[发明专利]硅通孔互联结构及其制备方法以及硅通孔射频传输结构

说明书

技术领域

本发明涉及集成封装、信号传输领域，具体涉及一种硅通孔互联结构及其制备方法以及硅通孔射频传输结构。

背景技术

在复杂的战场电磁环境下，如何更好的发挥电子信息装备的作用，达到良好的作战效能变得更加困难，对电子信息装备的智能化、小型化、轻量化提出了更高的要求。

TSV(through silicon via)技术是穿透硅通孔技术的缩写，一般简称硅通孔技术，是三维集成电路中堆叠芯片实现互连的一种技术解决方案。TSV技术具有小体积、高密度、高集成度、互连延时小等优点，可以替代基于金属腔体或者低温共烧陶瓷LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic)的传统混合集成模块，极大地缩小模块的体积，减少重量，是当前射频系统集成化、小型化发展的主流方向。

但是传统的全铜填充硅通孔由于铜本身应力较大，同时传统的垂直互联硅通孔结构基于(地-信号-地)GSG结构，垂直方向的射频性能不佳，特别是高频性能。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明的第一个目的在于提供一种硅通孔互联结构，实现垂直贯穿微电子芯片体内的电互连通路，支持芯片级三维层叠集成与封装的同时，解决传统的全铜填充TSV应力较大、高频传输性能不佳的缺点，实现高可靠性、低损耗的射频垂直互联结构。

本发明的第二个目的在于提供一种硅通孔射频传输结构，其能够提高基于硅通孔设计的传输结构的射频传输性能，实现高频传输或者在多道射频系统中减少通道间的信号干扰。

本发明的第三个目的在于提供一种硅通孔互联结构的制备方法，其工艺简单，制备出的射频传输结构可靠性高、一致性好。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种硅通孔互联结构，包括贯穿于硅衬底的硅通孔、设置于硅通孔的侧壁上的绝缘层、设置于绝缘层表面的金属铜层以及设置于金属铜层表面的钝化层，绝缘层、金属铜层和钝化层形成以硅通孔的中心线为轴线的同轴结构。

射频信号在传输过程中具有趋肤效应，随着传输信号频率的增加，信号传输越趋向于介质表面传输。本发明的硅通孔互联结构其在硅衬底上形成中空的硅通孔，射频信号在传输的过程中则趋向于孔的内表面传输。根据电磁场原理来看，孔内部的磁场远远小于孔外部的磁场，因此，孔内部传输相对于孔外部传输受磁场干扰因素影响也会明显减小，而更有利于信号传输。同时，本发明硅通孔内部表面传输介质层是空气，而外部表面传输介质面是二氧化硅层，空气介质层相对二氧化硅介质层受工艺以及外部因素影响小的多。因此，本发明内部表面传输相对现有硅通孔技术通过外部表面传输而言，受绝缘介质层因素影响也会明显减小。

而且，由于硅的热膨胀系数为2.5，常用的电镀铜的热膨胀系数是17，两者相差非常大，因此硅与铜的热匹配是很差的，在实际应用中，互联芯片往往都会产生热量，必须考虑硅通孔随温度变化时产生的热应力。本发明的硅通孔互联结构，其金属铜层附着在硅通孔的侧壁，其厚度远远小于实心填充的铜，相应地，产生的热应力变化也远小于实心填充铜的硅通孔，因此，本发明的硅通孔互联结构信号传输性能，尤其是射频传输性能更佳，传输更稳定。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述绝缘层的材质为二氧化硅。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述钝化层的材质为金。

本发明在导电金属铜层的表面设置钝化层，起到保护金属铜层的作用，避免铜被污染，从而影响传输效果。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述金属铜层的厚度为6-15μm。

与实心填充铜的硅通孔相比，本发明的金属铜层仅为6-15μm(一般硅通孔的孔径为40-300μm)，所用的铜含量远小于实心填充铜的硅通孔，因此，在确保正常工作的前提下，本发明的硅通孔互联结构的数量可以明显高于现有实心填充铜的硅通孔的数量，从而具有更好的稳定性、更加优良的传输性能。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述硅通孔为垂直孔或锥形孔。

一种硅通孔射频传输结构，包括：硅衬底以及上述的多个硅通孔互联结构，多个硅通孔互联结构设置于硅衬底上。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，多个硅通孔互联结构在硅衬底上形成以其中一个硅通孔互联结构为圆心、其余硅通孔互联结构分布在圆心周围的类同轴结构。