ПОЛУПРОВОДНИКОВАЯ СТРУКТУРА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2023 года по МПК H01L27/04 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ

[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет по заявке на патент Китая 202110265111.5, озаглавленной «SEMICONDUCTOR STRUCTURE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF» (ПОЛУПРОВОДНИКОВАЯ СТРУКТУРА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ), поданной 10 марта 2021 г. Полное содержание указанной заявки на патент Китая включено в настоящий документ посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0002] Настоящая заявка относится к технической области полупроводников и, в частности, к полупроводниковой структуре и способу ее изготовления.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0003] В предшествующем уровне техники металлический проводящий материал, заполняющий часть для передачи сигнала, может оказывать влияние на кристаллическую решетку вокруг части для передачи сигнала во время теплового расширения, таким образом, изменяя характеристики полупроводниковой структуры.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] В настоящей заявке предложена полупроводниковая структура и способ ее изготовления.

[0005] Согласно первому аспекту настоящей заявки предложена полупроводниковая структура, включающая в себя:

[0006] основание;

[0007] часть для передачи сигнала, расположенную в основании и включающую в себя первый соединительный слой, второй соединительный слой и третий соединительный слой, причем второй соединительный слой расположен на первом соединительном слое, а третий соединительный слой расположен на втором соединительном слое;

[0008] при этом первый соединительный слой, второй соединительный слой и третий соединительный слой включают в себя разные проводящие материалы, а коэффициенты теплового расширения второго соединительного слоя и третьего соединительного слоя меньше, чем коэффициент теплового расширения первого соединительного слоя.

[0009] Согласно второму аспекту настоящей заявки предложена полупроводниковая структура, включающая в себя:

[0010] основание;

[0011] часть для передачи сигнала, расположенную в основании и включающую в себя первый соединительный слой, второй соединительный слой и третий соединительный слой, причем второй соединительный слой расположен на первом соединительном слое, а третий соединительный слой расположен на втором соединительном слое;

[0012] при этом второй соединительный слой и третий соединительный слой включают в себя графен, а коэффициенты теплового расширения второго соединительного слоя и третьего соединительного слоя меньше, чем коэффициент теплового расширения первого соединительного слоя.

[0013] Согласно третьему аспекту настоящей заявки предложен способ изготовления полупроводниковой структуры, включающий:

[0014] обеспечение матрицы и

[0015] образование на матрице части для передачи сигнала, включающей в себя первый соединительный слой, второй соединительный слой и третий соединительный слой, при этом второй соединительный слой образуют на первом соединительном слое, а третий соединительный слой образуют на втором соединительном слое;

[0016] при этом первый соединительный слой, второй соединительный слой и третий соединительный слой включают в себя разные проводящие материалы, а коэффициенты теплового расширения второго соединительного слоя и третьего соединительного слоя меньше, чем коэффициент теплового расширения первого соединительного слоя.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0017] Ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи подробно описаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, которые делают задачи, признаки и преимущества настоящего изобретения более очевидными. Чертежи являются лишь иллюстрациями настоящей заявки, приведенными для примера, и не обязательно выполнены в масштабе. Одинаковые ссылочные позиции на чертежах всегда обозначают одни и те же части. На чертежах:

[0018] на ФИГ. 1 представлена принципиальная структурная схема полупроводниковой структуры согласно первому приведенному для примера варианту реализации;

[0019] на ФИГ. 2 представлена принципиальная структурная схема части для передачи сигнала полупроводниковой структуры согласно первому приведенному для примера варианту реализации;

[0020] на ФИГ. 3 представлена принципиальная структурная схема полупроводниковой структуры согласно второму приведенному для примера варианту реализации;

[0021] на ФИГ. 4 представлена принципиальная структурная схема части для передачи сигнала полупроводниковой структуры согласно второму приведенному для примера варианту реализации;

[0022] на ФИГ. 5 представлена принципиальная структурная схема полупроводниковой структуры согласно третьему приведенному для примера варианту реализации;

[0023] на ФИГ. 6 представлена блок-схема способа изготовления полупроводниковой структуры согласно приведенному для примера варианту реализации;

[0024] на ФИГ. 7 представлена принципиальная структурная схема создания отверстия в рамках способа изготовления полупроводниковой структуры согласно первому приведенному для примера варианту реализации;

[0025] на ФИГ. 8 представлена принципиальная структурная схема создания отверстия во втором изолирующем слое в рамках способа изготовления полупроводниковой структуры согласно первому приведенному для примера варианту реализации;

[0026] на ФИГ. 9 представлена принципиальная структурная схема создания отверстия в третьем изолирующем слое в рамках способа изготовления полупроводниковой структуры согласно первому приведенному для примера варианту реализации;

