互连介质层、其制作方法及包括其的互连层的制作方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及集成电路制作技术领域，具体而言，涉及一种互连介质层、其制作方法及包括其的互连层。
【背景技术】
[0002]在集成电路的后段工艺(BEOL)中，需要在半导体器件上形成互连层以连接半导体器件和外围电路。其中上述互连层包括互连介质层，设置于互连介质层中的通孔，以及设置于通孔中的金属层，且半导体器件和外围电路通过金属层形成电连接。随着超大规模集成电路中器件的尺寸的不断缩小，互连层中互连介质层和金属层之间形成的电容逐渐增大，进而导致集成电路中的信号延迟(RC延迟)逐渐增大。目前，通常采用低介电常数(Low-K)材料制作互连介质层以减少互连层中的电容。其中，材料的介电常数为1.7?2.2，成为最主要的低介电常数材料。
[0003]采用上述多孔聚合材料形成互连介质层时，通常以含碳的硅烷或含碳的硅氧烷为前驱气体，并使前驱气体和氧气反应，以在半导体基材上的互连介质层。在形成上述互连介质层的步骤中，首先通常需要降低前驱气体和氧气的流量，以降低两者之间的反应速率，从而降低材料的沉积速率，进而在半导体基材上形成相对致密的、能够与半导体基材形成良好结合强度的材料层，对于这部分结构通常称为初始层。在完成初始层的沉积后，通常需要增加如驱气体和氧气的流量，以提闻两者之间的反应速率，从而提闻材料的沉积速率，进而提高互连介质层的制作效率，对于这部分结构通常称为基体层。在上述方法中，所形成的基体层的致密度相对初始层而言较低，从而使得基体层的力学强度小于初始层的力学强度。
[0004]在后续刻蚀互连介质层形成通孔的过程中，由于基体层的力学强度小于初始层的力学强度，因此刻蚀去除基体层的宽度会大于刻蚀去除初始层的宽度，从而在通孔中初始层和基体层之间会形成较大的台阶结构。在通孔中形成金属层之后，上述台阶结构会降低金属层和互连介质层之间的结合强度，进而影响互连层的稳定性。目前，针对上述问题还没有有效的解决方法。
【发明内容】
[0005]本申请旨在提供一种互连介质层、其制作方法及包括其的互连层，以提高互连层中互连介质层与金属层之间的结合强度。
[0006]本申请提供了一种互连介质层，由包含硅、氧和碳的材料组成，包括依次设置于半导体基材上的初始层和基体层，其中初始层包括由远离半导体基材方向设置的多层子初始层，且沿远离半导体基材方向，各层初始层中氧元素的含量依次降低，碳元素的含量依次增加。
[0007]进一步地，在上述互连介质层中，各层子初始层中氧元素的含量依次降低6wt%?8wt%,碳元素的含量依次增加4wt%?6wt%。
[0008]进一步地，在上述互连介质层中，初始层包括沿远离半导体基材方向设置的，第一初始层，其中氧元素的含量为34wt%?40wt%，碳元素的含量为40wt%?44wt% ;第二初始层，其中氧元素的含量为26wt%?32wt%，碳元素的含量为45wt%?50wt%。
[0009]进一步地，在上述互连介质层中，初始层还包括设置在第二子初始层设置的第三子初始层，所述第三初始层中氧元素的含量为20wt%?24wt%，碳元素的含量为50wt%?54wt%。
[0010]进一步地，在上述互连介质层中，初始层的厚度为基体层厚度的1/10?1/5。
[0011]进一步地，在上述互连介质层中，各层子初始层的厚度为基体层的厚度的1/40?1/15。
[0012]本申请还提供了一种互连介质层的制作方法，该互连介质层由包含硅、氧和碳的材料组成，形成互连介质层的制作方法包括在半导体基材上依次形成初始层和基体层的步骤，形成初始层的步骤包括:由远离半导体基材方向上，形成氧元素的含量依次降低，碳元素的含量依次增加的多层子初始层。
[0013]进一步地，在上述互连介质层的制作方法中，形成各层子初始层的步骤中，以由烃基和/或烃氧基取代的硅烷或硅氧烷,或者氢化硅氧烷为前驱气体,使其和氧气反应形成各子初始层。
[0014]进一步地，在上述互连介质层的制作方法中，形成各层初始层的步骤中，通过调整前驱气体和氧气的比例形成氧元素的含量依次降低6wt%?8wt%，碳元素的含量依次增加4wt%?6wt%的各层初始层。
