半导体器件的形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造领域技术，特别涉及半导体器件的形成方法。
【背景技术】
[0002]随着半导体制作技术的飞速发展，半导体器件为了达到更快的运算速度、更大的资料存储量以及更多的功能，半导体芯片向更高集成度方向发展。而半导体芯片的集成度越高，半导体器件的特征尺寸(⑶:Critical Dimens1n)越小。
[0003]当半导体器件的特征尺寸越来越小时，相邻的互连结构之间的距离变得越来越小，使得相邻的互连结构之间产生的电容越来越大，该电容也称为寄生电容，影响半导体器件的RC延迟效应，所述寄生电容不仅影响芯片的运行速度，也对芯片上的半导体器件的可靠性有严重影响。
[0004]为了减小上述寄生电容的问题，现有技术长采用低介电常数材料取代氧化硅等较高介电材料作为层间介质层及金属间介电层，以降低相邻的互连结构之间的电容。
[0005]然而，现有技术形成的半导体器件中的寄生电容问题仍然较为严重，RC延迟效应导致半导体器件的运行速度慢且可靠性差。
【发明内容】
[0006]本发明解决的问题是提供一种半导体器件的形成方法，增加半导体器件空气间隙的特征尺寸，降低半导体器件的有效k值，改善RC延迟效应，提高半导体器件的运行速度。
[0007]为解决上述技术问题，本发明提供一种半导体器件的形成方法，包括:提供基底，所述基底内具有第一金属层，且所述第一金属层顶部与基底表面齐平；在所述基底表面形成层间介质层；刻蚀所述层间介质层，在所述层间介质层内形成通孔；形成填充满所述通孔的聚合物层，所述聚合物层还覆盖剩余的层间介质层表面，且所述聚合物层的材料具有光刻胶特性，聚合物层的材料在曝光区和非曝光区的溶解特性不同；对所述聚合物层进行曝光显影工艺，在聚合物层内形成凹槽，所述凹槽包括沟槽和位于沟槽底部的通孔；形成填充满所述凹槽的第二金属层，且所述第二金属层与第一金属层相连接；采用湿法刻蚀工艺刻蚀去除相邻第二金属层之间的聚合物层，形成空气间隙。
[0008]可选的，所述聚合物层的材料还具有在退火处理后转化为无机氧化物材料的特性。
[0009]可选的，所述聚合物层的材料为氢倍半硅氧烷。
[0010]可选的，采用旋涂工艺形成所述聚合物层。
[0011]可选的，所述凹槽的形成步骤包括:对所述聚合物层进行曝光处理，定义出曝光区和非曝光区，在曝光区的聚合物层发生交联反应；对曝光处理后的聚合物层进行显影处理，使曝光区发生交联反应后的聚合物层保留，非曝光区的聚合物层溶解，在聚合物层内形成凹槽，所述凹槽包括沟槽和位于沟槽底部的通孔。
[0012]可选的，所述曝光处理为电子束曝光或极紫外曝光。
[0013]可选的，在形成凹槽之后、形成第二金属层之前，还包括步骤:对所述聚合物层进行退火处理，将聚合物层转化为氧化物层。
[0014]可选的，采用湿法刻蚀工艺刻蚀去除相邻第二金属层之间的氧化物层，形成空气间隙。
[0015]可选的，所述氧化物层的材料为氧化硅。
[0016]可选的，所述退火处理为快速热退火。
[0017]可选的，所述快速热退火的工艺参数为:退火温度为450度至800度，退火时长为0.01毫秒至10毫秒。
[0018]可选的，所述湿法刻蚀工艺对氧化物层的刻蚀速率大于对层间介质层的刻蚀速率。
[0019]可选的，所述湿法刻蚀的刻蚀液体为氢氟酸溶液。
[0020]可选的，所述层间介质层的材料为低k介质材料或超低k介质材料。
[0021]可选的，在所述基底和层间介质层之间形成刻蚀停止层。
[0022]可选的，所述刻蚀停止层的材料为SiC、SiN, S1C, SiCN或S1CN。
[0023]可选的，所述第二金属层为单层结构或多层结构。
[0024]可选的，所述第二金属层为单层结构时，所述金属层包括填充满沟槽和通孔的金属体层；所述第二金属层为多层结构时，所述第二金属层包括位于沟槽和通孔的底部和侧壁的金属阻挡层、位于金属阻挡层表面且填充满沟槽和通孔的金属体层。