[0027] на ФИГ. 10 представлена принципиальная структурная схема образования первого начального соединительного слоя в рамках способа изготовления полупроводниковой структуры согласно первому приведенному для примера варианту реализации;

[0028] на ФИГ. 11 представлена принципиальная структурная схема образования второго начального соединительного слоя в рамках способа изготовления полупроводниковой структуры согласно первому приведенному для примера варианту реализации;

[0029] на ФИГ. 12 представлена принципиальная структурная схема образования второго соединительного слоя в рамках способа изготовления полупроводниковой структуры согласно первому приведенному для примера варианту реализации;

[0030] на ФИГ. 13 представлена принципиальная структурная схема образования третьего начального соединительного слоя в рамках способа изготовления полупроводниковой структуры согласно первому приведенному для примера варианту реализации;

[0031] на ФИГ. 14 представлена принципиальная структурная схема образования третьего соединительного слоя в рамках способа изготовления полупроводниковой структуры согласно первому приведенному для примера варианту реализации;

[0032] на ФИГ. 15 представлена принципиальная структурная схема образования первого начального соединительного слоя в рамках способа изготовления полупроводниковой структуры согласно второму приведенному для примера варианту реализации;

[0033] на ФИГ. 16 представлена принципиальная структурная схема образования второго начального соединительного слоя в рамках способа изготовления полупроводниковой структуры согласно второму приведенному для примера варианту реализации;

[0034] на ФИГ. 17 представлена принципиальная структурная схема образования второго соединительного слоя в рамках способа изготовления полупроводниковой структуры согласно второму приведенному для примера варианту реализации;

[0035] на ФИГ. 18 представлена принципиальная структурная схема образования третьего начального соединительного слоя в рамках способа изготовления полупроводниковой структуры согласно второму приведенному для примера варианту реализации; и

[0036] на ФИГ. 19 представлена принципиальная структурная схема образования третьего соединительного слоя в рамках способа изготовления полупроводниковой структуры согласно второму приведенному для примера варианту реализации.

[0037] Список ссылочных позиций:

[0038] 10 - основание; 11 - кремниевая подложка; 111 - функциональный слой; 12 - изолирующий слой; 20 - проводящая часть; 21 - часть для передачи сигнала; 211 - первый соединительный слой; 212 - второй соединительный слой; 213 - третий соединительный слой; 22 - первый проводящий слой; 30 - второй проводящий слой; 31 - соединительный стержень 31;

[0039] 13 - матрица; 14 - проем; 15 - первый изолирующий слой; 16 - отверстие; 17 - второй изолирующий слой; 18 - третий изолирующий слой; 19 - первый начальный соединительный слой; 32 - второй начальный соединительный слой; 33 - третий начальный соединительный слой.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0040] Ниже подробно описаны типовые варианты осуществления, в которых воплощены признаки и преимущества настоящего изобретения. Следует понимать, что настоящее изобретение может включать в себя различные изменения различных вариантов осуществления без отступления от объема настоящего изобретения. Описание и чертежи в настоящем документе используются только для пояснения, а не для ограничения настоящего изобретения.

[0041] Различные приведенные для примера варианты осуществления настоящего изобретения описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи. Прилагаемые чертежи являются неотъемлемой частью настоящего изобретения и на них для примера показаны различные иллюстративные структуры, системы и этапы, с помощью которых могут быть реализованы различные аспекты настоящего изобретения. Следует понимать, что могут быть использованы другие конкретные решения для компонентов, структур, иллюстративных устройств, систем и этапов, а также могут быть выполнены структурные и функциональные модификации без отступления от объема настоящего изобретения. Кроме того, хотя такие термины, как «выше», «между» и «внутри», могут использоваться в настоящем изобретении для описания его различных иллюстративных признаков и элементов, эти термины используются в настоящем документе исключительно для удобства описания, например, в соответствии с указаниями в примерах на чертежах. Ничто в настоящем описании не следует понимать как требующее, чтобы конкретное трехмерное направление структуры было включено в объем настоящего изобретения.

[0042] В одном варианте осуществления настоящего изобретения предложена полупроводниковая структура. Как показано на ФИГ. 1-5, полупроводниковая структура включает в себя: основание 10 и часть 21 для передачи сигнала, причем часть 21 для передачи сигнала расположена в основании 10 и включает в себя первый соединительный слой 211, второй соединительный слой 212 и третий соединительный слой 213, при этом второй соединительный слой 212 расположен на первом соединительном слое 211, а третий соединительный слой 213 расположен на втором соединительном слое 212; причем первый соединительный слой 211, второй соединительный слой 212 и третий соединительный слой 213 включают в себя разные проводящие материалы, а коэффициенты теплового расширения второго соединительного слоя 212 и третьего соединительного слоя 213 меньше, чем коэффициент теплового расширения первого соединительного слоя 211.

