1993年，Robert Bosch提出了一種ICP刻蝕工藝技術(shù)，被稱(chēng)作“Bosch 工藝”。該刻蝕技術(shù)目前受到專(zhuān)利保護(hù)，一旦設(shè)備生產(chǎn)廠家想制造深硅刻蝕的設(shè)備，需要對(duì)Robert Bosch GmbH 公司支付一次性的專(zhuān)利費(fèi)才可以永久使用該技術(shù)。

二、原理

    該工藝使用氟基化學(xué)等離子體來(lái)蝕刻硅，結(jié)合氟碳等離子體工藝來(lái)提供側(cè)壁鈍化和提高對(duì)掩膜材料的選擇性。在完整蝕刻過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)深、垂直的刻蝕輪廓需要蝕刻和沉積步驟之間需要循環(huán)多次。它依賴(lài)于源氣體在到達(dá)晶圓之前在高密度等離子體區(qū)域中被分解，而等離子體產(chǎn)生的電壓降需要很小并且可控。六氟化硫(SF₆)為硅蝕刻提供了氟的源氣體，其很容易在高密度等離子體中分解，釋放出氟自由基。側(cè)壁鈍化和掩膜材料保護(hù)是由一種環(huán)氟化碳化合物八氟環(huán)丁烷(c-C₄F₈)提供的。在高密度等離子體中,其破裂產(chǎn)生CF₂和更長(zhǎng)的鏈自由基，這些氟碳聚合物很容易沉積在被蝕刻的樣品上，從而形成整個(gè)Wafer的表面保護(hù)。整個(gè)刻蝕過(guò)程通過(guò)調(diào)整蝕刻步驟效率、沉積步驟效率或兩步的次數(shù)比（相對(duì)比）來(lái)控制刻蝕材料的輪廓、蝕刻速率和掩膜材料的選擇性，整個(gè)過(guò)程如圖1所示。

圖片1

    另外有兩個(gè)工藝原理需要注意：

1） 這種技術(shù)不能在反應(yīng)離子蝕刻系統(tǒng)(RIE)中進(jìn)行，因?yàn)檫@些系統(tǒng)的離子與自由基的平衡不能滿足需求。這種平衡性需要在高密度等離子體系統(tǒng)(HDP)中才能實(shí)現(xiàn)。目前，最廣泛使用的HDP形式使用電感耦合來(lái)產(chǎn)生高密度等離子體，因此被稱(chēng)為“電感耦合等離子體”(ICP)。

2）該工藝對(duì)光刻膠的刻蝕速率相對(duì)較慢，在某種程度上，它甚至不需要在蝕刻之前對(duì)光刻膠進(jìn)行硬烘烤。事實(shí)上，最好避免高溫烘烤光刻膠，因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致光刻膠輪廓的變化，導(dǎo)致某些結(jié)構(gòu)的掩膜變形，從而影響刻蝕效果。為了保證刻蝕效果，當(dāng)刻蝕深度相對(duì)較低的時(shí)候，工藝人員甚至可以光刻后不堅(jiān)膜直接進(jìn)行刻蝕。

二、設(shè)備結(jié)構(gòu)及要求

  由于Bosch工藝的過(guò)程中會(huì)涉及兩種氣體，為了控制氣體轉(zhuǎn)換的效率及刻蝕的效果，其對(duì)于設(shè)備具有一定的要求。目前已經(jīng)有一些設(shè)備可以運(yùn)行Bosch工藝，可以以牛津儀器（等離子體應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)室）的設(shè)備為例，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2

  Bosch工藝對(duì)于設(shè)備的特殊要求可以參考下面幾個(gè)參數(shù)：

1）快速的抽氣速度。為了達(dá)到高蝕刻率，必須使用高流量的工藝氣體。而只能通過(guò)使用高效泵送在所需壓力下實(shí)現(xiàn)。一般來(lái)說(shuō)，通常選擇比腔室尺寸/壓力所需更大容量的渦輪分子泵。

2）快速響應(yīng)的質(zhì)量流量控制器。用于該工藝的質(zhì)量流量控制器應(yīng)超過(guò)SEMI標(biāo)準(zhǔn)E17-91，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在設(shè)定點(diǎn)的2%范圍內(nèi)，響應(yīng)時(shí)間應(yīng)在1.0秒內(nèi)。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)槊恳徊降臅r(shí)間可以短到3秒。

3）晶圓片與ICP區(qū)域之間的距離最小為100mm。目的是降低離子與自由基的比例，因?yàn)樽杂苫入x子有更長(zhǎng)的衰變時(shí)間。在刻蝕過(guò)程中，這兩種離子都是需要的，一般過(guò)多的離子會(huì)導(dǎo)致輪廓問(wèn)題，更多的自由基只會(huì)增加硅的蝕刻速度。

4）電感耦合功率在ICP區(qū)域。目的是使等離子體在ICP區(qū)域內(nèi)具有更好的均勻性。電感耦合會(huì)在線圈的驅(qū)動(dòng)和接地部分之間變化，導(dǎo)致離子密度的差異。這種離子密度的變化將影響刻蝕的面內(nèi)均勻性。并且，如果對(duì)ICP管材料有攻擊的話，可能導(dǎo)致污染效應(yīng)(如“黑硅”)。

5）側(cè)壁、蓋子和泵管需要加熱。目的是減少氟碳聚合物沉積在可能脫落的區(qū)域，作為顆粒落在晶圓上。并且，泵管加熱會(huì)最大限度地減少硫化合物在泵管和渦輪泵上的沉積，但是可能會(huì)導(dǎo)致可靠性和維護(hù)問(wèn)題。

6）相對(duì)短的質(zhì)量流量控制器和工藝室之間的氣體管路。在質(zhì)量流量控制器打開(kāi)和氣體到達(dá)腔體之間會(huì)有一段時(shí)間延遲。保持短的混合氣體管線將最小化這種延遲，允許更短的步進(jìn)時(shí)間。

7）良好的腔室的材料。目前，石英的ICP管取得了相對(duì)較好的結(jié)果，但是它的缺點(diǎn)是會(huì)被氟刻蝕。氧化鋁是一種廣泛使用的替代材料，但是仍需要調(diào)節(jié)才能達(dá)到良好的效果。調(diào)節(jié)過(guò)程可以以如下步驟運(yùn)行：在裸露的硅片上運(yùn)行整個(gè)刻蝕過(guò)程，剛開(kāi)始時(shí)，刻蝕結(jié)果可能是黑色或者是模糊（霧狀）；隨著刻蝕的優(yōu)化及時(shí)間增加，刻蝕的硅片表面會(huì)是光滑的，說(shuō)明已經(jīng)達(dá)到的良好的效果。