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CN119340306A - Tsv转接板、其制作方法和三维芯片 - Google Patents

Tsv转接板、其制作方法和三维芯片 Download PDF

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CN119340306A
CN119340306A CN202310900224.7A CN202310900224A CN119340306A CN 119340306 A CN119340306 A CN 119340306A CN 202310900224 A CN202310900224 A CN 202310900224A CN 119340306 A CN119340306 A CN 119340306A
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CN
China
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substrate
sub
layer
liquid metal
cavity
Prior art date
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Pending
Application number
CN202310900224.7A
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English (en)
Inventor
王振宇
高逸飞
舒鹏怀
余天健
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Peking University
Original Assignee
Peking University
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Publication date
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Priority to PCT/CN2023/115066 priority patent/WO2025015665A1/zh
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Abstract

本申请提供了一种TSV转接板、其制作方法和三维芯片，该TSV转接板包括：衬底，衬底的内部具有腔室和覆盖腔室的部分内壁的第一结构层，其中，第一结构层的材料类型与衬底的材料类型不同；通孔结构，贯穿衬底且位于腔室的一侧；液态金属，位于腔室中，液态金属与第一结构层包括相同的材料元素。本申请解决了现有技术中TSV转接板的散热能力较差的问题。

Description

TSV转接板、其制作方法和三维芯片
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种TSV转接板、其制作方法和三维芯片。
背景技术
近年来，随着集成电路封装设计的深入研究和迅速进步，芯片的集成度大幅提高，基于TSV(Through-Silicon Via，硅通孔)的三维芯片集成技术也已被广泛探讨和研究，这对芯片封装技术提出了更高的技术标准与要求。目前，一些现存的封装技术在芯片堆叠传输信号损耗较大；芯片堆叠后，发热量上升，但相对应的散热面积没有增加，从而导致发热密度急剧上升；此外，多芯片封装虽然仍能保持原有的散热面积，但不同芯片之间热源的相应联系，导致热耦合现象加强，进而造成更为严峻的热问题；对射频芯片而言，目前卫星业务最常用的频段是C(4-8GHz)和Ku(12-18GHz)频段，Ka频段虽具有更大的可用频带带宽，但其雨衰效应更为严重，对器件和工艺的要求更高，一直发展缓慢。另外，随着中央处理单元(CPU)算力和功耗的不断提升，如何对其进行高效散热成为了亟需解决的问题。在实际应用场景中，对芯片在极端工况下的应力应变情况、信号稳定性与抗辐照能力都有着更高的要求，相关低损耗及散热技术亟需改进。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种TSV转接板、其制作方法和三维芯片，以至少解决现有技术中TSV转接板的散热能力较差的问题。
为了实现所述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种TSV转接板，包括：衬底，所述衬底的内部具有腔室和覆盖所述腔室的部分内壁的第一结构层，其中，所述第一结构层的材料类型与所述衬底的材料类型不同；通孔结构，贯穿所述衬底且位于所述腔室的一侧；液态金属，位于所述腔室中，所述液态金属与所述第一结构层包括相同的材料元素。
可选地，所述TSV转接板还包括：第一沟槽，贯穿所述衬底的部分表面和所述第一结构层的部分表面，且与所述腔室连通；第二结构层，位于所述第一沟槽中。
可选地，所述衬底包括：第一子衬底；第二沟槽，从所述第一子衬底的表面伸入所述第一子衬底中；第一子结构层，位于所述第二沟槽的底部；第二子衬底，所述第二子衬底的表面与所述第一子衬底的表面键合连接；第三沟槽，从所述第二子衬底的表面伸入所述第二子衬底中，所述第二沟槽与所述第三沟槽对应，构成所述腔室；第二子结构层，位于所述第三沟槽的底部，所述第一子结构层和所述第二子结构层构成所述第一结构层。
可选地，所述通孔结构包括：贯通孔，贯穿所述衬底且位于所述腔室的一侧；绝缘层，覆盖所述贯通孔的孔壁；势垒层，位于所述绝缘层的远离所述贯通孔的孔壁的表面上；导电层，位于所述势垒层的远离所述绝缘层的表面上。
可选地，所述TSV转接板还包括：第一金属连接结构，位于所述衬底的表面上，所述第一金属连接结构与所述通孔结构接触；第二金属连接结构，位于所述第一金属连接结构的远离所述衬底的表面上。
可选地，所述第一结构层的材料包括含镓化合物，所述液态金属包括镓。
可选地，所述液态金属还包括以下至少之一：银、铟、锡、石墨烯、金刚石纳米颗粒、硼化氮。
