用于电子系统的高电导率高频通孔技术方案

描述一种在高频具有导电性的穿透硅通孔。在一个示例中，通孔包括经过硅裸晶的至少一部分的通道。第一导电层具有第一电导率。第二导电层覆盖第一导电层的外表面，并且具有比第一电导率要高的第二电导率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】描述一种在高频具有导电性的穿透硅通孔。在一个示例中，通孔包括经过硅裸晶的至少一部分的通道。第一导电层具有第一电导率。第二导电层覆盖第一导电层的外表面，并且具有比第一电导率要高的第二电导率。【专利说明】用于电子系统的高电导率高频通孔
本描述涉及半导体裸晶和封装中使用的导电通孔的领域，以及具体来说，涉及在高频具有增强电导率的通孔。
技术介绍
半导体裸晶通常使用硅衬底来形成。衬底可形成其上构建电路的载体或表面。钻孔、打孔或蚀刻经过硅的通道，以允许硅中一层级的金属接触连接到硅中另一层级。通道称作穿透硅通孔。为了进行电连接，对通孔进行内衬或者填充导电材料、例如铜或铝。通孔按照多种不同方式来使用。一种方式是将衬底一侧上所形成的电路连接到衬底另一侧上的外部连接。这些连接可用于电力或数据。在一些情况下，电路通过相互重叠的多个层来形成，并且通孔用来连接不同层上的电路。 在一些裸晶中，电路最终连接到裸晶顶部的金属通路层(称作正面金属化层)。裸晶在裸晶底部也具有金属通路层，以便连接到插槽、封装衬底或者另外某个结构。金属通路底层称作背面金属化层。正面和背面层使用穿透硅通孔(其在正面与背面之间延伸)连接在一起。 通孔还用于电子和微机械封装中。许多类型的封装具有一个或多个裸晶所附连的衬底。封装衬底具有到一侧上的裸晶的电连接阵列。电连接通常使用焊球或布线焊盘。封装衬底在另一侧上也具有电连接，以便进行到管座、电路板或者另外某个表面的外部接触。在连接阵列之间，存在一个或多个布线层，以便允许裸晶上的点连接到外部点。穿透硅通孔还用来将不同布线层相互连接。 穿透硅通孔(TSV)通常填充有纯金属(例如铜(Cu)、鹤(W)、招(Al)等)。典型TSV的开口中的层叠首先是电介质、例如氧化硅(S12),以便将Si侧壁与金属填充物电隔离。金属扩散阻挡和粘合层(例如T1、TiN、Ta、TaN、Ru、WN等)然后在电介质之上用来防止金属离子从金属填充物扩散到Si衬底中，并且改进TSV中的金属填充物的粘合性。最后，纯金属填充物通过适当沉积过程(例如，电镀、无电镀、CVD、溅射、PVD等或者这些技术的组合)来沉积。 【专利附图】【附图说明】 通过附图、作为举例而不是限制来说明本专利技术的实施例，附图中，相似的参考标号表示相似的元件。 图1是按照本专利技术的一实施例、硅衬底中在高频具有增强电导率的TSV的截面侧视图。 图2A是按照本专利技术的一实施例、硅衬底中在高频具有增强电导率的TSV的截面侧视图。 图2B是图2A的TSV的截面顶视图。 图3是按照本专利技术的一实施例、在高频具有增强电导率的备选TSV的截面顶视图。 图4是按照本专利技术的一实施例、在高频具有增强电导率的备选TSV的截面顶视图。 图5是按照本专利技术的一实施例、在高频具有增强电导率的另一备选TSV的截面顶视图。 图6是按照本专利技术的一实施例、在高频具有增强电导率的另一备选TSV的截面顶视图。 图7A是按照本专利技术的一实施例、硅衬底中在高频具有增强电导率的TSV的一部分的截面侧视图。 图7B是形成包括在高频具有增强电导率的TSV的封装硅裸晶的过程流程图。 图8是按照本专利技术的一实施例、硅衬底中在高频具有增强电导率的使用石墨烯的TSV的一部分的截面侧视图。 图9是按照本专利技术的一个实施例、具有一个或多个TSV的计算机系统的框图。 【具体实施方式】 穿透硅通孔用于射频(RF)裸晶(例如功率放大器、RF前端裸晶和RF收发器)以及用于数字电路(例如中央处理器、基带信号处理器、图形处理器和存储器)。对高频RF传输电路以及对高比特率和高时钟速率数字电路，要求系统的TSV在高频率传送电流或电压。即使对于电源连接，数字或RF电路的高频切换或混合也类似地引起电源信号中的高频瞬变。 