RIE是一種結(jié)合了物理濺射和化學(xué)反應(yīng)雙重機(jī)制的刻蝕技術(shù)。在等離子體中，離子和中性自由基共同作用于材料表面。其中，自由基的密度遠(yuǎn)高于離子，它們通過(guò)高能電子與反應(yīng)氣體分子的碰撞產(chǎn)生，并主導(dǎo)了刻蝕過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)。SF6、CF4、CHF3、C2F6和C4F8等含氟量高的氟化物均可作為刻蝕氣體，電離產(chǎn)生F和含F(xiàn)的自由基，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的刻蝕。在實(shí)際工藝中，惰性氣體Ar常被加入，以提供穩(wěn)定的電子，維持輝光放電。

    DRIE即基于氟基氣體的高深寬比硅刻蝕技術(shù)，是RIE技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和優(yōu)化。它同樣利用硅的各向異性，通過(guò)化學(xué)作用和物理作用進(jìn)行刻蝕。但DRIE工藝的獨(dú)特之處在于，它采用了兩個(gè)射頻源，將等離子的產(chǎn)生和自偏壓的產(chǎn)生分離，有效避免了RIE中射頻功率和等離子密度之間的矛盾。此外，DRIE還引入了鈍化和刻蝕交替進(jìn)行的Bosch工藝，通過(guò)對(duì)側(cè)壁的保護(hù)，實(shí)現(xiàn)了可控的側(cè)向刻蝕，從而能夠制作出陡峭或其他傾斜角度的側(cè)壁。

     在DRIE的Bosch工藝中，在鈍化階段，C4F8氣體被通入反應(yīng)室，通過(guò)電離產(chǎn)生(CF2)n長(zhǎng)鏈聚合物。這種氟化碳類高分子聚合物，類似特氟龍膜，具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和疏水性，能夠沉積在硅槽側(cè)壁，形成一層薄薄的保護(hù)膜，阻止氟自由基與硅的反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)側(cè)壁的保護(hù)。

一、C4F8的鈍化機(jī)制

電離過(guò)程

     C4F8氣體電離出大量F游離基需要不少于4.88eV的能量，而電離出CF2離子，形成(CF2)n長(zhǎng)鏈聚合物所需的能量更低。這意味著在適當(dāng)?shù)纳漕l功率下，C4F8可以更容易地形成(CF2)n長(zhǎng)鏈。

聚合物形成

     (CF2)n長(zhǎng)鏈?zhǔn)且环N高分子聚合物，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能夠在硅槽側(cè)壁形成一層致密的保護(hù)膜。這層保護(hù)膜不僅能夠阻止氟自由基與硅的反應(yīng)，還能在一定程度上減少刻蝕過(guò)程中的側(cè)向刻蝕，保持側(cè)壁的陡峭度。

保護(hù)機(jī)制

     在鈍化階段，(CF2)n長(zhǎng)鏈聚合物沉積在硅槽側(cè)壁后，能夠有效阻擋后續(xù)刻蝕階段中電離出的SFx+離子對(duì)側(cè)壁的轟擊，從而保護(hù)側(cè)壁不被刻蝕。同時(shí)，(CF2)n長(zhǎng)鏈聚合物還能通過(guò)刻蝕階段電離出的SFx+轟擊形成CF2氣體排出，實(shí)現(xiàn)保護(hù)膜的動(dòng)態(tài)更新和維持。

鈍化功率的關(guān)鍵性

     在DRIE的Bosch工藝中，鈍化階段的射頻功率是較為關(guān)鍵的參數(shù)。常規(guī)的鈍化功率（典型200W）遠(yuǎn)低于刻蝕功率（典型2200W），兩者比達(dá)1：10以上。這是因?yàn)椋^(guò)高的射頻功率會(huì)導(dǎo)致C4F8氣體過(guò)度電離，產(chǎn)生過(guò)多的F游離基，從而破壞(CF2)n長(zhǎng)鏈聚合物的結(jié)構(gòu)，降低其保護(hù)效果。而適當(dāng)?shù)纳漕l功率則能夠確保C4F8氣體電離產(chǎn)生適量的(CF2)n長(zhǎng)鏈聚合物，形成有效的保護(hù)膜。

二、C4F8的刻蝕與鈍化雙重性

     C4F8不僅能在DRIE的Bosch工藝中作為鈍化氣體，還能在特定條件下作為刻蝕氣體使用。例如，在刻蝕二氧化硅時(shí)，C4F8可以作為刻蝕氣體，Ar作為載氣，通過(guò)調(diào)整上下電極的射頻功率（如上電極射頻功率為1200W，下電極射頻功率為500W），實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化硅的有效刻蝕。然而，在這種刻蝕過(guò)程中，C4F8的功率條件遠(yuǎn)大于其作為鈍化時(shí)的功率，這體現(xiàn)了C4F8在刻蝕與鈍化之間的微妙平衡和雙重性。

     C4F8在深硅刻蝕中的鈍化作用，是其獨(dú)特化學(xué)性質(zhì)和物理機(jī)制共同作用的結(jié)果。通過(guò)電離產(chǎn)生(CF2)n長(zhǎng)鏈聚合物，C4F8能夠在硅槽側(cè)壁形成一層致密的保護(hù)膜，有效阻擋氟自由基與硅的反應(yīng)，保護(hù)側(cè)壁不被刻蝕。同時(shí)，通過(guò)調(diào)整射頻功率等工藝參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)C4F8鈍化效果的精確控。