在刻蝕SOI襯底時，通常會發生一種凹槽效應，導致刻蝕的形貌與預想的有很大出入。那么什么是凹槽效應？什么原因引起的？怎么抑制這種異常效應呢？

什么是凹槽效應？

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

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應當自動停止，即氧化硅作為一個刻蝕終止層。

但是，實際過程中，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進行，形成橫向的刻蝕，造成了凹槽效應。

凹槽效應的形成機理

由于氧化硅層本身的絕緣特性，離子電荷會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局部電場。

這個電場會改變進入材料的離子軌跡，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，形成一個不期望的缺口。

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如何減弱凹槽效應？

上面我們已經了解到凹槽效應主要來源于絕緣層電荷的積累，那么我們抑制凹槽效應的一大思路便是及時導散掉積累的電荷，不讓氧化硅表面有過多的電荷聚集。圍繞著這個思路，我們可以從以下幾個當面入手：

1，設計時做好考慮

在設計階段就需要考慮到凹槽效應的可能性，預留出相應空間，避免高深寬比的結構，防止負載效應加深凹槽效應。

2，優化工藝參數.

通過改變刻蝕參數（電源頻率、刻蝕氣體種類和流量等）來找到一個更優化的刻蝕條件，以減輕凹槽效應。

例如，在其他條件不變的情況下，采用低頻率產生的凹槽效應就遠遠小于高頻率產生的凹槽效應。如下圖：

3，分步刻蝕

在剛開始階段，使用高刻蝕速率的參數來移除大部分材料。

當刻蝕接近目標層時，減小刻蝕速率、減小RF功率或增加保護氣體的流量，以減小Notching Effect。

分步刻蝕適合優化在單一參數設置下可能出現的問題，有利于解決復雜結構中的刻蝕問題。

審核編輯：劉清