Bosch刻蝕工藝的制造過程

文章來源：半導(dǎo)體與物理

原文作者：jjfly686

Bosch刻蝕工藝作為微納加工領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)于HBM和TSV的制造起到了至關(guān)重要的作用。

HBM是一種先進(jìn)的3D堆疊內(nèi)存技術(shù)，通過將多層DRAM芯片垂直堆疊并使用硅通孔（TSV）技術(shù)連接，實(shí)現(xiàn)了顯著的帶寬提升和功耗降低。HBM技術(shù)在高性能計(jì)算、圖形處理和人工智能等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。Bosch刻蝕工藝作為微納加工領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)于HBM和TSV的制造起到了至關(guān)重要的作用。

在HBM制造過程中，Bosch刻蝕工藝主要用于形成TSV結(jié)構(gòu)。TSV技術(shù)要求在硅基板上刻蝕出深且直的孔洞，以便在不同層之間建立電氣連接。Bosch刻蝕工藝的高深寬比和高精度特性使其成為制造TSV的理想選擇。

1. 基礎(chǔ)刻蝕階段 (Bosch I 階段)

目的：去除硅材料，形成初始的溝槽或孔洞。

過程：使用SF6（六氟化硫）作為主要刻蝕氣體，通過等離子體放電產(chǎn)生氟自由基和離子。這些活性物種與硅表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成揮發(fā)性的SiF4（四氟化硅），從而去除硅材料。為了提高刻蝕的選擇性和速率，有時(shí)會(huì)加入少量的氧氣(O2)以促進(jìn)副產(chǎn)物的清除。

2. 側(cè)壁保護(hù)階段

目的：在溝槽或孔洞的側(cè)壁形成保護(hù)層，防止后續(xù)刻蝕過程中側(cè)壁的侵蝕。

過程：切換到C4F8（八氟環(huán)丁烷）作為主要?dú)怏w。C4F8在等離子體作用下分解并沉積于溝槽側(cè)壁，形成一層聚合物保護(hù)膜。這層膜有效地阻止了后續(xù)刻蝕過程中側(cè)壁的進(jìn)一步侵蝕，確保了溝槽的直立性和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3. 側(cè)壁刻蝕階段 (Bosch III 階段)

目的：去除溝槽底部的硅材料，同時(shí)保持側(cè)壁保護(hù)層的完整性。

過程：再次切換回SF6為主的刻蝕氣體環(huán)境，針對(duì)已經(jīng)形成的側(cè)壁保護(hù)層進(jìn)行局部刻蝕。由于保護(hù)層的存在，只有暴露在外的硅材料會(huì)被有效移除，而溝槽底部及側(cè)壁則受到保護(hù)，維持原有的形態(tài)。此階段的關(guān)鍵在于精確控制刻蝕條件，避免對(duì)側(cè)壁造成不必要的損傷。

4. 重復(fù)循環(huán)

目的：通過多次循環(huán)，逐步加深溝槽或孔洞的深度，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

過程：上述三個(gè)階段構(gòu)成了一個(gè)完整的刻蝕-沉積-再刻蝕周期。每個(gè)周期中，側(cè)壁保護(hù)層的形成與去除是確保結(jié)構(gòu)完整性的關(guān)鍵步驟。根據(jù)所需的刻蝕深度和形狀，可以重復(fù)進(jìn)行多個(gè)周期，實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜和精確的結(jié)構(gòu)。

Bosch刻蝕工藝的優(yōu)勢(shì)

高深寬比：Bosch工藝能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)幾十微米甚至幾百微米的深寬比，適用于制造深且直的TSV孔洞。

高精度：通過精確控制刻蝕條件，Bosch工藝能夠確?？锥吹拇怪倍群推交?，提高TSV的可靠性和性能。

高選擇性：Bosch工藝能夠選擇性地刻蝕硅材料，而不損壞其他材料，確保了TSV結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性。