半导体结构的蚀刻停止层的制作方法

本发明公开案总体上涉及半导体结构，并且更具体地，涉及具有蚀刻停止层的半导体结构，其结构得以改善蚀刻停止层的蚀刻轮廓。本申请要求于2018年12月19日提交的美国临时专利申请号62781626的优先权，其通过引用合并于此，并且成为说明书的一部分。
背景技术：
：在半导体工业中，最小临界尺寸已迅速减小。因此，用于防止在半导体器件制造期间层与层之间图案桥接的重叠余量也对应地减小。因此，需要开发用于提供更大工艺裕量的解决方案。在蚀刻工艺中，蚀刻停止层对于确定工艺裕度至关重要。技术实现要素：有鉴于此，有必要提供一种半导体结构的蚀刻停止层与其形成方法，以解决上述技术问题。一种半导体结构，包括：基础层；和具有多个元素并与所述基础层物理接触的蚀刻停止层；其中所述多个元素包括硅(si)元素，硼(b)元素和氮(n)元素。一种形成半导体结构的方法，包括：在处理室中提供基础层；和直接在基础层上形成蚀刻停止层，该蚀刻停止层具有多个元素；其中所述多个元素包括硅(si)元素，氮(n)元素和硼(b)元素；其中所述多个元素中的至少一者的浓度沿着所述蚀刻停止层的厚度方向呈梯度分布。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1示出了根据本公开的一些实施例的形成半导体结构的方法的流程图；图2a至图2c示出了根据本公开的一些实施例的半导体结构的截面示意图；图3a-3e示出了根据本公开的一些实施例的半导体结构的不同类型的蚀刻停止层的截面示意图；图4示出了根据本公开的一些实施例的半导体结构的截面示意图。然而，要注意的是，随附图式仅说明本案之示范性实施态样并因此不被视为限制本案的范围，因为本案可承认其他等效实施态样。主要元件符号说明基层401蚀刻停止层402中间层1403-1中间层2403-2中间层3403-3中间层4403-4掩模404如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。具体实施方式以下描述将参考附图以更全面地描述本发明。附图中所示为本公开的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，并且不应该被解释为限于在此阐述的示例性实施例。提供这些示例性实施例是为了使本公开透彻和完整，并且将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。类似的附图标记表示相同或类似的组件。本文使用的术语仅用于描述特定示例性实施例的目的，而不意图限制本发明。如本文所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一”，“一个”和“该”旨在也包括复数形式。此外，当在本文中使用时，“包括”和/或“包含”或“包括”和/或“包括”或“具有”和/或“具有”，整数，步骤，操作，组件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征，区域，整数，步骤，操作，组件，组件和/或其群组。除非另外定义，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。此外，除非文中明确定义，诸如在通用字典中定义的那些术语应该被解释为具有与其在相关技术和本公开内容中的含义一致的含义，并且将不被解释为理想化或过于正式的含义。以下内容将结合附图对示例性实施例进行描述。须注意的是，参考附图中所描绘的组件不一定按比例显示；而相同或类似的组件将被赋予相同或相似的附图标记表示或类似的技术用语。图1示出了根据本公开的一些实施例的形成半导体结构的方法的流程图。图2a至图2c示出了根据本公开的一些实施例的半导体结构的截面示意图。图2a-2c对应于图1中公开的每个流程。该方法包括：流程(101)在处理室中提供基础层；流程(102)在前述基础层上直接形成蚀刻停止层；以及流程(103)在蚀刻停止层上形成蚀刻层。图2a示出了設置於处理室中的基础层。