图1中A-A线的截面示意图；图3是本专利技术第二实施例提供的半导体结构的俯视示意图；图4是本专利技术第三实施例提供的半导体结构的俯视示意图；图5是本专利技术第四实施例提供的半导体结构的俯视示意图；图6是本专利技术第五实施例提供的半导体结构的俯视示意图；图7是本专利技术第六实施例提供的半导体结构的截面示意图；图8是本专利技术第七实施例提供的半导体器件的截面示意图；图9是本专利技术第八实施例提供的半导体结构的制备方法的步骤示意图；图10A～图10D是本专利技术第八实施例提供的制备方法形成的半导体结构的截面示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术提供的半导体结构及其制造方法、半导体器件的具体实施方式做详细说明。图1是本专利技术第一实施例提供的半导体结构的俯视示意图，图2是沿图1中A-A线的截面示意图，请参阅图1及图2，所述半导体结构包括半导体基板100，硅通孔结构110、第一空气间隙本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体结构，其特征在于，包括：/n半导体基板，具有相对设置的第一表面及第二表面；/n硅通孔结构，贯穿所述半导体基板，所述硅通孔结构内填充有导电材料；/n第一空气间隙，设置在所述硅通孔结构的外围，且沿垂直所述半导体基板的方向延伸，所述第一空气间隙具有第一开口，所述第一开口位于所述第一表面；/n第二空气间隙，设置在所述硅通孔结构的外围，且沿垂直所述半导体基板的方向延伸，所述第二空气间隙具有第二开口，所述第二开口位于所述第二表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构，其特征在于，包括：
半导体基板，具有相对设置的第一表面及第二表面；
硅通孔结构，贯穿所述半导体基板，所述硅通孔结构内填充有导电材料；
第一空气间隙，设置在所述硅通孔结构的外围，且沿垂直所述半导体基板的方向延伸，所述第一空气间隙具有第一开口，所述第一开口位于所述第一表面；
第二空气间隙，设置在所述硅通孔结构的外围，且沿垂直所述半导体基板的方向延伸，所述第二空气间隙具有第二开口，所述第二开口位于所述第二表面。


2.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，在沿垂直所述半导体基板的方向上，所述第一空气间隙及所述第二空气间隙在所述半导体基板第一表面上的投影间隔设置。


3.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，在沿垂直所述半导体基板的方向上，所述第一空气间隙及所述第二空气间隙在所述半导体基板第一表面上的投影的端部相接。


4.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，在沿垂直所述半导体基板的方向上，所述第一空气间隙及所述第二空气间隙在所述半导体基板第一表面上的投影，以所述硅通孔结构在所述半导体基板第一表面上的投影所在的直线为轴对称设置。


5.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述第一空气间隙为多个，在沿垂直所述半导体基板的方向上，所述第一空气间隙在所述半导体基板第一表面的投影间隔设置。


6.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述第二空气间隙为多个，在沿垂直所述半导体基板的方向上，所述第二空气间隙在所述半导体基板第一表面的投影间隔设置。


7.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述第一空气间隙和所述第二空气间隙为多个，在沿垂直所述半导体基板的方向上，所述第一空气间隙在所述半导体基板第一表面的投影与所述第二空气间隙在所述半导体基板第一表面的投影交替设置。


8.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，在沿垂直所述半导体基板的方向上，所述第一空气间隙的长度与所述第二空气间隙的长度相等。


9.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述半导体基板包括：衬底，具有相对设置的第一表面及第二表面；
第一介质层，设置在所述衬底的第一表面，以作为所述半导体基板的第一表面，所述第一开口设置在所述第一介质层上，所述第一空气间隙贯...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴桐，
申请(专利权)人：长鑫存储技术有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34