TWI812230B - 半導體結構及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
在此提供一種半導體結構。該半導體結構包括一基板和一穿孔結構。穿孔結構穿過基板。穿孔結構包括一第一導電部分、一第二導電部分、一第一阻障部分、一第二阻障部分、和一第三阻障部分。第一導電部分具有環形的一剖面。第二導電部分設置在第一導電部分的內側。第二導電部分具有環形的一剖面。第一阻障部分設置在第一導電部分的外側。第二阻障部分設置在第一導電部分與第二導電部分之間。第三阻障部分設置在第二導電部分的內側。第一阻障部分、第二阻障部分、和第三阻障部分中的至少一者包括一絕緣性2D材料。
Description
本揭露是關於一種半導體結構及其製造方法。本揭露特別是關於一種包括穿孔(via)結構的半導體結構及其製造方法。
在2.5D和3D積體中，穿孔，如矽穿孔(through silicon via,TSV)、玻璃穿孔(through glass via,TGV)、聚合物穿孔(through polymer via,TPV)、模穿孔(through mold via,TMV)、封裝穿孔(through package via,TPV)、和整合式扇出封裝穿孔(through InFO via,TIV)等等，被廣泛地用於信號和/或電力傳輸。傳輸的進行通常藉助於填充至穿孔中的導體，例如銅。然而，隨著信號頻率增加，傳輸效率可能會由於趨膚效應而明顯降低。當頻率增加時，電流通過的導電區域減小，且電流將更集中在導體的表面。如此一來，導體的電阻便增加，穿孔結構的傳輸效率惡化。
本揭露針對的是一種適用於高頻傳輸的穿孔結構的提供。
根據一些實施例，提供一種半導體結構。該半導體結構包括一基板和一穿孔結構。穿孔結構穿過基板。穿孔結構包括一第一導電部分、一第二導電部分、一第一阻障部分、一第二阻障部分、和一第三阻障部分。第一導電部分具有環形的一剖面。第二導電部分設置在第一導電部分的內側。第二導電部分具有環形的一剖面。第一阻障部分設置在第一導電部分的外側。第二阻障部分設置在第一導電部分與第二導電部分之間。第三阻障部分設置在第二導電部分的內側。第一阻障部分、第二阻障部分、和第三阻障部分中的至少一者包括一絕緣性2D材料。
根據一些實施例，提供一種半導體結構的製造方法。該製造方法包括下列步驟。首先，形成一開口穿過一基板。形成一穿孔結構的一第一阻障部分在開口的側壁上。形成該穿孔結構的一第一導電部分在第一阻障部分上。形成該穿孔結構的一第二阻障部分在第一導電部分上。形成該穿孔結構的一第二導電部分在第二阻障部分上。形成該穿孔結構的一第三阻障部分在開口的剩餘空間中。第一阻障部分、第二阻障部分、和第三阻障部分中的至少一者使用一絕緣性2D材料來形成。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：
10:基板
20:穿孔結構
20A:穿孔結構
20B:穿孔結構
20C:穿孔結構
20D:穿孔結構
20E1:穿孔結構
20E2:穿孔結構
20F:穿孔結構
20G:穿孔結構
100:半導體結構
100A:半導體結構
100B:半導體結構
100C:半導體結構
100D:半導體結構
100E:半導體結構
100F:半導體結構
100G:半導體結構
110:第一導電部分
110A:第一導電部分
110B:第一導電部分
110C:第一導電部分
110D:第一導電部分
110E1:第一導電部分
110E2:第一導電部分
110F:第一導電部分
110G:第一導電部分
112:第一導電主體
114:第一導電輔助層
115G:第三導電部分
116:第一導電輔助層
120:第二導電部分
120A:第二導電部分
120B:第二導電部分
120C:第二導電部分
120D:第二導電部分
120E1:第二導電部分
120E2:第二導電部分
120F1:第二導電部分
120F2:第二導電部分
120F3:第二導電部分
120F4:第二導電部分
120G:第二導電部分
122:第二導電主體
124:第二導電輔助層
125G:第四導電部分
126:第二導電輔助層
130:第一阻障部分
130A:第一阻障部分
130B:第一阻障部分
130C:第一阻障部分
130D:第一阻障部分
