專利名稱：半導(dǎo)體器件及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種半導(dǎo)體器件及其形成方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進入高性能與多功能的集成電路新時代，集成電路內(nèi)元件的密度會隨之增加，而元件尺寸以及零件或元件之間的間距會隨之縮小。以前僅受限于光刻技術(shù)定義結(jié)構(gòu)的能力，將器件的幾何尺寸做小較為困難，隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有的器件的尺寸可以做到更小，然而限制因素也越來越多。例如，當導(dǎo)電圖案之間的距離縮小時，任意兩相鄰的導(dǎo)電圖案所產(chǎn)生的電容會增加。此增加的電容會導(dǎo)致導(dǎo)電圖案間的電容耦合上升，從而增加電力消耗并提高電阻-電容(RC)時間常數(shù)。因此，半導(dǎo)體集成電路性能以及功能是否可以不斷的改良取決于正在開發(fā)的具有低介電常數(shù)的材料。
由于具有最低介電常數(shù)的材料為空氣(k = 1.0)，通常會形成空氣間隙來進一步降低互連層內(nèi)的K值?，F(xiàn)有技術(shù)在互連層中空氣間隙的形成方法，包括:
請參考圖1，提供半導(dǎo)體襯底100 ;形成覆蓋所述半導(dǎo)體襯底100的刻蝕停止層101 ;形成覆蓋所述刻蝕停止層101的層間介質(zhì)層103 ;形成位于所述層間介質(zhì)層103表面的圖形化的光刻膠層105 ；
請參考圖2，以所述圖形化的光刻膠層105為掩膜，刻蝕所述層間介質(zhì)層103和刻蝕停止層101，形成溝槽107 ；
請參考圖3，去除所述圖形化的光刻膠層，暴露出所述層間介質(zhì)層103表面；在去除所述圖形化的光刻膠層后，采用沉積工藝形成覆蓋所述溝槽107側(cè)壁的犧牲層109 ；
請參考圖4，向所述溝槽內(nèi)填充導(dǎo)電金屬，形成金屬線層111 ；
請參考圖5，去除所述犧牲層，形成開口 113。
請參考圖6，形成覆蓋所述金屬線層111并橫跨所述開口的絕緣層115，所述絕緣層115和所述開口共同構(gòu)成空氣間隙114。
然而，采用現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體器件的RC效應(yīng)仍然較大，半導(dǎo)體集成電路性能較差。
更多關(guān)于在半導(dǎo)體器件的形成方法請參考公開號為US20110018091的美國專利。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種半導(dǎo)體器件及其形成方法，半導(dǎo)體器件的RC效應(yīng)較現(xiàn)有技術(shù)小，半導(dǎo)體集成電路性能好。
為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件形成方法，包括:
提供基底，所述基底表面形成有第一絕緣層，所述第一絕緣層表面形成有層間介質(zhì)層，以及至少兩個貫穿所述層間介質(zhì)層和第一絕緣層厚度的溝槽；
向所述溝槽內(nèi)填充導(dǎo)電材料形成金屬線層；
采用金屬的自對準形成工藝形成覆蓋所述金屬線層的第一掩膜層，所述第一掩膜層覆蓋部分靠近金屬線層的層間介質(zhì)層；
以所述第一掩膜層為掩膜去除所述層間介質(zhì)層和第一絕緣層，形成開口，所述開口包括貫穿所述層間介質(zhì)層厚度的第一子開口和位于所述第一子開口底部的第二子開口，所述第一子開口的口徑小于所述第二子開口的口徑；
去除所述第一掩膜層，形成覆蓋所述金屬線層和層間介質(zhì)層，并橫跨所述開口的第二絕緣層。
可選地，所述第一掩膜層覆蓋部分的層間介質(zhì)層的寬度為5_20nm。
可選地，所述采用金屬的自對準形成工藝形成第一掩膜層的步驟包括:提供電解槽；在電解槽中加入PH值為7-10的電解液，所述電解液包括(NH4)2WCV CoCl2, NaOH,Na2H2PO2 ;施加電流密度為3mA/cm2到20mA/cm2的電流。
當所述溝槽至少為三個，形成的所述金屬線層包括第一金屬線層、與所述第一金屬線層相鄰的第二金屬線層，與所述第二金屬線層相鄰且與所述第一金屬線層相隔的第三金屬線層時，還包括:形成覆蓋所述第二金屬線層和第三金屬線層之間的層間介質(zhì)層的保護層；以所述第一掩膜層和保護層為掩膜去除第一金屬線層和第二金屬線層之間的層間介質(zhì)層和第一絕緣層，形成開口，保留第二金屬線層和第三金屬線層之間的層間介質(zhì)層和第一絕緣層，所述保留的第一絕緣層用作剩余的層間介質(zhì)層的支撐。
可選地，所述第一掩膜層的材料為CoWP、W或Si。
可選地，所述第一絕緣層的材料為有機聚合物、SiO2或C。
可選地，去除所述層間介質(zhì)層和第一絕緣層的工藝為干法刻蝕。
可選地，所述干法刻蝕采用的氣體包括02。
可選地，去除所述層間介質(zhì)層和第一絕緣層的工藝為濕法刻蝕。
可選地，所述濕法刻蝕采用的化學試劑包括HF。
可選地,所述濕法刻蝕的工藝參數(shù)包括:質(zhì)量分數(shù)為0.1 % -5%的HF。
可選地，去除所述第一掩膜層的工藝為濕法刻蝕。
可選地，所述濕法刻蝕所采用的化學試劑包括HF或H2O2。
可選地，所述層間介質(zhì)層的材料為k值小于3.0的低K介質(zhì)材料。
可選地，所述低K介質(zhì)材料為SiN、摻雜氮的碳、SiC或BN。
可選地,所述低K介質(zhì)材料包括C、S1、O、H元素。
相應(yīng)的，本發(fā)明的實施例還提供了一種半導(dǎo)體器件，包括:
基底；
位于所述基底表面、至少兩個相互分立的金屬線層；
