[发明专利]一种基于PN结的硅通孔结构及其制作方法

摘要

本发明公开了基于PN结的硅通孔结构，从外到内依次设置为P型半导体衬底、N型掺杂层、介质层和金属柱，P型半导体衬底与N型掺杂层之间形成PN结空间电荷区，N型掺杂层、PN结空间电荷区及P型半导体衬底构成PN结。本发明还公开了该基于PN结的硅通孔结构的制作方法。本发明与传统同轴结构的圆柱形硅通孔相比，其采用N型掺杂层与P型半导体衬底形成PN结，在三维集成电路工作时处于反偏状态，自动实现隔离噪声的作用，达到较高的高频信号完整性。并且本发明的硅通孔结构省去了接地环节，同时减少了金属的使用，提高了热机械可靠性。

主权项

一种基于PN结的硅通孔结构的制作方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、选定衬底(1)；步骤2、采用反应离子法在衬底(1)上刻蚀贯通衬底(1)上下表面的通孔；步骤3、在步骤2刻蚀形成的通孔内表面制备N型掺杂层(3)；步骤4、在步骤3制备的N型掺杂层(3)的内表面制备介质层(4)；步骤5、采用物理气相淀积法在步骤4制备的介质层(4)以内制备金属柱(5)，直至金属柱(5)将衬底(1)中的通孔完全填满为止；步骤6、对衬底(1)和硅通孔的上表面进行化学机械抛光，直到衬底(1)和硅通孔的上表面平整为止，即完成该基于PN结的硅通孔结构的制作；所述步骤4制备的介质层(4)为二氧化硅层、氮化硅层、氮氧化硅层中的一种；当所述介质层(4)为二氧化硅层时，采用的制备工艺为常压化学气相淀积法，且步骤4具体按照以下步骤实施：步骤4.1、将经过步骤3的衬底(1)放入到反应炉中，反应炉的温度保持在240～450℃范围内；步骤4.2、采用计量泵计量硅烷气体，并采用转子流量计计量氧气，使氧气和硅烷气体的流量比不小于3:1；步骤4.3、将硅烷气体加压后输送到汽化炉中，并将氧气输送到鼓泡瓶中，将鼓泡瓶内的反应溶液经恒温加热器加热到340℃‑360℃，氧气在鼓泡瓶中与水蒸气混合后，再通入到预热炉中，并将经过汽化炉的硅烷气体也通入到预热炉中与氧气混合，使硅烷气体和氧气的混合气体达到380～450℃，最后，将硅烷气体和氧气的混合气体通入到反应炉，硅烷气体和氧气的混合气体在反应炉中被吸附到步骤3制备的N型掺杂层(3)的内表面，形成介质层(4)；当所述介质层(4)为氮化硅层时，采用的制备工艺为等离子体增强化学气相沉积法，并且采用硅烷气体和氨气作为反应气体；当所述介质层(4)为氮氧化硅层时，采用的制备工艺为等离子体增强化学气相沉积法，并且采用一氧化二氮气体和硅烷气体作为反应气体。