[0043] Полупроводниковая структура в одном варианте осуществления настоящего изобретения включает в себя основание 10 и часть 21 для передачи сигнала, причем часть 21 для передачи сигнала включает в себя первый соединительный слой 211, второй соединительный слой 212 и третий соединительный слой 213, которые изготовлены из различных проводящих материалов; коэффициенты теплового расширения второго соединительного слоя 212 и третьего соединительного слоя 213 меньше, чем коэффициент теплового расширения первого соединительного слоя 211. Т.е. второй соединительный слой 212 и третий соединительный слой 213 мало изменяются при тепловом расширении, в результате чего уменьшается воздействие на кристаллическую решетку вокруг части 21 для передачи сигнала, благодаря чему улучшаются характеристики полупроводниковой структуры.

[0044] Следует отметить, что, поскольку коэффициенты теплового расширения второго соединительного слоя 212 и третьего соединительного слоя 213 меньше, чем коэффициент теплового расширения первого соединительного слоя 211, в составе проводящих материалов части 21 для передачи сигнала используется материал с низким коэффициентом теплового расширения для уменьшения влияния теплового расширения металла на активную область элемента, а также уменьшения электрических изменений МОП-элементов в окружающей кристаллической решетке и, таким образом, уменьшения размера конструкции микросхемы. Второй соединительный слой 212 и третий соединительный слой 213, которые имеют более низкие коэффициенты теплового расширения, меньше деформируются под действием тепла, что позволяет избежать сжатия кристаллической решетки вокруг части 21 для передачи сигнала под действием высокого давления и, таким образом, избежать воздействия на другие компоненты в основании 10.

[0045] В некоторых вариантах осуществления часть 21 для передачи сигнала является частью проводящей части 20. Проводящая часть 20 также включает в себя первый проводящий слой 22. Первый проводящий слой 22 расположен над частью 21 для передачи сигнала, а третий соединительный слой 213 соединен с первым проводящим слоем 22. Поскольку второй соединительный слой 212 и третий соединительный слой 213 расположены рядом с первым проводящим слоем 22, а коэффициенты теплового расширения второго соединительного слоя 212 и третьего соединительного слоя 213 относительно низки, первый проводящий слой 22 сильно не сжимается.

[0046] В некоторых вариантах осуществления часть 21 для передачи сигнала представляет собой сквозное отверстие в кремнии.

[0047] В одном варианте осуществления коэффициент теплового расширения второго соединительного слоя 212 меньше, чем коэффициент теплового расширения третьего соединительного слоя 213. Т.е. в части 21 для передачи сигнала проводящий материал с наименьшим коэффициентом теплового расширения расположен в среднем положении. В основании 10, как правило, размещено большое количество компонентов в положении, соответствующем указанному среднему положению. Следовательно, проводящий материал с наименьшим коэффициентом теплового расширения подвержен наименьшему тепловому расширению, благодаря чему компоненты в основном не сжимаются.

[0048] В одном варианте осуществления второй соединительный слой 212 или третий соединительный слой 213 включает в себя графен, а первый соединительный слой 211 включает в себя медь. Медь имеет более высокий коэффициент теплового расширения. Однако, поскольку медь расположена внизу, это не влияет на компоненты, расположенные в основании 10. Второй соединительный слой 212 или третий соединительный слой 213 расположены ближе к компонентам, расположенным в основании 10, а графен имеет отрицательный коэффициент теплового расширения. Таким образом, графен может компенсировать тепловое расширение меди, что позволяет избежать проблемы сжатия.

[0049] В некоторых вариантах осуществления первый соединительный слой 211 изготовлен из меди, второй соединительный слой 212 изготовлен из графена, а третий соединительный слой 213 изготовлен из вольфрама.

[0050] Следует отметить, что, если второй соединительный слой 212 включает в себя графен, который расположен между первым соединительным слоем 211 и третьим соединительным слоем 213, графен, в определенной степени обладающий функцией накопления тепла, может поглощать тепло от проводящих материалов с более высокими коэффициентами теплового расширения, т.е. может поглощать тепло от первого соединительного слоя 211 и третьего соединительного слоя 213, таким образом, уменьшая тепловое расширение других проводящих материалов.

