硬掩膜层的制作方法、层间介质层的制作方法及半导体器件技术

本申请提供了一种硬掩膜层的制作方法、层间介质层的制作方法及半导体器件。其中，该制作方法包括在待刻蚀结构上依次沉积形成多层SiOC层，向反应室通入含有硅元素、氧元素和碳元素的反应气体，以及开启等离子发生器以使得反应气体电离形成等离子体，并使得等离子体反应形成SiOC层；其中，在远离待刻蚀结构的方向上，各形成SiOC层的步骤中的反应气体中的碳元素含量依次递减且氧元素含量依次递增。由于反应气体中的氧能够与形成各SiOC层的碳充分反应，从而减少了反应气体中的氧对待刻蚀结构中的碳消耗，使待刻蚀结构表面不会形成SiO2层，避免了SiO2层对刻蚀工艺的影响，进而使刻蚀后形成的多层SiOC层能够具有相互平行的侧壁。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及集成电路
，具体而言，涉及一种硬掩膜层的制作方法、层间介质层的制作方法及半导体器件。
技术介绍
伴随着超大规模集成电路的迅速发展，元器件的尺寸越来越小，因此需要在晶片中刻蚀出具有高深宽比的窗口(例如凹槽或通孔等)。同时，为了避免刻蚀过程对晶片中的其他器件造成损伤，常常需要在晶片表面形成硬掩膜层，然后再刻蚀硬掩膜层和晶片以形成具有窗口的半导体器件(例如层间介质层等)。现有技术中的硬掩膜层通常包括BD(Black Diamond，又称黑钻石，其主要包含SiCOH)层以及位于BD层上的TEOS(正硅酸乙酯)层。图1示出了现有层间介质层的剖面结构示意图。参见图1，当采用上述硬掩膜层形成具有通孔的层间介质层时，通常包括以下步骤：首先，在器件层(包括衬底及形成于衬底中的晶体管等器件)上依次形成介质材料层10′、硬掩膜层20′、抗反射涂层30′、屏蔽氧化层和图形化光刻胶，其中介质材料层10′包括依次形成的扩散阻挡层110′和低介电材料层120′，硬掩膜层20′通常包括依次形成的BD层210′和TEOS层220′；然后，沿图形化光刻胶中的图形依次刻蚀贯穿屏蔽氧化层、抗反射涂层30′、硬掩膜层20′和介质材料层10′以在介质材料层10′中形成通孔，以及去除图形化光刻胶和屏蔽氧化层，并将剩余的介质材料层10′作为层间介质层，其结构如图1所示。然而，采用上述制作方法所形成通孔的侧壁与硬掩膜层20′的侧壁不在同一平面(即通孔的侧壁与硬掩膜层20′的侧壁之间呈台阶结构)，进而会对后续形成器件的性能造成影响。本申请的专利技术人对上述问题进行大量研究后发现，上述问题产生的原因为：低介电材料层120′非常软(其机械强度通常较低)，很容易被高能量攻击，在利用等离子体形成硬掩膜层20′的工艺中，等离子体使得接触界面的低介电材料层120′中原本含有的碳被消耗掉，导致低介电材料层120′的顶部表层转化为一层二氧化硅薄膜；而二氧化硅薄膜与低介电材料层120′相比具有很高的湿法刻蚀选择比，在后续采用湿法刻蚀剂对通孔进行清洗时，低介电材料层120′的表层容易被刻蚀掉，进而使得所形成的沟槽的侧壁与硬掩膜形成开口的侧壁不在同一平面。但是，现有技术中并没有披露上述问题产生的原因以及解决上述问题的方法。
技术实现思路
本申请的主要目的在于提供一种硬掩膜层的制作方法、层间介质层的制作方法及半导体器件，以解决采用硬掩膜层形成具有通孔的半导体器件时，所形成通孔的侧壁与硬掩膜层的侧壁不在同一平面的问题。为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种硬掩膜层的制作方法，该制作方法包括在待刻蚀结构上依次沉积形成多层SiOC层的步骤，各形成SiOC层的步骤包括向反应室通入含有硅元素、氧元素和碳元素的反应气体，以及开启等离子发生器以使得反应气体电离形成等离子体，并使得等离子体反应形成SiOC层；其中，在远离待刻蚀结构的方向上，各形成SiOC层的步骤中的反应气体中的碳元素含量依次递减且氧元素含量依次递增。进一步地，反应气体包括第一反应气体和第二反应气体，其中，第一反应气体选自Si(CH3)4、(CH3)3SiH、(CH3)2SiH2、CH3SiH3和SiH4中的任一种，第二反应气体选自CO或CO2。进一步地，硬掩膜层包括依次层叠设置的第一SiOC层、第二SiOC层和第三SiOC层，形成硬掩膜层的步骤包括：在待刻蚀结构上形成第一SiOC层，其中，第一反应气体为Si(CH3)4、(CH3)3SiH、(CH3)2SiH2或CH3SiH3，第二反应气体为CO；在第一SiOC层上形成第二SiOC层，其中，第一反应气体为SiH4，第二反应气体为CO；以及在第二SiOC层上形成第三SiOC层，其中，第一反应气体为SiH4，第二反应气体为CO2。进一步地，第一反应气体的流量为100～3000sccm，第二反应气体的流量为100～3000sccm。进一步地，各形成SiOC层的步骤还包括向反应室通入惰性气体，且惰性气体的流量为100～3000sccm。进一步地，等离子发生器为射频等离子发生器；各形成SiOC层的步骤中，射频功率为100～4000w。根据本申请的另一方面，提供了一种层间介质层的制作方法，该制作方法包括以下步骤：在器件层上依次形成介质材料层和硬掩膜层，且硬掩膜层由上述制作方法制成；依次刻蚀贯穿硬掩膜层和介质材料层以在介质材料层中形成通孔，并将剩余的介质材料层作为层间介质层。进一步地，刻蚀贯穿硬掩膜层和介质材料层的步骤包括：在硬掩膜层上依次形成抗反射涂层、屏蔽氧化层和图形化光刻胶；沿图形化光刻胶中的图形依次刻蚀贯穿屏蔽氧化层、抗反射涂层、硬掩膜层和介质材料层以形成通孔。进一步地，形成介质材料层的步骤中，形成包括扩散阻挡材料层和低介电材料层的介质材料层；形成通孔之后，去除图形化光刻胶和屏蔽氧化层，并将剩余的扩散阻挡材料层和低介电材料层作为层间介质层。进一步地，预备抗反射涂层为TiN层，屏蔽氧化层为SiO2层。根据本申请的另一方面，提供了一种半导体器件，该半导体器件包括：器件层，以及设置于器件层上的层间介质层，层间介质层由上述制作方法制作而成。应用本申请的技术方案，本申请通过在待刻蚀结构上依次沉积形成多层SiOC层作为硬掩膜层，且在远离待刻蚀结构的方向上各形成SiOC层的步骤中的反应气体中的碳元素含量依次
