CN111106027A - 一种soi顶层硅片的测量修饰系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种SOI顶层硅片的测量修饰系统。本发明将XRD检测系统和激光直写技术集成于一起，提供了一种能够同时对SOI顶层硅片的表面粗糙度进行检测以及对SOI顶层硅片表面粗糙度进行修饰的系统。通过XRD发射源将X射线发射到SOI顶层硅片的表面，再通过XRD接收器接收硅片表面发射的信号分析得到SOI顶层硅片的表面粗糙度，然后通过激光直写装置对SOI顶层表面粗糙度不符合要求的区域进行修饰，通过闭环控制系统对SOI顶层硅片的表面粗糙度进行修饰直到其表面粗糙度达到要求。

Description

一种SOI顶层硅片的测量修饰系统

技术领域

本发明涉及SOI顶层硅片检测技术领域，尤其涉及一种SOI顶层硅片的测量修饰系统。

背景技术

SOI(Silicon On Insulator)中文称为绝缘体上的硅，是一种在单晶硅内埋置一层二氧化硅的新型半导体硅材料，其中二氧化硅层起绝缘的作用来实现器件有源层与衬底的电学隔离。SOI材料可以消除体硅CMOS电路中的寄生闩锁效应，同时由SOI材料制造的芯片具有很多优点：比如能耗很低、抗辐照能力很强、耐高温能力很强、误差较小等，这些优点使得SOI材料在绝大多数硅基集成电路方面得到极其广泛的应用。

在微电子机械系统(Micro-electro-mechanical Systems，MEMS)领域SOI硅片同样具有非常广泛的应用。SOI硅片的顶层硅是单晶结构，可作为可动器件结构，SOI硅片中的埋氧层能够作为器件层硅片腐蚀的终止层，可以对器件层的厚度进行精确地控制，保证器件的性能和参数的稳定。SOI硅片和体硅片相比具有一定的优势，使用SOI硅片制作而成的器件的功耗更低，其寄生电容也更小，所以其漏电也更少，其静态功耗更低，而且中间的埋氧层可以有效对器件层和衬底硅片进行电学隔离。正是由于绝缘层二氧化硅的存在，使得在SOI顶层硅片上制备器件与在体硅上制作器件相比具有了一定的优势。在制造MEMS器件时，由于SOI顶层硅片作为器件层，为了保证器件的性能，所以在加工过程中难免会对SOI顶层硅片的表面粗糙度有精确的要求，因此对SOI顶层硅片表面粗糙度的检测和修饰都至关重要。，

XRD(X-ray diffraction)又称为X射线衍射技术。通过对材料进行X射线衍射并分析其衍射图谱，就可以获得材料的成分、材料内部原子或分子的结构或形态等信息。XRD是研究物质的物相和晶体结构的主要方法。当对某种物质进行X射线衍射分析时,该物质被X射线照射会产生不同程度的衍射现象,物质的组成、晶体形态以及其它参数等决定该物质产生特有的衍射图谱。XRD技术具有不损害污染样品、使用快捷方便、测量精度高等一系列优点。同样，使用XRD技术可也能够对材料的厚度和表面粗糙度进行检测，X射线以大于全反射角固定的角度入射到材料的表面，可以实时检测材料的表面粗糙度以及厚度。

在利用XRD技术对SOI顶层硅片进行表面粗糙度检测过程中，当检测发现SOI顶层硅片的表面粗糙度不符合精度要求时可以通过激光直写技术对粗糙度不符合要求的区域进行修饰，对SOI顶层硅片的表面粗糙度进行调整。当将超短脉冲激光聚焦在固体材料表面时，可以直接引起材料的去除或烧蚀，而且激光焦点位置的材料被激光辐照后会产生局部改性，通过使样品相对于激光焦点发生位移，即可完成在样品表面的区域的改性和修饰。这样就能通过激光直写技术对SOI顶层硅片的表面粗糙度进行调整、对其表面区域进行修饰。