[0051] Если второй соединительный слой 212 включает в себя графен, тепло, вырабатываемое первым соединительным слоем 211 и вторым соединительным слоем 212, с течением времени может передаваться в первый проводящий слой 22 через графен и отводиться через структуру, соединенную с первым проводящим слоем 22, благодаря чему достигается эффект быстрого отвода тепла.

[0052] В варианте осуществления, показанном на ФИГ. 1 и ФИГ. 2, второй соединительный слой 212 расположен в первом соединительном слое 211, т.е. второй соединительный слой 212 окружен по периферии первым соединительным слоем 211. Первый соединительный слой 211 с более высоким коэффициентом теплового расширения может обеспечивать защиту второго соединительного слоя 212. Однако из-за более низкого коэффициента теплового расширения второго соединительного слоя 212 этот слой не будет создавать большое усилие сжатия, вызванное тепловым расширением.

[0053] В некоторых вариантах осуществления второй соединительный слой 212 расположен в первом соединительном слое 211, а нижняя часть третьего соединительного слоя 213 находится на одном уровне с верхней частью второго соединительного слоя 212 и верхней частью первого соединительного слоя 211.

[0054] В некоторых вариантах осуществления второй соединительный слой 212 расположен в первом соединительном слое 211 и третий соединительный слой 213 расположен в первом соединительном слое 211. Другими словами, как второй соединительный слой 212, так и третий соединительный слой 213 по периферии окружены первым соединительным слоем 211, в частности, как показано на ФИГ. 1 и ФИГ. 2.

[0055] В варианте осуществления, показанном на ФИГ. 1 и ФИГ. 2, в направлении, перпендикулярном основанию 10, проекция второго соединительного слоя 212 совпадает с проекцией третьего соединительного слоя 213, т.е. площадь поперечного сечения второго соединительного слоя 212 равна площади поперечного сечения третьего соединительного слоя 213.

[0056] В соответствующих случаях верхняя часть третьего соединительного слоя 213 находится на одном уровне с верхней частью первого соединительного слоя 211. В этом случае в первом соединительном слое 211 образуют углубление. Второй соединительный слой 212 и третий соединительный слой 213 расположены в этом углублении, а верхняя часть первого соединительного слоя 211 и верхняя часть третьего соединительного слоя 213 соединены с первым проводящим слоем 22, в частности, как показано на ФИГ. 1 и ФИГ. 2. В этом варианте осуществления первый соединительный слой 211, второй соединительный слой 212 и третий соединительный слой 213 включают в себя разные проводящие материалы. Коэффициент теплового расширения второго соединительного слоя 212 меньше коэффициента теплового расширения третьего соединительного слоя 213, а коэффициент теплового расширения третьего соединительного слоя 213 меньше коэффициента теплового расширения первого соединительного слоя 211. Первый соединительный слой 211 изготовлен из меди, второй соединительный слой 212 изготовлен из графена, а третий соединительный слой 213 изготовлен из вольфрама.

[0057] В варианте осуществления, показанном на ФИГ. 3 и ФИГ. 4, в направлении, перпендикулярном основанию 10, проекция первого соединительного слоя 211, проекция второго соединительного слоя 212 и проекция третьего соединительного слоя 213 совпадают друг с другом. Другими словами, первый соединительный слой 211, второй соединительный слой 212 и третий соединительный слой 213 последовательно уложены вдоль направления высоты основания 10, а площадь поперечного сечения первого соединительного слоя 211, площадь поперечного сечения второй соединительный слой 212 и площадь поперечного сечения третьего соединительного слоя 213 равны. В этом случае только третий соединительный слой 213 непосредственно соединен с первым проводящим слоем 22. В этом варианте осуществления первый соединительный слой 211, второй соединительный слой 212 и третий соединительный слой 213 включают в себя разные проводящие материалы. Коэффициент теплового расширения второго соединительного слоя 212 меньше коэффициента теплового расширения третьего соединительного слоя 213, а коэффициент теплового расширения третьего соединительного слоя 213 меньше коэффициента теплового расширения первого соединительного слоя 211. Первый соединительный слой 211 изготовлен из меди, второй соединительный слой 212 изготовлен из графена, а третий соединительный слой 213 изготовлен из вольфрама.

[0058] В некоторых вариантах осуществления, как показано на ФИГ. 5, второй соединительный слой 212 расположен в первом соединительном слое 211, а в направлении, перпендикулярном основанию 10, проекция первого соединительного слоя 211 совпадает с проекцией третьего соединительного слоя 213. Другими словами, нижняя часть третьего соединительного слоя 213 находится на одном уровне с верхней частью второго соединительного слоя 212 и верхней частью первого соединительного слоя 211.

