[发明专利]基于SOI的TSV高频立体集成互连结构

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术领域。

背景技术

为满足TSV立体集成器件高频信号传输的应用需求，通常需要设计具有信号回流路径的TSV通孔互连结构。目前，TSV立体集成器件中广泛使用文献“High-Frequency Scalable Electrical Model and Analysis of a Through Silicon Via(TSV)”中提出的的S-G（信号-地）双TSV通孔互连结构（参见图1）来传输高频信号。此互连结构由两根TSV通孔组成，一根用于信号传输，另外一根当作“地”用于信号回流，两根TSV通孔各自被二氧化硅绝缘层和硅包裹，形成铜/Ta/TaN-二氧化硅-硅夹层结构。在高频信号传输时，由于硅具有一定导电性，所以此夹层结构表现出明显的电容充放电特性，导致一部分信号会透过绝缘层在硅中损耗。随着信号频率上升，漏电损耗会愈发严重，信号幅值大幅降低，严重影响立体集成器件的性能。当存在多组S-G双TSV通孔互连结构时（参见图2），用于信号传输的TSV通孔间极易发生噪声耦合串扰现象，信号畸变可能会导致立体集成器件无法正常工作，降低器件可靠性。此外，由于需要额外布置TSV通孔用于信号回流，所以会占用较多的芯片面积，无疑增加了开发成本，降低了经济效率。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于SOI的TSV高频立体集成互连结构，通过单根TSV通孔即可完成高频信号传输与回流，极大的节约芯片面积，且信号彼此间绝缘隔离，降低漏电损耗和噪声耦合串扰，提高信号传输质量，增加立体集成器件可靠性。此外，该TSV互连结构基于SOI衬底，可满足高频立体集成器件抗辐射加固的应用需求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括内部圆柱型TSV通孔和外部环形TSV通孔；

所述的内部圆柱形TSV通孔与外部环形TSV通孔同轴，且两者之间填充厚度为W3的苯并环丁烯树脂绝缘胶；所述的外部环形TSV通孔由外向内依次为厚度D1的二氧化硅绝缘层、厚度D2的阻挡层TaN、厚度D3的铜种子层和宽度W2的中空铜柱，D2：D3=1:1～1:1.5；所述的内部圆柱形TSV通孔由外向内也依次由厚度D1的二氧化硅绝缘层、厚度D2的阻挡层TaN、厚度D3的铜种子层和直径为W1的圆柱形铜柱组成；所述的二氧化硅绝缘层、阻挡层TaN、种子层、中空铜柱和铜柱都纵向贯穿SOI衬底的顶层硅、二氧化硅埋氧层和底层硅；

所述的厚度W3=(w12)2+(2D1+2D2+2D3+w12)2-(w2+2D1+2D2+2D3+w12).]]>