用于電子系統的高電導率高頻通孔的制作方法
【專利摘要】描述一種在高頻具有導電性的穿透硅通孔。在一個示例中，通孔包括經過硅裸晶的至少一部分的通道。第一導電層具有第一電導率。第二導電層覆蓋第一導電層的外表面，并且具有比第一電導率要高的第二電導率。
【專利說明】用于電子系統的高電導率高頻通孔
【技術領域】
[0001]本描述涉及半導體裸晶和封裝中使用的導電通孔的領域，以及具體來說，涉及在高頻具有增強電導率的通孔。
【背景技術】
[0002]半導體裸晶通常使用硅襯底來形成。襯底可形成其上構建電路的載體或表面。鉆孔、打孔或蝕刻經過硅的通道，以允許硅中一層級的金屬接觸連接到硅中另一層級。通道稱作穿透硅通孔。為了進行電連接，對通孔進行內襯或者填充導電材料、例如銅或鋁。通孔按照多種不同方式來使用。一種方式是將襯底一側上所形成的電路連接到襯底另一側上的外部連接。這些連接可用于電力或數據。在一些情況下，電路通過相互重疊的多個層來形成，并且通孔用來連接不同層上的電路。
[0003]在一些裸晶中，電路最終連接到裸晶頂部的金屬通路層(稱作正面金屬化層)。裸晶在裸晶底部也具有金屬通路層，以便連接到插槽、封裝襯底或者另外某個結構。金屬通路底層稱作背面金屬化層。正面和背面層使用穿透硅通孔(其在正面與背面之間延伸)連接在一起。
[0004]通孔還用于電子和微機械封裝中。許多類型的封裝具有一個或多個裸晶所附連的襯底。封裝襯底具有到一側上的裸晶的電連接陣列。電連接通常使用焊球或布線焊盤。封裝襯底在另一側上也具有電連接，以便進行到管座、電路板或者另外某個表面的外部接觸。在連接陣列之間，存在一個或多個布線層，以便允許裸晶上的點連接到外部點。穿透硅通孔還用來將不同布線層相互連接。
[0005]穿透硅通孔(TSV)通常填充有純金屬(例如銅(Cu)、鶴(W)、招(Al)等)。典型TSV的開口中的層疊首先是電介質、例如氧化硅(S12),以便將Si側壁與金屬填充物電隔離。金屬擴散阻擋和粘合層(例如T1、TiN、Ta、TaN、Ru、WN等)然后在電介質之上用來防止金屬離子從金屬填充物擴散到Si襯底中，并且改進TSV中的金屬填充物的粘合性。最后，純金屬填充物通過適當沉積過程(例如，電鍍、無電鍍、CVD、濺射、PVD等或者這些技術的組合)來沉積。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006]通過附圖、作為舉例而不是限制來說明本發明的實施例，附圖中，相似的參考標號表示相似的元件。
[0007]圖1是按照本發明的一實施例、硅襯底中在高頻具有增強電導率的TSV的截面側視圖。
[0008]圖2A是按照本發明的一實施例、硅襯底中在高頻具有增強電導率的TSV的截面側視圖。
[0009]圖2B是圖2A的TSV的截面頂視圖。
[0010]圖3是按照本發明的一實施例、在高頻具有增強電導率的備選TSV的截面頂視圖。
[0011]圖4是按照本發明的一實施例、在高頻具有增強電導率的備選TSV的截面頂視圖。
[0012]圖5是按照本發明的一實施例、在高頻具有增強電導率的另一備選TSV的截面頂視圖。
[0013]圖6是按照本發明的一實施例、在高頻具有增強電導率的另一備選TSV的截面頂視圖。
[0014]圖7A是按照本發明的一實施例、硅襯底中在高頻具有增強電導率的TSV的一部分的截面側視圖。
[0015]圖7B是形成包括在高頻具有增強電導率的TSV的封裝硅裸晶的過程流程圖。
[0016]圖8是按照本發明的一實施例、硅襯底中在高頻具有增強電導率的使用石墨烯的TSV的一部分的截面側視圖。
[0017]圖9是按照本發明的一個實施例、具有一個或多個TSV的計算機系統的框圖。
【具體實施方式】