[0059] В варианте осуществления, показанном на ФИГ. 1, ФИГ. 3 и ФИГ. 5, основание 10 включает в себя кремниевую подложку 11, при этом нижняя часть второго соединительного слоя 212 расположена ниже верхней поверхности кремниевой подложки 11, и изолирующий слой 12, при этом изолирующий слой 12 покрывает верхнюю поверхность кремниевой подложки 11 и покрывает наружную поверхность части 21 для передачи сигнала, а первый проводящий слой 22 расположен в изолирующем слое 12.

[0060] В частности, основание 10 включает в себя кремниевую подложку 11 и изолирующий слой 12. Часть 21 для передачи сигнала частично расположена в кремниевой подложке 11; нижняя часть второго соединительного слоя 212 расположена ниже верхней поверхности кремниевой подложки 11, а коэффициент теплового расширения второго соединительного слоя 212 меньше коэффициента теплового расширения первого соединительного слоя 211. Следовательно, второй соединительный слой 212 не будет чрезмерно расширяться под действием тепла, что, таким образом, позволит избежать воздействия на часть кремниевой подложки 11, которая находится рядом с верхней поверхностью второго соединительного слоя 212.

[0061] В одном варианте осуществления функциональный слой 111 образован в кремниевой подложке 11, а нижняя часть второго соединительного слоя 212 расположена ниже, чем нижняя поверхность функционального слоя 111. Другими словами, общая высота второго соединительного слоя 212 и третьего соединительного слоя 213 не меньше высоты функционального слоя 111 в кремниевой подложке 11, что позволяет избежать сжатия функционального слоя 111 при тепловом расширении. Высота второго соединительного слоя 212 может быть больше высоты функционального слоя 111.

[0062] Следует отметить, что в функциональном слое 111 могут быть обеспечены различные компоненты. Типы компонентов в данном случае не ограничиваются и могут быть выбраны в соответствии с реальными потребностями. Основное условие в данном случае состоит в том, чтобы второй соединительный слой 212 после общего теплового расширения не сжимал функциональный слой 111, таким образом, защищая функциональный слой 111.

[0063] В одном варианте осуществления верхняя часть второго соединительного слоя 212 расположена выше, чем верхняя поверхность кремниевой подложки 11. Другими словами, высота второго соединительного слоя 212 может быть больше высоты функционального слоя 111, благодаря чему обеспечивается защита части кремниевой подложки 11, которая находится рядом с изолирующим слоем 12, и предотвращается сжатие функционального слоя 111.

[0064] В некоторых вариантах осуществления первый соединительный слой 211, второй соединительный слой 212 и третий соединительный слой 213 могут представлять собой столбчатые структуры.

[0065] В некоторых вариантах осуществления второй соединительный слой 212 может иметь диаметр от 200 нм до 10 мкм и глубину от 1 мкм до 20 мкм. Часть второго соединительного слоя 212, которая входит в кремниевую подложку 11, имеет глубину, превышающую или равную 1 мкм.

[0066] В частности, кремниевая подложка 11 может быть изготовлена из кремнийсодержащего материала. Кремниевая подложка 11 может быть изготовлена из любого подходящего материала, включая, например, по меньшей мере один из кремния, монокристаллического кремния, аморфного кремния, кремний-германия, монокристаллического кремний-германия, карбида кремния или сапфира.

[0067] Изолирующий слой 12 может включать в себя диоксид кремния (SiO₂), оксикарбид кремния (SiOC), нитрид кремния (SiN), карбонитрид кремния (SiCN) и другие родственные изолирующие материалы для интегральных схем.

[0068] В варианте осуществления, показанном на ФИГ. 1, ФИГ. 3 и ФИГ. 5, полупроводниковая структура дополнительно включает в себя второй проводящий слой 30, расположенный в основании 10, расположенный на расстоянии от первого проводящего слоя 22 и расположенный над первым проводящим слоем 22, при этом первый проводящий слой 22 соединен со вторым проводящим слоем 30 посредством соединительных стержней 31, а соединительные стержни 31 представляют собой проводящие структуры.

[0069] В одном варианте осуществления настоящего изобретения также предложена полупроводниковая структура, включающая в себя основание 10 и часть 21 для передачи сигнала, причем часть 21 для передачи сигнала расположена в основании 10 и включает в себя первый соединительный слой 211, второй соединительный слой 212 и третий соединительный слой 213, при этом второй соединительный слой 212 расположен на первом соединительном слое 211, а третий соединительный слой 213 расположен на втором соединительном слое 212; второй соединительный слой 212 и третий соединительный слой 213 включают в себя графен, а коэффициенты теплового расширения второго соединительного слоя 212 и третьего соединительного слоя 213 меньше, чем коэффициент теплового расширения первого соединительного слоя 211.

