FR3155359A1 - Procede d’amincissement de la couche superficielle d’un substrat soi - Google Patents
Procede d’amincissement de la couche superficielle d’un substrat soi Download PDFInfo
- Publication number
- FR3155359A1 FR3155359A1 FR2312467A FR2312467A FR3155359A1 FR 3155359 A1 FR3155359 A1 FR 3155359A1 FR 2312467 A FR2312467 A FR 2312467A FR 2312467 A FR2312467 A FR 2312467A FR 3155359 A1 FR3155359 A1 FR 3155359A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- surface layer
- thickness
- average
- uniformity
- etching
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P50/00—Etching of wafers, substrates or parts of devices
- H10P50/60—Wet etching
- H10P50/64—Wet etching of semiconductor materials
- H10P50/642—Chemical etching
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P90/00—Preparation of wafers not covered by a single main group of this subclass, e.g. wafer reinforcement
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P90/00—Preparation of wafers not covered by a single main group of this subclass, e.g. wafer reinforcement
- H10P90/19—Preparing inhomogeneous wafers
- H10P90/1904—Preparing vertically inhomogeneous wafers
- H10P90/1906—Preparing SOI wafers
- H10P90/1922—Preparing SOI wafers using silicon etch back techniques, e.g. BESOI or ELTRAN
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W10/00—Isolation regions in semiconductor bodies between components of integrated devices
- H10W10/10—Isolation regions comprising dielectric materials
- H10W10/181—Semiconductor-on-insulator [SOI] isolation regions, e.g. buried oxide regions of SOI wafers
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P90/00—Preparation of wafers not covered by a single main group of this subclass, e.g. wafer reinforcement
- H10P90/12—Preparing bulk and homogeneous wafers
- H10P90/126—Preparing bulk and homogeneous wafers by chemical etching
Landscapes
- Weting (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Abstract
L’invention concerne un procédé d’amincissement d’une couche superficielle d’un substrat SOI comprenant :
a) une étape de mesure d’épaisseur de la couche superficielle, pour obtenir son épaisseur moyenne (Emoy) et sa non-uniformité d’épaisseur (U),
puis les étapes suivantes, effectuées dans un équipement de traitement chimique monoplaque :
b) l’application de n cycle(s), avec n un nombre entier supérieur ou égal à 1, d’oxydation et de gravure, à une face avant de la couche superficielle, chaque cycle impliquant une dispense d’eau ozonée suivie d’une dispense d’acide fluorhydrique,
c) la réalisation d’une gravure inhomogène de la face avant de la couche superficielle, impliquant une dispense d’une solution SC1, dans une région centrale, pendant un temps, dit temps de gravure non uniforme (tnu),
d) la réalisation d’une gravure homogène de la face avant de la couche superficielle, impliquant une dispense d’une solution SC1 selon un mouvement de balayage allant du bord vers le centre de la couche superficielle et inversement, pendant un temps, dit temps de gravure uniforme (tu).
Connaissant l’épaisseur moyenne (Emoy) et la non-uniformité d’épaisseur (U),
le nombre de cycle(s) (n), le temps de gravure non uniforme (tnu) et le temps de gravure uniforme (tu) sont déterminés, préalablement à la réalisation des étapes b), c) et d), à partir d’un modèle les liant à une épaisseur moyenne gravée de couche superficielle et à une non-uniformité moyenne de gravure définie par la différence entre une épaisseur moyenne gravée dans une région centrale et dans une région périphérique de la couche superficielle.
Figure à publier avec l’abrégé : Pas de figure
Description
La présente invention concerne le domaine des semi-conducteurs et en particulier des substrats SOI (Silicium sur isolant). L’invention porte sur un procédé d’amincissement de la couche superficielle d’un substrat SOI dans un équipement de traitement chimique monoplaque, optimisé pour atteindre une non-uniformité de la couche superficielle inférieure ou égale à +/-0,4nm.
ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION
De plus en plus d’applications basées sur des substrats SOI requièrent de très bonnes uniformités d’épaisseur de la couche superficielle de silicium (également appelée couche active par la suite). Par exemple, dans les applications digitales, la couche active des substrats FDSOI (« Fully depleted SOI ») doit présenter de très faibles variations d’épaisseur car ces dernières impactent la tension de seuil des transistors élaborés dans et/ou sur la couche active ; dans les applications photoniques, les performances des dispositifs de type filtres ou modulateurs sont également fortement influencées par les non-uniformités d’épaisseur de la couche active du substrat SOI.
Les spécifications en termes d’épaisseur et d’uniformité deviennent donc très agressives : on attend pour des couches actives d’épaisseurs typiquement inférieures à 50nm, des non-uniformités sur plaque (WiW pour « within wafer ») et entre plaques (WtW pour « wafer to wafer ») typiquement inférieures à +/-0,4nm, c’est-à-dire que tous les points mesurés de la couche se trouvent à +/-0,4nm de son épaisseur moyenne, en considérant une zone d’exclusion périphérique de quelques mm. De telles uniformités sont difficiles à atteindre car la succession d’étapes de fabrication du substrat SOI empile les contributions à la non-uniformité de la couche superficielle.
Une solution connue pour corriger les non-uniformités d’épaisseur de la couche active est de réaliser une gravure localisée de ladite couche, par des procédés de gravure plasma (« plasma etch ») comme décrit par exemple dans le document US20140234992, ou par des procédés de gravure par faisceau d’ions (« cluster ion beam etch ») comme décrit notamment dans le document WO2013003745. Ce type de solutions présente néanmoins un inconvénient : la gravure de la surface de la couche active crée une couche superficielle de silicium amorphe susceptible de générer des problèmes électriques et qui doit donc être retirée. Le retrait de la couche amorphe mène à une augmentation de la rugosité de surface, laquelle dégrade les performances du dispositif élaboré sur la couche active.