[0025]可选的，所述金属阻挡层的材料为T1、Ta、W、TiN, TaN, TiSiN, TaSiN、WN或WC中的一种或几种；所述金属体层的材料为W、Cu、Al、Ag、Pt或它们的合金。
[0026]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0027]在层间介质层内形成通孔后，形成填充满通孔且位于剩余的层间介质层表面的聚合物层，在所述聚合物层内形成凹槽，所述凹槽包括沟槽和位于沟槽底部的通孔，剩余的聚合物位于相邻的沟槽之间且位于层间介质层表面；形成填充满所述凹槽的第二金属层之后，采用湿法刻蚀工艺去除位于相邻第二金属层之间的聚合物层，相邻第二金属层之间的聚合物层均能被去除；因此，形成的空气间隙的宽度即为相邻第二金属层之间的距离，空气间隙具有较大的特征尺寸，从而降低了半导体器件的有效k值，减小寄生电容，改善RC延迟效应，提高半导体器件的运行速度。
[0028]同时，所述聚合物层具有光刻胶特性，在形成沟槽时，仅需对聚合物层进行光刻工艺即可形成沟槽，避免了光刻后的刻蚀工艺形成沟槽容易造成位置偏差的问题，本发明提高了形成沟槽位置的精确度。
[0029]进一步，在形成第二金属层之前，还包括步骤:对剩余的聚合物层进行退火处理，将聚合物层转化为氧化物层；湿法刻蚀工艺对层间介质层和氧化物层间的刻蚀选择比大于层间介质层和聚合物层间的刻蚀选择比，进一步减少刻蚀工艺对层间介质层的损伤，提高半导体器件的电学性能和可靠性；并且，聚合物层的材料为聚合物材料，氧化物层的材料为无机的氧化硅，湿法刻蚀工艺刻蚀去除氧化硅的工艺更简单，使得湿法刻蚀工艺的时间较短，从而减小刻蚀工艺对半导体器件周边区域造成的损伤，进一步提高半导体器件的可靠性和电学性能。
[0030]同时，对聚合物层进行退火处理后形成氧化物层，所述氧化物层的硬度高于聚合物层的硬度，避免后续在进行CMP工艺时由于第二金属层底部的材料质地较软而发生图形坍塌的问题，提高半导体器件的可靠性。
【附图说明】
[0031]图1为本发明一实施例提供的半导体器件的剖面结构示意图；
[0032]图2至图10为本发明一实施例提供的半导体器件形成过程的剖面结构示意图。
【具体实施方式】
[0033]由【背景技术】可知，现有技术形成的半导体器件中的RC延迟效应仍然严重，影响半导体器件的运行速度，使得半导体器件的可靠性较差。
[0034]针对半导体器件的形成方法进行研究发现，寄生电容与介电常数k成正比，降低半导体器件中层间介质层和金属间介电层的k值，可以减小器件中的寄生电容；理想情况下，层间介质层和金属间介质层的介电常数可以降低至1.0，此为真空的介电常数，而空气的介电常数为1.001，几乎接近真空的介电常数，因此，在半导体器件的互连结构之间形成空气间隙(air gap)，能够有效的降低半导体器件内的寄生电容，改善RC延迟效应，提高半导体器件运行速度和可靠性。
[0035]针对半导体器件的形成方法进行进一步研究，具有空气间隙的半导体器件的形成方法包括依稀步骤，请参考图1:提供半导体衬底100，所述半导体衬底包括第一区域I’和第二区域II’所述第二区域II’，半导体衬底100内形成有第一金属层101 ;在所述半导体衬底100表面依次形成刻蚀阻挡层102和层间介质层103 ;刻蚀第二区域II’的层间介质层103，在所述第二区域II’，层间介质层103内形成开口 ；形成填充满所述开口的第二金属层109 ;形成覆盖层间介质层103和第二金属层109的图形化的光刻胶层，所述图形化的光刻胶层具有对应于后续形成空气间隙的开口 ；以所述图形化的光刻胶层为掩膜，刻蚀相邻第二金属层109之间的层间介质层103，形成空气间隙110。
[0036]然而，上述方法形成的半导体器件的空气间隙110的特征尺寸较小，空气间隙110占半导体器件的区域较小，使得空气间隙110减小半导体器件的有效k值的作用有限，半导体器件的RC延迟效应仍然严重，器件的运行速度仍有待提高。导致空气间隙110的特征尺寸较小的原因在