什么是缺口效应Notching Effect，如何抑制 ？

什么是缺口效应Notching Effect，如何抑制 ？

在半导体制造中，SOI（硅上绝缘体）技术因其优异的电学性能而被广泛应用。然而，在实际生产过程中，由于刻蚀工艺的复杂性，常常会出现缺口效应（Notching Effect），影响器件的性能和可靠性。本文将详细介绍缺口效应的产生机理，并探讨有效的抑制方法。

在SOI（硅上绝缘体）技术中，硅片由两层单晶硅和中间的二氧化硅层组成。这种结构使得器件层和衬底层之间通过二氧化硅层隔离，从而减少寄生电容和提高器件性能。

PS：顶层硅（Top Silicon），我们称之为器件层，硅衬底（Substrate）也叫做手把层。理想情况下，由于有绝缘埋层即二氧化硅层充当刻蚀的自然屏障，我们期望RIE干法刻蚀技术在接触到二氧化硅层时应该会自动终止。尽管深硅刻蚀会有负载效应，但二氧化硅隔离层的存在也会保证刻蚀深度的一致性。

但实际情况与我们想象的不一样。刻蚀反应在二氧化硅层表面持续进行，导致了横向的刻蚀活动，进而产生了缺口效应，英文notching effect，有时候也叫凹槽效应。

这种现象的原因是是由于离子在二氧化硅表面的积累，可能会形成一个局部的正电场。这个局部电场会影响入射离子的运动轨迹，导致它们不完全垂直于硅片表面入射，而是沿着二氧化硅层的表面发生横向偏转。进而沿着顶层硅层（器件层）与下面的埋氧化层（SiO2层）的交界处引发进一步的刻蚀，形成缺口。在SOI硅片的刻蚀过程中，如何有效控制和减少缺口效应的发生？？

可以通过减少离子电荷积累、优化刻蚀参数、降低离子能量和通量等方法来抑制缺口效应，具体来说可采取以下一些措施：

• 优化刻蚀工艺参数：通过调整RIE反应离子刻蚀过程中的参数，比如气体流量、射频功率、压力和温度等，可以优化刻蚀过程，低频刻蚀产生的缺口效应的要小得多。

• 调整离子能量和通量：通过控制离子的能量和通量，可以减少在二氧化硅层表面形成的局部正电场，从而降低缺口效应的发生。

• 降低刻蚀台偏置电压的频率：减少偏置电压频率可以给予离子电荷在偏置电压关断期间逸散的时间，减少电荷积累，从而减少缺口效应。

• 使用等离子体辅助原子层刻蚀（ALE）技术：与RIE相比，ALE技术能实现更好的刻蚀均匀性和原子级别的控制，有助于减少缺口效应。

• 提高套刻精度：提高套刻精度可以防止接触孔打偏，减少缺口效应的发生。

• 涂覆抗反射涂层：在硅片表面涂覆抗反射涂层可以减少离子在二氧化硅层表面的反射和电荷积累，有助于减少缺口效应。

• 使用新型气体和稀释剂：在刻蚀过程中使用新型的氢氟烃气体或其他稀释剂，如CH4和NO，可以改善刻蚀选择性，减少缺口效应。