根据本申请的另一方面，提供了一种所述的TSV转接板的制作方法，包括：提供衬底，所述衬底的内部具有腔室和覆盖所述腔室的部分内壁的第一结构层，其中，所述第一结构层的材料类型与所述衬底的材料类型不同；在所述腔室的一侧形成贯穿所述衬底的通孔结构；向所述腔室中注入液态金属，得到所述TSV转接板，所述液态金属与所述第一结构层包括相同的材料元素。
可选地，向所述腔室中注入液态金属，得到所述TSV转接板，包括：形成依次贯穿所述衬底和所述第一结构层至所述腔室中的第一沟槽；通过所述第一沟槽向所述腔室中注入所述液态金属；在所述第一沟槽中填充第二结构层，并对所述第二结构层进行固化。
可选地，通过所述第一沟槽向所述腔室中注入所述液态金属，包括：将形成有所述第一沟槽的所述衬底置于加热平台上，所述加热平台的温度大于或者等于所述液态金属的熔点；在保护气体氛围中通过所述第一沟槽向所述腔室中注入所述液态金属；在所述液态金属的注入过程中，采集所述腔室的图像信息；根据所述图像信息，调整所述注入过程中所述加热平台的局部温度，以消除所述液态金属的材料中的部分气泡。
可选地，所述加热平台位于灌注室内，所述加热平台包括多个加热阵列，所述灌注室还包括装有所述液态金属的灌注结构、图像采集设备和光源，所述灌注结构位于所述加热平台的上方，所述光源位于所述加热平台的侧方，所述图像采集设备位于所述灌注结构的远离所述加热平台的一侧，和/或所述图像采集设备位于所述加热平台的远离所述光源的一侧，在保护气体氛围中通过所述第一沟槽向所述腔室中注入所述液态金属，包括：向所述灌注室内通入氮气；在所述氮气氛围中打开所述灌注结构，以通过所述第一沟槽向所述腔室中注入所述液态金属，在所述液态金属的注入过程中，采集所述腔室的图像信息，包括：在所述液态金属的注入过程中，开启所述光源；通过所述图像采集设备采集所述腔室的图像信息并发送至显示器，以使得显示器显示所述图像信息，根据所述图像信息，调整所述注入过程中所述加热平台的局部温度，包括：根据所述图像信息，确定是否存在大于预设直径的气泡；在存在大于所述预设直径的气泡的情况下，根据所述气泡的位置，调整对应的所述加热阵列的加热温度。
可选地，提供衬底，包括：提供第一子衬底，并去除部分的所述第一子衬底，以形成从所述第一子衬底的表面伸入所述第一子衬底中的第二沟槽；在所述第二沟槽的底部形成第一子结构层；提供第二子衬底，并去除部分的所述第二子衬底，以形成从所述第二子衬底的表面伸入所述第二子衬底中的第三沟槽；在所述第三沟槽的底部形成第二子结构层，所述第一子结构层和所述第二子结构层构成所述第一结构层；以所述第一子衬底的表面和所述第二子衬底的表面为键合界面，对形成有所述第一子结构层的所述第一子衬底与形成有所述第二子结构层的所述第二子衬底进行键合，得到所述衬底，所述第二沟槽和所述第三沟槽构成所述腔室。
可选地，在所述腔室的一侧形成贯穿所述衬底的通孔结构，包括：去除部分的所述衬底，以形成从所述衬底的第一表面伸入所述衬底中的第四初始沟槽；在所述第四初始沟槽的侧壁上依次形成绝缘层、势垒层和导电层，得到第四沟槽；沿所述衬底的第二表面对所述衬底进行研磨，直到所述第四沟槽贯通，得到所述通孔结构，所述第一表面和所述第二表面为所述衬底的两个相对表面。
可选地，在得到所述通孔结构后，所述方法还包括：在所述第一表面和所述第二表面上进行重布线，得到与所述通孔结构接触的第一金属连接结构；在所述第一金属连接结构的远离所述衬底的表面上形成第二金属连接结构。
根据本申请的再一方面，提供了一种三维芯片，包括：任一种所述的TSV转接板，或者采用任一种所述的TSV转接板的制作方法得到的TSV转接板。
应用本申请的技术方案，TSV转接板中，所述通孔结构贯穿衬底，所述腔室位于所述衬底内部且位于所述通孔结构的一侧，第一结构层覆盖腔室的部分内壁，液态金属位于腔室中。本申请在TSV转接板内部的腔室中形成液态金属，利用液态金属的高热导率，可以提升TSV转接板的散热性能，从而缓解现有技术中TSV转接板的散热能力较差的问题。并且，位于腔室一侧的通孔结构的全联通域空腔天然形成了一种类平面热管微针鳍吸液芯结构，为液态金属的自适应热回流提供了较为有利的空间环境。另外，第一结构层和衬底的材料类型不同，且第一结构层与液态金属具有相同的材料元素，这样，第一结构层在衬底与液态金属之间就起到了异质过渡作用，使得液态金属在腔室中的流动性较好，从而进一步地保证对TSV转接板的整体冷却效果较好。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本申请的实施例中提供的一种TSV转接板的结构示意图；
图2示出了根据本申请的实施例提供的一种TSV转接板的制作方法的流程示意图；
图3至图11示出了根据本申请的实施例提供的TSV转接板的制作方法在各工艺步骤后得到的结构示意图；
图12示出了根据本申请的实施例提供的一种灌注室的结构示意图；
图13示出了根据本申请的实施例提供的另一种TSV转接板的结构示意图；
图14示出了根据本申请的实施例提供的一种单波段射频T/R子阵TSV转接板爆炸图；
图15(a)示出了根据本申请的实施例提供的单CPU计算单元平行TSV阵列结构示意图；
图15(b)示出了根据本申请的实施例提供的单CPU计算单元TSV柱间信号损失水、硅、镓对比图；
图15(c)示出了根据本申请的实施例提供的单波段射频T/R子阵类同轴TSV阵列结构示意图
图15(d)示出了根据本申请的实施例提供的单波段射频T/R子阵TSV柱间信号损失水、硅、镓对比图；
图16(a)示出了根据本申请的实施例提供的单CPU计算单元TSV转接板工况累积应力仿真图；
图16(b)示出了根据本申请的实施例提供的单波段射频T/R子阵TSV转接板工况累积应力仿真图；
图17(a)示出了根据本申请的实施例提供的200μm硅基板/内嵌100μm镓硅基板/100μm镓基合金硅基板/3.8mm钼铜盖板在6MeV质子照射下的单粒子仿真图；
图17(b)示出了根据本申请的实施例提供的200μm硅基板/内嵌100μm镓硅基板/100μm镓基合金硅基板/3.8mm钼铜盖板在100个6MeV伽马粒子照射下的总剂量仿真图；
图18(a)示出了根据本申请的实施例提供的单CPU内嵌液态金属TSV转接板局部区域三维温度分布图；
