[发明专利]同轴硅通孔互连结构及其制造方法

说明书

技术领域

 本发明涉及微电子封装技术领域，具体涉及一种同轴硅通孔互连结构及其制造方法。

背景技术

随着人们对电子产品向小型化、高性能、多功能等方向的发展的要求，研究人员努力探求将电子系统越做越小，性能越来越强，功能越做越多，由此产生了许多新技术、新材料和新设计，其中三维封装技术以及系统级封装（System-in-Package，SiP）技术就是这些技术的典型代表。

三维封装技术，是指在不改变封装体尺寸的前提下，在同一个封装体内于垂直方向叠放两个以上芯片的封装技术。而将一个系统或子系统的全部或大部份电子功能配置在一个封装体中，就实现了系统级封装。硅通孔互连技术正是实现三维封装和系统级封装的关键技术之一。硅通孔互连结构是垂直互连，这样一方面可以在垂直方向对芯片进行堆叠，实现三维集成，另一方面，垂直互连大大缩短了互连线的长度，集成系统的电气性能将得到很大的提升。另外，随着芯片管脚数进一步增多和管脚节距的进一步缩小，受有机基板工艺的限制，传统基板线条微细化大大提高了制作成本，并难以满足应用的要求。应用硅通孔互连的转接板技术则是应对这些问题的一种有效解决方案。由于使用半导体的工艺制程，应用硅通孔互连的转接板可以得到很高密度的布线和很小的节距。而且，硅转接板的热膨胀系数与芯片相近，这样可以减小热膨胀系数的失配，从而避免很多问题，极大地提高了封装体的热机械可靠性。

但是，随着电子系统频率越来越高，硅通孔密度越来越大，以及系统级封装中集成的芯片和元器件越来越多，电磁干扰（EMI）问题成为电子系统设计中是必须要考虑的一个重要的因素。电磁干扰也被称为射频干扰（RFI），是由带有变化电信号的电子电路和元件发出的电磁辐射引起的。电磁干扰会影响甚至破坏电子系统的正常工作。目前有三种主要方式用来改善或消除EMI。第一种技术是将敏感元件与电磁辐射源物理隔离。第二种技术是使用旁路或去耦电容和过滤器将不要的干扰信号接地。第三种技术是使用法拉第笼（Faraday cage）或阻隔外壳来屏蔽敏感元件或产生EMI的元件。在众多技术中，采用同轴互连结构，可以有效实现屏蔽EMI的效果。

应用已有的技术，可以形成硅通孔互连同轴结构，但是在工艺复杂性、成本和电性能方面都存在着各种的问题。例如，IBM在IBM J. RES. & DEV. VOL. 52 NO. 6发表的论文“Fabrication and characterization of robust through-silicon vias for silicon-carrier applications”所述，可以形成一个外环为掺杂多晶硅和内芯为铜的同轴硅通孔互连结构，但是外环和内芯的刻蚀与填充要分步进行，如此则增加了工艺复杂性和成本支出。CEA-LETI在Electronics Packaging Technology Conference, 2009. EPTC’09. 11th, 2009, pp. 772-777.发表的论文“Mid-process through silicon vias technology using tungsten metallization: Process optimazation and electrical results”所述，可以形成多环形的钨填充的硅通孔，但是由于其互连都是环形结构，互连的电阻受钨层的厚度限制而阻值较大，导电性不佳。

另外，由于硅衬底是半导体而非绝缘体，硅通孔互连与硅衬底之间还存在着寄生效应，这样也会在很大程度上使系统的电学性能受到影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种同轴硅通孔互连结构，有效屏蔽EMI，减小传输损耗，消弱硅通孔寄生效应，增强硅通孔的鲁棒性。

本发明的另一目的在于提供一种同轴硅通孔互连结构的制造方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种同轴硅通孔互连结构，包括：

硅基片；

硅通孔，贯穿所述硅基片；

重掺杂层，位于所述硅通孔的侧壁；

外导电连接构件，被所述重掺杂层围绕；

至少一层绝缘层，被所述外导电连接构件围绕；

至少一层内导电连接构件，被所述绝缘层围绕，与所述外导电连接构件形成同轴结构。

上述方案中，所述硅通孔为直孔或锥形孔。

上述方案中，所述重掺杂层位于硅基片的表面，所述外导电连接构件位于所述硅基片表面的所述重掺杂层之上。

上述方案中，所述内导电连接构件为实心结构或环形结构。