[发明专利]半导体结构及其制造方法、半导体器件

说明书

本发明提供一种半导体结构及其制备方法、半导体器件，半导体结构包括：半导体基板，具有相对设置的第一表面及第二表面；硅通孔结构，贯穿半导体基板，硅通孔结构内填充有导电材料；第一空气间隙，设置在硅通孔结构的外围，且沿垂直半导体基板的方向延伸，第一空气间隙具有第一开口，第一开口位于第一表面；第二空气间隙，设置在硅通孔结构的外围，且沿垂直半导体基板的方向延伸，第二空气间隙具有第二开口，第二开口位于第二表面。本发明在硅通孔结构的外围设置两个空气间隙，降低了硅通孔变形及寄生效应对半导体结构的影响，且第一空气间隙及第二空气间隙的开口位于半导体基板的不同表面，制程简单，易于实现，且成本低。

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种半导体结构及其制造方法、半 导体器件。

背景技术

互连结构提供了一个或多个半导体结构的不同层之间的电连接。作为一个 示例，在芯片封装领域，为了提高器件集成密度，可以采用诸如3D堆叠的三 维集成技术，其包括通过互连结构实现芯片垂直连接。

硅通孔(TSV，Through-Silicon-Via)是一种重要的应用于集成电路垂直多 模组三维集成组件的互连方式。与传统的互连技术相比，硅通孔互连可以实现 更快的数据传输，更低的功耗，更好的电性能。由于这些优点，硅通孔的应用 已扩展到集成电路的许多领域。

在形成硅通孔的工艺中，通常需要在基底中形成的通孔中填充导电材料， 例如铜、铝、钨等，由于导电材料与基底的热膨胀系数相差较大，则会引起严 重的应力，从而可能会造成硅通孔与其周围的半导体结构产生裂缝，例如，退 火过程引起的硅通孔分层变形。

随着集成电路小型化的发展，晶体管和金属互连的尺寸通常在几百纳米甚 至更小。但是，硅通孔互连的尺寸通常为几微米甚至更大。这意味着硅通孔的 潜在变形会对硅通孔互连周围的晶体管和金属互连结构产生重大的影响，例 如，对于晶体管而言，硅通孔的潜在变形可能影响诸如迁移率、Vth,、Idsat等 参数，甚至会导致晶体管失效。

同时，硅通孔还引入了一些有害的寄生效应，例如寄生电容，这会降低芯 片的电性能以及整个系统的性能。

因此，如何降低硅通孔变形及寄生效应对半导体结构的影响，成为目前亟 需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种半导体结构及其制造方法、半导体器件，其 能够降低硅通孔变形及寄生效应对半导体结构的影响，提高半导体结构的性 能。

为了实现上述目的，本发明提供了一种半导体结构，其包括：半导体基板， 具有相对设置的第一表面及第二表面；硅通孔结构，贯穿所述半导体基板，所 述硅通孔结构内填充有导电材料；第一空气间隙，设置在所述硅通孔结构的外 围，且沿垂直所述半导体基板的方向延伸，所述第一空气间隙具有第一开口， 所述第一开口位于所述第一表面；第二空气间隙，设置在所述硅通孔结构的外 围，且沿垂直所述半导体基板的方向延伸，所述第二空气间隙具有第二开口， 所述第二开口位于所述第二表面。

在一实施例中，在沿垂直所述半导体基板的方向上，所述第一空气间隙及 所述第二空气间隙在所述半导体基板第一表面上的投影间隔设置。

在一实施例中，在沿垂直所述半导体基板的方向上，所述第一空气间隙及 所述第二空气间隙在所述半导体基板第一表面上的投影的端部相接。

在一实施例中，在沿垂直所述半导体基板的方向上，所述第一空气间隙及 所述第二空气间隙在所述半导体基板第一表面上的投影，以所述硅通孔结构在 所述半导体基板第一表面上的投影所在的直线为轴对称设置。

在一实施例中，所述第一空气间隙为多个，在沿垂直所述半导体基板的方 向上，所述第一空气间隙在所述半导体基板第一表面的投影间隔设置。

在一实施例中，所述第二空气间隙为多个，在沿垂直所述半导体基板的方 向上，所述第二空气间隙在所述半导体基板第一表面的投影间隔设置。