[0070] По сравнению с предыдущим вариантом осуществления полупроводниковая структура в этом варианте осуществления включает в себя первый соединительный слой 211 и графен, расположенный над первым соединительным слоем 211, при этом графен позволяет эффективно предотвращать воздействие на кристаллическую решетку вокруг части 21 для передачи сигнала, а тепло с течением времени может отводиться через графен. Благодаря этому улучшаются характеристики полупроводниковой структуры.

[0071] Следует отметить, что ссылка на вышеприведенный вариант осуществления может быть сделана и для других родственных структур, и подробности не приводятся в настоящем документе.

[0072] В одном варианте осуществления настоящего изобретения также предложен способ изготовления полупроводниковой структуры. На ФИГ. 6 показан способ изготовления полупроводниковой структуры, который включает в себя:

[0073] S101: Обеспечение матрицы 13.

[0074] S103: Образование на матрице 13 части 21 для передачи сигнала, включающей в себя первый соединительный слой 211, второй соединительный слой 212 и третий соединительный слой 213, при этом второй соединительный слой 212 образуют на первом соединительном слое 211, а третий соединительный слой 213 образуют на втором соединительном слое 212.

[0075] Первый соединительный слой 211, второй соединительный слой 212 и третий соединительный слой 213 включают в себя разные проводящие материалы; при этом коэффициенты теплового расширения второго соединительного слоя 212 и третьего соединительного слоя 213 меньше, чем коэффициент теплового расширения первого соединительного слоя 211.

[0076] Согласно способу изготовления полупроводниковой структуры в одном варианте осуществления настоящего изобретения часть 21 для передачи сигнала образована на матрице 13, причем часть 21 для передачи сигнала включает в себя первый соединительный слой 211, второй соединительный слой 212 и третий соединительный слой 213, которые изготовлены из различных проводящих материалов; коэффициенты теплового расширения второго соединительного слоя 212 и третьего соединительного слоя 213 меньше, чем коэффициент теплового расширения первого соединительного слоя 211, а третий соединительный слой 213 соединен с первым проводящим слоем 22. Т.е. второй соединительный слой 212 и третий соединительный слой 213 мало изменяются при тепловом расширении, в результате чего уменьшается воздействие на кристаллическую решетку вокруг части 21 для передачи сигнала, благодаря чему улучшаются характеристики полупроводниковой структуры.

[0077] В одном варианте осуществления второй соединительный слой 212 или третий соединительный слой 213 включает в себя графен, а первый соединительный слой 211 включает в себя медь. Медь имеет более высокий коэффициент теплового расширения. Однако, поскольку медь расположена внизу, это не влияет на компоненты основания 10. Второй соединительный слой 212 или третий соединительный слой 213 расположены ближе к компонентам, расположенным в основании 10, а графен имеет отрицательный коэффициент теплового расширения. Таким образом, графен может компенсировать тепловое расширение меди, что позволяет избежать проблемы сжатия.

[0078] В одном варианте осуществления в первом соединительном слое 211 образован проем 14, а второй соединительный слой 212 и третий соединительный слой 213 последовательно образованы в проеме 14, т.е. образована структура, показанная на ФИГ. 1 и ФИГ. 2.

[0079] В частности, как показано на ФИГ. 7, матрица 13 включает в себя кремниевую подложку 11 и первый изолирующий слой 15. В кремниевой подложке 11 и первом изолирующем слое 15 образовано отверстие 16; при этом отверстие 16 проходит через первый изолирующий слой 15, но не обязательно проходит через кремниевую подложку 11, что в данном случае не предполагает ограничения.

[0080] Исходя из структуры, показанной на ФИГ. 7, второй изолирующий слой 17 покрывает первый изолирующий слой 15 и второй изолирующий слой 17 покрывает стенку отверстия 16, как показано на ФИГ. 8.

[0081] Исходя из структуры, показанной на ФИГ. 8, третий изолирующий слой 18 покрывает второй изолирующий слой 17 и третий изолирующий слой 18 покрывает верхнюю поверхность и боковые поверхности второго изолирующего слоя 17, как показано на ФИГ. 9.

[0082] Исходя из структуры, показанной на ФИГ. 9, первый начальный соединительный слой 19 покрывает третий изолирующий слой 18; при этом первый начальный соединительный слой 19 заполняет часть отверстия 16 и над первым начальным соединительным слоем 19 образуется проем 14, как показано на ФИГ. 10.