130E1:第一阻障部分
130E2:第一阻障部分
130F:第一阻障部分
130G:第一阻障部分
140:第二阻障部分
140A:第二阻障部分
140B:第二阻障部分
140C:第二阻障部分
140D:第二阻障部分
140E1:第二阻障部分
140E2:第二阻障部分
140F:第二阻障部分
140G:第二阻障部分
145G:第四阻障部分
150:第三阻障部分
150A:第三阻障部分
150B:第三阻障部分
150C:第三阻障部分
150D:第三阻障部分
150E1:第三阻障部分
150E2:第三阻障部分
150F:第三阻障部分
150G:第三阻障部分
155G:第五阻障部分
210:基板
212:電子裝置
220:開口
230:材料
232:材料
234:材料
236:材料
238:材料
240:材料
242:材料
244:材料
246:材料
248:材料
250:材料
252:材料
254:材料
256:材料
310:基板
312:電子裝置
320:開口
330:材料
332:材料
334:材料
336:材料
338:材料
340:材料
342:材料
344:材料
346:材料
A:箭頭
第1A-1B圖繪示根據實施例的一例示性半導體結構。
第2圖繪示根據實施例的一例示性半導體結構。
第3圖繪示根據實施例的一例示性半導體結構。
第4圖繪示根據實施例的一例示性半導體結構。
第5圖繪示根據實施例的一例示性半導體結構。
第6圖繪示根據實施例的一例示性半導體結構。
第7圖繪示根據實施例的一例示性半導體結構。
第8圖繪示根據實施例的一例示性半導體結構。
第9A-9N圖繪示根據實施例的一例示性半導體結構的製造方法的各個階段。
第10A-10K圖繪示根據實施例的一例示性半導體結構的製造方法的各個階段。
以下將配合所附圖式對於各種實施例進行更詳細的敘述。下列敘述和所附圖式的提供只是用於說明，並不意欲造成限制。為了清楚起見，元件可能並未依照實際比例繪示。此外，在一些圖式中可能省略一些元件和/或符號。可以預期的是，一實施例中的元件和特徵，能夠被有利地納入於另一實施例中，無須進一步的闡述。
請參照第1A-1B圖，其示出根據實施例的一例示性半導體結構100。半導體結構100包括一基板10和一穿孔結構20。
穿孔結構20穿過基板10。穿孔結構20包括一第一導電部分110、一第二導電部分120、一第一阻障部分130、一第二阻障部分140、和一第三阻障部分150。第一導電部分110具有環形的一剖面。第二導電部分120設置在第一導電部分110的內側。第二導電部分120具有環形的一剖面。第一阻障部分130設置在第一導電部分110的外側。第二阻障部分140設置在第一導電部分110與第二導電部分120之間。第三阻障部分150設置在第二導電部分120的內側。第一阻障部分130、第二阻障部分140、和第三阻障部分150中的至少一者包括一絕緣性2D材料。
具體來說，基板10可以具有包括矽等材料的主體。除了主體之外，基板10可以更包含位在其中或其上的一電子裝置(第1A-1B圖中未示出)。在此不再贅述進一步的細節，以免模糊本揭露的重點。
穿孔結構20穿過基板10。尤其，穿孔結構20可以從基板10的一表面至另一表面地貫穿基板10。穿孔結構20的細節將在接下來的部分做更徹底的敘述。依照基板10的類型，穿孔結構20可以是矽穿孔(through silicon via,TSV)結構、玻璃穿孔(through glass via,TGV)結構、聚合物穿孔(through polymer via,TPV)結構、模穿孔(through mold via,TMV)結構、封裝穿孔(through package via,TPV)結構、或整合式扇出封裝穿孔(through InFO via,TIV)等等。雖然第1A-1B圖中只示出一個穿孔結構20，但可以預期，穿過基板10的穿孔結構20的數目能夠依
照設計來決定，且在此所述的結構可以應用在該些穿孔結構20中的一或更多者。