发明内容

本发明将XRD检测系统和激光直写技术集成于一起，提供了一种能够同时对SOI顶层硅片的厚度和表面粗糙度进行检测以及对硅片厚度和表面粗糙度进行修饰调整的系统。

本发明系统的技术方案为一种SOI顶层硅片的测量修饰系统，其特征在于，包括：控制终端、XRD装置、激光发生器、激光角度调节器、反射镜面、聚焦棱镜、SOI顶层硅片；

所述控制终端分别与所述的XRD装置、激光发生器通过相互连接；所述XRD装置与所述SOI顶层硅片通过光路连接；所述的激光发生器、激光角度调节器、反射镜面、聚焦棱镜、SOI顶层硅片依次通过光路连接。

本发明方法的技术方案为一种SOI顶层硅片的在线测量修饰方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将SOI顶层硅片划分多个区域，每个区域通过坐标点标记；

步骤2：控制终端通过控制XRD装置，发射X射线以大于全反射角固定的角度入射到至SOI顶层硅片划分区域，并接收X射线反射信号，通过分析衍射图谱得到SOI顶层硅片划分区域的表面粗糙度；

步骤3：控制终端根据SOI顶层硅片划分区域的表面粗糙度、粗糙度阈值进行判定，以控制激光发生器修饰SOI顶层硅片划分区域；

作为优选，步骤1中所述每个区域通过坐标点标记为：

将所述第i个区域标记为(x_i,y_i)i∈[1,N],N表示SOI顶层硅片区域的数量为N；

作为优选，步骤2中所述SOI顶层硅片划分区域为第i个区域，具体标记为(x_i,y_i)i∈[1,N],N表示SOI顶层硅片区域的数量为N；

步骤2中所述通过分析得到SOI顶层硅片划分区域的表面粗糙度为：

控制终端通过分析X射线的反射率的变化来得到第i个区域的表面粗糙度，所述第i个区域的表面粗糙度为k_i,i∈[1,N],N表示SOI顶层硅片区域的数量为N；

作为优选，步骤3中所述根据SOI顶层硅片划分区域的表面粗糙度、粗糙度阈值进行判定为：

若k_i＞α，表示粗糙度不符合精度要求；

其中，i∈[1,N],N表示SOI顶层硅片区域的数量为N，α表示粗糙度阈值0.002μm；

若k_i≤α，表示粗糙度符合精度要求；

当粗糙度不符合精度要求时，步骤3中所述控制激光发生器修饰SOI顶层硅片划分区域具体为：

激光发射器发射的激光经过与其光路相连的激光角度调节器后，以合适的角度入射到反射镜面，入射激光经过反射镜面反射后再通过聚焦棱镜聚焦到SOI顶层硅片划分区域的表面；

所述SOI顶层硅片划分区域为所述第i个区域的表面粗糙度为k_i,i∈[1,N],N表示SOI顶层硅片区域的数量为N；

所述激光发射器发射的激光可以为连续激光或脉冲激光；

所述激光发射器发射的激光聚焦在所述SOI顶层硅片划分区域表面时，可以直接引起聚焦区域材料的去除或烧蚀，实现所述SOI顶层硅片划分区域表面的修饰；

当第i个区域粗糙度符合精度要求时，控制终端控制激光发生器停止工作，继而控住XRD装置进行下一个区域i+1区域的在线测量。

本发明优点在于可以实时对SOI上层硅片的表面粗糙度进行检查，然后通过XRD装置反馈信号给控制终端对激光直写进行控制来修饰SOI上层硅片的表面粗糙度，这样可以对上层硅片的表面粗糙度进行精确控制。

附图说明

图1：为系统的结构示意简图。

其中，1为激光发射器，2为激光角度调节器，3为反射镜面，4为聚焦棱镜，5为SOI顶层硅片，6为XRD发射源，7为XRD接收器，8为控制终端。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明和/或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

参见图1，所示为本实施例中SOI顶层硅片的表面粗糙度的检测以及表面修饰的系统结构示意图，所述系统主要包括XRD检测子系统和激光直写子系统；系统的基本结构包括：1为激光发射器，2为激光角度调节器，3为反射镜面，4为聚焦棱镜，5为SOI顶层硅片，6为XRD发射源，7为XRD接收器，8为控制终端等，但不限于以上。