位于相鄰兩個金屬線層之間的開口，所述開口包括與所述金屬線層表面齊平的第一子開口和位于所述第一子開口底部的第二子開口，所述第一子開口的口徑小于所述第二子開口的口徑；
位于所述第一子開口兩側(cè)、位于所述第二子開口頂部的層間介質(zhì)層；
覆蓋所述金屬線層、層間介質(zhì)層，且橫跨所述開口的第二絕緣層。
可選地，所述第一子開口的口徑比所述第二子開口的口徑小10_40nm。
可選地，當至少包括三個相互分立的金屬線層:第一金屬線層、與所述第一金屬線層相鄰的第二金屬線層、以及與第二金屬線層相鄰且與所述第一金屬線層相隔的第三金屬線層時，還包括:第一絕緣層，所述第一絕緣層位于所述第二金屬線層和第三金屬線層之間的基底表面，所述開口位于所述第一金屬線層和第二金屬線層之間，所述層間介質(zhì)層還位于第二金屬線層和第三金屬線層之間的第一絕緣層表面。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的實施例具有以下優(yōu)點:
本發(fā)明的實施例中，形成有覆蓋所述金屬線層的第一掩膜層，所述第一掩膜層還覆蓋部分靠近金屬線層的層間介質(zhì)層，被覆蓋部分靠近金屬線層的層間介質(zhì)層在后續(xù)工藝中受到第一掩膜層的保護，不會被去除，后續(xù)形成的開口的頂部尺寸較小，后續(xù)形成第二絕緣層時，用于形成絕緣層的材料不會掉落在開口內(nèi)，而是以開口兩側(cè)的層間介質(zhì)層為沉積基底進行沉積形成第二絕緣層，解決了后續(xù)第二絕緣層的沉積困難的間題；并且以所述第一掩膜層為掩膜去除了暴露的層間介質(zhì)層，還去除了第一絕緣層，形成的開口的底部尺寸較大，利于后續(xù)形成較大的空氣間隙，降低了互連結(jié)構(gòu)中的K值，降低了 RC效應(yīng)，提高了半導(dǎo)體集成電路的性能，解決了第二絕緣層的沉積和空氣間隙的大小之間的矛盾。
進一步的，本發(fā)明的實施例中，采用金屬的自對準形成工藝形成第一掩膜層，所述第一掩膜層的形成工藝簡單，無需先形成覆蓋金屬線層和層間介質(zhì)層的薄膜，然后在刻蝕形成第一掩膜層，大大節(jié)省了工藝。


圖1-圖6是現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體器件形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖7是本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體器件形成方法的流程示意圖8-圖14是本發(fā)明第一實施例的半導(dǎo)體器件形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖15-圖19是本發(fā)明第二實施例的半導(dǎo)體器件形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
正如背景技術(shù)所述，現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體器件的RC效應(yīng)仍然較大，半導(dǎo)體集成電路性能較差。
經(jīng)過研究，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)在形成開口時，若開口的尺寸(寬度)過大，后續(xù)形成絕緣層時，用于形成絕緣層的材料會掉落在開口內(nèi)，絕緣層的沉積困難，很難形成覆蓋所述金屬線層并橫跨開口的絕緣層，即使形成了絕緣層，空氣間隙的質(zhì)量也大大受到了影響。因此，受到后續(xù)沉積工藝的限制，現(xiàn)有技術(shù)形成的空氣間隙的尺寸(寬度)通常較小。所述尺寸小的空氣間隙能夠降低的互連結(jié)構(gòu)中的K值較為有限，所述半導(dǎo)體器件的RC效應(yīng)仍然較大，半導(dǎo)體集成電路性能較差。
經(jīng)過進一步研究，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如果形成一種口徑小、但底部口徑較大的開口，后續(xù)形成絕緣層時，用于形成絕緣層的材料不會掉落在開口內(nèi)，而是以開口兩側(cè)的層間介質(zhì)層為沉積基底進行沉積形成絕緣層，不僅解決了后續(xù)絕緣層的沉積困難的間題，所述開口與絕緣層形成的空氣間隙的尺寸也較大，有效降低了半導(dǎo)體器件的RC效應(yīng)，提高了半導(dǎo)體集成電路性能。
相應(yīng)的，請參考圖7，本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體器件形成方法，包括:
步驟S201，提供基底，所述基底表面形成有第一絕緣層，所述第一絕緣層表面形成有層間介質(zhì)層，至少兩個貫穿所述層間介質(zhì)層和第一絕緣層厚度的溝槽；
步驟S203，向所述溝槽內(nèi)填充導(dǎo)電材料形成金屬線層；
步驟S205，采用金屬的自對準形成工藝形成覆蓋所述金屬線層的第一掩膜層，所述第一掩膜層覆蓋部分靠近金屬線層的層間介質(zhì)層；
步驟S207，以所述第一掩膜層為掩膜去除所述層間介質(zhì)層和第一絕緣層，形成開口，所述開口包括貫穿所述層間介質(zhì)層厚度的第一子開口和位于所述第一子開口底部的第二子開口，所述第一子開口的口徑小于所述第二子開口的口徑；
步驟S209，去除所述第一掩膜層，形成覆蓋所述金屬線層和層間介質(zhì)層，并橫跨所述開口的第二絕緣層。
相應(yīng)的，本發(fā)明實施例還提供了一種半導(dǎo)體器件，包括:
基底；
位于所述基底表面、至少兩個相互分立的金屬線層；
位于相鄰兩個金屬線層之間的開口，所述開口包括與所述金屬線層表面齊平的第一子開口和位于所述第一子開口底部的第二子開口，所述第一子開口的口徑小于所述第二子開口的口徑；
