一种氧含量递增的硬掩模的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体制造工艺中的掩模工艺，更具体的，本发明涉及一种氧含量递 增的硬掩模及其制造方法，送种硬掩模可有效改善蚀刻剖面中的倒凹现象。
【背景技术】
[0002] 在半导体工艺范畴中，掩膜化（masking)工艺是在基片上图形化的重要环节。通 常，掩模可分为软掩模（soft mask)和硬掩模化ard mask)。软掩模通常是指光阻材料，即 光刻胶。硬掩模则是对介质材料层刻蚀后得到的掩模结构。在形成硬掩模后，后续工艺是 对硬掩模底层的结构进行刻蚀，形成沟槽、通孔、间隙等结构。
[0003] 在半导体工艺的范畴中，低k(low-k)材料通常是指介电常数比氧化娃的介电常 数化9-4. 1)更低的材料。典型的低k介电薄膜可具有小于3. 5的介电常数。一种类型的 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的介电常数，因此 多孔材料整体的介电常数低于其基材的介电常数。孔洞越多，则介电常数被拉低越多。
[0004] 图IA示出一种加工过程中的半导体结构，其包括SiCN层101、多孔低k薄膜102、 W及上方的硬掩模薄膜结构歷、歷上方的屏蔽氧化层106。其中硬掩模薄膜结构歷自下 而上包括抓层度IackDiamond, -种业内用于制作硬掩模的高硬度材料）103、TEOS (正娃 酸己醋，Eth}dsilicate)层 104、和 TiN 层 105。
[0005] 发明人在实践中发现，图IA中所例示的基于TEOS的硬掩模面临的一项问题在于： 在后续湿法蚀刻工艺中，会发现多孔低k薄膜102和TEOS薄膜104之间存在较为严重的倒 凹（undercut)现象。例如，在例如采用（300 ;1)的DHF师、&〇2、&0的混合液）溶液进行 湿法刻蚀时，发明人发现，如图IB的刻蚀剖面示意图所示，刻蚀剖面不是理想的"竖直"状 态，而是在沟道某段（对应TEOS层104的位置）出现了较为明显的倒凹区（左右两侧）。 进一步的研究发现，TEOS薄膜的湿法刻蚀比率（其反映选择性刻蚀的各向异性程度）要低 于HMBD层。因此，湿法刻蚀过程在TEOS薄膜层的选择性较差，产生了较多的横向刻蚀，形 成蚀刻剖面上的倒凹区。
[0006] 上述倒凹现象导致很多不利结果。由于倒凹区的存在，后续的PVD(物理气相沉 积）和ECP(电锥）工艺可能无法将材料良好施加于倒凹区，导致在相关区域留下空隙。可 预见的不利结果还包括；硬掩模易于剥落、阻挡层/巧晶层覆盖率不佳。因此，需要一种新 的硬掩模结构和相应制造工艺来克服上述问题。
【发明内容】
[0007] 本发明关注到现有技术中的上述问题，并提出一种解决方案。具体来说，本发明提 出一种改进的硬掩模及其制造方法。本发明的硬掩模基于八甲基环四娃氧焼（OMCTS)，且包 括用于保护下层多孔薄膜免受等离子体损伤的致密薄膜层，W及氧含量随厚度而增加的含 氧薄膜层。含氧薄膜层的湿法刻蚀比率随氧含量的增加而逐渐增加。通过使用具有上述特 征的硬掩模，掩模结构的总体蚀刻比率得W提高，即横向刻蚀程度减轻。发明人所进行的具 体实践也表明，送种硬掩模的湿法刻蚀剖面中倒凹现象得到了明显改善。
[0008] 根据本发明的一个方面，提出一种制造硬掩模的方法，包括；a)在半导体基片上 用含有八甲基环四娃氧焼OMCTS的工艺气体沉积致密薄膜层；W及b)用含有OMCTS和〇2的 工艺气体沉积含氧薄膜层，其中所述含氧薄膜层的氧含量随厚度而增加。
[0009] 根据本发明的一个方面，前述方法的步骤b)包括；所述工艺气体中的〇2的含量随 时间逐渐增加。
[0010] 根据本发明的一个方面，前述方法的步骤b)包括；依次沉积多个含氧薄膜子层， 其中，沉积每个含氧薄膜子层时所用工艺气体中的化的含量比前次增加。
[0011] 根据本发明的一个方面，前述方法的步骤步骤b)中，工艺气体中的初始化含量为 lOOsccm，工艺气体中的最终化含量为lOOOsccm。
[0012] 根据本发明的一个方面，前述方法的步骤b)中，进行H次沉积，其中第一次沉积 时工艺气体中〇2含量为lOOsccm、第二次沉积时工艺气体中〇2含量为500sccm、第H次沉积 时工艺气体中〇2含量为lOOOsccm。
[0013] 根据本发明的一个方面，前述方法中，在基本无化的工艺气体氛围中沉积所述致 酱薄胺层。
[0014] 根据本发明的一个方面，前述方法中，在等离子体气氛中沉积所述致密薄膜层和 所述含氧薄膜层。
[0015] 根据本发明的一个方面，前述方法中，所述半导体基片包括多孔低k介质薄膜；所 述致密薄膜层是低k薄膜层；W及所述含氧薄膜层是低k薄膜层。
[0016] 根据本发明的一个方面，前述方法中，在步骤b)后，继续形成TiN薄膜层和氧化 层。
