CN112466845A - 一种硅通孔结构及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种硅通孔结构及其制备方法，所述硅通孔结构包括：衬底结构；通孔结构，所述通孔结构贯穿所述衬底结构上下两端；沟槽结构，所述沟槽结构设置在所述通孔结构内壁；金属互连结构，所述金属互连结构设置在所述沟槽结构内壁；其中，所述金属互连结构上下两端分别设置有顶部金属接触层和底部金属接触层，所述顶部金属接触层和底部金属接触层均与所述金属互连结构电连接，本发明的硅通孔结构不仅能够实现芯片之间的上下互连，而且具有良好的散热效果。

Description

一种硅通孔结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种硅通孔结构及其制备方法。
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硅通孔结构来实现不同芯片之间的电互连。硅通孔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。
然而随着三维封装技术的不断发展，硅通孔的横向尺寸不断缩小，也就是说硅通孔的截面积减小，这意味着填充硅通孔的金属铜材料的电阻增大，从而流过硅通孔的电流所产生的热量增加；而且硅通孔的基底材料是硅，然而硅的导热率很低，这将导致硅通孔内部所产生的热量无法通过硅基底快速、有效地散发出去，影响整个结构的散热效果。
因此，有必要提供一种新型的硅通孔结构及其制备方法以解决现有技术中存在的上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硅通孔结构及其制备方法，不仅能够实现芯片之间的上下互连，而且具有良好的散热效果。
为实现上述目的，本发明的所述一种硅通孔结构，包括：
衬底结构；
通孔结构，所述通孔结构贯穿所述衬底结构上下两端；
沟槽结构，所述沟槽结构设置在所述通孔结构内壁和所述通孔结构内壁；
金属互连结构，所述金属互连结构设置在所述沟槽结构内壁；
其中，所述金属互连结构上下两端分别设置有顶部金属接触层和底部金属接触层，所述顶部金属接触层和底部金属接触层均与所述金属互连结构电连接。
本发明的有益效果在于：由于通孔结构以及设置在通孔结构内壁的沟槽结构具有较高的比表面积，使得填充在通孔结构和沟槽结构内部的金属互连结构的材料截面积显著增大，从而减小了金属互连结构材料的本征电阻以及发热量，同时多个沟槽结构分布在通孔结构内壁，一方面使得部分硅材料被金属材料取代，使得硅材料的导热率增加，提高了散热效果，另一方面沟槽结构的存在使得流过金属互连结构的电流所产生的的热量可以获得更大的散热面积，有效增强了整个结构的散热效果。
进一步的，所述通孔结构内壁和所述沟槽结构内壁均设置有第一隔离介质，所述金属互连结构设置在所述第一隔离介质表面。其有益效果在于：第一隔离介质将金属互连结构和衬底结构之间隔离开，保证了金属互连结构的稳定性。
进一步的，所述金属互连结构包括铜扩散阻挡层、铜籽晶层和铜金属层，所述铜扩散阻挡层设置在位于所述通孔结构内部的所述第一隔离介质内壁，所述铜籽晶层覆盖在所述铜扩散阻挡层表面，所述铜金属层设置在所述铜籽晶层表面。其有益效果在于：铜扩散阻挡层、铜籽晶层和铜金属层组成金属互连结构，以便于实现整个结构与外部的导通连接。