对于RF应用，电导体遭受趋肤效应。对越来越高的RF频率，电流主要在导体的外表面区域或表层中传输。因此，导体的有效或有用截面降低，以及导体的电导率降低。较高电阻降低电流，并且产生阻抗，其降低电流对负载和电压的变化的响应性。这对导体的性能并且还对任何所连接电路的性能具有不利影响。 TSV的性能对于一直到并且超过50 Gbit/s的较高传输速率能够得到改进。在高频率、例如高于500 MHz的频率，导体的电阻因趋肤效应而增加，因为电流仅在导体的外围或表层之内传输。新的TSV填充降低趋肤效应。在实施例中，TSV的内部部分或核心填充有诸如Cu、W、Al等的普通金属，而紧接电介质的外部部分由诸如银(Ag)、石墨烯等较低电阻或较高电导率材料层来覆盖。在较低RF频率，电流将填充通孔的普通金属。在较高RF频率，电流将在Ag或石墨烯的较低电阻表层而不再在Cu或W核心中传导。这引起更好的RF性能和降低的功率消耗。 核心金属填充物周围的较低电阻或者较高传导表层改进在较高频率的性能。与用较低电阻材料完全填充通孔也是可能的相比，表层更便宜。对于复合材料、例如石墨烯，形成表层比填充通孔要容易许多。对于直径大小超过大约I μ m的通孔，当前石墨烯沉积技术、例如CVD(化学汽相沉积)不允许填充这种大面积。 虽然本文的示例在半导体裸晶和封装衬底的硅通孔的上下文中提供，但是本专利技术并不局限于此。本文所述的结构和技术可适用于封装衬底、印刷电路板和其它材料的其它类型的通孔。另外，它们可适用于贯穿封装材料(例如内层电介质、顶层电介质)和模塑化合物的通孔。诸如WLB (晶圆级球栅阵列封装)的穿透模塑通孔(TMV)。 图1是硅衬底103中的TSV 101的截面侧视图。这个示例中的硅衬底具有晶体管层105，其在衬底之上随晶体管107以及其它有源和无源装置所形成的电路来形成。这个层有时称作FEOL(线路前端)。衬底具有晶体管和其它装置之上的电介质盖层109。正面电介质111在晶体管之上形成，以及形成正面金属化113以与在晶体管层105中提供的特定接触区域相连接。金属化通常形成晶体管顶部的一个或多个不同布线层，其通过正面电介质111与晶体管绝缘。 整个结构由电介质盖层109来覆盖，以及根据具体实现也可使用其它层。在硅衬底103的相对侧，电介质背面隔离层115在衬底103的背面之上形成。背面金属化层117在电介质层之上形成。正面金属化层和背面金属化层使用如所示的通孔101耦合在一起。虽然示出硅衬底，但是衬底可由多种其它电介质或金属材料来制成。作为对如所示的裸晶衬底的一个备选方案，衬底可以是封装、电路板或者另外某个结构的一部分。备选地，通孔可以仅经过无论是由沉积层或材料或模塑化合物所制成的电介质盖。 在图1的简图中，示出单个通孔101，以免影响对本专利技术的理解。但是，取决于具体实现，半导体电路裸晶可具有数百或数千个通孔。TSV 101具有中心铜填充121。内部铜填充具有外表面，其由外层123(其由较高导电材料所形成)来包围。这也可被认为是表层123,因为它形成围绕内层的导电表层。表层还支持经过趋肤效应的传导。表层123的外侧由电介质隔尚层125包围，以便将导电层121、123与娃衬底103隔尚。 如所示，TSV的内部部分或核心填充有普通金属、例如铜或钨，而外部部分由较低电阻层来覆盖。虽然提出银和石墨烯作为用于外层的可能材料，但本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将第一金属层连接到第二金属层的导电通孔，所述通孔包括：经过材料的至少一部分的通道；贯穿所述通孔的第一导电层，所述第一导电层具有外表面和第一电导率；以及覆盖所述第一导电层的所述外表面的第二导电层，所述第二导电层具有比所述第一电导率要高的第二电导率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：HJ巴思，R马恩科普夫，W莫尔泽，H戈斯纳，C米勒，
申请(专利权)人：英特尔IP公司，
类型：发明
国别省市：美国;US