图18(b)示出了根据本申请的实施例提供的单波段射频T/R子阵TSV转接板局部区域三维温度分布图。
其中，所述附图包括以下附图标记：
10、衬底；11、腔室；12、第一结构层；13、通孔结构；14、液态金属；15、第一沟槽；16、第二结构层；17、第一子衬底；18、第二沟槽；19、第一子结构层；20、第二子衬底；21、第三沟槽；22、第二子结构层；23、贯通孔；24、绝缘层；25、势垒层；26、导电层；27、第一金属连接结构；28、初始衬底；29、第四沟槽；30、加热平台；31、灌注室；32、灌注结构；33、图像采集设备；34、光源；35、手套孔；36、进出气球阀；37、第二金属连接结构。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
正如背景技术中所介绍的，现有技术中TSV转接板的散热能力较差，为解决如上的技术问题，本申请的实施例提供了一种TSV转接板、其制作方法和三维芯片。
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。
根据本申请的一个方面，提供了一种TSV转接板，如图1所示，上述TSV转接板包括：
衬底10，上述衬底10的内部具有腔室11和覆盖上述腔室11的部分内壁的第一结构层12，其中，上述第一结构层12的材料类型与上述衬底10的材料类型不同；
通孔结构13，贯穿上述衬底10且位于上述腔室11的一侧；
液态金属14，位于上述腔室11中，上述液态金属与上述第一结构层包括相同的材料元素。
上述TSV转接板中，上述通孔结构贯穿衬底，上述腔室位于上述衬底内部且位于上述通孔结构的一侧，第一结构层覆盖腔室的部分内壁，液态金属位于腔室中。本申请在TSV转接板内部的腔室中形成液态金属，利用液态金属的高热导率，可以提升TSV转接板的散热性能，从而缓解现有技术中TSV转接板的散热能力较差的问题。并且，位于腔室一侧的通孔结构的全联通域空腔天然形成了一种类平面热管微针鳍吸液芯结构，为液态金属的自适应热回流提供了较为有利的空间环境。另外，第一结构层和衬底的材料类型不同，且第一结构层与液态金属具有相同的材料元素，这样，第一结构层在衬底与液态金属之间就起到了异质过渡作用，使得液态金属在腔室中的流动性较好，从而进一步地保证对TSV转接板的整体冷却效果较好。
具体地，上述液态金属可以为任意合适的低熔点、不定型的金属材料，如镓、铷以及铯等，也可以为包括该金属材料的合金；上述第一结构层为包括该金属材料的金属化合物，本领域技术人员可以根据实际需要灵活设置液态金属和第一结构层的材料。
可选的一种实施例中，上述第一结构层的材料包括含镓化合物，上述液态金属包括镓。镓基液态金属具有流动性好、损耗低和热导率高等优良特性，可以进一步地实现TSV转接板在散热性能上的提升，从而进一步地增强TSV转接板整体的结构强度和信号传输稳定性。
在实际的应用过程中，上述衬底可以根据器件的实际需求进行选择，可以包括硅衬底、锗衬底、硅锗彻底、SOI(绝缘体上硅，Silicon On Insulator)衬底或者GOI(绝缘体上锗，Germaniun On Insulator)衬底。在其他实施例中，上述衬底还可以为包括其他元素半导体或者化合物半导体的衬底，例如GaAs、InP或者SiC等，还可以为叠层结构，例如Si/SiGe等，还可以为其他外延结构，例如SGOI(绝缘体上锗硅)等。当然，其还可以为现有技术中可行的其他衬底。
进一步地，上述衬底为硅衬底，上述第一结构层为氮化镓层或者砷化镓层，上述液态金属为液态镓。液态镓具有优秀的匀温性能，通过氮化镓层或者砷化镓层可以增强液态镓的金属热滑移速度，能强化TSV转接板的径向被动散热能力，且不影响TSV转接板的相关标准工艺。
具体地，如图1上述，上述TSV转接板还包括：第一沟槽15，贯穿上述衬底10的部分表面和上述第一结构层12的部分表面，且与上述腔室11连通；第二结构层16，位于上述第一沟槽15中。通过上述第一沟槽连通腔室，从而实现向腔室中灌注上述液态金属，通过上述第二结构层将灌注了上述液态金属的上述腔室封堵起来。
更为具体地，上述的第二结构层可以为高温陶瓷粘合剂，通过高温陶瓷粘合剂可以实现与衬底的牢固连接，从而进一步地实现将液态金属牢固地封堵在腔室中。
为了进一步地解决TSV转接板的散热效果较差的问题，同时进一步地提升TSV转接板的结构强度，根据又一种示例性的实施例，上述衬底包括：第一子衬底；第二沟槽，从上述第一子衬底的表面伸入上述第一子衬底中；第一子结构层，位于上述第二沟槽的底部；第二子衬底，上述第二子衬底的表面与上述第一子衬底的表面键合连接；第三沟槽，从上述第二子衬底的表面伸入上述第二子衬底中，上述第二沟槽与上述第三沟槽对应，构成上述腔室；第二子结构层，位于上述第三沟槽的底部，上述第一子结构层和上述第二子结构层构成上述第一结构层。本实施例中，通过对具有第二沟槽的第一子衬底和具有第三沟槽的第二子衬底进行键合，得到内部具有腔室的衬底，保证了得到的衬底的热力分布均匀、抗震性能好、连接强度高，从而进一步地保证了TSV转接板的抗压应力较强，从而使得TSV转接板可以承受较为恶劣的工作环境，具有较高的工艺兼容性；并且，第一子结构层和第二子结构层分别覆盖第二沟槽和第三沟槽的底部，进一步地保证了液态金属在第一子结构层上和第二子结构层上的流动性能较好，热滑移速度较快，使得液态金属的匀温效果较好，进一步地提升整个TSV的散热能力。
可选地，如图1所示，上述通孔结构13包括：贯通孔23，贯穿上述衬底10且位于上述腔室11的一侧；绝缘层24，覆盖上述贯通孔23的孔壁；势垒层25，位于上述绝缘层24的远离上述贯通孔23的孔壁的表面上；导电层26，位于上述势垒层25的远离上述绝缘层24的表面上。由于衬底的导电性，需要在衬底和导电层之间形成电绝缘的上述绝缘层，为了避免导电层中的导电粒子扩散到绝缘层中影响绝缘层的电性特征，在绝缘层和导电层之间设置势垒层，来防止导电粒子的扩散并提高导电层的粘附强度。
在实际的应用过程中，上述绝缘层的材料一般选择氧化硅，用来隔绝信号，因为其在硅通孔内制作方便且与IC工艺兼容；上述势垒层的材料可以选择多晶硅，上述导电层的材料可以选择金属材料，如铜柱等，用来传递信号。当然，上述绝缘层、上述势垒层和上述导电层的材料并不限于上述的材料，本领域技术人员可以选择任意合适的材料作为上述的绝缘层、势垒层和导电层。上述的绝缘层、势垒层和导电层也并不限于单层结构，其还可以为包括多层的复合层结构。