进一步的，所述顶部金属接触层包括设置在所述第一粘附层、第一籽晶层和顶部金属接触凸点，所述第一粘附层覆盖所述铜扩散阻挡层顶端、所述铜籽晶层顶端和所述铜金属层顶端，所述第一籽晶层设置在所述第一粘附层顶端表面，所述顶部金属接触凸点设置在所述第一籽晶层顶端表面。其有益效果在于：设置在金属互连结构顶端的顶部金属接触层用于实现整个硅通孔结构与外部的顶部连接。
进一步的，所述衬底结构底部设置有第二隔离介质，所述第二隔离介质表面设置有位于所述金属互连结构底部的底部凹槽，所述底部金属接触层设置在所述底部凹槽内部并与所述金属互连结构接触连接。其有益效果在于：第二隔离介质对衬底结构起到隔离保护作用。
进一步的，所述底部金属接触层包括第二粘附层、第二籽晶层和底部金属接触凸点，所述第二粘附层设置在所述铜扩散阻挡层底端、所述铜籽晶层底端和所述铜金属层底端，所述第二籽晶层设置在所述第二粘附层底端表面，所述底部金属接触凸点设置在所述第二籽晶层底端表面。其有益效果在于：底部金属接触层通过金属互连结构与顶部金属接触层导通连接，实现与外部的导通连接。
本发明还提供了一种上述的硅通孔结构的制备方法，包括如下步骤：
S1、选择衬底结构，并在所述衬底结构内部刻蚀形成盲孔结构，并在所述盲孔结构内壁刻蚀得到局部插入所述衬底结构内部的沟槽结构；
S2、在盲孔结构内壁和所述沟槽结构内壁生长制备得到金属互连结构；
S3、在所述金属互连结构顶端沉积制备得到顶部金属接触层；
S4、刻蚀所述衬底结构底部使得所述盲孔结构上下导通形成通孔结构，并在所述金属互连结构底端沉积制备得到底部金属接触层。
本方法的有益效果在于：通过刻蚀形成盲孔结构并在盲孔结构内壁形成沟槽结构，由于沟槽结构和盲孔结构具有较大的比表面积，使得填充在沟槽结构内壁和盲孔结构内壁的金属互连结构的截面积增大，从而有效减小了金属互连结构的本征电阻和发热量，同时沟槽结构使得金属互连结构的表面散热面积增大，有效提高了整个硅通孔结构的散热小效果。
进一步的，所述步骤S1的过程包括：
S11、选择衬底结构并在所述衬底结构表面定义出所述盲孔结构的图形，并根据所述图形刻蚀所述衬底结构以得到盲孔结构；
S12、在所述盲孔结构内部进行离子注入处理以形成反应层；
S13、采用刻蚀剂腐蚀掉所述反应层，从而在所述盲孔结构内壁形成沟槽结构。其有益效果在于：沟槽结构设置在盲孔结构内壁，使得沟槽结构的比表面积增大，使得后续制作的金属互连结构的表面积增大，以提高散热效果。
进一步的，所述步骤S12中离子注入处理的过程包括：
向所述盲孔结构内部注入离子材料，使得离子材料向下扩散；
向所述盲孔结构内部注入减少能量后的所述离子材料，使得所述离子材料向下扩散的深度降低；
不断降低所述离子材料的能量并将降低能量后的所述离子材料注入到所述通孔结构内部，在所述通孔结构形成不同深度的离子层；
对所述衬底结构进行退火处理以使得所述离子层在所述盲孔结构内部发生反应生成反应层。其有益效果在于：在盲孔结构形成多个不同深度的离子层，以便形成不同形状结构的沟槽结构，增大沟槽结构内部的金属互连结构的表面积，提高散热效果。
进一步的，所述退火处理的温度为1000～1350℃，时间为1～4小时。其有益效果在于：确保退火处理时离子层与衬底结构反应更加彻底。
进一步的，所述步骤S2的过程包括：
S21、在所述盲孔结构内壁与所述沟槽结构内壁均沉积一层第一隔离介质；
S22、在所述第一隔离介质表面依次沉积一层铜扩散阻挡层和铜籽晶层，并在所述铜籽晶层表面电镀一层铜材料作为铜金属层。
进一步的，所述铜金属层、所述铜扩散阻挡层和所述铜籽晶层将所述通孔结构内部完全填充。
进一步的，所述步骤S3的过程包括：