位于所述第一子開口兩側(cè)、位于所述第二子開口頂部的層間介質(zhì)層；
覆蓋所述金屬線層、層間介質(zhì)層，且橫跨所述開口的第二絕緣層。
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。
具體請參考圖8-圖19，圖8-圖19示出了本發(fā)明多個實施例的半導(dǎo)體器件形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
第一實施例
請參考圖8，提供基底300 ;所述基底300表面形成有刻蝕阻擋層301 ;所述刻蝕阻擋層301表面形成有第一絕緣層303 ;所述第一絕緣層303表面形成有層間介質(zhì)層305 ;所述層間介質(zhì)層305表面形成有緩沖層307 ;所述緩沖層307表面形成有第二掩膜層308。
其中，所述基底300用于為后續(xù)工藝提供工作平臺，所述基底300與所述刻蝕阻擋層接觸的部分為絕緣材料。所述基底300內(nèi)還可以有晶體管等。
所述刻蝕阻擋層301用于后續(xù)保護基底300在形成溝槽309時不被損壞，所述刻蝕停止層301的材料為SiN或TiN，所述刻蝕停止層301的形成工藝為沉積工藝，例如物理或化學氣相沉積。
所述第一絕緣層303用于為后續(xù)形成空氣間隙提供平臺。在本發(fā)明的實施例中，所述第一絕緣層303在后續(xù)未被去除的部分可以用于后續(xù)作為鏤空部分層間介質(zhì)層的支撐。所述第一絕緣層303選用后續(xù)極易被去除的材料，即所述第一絕緣層303與后續(xù)形成的金屬線層之間具有較大的刻蝕選擇比，為有機聚合物、SiO2或C。
在本發(fā)明的實施例中，所述第一絕緣層303的材料為Si02。且考慮到后續(xù)形成較大的空氣間隙，互連結(jié)構(gòu)中的K值降低，有助于降低RC效應(yīng)和提高半導(dǎo)體集成電路的性能，而所述空氣間隙的高度與所述第一絕緣層303的厚度有關(guān)，因此在本發(fā)明的實施例中，所述第一絕緣層303的厚度選為100-3000A。
所述層間介質(zhì)層305用于為后續(xù)形成溝槽提供平臺，并用于隔離相鄰的金屬導(dǎo)線，防止短路。所述層間介質(zhì)層305的形成工藝為沉積工藝，例如物理或化學氣相沉積。所述層間介質(zhì)層305的材料為K值小于3.0的低K介質(zhì)材料，例如SiN、摻雜氮的碳、SiC或BN等。在本發(fā)明的實施例中，所述層間介質(zhì)層305采用的為低K介質(zhì)材料，所述低K介質(zhì)材料中包括C、S1、O和H元素，所述層間介質(zhì)層的厚度為100-1000A。
所述緩沖層307用于在后續(xù)刻蝕時提供一個緩沖，分散刻蝕第二掩膜層308時產(chǎn)生的應(yīng)力，進一步保護層間介質(zhì)層305。在本發(fā)明的實施例中，所述緩沖層307的形成工藝為TEOS工藝或低溫氧化工藝(LTO)。所述緩沖層307的材料為SiO2。
所述第二掩膜層308用于作為后續(xù)形成溝槽時的掩膜，所述第二掩膜層308內(nèi)具有與所述溝槽的形狀和位置相對應(yīng)的圖形。所述第二掩膜層308的形成工藝為沉積工藝，例如物理或化學氣相沉積。所述第二掩膜層308的材料為TiN或SiN。
需要說明的是，在本發(fā)明的其他實施例中，所述基底300表面還可以僅形成有第一絕緣層303和位于所述第一絕緣層303表面的層間介質(zhì)層305。
請參考圖9，形成至少兩個貫穿所述第二掩膜層308、緩沖層307、層間介質(zhì)層305、第一絕緣層303和刻蝕阻擋層301厚度的溝槽309。
所述溝槽309用于后續(xù)填充導(dǎo)電材料形成金屬線層，以實現(xiàn)信號的傳輸。在本發(fā)明的實施例中，所述溝槽309至少為兩個，所述溝槽309的形成工藝為干法刻蝕，所述溝槽309的具體形成步驟包括:依次刻蝕所述第二掩膜層308、緩沖層307、層間介質(zhì)層305、第一絕緣層303和刻蝕阻擋層301。
需要說明的是，在本發(fā)明的其他實施例中，所述溝槽309還可以采用單圖形或雙重圖形的大馬士革工藝形成，工藝更加簡單。由于采用大馬士革工藝形成溝槽的工藝已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不再贅述。
在本發(fā)明的其他實施例中，當所述基底300表面僅形成有第一絕緣層303和層間介質(zhì)層305，所述溝槽309貫穿所述層間介質(zhì)層305和第一絕緣層303的厚度。
請參考圖10，向所述溝槽內(nèi)填充導(dǎo)電材料形成金屬線層311。
所述金屬線層311用于傳遞信號，所述金屬線層311的材料為導(dǎo)電材料，例如銅、鈦、鉭、鎢等。所述金屬線層311的形成過程為:采用沉積工藝例如物理或化學氣相沉積工藝沉積覆蓋所述基底300和第二掩膜層308的導(dǎo)電薄膜(未圖示)；然后采用化學機械拋光工藝(CMP)對所述導(dǎo)電薄膜進行化學機械拋光，直至暴露出所述層間介質(zhì)層305，形成金屬線層311。
請參考圖11，形成覆蓋所述金屬線層311的第一掩膜層313，所述第一掩膜層313覆蓋部分靠近金屬線層311的層間介質(zhì)層305。
所述第一掩膜層313用于后續(xù)作為掩膜去除所述層間介質(zhì)層305和第一絕緣層303形成開口。在第一掩膜層313的材料選擇上,選擇刻蝕速率小于層間介質(zhì)層305和第一絕緣層303的材料，例如CoWP、W或Si。
