[发明专利]一种改变薄膜力学及光学性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件薄膜技术领域，具体涉及一种改变薄膜力学及光学性能的方法。

背景技术

薄膜应力的大小直接影响着材料与器件的形貌，严重时会导致膜层翘曲、破裂，甚至使器件发生严重损坏。不仅如此，薄膜应力还可能对材料的性能产生巨大影响。例如，近年半导体制造中广泛应用的应变硅技术，就是利用一定程度的双轴、或单轴薄膜应力(一般是舒张压)作用，使硅的电子和空穴等载流子迁移率都大幅提高，由此导致器件运行速度的提升和能耗的降低(参见M.Leong，B.Doris，J.Kedzierski，K.Rim，M.Yang，Science，306，2057-2060(2004)文献)。所以，薄膜应力控制已成为影响半导体器件制造成败、及性能高低的关键性因素之一。

传统上，薄膜应力一般通过条件优化法来控制：即通过系统地改变薄膜沉积生长条件，包括电源功率、反应气体种类、压强、沉积温度、时间、速率、衬底等，实现对薄膜应力的控制。2007年4月4日公布的A.K.霍奇伯格等人的中国专利CN 1940132A描述了一种此类方法，与普通采用硅烷反应气不同，作者采用一种新的反应气体(氨基硅烷)，制备出具有低氢浓度、低杂质污染的氮化硅薄膜，由此实现对薄膜应力的控制。2003年1月8日公布的于中尧的中国专利CN 1389589A则描述了一种通过往反应气体中加入氩气等稀释用惰性气体的方法，利用LPCVD技术制备出应力受控的超厚氮化硅薄膜。条件优化法的优点是生长设备及方法简单，易于采用，缺点是干扰因素多、产品的重复性和可比性差。

另一类用于控制薄膜应力的方法是设备改造法：即通过针对性地改变、或增加设备的某些功能，促使薄膜的生长方式及材料结构发生改变，从而制备出具有理想应力的薄膜材料。近年采用的催化式化学气相沉积(Cat-CVD)、双频式等离子体增强化学气相沉积(DF-PECVD)、离子注入薄膜等应力控制技术都属于此类方法。例如，2007年2月14日公开的柯布姆.军等人申报的中国专利CN 1914717A，描述了通过DF-PECVD方法，改变射频电源的高频-低频比例，制备应力受控的氮化硅薄膜。此外，1998年12月30日公开的山本一郎的中国专利CN 1203449A描述了采用离子直接注入到氮化硅薄膜中的方法，通过控制注入离子的能量及剂量，控制薄膜应力的性质和大小。2006年1月4日公开的阿施马.B.查克拉瓦尔蒂等人的中国专利CN 1716548A则描述了通过往薄膜中进行掺杂的方法，使氮化硅等薄膜的应力得到控制。设备改造法的优点是效果明显，缺点是增加了设备成本，而且，材料生长方式的改变还可能带来一些负面影响。例如，采用DF-PECVD技术时，由于增加了低频下的低能离子轰击，虽然能降低氮化硅薄膜的张应力，但另一方面也会因此改变薄膜的化学结构及光电性能；而当采用Cat-CVD技术时(参见A.Masuda，H.Umemoto，H.Matsumura，ThinSolid Films，501，149-153(2006)文献)，由于利用金属催化剂诱导薄膜快速生长，将不可避免地把金属污染引入到薄膜当中。

2007年5月16日公开的R.苏亚纳哈亚南.耶尔等人的中国专利CN 1964002A描述了另外一种方法，该专利通过在两层非晶氮化硅薄膜的中间加入一层不同应力的中间层，以此调节薄膜的应力梯度，制备应力受控的氮化硅薄膜，该技术方案属于一种新方法，但其薄膜结构以及制作工艺复杂，生产成本高，不易应用在器件的大规模制造中。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种改变薄膜力学及光学性能的方法，该方法克服了现有技术中所存在的缺陷，通过性质相近、但应力相反的普通薄膜的简单叠加，改善原先陡峭的应力梯度，能够通过薄膜张应力的降低使非晶氮化硅薄膜的光折射率增大，而薄膜的硬度、杨氏模量等相应减小，从而有效地控制特定薄膜的应力，制备出内应力较低的低应力氮化硅薄膜，提高了薄膜的工作性能，降低了原料成本，适宜大规模产业化生产。

本发明所提出的技术问题是这样解决的：提供一种改变薄膜力学及光学性能的方法，其特征在于，在衬底上设置一层具有压应力的非晶二氧化硅过渡层，然后在所述过渡层上再设置一层具有张应力的非晶氮化硅膜。

按照本发明所提供的改变薄膜力学及光学性能的方法，其特征在于，制备过程如下：

①清洗衬底，干燥后放入抽为真空的反应器中；

②在衬底的表面，用SiH₄和N₂O作为反应气体，利用反应器生长一层非晶二氧化硅过渡层；