[0015]进一步地，在上述互连介质层的制作方法中，形成初始层的步骤包括:控制前驱气体的流量为0.3?0.5mg/min，氧气的流量为150?300sccm，反应的时间为I?3s，以形成氧元素的含量为34wt%?40wt%，碳元素的含量为40wt%?44wt%的第一子初始层；控制前驱气体的流量为0.7?1.0mg/min，氧气的流量为50?lOOsccm，反应的时间为I?3s，以在第一子初始层上形成氧元素的含量为26wt%?32wt%,碳元素的含量为45wt%?50wt%第二子初始层。
[0016]进一步地，在上述互连介质层的制作方法中，形成初始层的步骤还包括:控制前驱气体的流量为1.2?1.5mg/min,氧气的流量小于1sccm,反应的时间为5?15s,以在第二子初始层上形成氧元素的含量为20wt%?24wt%，碳元素的含量为50wt%?54wt%的第三子初始层。
[0017]本申请还提供了一种互连层，包括设置于半导体基材上的互连介质层，设置于互连介质层中的通孔，以及设置于通孔中的金属层，其中互连介质层为本申请上述的互连介质层。
[0018]应用本申请提供的技术方案，将初始层设置为沿远离半导体基材方向使氧元素的含量依次降低，碳元素的含量依次增加的多层子初始层。利用S1-O键能大于S1-C键能的特点，通过改变各子初始层中氧元素和碳元素的含量，使得沿远离半导体基材方向各子初始层的力学强度依次降低，从而减少互连介质层中初始层和基体层之间力学强度的差值。采用这种互连介质层，在刻蚀其形成通孔时，通孔中初始层和基体层之间会形成平滑连接结构，从而提高互连层中互连介质层与金属层之间的结合强度。同时，本申请还增加了初始层的厚度，从而增加了初始层和金属层之间的结合面积，进而进一步提高互连层中互连介质层与金属层之间的结合强度。
【附图说明】
[0019]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:
[0020]图1示出了本申请实施例1所制备的互连层的SEM照片；以及[0021 ] 图2示出了本申请对比例I所制备的互连层的SEM照片。
【具体实施方式】
[0022]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0023]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述【具体实施方式】，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用属于“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0024]正如【背景技术】中所介绍的，互连介质层中初始层和基体层之间会形成较大的台阶结构，上述台阶结构会降低金属层和互连介质层之间的结合强度，进而影响互连层的稳定性。本申请的发明人针对上述问题进行研究，提出了一种互连介质层，由包含硅、氧和碳的材料组成，包括依次设置于半导体基材上的初始层和基体层，其中初始层包括由远离半导体基材方向设置的多层子初始层，且沿远离半导体基材方向，各层子初始层中氧元素的含量依次降低，碳元素的含量依次增加。在本申请中利用S1-O键能大于S1-C键能的特点，通过改变各子初始层中氧元素和碳元素的含量，使沿半导体基材方向各子初始层的力学强度依次降低，从而减少互连介质层中初始层和基体层之间力学强度的差值。因此，在后续刻蚀互连介质层形成通孔时，通孔中初始层和基体层之间会形成平滑连接结构，从而提高互连层中互连介质层与金属层之间的结合强度。同时，本申请还增加了初始层的厚度，从而增加了初始层和金属层之间的结合面积，进而进一步提高互连层中互连介质层与金属层之间的结合强度。
[0025]上述初始层中，本领域的技术人员可以根据本申请的教导，选择各层子初始层中氧元素的含量的降低值以及碳元素的含量的增加值，以在后续形成通孔的步骤中，形成较为平滑的通孔内壁。在一种优选实施方式中，各层子初始层中氧元素的含量依次降低6wt%?8wt%,碳元素的含量依次增加4wt%?6wt%。此时,各层子初始层之间形成最优的浓度梯度，从而在各子初始层之间形成最优的力学强度梯度。
[0026]上述初始层中，本领域的技术人员可以根据实际应用设定初始层的层数以及各初始层的组分。在一种优选实施方式中，初始层包括沿远离半导体基材方向设置的第一子初始层和第二子初始层。第一子初始层中氧元素的含量为34wt%? 40wt%，碳元素的含量为40wt%?44wt%。第二子初始层中氧元素的含量为26wt%?32wt%，碳元素的含量为45wt%?50wt%o在这种结