為什么深硅刻蝕中C4F8能起到鈍化作用？

本文簡單介紹深硅刻蝕中C4F8能起到鈍化作用的原因。

不知道大家有沒有一個疑問，C4F8是一種刻蝕氧化硅、氮化硅和其他低介電常數(shù)材料的氣體，為什么在DRIE的BOSCH工藝中又可以作為一種鈍化氣體，對硅深孔的側壁進行保護？ 對RIE刻蝕，等離子體是由離子和中性自由基兩種物質構成，其中自由基密度更高，數(shù)量約高于離子的2~4個數(shù)量級。活性自由基是由反應氣體分子與高能電子碰撞后產(chǎn)生，通常一次碰撞將一個氣體分子分解成多個自由基。SF6、CF4、CHF3、C2F6和C4F8等含F(xiàn)量高的氟化物均可以作為刻蝕氣體電離產(chǎn)生F和含F(xiàn)的自由基。在實際工藝中，常會加入惰性氣體Ar，它能為等離子體形成提供穩(wěn)定的電子以維持輝光放電。

對DRIE刻蝕，是基于氟基氣體的高深寬比硅刻蝕技術。與RIE刻蝕原理相同，利用硅的各向異性，通過化學作用和物理作用進行刻蝕。不同之處在于，兩個射頻源：將等離子的產(chǎn)生和自偏壓的產(chǎn)生分離，有效避免了RIE，刻蝕中射頻功率和等離子密度之間的矛盾；刻蝕和鈍化交替進行的Bosch工藝：實現(xiàn)對側壁的保護，能夠實現(xiàn)可控的側向刻蝕，可以制作出陡峭或其他傾斜角度的側壁。 DRIE工藝步驟（Bosch工藝）：鈍化-刻蝕-鈍化-刻蝕。反應室中通入C4F8氣體，進行鈍化；反應室中通入SF6氣體，進行物理和化學刻蝕。

基于BOSCH工藝的DRIE 鈍化氣體C4F8是一種有機化合物，學名八氟環(huán)丁烷。

C4F8氣體電離出大量F游離基需要不少于4.88eV能量，而電離出CF2離子，形成(CF2)n長鏈聚合物需要的能量更低。(CF2)n長鏈是一種氟化碳類高分子聚合物，類似特氟龍（Teflon）膜，厚度約十幾個納米，呈現(xiàn)約淡黃色，沉積在硅槽側壁能夠阻止氟自由基與硅的反應。而(CF2)n長鏈去除通過刻蝕階段電離出的SFx+轟擊可形成CF2氣體排出。由于(CF2)n長鏈是由C4F8氣體電離產(chǎn)生，因此鈍化階段的射頻功率是較為關鍵的參數(shù)，常規(guī)的鈍化功率（典型200W）是低于刻蝕功率（典型2200W），兩者比達1：10以上。C4F8刻蝕二氧化硅，Ar為載氣，上電極射頻功率為1200W，下電極射頻功率為500W，遠大于其作為鈍化時的功率。 表 C4F8電離能量（Doi:10.1063/1.1448894）