深掘りエッチング Deep RIE | T&Mコーポレーション株式会社

深掘りエッチング (Deep Reactive-Ion Etching: DRIE) は、半導体やMEMS（微小電気機械システム）の製造において、基板上にアスペクト比の高い（深く、かつ側壁が垂直な）微細構造を形成するためのドライエッチング技術です。

この技術は、特にシリコン (Si) 基板の加工で不可欠であり、通常、そのプロセスの名称から「深掘りRIE (Deep RIE)」とも呼ばれます。

🛠️ 深掘りエッチング（DRIE）の仕組み

最も広く使用されているDRIEの手法は、ロバート・ボッシュ社が開発した「ボッシュプロセス (Bosch Process)」と呼ばれる、エッチングと保護（パッシベーション）のステップを高速で繰り返すものです。

DRIEでは、主に2種類のガスを交互に導入します。

エッチングステップ:
- ガス: 主に六フッ化硫黄 ( $\text{SF}_6$ ) ガスが使用されます。
- 作用: $\text{SF}_6$ ガスから生成されたラジカル（遊離基）がシリコンと反応し、シリコンを等方的（横方向にも）にエッチング（除去）します。
保護ステップ（パッシベーション）:
- ガス: 主にテフロン系のガス（例: C₄F₈）が使用されます。
- 作用: このガスが微細構造の**側壁に保護膜（パッシベーション膜）**として堆積します。

この2つのステップを交互に繰り返すことで、以下の効果を得ます。

垂直性（異方性）の確保: 保護膜が横方向のエッチングを抑制し、底面のみがイオンの衝突によって除去され続けます。その結果、非常に深い溝や穴を垂直な側壁で掘り進めることができます。
高アスペクト比: 狭い開口部に対して、深さ（高さ）が非常に大きな構造を実現できます。
スカロップ（Scallop）: ステップを繰り返すため、完全に垂直ではなく、側壁には周期的な微小な段差（スカロップ）が生じます。高性能なデバイスでは、このスカロップを低減する低スカロップ加工が求められます。

DRIEは、MEMSデバイスのバルクマイクロマシニング（基板そのものを加工する技術）の主要な作製技術として不可欠です。

MEMSセンサー:
- 加速度センサー/ジャイロセンサー: 可動部と固定部を持つ複雑な微細な機械構造（慣性マス、スプリングなど）の形成。
- 圧力センサー: 薄いダイアフラム（振動膜）構造の形成。
光デバイス/MOEMS:
- 光スイッチやLiDAR用MEMSスキャニングミラーの可動構造。
半導体デバイス:
- DRAM (ダイナミックRAM): 高い静電容量を得るためのキャパシタの深い溝構造の形成。
- LSI実装: $\text{Si}$ 貫通電極（TSV: Through-Silicon Via）の形成。
医療・バイオ: マイクロ流路（微小な流体制御チャネル）の形成。