第一導電部分110的剖面可以為圓環形、橢圓環形、三角環形、長方環形、正方環形、或諸如八角環形等的任何其他多角環形。在第1A-1B圖中，第一導電部分110的剖面被繪示成圓環形。根據一些實施例，第一導電部分110可以包括一第一導電主體112和二個第一導電輔助層114和116。第一導電輔助層114和116分別設置在第一導電主體112的外側和內側。第一導電主體112可以由任何適合的低電阻金屬材料形成，例如銅、鈷、鋁、或釕等等，但本揭露不受限於此。第一導電輔助層114和116可以由一導電性2D材料形成。根據一些實施例，該導電性2D材料的電阻係數等於或小於0.25Ω．μm。舉例來說，可以使用石墨烯或者諸如VSe2、PtTe2、VS2、或PtSe2等的過渡金屬二硫族化物。在一些實施例中，該導電性2D材料是石墨烯，而第一導電輔助層114的厚度和第一導電輔助層116的厚度可以是0.35nm至50nm，例如0.4nm至50nm。當石墨烯的厚度是大約0.35nm至大約10nm時，其電阻係數可以是大約0.02Ω．μm至大約0.25Ω．μm。值得注意的是，在這種尺度下，因為載子遷移率受限，石墨烯的導電性隨著厚度增加而減少。在一些實施例中，該導電性2D材料是過渡金屬二硫族化物，而第一導電輔助層114的厚度和第一導電輔助層116的厚度可以是5nm至200nm，例如8nm至200nm。當PtSe2的厚度是8nm時，其電阻係數可以是大約625Ω．μm。當厚度進
一步減少時，過渡金屬二硫族化物可能從半金屬轉變成半導體。這將造成導電性的明顯降低。
第二導電部分120的剖面可以為圓環形、橢圓環形、三角環形、長方環形、正方環形、或諸如八角環形等的任何其他多角環形。第二導電部分120的剖面形狀可以不同於第一導電部分110的剖面形狀。在第1A-1B圖中，第二導電部分120的剖面被繪示成圓環形。根據一些實施例，第二導電部分120可以與第一導電部分110同軸。根據一些實施例，第二導電部分120可以包括一第二導電主體122和二個第二導電輔助層124和126。第二導電輔助層124和126分別設置在第二導電主體122的外側和內側。第二導電主體122可以由任何適合的低電阻金屬材料形成，例如銅、鈷、鋁、或釕等等，但本揭露不受限於此。第二導電輔助層124和126可以由一導電性2D材料形成。根據一些實施例，例如石墨烯或過渡金屬二硫族化物如VSe2、PtTe2、VS2、或PtSe2。在一些實施例中，該導電性2D材料是石墨烯，而第二導電輔助層124的厚度和第二導電輔助層126的厚度可以是0.35nm至50nm，例如0.4nm至50nm。在一些實施例中，該導電性2D材料是過渡金屬二硫族化物，而第二導電輔助層124的厚度和第二導電輔助層126的厚度可以是5nm至200nm，例如8nm至200nm。根據一些實施例，第一導電輔助層114、116和第二導電輔助層124、126中的至少一層包括一導電性2D材料。如上所述，該導電性2D材料可以是石墨烯或過渡金屬二硫族化物。
第一阻障部分130、第二阻障部分140、和第三阻障部分150彼此相互獨立地由阻障材料形成。如此一來，它們便能夠防止第一導電部分110和第二導電部分120中的金屬擴散至半導體結構100的其他元件中。第一阻障部分130、第二阻障部分140、和第三阻障部分150中的至少一者包括一絕緣性2D材料。舉例來說，第二阻障部分140可以包括該絕緣性2D材料。絕緣性2D材料本身可以是低介電係數的阻障材料，其介電系數低於SiO2。舉例來說，該絕緣性2D材料可以是六方氮化硼(hexagonal BN,h-BN)、氟化鈣(CaF2)、或任何其他適合的絕緣性2D材料。三或四層的h-BN便足以防止銅的擴散。絕緣性2D材料能夠與金屬形成更良好的介面以降低電阻阻抗。
相較於傳統的穿孔結構或穿孔對結構，包括外部第一導電部分和內部第二導電部分的根據本揭露的穿孔結構能夠保證更好的高頻傳輸信號完整性。舉例來說，根據本揭露的穿孔結構即使在高頻也能夠保持低的插入損耗(S21)。此外，環形的剖面能夠增加有效導電面積。在一些實施例中，第一導電部分與第二導電部分藉著由絕緣性2D材料形成的第二阻障部分彼此相互隔絕。相較於使用傳統的阻障材料如SiO2、Si3N4、或聚合材料等的情況，在第一導電部分與第二導電部分之間使用由絕緣性2D材料形成的低介電係數阻障部分將更有利於高頻傳輸。在一些實施例中，第一導電部分和第二導電部分具有導電輔助層。由導電性2D材料形成的導電輔助層能夠減少金屬表面的非彈性碰撞，因此能
夠進一步地改善導電性。根據一些實施例，第二導電部分如箭頭A所指示般是攜帶信號的部分，第一導電部分是接地的部分。