[0018]穿透硅通孔用于射頻(RF)裸晶(例如功率放大器、RF前端裸晶和RF收發器)以及用于數字電路(例如中央處理器、基帶信號處理器、圖形處理器和存儲器)。對高頻RF傳輸電路以及對高比特率和高時鐘速率數字電路，要求系統的TSV在高頻率傳送電流或電壓。即使對于電源連接，數字或RF電路的高頻切換或混合也類似地引起電源信號中的高頻瞬變。
[0019]對于RF應用，電導體遭受趨膚效應。對越來越高的RF頻率，電流主要在導體的外表面區域或表層中傳輸。因此，導體的有效或有用截面降低，以及導體的電導率降低。較高電阻降低電流，并且產生阻抗，其降低電流對負載和電壓的變化的響應性。這對導體的性能并且還對任何所連接電路的性能具有不利影響。
[0020]TSV的性能對于一直到并且超過50 Gbit/s的較高傳輸速率能夠得到改進。在高頻率、例如高于500 MHz的頻率，導體的電阻因趨膚效應而增加，因為電流僅在導體的外圍或表層之內傳輸。新的TSV填充降低趨膚效應。在實施例中，TSV的內部部分或核心填充有諸如Cu、W、Al等的普通金屬，而緊接電介質的外部部分由諸如銀(Ag)、石墨烯等較低電阻或較高電導率材料層來覆蓋。在較低RF頻率，電流將填充通孔的普通金屬。在較高RF頻率，電流將在Ag或石墨烯的較低電阻表層而不再在Cu或W核心中傳導。這引起更好的RF性能和降低的功率消耗。
[0021]核心金屬填充物周圍的較低電阻或者較高傳導表層改進在較高頻率的性能。與用較低電阻材料完全填充通孔也是可能的相比，表層更便宜。對于復合材料、例如石墨烯，形成表層比填充通孔要容易許多。對于直徑大小超過大約I μ m的通孔，當前石墨烯沉積技術、例如CVD(化學汽相沉積)不允許填充這種大面積。
[0022]雖然本文的示例在半導體裸晶和封裝襯底的硅通孔的上下文中提供，但是本發明并不局限于此。本文所述的結構和技術可適用于封裝襯底、印刷電路板和其它材料的其它類型的通孔。另外，它們可適用于貫穿封裝材料(例如內層電介質、頂層電介質)和模塑化合物的通孔。諸如WLB (晶圓級球柵陣列封裝)的穿透模塑通孔(TMV)。
[0023]圖1是硅襯底103中的TSV 101的截面側視圖。這個示例中的硅襯底具有晶體管層105，其在襯底之上隨晶體管107以及其它有源和無源裝置所形成的電路來形成。這個層有時稱作FEOL(線路前端)。襯底具有晶體管和其它裝置之上的電介質蓋層109。正面電介質111在晶體管之上形成，以及形成正面金屬化113以與在晶體管層105中提供的特定接觸區域相連接。金屬化通常形成晶體管頂部的一個或多個不同布線層，其通過正面電介質111與晶體管絕緣。
[0024]整個結構由電介質蓋層109來覆蓋，以及根據具體實現也可使用其它層。在硅襯底103的相對側，電介質背面隔離層115在襯底103的背面之上形成。背面金屬化層117在電介質層之上形成。正面金屬化層和背面金屬化層使用如所示的通孔101耦合在一起。雖然示出硅襯底，但是襯底可由多種其它電介質或金屬材料來制成。作為對如所示的裸晶襯底的一個備選方案，襯底可以是封裝、電路板或者另外某個結構的一部分。備選地，通孔可以僅經過無論是由沉積層或材料或模塑化合物所制成的電介質蓋。
[0025]在圖1的簡圖中，示出單個通孔101，以免影響對本發明的理解。但是，取決于具體實現，半導體電路裸晶可具有數百或數千個通孔。TSV 101具有中心銅填充121。內部銅填充具有外表面，其由外層123(其由較高導電材料所形成)來包圍。這也可被認為是表層123,因為它形成圍繞內層的導電表層。表層還支持經過趨膚效應的傳導。表層123的外側由電介質隔尚層125包圍，以便將導電層121、123與娃襯底103隔尚。
[0026]如所示，TSV的內部部分或核心填充有普通金屬、例如銅或鎢，而外部部分由較低電阻層來覆蓋。雖然提出銀和石墨烯作為用于外層的可能材料，但是根據具體實現可使用多種其它較低電阻材料的任一種。另外，其它導電材料可代替銅用于內填充層。因為內層具有比外層要高的電阻，所以通過趨膚效應所造成的對較高頻率的電導率的損失通過外層的較高電導率來克服。