S31、去除位于所述衬底结构顶部的所述铜金属层、所述铜扩散阻挡层和所述铜籽晶层，使得所述铜金属层的顶端、所述铜扩散阻挡层的顶端和所述铜籽晶层的顶端均不超过所述所述第一隔离介质表面；
S32、在所述衬底结构顶端依次沉积一层第一粘附层和第一籽晶层，并使得所述第一粘附层完全覆盖所述第一隔离介质、所述铜金属层、所述铜扩散阻挡层和所述铜籽晶层；
S33、在所述第一籽晶层表面沉积一层中间层，并在所述盲孔结构顶部刻蚀形成顶部金属接触层的图案；
S34、并在所述所述图案内部的所述第一籽晶层表面电镀一层铜材料，并刻蚀去除所述中间层、位于所述中间层底部的第一粘附层和第一籽晶层，所述铜材料在所述第一籽晶层顶部形成顶部金属接触凸点。
进一步的，所述步骤S4的过程包括：
S41、刻蚀所述衬底结构底部以及位于所述衬底结构底部的局部所述第一隔离介质、局部所述铜扩散阻挡层、局部所述铜籽晶层、局部所述铜金属层，直至得到所需厚度的衬底结构，使得所述盲孔结构将所述衬底结构上下导通形成通孔结构；
S42、在刻蚀后的所述衬底结构底部沉积一层第二隔离介质；
S43、刻蚀所述第二隔离介质形成凹槽结构，使得所述第二隔离介质覆盖除了所述金属互连结构底部以外的区域；
S44、在所述凹槽结构内部沉积一层覆盖所述金属互连结构底部的第二粘附层，并在所述第二粘附层底部表面沉积一层第二籽晶层，在所述第二籽晶层表面电镀一层铜材料作为底部金属接触凸点。
附图说明
图1为本发明实施例中的硅通孔结构的整体结构示意图；
图2为本发明实施例的制备方法的流程示意图；
图3为本发明实施例的制备方法在完成步骤S11后所得结构示意图；
图4为本发明实施例的制备方法的步骤S12中形成反应层后所得结构示意图；
图5为本发明实施例的制备方法在完成步骤S12后所得结构示意图；
图6为本发明实施例的制备方法在完成步骤S22后所得结构示意图；
图7为本发明实施例的制备方法在完成步骤S31后所得结构示意图；
图8为本发明实施例的制备方法在完成步骤S32后所得结构示意图；
图9为本发明实施例的制备方法在完成步骤S33后所得结构示意图；
图10为本发明实施例的制备方法在完成步骤S34后所得结构示意图；
图11为本发明实施例的制备方法在完成步骤S41后所得结构示意图；
图12为本发明实施例的制备方法在完成步骤S44后所得结构示意图；
图13为本发明实施例的制备方法的步骤S1的流程示意图；
图14为本发明实施例的制备方法的步骤S2的流程示意图；
图15为本发明实施例的制备方法的步骤S3的流程示意图；
图16为本发明实施例的制备方法的步骤S4的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
针对现有技术存在的问题，本发明的实施例提供了一种硅通孔结构，包括：
衬底结构200；
通孔结构，所述通孔结构贯穿所述衬底结构200上下两端；
沟槽结构101，所述沟槽结构101设置在所述通孔结构内壁；
金属互连结构102，所述金属互连结构102设置在所述沟槽结构101内壁和通孔结构内壁；
其中，所述金属互连结构102上下两端分别设置有顶部金属接触层103和底部金属接触层104，所述顶部金属接触层103和底部金属接触层104均与所述金属互连结构102电连接。
金属互连结构102用于实现整个硅通孔结构的上下互连，而由于金属互连结构102是设置在通孔结构和沟槽结构101内部的，而通孔结构和沟槽结构101的内壁具有较大的比表面积，从而使得金属互连结构102表面积增大，金属互连结构102内部的材料的截面积也增大，在减小了金属互连结构102的材料的本征电阻的同时，减少了发热量，同时使得金属互连结构102的散热面积增大，进一步增强了散热效果。
