深硅刻蝕追求90度垂直側(cè)壁的原因主要與器件性能、工藝兼容性及物理機(jī)制相關(guān)。以下是詳細(xì)分析：

1. 器件功能與性能需求

高深寬比結(jié)構(gòu)：MEMS器件（如陀螺儀、加速度計(jì)）和集成電路（如TSV三維封裝）需要深槽或垂直孔洞，90度側(cè)壁有效面積，避免因傾斜導(dǎo)致的尺寸偏差或機(jī)械強(qiáng)度下降35。

應(yīng)力分布均勻性：垂直側(cè)壁能減少應(yīng)力集中，避免結(jié)構(gòu)變形或裂紋，尤其對(duì)懸臂梁、薄膜等敏感元件至關(guān)重要。

電學(xué)性能優(yōu)化：傾斜側(cè)壁可能導(dǎo)致寄生電容或漏電路徑增加，90度刻蝕可確保絕緣層（如氧化硅）覆蓋均勻，提升器件可靠性。

2. 工藝控制與技術(shù)挑戰(zhàn)

各向異性刻蝕的物理機(jī)制：

干法刻蝕（如Bosch工藝）：通過交替沉積鈍化層（C?F?聚合物）和氟基刻蝕（SF?），實(shí)現(xiàn)側(cè)向保護(hù)與垂直刻蝕。若工藝參數(shù)失衡（如刻蝕/鈍化時(shí)間比不當(dāng)），側(cè)壁可能傾斜（>90°或<90°）。

離子轟擊方向性：高密度等離子體中的離子（如Ar?）垂直轟擊硅片，促進(jìn)縱向刻蝕，而側(cè)向刻蝕被鈍化膜抑制，從而形成近90度側(cè)壁。

關(guān)鍵參數(shù)影響：

刻蝕/鈍化時(shí)間比：比值過大會(huì)導(dǎo)致底部橫向刻蝕加劇（垂直度<90°），比值過小則可能因鈍化過度導(dǎo)致“縮口”（垂直度>90°）。

氣體流量與功率：SF?流量過高會(huì)增強(qiáng)各向同性刻蝕，破壞垂直度；C?F?流量不足則鈍化層薄弱，側(cè)壁易傾斜

3. 工藝優(yōu)化與解決方案

Bosch工藝改進(jìn)：

預(yù)轟擊步：在主刻蝕前用惰性氣體（如Ar?）轟擊硅片，形成碳基保護(hù)膜，減少頂部咬邊效應(yīng)，穩(wěn)定垂直度。

O?輔助刻蝕：通入少量O?促進(jìn)側(cè)壁氧化，增強(qiáng)鈍化膜附著力，抑制傾斜。

溫度與壓力控制：

低溫（如液氮冷卻）可減緩化學(xué)反應(yīng)速率，提升離子轟擊主導(dǎo)作用，改善垂直度。

腔室壓力調(diào)節(jié)影響等離子體密度，需與氣體流量協(xié)同優(yōu)化。

4. 非理想情況與權(quán)衡

實(shí)際挑戰(zhàn)：

側(cè)壁粗糙度：Bosch工藝因交替沉積/刻蝕易產(chǎn)生“鋸齒效應(yīng)”（Scallop），需通過調(diào)整周期時(shí)間或輔以拋光緩解。

底部不平：大尺寸開口的刻蝕可能因中心與邊緣速率差異導(dǎo)致底部?jī)A斜，需結(jié)合SOI晶圓或自停止層（如氧化硅）解決。

垂直度與其他指標(biāo)的平衡：

過高追求垂直度可能犧牲刻蝕速率或均勻性，需根據(jù)器件需求優(yōu)先級(jí)調(diào)整參數(shù)。