RIE是一种结合了物理溅射和化学反应双重机制的刻蚀技术。在等离子体中，离子和中性自由基共同作用于材料表面。其中，自由基的密度远高于离子，它们通过高能电子与反应气体分子的碰撞产生，并主导了刻蚀过程中的化学反应。SF6、CF4、CHF3、C2F6和C4F8等含氟量高的氟化物均可作为刻蚀气体，电离产生F和含F的自由基，实现对材料的刻蚀。在实际工艺中，惰性气体Ar常被加入，以提供稳定的电子，维持辉光放电。

    DRIE即基于氟基气体的高深宽比硅刻蚀技术，是RIE技术的进一步发展和优化。它同样利用硅的各向异性，通过化学作用和物理作用进行刻蚀。但DRIE工艺的独特之处在于，它采用了两个射频源，将等离子的产生和自偏压的产生分离，有效避免了RIE中射频功率和等离子密度之间的矛盾。此外，DRIE还引入了钝化和刻蚀交替进行的Bosch工艺，通过对侧壁的保护，实现了可控的侧向刻蚀，从而能够制作出陡峭或其他倾斜角度的侧壁。

     在DRIE的Bosch工艺中，在钝化阶段，C4F8气体被通入反应室，通过电离产生(CF2)n长链聚合物。这种氟化碳类高分子聚合物，类似特氟龙膜，具有优异的化学稳定性和疏水性，能够沉积在硅槽侧壁，形成一层薄薄的保护膜，阻止氟自由基与硅的反应，从而实现对侧壁的保护。

一、C4F8的钝化机制

电离过程

     C4F8气体电离出大量F游离基需要不少于4.88eV的能量，而电离出CF2离子，形成(CF2)n长链聚合物所需的能量更低。这意味着在适当的射频功率下，C4F8可以更容易地形成(CF2)n长链。

聚合物形成

     (CF2)n长链是一种高分子聚合物，其结构稳定，能够在硅槽侧壁形成一层致密的保护膜。这层保护膜不仅能够阻止氟自由基与硅的反应，还能在一定程度上减少刻蚀过程中的侧向刻蚀，保持侧壁的陡峭度。

保护机制

     在钝化阶段，(CF2)n长链聚合物沉积在硅槽侧壁后，能够有效阻挡后续刻蚀阶段中电离出的SFx+离子对侧壁的轰击，从而保护侧壁不被刻蚀。同时，(CF2)n长链聚合物还能通过刻蚀阶段电离出的SFx+轰击形成CF2气体排出，实现保护膜的动态更新和维持。

钝化功率的关键性

     在DRIE的Bosch工艺中，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）远低于刻蚀功率（典型2200W），两者比达1：10以上。这是因为，过高的射频功率会导致C4F8气体过度电离，产生过多的F游离基，从而破坏(CF2)n长链聚合物的结构，降低其保护效果。而适当的射频功率则能够确保C4F8气体电离产生适量的(CF2)n长链聚合物，形成有效的保护膜。

二、C4F8的刻蚀与钝化双重性

     C4F8不仅能在DRIE的Bosch工艺中作为钝化气体，还能在特定条件下作为刻蚀气体使用。例如，在刻蚀二氧化硅时，C4F8可以作为刻蚀气体，Ar作为载气，通过调整上下电极的射频功率（如上电极射频功率为1200W，下电极射频功率为500W），实现对二氧化硅的有效刻蚀。然而，在这种刻蚀过程中，C4F8的功率条件远大于其作为钝化时的功率，这体现了C4F8在刻蚀与钝化之间的微妙平衡和双重性。

     C4F8在深硅刻蚀中的钝化作用，是其独特化学性质和物理机制共同作用的结果。通过电离产生(CF2)n长链聚合物，C4F8能够在硅槽侧壁形成一层致密的保护膜，有效阻挡氟自由基与硅的反应，保护侧壁不被刻蚀。同时，通过调整射频功率等工艺参数，可以实现对C4F8钝化效果的精确控。