半导体器件的形成方法技术

一种半导体器件的形成方法，包括：提供层间介质层，位于所述层间介质层表面的金属层、位于所述金属层表面的刻蚀阻挡层，以及贯穿所述刻蚀阻挡层和金属层的第一开口，所述第一开口暴露出层间介质层；在所述第一开口侧壁形成覆盖金属层的保护层；形成所述保护层后，刻蚀部分厚度的所述层间介质层，形成第二开口；填充满所述第二开口形成隔离层，所述隔离层内具有空气隙。形成的半导体器件的性能更稳定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种。
技术介绍
随着半导体集成电路技术的不断发展，半导体器件尺寸和互连结构尺寸不断减小，从而导致金属连线之间的间距在逐渐缩小，用于隔离金属连线的隔离层也变得越来越薄，这样会导致金属连线之间可能会发生串扰。现在，通过降低金属连线之间隔离层的介电常数，可有效地降低这种串扰，且低K (介电常数)的介质层可有效地降低金属连线层间的电阻电容延迟(Re delay)和寄生电容，因此，低K介电材料和超低K介电材料已越来越广泛地应用于互连工艺的隔离层中。由于空气是目前能获得的最低K值的材料(K=1.0)，可以在隔离层中形成空气隙或孔洞以有效的降低介质层的K值，从而形成多孔材料的低K或超低K材料的隔离层，以进一步降低金属连线之间的串扰。现有技术包括:请参考图1，提供层间介质层100，所述层间介质层100的材料为介质材料，覆盖所述层间介质层100表面的金属薄膜101，覆盖所述金属薄膜101表面的氮化钛薄膜103，覆盖所述氮化钛薄膜103表面的光刻胶层105，所述光刻胶层105具有暴露出部分氮化钛薄膜103 的开口 107 ；请参考图2，以所述光刻胶层105(如图1所示)为掩膜，沿所述开口 107 (如图1所示)刻蚀氮化钛薄膜103、金属薄膜101，形成位于所述层间介质层100表面的金属层101a、位于所述金属层IOla表面的氮化娃层103a、以及贯穿所述金属层IOla和氮化钛层103a的沟槽109，然后去除所述光刻胶层105 ；请参考图3，向所述沟槽109 (如图2所示)内填充介质材料，形成覆盖所述氮化钛层103a并填充满所述沟槽109的隔离层111，所述沟槽109内的部分隔离层111形成有空气隙113，用于降低隔离层111的K值。然而，现有技术形成的半导体器件的性能仍然不够稳定。更多关于请参考公开号为“US20080038518A1”的美国专利。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种，形成的半导体器件的性能更加稳定。为解决上述问题，本专利技术提供了一种，包括:提供层间介质层，位于所述层间介质层表面的金属层、位于所述金属层表面的刻蚀阻挡层，以及贯穿所述刻蚀阻挡层和金属层的第一开口，所述第一开口暴露出层间介质层；在所述第一开口侧壁形成覆盖金属层的保护层；形成所述保护层后，刻蚀部分厚度的所述层间介质层，形成第二开口 ；填充满所述第二开口形成隔离层，所述隔离层内具有空气隙。可选地，所述保护层的材料为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。可选地，所述保护层由正硅酸乙酯沉积形成。可选地，所述保护层的厚度为100埃-500埃。可选地，所述第二开口的深宽比大于1.2。可选地，所述第二开口比第一开口深2000埃-3000埃。可选地，所述第一开口的深宽比大于等于1:1，且所述第一开口的宽度为4000埃-8000埃，深度为4000埃-10000埃。可选地，所述隔离层的材料为氧化硅。可选地，所述刻蚀阻挡层的材料为氮化硅或氮化钛。可选地，所述刻蚀阻挡层为单层或多层堆叠结构。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点:由于在第一开口侧壁形成了覆盖金属层的保护层，后续无论何时继续刻蚀部分厚度的层间介质层，形成第二开口时，所述金属层的质量均不会受到损坏。并且，由于第二开口较第一开口深，形成的空气隙更加靠近金属层底部，相邻金属层之间的隔离层的K值进一步降低，有效减轻了相邻金属层之间的串扰，形成的半导体器件的性能更稳定。附图说明图1-图3是现有技术的；图4是本专利技术实施例的的流程示意图；图5-图10是本专利技术实施例的半导体器件的形成过程的剖面结构示意图。具体实施例方式正如
技术介绍
