Bosch刻蚀工艺的制造过程

文章来源：半导体与物理

原文作者：jjfly686

Bosch刻蚀工艺作为微纳加工领域的关键技术，对于HBM和TSV的制造起到了至关重要的作用。

HBM是一种先进的3D堆叠内存技术，通过将多层DRAM芯片垂直堆叠并使用硅通孔（TSV）技术连接，实现了显著的带宽提升和功耗降低。HBM技术在高性能计算、图形处理和人工智能等领域有着广泛的应用。Bosch刻蚀工艺作为微纳加工领域的关键技术，对于HBM和TSV的制造起到了至关重要的作用。

在HBM制造过程中，Bosch刻蚀工艺主要用于形成TSV结构。TSV技术要求在硅基板上刻蚀出深且直的孔洞，以便在不同层之间建立电气连接。Bosch刻蚀工艺的高深宽比和高精度特性使其成为制造TSV的理想选择。

1. 基础刻蚀阶段 (Bosch I 阶段)

目的：去除硅材料，形成初始的沟槽或孔洞。

过程：使用SF6（六氟化硫）作为主要刻蚀气体，通过等离子体放电产生氟自由基和离子。这些活性物种与硅表面发生化学反应，形成挥发性的SiF4（四氟化硅），从而去除硅材料。为了提高刻蚀的选择性和速率，有时会加入少量的氧气(O2)以促进副产物的清除。

2. 侧壁保护阶段

目的：在沟槽或孔洞的侧壁形成保护层，防止后续刻蚀过程中侧壁的侵蚀。

过程：切换到C4F8（八氟环丁烷）作为主要气体。C4F8在等离子体作用下分解并沉积于沟槽侧壁，形成一层聚合物保护膜。这层膜有效地阻止了后续刻蚀过程中侧壁的进一步侵蚀，确保了沟槽的直立性和结构的稳定性。

3. 侧壁刻蚀阶段 (Bosch III 阶段)

目的：去除沟槽底部的硅材料，同时保持侧壁保护层的完整性。

过程：再次切换回SF6为主的刻蚀气体环境，针对已经形成的侧壁保护层进行局部刻蚀。由于保护层的存在，只有暴露在外的硅材料会被有效移除，而沟槽底部及侧壁则受到保护，维持原有的形态。此阶段的关键在于精确控制刻蚀条件，避免对侧壁造成不必要的损伤。

4. 重复循环

目的：通过多次循环，逐步加深沟槽或孔洞的深度，直至达到设计要求。

过程：上述三个阶段构成了一个完整的刻蚀-沉积-再刻蚀周期。每个周期中，侧壁保护层的形成与去除是确保结构完整性的关键步骤。根据所需的刻蚀深度和形状，可以重复进行多个周期，实现更加复杂和精确的结构。

Bosch刻蚀工艺的优势

高深宽比：Bosch工艺能够实现高达几十微米甚至几百微米的深宽比，适用于制造深且直的TSV孔洞。

高精度：通过精确控制刻蚀条件，Bosch工艺能够确保孔洞的垂直度和平滑性，提高TSV的可靠性和性能。

高选择性：Bosch工艺能够选择性地刻蚀硅材料，而不损坏其他材料，确保了TSV结构的完整性和稳定性。