Le document WO2004015759 propose une solution alternative, mettant en œuvre une oxydation thermique sacrificielle localisée, consommant ponctuellement une épaisseur plus ou moins importante de la couche active, de manière à corriger ses non-uniformités d’épaisseur. L’inconvénient de cette approche est qu’un gradient de température local n’est pas facile à introduire dans une couche de silicium : la résolution de la correction de non-uniformités peut donc être limitée.
Le document WO2013175278 vise également à améliorer l’uniformité d’épaisseur de la couche superficielle d’un substrat SOI, en mettant en œuvre une solution de gravure chimique de type SC1 : la quantité de solution dispensée, la durée d’application et/ou la température sont ajustées en fonction de l’épaisseur de couche à graver.
Le document EP3200219 décrit une solution d’amincissement de la couche active d’un substrat SOI, dans un équipement de gravure monoplaque, procurant une non-uniformité sur plaque de l’ordre de +/-0,5nm.
Il demeure intéressant d’améliorer les procédés d’amincissement de la couche active d’un substrat SOI, pour assurer d’excellentes uniformités d’épaisseur (meilleures que +/-0,5nm, voire que +/-0,4nm), pour des épaisseurs très faibles et pour des diamètres de substrat SOI d’au moins 200mm, voire 300mm.
OBJET DE L’INVENTION
La présente invention vise d’améliorer l’uniformité de la couche superficielle d’un substrat SOI, sans dégrader les performances de ladite couche (rugosité et défectivité), et de proposer une solution industrielle tant en termes de fiabilité que de coûts. Elle concerne en particulier un procédé d’amincissement de la couche superficielle d’un substrat SOI dans un équipement de traitement chimique monoplaque, optimisé pour atteindre une non-uniformité de la couche superficielle inférieure ou égale à +/-0,4nm, avec un rendement au moins égal à 90%.
BREVE DESCRIPTION DE L’INVENTION
L’invention concerne un procédé d’amincissement d’une couche superficielle d’un substrat SOI comprenant :
a) une étape de mesure d’épaisseur de la couche superficielle, pour obtenir une épaisseur moyenne et une non-uniformité d’épaisseur de ladite couche,
puis les étapes suivantes, effectuées dans un équipement de traitement chimique monoplaque et au cours desquelles le substrat SOI est animé d’un mouvement de rotation :
b) l’application de n cycle(s), avec n un nombre entier supérieur ou égal à 1, d’oxydation et de gravure, à une face avant de la couche superficielle, chaque cycle impliquant une dispense d’eau ozonée suivie d’une dispense d’acide fluorhydrique,
c) la réalisation d’une gravure inhomogène de la face avant de la couche superficielle, impliquant une dispense d’une solution SC1 à une température comprise entre 20°C et 80°C, dans une région centrale de la couche superficielle, pendant un temps donné, dit temps de gravure non uniforme,
d) la réalisation d’une gravure homogène de la face avant de la couche superficielle, impliquant une dispense d’une solution SC1 selon un mouvement de balayage allant du bord vers le centre de la couche superficielle et inversement, à une température comprise entre 20°C et 80°C, pendant un temps donné, dit temps de gravure uniforme.
Connaissant l’épaisseur moyenne et la non-uniformité d’épaisseur de la couche superficielle,
le nombre de cycle(s), le temps de gravure non uniforme et le temps de gravure uniforme sont déterminés, préalablement à la réalisation des étapes b), c) et d), à partir d’un modèle les liant à une épaisseur moyenne gravée de couche superficielle et à une non-uniformité moyenne de gravure définie par la différence entre une épaisseur moyenne gravée dans une région centrale de la couche superficielle et une épaisseur moyenne gravée dans une région périphérique de la couche superficielle.
Selon d’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l’invention, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable :
- la non-uniformité moyenne de gravure est positive ;
- la région centrale et la région périphérique correspondent respectivement à 30% et 70% de l’aire de la couche superficielle ;
- l’épaisseur moyenne gravée et la non-uniformité moyenne de gravure s’expriment, chacune, sous une forme quadratique, en fonction des variables que sont le nombre de cycle(s), le temps de gravure non uniforme et le temps de gravure uniforme ;
- le modèle pour déterminer le nombre de cycle(s), le temps de gravure non uniforme et le temps de gravure uniforme est un modèle d’optimisation à trois objectifs avec optimalité lexicographique ;
- lesdits objectifs sont :
(i) identifier un premier ensemble de solutions (temps de gravure non uniforme ; temps de gravure uniforme) permettant d’atteindre l’égalité entre l’épaisseur moyenne gravée de couche superficielle et une épaisseur moyenne à graver visée, pour tout nombre de cycle(s), ladite épaisseur moyenne à graver visée étant définie par différence entre l’épaisseur moyenne visée de la couche superficielle et l’épaisseur moyenne mesurée à l’étape a) ;
(ii) restreindre le premier ensemble des solutions (temps de gravure non uniforme ; temps de gravure uniforme) identifié à (i), à un deuxième ensemble de solutions (temps de gravure non uniforme ; temps de gravure uniforme) permettant de minimiser la différence entre la non-uniformité moyenne de gravure et une non-uniformité moyenne de gravure visée, pour tout nombre de cycle(s), la non-uniformité moyenne de gravure visée étant définie par différence entre une non-uniformité d’épaisseur visée de la couche superficielle et la non-uniformité d’épaisseur mesurée à l’étape a),
(iii) sélectionner une recette parmi le deuxième ensemble de solutions défini à (ii) permettant de maximiser le nombre de cycle(s).
