深硅刻蚀：瀑布效应

瀑布效应是深硅刻蚀过程中的一种典型侧壁缺陷，它的名字形象地描绘了沟槽侧壁在上部突然内收的轮廓变化，如同瀑布边缘那一瞬间的陡然垂落。

在理想的深硅刻蚀中，人们期望获得垂直且光滑的侧壁结构，以便后续的填充、封装或器件性能不受影响。

然而在实际工艺中，瀑布效应常常打破这一理想状态，成为必须控制的工艺难点之一。

这种效应的根源来自于刻蚀和钝化之间的平衡失控。在Bosch工艺中，刻蚀和钝化以循环的方式交替进行。刻蚀周期中，等离子体将沟槽底部的硅材料蚀除；钝化周期中，聚合物在侧壁和底部沉积，以保护结构免于横向蚀刻。当钝化反应在沟槽上部更强烈，而刻蚀离子在进入深沟槽时能量不足、角度变化，无法有效清除上部聚合物时，聚合物便在沟槽上部堆积，逐步形成一道“屏障”，让上部侧壁开始收缩，显现出如瀑布一般的形态。这种形变，不仅破坏了垂直性，也可能造成侧壁粗糙、填充困难甚至功能失效。

瀑布效应还与图形的尺寸、密度、气体流量、功率设置等参数密切相关。在沟槽密集区，由于反应物和离子的供应受限，刻蚀速率降低，而钝化聚合物相对堆积得更快，导致沟槽口变窄、侧壁变形更加明显。而在一些尺寸较大的结构中，离子方向性变差，聚合物无法被彻底去除，也会形成类似现象。

这种效应一旦发生，影响是连锁的。沟槽口的收缩会限制后续沉积材料的进入，造成空洞、气泡或裂纹。而非垂直的侧壁形状则可能带来电性不一致、机械响应变化，甚至器件可靠性下降。在某些对精度要求极高的MEMS或先进封装中，这样的形貌偏差几乎无法容忍。

为了避免瀑布效应，工艺工程师往往需要在刻蚀和钝化之间进行极为精细的调控。这不仅包括时间上的控制，更涉及气体种类和比例、等离子体能量、温度管理等多维度的综合调节。有时，为了追求更平滑的侧壁，人们会摒弃Bosch循环，转向低温连续刻蚀的冷冻工艺，或引入更先进的脉冲控制技术，以获得更优的各向异性刻蚀效果。

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