一种消除热应力的TSV结构的制作方法

本发明属于mems传感器集成技术领域，具体涉及一种硅通孔结构，特别涉及一种消除热应力的tsv结构。

背景技术：

三维集成可以实现传感器与信号处理电路的三维集成，也可以用于多层不同信号处理电路的三维集成。传感器与信号处理电路的三维集成利用tsv取代倒装芯片所使用的铟柱，不但能够避免铟柱在热应力下的可靠性问题，而且还可以利用tsv直径更小的特点，实现更小的探测器像素间距和更高的阵列密度，并实现更高的性能。用于信号处理电路时，三维集成可以实现模拟电路与数字电路的集成，利用较短的tsv使探测器与信号处理电路之间的距离很近，减小引线的寄生效应和外部干扰。

tsv内铜柱随着温度升高，铜柱的热变形同步变大，传统tsv内二氧化硅作为tsv的铜柱与硅衬底之间的绝缘层。铜柱与硅衬底之间巨大的热膨胀系数差异(6倍)导致较大的热应力，铜柱在高温作用下产生比硅衬底更为显著的变形，铜柱的自由变形区，使铜柱挤压二氧化硅绝缘层和硅衬底，产生较大的热应力，影响结构的稳定甚至功能的实现。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种消除热应力的tsv结构，环形空气缝替代通常的二氧化硅作为tsv的铜柱与硅衬底的绝缘层，空气间隙为铜柱的膨胀提供了自由变形区，使铜柱不再挤压硅衬底。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种消除热应力的tsv结构，包括硅衬底层，所述硅衬底层上下侧均设置有绝缘的二氧化硅层，所述硅衬底层设置有贯穿硅衬底层的铜柱，所述铜柱侧面与硅衬底层之间设置有空气间隙，所述铜柱上下两端连接铝基片。

优选的，所述铜柱的高度与硅衬底层的高度相同。

优选的，所述二氧化硅层设置有配合铜柱与铝基片连接的通孔。

优选的，所述通孔的中心线与铜柱的中心线位于同一直线上，通孔的内径小于铜柱的外径。

优选的，所述空气间隙各处厚度相同，即铜柱表面各处到硅衬底层的距离相等。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明利用环形空气缝替代通常的二氧化硅作为tsv的铜柱与硅衬底的绝缘层，在铜柱高温变形时，空气间隙为铜柱的膨胀提供了自由变形区，使铜柱不再挤压硅衬底，同时能够有效降低二氧化硅介质层的应力作用区间。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明传统tsv热应力示意图。

图中：1硅衬底层、2铜柱、3空气间隙、4二氧化硅层、5铝基片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1和图2，一种消除热应力的tsv结构，包括硅衬底层1，所述硅衬底层1上下侧均设置有绝缘的二氧化硅层4，所述硅衬底层1设置有贯穿硅衬底层1的铜柱2，所述铜柱2侧面与硅衬底层1之间设置有空气间隙3，所述铜柱2上下两端连接铝基片5。

其中，所述铜柱2的高度与硅衬底层1的高度相同；所述二氧化硅层4设置有配合铜柱2与铝基片5连接的通孔；所述通孔的中心线与铜柱2的中心线位于同一直线上，通孔的内径小于铜柱2的外径；所述空气间隙3各处厚度相同，即铜柱2表面各处到硅衬底层1的距离相等。

本发明工作时tsv内铜柱2随着温度升高，铜柱2的热变形同步变大，空气间隙3替代通常的二氧化硅作为tsv的铜柱2与硅衬底层1的绝缘层。虽然铜柱2与硅衬底层1之间巨大的热膨胀系数差异，但不会导致较大的热应力，铜柱2在高温作用下产生比硅衬底层1更为显著的变形，空气间隙3为铜柱2的膨胀提供了自由变形区，使铜柱2不再挤压硅衬底层1，同时能够有效降低对二氧化硅层4的应力作用区间。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种消除热应力的TSV结构，包括硅衬底层，其特征在于：所述硅衬底层上下侧均设置有绝缘的二氧化硅层，所述硅衬底层设置有贯穿硅衬底层的铜柱，所述铜柱侧面与硅衬底层之间设置有空气间隙，所述铜柱上下两端连接铝基片；本发明利用环形空气缝替代通常的二氧化硅作为TSV的铜柱与硅衬底的绝缘层，在铜柱高温变形时，空气间隙为铜柱的膨胀提供了自由变形区，使铜柱不再挤压硅衬底，同时能够有效降低二氧化硅介质层的应力作用区间。

技术研发人员：詹望
受保护的技术使用者：河南汇纳科技有限公司
技术研发日：2018.07.13
技术公布日：2018.12.04