需要说明的是，覆盖了上述绝缘层、上述势垒层和上述导电层的上述贯通孔仍有贯通的孔洞。
再一些示例性实施例中，如图1所示，上述TSV转接板还包括：第一金属连接结构27，位于上述衬底10的表面上，上述第一金属连接结构27与上述通孔结构13接触；第二金属连接结构37，位于上述第一金属连接结构27的远离上述衬底10的表面上。通过上述第一金属连接结构和上述第二金属连接结构，来满足TSV转接板满足后续连接和封装的需求。
在实际的应用过程中，本领域技术人员可以选择任意合适的金属材料作为上述第一金属连接结构和上述第二金属连接结构的材料。上述第一金属连接结构和上述第二金属连接结构的材料可以相同，也可以不同，本申请对此不作具体限定。一种可选方案中，上述第一金属连接结构的材料为铜，上述第二金属连接结构的材料为金。
根据一些其他实施例，上述通孔结构有多个，多个上述通孔结构可以均匀地间隔设置，也可以不均匀地间隔设置；多个上述通孔结构可以设置在上述腔室的同一侧，也可以设置在上述腔室的两侧。多个排布的上述通孔结构及全联通域空腔天然形成了一种类平面热管微针鳍阵列吸液芯结构，为镓基液态金属的自适应热回流创造更为有利的空间环境，可以在不影响TSV转接板已有功能的前提下进一步地强化TSV转接板的径向被动散热能力。
为了进一步地提升整个TSV转接板的散热能力，在其他实施例中，上述腔室也可以有多个，多个上述腔室间隔地分布在上述衬底中。
本申请中，上述液态金属中除了包括镓，上述液态金属还包括以下至少之一：银、铟、锡、石墨烯、金刚石纳米颗粒、硼化氮。在上述液态金属中还包括铟和/或银的情况下，铟和/或银可以增加TSV转接板整体的冷却性能以及电磁屏蔽能力；在上述液态金属中还包括铅的情况下，通过铅这样的大质量原子在腔室中均匀分布，可以进一步地提升整个TSV转接板的抗辐射性能。
当然，上述液态金属并不限于包括上述材料，其还可以包括其他可增强散热能力的成分。另外，在上述液态金属包括铅的情况下，上述铅的质量分数可以为5％。
在本实施例中提供了一种，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图2是根据本申请实施例的上述TSV转接板的制作方法的流程图。如图2所示，该方法包括以下步骤：
步骤S201，提供如图6所示的衬底10，上述衬底10的内部具有腔室11和覆盖上述腔室11的部分内壁的第一结构层12，其中，上述第一结构层12的材料类型与上述衬底10的材料类型不同；
具体地，上述衬底可以根据器件的实际需求进行选择，可以包括硅衬底、锗衬底、硅锗彻底、SOI衬底或者GOI衬底。在其他实施例中，上述衬底还可以为包括其他元素半导体或者化合物半导体的衬底，例如GaAs、InP或者SiC等，还可以为叠层结构，例如Si/SiGe等，还可以为其他外延结构，例如SGOI等。当然，其还可以为现有技术中可行的其他衬底。
步骤S202，在上述腔室11的一侧形成贯穿上述衬底的通孔结构13，得到如图7所示的结构；
步骤S203，向上述腔室11中注入液态金属14，得到如图1所示的上述TSV转接板，上述液态金属与上述第一结构层包括相同的材料元素。
具体地，上述液态金属可以为任意合适的低熔点、不定型的金属材料，如镓、铷以及铯等，也可以为包括该金属材料的合金；上述第一结构层为包括该金属材料的金属化合物，本领域技术人员可以根据实际需要灵活设置液态金属和第一结构层的材料。
通过上述实施例，首先提供衬底，衬底内部具有腔室和覆盖腔室的部分内壁的第一结构层；然后在腔室的一侧形成贯穿衬底的通孔结构；最后向腔室中注入液态金属，得到TSV转接板。本申请在TSV转接板内部的腔室中形成液态金属，利用液态金属的高热导率，可以提升TSV转接板的散热性能，从而缓解现有技术中TSV转接板的散热能力较差的问题。并且，位于腔室一侧的通孔结构的全联通域空腔天然形成了一种类平面热管微针鳍吸液芯结构，为液态金属的自适应热回流提供了较为有利的空间环境。另外，第一结构层和衬底的材料类型不同，且第一结构层与液态金属具有相同的材料元素，这样，第一结构层在衬底与液态金属之间就起到了异质过渡作用，使得液态金属在腔室中的流动性较好，从而进一步地保证对TSV转接板的整体冷却效果较好。
具体地，上述第一结构层的材料包括含镓化合物，上述液态金属包括镓。镓基液态金属具有流动性好、损耗低和热导率高等优良特性，可以进一步地实现TSV转接板在散热性能上的提升，从而进一步地增强TSV转接板整体的结构强度和信号传输稳定性。
进一步地，上述衬底为硅衬底，上述第一结构层为氮化镓层或者砷化镓层，上述液态金属为液态镓。液态镓具有优秀的匀温性能，通过氮化镓层或者砷化镓层可以增强液态镓的金属热滑移速度，能强化TSV转接板的径向被动散热能力，且不影响TSV转接板的相关标准工艺。
根据本申请的另一种具体实施例，提供衬底，包括：提供第一子衬底17，并去除部分的上述第一子衬底17，如图3所示，以形成从上述第一子衬底17的表面伸入上述第一子衬底17中的第二沟槽18；如图4所示，在上述第二沟槽18的底部形成第一子结构层19；提供第二子衬底20，并去除部分的上述第二子衬底20，如图3所示，以形成从上述第二子衬底20的表面伸入上述第二子衬底20中的第三沟槽21；如图4所示，在上述第三沟槽21的底部形成第二子结构层22，上述第一子结构层19和上述第二子结构层22构成上述第一结构层12；以上述第一子衬底17的表面和上述第二子衬底20的表面为键合界面，对形成有上述第一子结构层19的上述第一子衬底17与形成有上述第二子结构层22的上述第二子衬底20进行键合，得到如图6所示的上述衬底10，图4中的上述第二沟槽18和上述第三沟槽21构成图6中的上述腔室11。本实施例中，通过对具有第二沟槽的第一子衬底和具有第三沟槽的第二子衬底进行键合，得到内部具有腔室的衬底，保证了得到的衬底的热力分布均匀、抗震性能好、连接强度高，从而进一步地保证了TSV转接板的抗压应力较强，从而使得TSV转接板可以承受较为恶劣的工作环境，具有较高的工艺兼容性；并且，第一子结构层和第二子结构层分别覆盖第二沟槽和第三沟槽的底部，进一步地保证了液态金属在第一子结构层上和第二子结构层上的流动性能较好，热滑移速度较快，使得液态金属的匀温效果较好，进一步地提升整个TSV的散热能力。