[0017] 根据本发明的一个方面，前述方法的步骤a)中，采取W下工艺条件中的一项或多 项=OMCTS处理量0. l-3mg/min ;工艺气体中作为载气的氮气量100-3000sccm ;工艺压力 0. 1-10巧；W及等离子体功率；50-2000w。
[0018] 根据本发明的一个方面，前述方法的步骤b)中，采取W下工艺条件中的一项或多 项=OMCTS处理量0. l-3mg/min ;工艺气体中作为载气的氮气量100-3000sccm ;工艺压力 0. 1-10巧；W及等离子体功率；50-2000w。
[0019] 根据本发明的一个方面，提出一种硬掩模结构，包括：含有八甲基环四娃氧焼 OMCTS的致密薄膜层；W及位于所述致密低k薄膜层上的含氧薄膜层，其中所述含氧薄膜层 的氧含量随厚度而增加。
[0020] 根据本发明的一个方面，前述硬掩模结构中，所述含氧薄膜层的氧含量随厚度而 逐渐增加。
[0021] 根据本发明的一个方面，前述硬掩模结构中，所述含氧薄膜层包括多个含氧薄膜 子层，其中，每个含氧薄膜子层的氧含量比下方层的氧含量多。
[0022] 根据本发明的一个方面，前述硬掩模结构中，所述含氧薄膜层的湿法刻蚀比率随 氧含量的增加而逐渐增加。
[0023] 根据本发明的一个方面，提出一种半导体结构，包括；根据前述的任一项方法制造 而得的硬掩模。
[0024] 本发明的有益技术效果至少包括；本发明提出的硬掩模可有效改善蚀刻剖面中的 倒凹现象。
【附图说明】
[0025] 为了进一步阐明本发明的各实施例的W上和其他优点和特征，将参考附图来呈现 本发明的各实施例的更具体的描述。在附图中，相同的附图标记用于指代若干视图中的相 同或类似的元件或功能，并且附图中元件并不一定彼此按比例绘制，个别元件可被放大或 缩小W便在本描述的上下文中更容易理解送些元件。可W理解，送些附图只描绘本发明的 典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。
[0026] 图IA示出根据现有技术的一种形成于半导体基片上的硬掩模结构。
[0027] 图IB示出图IA的硬掩模结构在湿法刻蚀后的刻蚀剖面，从该刻蚀剖面图中可看 到明显的倒凹现象。
[002引图2示出根据本发明的实施例的一种氧含量递增的硬掩模的示意图。
[0029] 图3示出根据本发明的实施例的制造图2所示硬掩模的方法的流程图。
[0030] 图4示出根据本发明的实施例的另一种氧含量递增的硬掩模的示意图。
[0031] 图5示出根据本发明的实施例的制造图4所示硬掩模的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0032] 下面的详细描述参照附图，附图W例示方式示出可实践所要求保护的主题的特定 实施例。充分详细地描述送些实施例，W使本领域技术人员将该主题投入实践。要理解，各 实施例尽管是不同的，但不一定是相互排斥的。例如，送里结合一个实施例描述的特定特 征、结构或特性可在其它实施例中实现而不脱离所要求保护的主题的精神和范围。类似地， 为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，W便提供对本发明的实施例的全面理解。 然而，本发明可在没有特定细节的情况下实施。另外应理解，可修改各公开实施例中的各个 要素的位置或配置而不脱离所要求。
[0033]图2示出根据本发明的实施例的一种氧含量递增的硬掩模的示意图。该半导体结 构中，和图IA对应的部分包括SiCN层201、多孔低k薄膜202、TiN层205、屏蔽氧化层206。 图2的实施例不同于图IA之处在于其具有独特的基于八甲基环四娃氧焼（OMCTS)的薄膜 层 203。
[0034] 本发明所采用的八甲基环四娃氧焼（OMCTS)的示例化学表达式如下：
[0035]
[0036] 根据本发明的实施例，薄膜层203通过在等离子体氛围下沉积OMCTS而制得。更具 体地，本发明的基于OMCTS的薄膜层203中，氧含量随厚度而递增。在图2所示薄膜层203 中，送种氧含量递增可具体表征为四个子层：致密薄膜层203曰、含氧薄膜层203bi、203bi、 203b3。致密薄膜层203a是在无〇2的工艺气体氛围下沉积的，其作用是防止后续的等离子 体处理对下层的多孔低k薄膜202造成损伤。自下而上先后沉积的H个（该数量为示例， 可为任何其他数量）含氧薄膜层203bi、203bi、203b3的氧含量依次增加。采用送种结构的 意义在于，含氧薄膜层203bi、203bi、203b3的湿法刻蚀比率随氧含量的增加而逐渐增加。发 明人的实践表明送种结构可W改善湿法蚀刻中的倒凹现象。
[0037] 图3示出根据本发明的实施例的制造图2所示硬