[0027]例如圖1所示的TSV可按照多種不同方式的任一種來形成。在一個示例中，首先蝕刻、打孔或鉆孔經過硅的TSV。通常，TSV將具有從I至50微米的直徑，但是可以更小或更大。這然后填充有諸如Si02、Si3N4、SiC或SiCN之類的電介質或者任何其它適當電介質，以便將硅襯底與TSV金屬隔離。隨后，較低電阻表層(在這個示例中為銀或石墨烯)施加在電介質之上。如上所述，這個表層在較高頻率來傳輸電流或信號。最后，核心導體或金屬填充物沉積到TSV的核心中。導體可以是諸如銅或鎢或鋁之類的金屬或者諸如摻雜多晶硅或另一種其它材料的一些其它導電填充物。
[0028]圖2A示出一備選實施例，其中多個圓筒或管狀金屬填充層233在單個通孔201的區域中形成。金屬填充管的兩側由較低電阻材料235來覆蓋。管的中心可填充有電介質，或者它可保持為空氣隙。
[0029]圖2A是與圖1相似的通孔201的截面側視圖的簡圖。通孔經過硅襯底203來形成，硅襯底203具有正面209和背面215電介質蓋層。有源電路207在硅襯底203之上形成，并且通過正面電介質211來絕緣。金屬化層213、217在硅襯底的任一側上形成，并且這些金屬化層通過通孔201連接在一起。在這個示例中，圓筒電介質層231在通孔的中間形成，并且這采用具有圍繞電介質的圓形截面的金屬填充物233來包圍。較低電阻表層235處于圓筒金屬層外側上并且還處于圓筒層內側237上。電介質225包圍所有導電層。
[0030]圖2B是沿圖2A的線條2B所截取的同一通孔201的截面頂視圖的簡圖。在這里能夠看到，能夠通過首先創建電介質層225，然后將外表層235施加到通孔，來形成該通孔。共形金屬沉積233然后能夠沉積到剩余通孔，從而在通孔201的中心形成圓筒孔。這個孔可采用第二高導電內表層237來加內襯。通孔的剩余開放區域可填充有電介質231或者保持為空氣隙。在普通金屬的管的內側和外側上形成的較高導電材料的圓筒管提供標準金屬填充物上的兩個表層。然后利用趨膚效應，以獲得普通金屬層233的內側和外側上的較高電導率。材料的這些同心環允許經過整個通孔的快速電導率和高頻信號傳輸。
[0031]如圖2B和后續附圖的一部分所示，使用圓筒或管狀金屬填充物。金屬填充物的圓筒或管的兩側、即外表面和內表面均由較低電阻或者較高導電材料(例如Ag、石墨烯等)來覆蓋。圓筒或管的中心可填充有電介質材料，或者它可保持為空氣隙。
[0032]圖3是圖2B的通孔的一備選實施例的截面頂視圖的簡圖。在圖2B的示例中，中央核心231填充有電介質或者保持為空氣隙。這個中心電介質區域由導電材料的同心環237、233、235來包圍。在圖3的示例中，通孔301填充有電介質層325和導電外表層335。金屬填充層333和較高導電內表層337。圖3示出圓筒或管狀的導體填充有均由較低電阻材料來覆蓋的內和外表面。
[0033]如同圖2B的示例中一樣，導電材料的這些同心環的內核心沒有填充導電金屬(例如銅)。這個內圓筒區域331而是填充有一組碳納米管341。碳納米管是高導電和低成本結構，但是它們的形成成本很高。導電通孔的核心331的大的中心區域和高的圓筒壁提供用于生長碳納米管341的有利環境。碳納米管的高電導率可用來明顯改進在較高頻率的通孔的電導率。
[0034]圖4是與圖2B和圖3相似的通孔401的截面頂視圖的簡圖。在圖4的示例中，圓筒或管狀導體填充金屬具有由較低電阻材料所覆蓋的內和外表面。中心填充有電介質(隔離)材料或空氣隙。較高和較低導電材料的多個同心環在通孔中形成，以便提供更大面積、即更多表層以供趨膚效應經過通孔傳導電流。在圖4的示例中，通孔首先涂敷有電介質隔離層425，然后較高導電金屬443的連續層之后接著較低導電金屬445層。填充金屬445的每個管在其內和外表面由表層來包圍。連續填充金屬管的表層由電介質441層或管來分隔。在內和外表面由高導電表層443所包圍的導電圓筒管445創建一組屏蔽傳輸線,其圍繞中央核心431是同心的。中央核心431可包含空氣、電介質或者如同圖3的示例中一樣的碳納米管束或者一些其它填充。