考慮到后續(xù)形成的開口的頂部口徑小于底部口徑，因此，所述第一掩膜層313還需要覆蓋部分靠近金屬線層311的層間介質(zhì)層305。在本發(fā)明的一個實施例中，先采用沉積工藝在所述金屬線層和層間介質(zhì)層表面形成一層薄膜(未圖示)，然后再形成覆蓋所述薄膜的光刻膠層(未圖示)，所述光刻膠層具有定義出后續(xù)開口的位置的圖形，然后以所述光刻膠層為掩膜刻蝕所述薄膜形成第一掩膜層313。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，此種方法形成第一掩膜層313的工序多、工藝復(fù)雜，不利于節(jié)約成本。
經(jīng)過進一步研究，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在金屬的自對準形成工藝中，用于沉積的材料首先會選擇性的沉積在金屬層表面，然后沿垂直于金屬層表面的方向和平行于金屬層表面的方向生長，最終形成的金屬自對準層會覆蓋金屬層、且覆蓋金屬層兩側(cè)的部分非金屬層。
更進一步的，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，可以將金屬的自對準形成工藝應(yīng)用到本發(fā)明的實施例中，以形成第一掩膜層313，可以有效簡化工藝，節(jié)省工藝步驟，節(jié)約成本。因此，本發(fā)明的實施例中，所述第一掩膜層313的形成工藝為金屬的自對準形成工藝。
本發(fā)明實施例中，采用金屬的自對準形成工藝形成第一掩膜層313的具體步驟包括:提供電解槽，放置所述用于形成第一掩膜層313的半導(dǎo)體器件到電解槽中；在所述電解槽(未圖示)中加入PH值為7-10的電解液，所述電解液包括(NH4)2WCV CoCl2, NaOH,Na2H2PO2 ;施加電流密度為3mA/cm2到20mA/cm2的電流；所述用于形成第一掩膜層313的材料首先沉積在金屬線層311表面；然后沿著垂直于金屬線層311表面的方向和平行于金屬線層311的方向生長，形成第一掩膜層313。本發(fā)明實施例中形成的第一掩膜層313的材料為 CoffP0
需要說明的是，在本發(fā)明的其他實施例中，所述第一掩膜層313的材料還可以為W或Si。
考慮到所述第一掩膜層313覆蓋部分靠近金屬線層311的層間介質(zhì)層305的寬度W影響到暴露的層間介質(zhì)層305的寬度，進一步會影響到后續(xù)形成的開口的頂部的尺寸，所述第一掩膜層313覆蓋部分靠近金屬線層311的層間介質(zhì)層305的寬度W不能太大，會影響到后續(xù)刻蝕第一絕緣層303，所述第一掩膜層313覆蓋部分靠近金屬線層311的層間介質(zhì)層305的寬度W也不能太小，會導(dǎo)致形成的開口頂部的尺寸太大，影響后續(xù)第二絕緣層的沉積。因此，在本發(fā)明的實施例中，所述第一掩膜層313覆蓋部分靠近金屬線層311的層間介質(zhì)層305的寬度W為5-20nm。
發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，所述用于形成第一掩膜層313的材料在垂直于金屬線層311表面的方向和平行于金屬線層311的方向上的生長速率相同，即形成的第一掩膜層313的厚度與所述第一掩膜層313覆蓋部分靠近金屬線層311的寬度W相同，在本發(fā)明的實施例中，可以通過監(jiān)測第一掩膜層313的厚度來監(jiān)測所述第一掩膜層313覆蓋部分靠近金屬線層311的寬度W。
請考圖12，以所述第一掩膜層313為掩膜去除層間介質(zhì)層305，形成第一子開口315a。
所述第一子開口 315a用于后續(xù)與第二子開口一起構(gòu)成開口。所述第一子開口315a的口徑小于第二子開口的口徑，后續(xù)形成第二絕緣層時，用于形成絕緣層的材料不會掉落在開口內(nèi)，而是以開口兩側(cè)的層間介質(zhì)層為沉積基底進行沉積形成第二絕緣層，解決了后續(xù)第二絕緣層的沉積困難的問題。
在本發(fā)明的一個實施例中，所述第一子開口 315a的形成工藝為干法刻蝕，所述干法刻蝕采用的氣體包括O2 ;在本發(fā)明的另一個實施例中，所述第一子開口 315a的形成工藝為濕法刻蝕，所述濕法刻蝕采用的化學試劑包括HF，所述HF的質(zhì)量分數(shù)為0.1% -5%。
由于所述第一掩膜層313覆蓋部分層間介質(zhì)層305,在形成第一子開口 315a時,僅去除了中間部分的層間介質(zhì)層305，而靠近金屬線層311的層間介質(zhì)層305仍然予以保留，因此，后續(xù)形成第一子開口 315a之后，所述第一子開口 315a的側(cè)壁為層間介質(zhì)層305。
需要說明的是，由于所述第一子開口 315a側(cè)壁的層間介質(zhì)層305與金屬線層311的粘附力較強，即使后續(xù)去除了所述第一子開口 315a側(cè)壁的層間介質(zhì)層305底部的第一絕緣層303，形成第二子開口 315b后，該部分的層間介質(zhì)層305呈鏤空狀態(tài)，所述鏤空的層間介質(zhì)層305也不會發(fā)生坍塌。
請參考圖13，去除相鄰兩個金屬線層311之間的第一絕緣層，形成第二子開口315b。
所述第二子開口 315b和所述第一子開口 315a —起構(gòu)成開口 315，用于后續(xù)形成空氣間隙。所述第二子開口 315b的形成工藝為與形成所述第一子開口 315a時的工藝相同，為干法刻蝕工藝或濕法刻蝕工藝，具體請參考形成所述第一子開口 315a的工藝。
在本發(fā)明的實施例中，相鄰兩個金屬線層311之間的第一絕緣層被全部去除，形成的第二子開口 315b的口徑較第一子開口 315a的口徑大，利于后續(xù)形成較大的空氣間隙，降低了互連結(jié)構(gòu)中的K值，降低了 RC效應(yīng)，提高了半導(dǎo)體集成電路的性能，解決了第二絕緣層的沉積和空氣間隙的大小之間的矛盾。