對根據本揭露的半導體結構可以進行各種調整。請參照第2圖，其示出根據實施例的一例示性半導體結構100A。在半導體結構100A的穿孔結構20A中，第一導電部分110A和第二導電部分120A的剖面為橢圓環形，第一阻障部分130A、第二阻障部分140A、和第三阻障部分150A則對應地設置。其他細節類似於半導體結構100，在此不再贅述。
請參照第3圖，其示出根據實施例的一例示性半導體結構100B。在半導體結構100B的穿孔結構20B中，第一導電部分110B的剖面為橢圓環形，第二導電部分120B的剖面為圓環形，第一阻障部分130B、第二阻障部分140B、和第三阻障部分150B則對應地設置。其他細節類似於半導體結構100，在此不再贅述。
請參照第4圖，其示出根據實施例的一例示性半導體結構100C。在半導體結構100C的穿孔結構20C中，第一導電部分110C和第二導電部分120C的剖面為正方環形，第一阻障部分130C、第二阻障部分140C、和第三阻障部分150C則對應地設置。正方形或長方形的穿孔結構在回波損耗和插入損耗方面具有優越的表現。其他細節類似於半導體結構100，在此不再贅述。
請參照第5圖，其示出根據實施例的一例示性半導體結構100D。在半導體結構100D的穿孔結構20D中，第一導電部分110D和第二導電部分120D的剖面為八角環形，第一阻障部分
130D、第二阻障部分140D、和第三阻障部分150D則對應地設置。八角形的穿孔結構在電場耦合方面表現出良好的結果。其他細節類似於半導體結構100，在此不再贅述。
請參照第6圖，其示出根據實施例的一例示性半導體結構100E。半導體結構100E包括二個相鄰的穿孔結構20E1和20E2。二個相鄰的穿孔結構20E1和20E2的第二導電部分120E1和120E2彼此相互遠離地設置。更具體地說，第二導電部分120E1和120E2相較於第一導電部分110E1和110E2的形心彼此相互遠離地設置。第一阻障部分130E1和130E2、第二阻障部分140E1和140E2、及第三阻障部分150E1和150E2則對應地設置。如第6圖所示，根據本揭露的半導體結構可以具有非同軸環形的穿孔結構。這可能適用於某些製程或特定應用。其他細節類似於半導體結構100，在此不再贅述。
請參照第7圖，其示出根據實施例的一例示性半導體結構100F。在半導體結構100F中，穿孔結構20F包括二或更多個第二導電部分，彼此相互分離。在第7圖中，繪示了四個第二導電部分120F1、120F2、120F3、和120F4。半導體結構100F更包括二或更多個第三阻障部分150F，分別設置在該二或更多個第二導電部分的內側。第一導電部分110F、第一阻障部分130F、第二阻障部分140F、和第三阻障部分150F則對應地設置。如第7圖所示，根據本揭露的半導體結構可以具有多個內部環形導電部分。在一些進一步的實施例中，該些內部環形導電部分可以具有不同
的形狀和/或直徑。其他細節類似於半導體結構100，在此不再贅述。
請參照第8圖，其示出根據實施例的一例示性半導體結構100G。除了第一導電部分110G、第二導電部分120G、第一阻障部分130G、第二阻障部分140G、和第三阻障部分150G之外，穿孔結構20G更包括一第三導電部分115G、一第四導電部分125G、一第四阻障部分145G、和一第五阻障部分155G。第三導電部分115G設置在第二導電部分120G的內側。第三導電部分115G具有環形的一剖面。第四導電部分125G設置在第三導電部分115G的內側。第四導電部分125G具有環形的一剖面。第三阻障部分150G設置在第二導電部分120G與第三導電部分115G之間。第四阻障部分145G設置在第三導電部分115G與第四導電部分125G之間。第五阻障部分155G設置在第四導電部分125G的內側。穿孔結構20G能夠理解成二個穿孔結構，其中一個穿孔結構設置在另一個的內側。如第8圖所示，根據本揭露的半導體結構可以具有依序設置的多個導電部分。在一些進一步的實施例中，該些導電部分可以具有不同的形狀。根據一些進一步的實施例，該些導電部分彼此相互之間可以是同軸或非同軸。其他細節類似於半導體結構100，在此不再贅述。
現在敘述根據實施例的半導體結構的製造方法。該製造方法包括下列步驟。首先，形成一開口穿過一基板。形成一穿孔結構的一第一阻障部分在開口的側壁上。形成該穿孔結構的
