一種氧含量遞增的硬掩模的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及半導體制造工藝中的掩模工藝，更具體的，本發明涉及一種氧含量遞 增的硬掩模及其制造方法，送種硬掩模可有效改善蝕刻剖面中的倒凹現象。
【背景技術】
[0002] 在半導體工藝范疇中，掩膜化（masking)工藝是在基片上圖形化的重要環節。通 常，掩模可分為軟掩模（soft mask)和硬掩模化ard mask)。軟掩模通常是指光阻材料，即 光刻膠。硬掩模則是對介質材料層刻蝕后得到的掩模結構。在形成硬掩模后，后續工藝是 對硬掩模底層的結構進行刻蝕，形成溝槽、通孔、間隙等結構。
[0003] 在半導體工藝的范疇中，低k(low-k)材料通常是指介電常數比氧化娃的介電常 數化9-4. 1)更低的材料。典型的低k介電薄膜可具有小于3. 5的介電常數。一種類型的 低k材料是多孔材料（例如多孔氧化娃）。由于材料中的孔洞具有低至1的介電常數，因此 多孔材料整體的介電常數低于其基材的介電常數。孔洞越多，則介電常數被拉低越多。
[0004] 圖IA示出一種加工過程中的半導體結構，其包括SiCN層101、多孔低k薄膜102、 W及上方的硬掩模薄膜結構歷、歷上方的屏蔽氧化層106。其中硬掩模薄膜結構歷自下 而上包括抓層度IackDiamond, -種業內用于制作硬掩模的高硬度材料）103、TEOS (正娃 酸己醋，Eth}dsilicate)層 104、和 TiN 層 105。
[0005] 發明人在實踐中發現，圖IA中所例示的基于TEOS的硬掩模面臨的一項問題在于： 在后續濕法蝕刻工藝中，會發現多孔低k薄膜102和TEOS薄膜104之間存在較為嚴重的倒 凹（undercut)現象。例如，在例如采用（300 ;1)的DHF師、&〇2、&0的混合液）溶液進行 濕法刻蝕時，發明人發現，如圖IB的刻蝕剖面示意圖所示，刻蝕剖面不是理想的"豎直"狀 態，而是在溝道某段（對應TEOS層104的位置）出現了較為明顯的倒凹區（左右兩側）。 進一步的研究發現，TEOS薄膜的濕法刻蝕比率（其反映選擇性刻蝕的各向異性程度）要低 于HMBD層。因此，濕法刻蝕過程在TEOS薄膜層的選擇性較差，產生了較多的橫向刻蝕，形 成蝕刻剖面上的倒凹區。
[0006] 上述倒凹現象導致很多不利結果。由于倒凹區的存在，后續的PVD(物理氣相沉 積）和ECP(電錐）工藝可能無法將材料良好施加于倒凹區，導致在相關區域留下空隙。可 預見的不利結果還包括；硬掩模易于剝落、阻擋層/巧晶層覆蓋率不佳。因此，需要一種新 的硬掩模結構和相應制造工藝來克服上述問題。
【發明內容】
[0007] 本發明關注到現有技術中的上述問題，并提出一種解決方案。具體來說，本發明提 出一種改進的硬掩模及其制造方法。本發明的硬掩模基于八甲基環四娃氧焼（OMCTS)，且包 括用于保護下層多孔薄膜免受等離子體損傷的致密薄膜層，W及氧含量隨厚度而增加的含 氧薄膜層。含氧薄膜層的濕法刻蝕比率隨氧含量的增加而逐漸增加。通過使用具有上述特 征的硬掩模，掩模結構的總體蝕刻比率得W提高，即橫向刻蝕程度減輕。發明人所進行的具 體實踐也表明，送種硬掩模的濕法刻蝕剖面中倒凹現象得到了明顯改善。
[0008] 根據本發明的一個方面，提出一種制造硬掩模的方法，包括；a)在半導體基片上 用含有八甲基環四娃氧焼OMCTS的工藝氣體沉積致密薄膜層；W及b)用含有OMCTS和〇2的 工藝氣體沉積含氧薄膜層，其中所述含氧薄膜層的氧含量隨厚度而增加。
[0009] 根據本發明的一個方面，前述方法的步驟b)包括；所述工藝氣體中的〇2的含量隨 時間逐漸增加。
[0010] 根據本發明的一個方面，前述方法的步驟b)包括；依次沉積多個含氧薄膜子層， 其中，沉積每個含氧薄膜子層時所用工藝氣體中的化的含量比前次增加。
[0011] 根據本發明的一個方面，前述方法的步驟步驟b)中，工藝氣體中的初始化含量為 lOOsccm，工藝氣體中的最終化含量為lOOOsccm。
[0012] 根據本發明的一個方面，前述方法的步驟b)中，進行H次沉積，其中第一次沉積 時工藝氣體中〇2含量為lOOsccm、第二次沉積時工藝氣體中〇2含量為500sccm、第H次沉積 時工藝氣體中〇2含量為lOOOsccm。
[0013] 根據本發明的一個方面，前述方法中，在基本無化的工藝氣體氛圍中沉積所述致 醬薄胺層。
[0014] 根據本發明的一個方面，前述方法中，在等離子體氣氛中沉積所述致密薄膜層和 所述含氧薄膜層。
[0015] 根據本發明的一個方面，前述方法中，所述半導體基片包括多孔低k介質薄膜；所 述致密薄膜層是低k薄膜層；W及所述含氧薄膜層是低k薄膜層。
