深硅刻蝕為什么刻蝕90度呢

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

1. 器件功能與性能需求

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

應力分布均勻性：垂直側壁能減少應力集中，避免結構變形或裂紋，尤其對懸臂梁、薄膜等敏感元件至關重要。

電學性能優化：傾斜側壁可能導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. 工藝控制與技術挑戰

各向異性刻蝕的物理機制：

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?），實現側向保護與垂直刻蝕。若工藝參數失衡（如刻蝕/鈍化時間比不當），側壁可能傾斜（>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，促進縱向刻蝕，而側向刻蝕被鈍化膜抑制，從而形成近90度側壁。

關鍵參數影響：

刻蝕/鈍化時間比：比值過大會導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致“縮口”（垂直度>90°）。

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

3. 工藝優化與解決方案

Bosch工藝改進：

預轟擊步：在主刻蝕前用惰性氣體（如Ar?）轟擊硅片，形成碳基保護膜，減少頂部咬邊效應，穩定垂直度。

O?輔助刻蝕：通入少量O?促進側壁氧化，增強鈍化膜附著力，抑制傾斜。

溫度與壓力控制：

低溫（如液氮冷卻）可減緩化學反應速率，提升離子轟擊主導作用，改善垂直度。

腔室壓力調節影響等離子體密度，需與氣體流量協同優化。

4. 非理想情況與權衡

實際挑戰：

側壁粗糙度：Bosch工藝因交替沉積/刻蝕易產生“鋸齒效應”（Scallop），需通過調整周期時間或輔以拋光緩解。

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致底部傾斜，需結合SOI晶圓或自停止層（如氧化硅）解決。

垂直度與其他指標的平衡：

過高追求垂直度可能犧牲刻蝕速率或均勻性，需根據器件需求優先級調整參數。