常見蝕刻缺陷｜Etch Atlas 03

🍶 ① Bowing 中段鼓起

🔬 物理機制

中段 sidewall 鈍化不足 → 被 lateral ion / radical 攻擊 → 變寬。AR 高時尤其嚴重（深處 polymer 進不到）。

⚠️ Root Cause

① Passivation 不夠（C₄F₈ flow ↓ / pressure ↓ / 時間太短）
② Bias 太高（ion 散射打到側壁）
③ Pressure 太低（mean free path 大 → ion 角度散）

🔧 Fix

比較鈍化時間 split、獨立比較 bias split、評估 pressure 對化學與角度的耦合，或改用 DREM 增加 R step 精準度

🪖 ② Undercut mask 下被掏空

🔬 物理機制

Mask 邊緣下的 Si 被等向 etch 攻擊（化學優勢、ion 方向性不足）。常見於剛開蝕的頂部區域。

⚠️ Root Cause

① 等向化學過強（SF₆ 太多 / pressure 太高）
② Mask selectivity 太低
③ Initial passivation 不足（第一個 cycle 沒打底）

🔧 Fix

第一個 cycle 拉長 D step、檢查 bias 與 mask erosion 的取捨、用硬 mask（SiO₂）、比較 SF₆ 供料與 loading

🌱 ③ Micrograss 底部草狀殘留

🔬 物理機制

Sputter 出來的 mask 粒子 / polymer 殘留掉到 trench 底，當 micro-mask 擋住下方 Si → 形成針狀矽柱（black silicon）。

⚠️ Root Cause

① Polymer 殘留太多（R step 不夠 / O₂ flow 不足）
② Sputter contamination（chamber 髒、mask 被打飛）
③ Trace metal contamination

🔧 Fix

比較清底時間、在材料相容性確認後評估 O₂ 對 polymer 收支的影響、chamber wet clean、mask 改 SiO₂

📏 ④ ARDE / RIE Lag 寬深不同步

🔬 物理機制

窄 trench 因為 ion/radical 進不到底，etch rate 比寬 trench 慢 → 同個 mask 開的不同寬度結構深度不同。AR-Dependent Etching。

⚠️ Root Cause

① Mean free path 跟 trench 寬度比例不對
② Pressure 太高（ion 散射，方向性差）
③ Cycle 後段補不上

🔧 Fix

降低 pressure 的獨立 split 降 ion 散射、獨立 bias split、改 DREM（R step 補窄洞）、設計上避免同 mask 混太寬太窄

📐 ⑤ Notching 底部凹陷

🔬 物理機制

當 etch stop 是絕緣層（SiO₂），ion 在 SiO₂ 上累積電荷 → 後續 ion 被偏轉到 sidewall 底角 → 額外掏空。常見於 SOI 與 STI 整合。

⚠️ Root Cause

① Wafer 接到絕緣 etch stop（電荷累積）
② Over-etch 太久
③ Bias 太高

🔧 Fix

Pulsed plasma（中和電荷）、降低 over-etch 時間、endpoint detection 改善、bias 降到 ion 不偏轉

〰️ ⑥ Sidewall Roughness 側壁粗糙

🔬 物理機制

與 scallop 不同（不規則）。常因 mask LER（line edge roughness）轉移、或鈍化不均、或 polymer 厚薄差導致。對 CIS 直接惡化 dark current。

⚠️ Root Cause

① Mask LER 過大（litho 端問題）
② Polymer 沉積不均（D step 流場差）
③ 化學/物理比例失衡

🔧 Fix

Mask 改用更平滑 hard mask、D step pressure ↑ 改善覆蓋均勻度、後段加 H₂ 或 cryo 收尾平滑化、Post-etch ALE 修整

症狀	第一個調的旋鈕	第二選擇	長期方向
Bowing	C₄F₈ time ↑	Bias ↓	改 DREM
Undercut	初始 D step ↑	Bias ↑	硬 mask
Micrograss	R step time ↑	加 O₂	Chamber 清潔
ARDE / RIE Lag	Pressure ↓	Bias ↑	改 DREM + 設計避混寬窄
Notching	Pulsed plasma	降 over-etch	Endpoint detection
Sidewall Rough	Mask 端平滑	D pressure ↑	Cryo 收尾 / ALE

常見蝕刻缺陷

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