为什么深硅刻蚀中C4F8能起到钝化作用？

本文简单介绍深硅刻蚀中C4F8能起到钝化作用的原因。

不知道大家有没有一个疑问，C4F8是一种刻蚀氧化硅、氮化硅和其他低介电常数材料的气体，为什么在DRIE的BOSCH工艺中又可以作为一种钝化气体，对硅深孔的侧壁进行保护？ 对RIE刻蚀，等离子体是由离子和中性自由基两种物质构成，其中自由基密度更高，数量约高于离子的2~4个数量级。活性自由基是由反应气体分子与高能电子碰撞后产生，通常一次碰撞将一个气体分子分解成多个自由基。SF6、CF4、CHF3、C2F6和C4F8等含F量高的氟化物均可以作为刻蚀气体电离产生F和含F的自由基。在实际工艺中，常会加入惰性气体Ar，它能为等离子体形成提供稳定的电子以维持辉光放电。

对DRIE刻蚀，是基于氟基气体的高深宽比硅刻蚀技术。与RIE刻蚀原理相同，利用硅的各向异性，通过化学作用和物理作用进行刻蚀。不同之处在于，两个射频源：将等离子的产生和自偏压的产生分离，有效避免了RIE，刻蚀中射频功率和等离子密度之间的矛盾；刻蚀和钝化交替进行的Bosch工艺：实现对侧壁的保护，能够实现可控的侧向刻蚀，可以制作出陡峭或其他倾斜角度的侧壁。 DRIE工艺步骤（Bosch工艺）：钝化-刻蚀-钝化-刻蚀。反应室中通入C4F8气体，进行钝化；反应室中通入SF6气体，进行物理和化学刻蚀。

基于BOSCH工艺的DRIE 钝化气体C4F8是一种有机化合物，学名八氟环丁烷。

C4F8气体电离出大量F游离基需要不少于4.88eV能量，而电离出CF2离子，形成(CF2)n长链聚合物需要的能量更低。(CF2)n长链是一种氟化碳类高分子聚合物，类似特氟龙（Teflon）膜，厚度约十几个纳米，呈现约淡黄色，沉积在硅槽侧壁能够阻止氟自由基与硅的反应。而(CF2)n长链去除通过刻蚀阶段电离出的SFx+轰击可形成CF2气体排出。由于(CF2)n长链是由C4F8气体电离产生，因此钝化阶段的射频功率是较为关键的参数，常规的钝化功率（典型200W）是低于刻蚀功率（典型2200W），两者比达1：10以上。C4F8刻蚀二氧化硅，Ar为载气，上电极射频功率为1200W，下电极射频功率为500W，远大于其作为钝化时的功率。 表 C4F8电离能量（Doi:10.1063/1.1448894）