进一步的，所述通孔结构和沟槽结构101的数量至少为一个，以满足不同的需求；而沟槽结构101的具体结构可根据具体的需求进行调节，以在达到不同的散热效果。
优选的是，每一个沟槽结构101内部具有至少两个位于通孔结构内部不同深度的槽，具体根据要求选择槽的数量，以使得沟槽结构101的内壁表面积能够满足不同的需求。
需要说明的是，相邻的通孔结构内部的沟槽结构101之间相互没有接触，避免后续形成的硅通孔结构相互之间出现短路。
在一些实施例中，所述通孔结构101内壁和所述沟槽结构101内壁均设置有第一隔离介质201，所述金属互连结构102设置在所述第一隔离介质201表面。
第一隔离介质201对于衬底结构200和金属互连结构102之间起到隔离作用，保证金属互连结构102的性能稳定。
在一些实施例中，所述金属互连结构102包括铜扩散阻挡层202、铜籽晶层203和铜金属层204，所述铜扩散阻挡层202设置在位于所述通孔结构内部的所述第一隔离介质201内壁，所述铜籽晶层203覆盖在所述铜扩散阻挡层202表面，所述铜金属层204设置在所述铜籽晶层203表面。
在一些实施例中，所述顶部金属接触层103包括设置在所述第一粘附层205、第一籽晶层206和顶部金属接触凸点207，所述第一粘附层205覆盖所述铜扩散阻挡层202顶端、所述铜籽晶层203顶端和所述铜金属层204顶端，所述第一籽晶层206设置在所述第一粘附层205顶端表面，所述顶部金属接触凸点207设置在所述第一籽晶层206顶端表面。
第一粘附层205、第一籽晶层206和顶部金属接触凸点207组成顶部金属接触层103，通过第一粘附层205、第一籽晶层206的作用使得顶部金属接触凸点207与金属互连结构102导通连接，以实现顶部金属接触层103和底部金属接触层104之间的导通连接。
在一些实施例中，所述衬底结构200底部设置有第二隔离介质208，所述第二隔离介质208表面设置有位于所述金属互连结构102底部的底部凹槽105，所述底部金属接触层104设置在所述底部凹槽105内部并与所述金属互连结构102接触连接。
在一些实施例中，所述底部金属接触层104包括第二粘附层209、第二籽晶层210和底部金属接触凸点211，所述第二粘附层209设置在所述铜扩散阻挡层202底端、所述铜籽晶层203底端和所述铜金属层204底端，所述第二籽晶层210设置在所述第二粘附层209底端表面，所述底部金属接触凸点211设置在所述第二籽晶层210底端表面。
同样的，第二粘附层209、第二籽晶层210和底部金属接触凸点211之间组成底部金属接触层104，在金属互连结构102的作用下，底部金属接触层104和顶部金属接触层103之间导通连接，即底部金属接触凸点211和底部金属接触凸点207之间相互导通，实现整个硅通孔结构的上下导通互连。
本发明还提供了一种硅通孔结构的制备方法，包括如下步骤：
S1、选择衬底结构，并在所述衬底结构内部刻蚀形成盲孔结构，并在所述通孔结构内壁刻蚀得到局部插入所述衬底结构内部的沟槽结构。
在一些实施例中，所述步骤S1的过程包括：
S11、选择衬底结构并在所述衬底结构表面定义出所述通孔结构的图形，并根据所述图形刻蚀所述衬底结构以得到盲孔结构。
在一些实施例中，采用旋涂光刻胶并通过曝光和显影工艺的方式在衬底结构200上定义出盲孔结构100的图形，同时根据上述的图形对衬底结构200进行刻蚀以得到盲孔结构100，所得结构如图3所示。
需要说明的是，所述盲孔结构本质上与通孔结构相同，是通孔结构未导通时的结构。
