[发明专利]一种多功能TSV结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多功能TSV结构及其制备方法。该多功能TSV结构包括通过绝缘介质进行隔离的高密度电容器和TSV互连结构，TSV互连结构不仅充当芯片之间垂直互连的导电通道，同时还作为电容器的基底。由于TSV结构具有高深宽比，所以具有较大的比表面积，从而在TSV结构内部制备电容器可以获得较高的电容密度，这有利于电容器作为滤波、旁路、震荡以及能量存储应用器件。

技术领域

本发明涉及集成电路封装领域，具体涉及一种多功能TSV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(TSV)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TSV结构来实现不同芯片之间的电互连。TSV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。

然而目前所制备的TSV结构，其功能局限在作为上下芯片之间的互连通道，并没有其它的功能。由于TSV结构具有较大的深宽比，所以具有较大的比表面积，这是制备高密度电容的良好基底。作为集成电路中一种重要的无源器件，电容器可以作为滤波电容、旁路电容、耦合电容或者能量存储电容，这些电容都需要高电容密度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开一种多功能TSV结构，包括：硅衬底；贯通硅衬底的TSV；高密度电容器，由硅衬底、绝缘介质和顶部金属电极构成，其中，绝缘介质覆盖TSV的上表面和侧壁，顶部金属电极覆盖绝缘介质表面；第一隔离介质和第二隔离介质，其中，第一隔离介质覆盖顶部金属电极表面；第二隔离介质覆盖硅衬底、绝缘介质、顶部金属电极以及第一隔离介质的下表面；其中，所述第一隔离介质在一侧形成第一开口，使部分所述顶部金属电极露出，所述绝缘介质、顶部金属电极和所述第一隔离介质在另一侧形成第二开口，使部分硅衬底露出；

TSV互连结构，包括铜扩散阻挡层、铜籽晶层以及铜金属层，用于垂直互连上下芯片，其中，铜扩散阻挡层形成在所述TSV的侧壁；铜籽晶层覆盖所述铜扩散阻挡层表面；铜金属层覆盖铜扩散阻挡层表面，并完全填充TSV；

高密度电容器的顶部金属接触，包括粘附层、第二籽晶层和金属接触凸点，形成在所述第一开口处，与所述顶部金属电极相接触；

高密度电容器的底部金属接触，包括粘附层、第二籽晶层和金属接触凸点，形成在所述第二开口处，与所述硅衬底相接触；

TSV互连结构的顶部金属接触，包括粘附层、籽晶层和金属接触凸点，覆盖TSV互连结构的上表面；

TSV互连结构的底部金属接触，包括粘附层、籽晶层和金属接触凸点，覆盖覆盖TSV互连结构的下表面。

本发明的多功能TSV结构中，优选为，所述绝缘介质Al₂O₃、ZrO₂、TiO₂、HfO₂、La₂O₃、HfZrO、HfAlO、HfTiO中的至少一种。

本发明的多功能TSV结构中，优选为，所述顶部金属电极是TaN、TiN、WN、MoN、Ni和Ru的至少一种。

本发明的多功能TSV结构中，优选为，所述第一隔离介质、所述第二隔离介质是SiO₂、Si₃N₄、SiON、SiCOH、SiCOFH中的至少一种。