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在目前的MEMS加工工艺中，高深宽比硅刻蚀是最具特色的一项工艺技术，尤其是在体硅工艺中，高深宽比硅刻蚀技术常常用于三维结构的最终释放和MEMS系统核心器件的最终形成，在MEMS系统的加工和制造中发挥着重要的作用。本文开展面向高深宽比硅刻蚀及其复杂现象的机理研究，综合实验结果，创建高深宽比硅刻蚀工艺的理论模型，开发出高深宽比硅刻蚀工艺的模拟工具，在特征尺寸的模拟级别上，对高深宽比硅刻蚀加工方法中的Bosch过程进行模型分析，对加工过程以及其中出现的Lag效应进行二维及三维的仿真研究，并通过同实验结果的对比来验证模拟的有效性。总的说来，主要的工作内容包括以下几个方面。
分析了加工等离子体及等离子体鞘层的特点，并针对等离子体鞘层对加工所产生的决定性影响，研究了鞘层中离子的角度分布对刻蚀的各向异性性质的影响。探讨了等离子体加工中的反应过程，包括等离子体加工过程中，刻蚀和淀积所涉及的等离子体-衬底表面(固态-气相)反应的一般步骤，以及等离子体-衬底表面反应中可能涉及的基本表面反应的各种机制。在应用ICP设备进行硅片加工时，反应室中会发生刻蚀或者钝化(淀积)的反应，包含着复杂的物理化学过程。对这些过程进行分析，抽离出了其中所包含的基本的表面反应的类型，为建立ICP反应模型提供了必要前提。从物理机理的层面上对高深宽比硅刻蚀工艺中的Bosch过程进行分析和研究，通过理论分析以及实验结果分析，确定其中刻蚀和钝化过程所包含的反应机制，分别对其进行物理建模和模型分析，为仿真工作奠定基础。
基于线模型和单元模型，设计了二维的线－单元混合图形表示模型及其数据结构，开发了线－单元模型的演进算法以及屏蔽检测算法，解决了线结构和单元结构在耦合过程中出现的不自恰问题和空洞碎片问题，改进了线结构的演进算法，并用模拟实验验证线－单元模型的有效性。以上工作为高深宽比硅刻蚀加工过程的二维模拟提供了算法和数据结构的基础。
建立了Bosch过程具体的物理模型，提取Bosch加工过程中的模拟参数，同线－单元模型相结合，完成对单独表面反应机制的模拟和解释，实现对Bosch加工过程的二维模拟以及模拟结果的显示。对加工结构的侧壁微小波纹的形成过程进行模拟并同实验结构进行比较，完成对侧壁微小波纹粗糙度的调整控制的模拟以及解释，完成对侧壁剖面形状控制的模拟，其中包括垂直侧壁形状、窄口U形侧壁形状和V形侧壁形状，并同实验结果进行比较。
对高深宽比硅刻蚀工艺中出现的Lag效应进行了分析，通过对其进行模拟仿真，解释了模拟中Lag效应出现的原因，找到了物理模型中引起Lag效应的机制。通过对单项刻蚀实验的观察和分析，发现了另一个Lag效应的产生原因。根据这个发现，对物理模型中的刻蚀模型进行修改和完善，使得物理模型同实际情况更加符合。
设计三维的图形表示方法及其数据结构，开发三维图形表示的演进算法、屏蔽检测算法以及空间张角的计算方法，完成输入输出文件格式的设计，使用OpenGL语言实现模拟结果的三维显示。嵌入相对简单的表面反应模型，实现单独刻蚀/淀积机制的模拟，完成在复杂转移图形掩膜下的刻蚀模拟，使用虚拟侧壁保护的假设，进行准刻蚀钝化交替过程的模拟，开发窄带模拟方法实现刻蚀剖面的快速模拟。以上工作实现了对高深宽比硅刻蚀加工过程的初步三维模拟。