【光刻百科】剖面侧壁角Side wall angle

剖面侧壁角是指在集成电路制造中，由于刻蚀模块的刻蚀二次效应造成的图形剖面侧壁倾斜，侧壁角定义为倾斜侧壁与水平衬底的夹角[1]。

剖面侧壁角如图1所示。其中角α即为剖面侧壁角，由扫描电子显微镜照片中光栅轮廓的最小二乘直线拟合得到。

图1 双栅考夫曼刻蚀机离子束正入射条件下得到的光栅

刻蚀二次效应，是指再沉积、再溅射和槽底开沟的效应。如果刻蚀沟槽的深宽比较小，则溅射的材料粒子几乎可以全部飞出沟槽外；当沟槽的深宽比较大时，因为溅射粒子存在一定的角度分布，溅射粒子不能全部飞出槽外，其中一部分大角度溅射飞出的粒子重新打到已刻出的槽壁上，形成再沉积过程。另一方面，再沉积的材料还会再次受到离子的溅射形成再溅射。再沉积和再溅射两种效应相互制约，其平衡过程成为决定刻槽侧壁的形状和倾角的演变因素。再沉积效应带来的主要问题是减小刻槽宽度，使其偏离掩模限定的宽度,并影响图形分辨率，最终限制了离子束刻蚀沟槽深宽比的能力。再沉积的直观效果是侧壁倾斜和刻区变窄。当离子束垂直入射衬底时，由于图形侧壁较为陡直,离子束对侧壁的入射角度很大，成掠射状态,离子束对侧壁的刻蚀速率低。随着刻蚀深度的增加，再沉积形成一定厚度的侧壁生长，并使侧壁倾斜起来，离子束对侧壁的入射角减小，再溅射随之增强。

如果改变离子束入射角,再沉积和再溅射效应将随之改变到新的平衡状态，图形轮廓也随之演变成另一个结果。再溅射效应在一定程度上减轻了再沉积效应。再溅射使轮廓得到改善,提高了图形转移的保真度。二次效应的另一种表现形式是槽底开沟。产生开沟效应的主要原因是刻蚀的沟槽侧壁向槽底反射离子所致。再沉积造成的倾斜侧壁使入射离子处于大角度入射状态，存在一定程度再溅射的同时，也表现出入射离子的高反射率。射向槽底某一部分的反射离子和正常入射的离子之和造成入射离子通量的局部超出，其结果导致该局部的刻蚀速率高于其他槽底部位形成开沟。开沟效应的直接后果是导致槽底刻面的不平 ,给控制刻蚀深度造成了困难[2]。为分析离子束入射角对图形侧壁陡度的影响 ,需要定量分析再沉积的通量。下图给出了索末克的理论计算模型 [2]。

当离子束垂直入射时,溅射原子通量为余弦分布，α为离子束对侧壁的入射角。若 F0为溅射原子的最大背向通量，由B点射向沟槽侧壁 P 点方向的溅射原子通量为 F0cosΦ1,P 点接受的总溅射原子通量由下式计算:

如果深宽比不大,通常 d ≫y ,则上式可简化为：

式(2)表明，刻蚀出的沟槽侧壁上某位置的再沉积量与该位置的离子束入射角有关。增大离子束入射角会使离子束对侧壁的入射角α减小，侧壁的再沉积量减少，而再溅射量增强，使图形侧壁陡度得到改善。因此控制离子束入射角可以控制再沉积和再溅射效应 ,选择适当的离子束入射角可提高侧壁陡度 [2]。

【光刻百科】剖面侧壁角Side wall angle

参考文献：

【光刻百科】器件隔离（Device Isolation）

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