深硅刻蝕機(jī)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(qiáng)化學(xué)刻蝕技術(shù)，也稱為反應(yīng)離子刻蝕。以下是其詳細(xì)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(yīng)活性。

反應(yīng)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(xué)反應(yīng)。例如，氟離子（F?）和氟自由基（F·）會(huì)與硅反應(yīng)生成揮發(fā)性的四氟化硅（SiF4）。

同時(shí)，離子的物理轟擊作用也會(huì)剝離已經(jīng)反應(yīng)的硅材料，進(jìn)一步增強(qiáng)刻蝕效果。這種結(jié)合了化學(xué)反應(yīng)和物理撞擊的雙重機(jī)制，使得刻蝕過程能夠高效進(jìn)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(jìn)行。

在刻蝕階段，強(qiáng)電場開啟，等離子體中的離子和自由基強(qiáng)烈沖擊硅片表面，進(jìn)行快速刻蝕。

在鈍化階段，電場強(qiáng)度降低或關(guān)閉，此時(shí)通入鈍化氣體，如SiH4（硅烷）或Si2H6（乙硅烷）等硅烷類氣體，有時(shí)也包括少量的O2（氧氣）或N2（氮?dú)猓?。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(gè)階段的時(shí)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。刻蝕和鈍化階段交替進(jìn)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(shí)保持良好的側(cè)壁形貌。