- les étapes b), c) et d) sont effectuées dans l’ordre ;
- la température au cours des étapes c) et d) est fixée à 65°C ;
- à l’étape c), la dispense de la solution SC1 est faite uniquement au centre, ou selon un mouvement de balayage allant du centre jusqu’à 50% du rayon de la couche superficielle et inversement ;
- la non-uniformité moyenne de gravure dépend d’un gradient de vitesse de gravure défini entre le centre et le bord de la couche superficielle, ledit gradient étant dépendant :
- d’un débit de la solution SC1 à l’étape c), et/ou
- d’une dispense d’une solution en face arrière du substrat SOI durant tout ou partie de l’étape c), et/ou
- de la température appliquée à l’étape c).
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée de l’invention qui va suivre en référence aux figures annexées sur lesquelles :
La présente invention concerne un procédé d’amincissement de la couche superficielle d’un substrat SOI, formé d’une couche active en silicium monocristallin de haute qualité, disposée sur une couche d’oxyde de silicium, elle-même disposée sur un substrat support, habituellement en silicium monocristallin.
Il existe plusieurs méthodes connues de fabrication d’un tel substrat, parmi lesquelles le procédé Smart CutTM, basé sur une implantation d’espèces légères, pour créer un plan fragile enterré dans un substrat donneur, et sur un collage direct pour assembler le substrat donneur et un substrat support avec une couche diélectrique disposée entre ces deux substrats. Le transfert d’une couche mince du substrat donneur sur le substrat support permet l’obtention du substrat SOI, le reste du substrat donneur pouvant être réutilisé pour une pluralité de transferts ultérieurs.
Les substrats donneur et support se présentent préférentiellement chacun sous la forme d’une plaquette circulaire de diamètre 200mm ou 300mm, voire 450mm, et d’épaisseur typiquement comprise entre 500 et 900 microns.
Juste après le transfert, la surface libre de la couche mince superficielle présente un niveau de rugosité relativement important (de l’ordre de 4 à 8 nm RMS, mesuré au microscope à force atomique AFM, sur scan de 30 x 30 microns), pour une épaisseur de couche, par exemple, de l’ordre de 250nm. Des techniques de finition de surface doivent alors être mises en œuvre pour guérir la couche et l’amincir jusqu’à une épaisseur visée inférieure ou égale à 50nm, par exemple 20nm, 15nm ou même 10nm. Parmi les techniques de finition, on peut notamment mettre en œuvre des traitements thermiques d’oxydation sacrificielle, de gravure et/ou de reconstruction de surface (lissage) sous atmosphère neutre ou réductrice. Ces traitements sont réalisés en général à hautes températures, par exemple, l’oxydation peut être réalisée entre 750°C et 1100°C environ, et le lissage entre 950°C et 1250°C.
Une séquence d’amincissement de finition favorable comporte en particulier :
- une stabilisation, impliquant une oxydation de la surface de la couche superficielle ; la couche d’oxyde sacrificielle étant ensuite retirée par attaque chimique,
- un lissage thermique de la surface, sous atmosphère neutre ou réductrice,
- un amincissement par une nouvelle oxydation sacrificielle de la surface de la couche superficielle.
Ces étapes sont opérées dans des fours de traitement collectif et, bien que les procédés soient continûment améliorés, les différentes contributions de non-uniformités s’empilent, tendant à générer des couches actives hors spécification.
La présente invention propose ainsi un procédé d’amincissement venant compenser au moins en partie une non-uniformité d’épaisseur de la couche superficielle d’un substrat SOI, non-uniformité initiale typiquement inférieure à 15nm, voire inférieure à 10nm. L’amincissement global réalisé par ledit procédé est faible (en général, moins de 5nm, voire moins de 3nm) : le procédé proposé est donc avantageusement appliqué après une séquence d’amincissement de finition telle que décrite ci-dessous.
Le procédé comprend une première étape a) de mesure de l’épaisseur de la couche superficielle pour obtenir une épaisseur moyenne Emoyet une non-uniformité d’épaisseur U de ladite couche. La mesure d’épaisseur est faite en une pluralité de points i répartis à la surface de la couche. L’épaisseur moyenne Emoycorrespond à la moyenne des épaisseurs mesurées en la pluralité de point i ; la non-uniformité d’épaisseur U traduit la distribution des épaisseurs de la couche en la pluralité de points i. Elle est exprimée à partir d’une valeur de déviation d’épaisseur (au point i) par rapport à l’épaisseur moyenne Emoy(par exemple, +/-0,4nm) ; en particulier, une non-uniformité U de +/- 0,4nm traduit que les épaisseurs de la couche superficielle en la pluralité de points i sont distribuées dans la fourchette [Emoy-0,4nm ; Emoy+0,4nm].
Le nombre de points i de mesure peut être de l’ordre de 20, 100, 500, voire 1000, et la mesure est préférentiellement faite jusqu’à 3 mm d’un bord périphérique du substrat SOI, sachant que la couche superficielle s’étend en général au moins jusqu’à 0,5mm dudit bord. Les points i pourront être répartis selon une géométrie radiale, en étoile, ou selon une géométrie en colimaçon partant du centre de la couche, ou selon toute autre géométrie capable de traduire efficacement la non-uniformité d’épaisseur de la couche mesurée.
