半導體器件的形成方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體制造領域技術，特別涉及半導體器件的形成方法。
【背景技術】
[0002]隨著半導體制作技術的飛速發(fā)展，半導體器件為了達到更快的運算速度、更大的資料存儲量以及更多的功能，半導體芯片向更高集成度方向發(fā)展。而半導體芯片的集成度越高，半導體器件的特征尺寸(⑶:Critical Dimens1n)越小。
[0003]當半導體器件的特征尺寸越來越小時，相鄰的互連結構之間的距離變得越來越小，使得相鄰的互連結構之間產(chǎn)生的電容越來越大，該電容也稱為寄生電容，影響半導體器件的RC延遲效應，所述寄生電容不僅影響芯片的運行速度，也對芯片上的半導體器件的可靠性有嚴重影響。
[0004]為了減小上述寄生電容的問題，現(xiàn)有技術長采用低介電常數(shù)材料取代氧化硅等較高介電材料作為層間介質層及金屬間介電層，以降低相鄰的互連結構之間的電容。
[0005]然而，現(xiàn)有技術形成的半導體器件中的寄生電容問題仍然較為嚴重，RC延遲效應導致半導體器件的運行速度慢且可靠性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明解決的問題是提供一種半導體器件的形成方法，增加半導體器件空氣間隙的特征尺寸，降低半導體器件的有效k值，改善RC延遲效應，提高半導體器件的運行速度。
[0007]為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種半導體器件的形成方法，包括:提供基底，所述基底內(nèi)具有第一金屬層，且所述第一金屬層頂部與基底表面齊平；在所述基底表面形成層間介質層；刻蝕所述層間介質層，在所述層間介質層內(nèi)形成通孔；形成填充滿所述通孔的聚合物層，所述聚合物層還覆蓋剩余的層間介質層表面，且所述聚合物層的材料具有光刻膠特性，聚合物層的材料在曝光區(qū)和非曝光區(qū)的溶解特性不同；對所述聚合物層進行曝光顯影工藝，在聚合物層內(nèi)形成凹槽，所述凹槽包括溝槽和位于溝槽底部的通孔；形成填充滿所述凹槽的第二金屬層，且所述第二金屬層與第一金屬層相連接；采用濕法刻蝕工藝刻蝕去除相鄰第二金屬層之間的聚合物層，形成空氣間隙。
[0008]可選的，所述聚合物層的材料還具有在退火處理后轉化為無機氧化物材料的特性。
[0009]可選的，所述聚合物層的材料為氫倍半硅氧烷。
[0010]可選的，采用旋涂工藝形成所述聚合物層。
[0011]可選的，所述凹槽的形成步驟包括:對所述聚合物層進行曝光處理，定義出曝光區(qū)和非曝光區(qū)，在曝光區(qū)的聚合物層發(fā)生交聯(lián)反應；對曝光處理后的聚合物層進行顯影處理，使曝光區(qū)發(fā)生交聯(lián)反應后的聚合物層保留，非曝光區(qū)的聚合物層溶解，在聚合物層內(nèi)形成凹槽，所述凹槽包括溝槽和位于溝槽底部的通孔。
[0012]可選的，所述曝光處理為電子束曝光或極紫外曝光。
[0013]可選的，在形成凹槽之后、形成第二金屬層之前，還包括步驟:對所述聚合物層進行退火處理，將聚合物層轉化為氧化物層。
[0014]可選的，采用濕法刻蝕工藝刻蝕去除相鄰第二金屬層之間的氧化物層，形成空氣間隙。
[0015]可選的，所述氧化物層的材料為氧化硅。
[0016]可選的，所述退火處理為快速熱退火。
[0017]可選的，所述快速熱退火的工藝參數(shù)為:退火溫度為450度至800度，退火時長為0.01毫秒至10毫秒。
[0018]可選的，所述濕法刻蝕工藝對氧化物層的刻蝕速率大于對層間介質層的刻蝕速率。
[0019]可選的，所述濕法刻蝕的刻蝕液體為氫氟酸溶液。
[0020]可選的，所述層間介質層的材料為低k介質材料或超低k介質材料。
[0021]可選的，在所述基底和層間介質層之間形成刻蝕停止層。
[0022]可選的，所述刻蝕停止層的材料為SiC、SiN, S1C, SiCN或S1CN。
[0023]可選的，所述第二金屬層為單層結構或多層結構。
[0024]可選的，所述第二金屬層為單層結構時，所述金屬層包括填充滿溝槽和通孔的金屬體層；所述第二金屬層為多層結構時，所述第二金屬層包括位于溝槽和通孔的底部和側壁的金屬阻擋層、位于金屬阻擋層表面且填充滿溝槽和通孔的金屬體層。
