深反應離子蝕刻(DRIE:Deep Reactive Ion Etching)是以高深寬比(深度/寬度比在10以上)精密蝕刻矽及其他材料的進階乾式蝕刻技術,特點是能在保持垂直性(近乎垂直的側壁)的同時形成深結構。廣泛應用於MEMS元件製造、TSV(矽穿孔)形成、3D NAND堆疊結構的通道孔形成等各種半導體製造步驟。
DRIE的代表性手法是Bosch(博世)製程,透過交替重複蝕刻步驟與鈍化步驟,實現接近垂直的側壁。蝕刻使用SF₆電漿,鈍化使用C₄F₈電漿,各以數秒為週期切換。此方法會在側壁形成扇貝紋(scallop,扇貝狀凹凸),但可藉由最佳化製程條件將表面粗糙度降到最低。
DRIE是3D NAND快閃記憶體製造的核心技術。在超過256層的堆疊結構中,必須以奈米精度形成深寬比50~80以上的深孔,科林研發的「Sense.i」系列與東京威力科創(TEL)的「Vigus」蝕刻系統可因應此需求。
用於TSV(矽穿孔)的DRIE,要求在整片晶圓上均勻形成直徑5~10μm、深度50~100μm的高深寬比通孔。在HBM這類記憶體堆疊中,TSV負責電源/訊號的垂直連接,DRIE的性能直接影響HBM的電氣特性。
在次世代課題方面,針對3D NAND堆疊層數增加(512層以上)的超高深寬比蝕刻(AR100以上),以及與2nm以後邏輯GAA結構形成所需之原子層蝕刻(ALE:Atomic Layer Etching)的結合,都在研究中。電漿均勻性的晶圓面內控制,以及提高選擇比(蝕刻對象材料與保留材料的去除速率比),是設備開發的核心主題。