需要說明的是，在本發(fā)明的其他實施例中，所述相鄰金屬線層311之間的第一絕緣層也可以有少部分殘留，仍然可以達到本發(fā)明實施例的效果。
請參考圖14，去除所述第一掩膜層，形成覆蓋所述金屬線層311和層間介質(zhì)層305，并橫跨所述開口 315的第二絕緣層317。
去除所述第一掩膜層，以利于后續(xù)形成第二絕緣層317。在本發(fā)明的實施例中，去除所述第一掩膜層的工藝為濕法刻蝕。所述濕法刻蝕所采用的化學試劑包括HF或H202。
待去除所述第一掩膜層后，形成第二絕緣層317。所述第二絕緣層317用于隔離相鄰層間的金屬線層311。所述第二絕緣層317的材料為二氧化硅等常見的絕緣材料，在此不再贅述。
所述絕緣層317和開口 315之間的區(qū)域構(gòu)成空氣間隙(未標示)，以降低互連結(jié)構(gòu)中的K值。在本發(fā)明的實施例中，由于形成的開口 315頂部的第一子開口 315a的口徑小而底部的第二子開口 315b的口徑較大，因此后續(xù)形成的空氣間隙也是頂部的口徑小而底部的口徑較大，有效起到了降低互連結(jié)構(gòu)中K值的作用，降低了 RC效應(yīng)，提高了半導(dǎo)體集成電路的性能。
上述步驟完成之后，本發(fā)明第一實施例的半導(dǎo)體器件制作完成。本發(fā)明第一實施例的形成方法簡單，可以形成開口包括第一子開口和第二子開口，形成的第一子開口的口徑小于第二子開口的口徑，所述第一子開口的兩側(cè)具有層間介質(zhì)層，可以作為后續(xù)形成第二絕緣層時的沉積基底，用于形成絕緣層的材料不會掉落在開口內(nèi)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中形成橫跨大口徑的開口的第二絕緣層時遇到的沉積困難的問題，并且由于第二子開口的口徑較大，利于后續(xù)形成較大的空氣間隙，降低了互連結(jié)構(gòu)中的K值，降低了 RC效應(yīng)，提高了半導(dǎo)體集成電路的性能。
并且，本發(fā)明的實施例中采用金屬自對準工藝形成第一掩膜層，形成工藝簡單，簡化了工藝步驟，節(jié)約了成本。
請繼續(xù)參考圖14，形成的半導(dǎo)體器件包括:
基底300;
位于所述基底300表面、至少兩個相互分立的金屬線層311 ；
位于相鄰兩個金屬線層311之間的開口 315，所述開口 315包括與所述金屬線層311表面齊平的第一子開口 315a和位于所述第一子開口 315a底部的第二子開口 315b，所述第一子開口 315a的口徑小于所述第二子開口 315b的口徑；
位于所述第一子開口 315a兩側(cè)、位于所述第二子開口 315b頂部的層間介質(zhì)層305 ；
覆蓋所述金屬線層311、層間介質(zhì)層305，且橫跨所述開口 315的第二絕緣層317。
其中，所述基底300用于為后續(xù)工藝提供工作平臺；所述金屬線層311用于傳遞信號，所述金屬線層311的材料為導(dǎo)電材料，例如銅、鈦、鉭、鎢等；所述開口 315用于后續(xù)和第二絕緣層317共同構(gòu)成空氣間隙，降低互連層內(nèi)的K值，降低RC效應(yīng)，提高半導(dǎo)體器件的性能，所述開口 315頂部的第一子開口 315a比第二子開口 315b小10_40nm ;所述層間介質(zhì)層305用于作為后續(xù)形成第二絕緣層317的沉積基底，方便第二絕緣層317的形成；所述第二絕緣層317用于隔離相鄰層間的金屬線層311，所述第二絕緣層317的材料為二氧化硅等常見的絕緣材料。
需要說明的是，在本發(fā)明第一實施例的半導(dǎo)體器件中，還包括位于所述基底300表面、且位于相鄰兩個金屬線層311之間的刻蝕阻擋層301，用于在形成所述半導(dǎo)體器件的過程中保護基底300不受損壞。
本發(fā)明第一實施例形成的半導(dǎo)體器件具有較大的空氣間隙，互連結(jié)構(gòu)中的K值低，降低了 RC效應(yīng)，提高了半導(dǎo)體集成電路的性能。
第二實施例
與本發(fā)明的第一實施例不同，在本發(fā)明的第二實施例中，至少需要形成三個溝槽:第一溝槽、與所述第一溝槽相鄰的第二溝槽、及與所述第二溝槽相鄰且與所述第一溝槽相間隔的第三溝槽，形成分別位于第一溝槽、第二溝槽和第三溝槽內(nèi)的第一金屬線層、二金屬線層和第三金屬線層；去除形成位于第一金屬線層和第二金屬線層之間的第一絕緣層和部分層間介質(zhì)層形成開口，而保留位于所述第二金屬線層和第三金屬線層之間的第一絕緣層和層間介質(zhì)層。
請參考圖15，提供基底400，所述基底400表面形成有刻蝕阻擋層401，所述刻蝕阻擋層401表面形成有第一絕緣層403，所述第一絕緣層403表面形成有層間介質(zhì)層405，所述層間介質(zhì)層405表面形成有緩沖層(未圖示)，所述緩沖層表面形成有第二掩膜層(未圖示)O
其中，所述基底400用于為后續(xù)工藝提供工作平臺；所述刻蝕阻擋層301用于后續(xù)保護基底400在形成溝槽時不被損壞，所述刻蝕停止層401的材料為SiN或TiN ;所述第一絕緣層403用于為后續(xù)形成空氣間隙提供平臺，所述第一絕緣層403的材料為有機聚合物、SiO2或C ;所述層間介質(zhì)層405用于為后續(xù)形成溝槽提供平臺，所述層間介質(zhì)層405的材料為K值小于3.0的低K介質(zhì)材料，例如包括C、S1、O和H元素的材料或SiN、摻雜氮的碳、SiC, BN等；所述緩沖層用于在后續(xù)刻蝕時提供一個緩沖，分散刻蝕第二掩膜層時產(chǎn)生的應(yīng)力，進一步保護層間介質(zhì)層405，所述緩沖層的材料為SiO2 ;所述第二掩膜層用于作為后續(xù)形成溝槽時的掩膜，所述第二掩膜層的材料為TiN或SiN。
更多具體的有關(guān)上述各層的形成工藝、形成材料等信息請參考本發(fā)明的第一實施例。