进一步，本发明系统具有检测功能，在SOI顶层硅片的表面粗糙度检测和表面修饰过程中，利用XRD装置和激光直写装置对SOI顶层硅片的表面粗糙度进行实时检测，以判断SOI顶层硅片的表面粗糙度是否符合要求。

进一步，本实施例XRD发射源6发射的X射线以相对于SOI顶层硅片5表面的全反射角进行入射，得到最强的衍射信号，但不限于此入射角，通过接收的反射信息，反映硅片的表面粗糙度。

本实施例中XRD发射源6发射X射线在SOI顶层硅片表面，XRD接收器7接收从SOI顶层硅片表面反射的信号并对信号进行分析处理，这样就能通过分析反射信号得到SOI顶层硅片表面的粗糙度信息。在得到SOI顶层硅片的表面粗糙度信息后，反馈给控制终端8，通过控制终端对于表面粗糙度不符合要求的区域再通过激光直写装置对其进行修饰调整。本实施例中的激光直写装置可以发射单束激光，此激光为飞秒激光，激光的频率为20MHZ，激光的功率为10mW，激光的波长为1030nm，激光的脉冲宽度为300fs，激光光束的光斑为空间平顶分布的圆形光斑，光斑大小为1um。激光出射后通过激光角度调节器对出射激光的角度进行调节，经过反射镜面反射改变路径后通过聚焦棱镜聚焦后，聚焦在SOI顶层硅片的表面，然后就能通过激光对聚焦区域的表面进行修饰。通过激光直写对硅片表面粗糙度进行修饰后，再通过XRD装置对硅片的表面粗糙度进行检测，如果SOI顶层硅片的表面粗糙度没有达到要求，反馈给控制终端，再次通过控制激光直写装置对SOI顶层硅片的表面粗糙度进行修饰，如此往复，直至聚焦区域的表面粗糙度达到要求，这样就能得到表面粗糙度符合精度要求的SOI顶层硅片。

下面结合图1介绍本发明的具体实施方式为一种SOI顶层硅片的在线测量修饰方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将SOI顶层硅片划分多个区域，每个区域通过坐标点标记；

步骤1中所述每个区域通过坐标点标记为：

将所述第i个区域标记为(x_i,y_i)i∈[1,50000],50000表示SOI顶层硅片区域的数量为N；

步骤2：控制终端通过控制XRD装置，发射X射线以大于全反射角固定的角度入射到至SOI顶层硅片划分区域，并接收X射线反射信号，通过分析反射率的变化得到SOI顶层硅片划分区域的表面粗糙度；

步骤2中所述SOI顶层硅片划分区域为第i个区域，具体标记为(x_i,y_i)i∈[1,50000],50000表示SOI顶层硅片区域的数量为50000；

步骤2中所述通过分析得到SOI顶层硅片划分区域的表面粗糙度为：

控制终端通过分析X射线的反射率的变化来得到第i个区域的表面粗糙度，所述第i个区域的表面粗糙度为k_i,i∈[1,50000],50000表示SOI顶层硅片区域的数量为50000；