Sans que cela soit limitatif, la mesure d’épaisseur de l’étape a) peut être effectuée par des méthodes connues basées sur des techniques d’ellipsométrie ou de réflectométrie, avec ou sans la présence d’une couche d’oxyde sacrificiel sur la couche superficielle en silicium.
LaFIG. 1 montre trois exemples de cartographies d’épaisseur de couches superficielles, après des séquences d’amincissement de finition classiques, dans des équipements différents. Il apparaît, en général, une non-uniformité radiale, d’amplitude plus ou moins importante (échelle de niveaux de gris en angströms sur la figure), avec une surépaisseur centrale.
Les étapes suivantes du procédé selon l’invention permettent donc avantageusement de compenser un profil de couche présentant une surépaisseur centrale. Elles sont effectuées dans un équipement de traitement chimique monoplaque. Un tel équipement est bien connu et comprend notamment un bras de préhension du substrat SOI, une ou plusieurs buses pour dispenser différents types de solutions (chimiques ou eau) sur la face avant du substrat (du côté de la couche superficielle) et/ou sur sa face arrière. Pendant les dispenses de solution, le substrat est animé par un mouvement de rotation pour répartir la solution sur toute la face concernée (typiquement entre 10 et 1000 tours par minutes).
Les étapes b), c) et d) qui vont maintenant être décrites, sont opérées dans l’ordre (préférentiel) ou dans le désordre, mais dans tous les cas, à la suite les unes des autres, sans sortie de l’équipement car le procédé selon l’invention ne nécessite pas de mesures d’épaisseur intermédiaires, ce qui est particulièrement avantageux.
L’étape b) comprend l’application de n cycle(s) d’oxydation et gravure, à la face avant (libre) de la couche superficielle, n étant un nombre entier supérieur ou égal à 1. Chaque cycle implique une dispense d’eau ozonée suivie d’une dispense d’acide fluorhydrique (HF), de manière à successivement oxyder la couche superficielle et graver la couche d’oxyde formée à chaque cycle. L’amincissement de la couche superficielle est de l’ordre de 0,4 à 0,5 nm par cycle. Bien que le nombre de cycle applicable ne soit pas limité, il est préférable d’appliquer entre 1 et 10 cycles, voire avantageusement entre 1 et 5 cycles pour demeurer industriellement viable.
Un tel cycle est connu pour le nettoyage de substrat sous l’acronyme « SCROD » (pour « single-wafer spin cleaning with repetitive use of ozonated water and dilute HF » selon la terminologie anglosaxonne).
Typiquement, la concentration en ozone dans l’eau ozonée est comprise entre 20 et 40ppm, la concentration massique de la solution HF est comprise entre 0,5% et 4% ; le débit de dispense est de 2 litres par minute. L’étape b) est préférentiellement effectuée à température ambiante. La dispense peut être faite via une buse fixe ou mobile (c’est-à-dire animée d’un mouvement de balayage).
Une étape de rinçage de la face arrière du substrat SOI peut être effectuée en parallèle de l’application des cycles précités à la face avant.
L’étape c) correspond à la réalisation d’une gravure de la face avant de la couche superficielle, impliquant le dispense d’une solution SC1 (« standard clean 1 » selon la terminologie anglosaxonne) dans une région centrale de la couche superficielle. Le fait que la solution ne soit dispensée qu’en région centrale implique une gravure inhomogène de la couche superficielle, se traduisant par une gravure plus importante en région centrale qu’en région périphérique.
Une non-uniformité moyenne de gravure ugravest obtenue à l’issue des étapes b), c), d) du procédé, définie par la différence entre une épaisseur moyenne gravée dans une région centrale de la couche superficielle eC gravet une épaisseur moyenne gravée dans une région périphérique de la couche superficielle eP grav. Cette non-uniformité de gravure ugravest positive, de manière à compenser une surépaisseur centrale de la couche superficielle. Elle est principalement liée à l’étape c), même si les autres étapes sont parfois susceptibles d’ajouter une légère contribution.
La dispense à l’étape c) peut être faite uniquement au centre, ou selon un mouvement de balayage allant du centre jusqu’à 30%, 50%, 80%, voire 90% du rayon de la couche superficielle et inversement. Ce faisant, il est possible d’ajuster le profil de la non-uniformité de gravure entre région centrale et région périphérique.
La non-uniformité moyenne de gravure ugravdépend d’un gradient de vitesse de gravure défini entre le centre et le bord de la couche superficielle ou entre la région centrale et la région périphérique. Ce gradient est dépendant du débit de la solution SC1 à l’étape c). Il peut également être modulé par la dispense d’une solution en face arrière du substrat SOI durant tout ou partie de l’étape c) ; cette dispense peut notamment modifier la température du substrat localement. Enfin, le gradient de vitesse de gravure dépend de la température appliquée à l’étape c).
La dispense de l’étape c) est effectuée à une température comprise entre 20°C et 80°C, par exemple 65°C, pendant un temps donné, dit temps de gravure non uniforme tnu. Le temps de gravure non uniforme tnupeut varier de quelques secondes à quelques centaines de secondes ; en pratique, il est inférieur à 300s, à 250s, voire à 200s, pour remplir des exigences d’efficacité industrielle.
L’étape d) correspond à la réalisation d’une gravure de la face avant de la couche superficielle, impliquant une dispense d’une solution SC1 selon un mouvement de balayage allant du bord vers le centre de la couche superficielle et inversement ; ce balayage assure une certaine homogénéité de gravure sur toute la surface de la couche.