請繼續(xù)參考圖15，形成至少三個貫穿所述第二掩膜層、緩沖層、層間介質(zhì)層405、第一絕緣層403和刻蝕阻擋層401厚度的溝槽(未標示)。
本發(fā)明第二實施例中，所述溝槽至少為三個，包括第一溝槽(未標示)、與所述第一溝槽相鄰的第二溝槽(未標示)、及與所述第二溝槽相鄰且與所述第一溝槽相間隔的第三溝槽(未標示)。
所述溝槽的形成工藝為干法刻蝕，或者采用單圖形或雙重圖形的大馬士革工藝形成，具體請參考本發(fā)明第一實施例中溝槽的形成工藝和方法。
請繼續(xù)參考圖15，向所述溝槽內(nèi)填充導(dǎo)電材料形成金屬線層(未標示)。
本發(fā)明的第二實施例中，所述金屬線層也至少為三個，包括位于所述第一溝槽內(nèi)的第一金屬線層411a ;位于所述第二溝槽內(nèi)的第二金屬線層411b ;位于所述第三溝槽內(nèi)的第三金屬線層411c。
所述第一金屬線層411a、第二金屬線層411b和第三金屬線層411c均用于傳遞信號，所述第一金屬線層411a、第二金屬線層411b和第三金屬線層411c的材料為導(dǎo)電材料，例如銅、鈦、鉭、鶴等。所述金屬線層411a、第二金屬線層411b和第三金屬線層411c的形成工藝請參考本發(fā)明第一實施例中金屬線層的形成工藝，在此不再贅述。
請參考圖16，形成覆蓋所述第一金屬線層411a、第二金屬線層411b和第三金屬線層411c的第一掩膜層413,所述第一掩膜層413覆蓋部分靠近第一金屬線層411a、第二金屬線層411b和第三金屬線層411c的層間介質(zhì)層405 ;形成保護層414，所述保護層414覆蓋第二金屬線層411b和第三金屬線層411c之間的層間介質(zhì)層405。
所述第一掩膜層413用于續(xù)作為掩膜去除所述層間介質(zhì)層305和第一絕緣層303形成開口 ；所述第一掩膜層413的材料為刻蝕速率小于層間介質(zhì)層305和第一絕緣層303的材料，例如CoWP、W或Si ;所述第一掩膜層413的形成工藝為金屬的自對準工藝，具體形成步驟請參考本發(fā)明第一實施例中形成第一掩膜層413時的步驟。
與本發(fā)明第一實施例不同，本發(fā)明第二實施例中還形成有保護層414，所述保護層414用以保護第二金屬線層411b和第三金屬線層411c之間的層間介質(zhì)層405和第一絕緣層403不被去除，所述未被去除的第一絕緣層403在后續(xù)可以用于作為剩余的層間介質(zhì)層405 (包括第二金屬線層411b和第三金屬線層411c之間的層間介質(zhì)層、以及后續(xù)位于開口的第一子開口兩側(cè)的層間介質(zhì)層)的支撐，使剩余的層間介質(zhì)層405更加牢固，可靠性更聞。
考慮到后續(xù)所述保護層414會被去除，所述保護層414的材料為光刻膠、SiN或TiN 等。
需要說明的是，所述保護層414與所述第一掩膜層413的形成順序并沒有先后要求，可以先形成第一掩膜層413，然后形成保護層414 ;也可以先形成保護層414，然后再形成第一掩膜層413。
請參考圖17，以所述第一掩膜層413和保護層414為掩膜去除第一金屬線層411a和第二金屬線層411b之間的層間介質(zhì)層405,形成第一子開口 415a。
所述第一子開口 415a用于后續(xù)與第二子開口一起構(gòu)成開口，所述第一子開口415a的形成工藝為干法或濕法刻蝕，所述干法刻蝕采用的氣體包括O2，濕法刻蝕采用的化學試劑包括質(zhì)量分數(shù)為0.1%-5%的HF。具體請參考本發(fā)明第一實施例中形成第一子開口的方法及步驟。
請參考圖18，去除第一金屬線層411a和第二金屬線層411b之間的第一絕緣層，形成第二子開口 415b。
所述第二子開口 415b和所述第一子開口 415a —起構(gòu)成開口 415，用于后續(xù)形成空氣間隙。所述第二子開口 415b的形成工藝為與形成所述第一子開口 415a時的工藝相同，為干法刻蝕工藝或濕法刻蝕工藝，具體請參考本發(fā)明的第一實施例。
本發(fā)明第二實施例中，與第一實施例不同的是，受保護層414的保護，所述第二金屬線層411b和第三金屬線層411c之間的層間介質(zhì)層405和第一絕緣層403不被去除，所述未被去除的第一絕緣層403會在后續(xù)作為剩余的層間介質(zhì)層405的支撐。
請參考圖19，去除所述第一掩膜層和保護層，形成覆蓋所述第一金屬線層411a、第二金屬線層411b、第三金屬線層411c和層間介質(zhì)層405，并橫跨所述開口 415的第二絕緣層417。
在本發(fā)明的第二實施例中，所述第一掩膜層和保護層在同一工藝步驟中去除，節(jié)省了工藝流程。去除所述第一掩膜層和保護層的工藝為濕法刻蝕。所述濕法刻蝕所采用的化學試劑包括HF或H2O2。
待去除所述第一掩膜層和保護層后，形成第二絕緣層417。所述第二絕緣層417用于隔離相鄰層間的金屬線層。所述第二絕緣層417的材料為二氧化硅等常見的絕緣材料，在此不再贅述。
所述絕緣層417和開口 415之間的區(qū)域構(gòu)成空氣間隙(未標示)，以降低互連結(jié)構(gòu)中的K值。在本發(fā)明的第二實施例中，由于形成的開口 415頂部的第一子開口 415a的口徑小而底部的第二子開口 415b的口徑較大，因此后續(xù)形成的空氣間隙也是頂部的口徑小而底部的口徑較大，有效起到了降低互連結(jié)構(gòu)中K值的作用，降低了 RC效應(yīng)，提高了半導(dǎo)體集成電路的性能。
