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深硅刻蝕機工作原理

來源:蘇州芯矽電子科技有限公司   2025年02月28日 10:02  

深硅刻蝕機的工作原理主要基于干法刻蝕中的Bosch工藝,該工藝是一種等離子體增強化學刻蝕技術(shù),也稱為反應離子刻蝕。以下是其詳細的工作原理:

等離子體生成:

在封閉的腔室內(nèi)注入特定的氣體,如CF4(四氟化碳)、CHF3(三氟化碳)、Ar(氬氣)等,并施加射頻(RF)電源。射頻電源產(chǎn)生的高頻電場使氣體分子電離,形成由離子、電子和自由基組成的等離子體。這些等離子體具有高反應活性。

反應與物理刻蝕:

等離子體中的活性離子和自由基在電場作用下加速撞擊硅片表面,與表面的硅材料發(fā)生化學反應。例如,氟離子(F?)和氟自由基(F·)會與硅反應生成揮發(fā)性的四氟化硅(SiF4)。

同時,離子的物理轟擊作用也會剝離已經(jīng)反應的硅材料,進一步增強刻蝕效果。這種結(jié)合了化學反應和物理撞擊的雙重機制,使得刻蝕過程能夠高效進行。

脈沖模式:

Bosch工藝采用脈沖模式,包括刻蝕階段和鈍化階段的交替進行。

在刻蝕階段,強電場開啟,等離子體中的離子和自由基強烈沖擊硅片表面,進行快速刻蝕。

在鈍化階段,電場強度降低或關閉,此時通入鈍化氣體,如SiH4(硅烷)或Si2H6(乙硅烷)等硅烷類氣體,有時也包括少量的O2(氧氣)或N2(氮氣)。這些氣體在硅片表面快速沉積一層薄而穩(wěn)定的鈍化膜,如硅氧化物或硅氮化物。這層鈍化膜可以抑制側(cè)向刻蝕,保持良好的刻蝕剖面控制。

循環(huán)刻蝕:

通過精確控制每個階段的時間、氣體流量和等離子體參數(shù),維持刻蝕速率與鈍化膜生長速率之間的平衡??涛g和鈍化階段交替進行,形成雙周期循環(huán)。隨著循環(huán)次數(shù)的增加,溝槽逐漸加深,同時保持良好的側(cè)壁形貌。


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