摘要——本文介绍了用于制造#薄膜体声学谐振器（FBAR）滤波器[1]，[2]的薄膜均匀性调整（修整）方法的实际应用。通过将两步修整与厚度“平滑”技术相结合，可以将产品晶圆的总厚度范围控制在小于8埃，即使在薄膜厚度难以测量且表面蚀刻速率变化较大的情况下，仍能实现有效控制。修整过程允许使用来自同一批次的一个晶圆提供反馈补偿，从而改善FBAR设备的性能。将离子束铣削与沉积技术结合在同一工具中使用，可以使沉积的薄膜达到<0.1%的均匀性。

室温低损伤@GCIB抛光代工@束斑小（4-5mm）更均匀

#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

I. 引言

随着FBAR滤波器性能的不断提升，能够将这些技术中使用的薄膜厚度控制到小于0.1%的均匀性变得越来越重要。在商业化的环境中，制造滤波器时使用了多种不同的沉积系统。这些机器提供的薄膜均匀性通常差得多，远超出可接受范围。在沉积过程中将薄膜厚度均匀性改善至0.5%以下是不切实际的，但在沉积之后改善薄膜厚度均匀性则相对容易。通过开发具有生产价值的修整方法，FBAR技术的应用范围得到了极大的扩展。在过去十年中，使用离子束基础机器来改善薄膜均匀性的新技术被成功应用于制造BAW（体声波）设备[3]。离子束铣削技术在光学元件制造和石英晶体调谐中有效改善了均匀性，并成功地应用于FBAR、BAW和SAW（表面声波）设备，以满足频率控制的要求。为这些技术应用的修整技术提出了一些新的问题，需要解决：

(i) 离子源必须优化：离子源的束斑必须足够小，以便修正具有大厚度梯度的薄膜的均匀性，但又不能太小，以保证高晶圆通量。由于束斑较小，去除的薄膜重新沉积在晶圆表面可能会导致FBAR滤波器的电性能下降。晶圆表面蚀刻速率的均匀性和时间上的重复性可能会导致批次中最低到最高厚度之间的厚度变化为30埃至50埃。对于声学谐振器应用，期望薄膜厚度变化小于20埃。

(ii) 均匀性图谱并不总是平滑和连续的。有时，由于沉积设备的限制或测量设备的精度，厚度轮廓会出现较大的异常，这会给修整过程带来问题。

(iii) FBAR产品晶圆通常在加工过程中暴露于光刻胶或化学及等离子体处理。这通常导致表面层的蚀刻速率与主体材料相比有显著差异，以及错误的厚度测量，进而导致最终测试中设备性能的显著差异。

(iv) 由于沉积工具条件的变化，薄膜特性会随时间发生变化。这也会导致最终测试中设备性能的变化。

本文描述了一种极为实用的修整方法。使用了标准的生产工具对多种材料进行修整。文章中描述了针对生产和开发需求的不同技术，以实现厚度修整技术。

II. 设备

在本研究中，我们使用了先进的模块化系统集群工具，该工具包括三个模块：两个铝氮化物PVD沉积模块和一个离子束修整模块，如图1所示。

图 1：AMSystems 集群工具

PVD 沉积采用双锥形磁控管和交流电源。这是一种反应沉积，使用铝靶材以及氩气和氮气工艺气体。微调模块采用直流电源和氩气工艺气体。晶圆通过线性驱动器以恒定速度在微调源上方移动。微调源通过另一个线性驱动器沿垂直于晶圆运动的方向移动。系统软件根据晶圆厚度均匀性图调整微调源的功率。离子源的光束尺寸约为 10 毫米半高宽 (FWHM)。图 2 显示了本研究中使用的离子源单次扫描的蚀刻图。

III. 晶圆加工

基本的修整过程包括优化修整模块的工艺参数，并获得良好的厚度均匀性图谱。本节将讨论几种能够产生优异结果的关键技术。

图 2：离子束形状

A. 修整模块优化

修整工艺中使用的离子源的束流尺寸可在亚毫米至 20 毫米直径之间。较小的束流尺寸能够提高厚度梯度较大的晶圆的均匀性。较大的束流直径则可提高平均蚀刻速率。本研究发现，对于包含 10,000 至 70,000 个芯片的 150 毫米晶圆，束流直径在 5 至 10 毫米之间的效率最高。由于修整后的材料会在离子源上重新沉积，因此定期重新校准离子源非常重要。我们发现，对每个晶圆盒进行一次校准就足够了。校准过程不仅考虑了离子源状态的变化，还考虑了系统随时间推移而发生的其他变化。晶圆上的再沉积是小束微调设备中常见的问题。我们发现，在离子标准微调后，Rp（并联电阻）会降低多达20%。

再沉积的材料可以在另一台机器上进行短时间溅射清洗，或者可以调整微调工艺，以最大限度地减少再沉积问题。首先，我们将微调过程分为两次在离子源下进行，将再沉积量减少了一半。其次，我们进行第一次微调，去除所需总去除量的约80%到90%。第二次微调步骤去除剩余的材料，进一步减少再沉积。

沉积量减少了5到10倍。因此，总再沉积量减少了10到20倍。该技术完全消除了与修整工艺相关的Rp衰减问题。采用两道工艺还可以提高晶圆上修整速率的均匀性。当离子源预热时，蚀刻速率会略微增加。为了保持恒定的修整速率，需要将离子源预热至稳定温度。但即使不预热，两步修整也仅会导致晶圆上蚀刻速率的2-3%变化。