[0035]圖5示出采用電介質隔離層541來加內襯的通孔501的備選截面頂視圖。雖然圖4的示例使用帶有內側和外側上的表層以及其之間的電介質隙的一組單獨金屬管，但是在圖5的示例中，較高導電和較低導電層簡單地從通孔的外徑朝其內核心531交替。如所示，第一導電層是高導電層543。這包圍較低導電金屬圓筒管545。這包圍另一個較低導電層543，其包圍另一個較高導電層545。因此，在任一側上存在由四個較高導電低電阻表層543所包圍的三個導電圓筒管。如同先前不例中一樣，中心531可填充有電介質或一些其它材料。
[0036]在圖6、即圓筒通孔601的截面頂視圖的示例中，通孔具有通過電介質外層625所隔離的高和低電導率材料643、645的交替層。但是，在通孔中心，存在具有較高導電表層的中央核心647的一個或多個導電圓筒管645。具有低電阻表面層的多層管填充通過電介質隔離層與Si襯底分隔的通孔。圖2B、圖3、圖4、圖5和圖6的示例提供將表層施加到金屬填充物的各個備選方案或實施例。表層可在相鄰銅層之間共享，以及表層可從正中間進入外環。中央核心可填充有碳納米管束、通過電介質或者通過又一種金屬填充物來填充。取決于具體實現，也可使用與所示或所述相似的其它變化。各變化提供不同成本和有益效果，并且根據通孔的大小、傳輸的頻率和其它因素可以是優選的。
[0037]圖7A是示出在制造過程中可如何構建層的通孔的一部分的截面側視圖。外層703是硅襯底，其按照多種常規方式的任一種來形成。首先通過將穿透硅通孔(TSV)蝕刻到硅襯底中，來形成通孔。這在圖7B的流程圖中示為框751。在已經蝕刻通孔之后，在753沉積電介質隔離層725。電介質可以是二氧化硅或者多種其它可能電介質的任一種。它可使用CVD(化學汽相沉積)或者任何其它適當技術來沉積。如在例如圖2B的截面圖中所示，電介質在蝕刻硅通孔的內壁上沉積。在755，可選金屬阻擋層施加到電介質層。金屬阻擋層在圖7A中示為層713，金屬阻擋層可以是多種不同金屬的任一種，例如T1、TiN、Ta、TaN、Ru、WN等，通過PVD (物理汽相沉積)、CVD (化學汽相沉積)、ALD (原子層沉積)等來沉積。金屬阻擋層用來阻塞離子從金屬遷移到硅襯底中，它還用作用于沉積在其上的導電金屬層的籽晶層。
[0038]在757，沉積表層。如上所述，表層735是作為相對金屬阻擋層施加為薄層的較高電導率低電阻層。可例如通過銀電鍍、無電鍍、PVD、ALD或者按照多種其它方式的任一種，來施加表層。在759，將填充金屬733填充到通孔中。這可通過金屬(例如銅)電鍍、CVD或者按照多種方式的任一種來執行。如上所述，填充金屬具有比表層金屬要低的電導率。
[0039]在761，金屬和阻擋層使用例如化學機械平面化(CMP)過程來平面化。這個過程可貫穿填充金屬、表層和阻擋層，并且然后在電介質隔離層停止。在763，電介質擴散阻擋層可沉積在電介質上，以防止TSV的金屬填充物所提供的金屬離子擴散。可沉積不同擴散阻擋層，包括 SiC、SiCN、Si3N4 等。
[0040]在765，可例如采用二氧化硅、低或超低K電介質沉積等，來執行又一 Ml電介質沉積操作。在767，可執行Ml層單鑲嵌(damascene)構建。這可涉及施加阻擋層籽晶和金屬(例如銅)填充物，以用于接觸表層和TSV金屬填充物。在769，執行任何附加正面處理。后續多級互連疊層制造可進行，以便將一直到最終純化和接點開口級的附加級施加到晶圓的正面。
