什么是干法刻蝕的凹槽效應(yīng)？凹槽效應(yīng)的形成機(jī)理和抑制方法

前面的文章中講到了SOI襯底，見之前文章：

什么是SOI襯底？

但是，在刻蝕SOI襯底時(shí)，通常會(huì)發(fā)生一種凹槽效應(yīng)，導(dǎo)致刻蝕的形貌與預(yù)想的有很大出入。那么什么是凹槽效應(yīng)？什么原因引起的？怎么抑制這種異常效應(yīng)呢？

什么是凹槽效應(yīng)？

凹槽效應(yīng)，英文名稱notching effect，又可以叫做缺口效應(yīng)。指的是在多層結(jié)構(gòu)的干法刻蝕過程中，會(huì)在某一層的邊緣形成不希望出現(xiàn)的凹槽，影響整個(gè)芯片的性能。"Notching Effect" 并不是SOI襯底的專屬，它是一個(gè)廣泛存在于多層材料刻蝕過程中的現(xiàn)象。本文以SOI襯度刻蝕為例，來解釋這一現(xiàn)象。

SOI襯底的中間有一層氧化硅，上下均為硅單晶。理論上，干法刻蝕過程在遇到氧化硅層時(shí)應(yīng)當(dāng)自動(dòng)停止，即氧化硅作為一個(gè)刻蝕終止層。但是，實(shí)際過程中，在刻蝕到二氧化硅層后，刻蝕并沒有完全停止。刻蝕在二氧化硅層的表面繼續(xù)進(jìn)行，形成橫向的刻蝕，造成了凹槽效應(yīng)。

凹槽效應(yīng)的形成機(jī)理

由于氧化硅層本身的絕緣特性，離子電荷會(huì)在氧化硅上大量積聚。在氧化硅層表面積累的正電荷形成一個(gè)局部電場。這個(gè)電場會(huì)改變進(jìn)入材料的離子軌跡，使其沿著硅氧化層的表面橫向刻蝕，在多層材料的交界處，由于離子的橫向刻蝕，形成一個(gè)不期望的缺口。

如何減弱凹槽效應(yīng)？

上面我們已經(jīng)了解到凹槽效應(yīng)主要來源于絕緣層電荷的積累，那么我們抑制凹槽效應(yīng)的一大思路便是及時(shí)導(dǎo)散掉積累的電荷，不讓氧化硅表面有過多的電荷聚集。圍繞著這個(gè)思路，我們可以從以下幾個(gè)當(dāng)面入手：

1，設(shè)計(jì)時(shí)做好考慮

在設(shè)計(jì)階段就需要考慮到凹槽效應(yīng)的可能性，預(yù)留出相應(yīng)空間，避免高深寬比的結(jié)構(gòu)，防止負(fù)載效應(yīng)加深凹槽效應(yīng)，負(fù)載效應(yīng)見前文：

干法刻蝕的負(fù)載效應(yīng)是什么？

2，優(yōu)化工藝參數(shù)

通過改變刻蝕參數(shù)（電源頻率、刻蝕氣體種類和流量等）來找到一個(gè)更優(yōu)化的刻蝕條件，以減輕凹槽效應(yīng)。例如，在其他條件不變的情況下，采用低頻率產(chǎn)生的凹槽效應(yīng)就遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于高頻率產(chǎn)生的凹槽效應(yīng)。如下圖：

3，分步刻蝕

在剛開始階段，使用高刻蝕速率的參數(shù)來移除大部分材料。當(dāng)刻蝕接近目標(biāo)層時(shí)，減小刻蝕速率、減小RF功率或增加保護(hù)氣體的流量，以減小Notching Effect。

分步刻蝕適合優(yōu)化在單一參數(shù)設(shè)置下可能出現(xiàn)的問題，有利于解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)中的刻蝕問題。

審核編輯：湯梓紅