#晶圆膜厚均匀性 #LTOI晶圆 

作者；L.P. Allen, S. Caliendo, N. Hofmeester, E. Harrington, M. Walsh, M. Tabat, T.G. Tetreault, E.Degenkolb, and C. Santeufemio, 单位：Epion Corporation, 37 Manning Road, Billerica, MA 01821 USA

引言：

为了充分发挥SOI衬底在FD技术中的优势，需要厚度几百埃且均匀性小于5%的硅层。Chau等人已证明，对于厚度小于30纳米、硅层覆盖200纳米埋氧层的SOI结构，其DlBL降低60%，亚阈值Id-Vg特性比体硅提高25%以上[1]。制造商预测，如果200×+5×硅层SOI衬底能够广泛应用，Id-Vd特性性能将得到显著改善。本文研究了在SOI衬底上使用气体团簇离子束(GCIB)处理，以降低起始材料的高频表面粗糙度，同时提高晶圆均匀性[2]。通过分析GCIB处理前后表面的AFM图像和功率谱密度(PSD)测量值，可以确定受气体团簇影响最大的表面特征的空间频率范围。采用椭圆偏振光谱(SE)映射分析了GClB对均匀性的影响。利用X射线光电子能谱(XPS)评估了GClB处理前的原生氧化物硅表面和GCIB处理后的同一衬底的2个电子结合能，结果显示，采用氧-GCIB平滑处理后，表面氧化物呈现出化学计量比。最终，我们得到了最终厚度为501×6×Si且Ra<2×的SOI晶圆。本文还基于团簇能量和物质种类讨论了材料表面特性。

@GCIB抛光代工@

#降低硬质材料化合物晶圆等绝大多数材料的表面粗糙度，比如金刚石 ，磷化铟，砷化镓，碳化硅

#提高复合衬底和镀膜膜层的器件层膜厚均匀性，

比如SOI LNOI  LTOI SICOI 等 SMARTCUT得到的薄膜 

或者镀膜所得到的膜层 ，比如镀了一层氮化硅，但是由于是cvd镀膜所得到的，表面的膜厚精度很差，粗糙度很差，可以通过粗糙度初步降低粗糙度，然后通过GCIB团簇离子束抛光来修整整面的膜厚均匀性 到0.5%以下举例：

未经过Trimming 工艺的 6寸LNOI晶圆 数据：

Range:100-200A

经过Trimming 工艺的 6寸LNOI晶圆 数据：

Range:60A以内

实验与结果：

本研究对150毫米SOi衬底上~1450Å的Si进行了20 kV卤素-GCiB蚀刻和3 kV氧-GCiB平滑处理。采用Digital Instruments Dimension 3100原子力显微镜（AFM）进行轻敲模式分析表面。

图 1：GCIB SOI 表面前后的 AFM（10μm x10μm 图像（顶部）和 PSD（右侧）。

图1显示了SOI表面的AFM图像。图像的视觉和PSD分析表明，使用氧源气体团簇后，高频表面粗糙度显著降低。

图 2. GCIB 前后 49 点 $E 厚度均匀性图。

对SOi晶圆进行49点SOPRA SE映射（图2）显示，Si层从晶圆上~1450Å（标准差为8.5Å）蚀刻至~500Å（标准差为4.0Å）。低能量氧-GCIB 用于平滑表面，而不会影响硅厚度或 TTV。

讨论：

在过去的一年中，HRTEM、AFM 和 XPS 帮助我们更好地理解了 GCIB 的平滑和蚀刻工艺。对单个（约 1500 个原子）O2 簇撞击的分析表明，GCIB 平滑工艺的初始陨石坑和小丘表面特征最终会重叠，从而在晶圆表面形成完整的氧化物覆盖[3]。陨石坑轮廓是撞击能量和气体种类的函数，最终决定了表面粗糙度。

图 3 为 Si 表面天然 SiO 的 XPS 以及氧处理后的 GClB Si 表面氧化物的迁移情况。

Si 上 O2 GCiB 工艺的 XPS（图 3）表明，形成了化学计量的表面氧化物。Si-O2 2p 电子结合强度更强，峰值位移至 104 eV，这支持了这种表面成分。

结论：

总而言之，本研究证明了GCIB化学和能量能够有效控制SOI表面的刻蚀和平滑度。卤素-GCIB和氧气-GCIB可用于快速刻蚀和平滑SOI表面。最终的Ra可以通过低能气体团簇凹坑轮廓的随机叠加来描述。氧气-GCIB表面成分被认为是化学计量氧化物。最后，对于目前FD SOI工艺能力至关重要的减薄和均匀性改进，已证明使用该GCIB工艺是有效的。我们衷心感谢合同号F33615-00-C-5404的支持，以及与Wes Skinner、Mike Mack、John Hautala、DavidFenner和Yan Shao就本研究进行的宝贵讨论。