[0083] Исходя из структуры, показанной на ФИГ. 10, второй начальный соединительный слой 32 покрывает первый начальный соединительный слой 19 и второй начальный соединительный слой 32 заполняет проем 14, как показано на ФИГ. 11.

[0084] Исходя из структуры, показанной на ФИГ. 11, часть второго начального соединительного слоя 32, которая покрывает верхнюю поверхность первого начального соединительного слоя 19 и расположена на наружной стороне проема 14, удалена, а проем 14 частично открыт с образованием второго соединительного слоя 212, как показано на ФИГ. 12.

[0085] Исходя из структуры, показанной на ФИГ. 12, третий начальный соединительный слой 33 покрывает первый начальный соединительный слой 19 и третий начальный соединительный слой 33 заполняет проем 14, как показано на ФИГ. 13.

[0086] Исходя из структуры, показанной на ФИГ. 13, третий начальный соединительный слой 33, который покрывает верхнюю поверхность первого начального соединительного слоя 19 и расположен на наружной стороне проема 14, и часть первого начального соединительного слоя 19, которая расположена на третьем изолирующем слое 18, удаляют с образованием первого соединительного слоя 211 и третьего соединительного слоя 213, как показано на ФИГ. 14. Таким образом может быть окончательно образована полупроводниковая структура, показанная на ФИГ. 1.

[0087] В одном варианте осуществления первый соединительный слой 211, второй соединительный слой 212 и третий соединительный слой 213 последовательно образуют в матрице 13. В направлении, перпендикулярном матрице 13, проекция первого соединительного слоя 211, проекция второго соединительного слоя 212 и проекция третьего соединительного слоя 213 совпадают друг с другом. Таким образом образуют структуру, показанную на ФИГ. 3 и ФИГ. 4.

[0088] В частности, исходя из структуры, показанной на ФИГ. 10, часть первого начального соединительного слоя 19 удаляют, т.е. открывают область над отверстием 16 с образованием первого соединительного слоя 211, как показано на ФИГ. 15.

[0089] Исходя из структуры, показанной на ФИГ. 15, второй начальный соединительный слой 32 покрывает третий изолирующий слой 18 и второй начальный соединительный слой 32 заполняет отверстие 16, как показано на ФИГ. 16.

[0090] Исходя из структуры, показанной на ФИГ. 16, второй начальный соединительный слой 32 частично удаляют, т.е. открывают область над отверстием 16 с образованием второго соединительного слоя 212, как показано на ФИГ. 17.

[0091] Исходя из структуры, показанной на ФИГ. 17, третий начальный соединительный слой 33 покрывает третий изолирующий слой 18 и третий начальный соединительный слой 33 заполняет отверстие 16, как показано на ФИГ. 18.

[0092] Исходя из структуры, показанной на ФИГ. 18, третий начальный соединительный слой 33 частично удаляют таким образом, чтобы верхняя поверхность третьего начального соединительного слоя 33 находилась на одном уровне с верхней поверхностью третьего изолирующего слоя 18, с образованием третьего соединительного слоя 213, как показано на ФИГ. 19. Таким образом может быть окончательно образована полупроводниковая структура, показанная на ФИГ. 3.

[0093] Следует отметить, что первый изолирующий слой 15, второй изолирующий слой 17 и третий изолирующий слой 18 могут включать в себя диоксид кремния (SiO₂), оксикарбид кремния (SiOC), нитрид кремния (SiN), карбонитрид кремния (SiCN) и другие родственные изолирующие материалы для интегральных схем.

[0094] Следует отметить, что процесс образования первого изолирующего слоя 15, второго изолирующего слоя 17, третьего изолирующего слоя 18, второго начального соединительного слоя 32 и третьего начального соединительного слоя 33 может быть выбран из группы, состоящей из процесса физического осаждения из паровой фазы (physical vapor deposition, PVD), процесса химического осаждения из паровой фазы (chemical vapor deposition, CVD), процесса атомно-слоевого осаждения (atomic layer deposition, ALD), процесса локального образования пара (in-situ steam generation, ISSG) и процесса центрифугирования диэлектрика (spin on dielectric, SOD) и т.д., но способы не ограничиваются вышеуказанными.

[0095] Процесс формирования проема 14 и отверстия 16 включает литографию и травление. После образования каждого покрытия может быть выполнен процесс химико-механической полировки (chemical mechanical polishing, CMP) для обеспечения ровности покрытия. Первый начальный соединительный слой 19 может быть образован с помощью такого процесса, как нанесение покрытия способом электроосаждения или металлизация напылением, но способы не ограничиваются вышеуказанными.

