[发明专利]一种减小热应力的TSV结构及其形成方法

权利要求书

1.一种减小热应力的TSV结构，包括硅基衬底层、绝缘介质层、金属垫片层和通孔柱，所述硅基衬底层内设有贯穿其两个侧面的导通孔，所述绝缘介质层和金属垫片层均设置于所述硅基衬底层的一侧，其特征在于，所述通孔柱包括侧壁阻挡层和金属连接柱，所述金属连接柱内设置有封闭的空洞且其中填充有惰性气体以形成通孔柱自由变形的扩展区；所述通孔柱设于所述导通孔内并与其内侧壁接触，所述金属连接柱一端与所述金属垫片层电性接触。

2.根据权利要求1所述的一种减小热应力的TSV结构，其特征在于，所述侧壁阻挡层与硅基衬底层的内侧壁接触，所述金属连接柱通过侧壁阻挡层与硅基衬底层隔开，所述空洞分别与硅基衬底层、金属垫片层和外界隔开。

3.根据权利要求2所述的一种减小热应力的TSV结构，其特征在于，所述侧壁阻挡层采用二氧化硅。

4.根据权利要求1所述的一种减小热应力的TSV结构，其特征在于，所述绝缘介质层包括金属间介质层和保护介质层，且其均采用二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅材料；所述金属间介质层位于所述保护介质层与硅基衬底层之间，且所述金属垫片层位于所述金属间介质层与硅基衬底层之间。

5.一种权利要求1-4任一项所述减小热应力的TSV结构的形成方法，其特征在于，包括：

S1、提供一片在硅基衬底层一侧依次制作有金属垫片层和绝缘介质层的硅晶圆；

S2、在硅晶圆的硅基衬底层内构造贯穿且连通其相对两个侧面的导通孔；

S3、在硅基衬底层的导通孔内制作通孔柱，所述通孔柱包括侧壁阻挡层和金属连接柱，所述金属连接柱内设置有封闭的空洞且其中填充有惰性气体以形成通孔柱自由变形的扩展区；所述通孔柱设于所述导通孔内并与其内侧壁接触，所述金属连接柱一端与所述金属垫片层电性接触。

6.根据权利要求5所述的形成方法，其特征在于，所述绝缘介质层包含依次制作的金属间介质层和保护介质层。

7.根据权利要求5所述的形成方法，其特征在于，所述导通孔是经过光刻和刻蚀工艺制作而成，且控制所述刻蚀工艺时间以裸露导通孔内的金属垫片层为止。

8.根据权利要求5所述的形成方法，其特征在于，所述S3中，通孔柱的制作步骤包括：

S01、利用氧化工艺在硅基衬底层的导通孔内生长侧壁阻挡层；

S02、在生长侧壁阻挡层的导通孔内利用物理气相沉积工艺淀积种子层，其次填充金属薄膜层，形成具有空洞的通孔柱雏形；

S03、对通孔柱雏形进行化学机械研磨工艺，使其裸露出硅基衬底层和与之齐平的通孔柱。

9.根据权利要求8所述的形成方法，其特征在于，所述侧壁阻挡层为采用正硅酸乙酯材料制作的二氧化硅。

10.根据权利要求8所述的形成方法，其特征在于，所述种子层采用Ta、TaN或Cu。

11.根据权利要求8所述的形成方法，其特征在于，所述金属薄膜层采用电镀铜层的方法制作而成，且在电镀过程中通过控制生长剂和抑制剂的比例，使铜层提前封口，从而形成铜柱内封闭的空洞。