[0016] 根據本發明的一個方面，前述方法中，在步驟b)后，繼續形成TiN薄膜層和氧化 層。
[0017] 根據本發明的一個方面，前述方法的步驟a)中，采取W下工藝條件中的一項或多 項=OMCTS處理量0. l-3mg/min ;工藝氣體中作為載氣的氮氣量100-3000sccm ;工藝壓力 0. 1-10巧；W及等離子體功率；50-2000w。
[0018] 根據本發明的一個方面，前述方法的步驟b)中，采取W下工藝條件中的一項或多 項=OMCTS處理量0. l-3mg/min ;工藝氣體中作為載氣的氮氣量100-3000sccm ;工藝壓力 0. 1-10巧；W及等離子體功率；50-2000w。
[0019] 根據本發明的一個方面，提出一種硬掩模結構，包括：含有八甲基環四娃氧焼 OMCTS的致密薄膜層；W及位于所述致密低k薄膜層上的含氧薄膜層，其中所述含氧薄膜層 的氧含量隨厚度而增加。
[0020] 根據本發明的一個方面，前述硬掩模結構中，所述含氧薄膜層的氧含量隨厚度而 逐漸增加。
[0021] 根據本發明的一個方面，前述硬掩模結構中，所述含氧薄膜層包括多個含氧薄膜 子層，其中，每個含氧薄膜子層的氧含量比下方層的氧含量多。
[0022] 根據本發明的一個方面，前述硬掩模結構中，所述含氧薄膜層的濕法刻蝕比率隨 氧含量的增加而逐漸增加。
[0023] 根據本發明的一個方面，提出一種半導體結構，包括；根據前述的任一項方法制造 而得的硬掩模。
[0024] 本發明的有益技術效果至少包括；本發明提出的硬掩模可有效改善蝕刻剖面中的 倒凹現象。
【附圖說明】
[0025] 為了進一步闡明本發明的各實施例的W上和其他優點和特征，將參考附圖來呈現 本發明的各實施例的更具體的描述。在附圖中，相同的附圖標記用于指代若干視圖中的相 同或類似的元件或功能，并且附圖中元件并不一定彼此按比例繪制，個別元件可被放大或 縮小W便在本描述的上下文中更容易理解送些元件。可W理解，送些附圖只描繪本發明的 典型實施例，因此將不被認為是對其范圍的限制。
[0026] 圖IA示出根據現有技術的一種形成于半導體基片上的硬掩模結構。
[0027] 圖IB示出圖IA的硬掩模結構在濕法刻蝕后的刻蝕剖面，從該刻蝕剖面圖中可看 到明顯的倒凹現象。
[002引圖2示出根據本發明的實施例的一種氧含量遞增的硬掩模的示意圖。
[0029] 圖3示出根據本發明的實施例的制造圖2所示硬掩模的方法的流程圖。
[0030] 圖4示出根據本發明的實施例的另一種氧含量遞增的硬掩模的示意圖。
[0031] 圖5示出根據本發明的實施例的制造圖4所示硬掩模的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0032] 下面的詳細描述參照附圖，附圖W例示方式示出可實踐所要求保護的主題的特定 實施例。充分詳細地描述送些實施例，W使本領域技術人員將該主題投入實踐。要理解，各 實施例盡管是不同的，但不一定是相互排斥的。例如，送里結合一個實施例描述的特定特 征、結構或特性可在其它實施例中實現而不脫離所要求保護的主題的精神和范圍。類似地， 為了解釋的目的，闡述了特定數量、材料和配置，W便提供對本發明的實施例的全面理解。 然而，本發明可在沒有特定細節的情況下實施。另外應理解，可修改各公開實施例中的各個 要素的位置或配置而不脫離所要求。
[0033]圖2示出根據本發明的實施例的一種氧含量遞增的硬掩模的示意圖。該半導體結 構中，和圖IA對應的部分包括SiCN層201、多孔低k薄膜202、TiN層205、屏蔽氧化層206。 圖2的實施例不同于圖IA之處在于其具有獨特的基于八甲基環四娃氧焼（OMCTS)的薄膜 層 203。
[0034] 本發明所采用的八甲基環四娃氧焼（OMCTS)的示例化學表達式如下：
[0035]
[0036] 根據本發明的實施例，薄膜層203通過在等離子體氛圍下沉積OMCTS而制得。更具 體地，本發明的基于OMCTS的薄膜層203中，氧含量隨厚度而遞增。在圖2所示薄膜層203 中，送種氧含量遞增可具體表征為四個子層：致密薄膜層203曰、含氧薄膜層203bi、203bi、 203b3。致密薄膜層203a是在無〇2的工藝氣體氛圍下沉積的，其作用是防止后續的等離子 體處理對下層的多孔低k薄膜202造成損傷。自下而上先后沉積的H個（該數量為示例， 可為任何其他數量）含氧薄膜層203bi、203bi、203b3的氧含量依次增加。采用送種結構的 意義在于，含氧薄膜層203bi、203bi、203b3的濕法刻蝕比率隨氧含量的增加而逐漸增加。發 明人的實踐表明送種結構可W改善濕法蝕刻中的倒凹現象。
[0037] 圖3示出根據本發明的實施例的制造圖2所示硬