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

二、原理

    該工藝使用氟基化學(xué)等離子體來蝕刻硅，結(jié)合氟碳等離子體工藝來提供側(cè)壁鈍化和提高對掩膜材料的選擇性。在完整蝕刻過程中，實現(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Wafer的表面保護。整個刻蝕過程通過調(diào)整蝕刻步驟效率、沉積步驟效率或兩步的次數(shù)比（相對比）來控制刻蝕材料的輪廓、蝕刻速率和掩膜材料的選擇性，整個過程如圖1所示。

圖片1

    另外有兩個工藝原理需要注意：

1） 這種技術(shù)不能在反應(yīng)離子蝕刻系統(tǒng)(RIE)中進行，因為這些系統(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)中才能實現(xiàn)。目前，最廣泛使用的HDP形式使用電感耦合來產(chǎn)生高密度等離子體，因此被稱為“電感耦合等離子體”(ICP)。

2）該工藝對光刻膠的刻蝕速率相對較慢，在某種程度上，它甚至不需要在蝕刻之前對光刻膠進行硬烘烤。事實上，最好避免高溫烘烤光刻膠，因為這會導(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)刻蝕深度相對較低的時候，工藝人員甚至可以光刻后不堅膜直接進行刻蝕。

二、設(shè)備結(jié)構(gòu)及要求

  由于Bosch工藝的過程中會涉及兩種氣體，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)備可以運行Bosch工藝，可以以牛津儀器（等離子體應(yīng)用技術(shù)實驗室）的設(shè)備為例，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2

  Bosch工藝對于設(shè)備的特殊要求可以參考下面幾個參數(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。而只能通過使用高效泵送在所需壓力下實現(xiàn)。一般來說，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SEMI標(biāo)準(zhǔn)E17-91，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在設(shè)定點的2%范圍內(nèi)，響應(yīng)時間應(yīng)在1.0秒內(nèi)。這一點很重要，因為每一步的時間可以短到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，因為自由基比離子有更長的衰變時間。在刻蝕過程中，這兩種離子都是需要的，一般過多的離子會導(dǎo)致輪廓問題，更多的自由基只會增加硅的蝕刻速度。

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。電感耦合會在線圈的驅(qū)動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，但是可能會導(dǎo)致可靠性和維護問題。

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

7）良好的腔室的材料。目前，石英的ICP管取得了相對較好的結(jié)果，但是它的缺點是會被氟刻蝕。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)過程可以以如下步驟運行：在裸露的硅片上運行整個刻蝕過程，剛開始時，刻蝕結(jié)果可能是黑色或者是模糊（霧狀）；隨著刻蝕的優(yōu)化及時間增加，刻蝕的硅片表面會是光滑的，說明已經(jīng)達(dá)到的良好的效果。