一种屏蔽差分硅通孔结构及制作方法技术

本发明专利技术属于涉及一种屏蔽差分硅通孔结构及制作方法。一种屏蔽差分硅通孔结构，其从上往下依次为顶层介质层、硅衬底和底层介质层。一种屏蔽差分硅通孔结构的制备方法，包括(1)在硅衬底上刻蚀环形盲槽；(2)制备第一介质层；(3)制备屏蔽层；(4)刻蚀盲孔；(5)制备第二介质层；(6)制备差分线；(7)制备顶层介质层；(8)在顶层介质层上刻蚀环形槽和两个圆柱形孔；(9)制备顶层互连屏蔽层和顶层互连差分线；(10)将硅衬底减薄；(11)去除表层损伤层；(12)制备底层介质层；(13)在底层介质层上刻蚀环形槽和两个圆柱形孔；(14)制备底层互连屏蔽层和底层互连差分线。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于三维集成电路领域，具体涉及一种屏蔽差分硅通孔结构及制作方法。
技术介绍
三维集成电路(3DIC)具有封装密度高、噪声免疫强、功率损耗小、工作速度高和能实现不同工艺间的异质集成(逻辑，存储器，射频，模拟等等)的优点，并能克服许多传统平面集成电路面临的物理的、工艺的和电的限制。在三维集成电路中，大量的同质或异质的芯片层叠起来，并且使用硅通孔(TSV)作为芯片间的垂直导电通道。这些硅通孔已经成为影响三维集成电路整体性能的关键组件。根据信号的传输方式，硅通孔可分为单端硅通孔和差分信号硅通孔。单端硅通孔包括信号-地硅通孔对(其中一根用作信号传输，另一根作为其返回通路)和同轴硅通孔(其中内部导体用作信号传输，外面的金属环作为其返回通路)。信号-地硅通孔对结构简单，容易加工实现，成本低。同轴硅通孔具有传输损耗小和能有效抑制耦合噪声的优点。然而，它们均不能传输差分信号，所以不能应用于高速三维集成电路。在实际应用中，为了保证高速信号的信号完整性，差分信号技术通常被使用在高速I/O通道。因此，差分硅通孔将成为高速三维集成电路的一个必要组件，它需要使用两根信号硅通孔传输差分信号且其他硅通孔作为其返回通路。学者们已经成功的加工和测试了地-信号-信号-地(Ground-Signal-Signal-Ground,GSSG)形式的差分硅通孔，并且提出了它的等效电路模型。而然，在高密度硅通孔阵列中，由于周围硅通孔状态的不确定性，采用GSSG形式的差分硅通孔不可避免的会受到差模噪声干扰，致使其传输的差分信号严重恶化，尤其是在高频段。另外，这种形式的差分硅通孔还存在传输损耗大的缺点。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本专利技术的第一个目的在于公开一种屏蔽差分硅通孔结构。本专利技术的第二个目的在于公开一种屏蔽差分硅通孔结构的制备方法。技术方案：一种屏蔽差分硅通孔结构，包括顶层介质层、顶层互连屏蔽层、顶层互连差分线、硅衬底、第一介质层、屏蔽层、第二介质层、差分线、底层介质层、底层互连屏蔽层和底层互连差分线：差分硅通孔结构从上往下依次为顶层介质层、硅衬底和底层介质层；所述顶层介质层设有呈环形通槽分布的顶层互连屏蔽层，所述顶层互连屏蔽层内侧设有两个呈圆柱形通孔分布的顶层互连差分线；所述硅衬底设有呈环形通槽分布的屏蔽层，在所述屏蔽层的内侧设有两个呈圆柱形通孔分布的差分线，在所述屏蔽层与所述硅衬底之间设有第一介质层，在所述差分线与所述硅衬底之间设有第二介质层；所述底层介质层设有呈环形通槽分布的底层互连屏蔽层，所述底层互连屏蔽层内侧设有两个呈圆柱形通孔分布的底层互连差分线；所述顶层互连屏蔽层、所述屏蔽层、所述底层互连屏蔽层依次相连；所述顶层互连差分线、所述差分线、所述底层互连差分线依次相连。