其中，去除部分的上述第一子衬底，以形成从上述第一子衬底的表面伸入上述第一子衬底中的第二沟槽，包括：使用离子刻蚀机对上述第一子衬底进行深度反应离子刻蚀，以形成上述第二沟槽。去除部分的上述第二子衬底，以形成从上述第二子衬底的表面伸入上述第二子衬底中的第三沟槽，包括：使用离子刻蚀机对上述第二子衬底进行深度反应离子刻蚀，以形成上述第三沟槽。
在上述第二沟槽的底部形成第一子结构层，包括：采用金属有机物气相外延工艺，在形成有上述第二沟槽的上述第一子衬底的裸露表面上形成第一预备结构层；采用湿法刻蚀机刻蚀形成的上述第一预备结构层，仅保留位于上述第二沟槽底部的上述第一预备结构层，得到上述第一子结构层。在上述第二沟槽的底部形成第一子结构层，包括：采用金属有机物气相外延工艺，在形成有上述第三沟槽的上述第二子衬底的裸露表面上形成第二预备结构层；采用湿法刻蚀机刻蚀形成的上述第二预备结构层，仅保留位于上述第三沟槽底部的上述第二预备结构层，得到上述第二子结构层。
其中，采用金属有机物气相外延工艺生成上述第一预备结构层和上述第二预备结构层的过程中，将硅片放入反应室中，并将三甲基镓和氨气NH3同时引入反应室发生反应，反应化学式为：
Ga(CH3)3+NH3→GaN+3CH4
因为GaN在硅表面上的张应力大，导致在硅基板上的GaN会出现裂纹和粗糙等现象。为了外延生长优质的GaN，可以在硅基板外延添加一层热稳定性好的HT-AlN作为缓冲层使GaN的张应力转换为压应力，可以很大程度上提高GaN外延层的生长质量，但为了增大表面张力差异，需要增加GaN-Si异质界面的粗糙度，因此本本申请的制作工艺中对于GaN的质量要求远低于作为半导体器件衬底的外延GaN，所以可直接在硅基板上直接生长100nm GaN外延工艺，以获得满足一定粗糙度范围要求的纳米结构异质界面。
采用湿法刻蚀机刻蚀形成的上述第一预备结构层和上述第二预备结构层的具体过程可以为将形成有上述第一预备结构层的第一子衬底和形成有上述第二预备结构层的第二子衬底浸泡在KOH溶液中，通过电化学反应的方式，刻蚀厚度为100nm的外延氮化镓层，并形成所需的图形化异质界面。
另外，以上述第一子衬底17的表面和上述第二子衬底20的表面为键合界面，对形成有上述第一子结构层19的上述第一子衬底17与形成有上述第二子结构层22的上述第二子衬底20进行键合，得到如图6所示的上述衬底10，上述第二沟槽18和上述第三沟槽21构成上述腔室，包括：以上述第一子衬底17的表面和上述第二子衬底20的表面为键合界面，对形成有上述第一子结构层19的上述第一子衬底17与形成有上述第二子结构层22的上述第二子衬底20进行键合，得到如图5所示的初始衬底28；对上述初始衬底的表面进行化学机械抛光处理，使得研磨后的上述初始衬底的厚度达到预设厚度，比如60μm。当然，上述衬底的厚度并不限于上述的60μm，该值可以根据实际工艺确定。
在实际应用中，覆盖有上述第一结构层的上述腔室的深度可以为100μm，也可以为其他任意合适的数值。
可选地，在上述腔室的一侧形成贯穿上述衬底的通孔结构，包括：去除部分的上述衬底，以形成从上述衬底的第一表面伸入上述衬底中的第四初始沟槽；在上述第四初始沟槽的侧壁上依次形成绝缘层、势垒层和导电层，得到如图7所示的第四沟槽29；沿上述衬底10的第二表面对上述衬底10进行研磨，直到上述第四沟槽29贯通，得到如图8所示的上述通孔结构13，上述第一表面和上述第二表面为上述衬底10的两个相对表面。
具体地，形成上述通孔结构后的上述衬底的厚度可以为150μm，本领域技术人员可以根据实际工艺需要灵活设置研磨后上述衬底的厚度。
根据本申请的另一种可选实施例，在得到上述通孔结构后，上述方法还包括：如图8和图9所示，在上述第一表面和上述第二表面上进行重布线，得到与上述通孔结构13接触的第一金属连接结构27；在上述第一金属连接结构27的远离上述衬底10的表面上形成第二金属连接结构37。通过上述第一金属连接结构和上述第二金属连接结构，来满足TSV转接板满足后续连接和封装的需求。
在实际的应用过程中，本领域技术人员可以选择任意合适的金属材料作为上述第一金属连接结构和上述第二金属连接结构的材料。上述第一金属连接结构和上述第二金属连接结构的材料可以相同，也可以不同，本申请对此不作具体限定。一种可选方案中，上述第一金属连接结构的材料为铜，上述第二金属连接结构的材料为金。
进一步地，可以使用磁控溅射机在上述第一表面和上述第二表面上进行重布线。
又一种可选方案中，向上述腔室中注入液态金属，得到上述TSV转接板，包括：如图10所示，形成依次贯穿上述衬底10和上述第一结构层12至上述腔室11中的第一沟槽15；如图11所示，通过上述第一沟槽15向上述腔室11中注入上述液态金属14；如图1所示，在上述第一沟槽15中填充第二结构层16，并对上述第二结构层16进行固化。通过形成连通腔室的第一沟槽，从而向腔室中灌注上述液态金属，通过上述第二结构层将灌注了上述液态金属的上述腔室封堵起来。
具体地，对上述第二结构层进行固化，包括：将形成有上述第二结构层的结构放入高温烘箱中，并将上述高温烘箱的温度设为预设温度，以对上述第二结构层进行固化。形成依次贯穿上述衬底和上述第一结构层至上述腔室中的第一沟槽，包括：使用离子刻蚀机，对上述衬底进行深反应离子刻蚀，得到上述第一沟槽。
具体应用中，本领域技术人员可以根据上述第二结构层的材料选择上述预设温度的值，如在上述第二结构层为高温陶瓷粘合剂的情况下，上述预设温度可以为200℃，该温度使陶瓷粘合剂完全固化，确保稳定的连接和封装效果。
形成上述第一金属连接结构的工艺步骤可以在向上述腔室中注入液态金属之后执行，也可以在得到上述通孔结构之后，在向上述腔室中注入液态金属之前执行。在向上述腔室中注入液态金属之前形成上述第一金属连接结构的情况下，形成依次贯穿上述衬底10和上述第一结构层12至上述腔室11中的第一沟槽15，包括：如图9和图10所示，使用离子刻蚀机，采用深反应离子刻蚀工艺依次刻蚀去除部分的上述第一金属连接结构27、部分的上述衬底10和部分的上述第一结构层12，形成上述第一沟槽15。
