[发明专利]用于提高穿衬底通孔结构的可靠性的多孔阻挡层及其形成方法

权利要求书

1.一种半导体结构，所述半导体结构包括第一半导体管芯，其中所述第一半导体管芯包括：

第一半导体衬底，所述第一半导体衬底具有前侧表面和后侧表面；

第一半导体器件，所述第一半导体器件位于所述第一半导体衬底的所述前侧表面上；

第一介电材料层，所述第一介电材料层位于所述第一半导体器件上并且在其中形成有接触所述第一半导体器件的节点的导电通孔结构；

第二介电材料层，所述第二介电材料层位于所述第一介电材料层上，其中与所述第一介电材料层相对于所述第一半导体衬底的关系相比，所述第二介电材料层在所述第一半导体衬底的更远侧；

金属互连结构，所述金属互连结构位于所述第二介电材料层中，不与所述第一半导体衬底直接接触；和

穿衬底通孔结构，所述穿衬底通孔结构从所述第一半导体衬底的后侧表面延伸至所述金属互连结构的近侧表面，其中接触所述金属互连结构的所述近侧表面的所述穿衬底通孔结构的水平部分包括孔隙率在20％至80％的范围内的多孔金属材料部分。

2.根据权利要求1所述的半导体结构，还包括多孔介电材料层，所述多孔介电材料层位于所述第一介电材料层与所述第二介电材料层之间，并且横向地包围所述穿衬底通孔结构的所述水平部分。

3.根据权利要求2所述的半导体结构，其中所述多孔介电材料层具有在20％至80％的范围内的孔隙率。

4.根据权利要求2所述的半导体结构，其中所述多孔介电材料层包括从所述多孔介电材料层的近侧水平表面延伸至所述多孔介电材料层的远侧水平表面的连续孔网络。

5.根据权利要求4所述的半导体结构，其中所述多孔金属材料部分形成在所述多孔介电材料层内的所述连续孔网络内。

6.根据权利要求2所述的半导体结构，还包括实心金属材料部分，所述实心金属材料部分包括与所述多孔金属材料部分相同的金属材料并且与所述多孔金属材料部分邻接。

7.根据权利要求6所述的半导体结构，其中所述多孔金属材料部分包括形成在连续多孔介电基质内的连续渗透金属颗粒网络，其中所述连续渗透金属颗粒网络与互补的所述连续多孔介电基质的组合填充所述实心金属材料部分与所述金属互连结构之间的体积的至少95％。

8.根据权利要求6所述的半导体结构，其中所述相同金属材料包括选自TiN、TaN和WN的至少一种材料。

9.根据权利要求2所述的半导体结构，其中所述多孔介电材料层包括多孔有机硅酸盐玻璃，并且具有在6nm至60nm的范围内的厚度。

10.根据权利要求2所述的半导体结构，还包括：

通孔开口，所述通孔开口延伸穿过所述第一半导体衬底和所述第一介电材料层并且具有笔直侧壁；和

管状介电间隔物，所述管状介电间隔物位于所述通孔开口的所述笔直侧壁上，其中所述穿衬底通孔结构延伸穿过所述管状介电间隔物，并且接触所述管状介电间隔物的内部侧壁。

11.根据权利要求10所述的半导体结构，其中所述管状介电间隔物的环形端表面与所述金属互连结构竖直隔开达至少所述多孔介电材料层的厚度。

12.根据权利要求1所述的半导体结构，还包括：

外部接合焊盘，所述外部接合焊盘接触所述穿衬底通孔结构并且位于所述第一半导体衬底的所述后侧表面上方；

焊料球，所述焊料球接合至所述外部接合焊盘；和

接合线，所述接合线附接至所述焊料球。

13.根据权利要求1所述的半导体结构，还包括第二半导体管芯，所述第二半导体管芯经由管芯到管芯接合而接合至所述第一半导体管芯，其中所述第一半导体衬底的所述前侧表面与所述后侧表面相对于所述第二半导体管芯的关系相比在所述第二半导体管芯的更近侧。