[发明专利]一种基于石墨烯复合结构的三维硅通孔垂直互联方法

说明书

本发明公开了一种基于石墨烯复合结构的三维硅通孔垂直互联方法，在硅基片上制作硅孔；在硅基片表面及硅孔内壁沉积绝缘层；在绝缘层上沉积阻挡层，在阻挡层上沉积催化金属层；在催化金属层表面生长石墨烯复合结构层；在硅基片上的石墨烯复合结构层表面贴干膜，曝光、显影形成干膜层；在硅孔底面和干膜层表面上沉积种子层；在硅孔内填充导电材料。本发明在硅基片上开孔然后先后沉积绝缘层、阻挡层、催化金属层，再生长石墨烯复合结构层，贴干膜，沉积种子层后填充导电材料，利用石墨烯材料良好的热力学、机械和材料特性，以解决3D TSV结构的高频信号电磁耦合串扰问题。

技术领域

本发明涉及一种硅通孔垂直互联方法，具体涉及一种基于石墨烯复合结构的三维硅通孔垂直互联方法，属于微电子封装技术领域。

背景技术

三维封装技术充分利用z方向空间，大大降低了互连长度，提高了封装密度，降低了功耗，芯片功能集成度更高。硅通孔垂直互联(TSV，Through Silicon Via)技术通过在晶圆或者芯片内部制作垂直通过，通过孔内填充金属，实现多层平面器件在z轴方向信号互连的技术。因其鲜明的工艺特点TSV技术受到了业界的广泛研究。

对于高度密集的小孔径、高深宽比TSV结构，TSV阵列中出现电磁波横向传播，所能影响到的TSV通道数量增加、干扰强度显著增加，邻近互连结构间存在很强的电磁耦合，造成串扰、失真等效应显著增强，串扰是互连线应用中的一个重要问题,它引起信号的延迟和串扰噪声,从而影响电路的性能。此外，高热流密度导致热电耦合加剧、电信号畸变、延迟与损耗，高温下磁性状态变化，严重影响信号传输，调控困难。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于石墨烯复合结构的三维硅通孔垂直互联方法，利用石墨烯良好的热力学、机械和材料特性，以解决3D TSV结构的高频信号电磁耦合串扰问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于石墨烯复合结构的三维硅通孔垂直互联方法，包括以下步骤：

a.在硅基片上制作硅孔；

b.在硅基片表面及硅孔内壁沉积绝缘层；

c.在绝缘层上沉积阻挡层，在阻挡层上沉积催化金属层；

d.利用催化金属层生长石墨烯复合结构层；

e.在硅基片上的石墨烯复合结构层表面贴干膜，曝光、显影、光刻形成干膜层；

f.在硅孔底面和干膜层表面上沉积种子层；

g.在硅孔内填充导电材料。

进一步的，所述步骤c中催化金属层采用离子束溅射法或者物理气相沉积法制作，催化金属层材料为钴或者铁。

进一步的，所述步骤d中石墨烯复合结构层采用热化学气相沉积方法制作，碳源气体采用乙炔，保护气体是氩气，热化学淀积室的气压稳定在1kPa。

进一步的，所述生长的石墨烯复合结构层结构分为两层，上层为水平的多层石墨烯，下层为垂直的石墨烯。

进一步的，所述步骤e中干膜层的孔直径小于硅孔直径且干膜层的孔与硅孔同轴。

进一步的，所述步骤g中以种子层为引导对硅孔内进行电镀填充导电材料。

与现有技术相比本发明在硅基片上开孔然后先后沉积绝缘层、阻挡层、催化金属层，再生长石墨烯复合层，贴干膜，沉积种子层后填充导电材料，利用石墨烯良好的热力学、机械和材料特性，以解决3D TSV结构的高频信号电磁耦合串扰问题。

附图说明

图1是本发明制作硅孔的结构示意图；

图2是本发明先后沉积绝缘层、阻挡层和催化金属层的结构示意图；