在一些实施例中，所述基础层201包括硅。替代地，基层201可以包括锗，硅锗，砷化镓或其他合适的半导体材料。同样可替代地，基础层201可以包括外延层、硅晶片、和二氧化硅层中的至少之一。如图2b所示，蚀刻停止层202被直接形成在前述基层201上。蚀刻停止层202可藉由等离子体增强化学气相沉积(pecvd)形成。在一些实施例中，蚀刻停止层的厚度在约100埃至约500埃的范围内。在一些实施例中，蚀刻停止层202具有多种元素。多种元素可包括硅(si)元素和氮(n)元素。在一些实施例中，多种元素还包括硼(b)。硼(b)元素可被用来改善蚀刻停止层的蚀刻轮廓(etchprofile)。所述多种元素中的至少一者的浓度是沿着蚀刻停止层的厚度方向呈梯度分布。在一些实施例中，蚀刻停止层202可以是有机-无机杂化层、有机层、或无机层，例如sin或sibn。在一些实施例中，当形成蚀刻停止层202时，所述工艺包括向处理室提供硅(si)源、向处理室提供氮(n)源、以及提供硼(b)源到处理室。硅(si)的成分浓度影响了蚀刻停止层202的折射率，而硼(b)的成分浓度可影响蚀刻停止薄膜层202的介电系数(低k)。薄膜的介电系数影响蚀刻停止层202的蚀刻阻抗率。当硼(b)的浓度增加时，蚀刻停止层202的介电系数减小。所述蚀刻停止薄膜层202中的硅(si)，氮(n)和硼(b)成分可藉由原硅酸四乙酯(teos)、二氯硅烷(dcs)、氨(nh3)、氮(n2)、和碳氢化合物中的至少一者的气体形式而引入所述薄膜中。在一些实施例中，处理室内氮源(n)的浓度比例被随着时间而调整。在一些实施例中，处理腔室内的氮源(n)的百分比被调整为随时间增加以形成蚀刻停止层202，其最接近基础层201的氮(n)元素的浓度为零，并且随着蚀刻停止层202远离基层201的延伸方向而增加。在一些实施例中，处理室内的氮(n)源的百分比被调整为随时间减小，以形成具有氮(n)元素浓度依远离基层201的延伸方向而减小的蚀刻停止层202。在一些实施例中，处理室内的硅(si)源的浓度比例随时间变化。在一些实施例中，处理腔室内的硅(si)源的百分比随时间增加，以形成蚀刻停止层202，该蚀刻停止层202的最接近基层201的硅(si)元素的浓度为零，并且随着蚀刻停止层202远离基层201的延伸方向而增加。在一些实施例中，处理腔室内的硅(si)源的百分比随时间减小，以形成具有硅(si)元素浓度随远离基层201延伸方向而减小的蚀刻停止层202。在一些实施例中，处理室内的百分比的硼(b)源随时间变化。在一些实施例中，处理室内的硼(b)源的百分比随时间增加以形成蚀刻停止层202，该蚀刻停止层202的最接近基础层201的硼(b)元素的浓度为零，并且随着蚀刻停止层202远离基层201的延伸方向而增加。在一些实施例中，处理腔室中的硼(b)源的百分比随时间减小，以形成具有硼(b)元素浓度随远离基层201延伸方向而减小的蚀刻停止层202。在一些实施例中，当形成蚀刻停止层202时，该工艺包括在基础层上方形成sibn化合物层、以及在基础层上方形成sin化合物层。在一些实施例中，在设置在基础层上方的sibn化合物层上方形成sin化合物层。在如图2c所示的流程中，蚀刻停止层202上形成了蚀刻层203。蚀刻层203可以经由图案化与曝光蚀刻的方式形成图案。当形成图案时，蚀刻层203被暴露于具有短波长和/或长于短波长的长波长的光。在一些实施例中，蚀刻停止层202也响应于短波长。曝光时，光穿过具有图案的掩模204，其定义了欲转移到蚀刻层203的图案。经后续蚀刻程序，当蚀刻层203暴露于掩模204外的区域将被移除。在一些实施例中，所述蚀刻层203可以是包含半导体氧化物材质的层间电介质。换句话说，图1所示的半导体结构可以包括：图2c所示的衬底包括基层201；具有与基层201物理接触的多种元素的蚀刻停止层202；以及设置在蚀刻停止层202上的蚀刻层203。多种元素包括硅(si)元素和氮(n)元素。多个元素中的至少一者的浓度沿着蚀刻停止层202的厚度方向呈梯度分布。在一些实施例中，多个元素还包括硼(b)。