一第一導電部分在第一阻障部分上。形成該穿孔結構的一第二阻障部分在第一導電部分上。形成該穿孔結構的一第二導電部分在第二阻障部分上。形成該穿孔結構的一第三阻障部分在開口的剩餘空間中。第一阻障部分、第二阻障部分、和第三阻障部分中的至少一者使用一絕緣性2D材料來形成。
請參照第9A-9N圖，其示出根據實施例的一例示性半導體結構的製造方法。盲孔製程(blind via process)應用在第9A-9N圖繪示的方法中，以形成穿孔結構。
在第9A圖所示的階段之前，一基板210可以經過處理，例如以停止在對於第一層金屬或鎢栓的化學機械平坦化(CMP)製程的傳統互補式金氧半(CMOS)製程加以處理，但本揭露不受限於此。舉例來說，在第9A圖的階段之前，形成第9A圖所示的一電子裝置212在基板210中。
如第9A圖所示，形成一開口220穿過基板210。開口220可以藉由波希法(Bosch process)來製造，但本揭露不受限於此。
如第9B圖所示，共形地提供用於形成一穿孔結構的一第一阻障部分的一材料230在具有開口220的基板210上。如此一來，便能夠形成穿孔結構的第一阻障部分在開口220的側壁上。材料230能夠藉由熱化學氣相沉積(thermal CVD)製程、電漿輔助化學氣相沉積(plasma-enhanced CVD)製程、或任何其他適合的
製程來提供。材料230可以是一絕緣性2D材料，例如h-BN或CaF2等等。
如第9C圖所示，共形地提供用於形成一第一導電輔助層的一材料232在用於形成第一阻障部分的材料230上。如此一來，便能夠共形地提供用於形成第一導電輔助層的材料232在穿孔結構的第一阻障部分上。材料232能夠藉由熱化學氣相沉積製程、電漿輔助化學氣相沉積製程、或任何其他適合的製程來提供。材料232可以是一導電性2D材料，例如石墨烯或者諸如VSe2、PtTe2、VS2、或PtSe2等的過渡金屬二硫族化物等等。
如第9D圖所示，共形地提供用於形成一第一導電主體的一材料234在用於形成第一導電輔助層的材料232上。材料234能夠藉由任何適合的沉積製程來提供。材料234可以是銅、鈷、鋁、或釕等等。
如第9E圖所示，共形地提供用於形成另一第一導電輔助層的一材料236在用於形成第一導電主體的材料234上。材料236能夠藉由熱化學氣相沉積製程、電漿輔助化學氣相沉積製程、或任何其他適合的製程來提供。材料236可以是一導電性2D材料，例如石墨烯或者諸如VSe2、PtTe2、VS2、或PtSe2等的過渡金屬二硫族化物等等。
因此，能夠形成穿孔結構的一第一導電部分在第一阻障部分上。根據一些實施例，能夠進行一接地金屬定義製程，
使得第一導電部分未耦接至電子裝置212。如此一來，第一導電部分可以作為接地的部分，並將不會電性連接至電子裝置212。
如第9F圖所示，共形地提供用於形成穿孔結構的一第二阻障部分的一材料238。如此一來，便能夠形成穿孔結構的第二阻障部分在第一導電部分上。材料238能夠藉由熱化學氣相沉積製程、電漿輔助化學氣相沉積製程、或任何其他適合的製程來提供。材料238可以是一絕緣性2D材料，例如h-BN或CaF2等等。
在一些實施例中，能夠進一步地調整材料238的形態，特別是在開口220中的部分，使得之後形成的第二導電部分可以具有不同於第一導電部分的剖面形狀。如此一來，第一導電部分的一剖面和第二導電部分的一剖面可以彼此相互獨立地為圓環形、橢圓環形、三角環形、長方環形、正方環形、或八角環形等等。
如第9G圖所示，共形地提供用於形成一第二導電輔助層的一材料240在用於形成第二阻障部分的材料238上。如此一來，便能夠共形地提供用於形成第二導電輔助層的材料240在第二阻障部分上。材料240能夠藉由熱化學氣相沉積製程、電漿輔助化學氣相沉積製程、或任何其他適合的製程來提供。材料240可以是一導電性2D材料，例如石墨烯或者諸如VSe2、PtTe2、VS2、或PtSe2等的過渡金屬二硫族化物等等。
如第9H圖所示，共形地提供用於形成一第二導電主體的一材料242在用於形成第二導電輔助層的材料240上。材料
242能夠藉由任何適合的沉積製程來提供。材料242可以是銅、鈷、鋁、或釕等等。