上述步驟完成之后，本發(fā)明第二實施例的半導(dǎo)體器件制作完成。本發(fā)明第二實施例中，保留了第二金屬線層411b和第三金屬線層411c之間的層間介質(zhì)層405和第一絕緣層403，被保留的所述第一絕緣層403用于作為剩余的層間介質(zhì)層405 (包括第一子開口411a兩側(cè)的層間介質(zhì)層405和所述第二金屬線層411b和第三金屬線層411c之間的層間介質(zhì)層405)的支撐，使得剩余的層間介質(zhì)層405不會坍塌，形成的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)和性能更加穩(wěn)定。
請繼續(xù)參考圖19，本發(fā)明第二實施例的半導(dǎo)體器件包括:
基底400;
位于所述基底400表面、至少三個相互分立的金屬線層，包括第一金屬線槽411a、與所述第一金屬線層411a相鄰的第二金屬線層411b、以及與所述第二金屬線層411b相鄰且與所述第一金屬線層411a相隔的第三金屬線層411c ；
位于第一金屬線層411a和第二金屬線層411b之間的開口 415，所述開口 415包括所述第一金屬線層411a和第二金屬線層411b表面齊平的第一子開口 415a和位于所述第一子開口 415a底部的第二子開口 415b，所述第一子開口 415a的口徑小于所述第二子開口415b的口徑；
位于所述第二金屬線層411b和第三金屬線層411c之間的第一絕緣層403 ；
層間介質(zhì)層405，所述層間介質(zhì)層405部分位于所述第一子開口 415a兩側(cè)、位于所述第二子開口 415b頂部，部分位于所述第二金屬線層411b和第三金屬線層411c之間的第一絕緣層403表面；
覆蓋所述第一金屬線層411a、第二金屬線層411b、第三金屬線層411c和層間介質(zhì)層405，且橫跨所述開口 415的第二絕緣層417。
其中，所述基底400用于為后續(xù)工藝提供工作平臺；所述第一金屬線層411a、第二金屬線層411b、第三金屬線層411c用于傳遞信號，所述第一金屬線層411a、第二金屬線層411b、第三金屬線層411c的材料為導(dǎo)電材料，例如銅、鈦、鉭、鎢等；所述開口 415用于后續(xù)和第二絕緣層417共同構(gòu)成空氣間隙，降低互連層內(nèi)的K值，降低RC效應(yīng)，提高半導(dǎo)體器件的性能，所述開口 415頂部的第一子開口 415a比第二子開口 415b小10_40nm ;所述層間介質(zhì)層405用于作為后續(xù)形成第二絕緣層417的沉積基底，方便第二絕緣層417的形成；所述第二絕緣層417用于隔離相鄰層間的金屬線層411，所述第二絕緣層417的材料為二氧化硅等常見的絕緣材料。
需要說明的是，在本發(fā)明第一實施例的半導(dǎo)體器件中，還包括位于所述基底400表面、且位于相鄰兩個金屬線層之間的刻蝕阻擋層401，用于在形成所述半導(dǎo)體器件的過程中保護基底400不受損壞。
本發(fā)明第二實施例中形成的半導(dǎo)體器件，在第一實施例的基礎(chǔ)上，還包括位于所述第二金屬線層和第三金屬線層之間的層間介質(zhì)層和第一絕緣層，所述第一絕緣層作為剩余的層間介質(zhì)層的支撐，使得形成的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)和性能更加穩(wěn)定。
綜上，本發(fā)明的實施例中，形成有覆蓋所述金屬線層的第一掩膜層，所述第一掩膜層還覆蓋部分靠近金屬線層的層間介質(zhì)層，被覆蓋部分靠近金屬線層的層間介質(zhì)層在后續(xù)工藝中受到第一掩膜層的保護，不會被去除，后續(xù)形成的開口的頂部尺寸較小，后續(xù)形成第二絕緣層時，用于形成絕緣層的材料不會掉落在開口內(nèi)，而是以開口兩側(cè)的層間介質(zhì)層為沉積基底進行沉積形成第二絕緣層，解決了后續(xù)第二絕緣層的沉積困難的問題；并且以所述第一掩膜層為掩膜去除了暴露的層間介質(zhì)層，還去除了第一絕緣層，形成的開口的底部尺寸較大，利于后續(xù)形成較大的空氣間隙，降低了互連結(jié)構(gòu)中的K值，降低了 RC效應(yīng)，提高了半導(dǎo)體集成電路的性能，解決了第二絕緣層的沉積和空氣間隙的大小之間的矛盾。
進一步的，本發(fā)明的實施例中，采用金屬的自對準形成工藝形成第一掩膜層，所述第一掩膜層的形成工藝簡單，無需先形成覆蓋金屬線層和層間介質(zhì)層的薄膜，然后在刻蝕形成第一掩膜層，大大節(jié)省了工藝。
本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件形成方法，包括: 提供基底，所述基底表面形成有第一絕緣層，所述第一絕緣層表面形成有層間介質(zhì)層，以及至少兩個貫穿所述層間介質(zhì)層和第一絕緣層厚度的溝槽； 向所述溝槽內(nèi)填充導(dǎo)電材料形成金屬線層； 其特征在于，還包括: 采用金屬的自對準形成工藝形成覆蓋所述金屬線層的第一掩膜層，所述第一掩膜層覆蓋部分靠近金屬線層的層間介質(zhì)層； 以所述第一掩膜層為掩膜去除所述層間介質(zhì)層和第一絕緣層，形成開口，所述開口包括貫穿所述層間介質(zhì)層厚度的第一子開口和位于所述第一子開口底部的第二子開口，所述第一子開口的口徑小于所述第二子開口的口徑； 去除所述第一掩膜 層，形成覆蓋所述金屬線層和層間介質(zhì)層，并橫跨所述開口的第二絕緣層。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件形成方法，其特征在于，所述第一掩膜層覆蓋部分的層間介質(zhì)層的覽度為5_20nm。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件形成方法，其特征在于，所述采用金屬的自對準形成工藝形成第一掩膜層的步驟包括:提供電解槽；在電解槽中加入PH值為7-10的電解液，所述電解液包括(NH4) 2W04、CoCl2, NaOH, Na2H2PO2 ;施加電流密度為3mA/cm2到20mA/cm2的電流。