9、博世深反应离子刻蚀工艺技术在硅通孔中的应用

博世深反应离子刻蚀工艺技术在硅通孔中的应用

1. 硅等离子体刻蚀基础

1.1 反应离子刻蚀（RIE）概述

自20世纪70 - 80年代起，等离子体刻蚀（即反应离子刻蚀，RIE）在半导体领域得以广泛应用。早期RIE工作使用的经典工具是二极管反应器。其典型配置包含以下关键元素：
- 反应气体通过可调节的质量流量控制器输送至处理腔室。
- 接地的喷淋头电极作为气体入口。
- 承载晶圆的衬底电极。
- 射频（RF）电源通过电容与衬底电极耦合，电容通常是更复杂匹配单元的一部分，用于适配RF阻抗。常用的射频频率包括低频（380 kHz）、中频（2 MHz）或高频（13.56 MHz），多数情况下采用13.56 MHz作为等离子体产生的标准频率。

有效的抽气系统为反应器腔室提供低压条件，压力范围从0.1到几十Pa，使带电电极和接地电极之间形成放电，从而在一种或多种复合气体的氛围中形成等离子体。耦合电容使带电电极能够悬浮在直流电位上，这就是所谓的“直流偏置电压”，它促使离子向带电的衬底电极加速运动。

在经典的RIE工具中，与衬底电极耦合的RF功率既能产生等离子体放电，又能产生朝向晶圆衬底的离子加速电压（直流偏置）。可以在硅中刻蚀出各向同性、垂直和各种锥形轮廓，应用于浅沟槽、集成电路制造中晶体管之间的沟槽隔离、接触孔形成以及动态随机存取存储器（DRAM）沟槽单元（用于存储的沟槽电容器）等电子电路制造过程。

然而，经典RIE存在一定局限性。等离子体密度和离子能量紧密相关，无法独立调节，因此在微加工深结构时表现不足，主要原因包括低掩模选择性、不足的轮廓控制以及刻蚀速度较低。不过，它具备蚀刻高深宽比深结构的基本潜力。 <