如第9I圖所示，共形地提供用於形成另一第二導電輔助層的一材料244在用於形成第二導電主體的材料242上。材料244能夠藉由熱化學氣相沉積製程、電漿輔助化學氣相沉積製程、或任何其他適合的製程來提供。材料244可以是一導電性2D材料，例如石墨烯或者諸如VSe2、PtTe2、VS2、或PtSe2等的過渡金屬二硫族化物等等。根據一些實施例，用於形成第一導電輔助層的材料232、用於形成另一第一導電輔助層的材料236、用於形成第二導電輔助層的材料240、和用於形成另一第二導電輔助層的材料244中的至少一者是一導電性2D材料，該導電性2D材料可以是石墨烯或過渡金屬二硫族化物。
因此，能夠形成穿孔結構的一第二導電部分在第二阻障部分上。第二導電部分耦接至電子裝置212，並可以作為攜帶信號的部分。
如第9J圖所示，提供用於形成穿孔結構的一第三阻障部分的一材料246並將其填充至開口220中。如此一來，便能夠形成穿孔結構的第三阻障部分在開口220的剩餘空間中。材料246能夠藉由熱化學氣相沉積製程、電漿輔助化學氣相沉積製程、或任何其他適合的製程來提供。材料246可以是一絕緣性2D材料，例如h-BN或CaF2等等。根據一些實施例，第一阻障部分、第二阻
障部分、和第三阻障部分中的至少一者使用一絕緣性2D材料來形成，該絕緣性2D材料可以是h-BN或CaF2等等。
如第9K圖所示，進行一背側研磨製程，以從基板210的背側曝露開口220。
如第9L圖所示，提供用於形成第一背側阻障部分的一材料248基板210的下表面上。如此一來，便能夠形成第一背側阻障部分在基板210的下表面上。材料248能夠藉由熱化學氣相沉積製程、電漿輔助化學氣相沉積製程、或任何其他適合的製程來提供。材料248可以是一絕緣性2D材料，例如h-BN或CaF2等等。
如第9M圖所示，依序提供用於形成一背側導電輔助層的一材料250、用於形成一背側導電主體的一材料252、和用於形成另一背側導電輔助層的一材料254在用於形成第一背側阻障部分的材料248上。材料250、材料252、和材料254可以分別以類似於材料232/240、材料234/242、和材料236/244的方式來提供。
如第9N圖所示，能夠將一背側繞線定義(backside routing definition)製程應用於材料250、材料252、和材料254。因此，能夠形成一背側導電部分在第一背側阻障部分上。
提供用於形成一第二背側阻障部分的一材料256在材料254上。如此一來，便能夠形成一第二背側阻障部分在背側導電部分上。材料256能夠藉由熱化學氣相沉積製程、電漿輔助化學
氣相沉積製程、或任何其他適合的製程來提供。材料256可以是一絕緣性2D材料，例如h-BN或CaF2等等。
請參照第10A-10K圖，其示出根據實施例的另一例示性半導體結構的製造方法。通孔製程(through via process)應用在第10A-10K圖繪示的方法中，以形成穿孔結構。
在第10A圖所示的階段之前，一基板310可以經過處理，例如以停止在對於第一層金屬或鎢栓的化學機械平坦化(CMP)製程的傳統互補式金氧半(CMOS)製程加以處理，但本揭露不受限於此。舉例來說，在第10A圖的階段之前，形成第10A圖所示的一電子裝置312在基板310中。
如第10A圖所示，形成一開口320穿過基板310。開口320可以藉由波希法來製造，但本揭露不受限於此。
如第10B圖所示，進行一背側研磨製程，以從基板310的背側曝露開口320。
如第10C圖所示，共形地提供用於形成一穿孔結構的一第一阻障部分的一材料330在具有開口320的基板310上。如此一來，便能夠形成穿孔結構的第一阻障部分在開口320的側壁上。材料330能夠藉由熱化學氣相沉積製程、電漿輔助化學氣相沉積製程、或任何其他適合的製程來提供。材料330可以是一絕緣性2D材料，例如h-BN或CaF2等等。
如第10D圖所示，共形地提供用於形成一第一導電輔助層的一材料332在用於形成第一阻障部分的材料330上。如此
一來，便能夠共形地提供用於形成第一導電輔助層的材料332在穿孔結構的第一阻障部分上。材料332能夠藉由熱化學氣相沉積製程、電漿輔助化學氣相沉積製程、或任何其他適合的製程來提供。材料332可以是一導電性2D材料，例如石墨烯或者諸如VSe2、PtTe2、VS2、或PtSe2等的過渡金屬二硫族化物等等。