La dispense de l’étape d) est effectuée à une température comprise entre 20°C et 80°C, par exemple 65°C, pendant un temps donné, dit temps de gravure uniforme tu. Le temps de gravure uniforme tupeut varier de quelques secondes à quelques centaines de secondes ; en pratique, il est inférieur à 400s, voire à 300s, également pour des raisons d’efficacité industrielle.
Les proportions (ratio volumique) en hydroxyde d’ammonium (NH4OH), peroxyde d’hydrogène (H2O2) et eau déionisée de la solution SC1 à l’étape c) et à l’étape d) peuvent être choisies de 1/1/40 à 1/1/10, par exemple. Le débit de dispense est typiquement compris entre 1 et 2 litres par minute.
Dans le procédé de l’invention, le nombre de cycle(s) n, le temps de gravure non uniforme tnuet le temps de gravure uniforme tusont déterminés, préalablement à la réalisation des étapes b), c) et d), à partir d’un modèle empirique les liant à une épaisseur moyenne gravée egravde couche superficielle et à la non-uniformité moyenne de gravure ugrav.
On pourra définir par exemple que la région centrale (uniformément répartie autour du centre du substrat) et la région périphérique (concentrique, entourant la région centrale) correspondent respectivement à 30% et 70% de l’aire de la couche superficielle.
Ainsi, connaissant l’épaisseur moyenne Emoyet la non-uniformité d’épaisseur U de la couche superficielle, après l’étape a), et connaissant l’épaisseur moyenne visée Eviséeet la non-uniformité d’épaisseur visée (Uvisée) de la couche superficielle, il est possible en passant par ce modèle de déterminer les valeurs optimales pour le nombre de cycle(s) n, le temps de gravure non uniforme tnuet le temps de gravure uniforme tu.
Il est avantageux d’exprimer, dans le modèle, l’épaisseur moyenne gravée egravet la non-uniformité moyenne de gravure ugravsous une forme quadratique, en fonction des variables que sont le nombre de cycle(s) n, le temps de gravure non uniforme tnuet le temps de gravure uniforme tu, tel que présenté ci-dessous :
La forme quadratique permet d’atteindre une bonne précision sur la détermination des trois variables, comparativement à une forme linéaire.
Les coefficients α1à α9et β1à β9sont déterminés empiriquement à partir d’un plan d’expérience et de mesures expérimentales.
Un modèle d’optimisation à trois objectifs avec optimalité lexicographique est particulièrement bien adapté pour déterminer successivement chacune des variables. Les objectifs peuvent être définis comme suit :
(i) identifier un premier ensemble de solutions Sn +(tnu, tu) pour le temps de gravure non uniforme tnuet le temps de gravure uniforme tu, permettant d’atteindre l’égalité entre l’épaisseur moyenne gravée egravde couche superficielle et une épaisseur moyenne à graver visée evisée, pour tout nombre de cycle(s) n, ladite épaisseur moyenne à graver visée eviséeétant définie par différence entre l’épaisseur moyenne visée Eviséede la couche superficielle et l’épaisseur moyenne Emoymesurée à l’étape a) ;
(i) identifier un premier ensemble de solutions Sn +(tnu, tu) pour le temps de gravure non uniforme tnuet le temps de gravure uniforme tu, permettant d’atteindre l’égalité entre l’épaisseur moyenne gravée egravde couche superficielle et une épaisseur moyenne à graver visée evisée, pour tout nombre de cycle(s) n, ladite épaisseur moyenne à graver visée eviséeétant définie par différence entre l’épaisseur moyenne visée Eviséede la couche superficielle et l’épaisseur moyenne Emoymesurée à l’étape a) ;
(ii) restreindre l’ensemble des solutions Sn +(tnu, tu) identifié à (i), à un deuxième ensemble de solutions S(tnu, tu) pour le temps de gravure non uniforme tnuet le temps de gravure uniforme tu, permettant de minimiser la différence entre la non-uniformité moyenne de gravure ugravet une non-uniformité moyenne de gravure visée uvisée, pour tout nombre de cycle(s) n, la non-uniformité moyenne de gravure visée uviséeétant définie par différence entre une non-uniformité d’épaisseur visée Uviséede la couche superficielle et la non-uniformité d’épaisseur U mesurée à l’étape a),
(iii) sélectionner une recette parmi le deuxième ensemble de solutions S(tnu, tu) défini à (ii), permettant de maximiser le nombre de cycle(s) (n).
Le premier objectif (i) vise à résoudre l’équation du second degré Equ3, issue de l’égalité entre l’épaisseur moyenne gravée egravde couche superficielle et une épaisseur moyenne à graver visée evisée, ladite épaisseur moyenne à graver visée eviséeétant définie par différence entre l’épaisseur moyenne visée Eviséede la couche superficielle et l’épaisseur moyenne Emoymesurée à l’étape a). L’équation Equ3 est exprimée avec le temps de gravure uniforme tu(temps appliqué à l’étape d) comme variable :
Le temps de gravure uniforme tuétant nécessairement positif, la solution de cette équation s’exprime en fonction du temps de gravure non-uniforme tnu(étape c) et du nombre de cycle(s) (étape b) de la manière suivante :
avec
A ce stade, il est donc possible de définir un premier ensemble Snde solutions possibles tu(temps de gravure uniforme) et tnu(temps de gravure non uniforme), pour chaque n (nombre de cycle(s)) entier :
Le premier ensemble de solutions possibles pour tuet tnuétant en outre filtré sur des valeurs positives et en fonction de la faisabilité technique de l’équipement, à savoir une précision sur les temps de 1s, donnant ainsi l’ensemble de solutions Sn +suivant au terme de la première étape (premier objectif) :
Le deuxième objectif vise à minimiser la différence entre la non-uniformité moyenne de gravure ugravexprimée dans Equ2, et la non-uniformité moyenne de gravure visée uvisée, définie par la différence entre une non-uniformité d’épaisseur visée Uviséede la couche superficielle et la non-uniformité d’épaisseur U mesurée à l’étape a).