图3a-3e示出了根据本公开的一些实施例的半导体结构的不同类型的蚀刻停止层的截面图。图2c和图3c分别示出了具有梯度成分浓度分布的蚀刻停止层202和202”。图2c示出了蚀刻停止层202，其中随着蚀刻停止层远离基层201延伸，多种元素中的一者或多者具有最少的分初始量(浅阴影)，且其成分浓度逐渐增加(暗阴影)。图3c示出了蚀刻停止层202”'，其中多种元素中的一种或多种元素具有最多的初始量(暗阴影)，并随着蚀刻停止层远离基层201”'逐渐减少(浅阴影)。图3e示出了蚀刻停止层202””，其中随着蚀刻停止层远离基层201””延伸方向，所述多种元素中的一者(或多个)具有最少初始浓度(浅阴影)并逐渐增加(深色阴影)。当多种元素中的一个(或多个)达到预定浓度时，多个元素中的一个(或多个)逐渐减小，直到蚀刻停止层202””的顶部。在示例性实施例中，最接近基础层的硼(b)元素的浓度为零，随着蚀刻停止层远离基础层的方向而逐渐增加至约50％的浓度，并且再次于蚀刻停止层的顶部逐渐减小至约10％的浓度。在另一示例性实施例中，最远离基层的硼(b)元素的浓度为零，随着蚀刻停止层延伸到基层的方向逐渐增加至约50％的浓度，并且在蚀刻停止层接近底部处再次逐渐减小至约10％的浓度。在一些实施例中，最接近基础层的硅(si)的浓度为零，并且随着蚀刻停止层远离基础层的延伸方向而增加。在一些实施例中，最远离基层的硅(si)元素的浓度为零，并且随着蚀刻停止层延伸到基层的方向而增加。在一些实施例中，最接近基础层的氮(n)的浓度为零，并且随着蚀刻停止层远离基础层的延伸方向而增加。在一些实施例中，最远离基础层的氮(n)元素的浓度为零，并且随着蚀刻停止层延伸到基础层的方向而增加。在一些实施例中，最接近基础层的硼(b)的浓度为零，并且随着蚀刻停止层远离基础层的延伸方向而增加。在一些实施例中，最远离基层的硼(b)元素的浓度为零，并且随着蚀刻停止层延伸到基层的方向而增加。在一些实施例中，所述硅(si)元素和所述氮(n)元素形成氮化硅，且所述氮化硅和所述硼(b)元素之间的比率(sin：b)约在1：9至9：1间。氮化硅与碳的比率(sin：c)可以根据rf功率，衬底温度和气体混合物而变化。在一些实施例中，rf功率在300w至1000w的范围内。在一些实施例中，衬底温度在约50℃至500℃的范围内。图3a，3b示出了复合式蚀刻停止层，其具有sibn化合物层202-1'和202-1”以及sin化合物层202-2'和202-2”。如图3a所示，将sin化合物层202-2'设置在基础层201'上，且sibn化合物层202-1'被设置在sin化合物层202-2'上。在一些实施例中，sin化合物层可以是蚀刻停止层的总厚度的大约10％至大约50％。如图3b所示，sibn化合物层202-1”被设置在基底层201”上，且sin化合物层202-2”被设置在sibn化合物层202-1”上。在一些实施例中，sin化合物层可以是蚀刻停止层的总厚度的大约10％至大约50％。图3d示出了具有sibn化合物层202-1””'和两个sin化合物层202-2””'和202-3””'的蚀刻停止层。所述两个sin化合物层包括了顶部sin化合物层202-3””'和底部sin化合物层202-2””'。sibn复合层202-1””'被设置在顶部sin复合层202-3””'和底部sin复合层202-2””'之间。在一些实施例中，顶部sin化合物层202-3””'可以为蚀刻停止层的总厚度的大约10％至大约50％。在一些实施例中，底部sin化合物层202-2””'的厚度约为20埃。在一些实施例中，底部的sin化合物层202-2””'可以作为sibn化合物层202-1””'和基础层201””'之间的屏障。图4示出了根据本公开的一些实施例的半导体结构的截面示意图。图4所示的半导体器件包括基层401，具有与基层401物理接触的多个元素的蚀刻停止层402以及设置在蚀刻停止层402上的蚀刻层。所示蚀刻层包括多个中间层403-1至403-4。中间层403-1和403-3可以是包含氧化物的介电层。中间层403-2和403-4可以是包含氮化物的支撑层。