[发明专利]硅通孔结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种硅通孔结构及其制造方法。

背景技术

硅通孔技术(TSV，Through-Silicon-Via)是通过在芯片和芯片之间、晶圆和晶圆之间制作垂直导通，实现芯片之间互连的最新技术。与以往的IC封装键合和使用凸点的叠加技术不同，TSV能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大，外形尺寸最小，并且大大改善芯片速度和低功耗的性能。

TSV封装与常规封装技术相比，其制作可以集成到制造工艺的不同阶段，目前比较流行的两种方法为先通孔(via first)与后通孔(via last)工艺，即TSV可以在IC制造过程中制作(先制作通孔，via first)，也可以在IC制造完成之后制作(后制作通孔，via last)。在先通孔情况下，前道互连(FEOL)型TSV是在IC布线工艺开始之前制作的，而后道互连(BEOL)型TSV则是在金属布线工艺过程中在IC制造厂中实现的。

如图1A所示，FEOL型TSV结构是在所有CMOS工艺开始之前在空白的硅晶圆100上制造实现的，通常使用多晶硅材料101填充通孔，来避免如金属等导电材料填充刻蚀好的通孔时产生的污染物问题以及金属等导电材料不能承受后续工艺的热冲击(通常高于1000℃)而产生填充缺陷的问题，但是多晶硅材料101的阻抗高于金属等导电材料，会影响硅晶圆100上方形成的IC 102的性能；同时，现有技术中通过TSV结构实现硅晶圆100上方形成的IC 102与其他集成电路芯片进行三维集成电路的芯片堆叠与互连工艺中，一般需要对硅晶圆100的背面进行处理，去除所述通孔内的多晶硅材料101，并在通孔内形成铜填充结构，然而，填充在通孔中的多晶硅材料101很难移除，如图1B所示，移除多晶硅材料101的工艺容易对通孔与IC 102界面产生损伤，使得后续在通孔中形成的填充结构103表面不平整，影响TSV的连接性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硅通孔结构及其制造方法，能够避免多晶硅填充引入的高阻抗，在背面处理时容易移除填充物，同时不会造成移除损伤，提高集成电路芯片性能及芯片间的连接性能。

为了解决上述问题，本发明提供一种硅通孔结构的制造方法，包括以下步骤：

提供半导体衬底，，所述半导体衬底具有前表面和背表面；

由所述半导体衬底的前表面刻蚀所述半导体衬底形成一开口；

在所述开口的内表面上形成一层绝缘层；

在所述开口中依次形成虚拟材料填充和多晶硅盖层；

对所述半导体衬底的背表面进行化学机械平坦化，暴露出所述虚拟材料填充的底部表面；

移除所述虚拟材料填充，在所述多晶硅盖层表面上形成金属阻挡层，并在所述多晶硅盖层处形成自对准金属硅化物。

进一步的，对所述半导体衬底的背表面进行化学机械平坦化步骤之前，还包括：

对形成有多晶硅盖层的半导体衬底的前表面进行化学机械平坦化；

在所述半导体衬底的平坦化的前表面上形成前道互连器件结构和/或后道互连器件结构。

进一步的，所述虚拟材料填充为无定形碳。

进一步的，所述金属阻挡层为CoWP、NiMoP、NiMoB、NiReP及NiWP中的至少一种。

进一步的，在形成自对准金属硅化物步骤之后，还包括：在所述开口中填充碳纳米管。

进一步的，所述碳纳米管的填充工艺温度低于500摄氏度。

进一步的，所述碳纳米管的填充工艺中通入的气体包括氩气。

进一步的，在形成自对准金属硅化物步骤之后，在所述开口中填充碳纳米管之前，还在所述开口内壁上形成金属催化剂层。

进一步的，所述金属催化剂层为铁、钴、镍或钛。

相应的，本发明还提供一种TSV结构，包括：

具有前表面和背表面的半导体衬底；

贯穿所述半导体衬底的前表面和背表面且侧壁形成有绝缘层的通孔；

填充于所述通孔中且一表面与所述前表面齐平的自对准金属硅化物层；

填充于所述通孔中且位于自对准硅化物另一表面上的金属阻挡层。

进一步的，所述TSV结构还包括：填充于所述通孔中且位于金属阻挡层另一表面上的碳纳米管。

进一步的，所述TSV结构还包括：填充于所述通孔中且环绕在所述碳纳米管外围的金属催化剂层。