Partant des solutions de l’ensemble Sn +retenues à la première étape, seules sont conservées les recettes rnpermettant de minimiser l’erreur sur la non-uniformité de gravure ugrav:
Le deuxième ensemble de solutions S au terme de la deuxième étape (deuxième objectif) se traduit donc comme :
Le troisième objectif vise à minimiser le coût du procédé, ce qui équivaut à maximiser le nombre de cycles n de l’étape b) du procédé, car l’étape b) est la plus efficace en terme d’amincissement.
La recette parmi les solutions du deuxième ensemble de solutions S proposant le nombre de cycles le plus grand est donc sélectionnée.
La courbe de tendance Av de laFIG. 2 illustre la non-uniformité initiale (c’est-à-dire avant l’application du procédé selon l’invention) de couches superficielles de 25 substrats SOI. En particulier, les déviations en épaisseur par rapport à l’épaisseur moyenne, en tout point i mesuré, sur les 25 couches superficielles, sont compilées sur laFIG. 2 : on remarque une surépaisseur centrale (rayon 0) de 0,5 nm en moyenne supérieure à l’épaisseur en bord.
La courbe de tendance Ap de laFIG. 2 illustre la non-uniformité finale de ces mêmes 25 couches superficielles, après l’implémentation des étapes b), c), et d) du procédé selon l’invention. Les déviations en épaisseur par rapport à l’épaisseur moyenne, en tout point i mesuré, sur les 25 couches superficielles, sont compilées et il apparaît une non-uniformité finale améliorée avec un écart de moins de 0,2 nm en moyenne entre centre et bord. La grande majorité des points mesurés rentre en outre dans l’exigence de non-uniformité d’épaisseur visée Uviséede +/-0,4nm.
Dans cet exemple, l’épaisseur moyenne est évaluée à partir de 625 points de mesure i. Comme cela apparaît sur les cartographies empilées des couches superficielles des 25 substrats SOI (FIG. 2 ), le profil de non-uniformité d’épaisseur est modifié après l’implémentation du procédé d’amincissement selon l’invention, et permet de gommer la surépaisseur centrale et d’améliorer globalement l’uniformité des couches superficielles.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation et aux exemples décrits, et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l’invention tel que défini par les revendications.
Claims (10)
- Procédé d’amincissement d’une couche superficielle d’un substrat SOI comprenant :
a) une étape de mesure d’épaisseur de la couche superficielle, pour obtenir une épaisseur moyenne (Emoy) et une non-uniformité d’épaisseur (U) de ladite couche,
puis les étapes suivantes, effectuées dans un équipement de traitement chimique monoplaque et au cours desquelles le substrat SOI est animé d’un mouvement de rotation :
b) l’application de n cycle(s), avec n un nombre entier supérieur ou égal à 1, d’oxydation et de gravure, à une face avant de la couche superficielle, chaque cycle impliquant une dispense d’eau ozonée suivie d’une dispense d’acide fluorhydrique,
c) la réalisation d’une gravure inhomogène de la face avant de la couche superficielle, impliquant une dispense d’une solution SC1 à une température comprise entre 20°C et 80°C, dans une région centrale de la couche superficielle, pendant un temps donné, dit temps de gravure non uniforme (tnu),
d) la réalisation d’une gravure homogène de la face avant de la couche superficielle, impliquant une dispense d’une solution SC1 selon un mouvement de balayage allant du bord vers le centre de la couche superficielle et inversement, à une température comprise entre 20°C et 80°C, pendant un temps donné, dit temps de gravure uniforme (tu),
dans lequel, connaissant l’épaisseur moyenne (Emoy) et la non-uniformité d’épaisseur (U) de la couche superficielle, le nombre de cycle(s) (n), le temps de gravure non uniforme (tnu) et le temps de gravure uniforme (tu) sont déterminés, préalablement à la réalisation des étapes b), c) et d), à partir d’un modèle les liant à une épaisseur moyenne gravée (egrav) de couche superficielle et à une non-uniformité moyenne de gravure (ugrav) définie par la différence entre une épaisseur moyenne gravée dans une région centrale de la couche superficielle et une épaisseur moyenne gravée dans une région périphérique de la couche superficielle. - Procédé d’amincissement selon la revendication précédente, dans lequel la non-uniformité moyenne de gravure (ugrav) est positive.
- Procédé d’amincissement selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la région centrale et la région périphérique correspondent respectivement à 30% et 70% de l’aire de la couche superficielle.
- Procédé d’amincissement selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’épaisseur moyenne gravée (egrav) et la non-uniformité moyenne de gravure (ugrav) s’expriment, chacune, sous une forme quadratique, en fonction des variables que sont le nombre de cycle(s) (n), le temps de gravure non uniforme (tnu) et le temps de gravure uniforme (tu).
- Procédé d’amincissement selon la revendication précédente, dans lequel le modèle pour déterminer le nombre (n) de cycle(s), le temps de gravure non uniforme (tnu) et le temps de gravure uniforme (tu) est un modèle d’optimisation à trois objectifs avec optimalité lexicographique.