如第10E圖所示，共形地提供用於形成一第一導電主體的一材料334在用於形成第一導電輔助層的材料332上。材料334能夠藉由任何適合的沉積製程來提供。材料334可以是銅、鈷、鋁、或釕等等。
如第10F圖所示，共形地提供用於形成另一第一導電輔助層的一材料336在用於形成第一導電主體的材料334上。材料336能夠藉由熱化學氣相沉積製程、電漿輔助化學氣相沉積製程、或任何其他適合的製程來提供。材料336可以是一導電性2D材料，例如石墨烯或者諸如VSe2、PtTe2、VS2、或PtSe2等的過渡金屬二硫族化物等等。
因此，能夠形成穿孔結構的一第一導電部分在第一阻障部分上。根據一些實施例，能夠進行一接地金屬定義製程，使得第一導電部分未耦接至電子裝置312。如此一來，第一導電部分可以作為接地的部分，並將不會電性連接至電子裝置312。
如第10G圖所示，共形地提供用於形成穿孔結構的一第二阻障部分的一材料338。如此一來，便能夠形成穿孔結構的第二阻障部分在第一導電部分上。材料338能夠藉由熱化學氣相沉
積製程、電漿輔助化學氣相沉積製程、或任何其他適合的製程來提供。材料338可以是一絕緣性2D材料，例如h-BN或CaF2等等。
在一些實施例中，能夠進一步地調整材料338的形態，特別是在開口320中的部分，使得之後形成的第二導電部分可以具有不同於第一導電部分的剖面形狀。如此一來，第一導電部分的一剖面和第二導電部分的一剖面可以彼此相互獨立地為圓環形、橢圓環形、三角環形、長方環形、正方環形、或八角環形等等。
如第10H圖所示，共形地提供用於形成一第二導電輔助層的一材料340在用於形成第二阻障部分的材料338上。如此一來，便能夠共形地提供用於形成第二導電輔助層的材料340在第二阻障部分上。材料340能夠藉由熱化學氣相沉積製程、電漿輔助化學氣相沉積製程、或任何其他適合的製程來提供。材料340可以是一導電性2D材料，例如石墨烯或者諸如VSe2、PtTe2、VS2、或PtSe2等的過渡金屬二硫族化物等等。
如第10I圖所示，共形地提供用於形成一第二導電主體的一材料342在用於形成第二導電輔助層的材料340上。材料342能夠藉由任何適合的沉積製程來提供。材料342可以是銅、鈷、鋁、或釕等等。
如第10J圖所示，共形地提供用於形成另一第二導電輔助層的一材料344在用於形成第二導電主體的材料342上。材料344能夠藉由熱化學氣相沉積製程、電漿輔助化學氣相沉積製程、
或任何其他適合的製程來提供。材料344可以是一導電性2D材料，例如石墨烯或者諸如VSe2、PtTe2、VS2、或PtSe2等的過渡金屬二硫族化物等等。根據一些實施例，用於形成第一導電輔助層的材料332、用於形成另一第一導電輔助層的材料336、用於形成第二導電輔助層的材料340、和用於形成另一第二導電輔助層的材料344中的至少一者是一導電性2D材料，該導電性2D材料可以是石墨烯或過渡金屬二硫族化物。
因此，能夠形成穿孔結構的一第二導電部分在第二阻障部分上。第二導電部分耦接至電子裝置312，並可以作為攜帶信號的部分。
如第10K圖所示，提供用於形成穿孔結構的一第三阻障部分的一材料346並將其填充至開口320中。如此一來，便能夠形成穿孔結構的第三阻障部分在開口320的剩餘空間中。材料346能夠藉由熱化學氣相沉積製程、電漿輔助化學氣相沉積製程、或任何其他適合的製程來提供。材料346可以是一絕緣性2D材料，例如h-BN或CaF2等等。根據一些實施例，第一阻障部分、第二阻障部分、和第三阻障部分中的至少一者使用一絕緣性2D材料來形成，該絕緣性2D材料可以是h-BN或CaF2等等。
雖然半導體結構的製造方法已經配合所附圖式說明如上，但可以預期，本揭露的製造方法能夠加以調整，以形成不同形態的半導體結構，例如半導體結構100A-100G。此外，本揭露的製造方法能夠與任何穿孔結構製程結合。舉例來說，本揭露
的概念能夠應用在先穿孔(via first)製程、中穿孔(via middle)製程(例如第9A-9N圖的情況)、或後穿孔(via last)製程(例如第10A-10K圖的情況)。