S12、在所述通孔结构内部进行离子注入处理以形成反应层。
在一些实施例中，所述步骤S12中离子注入处理的过程包括：
向所述盲孔结构内部注入离子材料，使得离子材料向下扩散；
向所述盲孔结构内部注入减少能量后的所述离子材料，使得所述离子材料向下扩散的深度降低；
不断降低所述离子材料的能量并将降低能量后的所述离子材料注入到所述盲孔结构内部，在所述通孔结构形成不同深度的离子层；
对所述衬底结构进行退火处理以使得所述离子层在所述盲孔结构内部发生反应生成反应层。
进一步的，采用离子注入方式向衬底结构200的通孔结构中注入具有一定能量的氧离子，氧离子会向下扩散至一定深度；接着减少注入氧离子的能量再次向衬底结构200中注入氧离子，此时氧离子扩散的深度会降低；不断降低注入氧离子的能量并重复前述注入过程，从而在通孔结构侧壁形成多层位于不同深度的氧离子。
随后将硅衬底200放入管式炉中进行退火处理，使得注入的氧离子与硅发生反应生成反应层300(氧化硅)，所得结构如图4所示。
通过调节氧离子注入能量和前后两次的注入能量差，可以调节反应层300(氧化硅)在通孔结构侧壁的位置以及相邻两层氧化硅300的间隔。
最后采用氢氟酸作为刻蚀剂腐蚀掉反应层300(氧化硅)，从而在盲孔结构侧壁形成101沟槽结构，所得结构如图5所示。
在一些实施例中，所述退火处理的温度为1000～1350℃，时间为1～4小时。
优选的是，氧离子注入剂量范围为3×1017/cm2～2×1018/cm2，相应地氧化硅300厚度范围为200～400nm。
需要说明的是，本实施方案中的离子材料还可以选用氮离子，所述氮离子与所述衬底结构200反应生成氮化硅作为反应层300。
进一步的，在上述制备过程中，相邻的盲孔结构内部的沟槽结构101之间不会相互接触，从而避免之后形成的硅通孔结构相互之间出现短路现象，提高了硅通孔结构的安全性。
S13、采用刻蚀剂腐蚀掉所述反应层，从而在所述盲孔结构内壁形成沟槽结构。
优选的是，在本实施例中，采用氢氟酸作为刻蚀剂。
S2、在盲孔结构内壁和所述沟槽结构内壁生长制备得到金属互连结构。
在一些实施例中，所述步骤S2的过程包括：
S21、在所述盲孔结构内壁与所述沟槽结构内壁均沉积一层第一隔离介质。
进一步的，首先采用化学气相沉积方法在盲孔结构以及沟槽结构101表面依次沉积一层SiO2薄膜作为第一隔离介质201。
S22、并在所述第一隔离介质表面依次沉积一层铜扩散阻挡层和铜籽晶层，并在所述铜籽晶层表面电镀一层铜材料作为铜金属层。
进一步的，采用原子层沉积方法在第一隔离介质201表面依次沉积一层TaN薄膜和一层Co薄膜，分别作为铜扩散阻挡层202和铜籽晶层203；接着在铜籽晶层203表面电镀金属铜材料作为铜金属层204，其中铜金属层204完全填充沟槽结构101和通孔结构内部间隙，所得结构如图6所示。
在一些实施例中，第一隔离介质201的厚度范围为50～100nm；铜扩散阻挡层202的厚度范围为10～20nm；铜籽晶层203的厚度范围为10～20nm。
进一步的，所述第一隔离介质201包括SiO2、Si3N4、SiON、SiCOH、SiCOFH中的至少一种；所述铜扩散阻挡层202包括TiN、TaN、ZrN、TiWN、MnSiO3中的至少一种；所述铜籽晶层203包括Cu、Ru、Co、RuCo、CuRu、CuCo中的至少一种。
更进一步的，所述第一隔离介质201、铜扩散阻挡层202和铜籽晶层203的生长方式可以选择物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积和脉冲激光沉积中的至少一种，由于上述方法为现有技术中的工艺，此处不再赘述。