本申请的实施例中，通过上述第一沟槽向上述腔室中注入上述液态金属，包括：将形成有上述第一沟槽的上述衬底置于加热平台上，上述加热平台的温度大于或者等于上述液态金属的熔点；在保护气体氛围中通过上述第一沟槽向上述腔室中注入上述液态金属；在上述液态金属的注入过程中，采集上述腔室的图像信息；根据上述图像信息，调整上述注入过程中上述加热平台的局部温度，以消除上述液态金属的材料中的部分气泡。本实施例中，在保护气体氛围中向强势注入液态金属，避免了液态金属与空气接触，造成液态金属氧化变性问题，并且，通过采集液态金属注入过程中的腔室的图像信息，根据图像信息，来调整加热腔室的加热平台的局部温度，从而消除注入过程中的保护气体气泡嵌塞问题，保证注入质量较高。
具体地，如图12所示，上述加热平台30位于灌注室31内，上述加热平台30包括多个加热阵列，上述灌注室31还包括装有上述液态金属的灌注结构32、图像采集设备33和光源34，上述灌注结构32位于上述加热平台30的上方，上述光源34位于上述加热平台30的侧方，上述图像采集设备33位于上述灌注结构32的远离上述加热平台30的一侧，和/或上述图像采集设备33位于上述加热平台30的远离上述光源34的一侧。
在此基础上，在保护气体氛围中通过上述第一沟槽向上述腔室中注入上述液态金属，包括：向上述灌注室31内通入氮气；在上述氮气氛围中打开上述灌注结构32，以通过上述第一沟槽向上述腔室中注入上述液态金属，在上述液态金属的注入过程中，采集上述腔室的图像信息，包括：在上述液态金属的注入过程中，开启上述光源34；通过上述图像采集设备33采集上述腔室的图像信息并发送至显示器，以使得显示器显示上述图像信息，根据上述图像信息，调整上述注入过程中上述加热平台的局部温度，包括：根据上述图像信息，确定是否存在大于预设直径的气泡；在存在大于上述预设直径的气泡的情况下，根据上述气泡的位置，调整对应的上述加热阵列的加热温度。根据上述气泡的位置，调整对应的上述加热阵列的加热温度，包括：根据上述气泡的位置，确定输入电压，调整对应的上述加热阵列的输入电压，以调整其加热温度。
上述方法还包括：根据上述图像信息，确定上述腔室内的液态金属的体积是否大于或者等于预定体积；在确定上述腔室内的液态金属的体积大于或者等于预定体积的情况下，控制上述灌注结构停止灌注。
具体地，本领域技术人员可以根据实际需要灵活设置上述预定体积的具体数值，如设置上述预定体积为上述腔室的总体积的90％。根据上述图像信息确定上述腔室内的液态金属的体积的方式可以将上述预定体积转换为对应的腔室高度；根据腔室实际高度确定体积是否达到预定体积。
由于TSV阵列的不规则非均一排布特征，将液态金属灌封到TSV转接板的腔室中时，不可避免会出现最小流阻最优浸润路径，从而导致大量的氮气气泡被堵塞在腔室中无法及时排出。因此，在灌封过程中，利用马兰戈尼效应，调节加热平台的部分加热阵列的输入电压，在腔室中形成可控温度梯度变化，实时改变腔室中的异质界面超浸润热滑移区域分布，优化液态金属在腔室中的浸润路径。
一种具体的实施例中，如图12所示，上述图像采集设备有两个，一个上述图像采集设备33位于上述灌注结构32的远离上述加热平台30的一侧，为红外显微相机，利用衬底硅材料中红外波段的透光性，来获取腔室图像，实时检测液态金属的填充效果、腔室内液态金属的流动状态和液态金属的区域温度变化；一个上述图像采集设备33位于上述加热平台30的远离上述光源34的一侧，为高速相机。上述灌注室31可以为亚克力材质的氮气手套箱，外部长宽高分别为1200mm、800mm、700mm，其箱体的左右两侧各有一个手套孔35，箱体的一侧带有进出气球阀36，进行氮气置换。上述加热平台的长宽分别为120mm、150mm、该加热平台的三轴位移行程分别为前后60mm、左右35mm，上下80mm精度均为0.1m。上述灌注结构为带有针头的针筒。上述光源为密集LED可调节蓝色基调工业级冷光源，可以从水平方向提供照明。
根据一些其他实施例，如图13所示，上述衬底10中具有多个间隔设置的腔室11，步骤S202：在上述腔室的一侧形成贯穿上述衬底的通孔结构，包括：在每个上述腔室的一侧形成一个上述通孔结构13，上述通孔结构与上述腔室交替间隔设置。在上述第一沟槽15中填充第二结构层16之后，可以进行后续的加工步骤，如切割、封装等，以完成最终的产品制造。这些加工步骤可根据具体需求进行，以获得功能完善、可靠的内嵌液态金属TSV产品。该产品中，TSV转接板的厚度为200μm，转接板外壁组成成分为硅，在腔室的上下表面外延有100nm厚的纳米结构氮化镓异质界面，除氮化镓异质界面外，腔室的高度为100μm，用以填充液态镓基液态金属。TSV转接板中，通孔结构为套嵌圆柱形。
本申请的TSV转接板可以应用于收发器，图14示例性地示出了单波段射频T/R(transmitter/Receiver，收发)子阵TSV转接板爆炸图，其顶部有两颗射频PA(PowerAmplifier，功率放大器)芯片，内部液态金属流动区域底部是边长为12.5mm的正方形，其腔室高为100μm。内部TSV信号传输区域周围有正六边形分布的接地线，正六边形接地线的布局有助于保持接地线之间的最小距离相等，从而最大程度地减小电路的电感和电阻。这种类同轴TSV式阵列结构，能够提供良好的屏蔽效果，减少与周围信号的相互干扰，有助于确保信号的稳定传输和减少干扰。
本申请中，结合液态金属纳米结构异质界面超浸润跨尺度热滑移仿真所获得的镓基液态金属在异质界面上相关参数，如动力粘度、滑移动力等，可构建本申请的上述TSV转接板的散热模型，获得的仿真结果如图18所示。如图18(a)所示，在CPU功率为6W、环境温度为20℃的自然对流条件下，TSV转接板的最高温度为56℃，低于现有技术中标准TSV转接板的最高温度，且两者温度差达36.2℃。
将本申请的TSV转接板应用于射频T/R子帧中，由于在射频T/R子阵TSV转接板中的TSV阵列密度较低，无法由TSV阵列隔断镓基液态金属，形成众多局部自适应热回流路径，如图18(b)所示，在射频PA芯片功率为6W、环境温度为20℃的自然对流条件下，内嵌液态金属射频T/R子阵TSV转接板上最高温度为68℃，亦相比标准射频T/R子阵TSV转接板的最高温度低31℃。综上所述，本申请的TSV转接板具有优秀的匀温性能，通过外延的纳米结构氮化镓层增强镓基液态金属热滑移速度，能强化TSV转接板的径向被动散热能力，且不影响已有转接板相关标准工艺。