- Procédé d’amincissement selon la revendication précédente, dans lequel lesdits objectifs sont :
(i) identifier un premier ensemble de solutions (Sn +(tnu, tu)) pour le temps de gravure non uniforme (tnu) et le temps de gravure uniforme (tu), permettant d’atteindre l’égalité entre l’épaisseur moyenne gravée (egrav) de couche superficielle et une épaisseur moyenne à graver visée (evisée), pour tout nombre de cycle(s) (n), ladite épaisseur moyenne à graver visée (evisée) étant définie par différence entre l’épaisseur moyenne visée (Evisée) de la couche superficielle et l’épaisseur moyenne (Emoy) mesurée à l’étape a) ;
(ii) restreindre le premier ensemble des solutions (Sn +(tnu, tu)) identifié à (i), à un deuxième ensemble de solutions (S(tnu, tu)) pour le temps de gravure non uniforme (tnu) et le temps de gravure uniforme (tu), permettant de minimiser la différence entre la non-uniformité moyenne de gravure (ugrav) et une non-uniformité moyenne de gravure visée (uvisée), pour tout nombre de cycle(s) (n), la non-uniformité moyenne de gravure visée (uvisée) étant définie par différence entre une non-uniformité d’épaisseur visée (Uvisée) de la couche superficielle et la non-uniformité d’épaisseur (U) mesurée à l’étape a),
(iii) sélectionner une recette parmi le deuxième ensemble de solutions (S(tnu, tu)) défini à (ii) permettant de maximiser le nombre de cycle(s) (n). - Procédé d’amincissement selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les étapes b), c) et d) sont effectuées dans l’ordre.
- Procédé d’amincissement selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la température au cours des étapes c) et d) est fixée à 65°C.
- Procédé d’amincissement selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, à l’étape c), la dispense de la solution SC1 est faite uniquement au centre, ou selon un mouvement de balayage allant du centre jusqu’à 50% du rayon de la couche superficielle et inversement.
- Procédé d’amincissement selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la non-uniformité moyenne de gravure (ugrav) dépend d’un gradient de vitesse de gravure défini entre le centre et le bord de la couche superficielle, ledit gradient étant dépendant :
- d’un débit de la solution SC1 à l’étape c), et/ou
- d’une dispense d’une solution en face arrière du substrat SOI durant tout ou partie de l’étape c), et/ou
- de la température appliquée à l’étape c).
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2312467A FR3155359A1 (fr) | 2023-11-14 | 2023-11-14 | Procede d’amincissement de la couche superficielle d’un substrat soi |
| PCT/EP2024/079109 WO2025103687A1 (fr) | 2023-11-14 | 2024-10-16 | Procede d'amincissement de la couche superficielle d'un substrat soi |
| CN202480055065.8A CN121773751A (zh) | 2023-11-14 | 2024-10-16 | 使绝缘体上硅衬底的表面层薄化的方法 |
| TW113141222A TW202538902A (zh) | 2023-11-14 | 2024-10-29 | 使絕緣層覆矽（ｓｏｉ）基板之表面層薄化之方法 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2312467A FR3155359A1 (fr) | 2023-11-14 | 2023-11-14 | Procede d’amincissement de la couche superficielle d’un substrat soi |
| FR2312467 | 2023-11-14 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3155359A1 true FR3155359A1 (fr) | 2025-05-16 |
Family
ID=90053672
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR2312467A Pending FR3155359A1 (fr) | 2023-11-14 | 2023-11-14 | Procede d’amincissement de la couche superficielle d’un substrat soi |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN121773751A (fr) |
| FR (1) | FR3155359A1 (fr) |
| TW (1) | TW202538902A (fr) |
| WO (1) | WO2025103687A1 (fr) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004015759A2 (fr) | 2002-08-12 | 2004-02-19 | S.O.I.Tec Silicon On Insulator Technologies | Procede de preparation d'une couche mince, ledit procede comprenant une etape de correction de l'epaisseur par oxydation sacrificielle et machine associee |
| EP2192610A2 (fr) * | 2008-11-26 | 2010-06-02 | SUMCO Corporation | Procédé de traitement pour uniformiser la répartition de l'épaisseur d'un film d'une couche ayant une épaisseur de film prédéfinie sur la surface d'une tranche de silicium et procédé de traitement pour uniformiser la répartition de l'épaisseur d'une tranche de silicium |
| WO2013003745A2 (fr) | 2011-06-30 | 2013-01-03 | Seagate Technology, Llc | Procédé de formation de motif sur un empilement à l'aide d'une gravure par ions |
| WO2013175278A1 (fr) | 2012-05-25 | 2013-11-28 | Soitec | Procédé de traitement d'une structure de semi-conducteur sur isolant afin d'améliorer l'uniformité de l'épaisseur de la couche semi-conductrice |
| US20140234992A1 (en) | 2011-09-27 | 2014-08-21 | Tokyo Electron Limited | Plasma etching method and semiconductor device manufacturing method |
| US20140231013A1 (en) * | 2013-02-15 | 2014-08-21 | Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. | Substrate processing apparatus |
| WO2017018219A1 (fr) * | 2015-07-27 | 2017-02-02 | 東京エレクトロン株式会社 | Procédé et dispositif de traitement de substrat |
| EP3200219A1 (fr) | 2014-09-24 | 2017-08-02 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Procédé de fabrication de plaquette soi |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020123676A (ja) * | 2019-01-30 | 2020-08-13 | 信越半導体株式会社 | エッチング方法 |