[0041]在771，首先通過背面研磨或者化學機械平面化以暴露TSV中的填充物和表層，來處理晶圓的背面。在773，沉積背面電介質，例如二氧化硅。在775，TSV的填充金屬和表層外露，以及在777，施加背面金屬化層以將TSV填充金屬與接觸焊盤、金屬線或其它結構(通過其能夠進行到外部組件的連接)相連接。在779，裸晶通過任何其它附加層或其它材料來完成，以及在781，裸晶通過到襯底的附連、通過密封、通過覆蓋或者通過任何其它預期方式來封裝。所產生的成品裸晶具有高導電高頻率穿透硅通孔。
[0042]圖8示出圖7A的制作的備選方案，其中成核層815用于表層835與金屬阻擋層813之間。如同圖7A的示例中一樣，已形成經過硅襯底的通孔。通孔的外壁采用電介質隔離層825來加內襯。可選阻擋層813施加到電介質825。但是，不要求這個金屬阻擋層以實現本文所述的高頻電導率。例如鎳或銅815的成核層然后施加到金屬阻擋層。這個層可用于催化成核，并且改進石墨烯沉積。催化成核過程在圖7B的756示出。在施加成核層之后，在757施加低電阻表層835。在石墨烯表層的情況下，成核層充當籽晶層，以支持或實現成核層上的石墨烯的生長。其它表層也可施加于成核層之上，這取決于具體實現。在757施加了表層835之后，通孔可填充有金屬833，如上所述。裸晶可使用圖7B所示和所述的所有操作來完成。圖7B的過程可修改成包括創建如圖3、圖4、圖5和圖6的示例所示的附加表層和金屬填充層，這取決于具體實現。
[0043]石墨烯材料可按照多種不同方式的任一種來施加。石墨烯層或石墨烯納米帶(GNR)可通過CVD或者通過等離子體增強CVD過程在催化成核層上形成。成核層可以是N1、Cu、Pd、Ru或者多種其它材料的任一種。CVD可在烴氣氛(例如CH4、C2H4、H2等)中以高于大約800°C的溫度進行。如果使用這種類型的過程，則填充有石墨烯表層的TSV應當在芯片制造的早期階段中執行。這防止較高溫度(高于800°C)負面影響裸晶或者裸晶的晶體管的性質。在沉積之后，石墨烯多層或GNR的電阻率可降低，或者電導率可通過采用AsF5、FeCl3、SbF5等的嵌入摻雜來增加。對于其它石墨烯應用過程，可根據具體應用適當地采取其它預防措施。
[0044]圖9示出按照本發明的一個實現的計算裝置900。計算裝置900包含系統板902。板902可包括多個組件，其中包括但不限于處理器904和至少一個通信封裝906。通信封裝耦合到一個或多個天線916。處理器904物理和電耦合到板902。至少一個天線916與通信封裝906相集成，并且經過封裝物理和電耦合到板902。在本發明的一些實現中，組件、控制器、集線器或接口中的任一個或多個使用穿透硅通孔在裸晶上形成，如上所述。
[0045]取決于其應用，計算裝置900可包括其它組件，其可以或者可以不物理和電耦合到板902。這些其它組件包括但不限于易失性存儲器(例如DRAM) 908、非易失性存儲器(例如ROM) 909、閃速存儲器(未示出)、圖形處理器912、數字信號處理器(未示出)、密碼處理器(未示出)、芯片組914、天線916、顯示器918 (例如觸摸屏顯示器)、觸摸屏控制器920、電池922、音頻編解碼器(未示出)、視頻編解碼器(未示出)、功率放大器924、全球定位系統(GPS)裝置926、羅盤928、加速計(未示出)、陀螺儀(未示出)、揚聲器930、照相裝置932和大容量存儲裝置(例如硬盤驅動器)910、致密光盤(CD)(未示出)、數字多功能光盤(DVD)(未示出)等。這些組件可連接到系統主板902、安裝到系統主板或者與其它組件的任一個相結合。