表1TSV阵列高频信号柱间损耗仿真参数设置表
针对单CPU计算单元和单波段射频前端T/R子阵中，两种典型TSV阵列结构(平行阵列和类同轴阵列)，用水、硅、镓作为TSV阵列间填充物质，分别进行了高频信号柱间损耗仿真优化，如图15(a)、(b)、(c)和(d)所示。仿真边界条件设置如表1所示。
在模型中腔室由镓基液态金属填充，由于液态工质的几何形貌变化较小且对电信号影响不大，因而在仿真中将腔室内部物质视为完整的散热工质。从仿真结果中可知，受益于镓基液态金属良好的信号屏蔽性能，两种TSV转接板在填充了镓基液态金属后，其高频信号柱间损耗均明显优于内嵌水冷转接板性能，在1-40GHz内都低于0.5dB，且其宽频性能比硅也有所提升。仿真中涉及到的相关公式如下所示：
式(1)为TSV阵列的ABCD参数矩阵(也称为传输线参数)，其通过提取RLCG(电阻、电感、电容和电导)参数所给出，其中，Z0、θ和hTSV分别为C-TSV阵列的特性阻抗、传播常数和TSV高度。基于该式可以得到结构的回波损耗(S21)，其具体可见式(2)。
为了实现高工艺兼容性的TSV转接板，除了针对其散热匀温性能和电信号屏蔽性能进行优化以外，转接板在工况累积应力的相关优化也是必不可少的一部分。对于TSV转接板运行下工况条件，针对TSV转接板进行应力仿真。其应力来源主要是由于工作状态下温度的变化所引出的热应变，具体公式如下：
εT＝α(T2-T1)＝αΔT(4)
式中，α为材料的热膨胀系数，L为物体的初始长度，ΔT为一定温度下物体长度的变化，εT为物体在一定温度下的应变。在本申请中转接板主要结构组成为硅，因此该参数设定以硅的热膨胀系数为准。物体受到的应力如下式所示：
σ＝E×εT(5)
其中σ为物体受到的应力。
为了全面验证本申请拟研制的TSV转接板在极端工况下的应力应变情况，本申请设定了从250-450℃反复循环的外界温度条件，分别对单CPU计算单元TSV转接板和单波段射频T/R子阵TSV转接板的累积应力和应变进行综合仿真，其最后结果如图16(a)和(b)所示，对于单CPU计算单元TSV转接板其残余应力大小最高值为0.49GPa，对于单波段射频T/R子阵TSV转接板其最大应力为0.23GPa，而硅的最大抗压应力(3.5-4GPa)远高于此，因此本申请的TSV转接板具有能够承受较为恶劣的工作环境，具有较高的工艺兼容性。
在宇航空间中，宇宙射线的主要成分为高能质子和部分γ射线。高能质子入射到半导体器件中，入射质子与半导体材料的相互作用机理为轫致辐射，是质子接近原子核时与原子核的库仑场相互作用，质子的运动方向发生偏折，并急剧减速，能量转化成辐射的形式，公式如下：
其中，E为电场强度矢量，q为带电粒子电量，r为观察点与带电粒子距离，c为真空中光速，ε0为真空介电常数，a为加速度矢量，er为从带电粒子为圆心指向空间的单位径向矢量，v为带电粒子速度，B为磁感应强度矢量，S为能流密度矢量，θ是粒子前进方向与er的夹角。
γ射线与半导体材料的相互作用机理主要为康普顿效应，γ光子与原子外层电子(可视为自由电子)发生弹性碰撞，γ光子只将部分能量传递给原子中外层电子，使该电子脱离核的束缚从原子中射出。光子本身改变运动方向。被发射出的电子称康普顿电子，能继续与介质发生相互相互作用。康普顿效应公式如下：
其中，Δλ为入射波长λ0与散射波长λ之差，h为普朗克常数，c为光速，m为电子的静止质量，为散射角。
镓基合金中成分除了增加银调节散热性能和电磁屏蔽外，还可以加入一定比例的铅，通过银和铅这样的大质量原子在腔室中的均匀分布，进一步提升TSV转接板的抗辐射性能。通过对200μm厚硅基板，200μm厚内嵌100μm镓硅基板，200μm厚内嵌100μmGa65In20.5Sn9.5Pb5硅基板，及3.8mm钼铜盖板分别进行单粒子仿真与总剂量仿真，如图17(a)和(b)和表2、表3所示。单粒子仿真中，在能量为6MeV的单个质子照射下，质子能穿透200μm硅板，而100μm金属镓，100μm镓基合金和3.8mm钼铜盖板阻挡了质子，防止其对内部的器件造成辐照损伤。在10MeV的质子照射下，3.8mm钼铜盖板阻挡了质子，100μm金属镓和100μm镓基合金虽不能完全阻挡质子，但对于其后面的材料产生了有效的保护，降低了TSV转接板背部50μm厚硅层的能量沉积。在总剂量仿真中设置了100个能量为6MeV的伽马粒子进行照射，仿真结果显示内嵌的金属镓或镓基合金中都产生了能量沉积，同时伴有负电子和质子的产生。因此，该设计方案中的内嵌液态金属TSV转接板能够为内部结构提供增强的辐射防护效果。
表2高能质子单粒子仿真能量沉积
表3γ粒子总剂量仿真能量沉积
根据本申请的再一方面，提供了一种三维芯片，包括：任一种上述的TSV转接板，或者采用任一种上述的TSV转接板的制作方法得到的TSV转接板。
上述的三维芯片包括任一种上述的TSV转接板，或者为采用任一种上述的方法制作得到的TSV转接板，该TSV转接板中，上述通孔结构贯穿衬底，上述腔室位于上述衬底内部且位于上述通孔结构的一侧，第一结构层覆盖腔室的部分内壁，液态金属位于腔室中。本申请在TSV转接板内部的腔室中形成液态金属，利用液态金属的高热导率，可以提升TSV转接板的散热性能，从而缓解现有技术中TSV转接板的散热能力较差的问题。并且，位于腔室一侧的通孔结构的全联通域空腔天然形成了一种类平面热管微针鳍吸液芯结构，为液态金属的自适应热回流提供了较为有利的空间环境。另外，第一结构层和衬底的材料类型不同，且第一结构层与液态金属具有相同的材料元素，这样，第一结构层在衬底与液态金属之间就起到了异质过渡作用，使得液态金属在腔室中的流动性较好，从而进一步地保证对TSV转接板的整体冷却效果较好。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种TSV转接板，其特征在于，包括：
衬底，所述衬底的内部具有腔室和覆盖所述腔室的部分内壁的第一结构层，其中，所述第一结构层的材料类型与所述衬底的材料类型不同；
通孔结构，贯穿所述衬底且位于所述腔室的一侧；
液态金属，位于所述腔室中，所述液态金属与所述第一结构层包括相同的材料元素。
2.根据权利要求1所述的TSV转接板，其特征在于，所述TSV转接板还包括：
