CN102938396B - 一种硅通孔结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明针对现有硅通孔结构中因电镀的金属与硅衬底之间热膨胀系数不匹配而导致在所电镀的金属与硅衬底之间产生应力的缺陷，提供一种能够有效缓解该应力的硅通孔结构。本发明提供一种硅通孔结构，该硅通孔结构包括主体部分和位于该主体部分的周边且与该主体部分贯通的应力释放槽，其中，所述主体部分中镀有金属，所述应力释放槽的至少一部分中不镀有金属。
Description
技术领域
本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种硅通孔结构及其制备方法。
背景技术
传统的硅通孔结构为圆柱形结构，其制作工艺如图1a至1c的剖面图所示，即对硅衬底10表面上的掩膜11进行光刻（图1a）、对光刻后被暴露部分的硅衬底10进行刻蚀（图1b）、对刻蚀后的孔进行化学机械抛光并对化学机械抛光后的孔进行镀铜12从而形成最终的圆柱形硅通孔（图1c）。但是，对于该传统的圆柱形硅通孔结构而言，由于所镀的铜与硅衬底之间的热膨胀系数不匹配，所以在受热过程中，所镀的铜膨胀地更加厉害，因此在铜与硅衬底之间会产生应力，而应力的产生往往会导致互连的失效。然而，目前还没有一种有效的方法来消除这种应力。
发明内容
本发明针对现有圆柱形硅通孔结构中因所镀的金属与硅衬底之间热膨胀系数不匹配而导致在所镀的金属与硅衬底之间产生应力的缺陷，提供一种能够有效缓解该应力的硅通孔结构。
本发明提供一种硅通孔结构，该硅通孔结构包括主体部分和位于该主体部分的周边且与该主体部分贯通的应力释放槽，其中，所述主体部分中镀有金属，所述应力释放槽的至少一部分中不镀有金属。
由于在根据本发明的硅通孔结构中，位于主体部分的周边且与该主体部分贯通的应力释放槽能够缓解主体部分中所镀的金属与硅衬底之间由热膨胀系数不匹配所产生的应力，所以大大减小了互连失效的几率，提高了产品的可靠性。
附图说明
图1a至1c是制备传统硅通孔结构的流程图；
图2至图6是根据本发明的硅通孔结构的俯视图；
图7a和图7b分别是采用ANSYS工具进行有限元分析而仿真得到的传统硅通孔结构与根据本发明的具有2个应力释放槽的硅通孔结构的应力分布图；以及
图8a至图8e是根据本发明的硅通孔结构的制备流程图。
具体实施方式
下面结合附图来详细描述根据本发明的硅通孔结构。
如图2的俯视图所示，根据本发明的硅通孔结构包括主体部分21和位于该主体部分21的周边且与该主体部分21贯通的应力释放槽22，其中，所述主体部分21中镀有金属（斜线所示），所述应力释放槽22的至少一部分中不镀有金属（在图2中，应力释放槽22中完全不镀金属）。
虽然图2中示出了1个应力释放槽22，但是根据实际需要，应力释放槽22的个数可以多于一个（例如，图3示出了2个应力释放槽22，图4示出了3个应力释放槽22，图5示出了4个应力释放槽22），而且应力释放槽22的形状可以根据需要选取（例如，图6示出了与图2至图5不同形状的应力释放槽22）。
优选地，所述主体部分21为圆柱形结构，且所述应力释放槽22的宽度小于所述主体部分21的直径。更优选地，所述应力释放槽22的宽度小至不能在该应力释放槽22中镀金属。
另外，应力释放槽22的长度和宽度可以通过ANSYS之类的设计工具进行设计，以使得所得到的应力释放槽22能够缓解因所镀金属与硅衬底之间热膨胀系数不匹配而产生的应力的影响。图7a和图7b分布示出了采用ANSYS工具进行有限元分析而仿真得到的传统硅通孔结构与根据本发明的具有2个应力释放槽22的硅通孔结构的应力分布图，从图7a可以看出，传统硅通孔结构中位于镀铜柱底部与硅衬底相接触的部位应力集中，数值较大，很容易出现失效。在加入两个应力释放槽22之后，应力的分布有了明显的改善，如图7b所示。
