有過深硅刻蝕的朋友經(jīng)常會遇到這種情況：在一片晶圓上不同尺寸的孔或槽刻蝕速率是不同的。這個就是負載效應(yīng)所導(dǎo)致的，且是負載效應(yīng)的一種表現(xiàn)形式。負載效應(yīng)，可能導(dǎo)致刻蝕速率和均勻性受到影響，那么負載效應(yīng)是怎么產(chǎn)生的？有什么危害？又是如何抑制負載效應(yīng)呢？

什么是負載效應(yīng)？

負載效應(yīng)（Load Effect）,指當(dāng)刻蝕面積的大小或形狀發(fā)生變化時，刻蝕速率也隨之改變的現(xiàn)象，即刻蝕速率取決于被刻蝕表面材料的量的現(xiàn)象。負載效應(yīng)可以分為三種：宏觀負載效益，微觀負載效益，與深寬比相關(guān)的負載效應(yīng)。

1.宏觀負載效應(yīng)

Macro-loading Effect，指在反應(yīng)物恒定供應(yīng)的情況下，刻蝕速率隨著晶圓被刻蝕的表面積增大而降低。因為，晶圓的開口率越大，需要的反應(yīng)物越多，蝕刻速率越低。舉個例子，當(dāng)一片晶圓的需要刻蝕的表面積占晶圓總表面積的2%時，速率可能為10um/min；當(dāng)需要刻蝕的面積占晶圓總面積50%時，速率可能為1um/min。

2.微觀負載效應(yīng)

Micro-loading Effect，指當(dāng)晶圓同時包含稀疏和密集的待刻蝕圖形時，密集區(qū)域的刻蝕速率比稀疏區(qū)域的刻蝕速率低。這是因為在密集區(qū)域消耗的反應(yīng)物更多，反應(yīng)物不能及時到達密集刻蝕區(qū)域所導(dǎo)致的。

3.與深寬比相關(guān)的負載效應(yīng)

ARDE，指在高深寬比的結(jié)構(gòu)刻蝕中，如深孔或深槽。較小尺寸的孔或槽刻蝕速率小于較大尺寸的孔或槽。這是因為刻蝕氣體難以進入深部，而同時反應(yīng)產(chǎn)物難以逸出，導(dǎo)致底部的刻蝕速率降低。

負載效應(yīng)帶來的問題

1.刻蝕的均勻性降低

負載效應(yīng)導(dǎo)致晶圓上的不同區(qū)域具有不同的刻蝕深度。這可能導(dǎo)致晶圓上的某些區(qū)域過度刻蝕，而其他區(qū)域則未達到所需的刻蝕深度。這樣可能會影響到后續(xù)的制程。

2.刻蝕效果差

負載效應(yīng)可能導(dǎo)致刻蝕剖面的形狀不規(guī)則，所刻蝕的尺寸與設(shè)計尺寸存在較大差距等問題。

3.成本增加

為了解決負載效應(yīng)帶來的問題，可能需要對不同尺寸結(jié)構(gòu)進行多次光刻，干刻或換用更高級的設(shè)備等，導(dǎo)致項目的成本增加。

如何抑制負載效應(yīng)？

1.優(yōu)化刻蝕參數(shù)

通過調(diào)整刻蝕的參數(shù)，如功率、氣體流量、氣體壓力和溫度，可以達到更均勻的刻蝕效果。例如調(diào)節(jié)刻蝕機臺的壓力，在低壓下，刻蝕物質(zhì)的平均自由程更長。這使得它們可以更容易地進入深的、狹窄的特征中，從而提高這些結(jié)構(gòu)的的刻蝕速率。

2.優(yōu)化掩模設(shè)計

通過增加被刻蝕結(jié)構(gòu)間的距離，減少高深寬比，減少大面積的圖案等來減少負載效應(yīng)。

3.脈沖刻蝕

使用脈沖模式進行刻蝕，其中刻蝕和沉積過程交替進行，有助于減輕負載效應(yīng)。

審核編輯：劉清