第一沟槽，贯穿所述衬底的部分表面和所述第一结构层的部分表面，且与所述腔室连通；
第二结构层，位于所述第一沟槽中。
3.根据权利要求1所述的TSV转接板，其特征在于，所述衬底包括：
第一子衬底；
第二沟槽，从所述第一子衬底的表面伸入所述第一子衬底中；
第一子结构层，位于所述第二沟槽的底部；
第二子衬底，所述第二子衬底的表面与所述第一子衬底的表面键合连接；
第三沟槽，从所述第二子衬底的表面伸入所述第二子衬底中，所述第二沟槽与所述第三沟槽对应，构成所述腔室；
第二子结构层，位于所述第三沟槽的底部，所述第一子结构层和所述第二子结构层构成所述第一结构层。
4.根据权利要求1所述的TSV转接板，其特征在于，所述通孔结构包括：
贯通孔，贯穿所述衬底且位于所述腔室的一侧；
绝缘层，覆盖所述贯通孔的孔壁；
势垒层，位于所述绝缘层的远离所述贯通孔的孔壁的表面上；
导电层，位于所述势垒层的远离所述绝缘层的表面上。
5.根据权利要求1所述的TSV转接板，其特征在于，所述TSV转接板还包括：
第一金属连接结构，位于所述衬底的表面上，所述第一金属连接结构与所述通孔结构接触；
第二金属连接结构，位于所述第一金属连接结构的远离所述衬底的表面上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的TSV转接板，其特征在于，所述第一结构层的材料包括含镓化合物，所述液态金属包括镓。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的TSV转接板，其特征在于，所述液态金属还包括以下至少之一：银、铟、锡、石墨烯、金刚石纳米颗粒、硼化氮。
8.一种权利要求1至7中任一项所述的TSV转接板的制作方法，其特征在于，包括：
提供衬底，所述衬底的内部具有腔室和覆盖所述腔室的部分内壁的第一结构层，其中，所述第一结构层的材料类型与所述衬底的材料类型不同；
在所述腔室的一侧形成贯穿所述衬底的通孔结构；
向所述腔室中注入液态金属，得到所述TSV转接板，所述液态金属与所述第一结构层包括相同的材料元素。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，向所述腔室中注入液态金属，得到所述TSV转接板，包括：
形成依次贯穿所述衬底和所述第一结构层至所述腔室中的第一沟槽；
通过所述第一沟槽向所述腔室中注入所述液态金属；
在所述第一沟槽中填充第二结构层，并对所述第二结构层进行固化。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，通过所述第一沟槽向所述腔室中注入所述液态金属，包括：
将形成有所述第一沟槽的所述衬底置于加热平台上，所述加热平台的温度大于或者等于所述液态金属的熔点；
在保护气体氛围中通过所述第一沟槽向所述腔室中注入所述液态金属；
在所述液态金属的注入过程中，采集所述腔室的图像信息；
根据所述图像信息，调整所述注入过程中所述加热平台的局部温度，以消除所述液态金属的材料中的部分气泡。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述加热平台位于灌注室内，所述加热平台包括多个加热阵列，所述灌注室还包括装有所述液态金属的灌注结构、图像采集设备和光源，所述灌注结构位于所述加热平台的上方，所述光源位于所述加热平台的侧方，所述图像采集设备位于所述灌注结构的远离所述加热平台的一侧，和/或所述图像采集设备位于所述加热平台的远离所述光源的一侧，
在保护气体氛围中通过所述第一沟槽向所述腔室中注入所述液态金属，包括：
向所述灌注室内通入氮气；在所述氮气氛围中打开所述灌注结构，以通过所述第一沟槽向所述腔室中注入所述液态金属，
在所述液态金属的注入过程中，采集所述腔室的图像信息，包括：在所述液态金属的注入过程中，开启所述光源；通过所述图像采集设备采集所述腔室的图像信息并发送至显示器，以使得显示器显示所述图像信息，
根据所述图像信息，调整所述注入过程中所述加热平台的局部温度，包括：
根据所述图像信息，确定是否存在大于预设直径的气泡；在存在大于所述预设直径的气泡的情况下，根据所述气泡的位置，调整对应的所述加热阵列的加热温度。
12.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其特征在于，提供衬底，包括：
提供第一子衬底，并去除部分的所述第一子衬底，以形成从所述第一子衬底的表面伸入所述第一子衬底中的第二沟槽；
在所述第二沟槽的底部形成第一子结构层；
提供第二子衬底，并去除部分的所述第二子衬底，以形成从所述第二子衬底的表面伸入所述第二子衬底中的第三沟槽；
在所述第三沟槽的底部形成第二子结构层，所述第一子结构层和所述第二子结构层构成所述第一结构层；
以所述第一子衬底的表面和所述第二子衬底的表面为键合界面，对形成有所述第一子结构层的所述第一子衬底与形成有所述第二子结构层的所述第二子衬底进行键合，得到所述衬底，所述第二沟槽和所述第三沟槽构成所述腔室。
13.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其特征在于，在所述腔室的一侧形成贯穿所述衬底的通孔结构，包括：
去除部分的所述衬底，以形成从所述衬底的第一表面伸入所述衬底中的第四初始沟槽；
在所述第四初始沟槽的侧壁上依次形成绝缘层、势垒层和导电层，得到第四沟槽；
沿所述衬底的第二表面对所述衬底进行研磨，直到所述第四沟槽贯通，得到所述通孔结构，所述第一表面和所述第二表面为所述衬底的两个相对表面。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在得到所述通孔结构后，所述方法还包括：
在所述第一表面和所述第二表面上进行重布线，得到与所述通孔结构接触的第一金属连接结构；
在所述第一金属连接结构的远离所述衬底的表面上形成第二金属连接结构。
15.一种三维芯片，其特征在于，包括：权利要求1至7中任一项所述的TSV转接板，或者采用权利要求8至14中任一项所述的TSV转接板的制作方法得到的TSV转接板。
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