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件形成方法，其特征在于，當所述溝槽至少為三個，形成的所述金屬線層包括第一金屬線層、與所述第一金屬線層相鄰的第二金屬線層，與所述第二金屬線層相鄰且與所述第一金屬線層相隔的第三金屬線層時，還包括:形成覆蓋所述第二金屬線層和第三金屬線層之間的層間介質(zhì)層的保護層；以所述第一掩膜層和保護層為掩膜去除第一金屬線層和第二金屬線層之間的層間介質(zhì)層和第一絕緣層，形成開口，保留第二金屬線層和第三金屬線層之間的層間介質(zhì)層和第一絕緣層，所述保留的第一絕緣層用作剩余的層間介質(zhì)層的支撐。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件形成方法，其特征在于，所述第一掩膜層的材料為CoWP、W 或 Si。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件形成方法，其特征在于，所述第一絕緣層的材料為有機聚合物、SiO2或C。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件形成方法，其特征在于，去除所述層間介質(zhì)層和第一絕緣層的工藝為干法刻蝕。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件形成方法，其特征在于，所述干法刻蝕采用的氣體包括O2O
9.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件形成方法，其特征在于，去除所述層間介質(zhì)層和第一絕緣層的工藝為濕法刻蝕。
10.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件形成方法，其特征在于，所述濕法刻蝕采用的化學試劑包括HF。
11.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件形成方法，其特征在于，所述濕法刻蝕的工藝參數(shù)包括:質(zhì)量分數(shù)為0.1% -5%的HF。
12.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件形成方法，其特征在于，去除所述第一掩膜層的工藝為濕法刻蝕。
13.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件形成方法，其特征在于，所述濕法刻蝕所采用的化學試劑包括HF或H2O2。
14.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件形成方法，其特征在于，所述層間介質(zhì)層的材料為k值小于3.0的低K介質(zhì)材料。
15.如權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體器件形成方法，其特征在于，所述低K介質(zhì)材料為SiN、摻雜氮的碳、SiC或BN。
16.如權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體器件形成方法，其特征在于，所述低K介質(zhì)材料包括C、S1、0、H 元素。
17.一種半導(dǎo)體器件，包括: 基底； 位于所述基底表面、至少兩個相互分立的金屬線層； 位于相鄰兩個金屬線層之間的開口，所述開口包括與所述金屬線層表面齊平的第一子開口和位于所述第一子開口底部的第二子開口，所述第一子開口的口徑小于所述第二子開口的口徑； 位于所述第一子開口兩側(cè)、位于所述第二子開口頂部的層間介質(zhì)層； 覆蓋所述金屬線層、層間介質(zhì)層，且橫跨所述開口的第二絕緣層。
18.如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第一子開口的口徑比所述第二子開口的口徑小10-40nm。
19.如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，當至少包括三個相互分立的金屬線層:第一金屬線層、與所述第一金屬線層相鄰的第二金屬線層、以及與第二金屬線層相鄰且與所述 第一金屬線層相隔的第三金屬線層時，還包括:第一絕緣層，所述第一絕緣層位于所述第二金屬線層和第三金屬線層之間的基底表面，所述開口位于所述第一金屬線層和第二金屬線層之間，所述層間介質(zhì)層還位于第二金屬線層和第三金屬線層之間的第一絕緣層表面。
全文摘要
本發(fā)明的實施例提供了一種半導(dǎo)體器件形成方法，包括提供基底；所述基底表面依次形成有第一絕緣層、層間介質(zhì)層以及至少兩個貫穿所述層間介質(zhì)層和第一絕緣層厚度的溝槽；向所述溝槽內(nèi)填充導(dǎo)電材料形成金屬線層；采用金屬的自對準形成工藝形成覆蓋所述金屬線層的第一掩膜層，所述第一掩膜層覆蓋部分靠近金屬線層的層間介質(zhì)層；以所述第一掩膜層為掩膜去除所述層間介質(zhì)層和第一絕緣層，形成開口；去除所述第一掩膜層，形成覆蓋所述金屬線層和層間介質(zhì)層，并橫跨所述開口的第二絕緣層。采用本發(fā)明實施例形成的半導(dǎo)體器件具有較大的空氣間隙，降低了互連結(jié)構(gòu)中的K值，降低了RC效應(yīng)，提高了半導(dǎo)體集成電路的性能。
文檔編號H01L21/768GK103137545SQ20111038346
公開日2013年6月5日 申請日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者洪中山 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司