递减且氧元素含量依次递增，且利用每个形成SiOC层的步骤中等离子体都会消耗已经形成的SiOC层中的碳的原理，使得在形成掩膜层的沉积过程中在远离待刻蚀结构的方向上各SiOC层原本含有的碳的消耗量逐渐递减，并减少了待刻蚀结构中的碳的消耗量，从而使得最终形成掩膜层的各SiOC层中的碳含量基本相同，并使得最终形成掩膜层的各SiOC层具有基本相同的刻蚀速率，进而使得在采用硬掩膜层形成具有通孔的半导体器件时，各SiOC层被刻蚀去除的量基本相同，并进一步使得所形成通孔的侧壁与硬掩膜层的侧壁基本处于同一平面上。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1示出了现有层间介质层的剖面结构示意图；图2示出了在本申请实施方式所提供的硬掩膜层的制作方法中，在待刻蚀结构上形成第一SiOC层后的基体剖面结构示意图；图3示出了在图2所示的第一SiOC层上形成第二SiOC层后的基体剖面结构示意图；图4示出了在图3所示的第二SiOC层上形成第三SiOC层后的基体剖面结构示意图；图5示出了本申请实施方式所提供的层间介质层的制作方法流程示意图；图6示出了在本申请实施方式所提供的层间介质层的制作方法中，在器件层上依次形成介质材料层和硬掩膜层后的基体剖面结构示意图；图7示出了在图6所示的硬掩膜层上依次形成抗反射涂层、屏蔽氧化层和图形化光刻胶后的基体剖面结构示意图；以及图8示出了沿图7所示的图形化光刻胶中的图形依次刻蚀屏蔽氧化层、抗反射涂层、硬掩膜层和介质材料层以形成通孔，以及去除图形化光刻胶和屏蔽氧化层，并将剩余的扩散阻挡材料层和低介电材料层作为层间介质层后的基体剖面结构示意图；图9示出了去除图8所示的硬掩膜层，并将剩余的介质材料层作为层间介质层后的基体剖面结构示意图。具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硬掩膜层的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括在待刻蚀结构上依次沉积形成多层SiOC层的步骤，各形成所述SiOC层的步骤包括向反应室通入含有硅元素、氧元素和碳元素的反应气体，以及开启等离子发生器以使得所述反应气体电离形成等离子体，并使得所述等离子体反应形成所述SiOC层；其中，在远离所述待刻蚀结构的方向上，各形成所述SiOC层的步骤中的所述反应气体中的碳元素含量依次递减且氧元素含量依次递增。

【技术特征摘要】
1.一种硬掩膜层的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括在待刻蚀结构上依次沉积形成多层SiOC层的步骤，各形成所述SiOC层的步骤包括向反应室通入含有硅元素、氧元素和碳元素的反应气体，以及开启等离子发生器以使得所述反应气体电离形成等离子体，并使得所述等离子体反应形成所述SiOC层；其中，在远离所述待刻蚀结构的方向上，各形成所述SiOC层的步骤中的所述反应气体中的碳元素含量依次递减且氧元素含量依次递增。2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述反应气体包括第一反应气体和第二反应气体，其中，所述第一反应气体选自Si(CH3)4、(CH3)3SiH、(CH3)2SiH2、CH3SiH3和SiH4中的任一种，所述第二反应气体选自CO或CO2。3.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述硬掩膜层包括依次层叠设置的第一SiOC层、第二SiOC层和第三SiOC层，形成所述硬掩膜层的步骤包括：在所述待刻蚀结构上形成所述第一SiOC层，其中，所述第一反应气体为Si(CH3)4、(CH3)3SiH、(CH3)2SiH2或CH3SiH3，所述第二反应气体为CO；在所述第一SiOC层上形成所述第二SiOC层，其中，所述第一反应气体为SiH4，所述第二反应气体为CO；以及在所述第二SiOC层上形成所述第三SiOC层，其中，所述第一反应气体为SiH4，所述第二反应气体为CO2。4.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于，所述第一反应气体的流量为100～3000sccm，所述第二反应气体的流量为100～3000sccm。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：周鸣，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31