所述，现有技术形成的半导体器件的性能不够稳定。经过研究，专利技术人发现，现有技术形成的半导体器件的性能不够稳定，主要原因是:请继续参考图1-图3，虽然在相邻金属层IOla之间的隔离层111内形成有空气隙113，但形成空气隙113的位置靠近金属层IOla顶部，部分位于沟槽109底部的隔离层111内并没有空气隙113，此部分隔离层111的K值较高，即空气隙113对相邻金属层IOla之间的隔离层111所起的等效介电常数降低作用有限，其对应的金属层IOla之间容易产生串扰，影响半导体器件性能的稳定性。经过进一步研究，专利技术人发现，若继续刻蚀层间介质层，使形成的沟槽贯穿部分厚度的层间介质层时，后续形成的空气隙的位置则更加靠近沟槽的底部，使得相邻金属层之间的隔离层的K值进一步降低，可有效减轻相邻金属层之间的串扰。然而，专利技术人通过研究发现，由于层间介质层为介质材料，不同于金属薄膜，通常在刻蚀金属薄膜形成金属层(即金属图形)后，需要将半导体器件转移至下一刻蚀设备内，再进一步刻蚀层间介质层。然而，由于刻蚀完金属薄膜后，形成的金属层侧壁暴露于空气中，极易被空气中的氧气、水分所腐蚀，并且后续刻蚀基底时也会对金属层侧壁造成损伤，影响半导体器件的性能。经过更进一步研究，专利技术人提供了一种，使得形成的空气隙更加靠近沟槽底部，而且金属层的质量好，最终形成的半导体器件的性能稳定。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。请参考图4，本专利技术实施例的，包括:步骤S201，提供层间介质层，位于所述层间介质层表面的金属层、位于所述金属层表面的刻蚀阻挡层，以及贯穿所述刻蚀阻挡层和金属层的第一开口，所述第一开口暴露出层间介质层；步骤S203，在所述第一开口侧壁形成覆盖金属层的保护层；步骤S205，形成所述保护层后，刻蚀部分厚度的所述层间介质层，形成第二开口 ；步骤S207，填充满所述第二开口形成隔离层，所述隔离层内具有空气隙。具体的，请参考图5-图10，图5-图10示出了本专利技术实施例的半导体器件的形成过程的剖面结构示意图。请参考图5,提供层间介质层300,所述层间介质层300表面覆盖有金属薄膜301,所述金属薄膜301表面覆盖有第一刻蚀阻挡薄膜303，所述第一刻蚀阻挡薄膜303表面覆盖有第二刻蚀阻挡薄膜305，所述第二刻蚀阻挡薄膜305表面形成有掩膜层307，所述掩膜层307定义出第一开口。所述层间介质层300用于隔离金属层和位于所述层间介质层300底部的元器件，其材料为介质材料，例如氧化硅、氮氧化硅等。所述层间介质层300的形成工艺为沉积工艺，例如化学气相沉积工艺。在本专利技术的实施例中，所述层间介质层300的材料为氧化硅，其形成工艺为化学气相沉积工艺。所述金属薄膜301用于作为互连线或者导电插塞，所述金属薄膜301的形成工艺为物理气相沉积工艺，所述金属薄膜301的厚度为4000埃-8000埃。在本专利技术的实施例中，所述金属薄膜301的材料为铝，用作互连线，其厚度为4000埃。为避免后续工艺中形成的金属层在刻蚀工艺中被破坏，通常需要在金属薄膜301表面形成刻蚀阻挡薄膜。所述刻蚀阻挡薄膜为单层或多层堆叠结构，用于后续形成刻蚀阻挡层，保护金属层免受破坏。本专利技术的实施例中，所述刻蚀阻挡薄膜为两层堆叠结构，包括覆盖所述金属薄膜301表面的第一刻蚀阻挡薄膜303，覆盖所述第一刻蚀阻挡薄膜303表面的第二刻蚀阻挡薄膜305。其中，所述第一刻蚀阻挡薄膜303用于后续刻蚀工艺中保护金属层免受破坏。所不同的是，所述第一刻蚀阻挡薄膜303后续还作为刻蚀层间介质层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件的形成方法，其特征在于，包括：提供层间介质层，位于所述层间介质层表面的金属层、位于所述金属层表面的刻蚀阻挡层，以及贯穿所述刻蚀阻挡层和金属层的第一开口，所述第一开口暴露出层间介质层；在所述第一开口侧壁形成覆盖金属层的保护层；形成所述保护层后，刻蚀部分厚度的所述层间介质层，形成第二开口；填充满所述第二开口形成隔离层，所述隔离层内具有空气隙。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘张李，李乐，
申请(专利权)人：上海宏力半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：