[0046]通信封裝906實現用于向/從計算裝置900傳遞數據的無線和/或有線通信。術語“無線”及其派生詞可用來描述可通過經由非固態介質使用調制電磁輻射來傳遞數據的電路、裝置、系統、方法、技術、通信信道等。該術語并不是暗示關聯裝置沒有包含任何導線，但在一些實施例中它們可能沒有包含導線。通信封裝906可實現多個無線或有線標準或協議的任一個，包括但不限于W1-Fi (IEEE 802.11系列)、WiMAX (IEEE 802.16系列)、IEEE802.20、長期演進(LTE)、Ev-DO、HSPA+、HSDPA+、HSUPA+、EDGE、GSM、GPRS、CDMA、TDMA、EDCT、藍牙、以太網及其派生以及表示為3G、4G、5G和其它的任何其它無線和有線協議。通信裝置900可包括多個通信封裝906。例如，第一通信封裝906可專用于較短程無線通信(例如W1-Fi和藍牙)，以及第二通信封裝906可專用于較長程無線通信(例如GPS、EDGE、GPRS、CDMA、WiMAX、LTE、Ev-DO 等)。
[0047]計算裝置900的處理器904包括封裝在處理器904中的集成電路裸晶。術語“處理器”可表示處理來自寄存器和/或存儲器的電子數據、以便將該電子數據變換為可存儲在寄存器和/或存儲器的其它電子數據的任何裝置或者裝置的一部分。
[0048]在各個實現中，計算裝置900可以是膝上型、上網本、筆記本、超級本、智能電話、平板、個人數字助理(PDA)、超移動PC、移動電話、臺式計算機、服務器、打印機、掃描儀、監視器、機頂盒、娛樂控制單元、數碼相機、便攜音樂播放器或者數字錄像機。在其它實現中，計算裝置900可以是處理數據的任何其它電子裝置。
[0049]實施例可實現為一個或多個存儲器芯片、控制器、CPU (中央處理器)、微芯片或者使用主板所互連的集成電路、專用集成電路(ASIC)和/或現場可編程門陣列(FPGA)的一部分。
[0050]提到“一個實施例、“一實施例”、“示例實施例”、“各個實施例”等表示這樣描述的本發明的實施例可包括具體特征、結構或特性，但是不一定每一個實施例都包括所述具體特征、結構或特性。此外，一些實施例可具有部分、全部對于其它實施例所述的特征或者沒有對于其它實施例所述的特征。
[0051]在以下描述和權利要求書中，可使用術語“耦合”連同其派生詞。“耦合”用于表示兩個或更多元件相互配合或交互，但是它們之間可以有或者可以沒有中間物理或電組件。
[0052]除非另加說明，否則，如權利要求書所使用的、用于描述共同元件的序數詞“第一”、“第二”、“第三”等只是表示涉及到相似元件的不同實例，而不是要暗示這樣描述的元件必須在時間上、空間上、排列或者以其它任何方式處于給定序列中。
[0053]附圖和以上描述給出實施例的示例。本領域的技術人員將會理解，所述元件的一個或多個可完全結合為單個功能元件。備選地，某些元件可分離為多個功能元件。一個實施例的元件可添加到另一個實施例。例如，本文所述過程的順序可改變，并且并不限于本文所述的方式。此外，任何流程圖的動作無需按照所示順序來實現；也并非一定需要執行全部動作。另外，不是與其它動作相關的那些動作可與其它動作并行地執行。實施例的范圍決不受這些具體示例限制。無論說明書中是否明確給出，諸如結構的差異、尺寸和材料的使用之類的許多變更是可能的。實施例的范圍至少由以下權利要求書廣義地給出。
[0054]以下示例涉及其它實施例。不同實施例的各種特征可按照不同方式相結合，其中包含某些特征而排除其它特征以適合多種不同應用。一些實施例涉及硅裸晶中將第一金屬層連接到第二金屬層的穿透硅通孔。穿透硅通孔具有經過硅裸晶的至少一部分的通道、經過通孔延伸的第一導電層(第一導電層具有外表面和第一電導率)以及覆蓋第一導電層的外表面的第二導電層，第二導電層具有比第一電導率要高的第二電導率。