在本研究中，铣削是采用晶圆和离子源的恒定移动速度以及可变功率进行的。当厚度梯度变化非常剧烈时，改变功率相对于改变晶圆移动速度的优势就显现出来了。调节功率比机械调节晶圆运动速度要快得多[4]。

甚至可以在零功率下去除接近零的材料量。要达到同样的效果，调整晶圆速度极其困难。

B. 晶圆图处理

基本的修整需要厚度均匀性图。

6英寸晶圆至少需要25个点。尽可能多地使用点可以提高微调精度。

微调工具将数据转换为10,000个点的网格，以便推断点之间的厚度。厚度均匀性图可用于将薄膜均匀性提高20倍以上。对于薄膜均匀性和薄膜目标厚度，在新鲜干净的测试晶圆上都可以轻松实现这一性能。

遗憾的是，在图案化晶圆上，均匀性图有时会出现大量厚度不连续的情况。

使用MatlabTM等软件程序，可以将数据“平滑”成易于微调的轮廓。图3显示了来自同一晶圆的原始数据和“平滑”数据的示例。

四、两步修整

两步修整不仅有利于减少再沉积，还能提高修整精度。

通过在第一步修整所需厚度的80%至90%，并在第二步修整剩余厚度，可以相当轻松地补偿与修整硬件相关的大部分系统误差。图4显示了修整的可重复性和精度示例。

图 4：采用两步修整的二氧化硅重复性测试。

两步修整还能有效弥补表面状态和测量方面的问题。

SAW 滤波器的铝修整是两步修整优势的最佳例证之一。铝会形成一层表面氧化物，其氧化电阻值在 5A 到 15A 之间，具体取决于沉积技术和修整前晶圆的静置时间 [3]。氧化铝的蚀刻速度比本体铝慢 2 到 4 倍。表 1 列出了使用 AMSystems 修整工具修整的不同材料的蚀刻速率。

注：本表使用约 40mA 的离子束电流。

表 1：AMSystems 修整工具上材料的蚀刻速率

铝的目标去除电流通常为 200A。当基于体相铝蚀刻速率设定去除电流为 200A 时，我们通常在第一次修整期间去除 160A 至 180A 的电流。第二次修整在几个小时内完成，目标电流为 20A 至 50A，假设表面氧化铝的电流小于 5A。典型结果与预期目标电流在 5A 至 10A 范围内。这明显优于一次修整后达到 50A。

当产品晶圆经过图案化工艺时，少量光刻胶可能会滞留在表面。反射计可能会错误地测量这些区域，参见图 5。

图5：相同的晶圆，光刻处理前后薄膜厚度测量。
将修整过程分为两步，第一次修整将厚度减少40埃，接近最终目标厚度，第二次修整在0埃到40埃之间，能够获得最佳结果。由于表面污染物的量在晶圆间以及晶圆表面上是可变的，单次修整过程可能会导致厚度均匀性改善的差异。两步修整去除扭曲反射仪结果的表面，并使厚度接近所需的目标。第二次修整对清洁表面进行微调。为了进行第二次修整，离子束需要去除0埃到100埃之间的厚度。在晶圆最薄位置将功率设置为零，可以实现精确的第二次修整[4]，并最小化材料损失。

V. 单工具沉积/修整
在标准的FBAR加工过程中，沉积和修整是在两个不同的系统中进行的。当沉积工具和修整工具结合为一个单一的集群工具时，成本效益更高，并且节省了处理时间，因为在集群工具中，晶圆可以同时在沉积和修整模块中处理。
例如，在FBAR铝氮化物沉积中，通过获取第一块晶圆的图谱并将其用于所有产品晶圆的修整工具，可以将均匀性提高3到5倍。25个晶圆的总处理时间为12小时，仅沉积处理，12.5小时为沉积和修整处理。
由于晶圆的均匀性在目标寿命内并不完全相同，第二次修整对于精确的厚度控制非常重要。在沉积/修整后测量晶圆并进行第二次修整，可以实现小于5埃的标准偏差均匀性，这是FBAR设备紧密频率控制所需的。图6展示了在包含铝氮化物沉积和修整模块的AMSystems集群工具中获得的典型结果，使用的是10,000埃薄膜。

VI. 先行处理晶圆
沉积的薄膜有时会由于沉积机器条件的变化而具有不同的薄膜特性。只有在最终测试时，这些差异才会被发现。从沉积步骤到最终测试处理一个晶圆是相对简单的。然后，根据“先行晶圆”上的数据调整沉积过程，并完成批次中其余的晶圆。一个这样的应用是用于体声学谐振器技术中的二氧化硅层。此薄膜用于调整设备的温度系数（TCF）。在特定的沉积过程中，每埃的SiO2温度补偿量通常在一个沉积批次中是一致的，但不同批次之间可能会有所不同。批次中的所有晶圆（通常为25个晶圆）会同时进行SiO2沉积。选取一个晶圆进行先行处理，几天内完成。根据此晶圆上的测量数据，SiO2会被修整0埃到50埃，以确保整个批次的TCF正确。

图 6：在同一设备中进行沉积和修整

VII. 总结

本文通过数据“平滑”、两步修整、提前送出晶圆以及沉积/修整集群设备，演示了一种解决厚度修整生产问题的实用方法。并演示了 SAW/FBAR/BAW 技术中所需的厚度控制。