缺口效应 notching effect

缺口效应（notching effect）是发生在刻蚀SOI（silicon oninsulator）硅片时的一种特殊现象。SOI硅片是一种特殊的硅片。它是由两层单晶硅中间夹一层二氧化硅形成的。SOI硅片是通过硅片键合技术形成的。底层的硅单晶作为衬底层，又称为“把手层”（handlelayer），顶层的硅单晶作为器件层（devicelayer）。由于有二氧化硅层隔离，器件层硅单晶的反应离子刻蚀会自动在二氧化硅隔离层处停止。尽管硅深刻蚀有以上提到的负载效应，但二氧化硅隔离层的存在保证了均匀一致的刻蚀深度。理想情况下，由于负载效应造成的刻蚀速率差异不会影响刻蚀的均匀性。但实验发现刻蚀速率快的图形在刻蚀到二氧化硅隔离层后并没有完全停止，而是继续沿二氧化硅隔离层表面横向方向刻蚀，形成所谓“缺口”现象，如图1中的刻蚀横截面所示。发生缺口效应的原因是离子在二氧化硅绝缘层表面积累形成一个局部正电场。这个局部正电场将入射离子向两端偏转，造成对界面处硅层的继续刻蚀。图2形象地说明了离子正电荷在电荷在二氧化硅绝缘层的积累和对入射离子偏转的过程。由于二氧化硅隔离层的绝缘性质，离子电荷的积累是不可避免的，缺口现象也无法避免，除非有办法将局部正电荷移走。或者降低刻蚀样品台偏执电压的频率，使积累的正电荷在偏置电压关断期间有时间逸散[1]。

图1 SOI硅片深刻蚀中的缺口现象

图2 缺口现象形成机理

参考文献：

[1]崔铮．微纳米加工技术及其应用．北京：高等教育出版社，2017.2,：396-397

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