[0055]其它實施例包括包圍通孔中的第一和第二層的金屬阻擋層。其它實施例包括包圍第二導電層的電介質層，以將第一和第二導電層與娃襯底隔離。在其它實施例中，第一導電層具有內表面，通孔還包括覆蓋內表面的第三導電層，第三導電層具有第二電導率。其它實施例包括電介質區，其中第一導電層的內表面包圍電介質區。
[0056]在其它實施例中，通孔是圓筒形，以及第一導電層是圓筒形，并且其中通孔的中心填充有電介質。在其它實施例中，通孔是圓筒形，以及第一導電層是圓筒形，并且其中通孔的中心填充有碳納米管。在其它實施例中，通孔是圓筒形，以及第一導電層是圓筒形，并且其中通孔的中心填充有具有第一電導率的多個圓筒管。
[0057]在其它實施例中，多個圓筒管在外表面上每個具有較高電導率表層。在其它實施例中，多個圓筒管在內表面上每個具有較高電導率表層。在其它實施例中，多個圓筒管的管是同心的，并且每個通過多個同心電介質層之一相互隔離。在其它實施例中，第一導電層是銅，以及第二導電層是銀。在其它實施例中，第一導電層是銅，以及第二導電層是石墨烯。
[0058]一些實施例涉及一種方法，其包括創建經過硅襯底的通孔，在通孔的表面上沉積電介質，在電介質表面沉積具有第二電導率的第二導電層，在通孔中沉積第二導電層包圍并且相鄰的、具有第一較低電導率的第一導電層，并且將金屬化應用于通孔以形成到通孔的電連接。
[0059]在其它實施例中，沉積第二導電層包括填充通孔。其它實施例包括在通孔的中心創建圓筒開口，并且采用電介質來填充該開口。其它實施例包括在通孔的中心創建圓筒開口，并且采用碳納米管來填充通孔。其它實施例包括在通孔的中心創建圓筒開口，并且采用石墨烯圓筒來填充通孔。其它實施例包括在通孔的中心創建圓筒開口，并且采用多個銅圓筒來填充通孔。在其它實施例中，銅圓筒是同心的。
[0060]在其它實施例中，其中沉積第一導電層包括在第一導電層的各同心圓筒層之間沉積帶有具有第二電導率的同心圓筒層的多個同心圓筒層。
[0061]其它實施例包括在電介質表面沉積金屬阻擋層，并且其中沉積第二導電層包括在金屬阻擋層上沉積第二導電層。
[0062]在其它實施例中，第二導電層是石墨烯，以及沉積第二導電層包括施加成核層并且在成核層之上沉積石墨烯。其它實施例包括在應用金屬化之后封裝硅襯底，以形成封裝半導體裸晶。
[0063]一些實施例涉及一種計算機系統，其中具有接收來自用戶的輸入的用戶界面、向用戶顯示結果的顯示器以及封裝中接收用戶輸入并且生成結果以提供給顯示器的處理器，處理器封裝具有多個穿透硅通孔，穿透硅通孔的至少一個具有經過硅襯底的通道，第一導電層貫穿通孔，第一導電層具有外表面和第一電導率，并且第二導電層覆蓋第一導電層的外表面，第二導電層具有比第一電導率要高的第二電導率。
[0064]在其它實施例中，通孔還包括在通孔中同心地形成并且每個通過第二電導率的附加導電層所分隔的、第一電導率的多個附加導電層。在其它實施例中，多個附加導電層還每個通過附加電介質層來分隔。
【權利要求】
1.一種將第一金屬層連接到第二金屬層的導電通孔，所述通孔包括: 經過材料的至少一部分的通道； 貫穿所述通孔的第一導電層，所述第一導電層具有外表面和第一電導率；以及覆蓋所述第一導電層的所述外表面的第二導電層，所述第二導電層具有比所述第一電導率要高的第二電導率。
2.如權利要求1所述的通孔，還包括包圍所述通孔中的所述第一和第二層的金屬阻擋層。
3.如權利要求1或2所述的通孔，還包括包圍所述第二導電層的電介質層，以將所述第一和第二導電層與所述材料隔離。
4.如權利要求1、2或3所述的通孔，其中，所述第一導電層具有內表面，所述通孔還包括覆蓋所述內表面的第三導電層，所述第三導電層具有所述第二電導率。
5.如權利要求4所述的通孔，還包括電介質區，其中所述第一導電層的所述內表面包圍所述電介質區。
6.如權利要求5所述的通孔，其中，所述通孔是圓筒形，以及所述第一導電層是圓筒形，并且其中所述通孔的中心填充有電介質。