[0025]可選的，所述金屬阻擋層的材料為T1、Ta、W、TiN, TaN, TiSiN, TaSiN、WN或WC中的一種或幾種；所述金屬體層的材料為W、Cu、Al、Ag、Pt或它們的合金。
[0026]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的技術方案具有以下優(yōu)點:
[0027]在層間介質層內(nèi)形成通孔后，形成填充滿通孔且位于剩余的層間介質層表面的聚合物層，在所述聚合物層內(nèi)形成凹槽，所述凹槽包括溝槽和位于溝槽底部的通孔，剩余的聚合物位于相鄰的溝槽之間且位于層間介質層表面；形成填充滿所述凹槽的第二金屬層之后，采用濕法刻蝕工藝去除位于相鄰第二金屬層之間的聚合物層，相鄰第二金屬層之間的聚合物層均能被去除；因此，形成的空氣間隙的寬度即為相鄰第二金屬層之間的距離，空氣間隙具有較大的特征尺寸，從而降低了半導體器件的有效k值，減小寄生電容，改善RC延遲效應，提高半導體器件的運行速度。
[0028]同時，所述聚合物層具有光刻膠特性，在形成溝槽時，僅需對聚合物層進行光刻工藝即可形成溝槽，避免了光刻后的刻蝕工藝形成溝槽容易造成位置偏差的問題，本發(fā)明提高了形成溝槽位置的精確度。
[0029]進一步，在形成第二金屬層之前，還包括步驟:對剩余的聚合物層進行退火處理，將聚合物層轉化為氧化物層；濕法刻蝕工藝對層間介質層和氧化物層間的刻蝕選擇比大于層間介質層和聚合物層間的刻蝕選擇比，進一步減少刻蝕工藝對層間介質層的損傷，提高半導體器件的電學性能和可靠性；并且，聚合物層的材料為聚合物材料，氧化物層的材料為無機的氧化硅，濕法刻蝕工藝刻蝕去除氧化硅的工藝更簡單，使得濕法刻蝕工藝的時間較短，從而減小刻蝕工藝對半導體器件周邊區(qū)域造成的損傷，進一步提高半導體器件的可靠性和電學性能。
[0030]同時，對聚合物層進行退火處理后形成氧化物層，所述氧化物層的硬度高于聚合物層的硬度，避免后續(xù)在進行CMP工藝時由于第二金屬層底部的材料質地較軟而發(fā)生圖形坍塌的問題，提高半導體器件的可靠性。
【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明一實施例提供的半導體器件的剖面結構示意圖；
[0032]圖2至圖10為本發(fā)明一實施例提供的半導體器件形成過程的剖面結構示意圖。
【具體實施方式】
[0033]由【背景技術】可知，現(xiàn)有技術形成的半導體器件中的RC延遲效應仍然嚴重，影響半導體器件的運行速度，使得半導體器件的可靠性較差。
[0034]針對半導體器件的形成方法進行研究發(fā)現(xiàn)，寄生電容與介電常數(shù)k成正比，降低半導體器件中層間介質層和金屬間介電層的k值，可以減小器件中的寄生電容；理想情況下，層間介質層和金屬間介質層的介電常數(shù)可以降低至1.0，此為真空的介電常數(shù)，而空氣的介電常數(shù)為1.001，幾乎接近真空的介電常數(shù)，因此，在半導體器件的互連結構之間形成空氣間隙(air gap)，能夠有效的降低半導體器件內(nèi)的寄生電容，改善RC延遲效應，提高半導體器件運行速度和可靠性。
[0035]針對半導體器件的形成方法進行進一步研究，具有空氣間隙的半導體器件的形成方法包括依稀步驟，請參考圖1:提供半導體襯底100，所述半導體襯底包括第一區(qū)域I’和第二區(qū)域II’所述第二區(qū)域II’，半導體襯底100內(nèi)形成有第一金屬層101 ;在所述半導體襯底100表面依次形成刻蝕阻擋層102和層間介質層103 ;刻蝕第二區(qū)域II’的層間介質層103，在所述第二區(qū)域II’，層間介質層103內(nèi)形成開口 ；形成填充滿所述開口的第二金屬層109 ;形成覆蓋層間介質層103和第二金屬層109的圖形化的光刻膠層，所述圖形化的光刻膠層具有對應于后續(xù)形成空氣間隙的開口 ；以所述圖形化的光刻膠層為掩膜，刻蝕相鄰第二金屬層109之間的層間介質層103，形成空氣間隙110。
[0036]然而，上述方法形成的半導體器件的空氣間隙110的特征尺寸較小，空氣間隙110占半導體器件的區(qū)域較小，使得空氣間隙110減小半導體器件的有效k值的作用有限，半導體器件的RC延遲效應仍然嚴重，器件的運行速度仍有待提高。導致空氣間隙110的特征尺寸較小的原因在