Bosch工藝

1993年，Robert Bosch提出了一種ICP刻蝕工藝技術，被稱作“Bosch 工藝” ^[1]  。

這種工藝首先採用氟基活性基團進行硅的刻蝕，然後進行側壁鈍化，刻蝕和保護兩步工藝交替進行。圖1説明了其工藝過程。它是通過交替轉換刻蝕氣體與鈍化氣體實現刻蝕與邊壁鈍化。其中刻蝕氣體為SF6，鈍化氣體為C4F8。C4F8在等離子體中能夠形成氟化碳類高分子聚合物。它沉積在硅表面能夠阻止氟離子與硅的反應。刻蝕與鈍化每5~10s 轉換一個週期。在短時間的各向同性刻蝕之後即將剛剛刻蝕過的硅表面鈍化。在深度方向由於有離子的物理濺射轟擊，鈍化膜可以保留下來，這樣下一個週期的刻蝕就不會發生側向刻蝕。通過這種週期性“刻蝕-鈍化-刻蝕”，刻蝕只沿着深度方向進行。表1是典型的Bosch工藝參數 ^[2]  。

圖1 博世（Bosch）工藝過程示意圖

表1 典型的Bosch工藝參數

反應離子深度刻蝕硅的水平可以達到在表面1%暴露刻蝕面積的情況下，刻蝕速率可以達到50μm/min，在表面20%暴露刻蝕面積的情況下，刻蝕速率可以達到30μm/min，硅與光刻膠的抗刻蝕比大於300:1，刻蝕的深寬比大於100:1 ^[2]  。

在Bosch工藝中由於刻蝕與鈍化的互相轉換，而每一步刻蝕都是各向同性的，因此造成刻蝕邊壁表面的波紋效應（scalping）。圖2是典型的由於Bosch工藝形成的邊壁波紋。邊壁波紋可形成高達100nm以上的表面粗糙度。通過縮短刻蝕與鈍化的週期可以減弱這種波紋效應。通過優化Bosch刻蝕工藝可以實現70μm深的邊壁表面波紋起伏小於20nm。這種深刻蝕的邊壁足以作為光反射鏡面進行光纖通信開關轉換。另一種減少邊壁波紋粗糙度的方法是在刻蝕後進行化學濕法拋光腐蝕，例如將刻蝕樣品放入KOH+IPA混合腐蝕液中短暫時間，將表面的波紋起伏腐蝕平滑 ^[2]  。

圖2 Bosch工藝形成的邊壁波紋

前面提到的低温刻蝕不會形成所謂“波紋”效應，因為低温刻蝕不需要氣體轉換過程。而且由於系統中不引入鈍化氣體，在刻蝕腔體內壁不會形成氟化碳類聚合物的沉澱。在刻蝕系統方面，低温刻蝕與Bosch刻蝕的區別僅在於一個需要低温冷卻樣品基板，一個需要氣體轉換，所以可以在同一台ICP刻蝕系統上同時實現兩種刻蝕方式 ^[2]  。