深硅刻蚀为什么刻蚀90度呢

深硅刻蚀追求90度垂直侧壁的原因主要与器件性能、工艺兼容性及物理机制相关。以下是详细分析：

1. 器件功能与性能需求

高深宽比结构：MEMS器件（如陀螺仪、加速度计）和集成电路（如TSV三维封装）需要深槽或垂直孔洞，90度侧壁有效面积，避免因倾斜导致的尺寸偏差或机械强度下降35。

应力分布均匀性：垂直侧壁能减少应力集中，避免结构变形或裂纹，尤其对悬臂梁、薄膜等敏感元件至关重要。

电学性能优化：倾斜侧壁可能导致寄生电容或漏电路径增加，90度刻蚀可确保绝缘层（如氧化硅）覆盖均匀，提升器件可靠性。

2. 工艺控制与技术挑战

各向异性刻蚀的物理机制：

干法刻蚀（如Bosch工艺）：通过交替沉积钝化层（C₄F₈聚合物）和氟基刻蚀（SF₆），实现侧向保护与垂直刻蚀。若工艺参数失衡（如刻蚀/钝化时间比不当），侧壁可能倾斜（>90°或<90°）。

离子轰击方向性：高密度等离子体中的离子（如Ar⁺）垂直轰击硅片，促进纵向刻蚀，而侧向刻蚀被钝化膜抑制，从而形成近90度侧壁。

关键参数影响：

刻蚀/钝化时间比：比值过大会导致底部横向刻蚀加剧（垂直度<90°），比值过小则可能因钝化过度导致“缩口”（垂直度>90°）。

气体流量与功率：SF₆流量过高会增强各向同性刻蚀，破坏垂直度；C₄F₈流量不足则钝化层薄弱，侧壁易倾斜

3. 工艺优化与解决方案

Bosch工艺改进：

预轰击步：在主刻蚀前用惰性气体（如Ar⁺）轰击硅片，形成碳基保护膜，减少顶部咬边效应，稳定垂直度。

O₂辅助刻蚀：通入少量O₂促进侧壁氧化，增强钝化膜附着力，抑制倾斜。

温度与压力控制：

低温（如液氮冷却）可减缓化学反应速率，提升离子轰击主导作用，改善垂直度。

腔室压力调节影响等离子体密度，需与气体流量协同优化。

4. 非理想情况与权衡

实际挑战：

侧壁粗糙度：Bosch工艺因交替沉积/刻蚀易产生“锯齿效应”（Scallop），需通过调整周期时间或辅以抛光缓解。

底部不平：大尺寸开口的刻蚀可能因中心与边缘速率差异导致底部倾斜，需结合SOI晶圆或自停止层（如氧化硅）解决。

垂直度与其他指标的平衡：

过高追求垂直度可能牺牲刻蚀速率或均匀性，需根据器件需求优先级调整参数。