S3、在所述金属互连结构顶端沉积制备得到顶部金属接触层。
在一些实施例中，所述步骤S3的过程包括：
S31、去除位于所述衬底结构顶部的所述铜金属层、所述铜扩散阻挡层和所述铜籽晶层，使得所述铜金属层的顶端、所述铜扩散阻挡层的顶端和所述铜籽晶层的顶端均不超过所述所述第一隔离介质表面。
进一步的，采用化学机械抛光的方法去除顶部的铜金属层204、铜籽晶层203和铜扩散阻挡层202，使得铜金属层204与第一隔离介质201齐平，所得结构如图7所示。
S32、在所述衬底结构顶端依次沉积一层第一粘附层和第一籽晶层，并使得所述第一粘附层完全覆盖所述第一隔离介质、所述铜金属层、所述铜扩散阻挡层和所述铜籽晶层。
进一步的，采用物理气相沉积工艺在上述结构的上表面依次沉积一层Ti薄膜和一层Cu薄膜，分别作为第一粘附层205和第一籽晶层206，所得结构如图8所示。
S33、在所述第一籽晶层表面沉积一层中间层，并在所述盲孔结构顶部刻蚀形成顶部金属接触层的图案。
进一步，采用物理气相沉积工艺在Cu薄膜206表面生长一层Ni薄膜作为中间层301；接着采用光刻和刻蚀工艺形成顶部金属接触层103的图案，所得结构如图9所示。
S34、并在所述所述图案内部的所述第一籽晶层表面电镀一层铜材料，并刻蚀去除所述中间层、位于所述中间层底部的第一粘附层和第一籽晶层，所述铜材料在所述第一籽晶层顶部形成顶部金属接触凸点。
进一步，以Cu薄膜为第一籽晶层206，采用电镀工艺在其表面电镀Cu材料，随后通过的方式蚀刻去除中间层301、部分第一籽晶层206和部分第一粘附层205，从而形成顶部金属接触凸点207，所得结构如图10所示。
其中，刻蚀去除中间层的方式包括干法蚀刻，如离子铣蚀刻、等离子蚀刻、反应离子蚀刻、激光烧蚀，或者通过使用蚀刻剂溶液的湿法中的至少一种，由于上述方法为现有技术中的工艺，此处不再赘述。
需要说明的是，所述第一粘附层205包括Ti、Ta中的至少一种；第一籽晶层206可以选择Cu、Ru、Co、RuCo、CuRu、CuCo中的至少一种，第一粘附层205和第一籽晶层206的制备方法还包括化学气相沉积、电子束蒸发、脉冲激光沉积等工艺，由于上述工艺为现有技术中的工艺，此处不再赘述。
S4、刻蚀所述衬底结构底部使得所述盲孔结构上下导通形成通孔结构，并在所述金属互连结构底端沉积制备得到底部金属接触层。
在一些实施例中，所述步骤S4的过程包括：
S41、刻蚀所述衬底结构底部以及位于所述衬底结构底部的局部所述第一隔离介质、局部所述铜扩散阻挡层、局部所述铜籽晶层、局部所述铜金属层，直至得到所需厚度的衬底结构，使得所述盲孔结构将所述衬底结构上下导通形成通孔结构。
进一步的，采用机械磨削加化学机械抛光的方法去除前述步骤中所得结构背面的部分衬底结构200、部分第一隔离介质201、部分铜扩散阻挡层202、部分铜籽晶层203、部分铜金属层204，直至获得所需厚度的衬底结构，而且使得通孔100结构在衬底结构200内部上下完全导通，所得结构如图11所示。
S42、在刻蚀后的所述衬底结构底部沉积一层第二隔离介质。
所述第二隔离介质208包括SiO2、Si3N4、SiON、SiCOH、SiCOFH中的至少一种，优选的是，本实施方案中选择作为SiO2第二隔离介质。
S43、刻蚀所述第二隔离介质形成凹槽结构，使得所述第二隔离介质覆盖除了所述金属互连结构底部以外的区域。