进一步地，所述两个顶层互连差分线关于顶层互连屏蔽层中心线中心对称。进一步地，所述两个差分线关于屏蔽层中心线中心对称。进一步地，所述两个底层互连差分线关于底层互连屏蔽层中心线中心对称。作为本专利技术中一种屏蔽差分硅通孔结构的一种优选方案：所述顶层互连屏蔽层为铜层、钨层或多晶硅层，所述顶层互连差分线为铜线、钨线或多晶硅线。作为本专利技术中一种屏蔽差分硅通孔结构的一种优选方案：所述屏蔽层为铜层、钨层或多晶硅层，所述差分线为铜线、钨线或多晶硅线。作为本专利技术中一种屏蔽差分硅通孔结构的一种优选方案：所述第一介质层为二氧化硅层、氮化硅层或有机聚合物苯并环丁烯层，所述第二介质层为二氧化硅层、氮化硅层或有机聚合物苯并环丁烯层。作为本专利技术中一种屏蔽差分硅通孔结构的一种优选方案：所述底层互连屏蔽层为铜层、钨层或多晶硅层，所述底层互连差分线为铜线、钨线或多晶硅线。一种屏蔽差分硅通孔结构的制备方法，包括以下步骤：(1)在硅衬底上通过反应离子的方式刻蚀环形盲槽；(2)在步骤(1)所述环形盲槽的内表面通过等离子体增强化学汽相淀积或次常压化学气相淀积制备第一介质层；(3)在步骤(2)第一介质层表面通过电化学淀积或化学气相淀积法制备屏蔽层并进行化学机械抛光；(4)在步骤(3)所述屏蔽层内部硅衬底上通过反应离子的方式刻蚀两个圆柱形盲孔；(5)在步骤(4)两个圆柱形盲孔表面通过等离子体增强化学汽相淀积或次常压化学气相淀积制备第二介质层；(6)在步骤(5)第二介质层表面通过电化学淀积或化学气相淀积法制备差分线并进行化学机械抛光；(7)在步骤(6)化学机械抛光后表面上通过化学气相淀积制备顶层介质层；(8)在步骤(7)所述顶层介质层上通过反应离子的方式同时刻蚀环形槽和两个圆柱形孔直至屏蔽层和差分线完全露出为止；(9)在步骤(8)所述环形槽和两个圆柱形孔内通过电化学淀积或化学气相淀积法制备顶层互连屏蔽层和顶层互连差分线并进行化学机械抛光；(10)将硅衬底翻转在其背面通过粗研磨和细研磨将硅衬底减薄直至露出屏蔽层和差分线为止；(11)在步骤(10)硅衬底背面减薄后表面上通过干法或湿法刻蚀去除表层的损伤层；(12)在步骤(11)去除表层损伤层的硅衬底表面上通过化学气相淀积制备底层介质层；(13)在步骤(12)所述底层介质层上通过反应离子的方式同时刻蚀环形槽和两个圆柱形孔直至屏蔽层和差分线完全露出为止；(14)在步骤(13)所述环形槽和两个圆柱形孔内通过电化学淀积或化学气相淀积法制备底层互连屏蔽层和底层互连差分线并进行化学机械抛光。有益效果：本专利技术公开的一种屏蔽差分硅通孔结构及制作方法具有以下有益效果：1、本专利技术和普通单端同轴型硅通孔的工艺步骤相同，不需要额外的工艺步骤，成本低；2、可抑制差模噪声干扰；3、传输损耗小；4、本专利技术属于封闭结构，内部差分传输线对周围其他硅通孔的电磁特性影响小，可简化电磁隔离设计，提高芯片面积的利用率以及三维集成电路的整体性能。附图说明图1a为本专利技术公开的一种屏蔽差分硅通孔结构的侧视图；图1b为本专利技术公开的一种屏蔽差分硅通孔结构的俯视图；图2a～13a为一种屏蔽差分硅通孔结构的制备方法的工艺流程示意图；图2b～13b为一种屏蔽差分硅通孔结构的制备方法的工艺流程示意图；其中：101-顶层介质层102-顶层互连屏蔽层103-顶层互连差分线201-硅衬底...