根据本发明的硅通孔结构的制备方法流程图如图8a至8e所示，其中，根据本发明的硅通孔结构包括主体部分和位于该主体部分的周边且与该主体部分贯通的应力释放槽。首先，在硅衬底80的表面上形成掩膜81并对掩膜81进行光刻以暴露用于制备所述主体部分和所述应力释放槽的硅部分得到如图8a所示的剖面图。然后，对所暴露的所述硅部分进行刻蚀以得到用于形成所述主体部分21的孔和用于形成所述应力释放槽22的孔，如图8b的剖面图和图8c的俯视图所示。然后，对用于形成所述主体部分21的孔进行抛光（例如，化学机械抛光），其中，当用于形成所述应力释放槽22的孔的宽度很小以致于不能进行化学机械抛光时不对该孔进行化学机械抛光，或者不论是否能对用于形成所述应力释放槽22的孔进行化学机械抛光都不对其进行化学机械抛光（这适用于在应力释放槽22中不镀金属的情况），或者在能够对用于形成应力释放槽22的孔进行化学机械抛光的情况下对其进行化学机械抛光。然后对抛光后的用于形成主体部分21的孔镀金属82，其中，当用于形成应力释放槽22的孔的宽度使得能够对其镀金属时，可以对用于形成应力释放槽22的孔的一部分镀金属或者对用于形成应力释放槽22的孔全部不镀金属，而当用于形成应力释放槽22的孔的宽度小至不能对该孔镀金属时，不对其镀金属，如图8d的剖面图和图8e的俯视图所示。这样，就形成了最终的具有应力释放槽的硅通孔结构。
以上仅结合本发明的优选实施方式对本发明进行了描述，但是在不背离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变形。
Claims (10)
1.一种硅通孔结构，该硅通孔结构包括主体部分和位于该主体部分的周边且与该主体部分贯通的应力释放槽，其中，所述主体部分中镀有金属，所述应力释放槽的至少一部分中不镀有金属。
2.根据权利要求1所述的硅通孔结构，其中，所述应力释放槽的数量为1个或多个。
3.根据权利要求1所述的硅通孔结构，其中，所述应力释放槽的全部都不镀有金属。
4.根据权利要求1所述的硅通孔结构，其中，所述主体部分为圆柱形结构，且所述应力释放槽的宽度小于所述主体部分的直径，所述应力释放槽的宽度为所述应力释放槽向外延伸方向的垂直方向的长度。
5.根据权利要求4所述的硅通孔结构，其中，所述应力释放槽的宽度小至不能在该应力释放槽中镀金属，所述应力释放槽的宽度为所述应力释放槽向外延伸方向的垂直方向的长度。
6.一种制备硅通孔结构的方法，该硅通孔结构包括主体部分和位于该主体部分的周边且与该主体部分贯通的应力释放槽，该方法包括：
在硅衬底上形成掩膜；
对所述掩膜进行光刻以暴露用于制备所述主体部分和所述应力释放槽的硅部分；
对所暴露的所述硅部分进行刻蚀以得到用于形成所述主体部分的孔和用于形成所述应力释放槽的孔；
对用于形成所述主体部分的孔进行抛光；以及
对抛光后的所述用于形成所述主体部分的孔镀金属。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述应力释放槽的数量为1个或多个。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，用于形成所述应力释放槽的孔中不镀有金属或者被部分镀有金属。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，所述主体部分为圆柱形结构，且所述应力释放槽的宽度小于所述主体部分的直径，所述应力释放槽的宽度为所述应力释放槽向外延伸方向的垂直方向的长度。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述应力释放槽的宽度小至不能在该应力释放槽中镀金属，所述应力释放槽的宽度为所述应力释放槽向外延伸方向的垂直方向的长度。
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