Bosch工艺是指在
集成电路制造中为了阻止或减弱侧向
刻蚀,设法在刻蚀的侧向边壁
沉积一层刻蚀薄膜的工艺。因最早由Robert Bosch提出,亦被称为Bosch工艺。
这种工艺首先采用氟基活性基团进行
硅的刻蚀,然后进行
侧壁钝化,刻蚀和保护两步工艺交替进行。图1说明了其工艺过程。它是通过交替转换刻蚀气体与钝化气体实现刻蚀与边壁钝化。其中刻蚀气体为SF6,钝化气体为C4F8。C4F8在等离子体中能够形成氟化碳类高分子聚合物。它沉积在硅表面能够阻止氟离子与硅的反应。刻蚀与钝化每5~10s 转换一个周期。在短时间的各向同性刻蚀之后即将刚刚刻蚀过的硅表面钝化。在深度方向由于有离子的物理
溅射轰击,
钝化膜可以保留下来,这样下一个周期的刻蚀就不会发生侧向刻蚀。通过这种周期性“刻蚀-钝化-刻蚀”,刻蚀只沿着深度方向进行。表1是典型的Bosch工艺参数。
反应离子深度刻蚀硅的水平可以达到在表面1%暴露刻蚀面积的情况下,刻蚀速率可以达到50μm/min,在表面20%暴露刻蚀面积的情况下,刻蚀速率可以达到30μm/min,硅与光刻胶的抗刻蚀比大于300:1,刻蚀的深宽比大于100:1。
在Bosch工艺中由于
刻蚀与
钝化的互相转换,而每一步刻蚀都是
各向同性的,因此造成刻蚀边壁表面的波纹效应(scalping)。图2是典型的由于Bosch工艺形成的边壁波纹。边壁波纹可形成高达100nm以上的
表面粗糙度。通过缩短刻蚀与钝化的周期可以减弱这种
波纹效应。通过优化Bosch刻蚀工艺可以实现70μm深的边壁表面波纹起伏小于20nm。这种深刻蚀的边壁足以作为光反射镜面进行光纤通信开关转换。另一种减少边壁波纹粗糙度的方法是在刻蚀后进行化学
湿法抛光腐蚀,例如将刻蚀样品放入KOH+IPA混合腐蚀液中短暂时间,将表面的波纹起伏腐蚀平滑。
前面提到的低温刻蚀不会形成所谓“波纹”效应,因为低温刻蚀不需要气体转换过程。而且由于系统中不引入
钝化气体,在刻蚀腔体内壁不会形成氟化碳类
聚合物的沉淀。在刻蚀系统方面,低温刻蚀与Bosch刻蚀的区别仅在于一个需要低温冷却样品基板,一个需要气体转换,所以可以在同一台ICP刻蚀系统上同时实现两种刻蚀方式。