【技术保护点】
一种屏蔽差分硅通孔结构，其特征在于，包括顶层介质层、顶层互连屏蔽层、顶层互连差分线、硅衬底、第一介质层、屏蔽层、第二介质层、差分线、底层介质层、底层互连屏蔽层和底层互连差分线：差分硅通孔结构从上往下依次为顶层介质层、硅衬底和底层介质层；所述顶层介质层设有呈环形通槽分布的顶层互连屏蔽层，所述顶层互连屏蔽层内侧设有两个呈圆柱形通孔分布的顶层互连差分线；所述硅衬底设有呈环形通槽分布的屏蔽层，在所述屏蔽层的内侧设有两个呈圆柱形通孔分布的差分线，在所述屏蔽层与所述硅衬底之间设有第一介质层，在所述差分线与所述硅衬底之间设有第二介质层；所述底层介质层设有呈环形通槽分布的底层互连屏蔽层，所述底层互连屏蔽层内侧设有两个呈圆柱形通孔分布的底层互连差分线；所述顶层互连屏蔽层、所述屏蔽层、所述底层互连屏蔽层依次相连；所述顶层互连差分线、所述差分线、所述底层互连差分线依次相连。

【技术特征摘要】
1.一种屏蔽差分硅通孔结构，其特征在于，包括顶层介质层、
顶层互连屏蔽层、顶层互连差分线、硅衬底、第一介质层、屏蔽层、
第二介质层、差分线、底层介质层、底层互连屏蔽层和底层互连差分
线：
差分硅通孔结构从上往下依次为顶层介质层、硅衬底和底层介质
层；
所述顶层介质层设有呈环形通槽分布的顶层互连屏蔽层，所述顶
层互连屏蔽层内侧设有两个呈圆柱形通孔分布的顶层互连差分线；
所述硅衬底设有呈环形通槽分布的屏蔽层，在所述屏蔽层的内侧
设有两个呈圆柱形通孔分布的差分线，在所述屏蔽层与所述硅衬底之
间设有第一介质层，在所述差分线与所述硅衬底之间设有第二介质
层；
所述底层介质层设有呈环形通槽分布的底层互连屏蔽层，所述底
层互连屏蔽层内侧设有两个呈圆柱形通孔分布的底层互连差分线；
所述顶层互连屏蔽层、所述屏蔽层、所述底层互连屏蔽层依次相
连；
所述顶层互连差分线、所述差分线、所述底层互连差分线依次相
连。
2.根据权利要求1所述的一种屏蔽差分硅通孔结构，其特征在
于，所述两个顶层互连差分线关于顶层互连屏蔽层中心线中心对称。
3.根据权利要求1所述的一种屏蔽差分硅通孔结构，其特征在
于，所述两个差分线关于屏蔽层中心线中心对称。
4.根据权利要求1所述的一种屏蔽差分硅通孔结构，其特征在
于，所述两个底层互连差分线关于底层互连屏蔽层中心线中心对称。
5.根据权利要求1所述的一种屏蔽差分硅通孔结构，其特征在
于，所述顶层互连屏蔽层为铜层、钨层或多晶硅层，所述顶层互连差
分线为铜线、钨线或多晶硅线。
6.根据权利要求1所述的一种屏蔽差分硅通孔结构，其特征在
于，所述屏蔽层为铜层、钨层或多晶硅层，所述差分线为铜线、钨线
或多晶硅线。
7.根据权利要求1所述的一种屏蔽差分硅通孔结构，其特征在
于，所述第一介质层为二氧化硅层、氮化硅层或有机聚合物苯并环丁
烯层，所述第二介质层为二氧化硅层、氮化硅层或有机聚合物苯并环
丁烯层。...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢启军，朱樟明，丁瑞雪，李跃进，杨银堂，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61