7.如權利要求5或6所述的通孔，其中，所述通孔是圓筒形，以及所述第一導電層是圓筒形，并且其中所述通孔的中心填充有碳納米管。
8.如權利要求5、6或7所述的通孔，其中，所述通孔是圓筒形，以及所述第一導電層是圓筒形，并且所述通孔的中心填充有具有所述第一電導率的多個圓筒管。
9.如權利要求8所述的通孔，其中，所述多個圓筒管的每個管在外表面上具有較高電導率表層。
10.如權利要求8或9所述的通孔，其中，所述多個圓筒管的每個管在內表面上具有較高電導率表層。
11.如權利要求8或9所述的通孔，其中，所述多個圓筒管的管是同心的，并且每個通過多個同心電介質層之一相互隔離。
12.如以上權利要求中的任一項所述的通孔，其中，所述第一導電層是銅，以及所述第二導電層是銀。
13.如以上權利要求中的任一項所述的通孔，其中，所述第一導電層是銅，以及所述第二導電層是石墨烯。
14.如以上權利要求中的任一項所述的通孔，其中，所述材料是硅襯底，以及所述通孔是穿透硅通孔。
15.一種方法，包括: 創建經過硅襯底的通孔； 在所述通孔的表面上沉積電介質； 在所述電介質表面上沉積具有第二電導率的第二導電層； 在所述通孔中沉積所述第二導電層包圍并且相鄰的、具有第一較低電導率的第一導電層；以及 將金屬化應用于所述通孔，以形成到所述通孔的電連接。
16.如權利要求15所述的方法，其中，沉積第二導電層包括填充所述通孔。
17.如權利要求16所述的方法，還包括在所述通孔的中心創建圓筒開口，并且采用電介質來填充所述開口。
18.如權利要求16所述的方法，還包括在所述通孔的中心創建圓筒開口，并且采用碳納米管來填充所述通孔。
19.如權利要求16所述的方法，還包括在所述通孔的中心創建圓筒開口，并且采用石墨烯圓筒來填充所述通孔。
20.如權利要求16所述的方法，還包括在所述通孔的中心創建圓筒開口，并且采用多個銅圓筒來填充所述通孔。
21.如權利要求20所述的方法，其中，所述銅圓筒是同心的。
22.如權利要求14-21中的任一項所述的方法，其中，沉積第一導電層包括在所述第一導電層的各同心圓筒層之間沉積帶有具有所述第二電導率的同心圓筒層的多個同心圓筒層。
23.如權利要求14-22中的任一項所述的方法，還包括在所述電介質表面沉積金屬阻擋層，以及其中沉積第二導電層包括在所述金屬阻擋層上沉積所述第二導電層。
24.如權利要求14-23中的任一項所述的方法，其中，所述第二導電層是石墨烯，以及其中沉積第二導電層包括施加成核層，并且在所述成核層之上沉積石墨烯。
25.如權利要求14-24中的任一項所述的方法,還包括在應用金屬化之后封裝所述娃襯底，以形成封裝半導體裸晶。
26.一種計算機系統，包括: 用戶界面，接收來自用戶的輸入； 顯示器，向所述用戶顯示結果；以及 封裝中的處理器，接收所述用戶輸入并且生成結果以提供給所述顯示器，所述處理器封裝具有多個穿透硅通孔，所述穿透硅通孔的至少一個具有經過硅襯底的通道，第一導電層貫穿所述通孔，所述第一導電層具有外表面和第一電導率，并且第二導電層覆蓋所述第一導電層的所述外表面，所述第二導電層具有比所述第一電導率要高的第二電導率。
27.如權利要求26所述的系統，其中，所述通孔還包括在所述通孔中同心地形成并且每個通過所述第二電導率的附加導電層所分隔的、所述第一電導率的多個附加導電層。
28.如權利要求26或27所述的系統，其中，所述多個附加導電層還每個通過附加電介質層來分隔。
【文檔編號】H01L21/28GK104396005SQ201380033429
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2013年6月27日 優先權日:2013年6月27日
【發明者】H-J.巴思, R.馬恩科普夫, W.莫爾澤, H.戈斯納, C.米勒 申請人:英特爾Ip公司