文章來源：半導體與物理

原文作者：jjfly686

Bosch刻蝕工藝作為微納加工領域的關鍵技術，對于HBM和TSV的制造起到了至關重要的作用。

HBM是一種先進的3D堆疊內存技術，通過將多層DRAM芯片垂直堆疊并使用硅通孔（TSV）技術連接，實現了顯著的帶寬提升和功耗降低。HBM技術在高性能計算、圖形處理和人工智能等領域有著廣泛的應用。Bosch刻蝕工藝作為微納加工領域的關鍵技術，對于HBM和TSV的制造起到了至關重要的作用。

在HBM制造過程中，Bosch刻蝕工藝主要用于形成TSV結構。TSV技術要求在硅基板上刻蝕出深且直的孔洞，以便在不同層之間建立電氣連接。Bosch刻蝕工藝的高深寬比和高精度特性使其成為制造TSV的理想選擇。

1. 基礎刻蝕階段 (Bosch I 階段)

目的：去除硅材料，形成初始的溝槽或孔洞。

過程：使用SF6（六氟化硫）作為主要刻蝕氣體，通過等離子體放電產生氟自由基和離子。這些活性物種與硅表面發生化學反應，形成揮發性的SiF4（四氟化硅），從而去除硅材料。為了提高刻蝕的選擇性和速率，有時會加入少量的氧氣(O2)以促進副產物的清除。

2. 側壁保護階段

目的：在溝槽或孔洞的側壁形成保護層，防止后續刻蝕過程中側壁的侵蝕。

過程：切換到C4F8（八氟環丁烷）作為主要氣體。C4F8在等離子體作用下分解并沉積于溝槽側壁，形成一層聚合物保護膜。這層膜有效地阻止了后續刻蝕過程中側壁的進一步侵蝕，確保了溝槽的直立性和結構的穩定性。

3. 側壁刻蝕階段 (Bosch III 階段)

目的：去除溝槽底部的硅材料，同時保持側壁保護層的完整性。

過程：再次切換回SF6為主的刻蝕氣體環境，針對已經形成的側壁保護層進行局部刻蝕。由于保護層的存在，只有暴露在外的硅材料會被有效移除，而溝槽底部及側壁則受到保護，維持原有的形態。此階段的關鍵在于精確控制刻蝕條件，避免對側壁造成不必要的損傷。

4. 重復循環

目的：通過多次循環，逐步加深溝槽或孔洞的深度，直至達到設計要求。

過程：上述三個階段構成了一個完整的刻蝕-沉積-再刻蝕周期。每個周期中，側壁保護層的形成與去除是確保結構完整性的關鍵步驟。根據所需的刻蝕深度和形狀，可以重復進行多個周期，實現更加復雜和精確的結構。

Bosch刻蝕工藝的優勢

高深寬比：Bosch工藝能夠實現高達幾十微米甚至幾百微米的深寬比，適用于制造深且直的TSV孔洞。

高精度：通過精確控制刻蝕條件，Bosch工藝能夠確保孔洞的垂直度和平滑性，提高TSV的可靠性和性能。

高選擇性：Bosch工藝能夠選擇性地刻蝕硅材料，而不損壞其他材料，確保了TSV結構的完整性和穩定性。