掩模404覆盖在中间层之上，并可被曝光显影而产生后续蚀刻程序所需的结构图案。蚀刻停止层402可以是图2c至3e所示的蚀刻停止层中的任何一个或其组合。如图2c至3e所示，蚀刻停止层的厚度可以为约100埃至约500埃。蚀刻停止层中的硼(b)元素浓度可在约10％至约50％之间的范围内。sin化合物层的厚度可以是蚀刻停止层的总厚度的大约10％至大约50％。sibn化合物层可以是蚀刻停止层的总厚度的大约50％。sibn化合物层可以用于改善半导体结构的各向异性蚀刻轮廓以及增加蚀刻后底部凹陷轮廓的均匀性。有鉴于前述揭露内容，本公开的另一个方面提供了一种半导体结构，其包括：基础层；和具有多个元素并与所述基础层物理接触的蚀刻停止层；其中所述多个元素包括硅(si)元素，硼(b)元素和氮(n)元素。在一些实施例中，所述多个元素中的至少一者的浓度沿着所述蚀刻停止层的厚度方向呈梯度分布。在一些实施例中，最靠近所述基层的区域中硼(b)元素的浓度为零，并且随着所述蚀刻停止层延伸远离所述基层的方向而增加。在一些实施例中，距所述基层最远的区域中硼(b)元素的浓度为零，并且随着所述蚀刻停止层延伸到所述基层的方向而增加。在一些实施例中，所述硅(si)元素和所述氮(n)元素形成氮化硅，且所述氮化硅和所述硼(b)元素之间的比率(sin：b)约在1：9至9：1間。在一些实施例中，所述蚀刻停止层包括sibn化合物层和设置在所述sibn化合物层上方的顶部sin化合物层。在一些实施例中，所述顶部sin化合物层是所述蚀刻停止层的总厚度的大约10％至大约50％。在一些实施例中，所述蚀刻停止层还包括设置在所述sibn化合物层下方的底部sin化合物层。在一些实施例中，所述底部sin化合物层具有大约的厚度。在一些实施例中，最接近所述基础层的所述硼元素的浓度为零，并随着所述蚀刻停止层远离所述基础层而逐渐增加至约50％的浓度，再逐渐减小至在蚀刻停止层的顶部中约10％的浓度。在一些实施例中，距所述基层最远的硼(b)元素的浓度为零，并随着所述蚀刻停止层延伸到所述基层中而逐渐增加至约50％的浓度，再于所述蚀刻停止层的底部逐渐减小至约10％的浓度。在一些实施例中，所述蚀刻停止层的厚度为大约100埃至大约500埃。本公开的另一个方面提供了一种形成半导体结构的方法，其包括：在处理室中提供基础层；以及直接在基础层上形成蚀刻停止层，该蚀刻停止层具有多个元素；其中所述多个元素包括硅(si)元素，氮(n)元素和硼(b)元素；其中所述多个元素中的至少一者的浓度沿着所述蚀刻停止层的厚度方向呈梯度分布。在一些实施例中，所述形成所述蚀刻停止层包括：提供硅(si)源至所述处理室；向所述处理室提供氮源；和向所述处理室提供硼(b)源；其中所述处理室内的硼(b)源浓度比例随时间被改变。在一些实施例中，所述处理室内的硼(b)源的浓度比例被随时间增加，以形成具有最接近所述基层的硼(b)元素浓度为零、并沿着延伸离开所述基础层方向而增加的所述蚀刻停止层。在一些实施例中，所述处理室内的硼(b)源的浓度比例随时间被减小，以形成具有硼(b)元素浓度随着远离所述基础层延伸方向而减小的所述蚀刻停止层。在一些实施例中，所述处理腔室中的硼(b)来源的浓度比例随时间变化，以形所述蚀刻停止层，其中最接近所述基础层的所述硼元素的浓度为零，并随着所述蚀刻停止层远离所述基础层而逐渐增加至约50％的浓度，再逐渐减小至在蚀刻停止层的顶部中约10％的浓度。在一些实施例中，所述处理腔室中的硼(b)来源的浓度比例随时间变化，以形所述蚀刻停止层，其中，距所述基层最远的硼(b)元素的浓度为零，并随着所述蚀刻停止层延伸到所述基层中而逐渐增加至约50％的浓度，再于所述蚀刻停止层的底部逐渐减小至约10％的浓度。在一些实施例中，形成所述蚀刻停止层包括：在所述基层上形成sibn化合物层；和在所述sibn化合物层上方形成顶部sin化合物层。在一些实施例中，形成所述蚀刻停止层还包括：在所述基础层上方形成底部sin化合物层。最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。当前第1页12