[发明专利]一种硅通孔结构及其制备方法

说明书

本发明提供了一种硅通孔结构及其制备方法，所述硅通孔结构包括：衬底结构；通孔结构，所述通孔结构贯穿所述衬底结构上下两端；沟槽结构，所述沟槽结构设置在所述通孔结构内壁；金属互连结构，所述金属互连结构设置在所述沟槽结构内壁；其中，所述金属互连结构上下两端分别设置有顶部金属接触层和底部金属接触层，所述顶部金属接触层和底部金属接触层均与所述金属互连结构电连接，本发明的硅通孔结构不仅能够实现芯片之间的上下互连，而且具有良好的散热效果。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种硅通孔结构及其制备方法。

背景技术

随着集成电路工艺技术的高速发展，微电子封装技术逐渐成为制约半导体技术发展的主要因素。为了实现电子封装的高密度化，获得更优越的性能和更低的总体成本，技术人员研究出一系列先进的封装技术。其中三维封装技术具有良好的电学性能以及较高的可靠性，同时能实现较高的封装密度，被广泛应用于各种高速电路以及小型化系统中。硅通孔技术是三维集成电路中堆叠芯片实现互连的一种新技术，通过在硅圆片上制作出许多垂直互连硅通孔结构来实现不同芯片之间的电互连。硅通孔技术能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大、芯片之间的互连线最短、外形尺寸最小，并且大大改善芯片速度和低功耗的性能，是目前电子封装技术中最引人注目的一种技术。

然而随着三维封装技术的不断发展，硅通孔的横向尺寸不断缩小，也就是说硅通孔的截面积减小，这意味着填充硅通孔的金属铜材料的电阻增大，从而流过硅通孔的电流所产生的热量增加；而且硅通孔的基底材料是硅，然而硅的导热率很低，这将导致硅通孔内部所产生的热量无法通过硅基底快速、有效地散发出去，影响整个结构的散热效果。

因此，有必要提供一种新型的硅通孔结构及其制备方法以解决现有技术中存在的上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硅通孔结构及其制备方法，不仅能够实现芯片之间的上下互连，而且具有良好的散热效果。

为实现上述目的，本发明的所述一种硅通孔结构，包括：

衬底结构；

通孔结构，所述通孔结构贯穿所述衬底结构上下两端；

沟槽结构，所述沟槽结构设置在所述通孔结构内壁和所述通孔结构内壁；

金属互连结构，所述金属互连结构设置在所述沟槽结构内壁；

其中，所述金属互连结构上下两端分别设置有顶部金属接触层和底部金属接触层，所述顶部金属接触层和底部金属接触层均与所述金属互连结构电连接。

本发明的有益效果在于：由于通孔结构以及设置在通孔结构内壁的沟槽结构具有较高的比表面积，使得填充在通孔结构和沟槽结构内部的金属互连结构的材料截面积显著增大，从而减小了金属互连结构材料的本征电阻以及发热量，同时多个沟槽结构分布在通孔结构内壁，一方面使得部分硅材料被金属材料取代，使得硅材料的导热率增加，提高了散热效果，另一方面沟槽结构的存在使得流过金属互连结构的电流所产生的的热量可以获得更大的散热面积，有效增强了整个结构的散热效果。

进一步的，所述通孔结构内壁和所述沟槽结构内壁均设置有第一隔离介质，所述金属互连结构设置在所述第一隔离介质表面。其有益效果在于：第一隔离介质将金属互连结构和衬底结构之间隔离开，保证了金属互连结构的稳定性。

进一步的，所述金属互连结构包括铜扩散阻挡层、铜籽晶层和铜金属层，所述铜扩散阻挡层设置在位于所述通孔结构内部的所述第一隔离介质内壁，所述铜籽晶层覆盖在所述铜扩散阻挡层表面，所述铜金属层设置在所述铜籽晶层表面。其有益效果在于：铜扩散阻挡层、铜籽晶层和铜金属层组成金属互连结构，以便于实现整个结构与外部的导通连接。