在本揭露中，提供一種包括適用於高頻傳輸的穿孔結構的半導體結構及其製造方法。相較於傳統的穿孔結構或穿孔對結構，包括外部第一導電部分和內部第二導電部分的穿孔結構能夠保證更好的高頻傳輸信號完整性。此外，環形的剖面能夠增加有效導電面積。在一些實施例中，第一導電部分與第二導電部分藉著由絕緣性2D材料形成的第二阻障部分彼此相互隔絕。相較於使用傳統的阻障材料如SiO2、Si3N4、或聚合材料等的情況，在第一導電部分與第二導電部分之間使用由絕緣性2D材料形成的低介電係數阻障部分將更有利於高頻傳輸。在一些實施例中，第一導電部分和第二導電部分具有導電輔助層。由導電性2D材料形成的導電輔助層能夠減少金屬表面的非彈性碰撞，因此能夠進一步地改善導電性。
綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10:基板
20:穿孔結構
100:半導體結構
110:第一導電部分
112:第一導電主體
114:第一導電輔助層
116:第一導電輔助層
120:第二導電部分
122:第二導電主體
124:第二導電輔助層
126:第二導電輔助層
130:第一阻障部分
140:第二阻障部分
150:第三阻障部分
Claims (9)
- 一種半導體結構，包括：一基板；以及一穿孔結構，穿過該基板，該穿孔結構包括：一第一導電部分，該第一導電部分具有環形的一剖面；一第二導電部分，設置在該第一導電部分的內側，該第二導電部分具有環形的一剖面；一第一阻障部分，設置在該第一導電部分的外側；一第二阻障部分，設置在該第一導電部分與該第二導電部分之間；及一第三阻障部分，設置在該第二導電部分的內側；其中該第一阻障部分、該第二阻障部分、和該第三阻障部分中的至少一者包括一絕緣性2D材料；其中該第一導電部分包括：一第一導電主體；及二個第一導電輔助層，分別設置在該第一導電主體的外側和內側；且其中該第二導電部分包括：一第二導電主體；及二個第二導電輔助層，分別設置在該第二導電主體的外側和內側。
- 如請求項1所述之半導體結構，其中該絕緣性2D材料是六方氮化硼(hexagonal BN)或氟化鈣(CaF2)。
- 如請求項1所述之半導體結構，其中該些第一導電輔助層和該些第二導電輔助層中的至少一層包括一導電性2D材料，該導電性2D材料是石墨烯或過渡金屬二硫族化物。
- 如請求項1所述之半導體結構，其中該第一導電部分的該剖面和該第二導電部分的該剖面彼此相互獨立地為圓環形、橢圓環形、三角環形、長方環形、正方環形、或八角環形。
- 如請求項1所述之半導體結構，包括二個相鄰的該穿孔結構，該二個相鄰的穿孔結構的該些第二導電部分彼此相互遠離地設置。
- 如請求項1所述之半導體結構，其中該穿孔結構包括：二或更多個該第二導電部分，彼此相互分離；以及二或更多個該第三阻障部分，分別設置在該二或更多個第二導電部分的內側。
- 如請求項1所述之半導體結構，其中該穿孔結構包括：一第三導電部分，設置在該第二導電部分的內側，該第三導電部分具有環形的一剖面； 一第四導電部分，設置在該第三導電部分的內側，該第四導電部分具有環形的一剖面；該第三阻障部分，設置在該第二導電部分與該第三導電部分之間；一第四阻障部分，設置在該第三導電部分與該第四導電部分之間；及一第五阻障部分，設置在該第四導電部分的內側。
- 一種半導體結構的製造方法，包括：形成一開口穿過一基板；形成一穿孔結構的一第一阻障部分在該開口的側壁上；形成該穿孔結構的一第一導電部分在該第一阻障部分上；形成該穿孔結構的一第二阻障部分在該第一導電部分上；形成該穿孔結構的一第二導電部分在該第二阻障部分上；以及形成該穿孔結構的一第三阻障部分在該開口的剩餘空間中；其中該第一阻障部分、該第二阻障部分、和該第三阻障部分中的至少一者使用一絕緣性2D材料來形成；其中形成該第一導電部分包括：共形地提供用於形成一第一導電輔助層的一材料在該第一阻障部分上；共形地提供用於形成一第一導電主體的一材料在用於形成該第一導電輔助層的該材料上；及 共形地提供用於形成另一第一導電輔助層的一材料在用於形成該第一導電主體的該材料上；且其中形成該第二導電部分包括：共形地提供用於形成一第二導電輔助層的一材料在該第二阻障部分上；共形地提供用於形成一第二導電主體的一材料在用於形成該第二導電輔助層的該材料上；及共形地提供用於形成另一第二導電輔助層的一材料在用於形成該第二導電主體的該材料上。
- 如請求項8所述之半導體結構的製造方法，其中該絕緣性2D材料是六方氮化硼(hexagonal BN)或氟化鈣(CaF2)。
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