【工艺】Bosch工艺

　　为了阻止或减弱侧向刻蚀，只有设法在刻蚀的侧向边壁沉积一层刻蚀薄膜。这就是Bocsh工艺。所谓Bocsh工艺，就是在反应离子刻蚀过程中不断在边壁上沉积抗刻蚀层或边壁钝化层。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。

图1 Bosch工艺过程

表1 典型的Bosch工艺参数

　 　目前反应离子深度刻蚀硅的水平是，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刻蚀工艺可以实现在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。

图2 Bosch工艺形成的边壁波纹

　 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。

参考文献：

[1]崔铮．微纳米加工技术及其应用．北京：高等教育出版社，2017.2,：398-398