[0096] В одном варианте осуществления полупроводниковая структура может быть образована с использованием описанного выше способа изготовления полупроводниковой структуры. Способ изготовления полупроводниковой структуры также может включать образование второго проводящего слоя 30 и т.п., что в данном случае не предполагает ограничения. Кремниевая подложка 11 и различные изолирующие слои, описанные выше, являются частью основания 10, т.е. матрица 13 является частью основания 10. Первый изолирующий слой 15, второй изолирующий слой 17 и третий изолирующий слой 18 являются частью изолирующего слоя 12.

[0097] Специалист в данной области техники после изучения настоящего описания и практического применения содержимого, раскрытого в настоящем документе, сможет легко предложить другие варианты реализации настоящего изобретения. Настоящая заявка охватывает любые варианты, задачи или применимые изменения настоящего изобретения. Такие варианты, задачи или применимые изменения следуют общему принципу настоящего изобретения и включают общеизвестные или обычные технические средства из данной области техники, которые не раскрыты в настоящей заявке. Настоящее описание и варианты реализации рассматриваются исключительно как иллюстративные, а реальный объем и сущность настоящего изобретения определяются прилагаемой формулой изобретения.

[0098] Следует отметить, что настоящее изобретение не ограничено точными структурами, которые были описаны выше и показаны на прилагаемых чертежах, и может быть модифицировано и изменено многими способами без отступления от объема настоящей заявки. Объем настоящей заявки определяется прилагаемой формулой изобретения.

Настоящая заявка относится к технической области полупроводников и в ней предложены полупроводниковая структура и способ ее изготовления. Полупроводниковая структура включает в себя основание и часть для передачи сигнала, причем часть для передачи сигнала расположена в основании и включает в себя первый соединительный слой, второй соединительный слой и третий соединительный слой, при этом второй соединительный слой расположен на первом соединительном слое, а третий соединительный слой расположен на втором соединительном слое; причем первый соединительный слой, второй соединительный слой и третий соединительный слой включают в себя разные проводящие материалы, а коэффициенты теплового расширения второго соединительного слоя и третьего соединительного слоя меньше, чем коэффициент теплового расширения первого соединительного слоя. Технический результат: улучшение характеристик полупроводниковой структуры за счет уменьшения воздействия на кристаллическую решетку вокруг части для передачи сигнала. 9 з.п. ф-лы, 19 ил.

1. Полупроводниковая структура, содержащая:

основание и

часть для передачи сигнала, расположенную в основании и содержащую первый соединительный слой, второй соединительный слой и третий соединительный слой, причем второй соединительный слой расположен на первом соединительном слое, а третий соединительный слой расположен на втором соединительном слое;

при этом первый соединительный слой, второй соединительный слой и третий соединительный слой содержат разные проводящие материалы, причем коэффициенты теплового расширения второго соединительного слоя и третьего соединительного слоя меньше, чем коэффициент теплового расширения первого соединительного слоя.

2. Полупроводниковая структура по п. 1, в которой коэффициент теплового расширения второго соединительного слоя меньше, чем коэффициент теплового расширения третьего соединительного слоя.

3. Полупроводниковая структура по п. 1 или 2, в которой второй соединительный слой или третий соединительный слой содержит графен, а первый соединительный слой содержит медь.

4. Полупроводниковая структура по п. 1 или 2, в которой в направлении, перпендикулярном основанию, проекция первого соединительного слоя, проекция второго соединительного слоя и проекция третьего соединительного слоя совпадают друг с другом.

5. Полупроводниковая структура по п. 1 или 2, в которой основание содержит:

кремниевую подложку, при этом нижняя часть второго соединительного слоя расположена ниже верхней поверхности кремниевой подложки; и

изолирующий слой, который покрывает верхнюю поверхность кремниевой подложки и покрывает наружную поверхность части для передачи сигнала.

6. Полупроводниковая структура по п. 5, в которой функциональный слой образован в кремниевой подложке, а нижняя часть второго соединительного слоя расположена ниже, чем нижняя поверхность функционального слоя.

7. Полупроводниковая структура по п. 5, в которой верхняя часть второго соединительного слоя расположена выше, чем верхняя поверхность кремниевой подложки.

8. Полупроводниковая структура по п. 5, в которой часть второго соединительного слоя, которая входит в кремниевую подложку, имеет глубину, превышающую или равную 1 мкм.

9. Полупроводниковая структура по п. 1, в которой часть для передачи сигнала представляет собой сквозное отверстие в кремнии.

10. Полупроводниковая структура по п. 1, в которой второй соединительный слой имеет диаметр от 200 нм до 10 мкм и второй соединительный слой имеет глубину от 1 мкм до 20 мкм.