Bosch工艺的周边漫谈

本篇漫谈Bosch工艺图形化过程中掩蔽层的选择及其工艺对于刻蚀设备的特殊要求。

图Bosch工艺示例

从掩蔽层和硅的刻蚀选择比、去除难度、副产物的影响等多维度综合考虑，对于刻蚀深度超过400um的硅，实际的Bosch工艺常采用双层掩蔽层结构，具体为底层为较薄的SiO2薄膜（100~200nm），上层为较厚的AZ4620光刻胶（10um左右）。

双掩蔽层制备工艺步骤如下：

1） 背面淀积SiO2薄膜；

2） 预处理，HMDS系统，真空、氮气、药液、加热120C/10min；

3） 旋涂光刻胶AZ4620，烘烤100C/420s；

4） 光刻，使SiO2薄膜图形化；

5） RIE刻蚀SiO2薄膜，形成双掩蔽层；

完成掩蔽层制备后，显微镜观测光刻胶图形良好，不存在显影过度或不足的现象。

Bosch工艺对于设备的特殊要求可以参考以下几点：

1）快速抽气。为了达到高蚀刻率，必须使用高流量的工艺气体。一般来说，通常使用比认为的腔室尺寸/压力所需更大容量的涡轮分子泵。

2）快速响应的质量流量控制器。用于该工艺的质量流量控制器应响应时间应在1.0秒内。这一点很重要，因为每一步的时间可以短到3秒。

3）晶圆片与ICP区域之间的距离最小为100mm。目的是降低离子与自由基的比例，因为自由基比离子有更长的衰变时间。在刻蚀过程中，这两种离子都是需要的，一般过多的离子会导致轮廓问题，更多的自由基只会增加硅的蚀刻速度。

4）电感耦合功率在ICP区域。目的是使等离子体在ICP区域内具有更好的均匀性。电感耦合会在线圈的驱动和接地部分之间变化，导致离子密度的差异。这种离子密度的变化将影响刻蚀的面内均匀性。并且，如果对ICP管的材料有攻击的话，可能导致污染(如“黑硅”)。

5）侧壁、盖子和泵管需要加热。目的是减少氟碳聚合物在可能脱落的区域沉积，并形成颗粒落在晶圆上。并且泵管加热会最大限度地减少硫化合物在泵管和涡轮泵上的沉积，这可能会导致可靠性和维护问题。

6）相对短的质量流量控制器和工艺室之间的气体管路。在质量流量控制器打开和气体到达腔体之间会有一段时间延迟。保持短的混合气体管线将最小化这种延迟，允许更短的步进时间。

7）腔室的材料可能很重要。目前，石英的ICP管取得了相对较好的结果，但是它的缺点是会被氟刻蚀。氧化铝是一种广泛使用的替代材料，但是仍需要调节才能达到良好的效果。调节过程可以以如下步骤运行：在裸露的硅片上整个刻蚀过程，刚开始时，结果可能会是黑色硅，或者是模糊的雾状效果，直到被刻蚀的硅片表面是光滑的，说明已经达到的良好的效果。