-
2023
- 2023-11-14 FR FR2312467A patent/FR3155359A1/fr active Pending
-
2024
- 2024-10-16 CN CN202480055065.8A patent/CN121773751A/zh active Pending
- 2024-10-16 WO PCT/EP2024/079109 patent/WO2025103687A1/fr active Pending
- 2024-10-29 TW TW113141222A patent/TW202538902A/zh unknown
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004015759A2 (fr) | 2002-08-12 | 2004-02-19 | S.O.I.Tec Silicon On Insulator Technologies | Procede de preparation d'une couche mince, ledit procede comprenant une etape de correction de l'epaisseur par oxydation sacrificielle et machine associee |
| EP2192610A2 (fr) * | 2008-11-26 | 2010-06-02 | SUMCO Corporation | Procédé de traitement pour uniformiser la répartition de l'épaisseur d'un film d'une couche ayant une épaisseur de film prédéfinie sur la surface d'une tranche de silicium et procédé de traitement pour uniformiser la répartition de l'épaisseur d'une tranche de silicium |
| WO2013003745A2 (fr) | 2011-06-30 | 2013-01-03 | Seagate Technology, Llc | Procédé de formation de motif sur un empilement à l'aide d'une gravure par ions |
| US20140234992A1 (en) | 2011-09-27 | 2014-08-21 | Tokyo Electron Limited | Plasma etching method and semiconductor device manufacturing method |
| WO2013175278A1 (fr) | 2012-05-25 | 2013-11-28 | Soitec | Procédé de traitement d'une structure de semi-conducteur sur isolant afin d'améliorer l'uniformité de l'épaisseur de la couche semi-conductrice |
| US20150118764A1 (en) * | 2012-05-25 | 2015-04-30 | Soitec | Process for treating a semiconductor-on-insulator structure for improving thickness uniformity of the semiconductor layer |
| US20140231013A1 (en) * | 2013-02-15 | 2014-08-21 | Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. | Substrate processing apparatus |
| EP3200219A1 (fr) | 2014-09-24 | 2017-08-02 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Procédé de fabrication de plaquette soi |
| WO2017018219A1 (fr) * | 2015-07-27 | 2017-02-02 | 東京エレクトロン株式会社 | Procédé et dispositif de traitement de substrat |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2025103687A1 (fr) | 2025-05-22 |
| CN121773751A (zh) | 2026-03-31 |
| TW202538902A (zh) | 2025-10-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1344249A1 (fr) | Procede de fabrication d'une structure empilee comprenant une couche mince adherant a un substrat cible | |
| EP0801419A1 (fr) | Procédé d'obtention d'un film mince de matériau semiconducteur comprenant notamment des composants électroniques | |
| FR2943177A1 (fr) | Procede de fabrication d'une structure multicouche avec report de couche circuit | |
| FR2980919A1 (fr) | Procede de double report de couche | |
| FR2991099A1 (fr) | Procede de traitement d'une structure semi-conducteur sur isolant en vue d'uniformiser l'epaisseur de la couche semi-conductrice | |
| US20100129941A1 (en) | Processing method for uniformizing film thickness distribution of layer having predetermined film thickness formed on surface of silicon wafer and processing method for uniformizing thickness distribution of silicon wafer | |
| EP4000090A1 (fr) | Procédé de collage hydrophile de substrats | |
| FR2858875A1 (fr) | Procede de realisation de couches minces de materiau semi-conducteur a partir d'une plaquette donneuse | |
| FR2984007A1 (fr) | Procede de stabilisation d'une interface de collage situee au sein d'une structure comprenant une couche d'oxyde enterree et structure obtenue | |
| FR2912258A1 (fr) | "procede de fabrication d'un substrat du type silicium sur isolant" | |
| FR3155359A1 (fr) | Procede d’amincissement de la couche superficielle d’un substrat soi | |
| FR2987935A1 (fr) | Procede d'amincissement de la couche active de silicium d'un substrat du type "silicium sur isolant" (soi). | |
| EP1473765A2 (fr) | Traitement par brossage d'une plaquette semiconductrice avant collage | |
| EP4091197A1 (fr) | Procédé de fabrication d'un capteur d'image | |
| EP4078658B1 (fr) | Procede de gravure de substrats comportant une couche mince superficielle, pour ameliorer l'uniformite d'epaisseur de ladite couche | |
| FR3055064A1 (fr) | Procede de fabrication d'une couche epitaxiee sur une plaque de croissance | |
| FR3034565A1 (fr) | Procede de fabrication d'une structure presentant une couche dielectrique enterree d'epaisseur uniforme | |
| EP1883953B1 (fr) | Traitement de surface apres gravure selective | |
| FR3099291A1 (fr) | procédé de préparation d’une couche mince, incluant une séquence d’étapes pour ameliorer l’uniformité d’epaisseur de ladite couche mince | |
| EP3503174B1 (fr) | Procede de transfert d'une couche utile | |
| WO2016180917A1 (fr) | Procédé de collage direct | |
| FR3009128A1 (fr) | Procede de realisation d'un plot conducteur sur un element conducteur | |
| EP4666312A1 (fr) | Procédé de formation d'une zone de fragilisation dans un substrat semi-conducteur | |
| FR3134229A1 (fr) | Procede de transfert d’une couche mince sur un substrat support | |
| EP3721467B1 (fr) | Procédé de préparation d'un résidu de substrat donneur, substrat obtenu à l'issu de ce procédé, et utilisation d'un tel substrat |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20250516 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |