【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体结构，具体涉及一种硅通孔结构及其制备方法。
技术介绍
1、硅通孔(tsv)技术是实现三维wlp(晶圆级封装)和3d集成的一种可行性方法。在3d芯片堆叠技术中硅通孔技术备受关注，它提供了一种产生整体高性能的互连集成的方法。目前对于硅通孔或者盲孔的主流填充方法是铜电镀填充。铜电镀填充不仅需要电镀时间短，面铜薄更需要实现无孔隙的tsv填充。在电镀过程中，cu要实现无间隙填充可以通过bottom up填充或超级填充方式得到。由于cu材料和介质基低硅材之间热膨胀系数(coefficients of thermal expansion，cte)失配较大。cu/介质层(如sio2)及介质层/si基底之间存在较大的应力会影响出现裂纹和分层等情况，影响器件的可靠性及电性能。
2、因此需要一种方案，来降低cu与介质层之间、以及介质层与si基底之间的应力，减少裂纹和分层的风险。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种硅通孔结构及其制备方法，以解决相关技术中的硅通孔的cu/介质层(如sio2)及介质层/si基底之间存在较大的应力会影响出现裂纹和分层等情况，影响器件的可靠性及电性能的问题。
2、第一方面，本专利技术提供了一种硅通孔结构，该硅通孔结构包括：
3、硅片，硅片一侧表面存在多个凹槽；
4、依次层叠的多个介质层，位于凹槽的底面和侧面，以及相邻凹槽之间的硅片表面；介质层的材料为电绝缘材料；
5、金属层，位于凹槽内部
6、本专利技术提供的硅通孔结构，一方面，通过在金属层与硅片设置多个介质层，介质层的热膨胀系数小于金属层的热膨胀系数；从硅片到金属层方向，介质层的热膨胀系数逐层增加，通过介质层的热膨胀系数梯度排列可以缓解由于热膨胀不匹配引起的应力，为金属层与硅片之间提供更好的热应力缓冲，降低金属层与介质层之间、以及介质层与硅片之间的应力，减少裂纹和分层的风险，从而提高器件的可靠性及电性能；另一方面，多个介质层的材料均为电绝缘材料，可以有效隔离铜和硅，多个绝缘介质层叠加形成环形隔离腔，会产生一个更强大的绝缘屏障，这种多层环形隔离腔可以有效阻止金属离子的迁移，降低电流泄漏的风险，提高击穿电压，增加介质层整体绝缘强度，还可以有效地阻挡热载流子，减少热载流子效应，提高器件的长期可靠性。此外，由于不同材料在不同频率下的绝缘性能可能有所不同，多层绝缘介质层结构可以提供更宽频带的绝缘性能。因此，本专利技术提供的硅通孔结构可以为金属层与硅片之间提供更好的热应力缓冲，降低金属层与介质层之间、以及介质层与硅片之间的应力，减少裂纹和分层的风险，提高器件的可靠性及电性能；还可以在金属层与硅片之间提供更强大、更宽频带的绝缘屏障，降低电流泄漏的风险，减少热载流子效应，提高器件的长期可靠性。
7、在一种可选的实施方式中，多个介质层包括第一介质层、第二介质层和第三介质层；
8、第一介质层靠近硅片一侧、第三介质层靠近金属层一侧；
9、第一介质层、第二介质层、第三介质层和金属层的热膨胀系数逐渐增加。
10、本专利技术提供的硅通孔结构，选择三层介质层可以在提供热膨胀系数梯度排列的同时，更好地控制介质层的厚度，使得介质层厚度不会太厚，可以为金属层与硅片之间提供更好的热应力缓冲，降低金属层与介质层之间、以及介质层与硅片之间的应力，减少裂纹和分层的风险，提高器件的可靠性及电性能；此外，三层介质层之间的界面可以作为电荷陷阱，进一步增强绝缘效果，即使一层材料中存在微小缺陷或针孔，另外两层也可以补偿这些缺陷，提供更可靠的绝缘性能，从而进一步在金属层与硅片之间提供更强大、更宽频带的绝缘屏障，降低电流泄漏的风险，减少热载流子效应，提高器件的长期可靠性。
11、在一种可选的实施方式中，第一介质层的材料为sio2；
12、第二介质层的材料为si3n4；
13、第三介质层的材料为al2o3；
14、金属层为铜层。
15、本专利技术提供的硅通孔结构，一方面，通过介质层的热膨胀系数梯度排列可以缓解由于热膨胀不匹配引起的应力，为金属层与硅片之间提供更好的热应力缓冲，降低金属层与介质层之间、以及介质层与硅片之间的应力，减少裂纹和分层的风险，从而提高器件的可靠性及电性能；另一方面，sio2、si3n4、al2o3三种不同绝缘机制的绝缘材料搭配，使得器件具有高介电强度、良好的界面特性，提高器件的绝缘性能、耐湿性、耐高温性能、热稳定性、化学稳定性，从而提高器件的长期可靠性。
16、在一种可选的实施方式中，第一介质层的热膨胀系数为8.1×10-6/k；
17、第二介质层的热膨胀系数为3.3×10-6/k；
18、第三介质层的热膨胀系数为0.5×10-6/k；
19、金属层的热膨胀系数为16.6×10-6/k。
20、在一种可选的实施方式中，第一介质层的厚度为0.5μm～0.8μm；
21、第二介质层的厚度为1μm～1.6μm；
22、第三介质层的厚度为1μm～1.6μm；
23、多个介质层的总厚度为2.5μm～4μm。
24、本专利技术提供的硅通孔结构，第一介质层的厚度为0.5μm～0.8μm，第二介质层的厚度为1μm～1.6μm，第三介质层的厚度为1μm～1.6μm，可以保证多个介质层的总厚度为2.5μm～4μm，使得介质层的厚度不会太厚，可以在保证硅通孔的性能的同时为金属层与硅片之间提供更好的热应力缓冲，降低金属层与介质层之间、以及介质层与硅片之间的应力，减少裂纹和分层的风险，提高器件的可靠性及电性能；此外，三层介质层组合形成的环形隔离腔可以提供更可靠的绝缘性能，从而进一步在金属层与硅片之间提供更强大、更宽频带的绝缘屏障，降低电流泄漏的风险，减少热载流子效应，提高器件的长期可靠性；同时还可以通过调整不同材料层的厚度比例，可以在一定程度上调节整体结构的等效介电常数，以满足特定的电气要求。
25、在一种可选的实施方式中，第一介质层的厚度为0.5μm；
26、第二介质层的厚度为1μm；
27、第三介质层的厚度为1μm；
28、多个介质层的总厚度为2.5μm；
29、铜层的高度为200μm，宽度为30μm。
30、在一种可选的实施方式中，金属层背向硅片一侧表面与背向硅片一侧最远的介质层的表面位于同一平面。
31、第二方面，本专利技术提供了一种硅通孔结构的制备方法，用于制备上述第一方面的硅通孔结构，该制备方法包括：
32、提供硅片；
33、在硅片一侧表面形成多个凹槽；
34、在凹槽的底面和侧面，以及相邻凹槽之间的硅片表面形成依次层叠的多个介质层；介质层的材料为电绝缘材料；
35、在凹槽内部填充金属材料形成金属层本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种硅通孔结构，其特征在于，所述硅通孔结构包括：
2.根据权利要求1所述的硅通孔结构，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的硅通孔结构，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的硅通孔结构，其特征在于，
5.根据权利要求3所述的硅通孔结构，其特征在于，
6.根据权利要求5所述的硅通孔结构，其特征在于，
7.根据权利要求1所述的硅通孔结构，其特征在于，
8.一种硅通孔结构的制备方法，用于制备如权利要求1所述的硅通孔结构，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的硅通孔结构的制备方法，其特征在于，
10.根据权利要求8所述的硅通孔结构的制备方法，其特征在于，
【技术特征摘要】
1.一种硅通孔结构，其特征在于，所述硅通孔结构包括：
2.根据权利要求1所述的硅通孔结构，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的硅通孔结构，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的硅通孔结构，其特征在于，
5.根据权利要求3所述的硅通孔结构，其特征在于，
6.根据权利要求5所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡超，
申请(专利权)人：华进半导体封装先导技术研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：
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