进一步的，采用光刻和刻蚀工艺形成凹槽结构105，使得第二隔离介质208只覆盖衬底结构200和第一隔离介质201的下表面。
S44、在所述凹槽结构内部沉积一层覆盖所述金属互连结构底部的第二粘附层，并在所述第二粘附层底部表面沉积一层第二籽晶层，在所述第二籽晶层表面电镀一层铜材料作为底部金属接触凸点。
进一步的，采用与形成顶部金属接触层103相同的工艺，在凹槽结构105底部依次沉积Ti薄膜和Cu薄膜，以及电镀Cu材料，分别作为第二粘附层209、第二籽晶层210和底部金属接触凸点211，所得结构如图12所示。
需要说明的是，所述第二粘附层209包括Ti、Ta中的至少一种，所述第二籽晶层210选择Cu、Ru、Co、RuCo、CuRu、CuCo中的至少一种，其中第二粘附层209和第二籽晶层210的制备方法也可以选择化学气相沉积、电子束蒸发、脉冲激光沉积等工艺，由于上述工艺为现有技术中的常见工艺，此处不再赘述。
通过上述方法制备得到的硅通孔结构，由于沟槽结构和通孔结构具有较大的比表面积，使得填充在沟槽结构内壁和通孔结构内壁的金属互连结构的截面积增大，从而有效减小了金属互连结构的本征电阻和发热量，同时沟槽结构使得金属互连结构的表面散热面积增大，有效提高了整个硅通孔结构的散热小效果。
虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。

Claims (14)

1.一种硅通孔结构，其特征在于，包括：
衬底结构；
通孔结构，所述通孔结构贯穿所述衬底结构上下两端；
沟槽结构，所述沟槽结构设置在所述通孔结构内壁；
金属互连结构，所述金属互连结构设置在所述沟槽结构内壁和所述通孔结构内壁；
其中，所述金属互连结构上下两端分别设置有顶部金属接触层和底部金属接触层，所述顶部金属接触层和底部金属接触层均与所述金属互连结构电连接。
2.根据权利要求1所述的硅通孔结构，其特征在于，所述通孔结构内壁和所述沟槽结构内壁均设置有第一隔离介质，所述金属互连结构设置在所述第一隔离介质表面。
3.根据权利要求2所述的硅通孔结构，其特征在于，所述金属互连结构包括铜扩散阻挡层、铜籽晶层和铜金属层，所述铜扩散阻挡层设置在位于所述通孔结构内部的所述第一隔离介质内壁，所述铜籽晶层覆盖在所述铜扩散阻挡层表面，所述铜金属层设置在所述铜籽晶层表面。
4.根据权利要求3所述的硅通孔结构，其特征在于，所述顶部金属接触层包括设置在所述第一粘附层、第一籽晶层和顶部金属接触凸点，所述第一粘附层覆盖所述铜扩散阻挡层顶端、所述铜籽晶层顶端和所述铜金属层顶端，所述第一籽晶层设置在所述第一粘附层顶端表面，所述顶部金属接触凸点设置在所述第一籽晶层顶端表面。
5.根据权利要求3所述的硅通孔结构，其特征在于，所述衬底结构底部设置有第二隔离介质，所述第二隔离介质表面设置有位于所述金属互连结构底部的底部凹槽，所述底部金属接触层设置在所述底部凹槽内部并与所述金属互连结构接触连接。
6.根据权利要求5所述的硅通孔结构，其特征在于，所述底部金属接触层包括第二粘附层、第二籽晶层和底部金属接触凸点，所述第二粘附层设置在所述铜扩散阻挡层底端、所述铜籽晶层底端和所述铜金属层底端，所述第二籽晶层设置在所述第二粘附层底端表面，所述底部金属接触凸点设置在所述第二籽晶层底端表面。
7.一种应用于权利要求1至6任一项所述的硅通孔结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
S1、选择衬底结构，并在所述衬底结构内部刻蚀形成盲孔结构，并在所述盲孔结构内壁刻蚀得到局部插入所述衬底结构内部的沟槽结构；