步骤3：控制终端根据SOI顶层硅片划分区域的表面粗糙度、粗糙度阈值进行判定，以控制激光发生器修饰SOI顶层硅片划分区域；

步骤3中所述根据SOI顶层硅片划分区域的表面粗糙度、粗糙度阈值进行判定为：

若k_i＞Ra0.025，表示粗糙度不符合精度要求；

其中，i∈[1,50000],50000表示SOI顶层硅片区域的数量为50000，Ra0.025表示粗糙度阈值；

若k_i≤Ra0.025，表示粗糙度符合精度要求；

当粗糙度不符合精度要求时，步骤3中所述控制激光发生器修饰SOI顶层硅片划分区域具体为：

激光发射器发射的激光经过与其光路相连的激光角度调节器后，以合适的角度入射到反射镜面，入射激光经过反射镜面反射后再通过聚焦棱镜聚焦到SOI顶层硅片划分区域的表面；

所述SOI顶层硅片划分区域为所述第i个区域的表面粗糙度为k_i,i∈[1,50000],50000表示SOI顶层硅片区域的数量为50000；

所述激光发射器发射的激光可以为连续激光或脉冲激光；

所述激光发射器发射的激光聚焦在所述SOI顶层硅片划分区域表面时，可以直接引起聚焦区域材料的去除或烧蚀，实现所述SOI顶层硅片划分区域表面的修饰；

当第i个区域粗糙度符合精度要求时，控制终端控制激光发生器停止工作，继而控住XRD装置进行下一个区域i+1区域的在线测量。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种SOI顶层硅片的测量修饰系统，其特征在于：

所述SOI顶层硅片的测量修饰系统应用于一种SOI顶层硅片的测量修饰装置，所述SOI顶层硅片的测量修饰装置包括：控制终端、XRD装置、激光发生器、激光角度调节器、反射镜面、聚焦棱镜、SOI顶层硅片；所述控制终端分别与所述的XRD装置、激光发生器通过相互连接；所述XRD装置与所述SOI顶层硅片通过光路连接；所述的激光发生器、激光角度调节器、反射镜面、聚焦棱镜、SOI顶层硅片依次通过光路连接；

所述SOI顶层硅片的测量修饰系统，包括以下步骤：

步骤1：将SOI顶层硅片划分多个区域，每个区域通过坐标点标记；

步骤2：控制终端通过控制XRD装置，发射X射线以大于全反射角固定的角度入射到至SOI顶层硅片划分区域，并接收X射线反射信号，通过分析衍射图谱得到SOI顶层硅片划分区域的表面粗糙度；

步骤3：控制终端根据SOI顶层硅片划分区域的表面粗糙度、粗糙度阈值进行判定，以控制激光发生器修饰SOI顶层硅片划分区域。

2.根据权利要求1所述的SOI顶层硅片的测量修饰系统，其特征在于：

步骤1中所述每个区域通过坐标点标记为：

将所述第i个区域标记为(x_i,y_i)i∈[1,N],N表示SOI顶层硅片区域的数量为N。

3.根据权利要求1所述的SOI顶层硅片的测量修饰系统，其特征在于：

步骤2中所述SOI顶层硅片划分区域为第i个区域，具体标记为(x_i,y_i)i∈[1,N],N表示SOI顶层硅片区域的数量为N；

步骤2中所述通过分析得到SOI顶层硅片划分区域的表面粗糙度为：

控制终端通过分析X射线的反射率的变化来得到第i个区域的表面粗糙度，所述第i个区域的表面粗糙度为k_i,i∈[1,N],N表示SOI顶层硅片区域的数量为N。

4.根据权利要求1所述的SOI顶层硅片的测量修饰系统，其特征在于：

步骤3中所述根据SOI顶层硅片划分区域的表面粗糙度、粗糙度阈值进行判定为：

若k_i＞α，表示粗糙度不符合精度要求；

其中，i∈[1,N],N表示SOI顶层硅片区域的数量为N，α表示粗糙度阈值0.002μm；

若k_i≤α，表示粗糙度符合精度要求；

当粗糙度不符合精度要求时，步骤3中所述控制激光发生器修饰SOI顶层硅片划分区域具体为：

激光发射器发射的激光经过与其光路相连的激光角度调节器后，以合适的角度入射到反射镜面，入射激光经过反射镜面反射后再通过聚焦棱镜聚焦到SOI顶层硅片划分区域的表面；

所述SOI顶层硅片划分区域为所述第i个区域的表面粗糙度为k_i,i∈[1,N],N表示SOI顶层硅片区域的数量为N；

所述激光发射器发射的激光可以为连续激光或脉冲激光；

所述激光发射器发射的激光聚焦在所述SOI顶层硅片划分区域表面时，可以直接引起聚焦区域材料的去除或烧蚀，实现所述SOI顶层硅片划分区域表面的修饰；

当第i个区域粗糙度符合精度要求时，控制终端控制激光发生器停止工作，继而控住XRD装置进行下一个区域i+1区域的在线测量。

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