S2、在所述盲孔结构内壁和所述沟槽结构内壁生长制备得到金属互连结构；
S3、在所述金属互连结构顶端沉积制备得到顶部金属接触层；
S4、刻蚀所述衬底结构底部使得所述盲孔结构上下导通形成通孔结构，并在所述金属互连结构底端沉积制备得到底部金属接触层。
8.根据权利要求7所述的硅通孔结构的制备方法，其特征在于，所述步骤S1的过程包括：
S11、选择衬底结构并在所述衬底结构表面定义出所述盲孔结构的图形，并根据所述图形刻蚀所述衬底结构以得到盲孔结构；
S12、在所述盲孔结构内部进行离子注入处理以形成反应层；
S13、采用刻蚀剂腐蚀掉所述反应层，从而在所述盲孔结构内壁形成沟槽结构。
9.根据权利要求8所述的硅通孔结构的制备方法，其特征在于，所述步骤S12中离子注入处理的过程包括：
向所述盲孔结构内部注入离子材料，使得离子材料向下扩散；
向所述盲孔结构内部注入减少能量后的所述离子材料，使得所述离子材料向下扩散的深度降低；
不断降低所述离子材料的能量并将降低能量后的所述离子材料注入到所述盲孔结构内部，在所述盲孔结构形成不同深度的离子层；
对所述衬底结构进行退火处理以使得所述离子层在所述盲孔结构内部发生反应生成反应层。
10.根据权利要求9所述的硅通孔结构的制备方法，其特征在于，所述退火处理的温度为1000～1350℃，时间为1～4小时。
11.根据权利要求8所述的硅通孔结构的制备方法，其特征在于，所述步骤S2的过程包括：
S21、在所述盲孔结构内壁与所述沟槽结构内壁均沉积一层第一隔离介质；
S22、并在所述第一隔离介质表面依次沉积一层铜扩散阻挡层和铜籽晶层，并在所述铜籽晶层表面电镀一层铜材料作为铜金属层。
12.根据权利要求11所述的硅通孔结构的制备方法，其特征在于，所述铜金属层、所述铜扩散阻挡层和所述铜籽晶层将所述通孔结构内部完全填充。
13.根据权利要求11所述的硅通孔结构的制备方法，其特征在于，所述步骤S3的过程包括：
S31、去除位于所述衬底结构顶部的所述铜金属层、所述铜扩散阻挡层和所述铜籽晶层，使得所述铜金属层的顶端、所述铜扩散阻挡层的顶端和所述铜籽晶层的顶端均不超过所述所述第一隔离介质表面；
S32、在所述衬底结构顶端依次沉积一层第一粘附层和第一籽晶层，并使得所述第一粘附层完全覆盖所述第一隔离介质、所述铜金属层、所述铜扩散阻挡层和所述铜籽晶层；
S33、在所述第一籽晶层表面沉积一层中间层，并在所述盲孔结构顶部刻蚀形成顶部金属接触层的图案；
S34、并在所述所述图案内部的所述第一籽晶层表面电镀一层铜材料，并刻蚀去除所述中间层、位于所述中间层底部的第一粘附层和第一籽晶层，所述铜材料在所述第一籽晶层顶部形成顶部金属接触凸点。
14.根据权利要求13所述的硅通孔结构的制备方法，其特征在于，所述步骤S4的过程包括：
S41、刻蚀所述衬底结构底部以及位于所述衬底结构底部的局部所述第一隔离介质、局部所述铜扩散阻挡层、局部所述铜籽晶层、局部所述铜金属层，直至得到所需厚度的衬底结构，使得所述盲孔结构将所述衬底结构上下导通形成通孔结构；
S42、在刻蚀后的所述衬底结构底部沉积一层第二隔离介质；
S43、刻蚀所述第二隔离介质形成凹槽结构，使得所述第二隔离介质覆盖除了所述金属互连结构底部以外的区域；
S44、在所述凹槽结构内部沉积一层覆盖所述金属互连结构底部的第二粘附层，并在所述第二粘附层底部表面沉积一层第二籽晶层，在所述第二籽晶层表面电镀一层铜材料作为底部金属接触凸点。
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