高深宽比微纳结构目前在生物传感器、三维微型电池、光子晶体、三维集成电路金属互连等领域中展现出巨大的潜在应用价值。例如,基于高深宽比金属互连的下一代三维多层集成电路在响应时间、集成度以及可靠性上明显优于目前普遍采用的二维集成电路。再例如,基于高深宽比三维电极阵列的三维微型电池相比二维薄膜电池在相同电极基底面积上能够提供更多的能量和功率,同时保持很高的放电速率。此外,高深宽比纳米柱、针尖等结构在生化分析和太阳能电池领域也发挥着越来越重要的作用。但同时,更高深宽比结构的加工也对现有工艺提出了前所未有的挑战。如上面提到的下一代三维集成电路金属互连结构的深宽比被期望能够达到100：1,即使目前最先进的深反应离子刻蚀也无法达到如此高的深宽比刻蚀。不仅如此,如此高深宽比的金属填充也是一个巨大的挑战,目前已知的基于自底向上电镀的通孔填充技术所达到的深宽比普遍低于20：1。对于三维微型电池来说,其独立式高深宽比金属电极则更需要无任何缺陷的金属填充技术以保证足够的电极产率和机械强度。本文从三维微型电池制备的需求出发,选取目前高深宽比结构加工中几种常用的关键工艺进行研究,包括深反应离子刻蚀、硅光电化学刻蚀和电镀,力求对这几种工艺加工水平的提高有所突破,使其能够更好地服务于实际应用。具体研究内容包括：深反应离子刻蚀模拟、基于深反应离子刻蚀的高深宽比硅结构加工、基于光电化学刻蚀的高深宽比硅结构加工、高深宽比金属结构加工高深宽比结构应用——三维微型电池。首先,针对目前深反应离子刻蚀缺乏有效的三维模拟这一问题,我们将原有二维工艺模型推广到三维,并采用我们之前提出的基于体元(Voxel)的MEMS工艺仿真方法对该三维模型进行数学形态学建模。通过一系列优化算法,我们首次实现了深反应离子刻蚀工艺的三维可视化仿真。此外,我们还首次将深反应离子刻蚀的模拟拓展到纳米尺度,通过加入改进的气体传输与微负载效应模型实现了对大范围高密度侧壁可控的纳米结构刻蚀形貌的三维仿真,最终模拟结果与实际加工结果高度一致。其次,针对基于深反应离子刻蚀的高深宽比沟槽、通孔以及纳米柱的加工,我们通过一系列优化工艺参数实验,得到深度超过400μm的通孔以及直径500nm,高度10μm,深宽比20：1的纳米柱结构。进一步,为了突破现有大多数纳米加工技术只能在平面结构上进行这一限制,我们提出一种基于深反应离子刻蚀及其黑硅效应的微纳二次复合结构加工方法。通过调节刻蚀与钝化参数,我们不仅成功实现了黑硅效应的有效控制,还将其应用到与流体和光学特性相关的表面改造当中,成功实现具有超疏水和防反射双重特性的功能表面。第三,针对目前光电化学刻蚀对于大面积刻蚀均匀性和刻蚀效率研究不足的问题,我们对原有工艺进行了一系列改进,包括均匀的背面欧姆接触、基于PID反馈控制的刻蚀电流、更加合适的光照距离,成功实现直径5μm、深度500gm(深宽比100：1)的大面积(>2cm2)通孔刻蚀,有效刻蚀区域内的刻蚀均匀性接近100%；针对光电化学刻蚀只能加工与<110>晶向对齐的方孔和线条这一限制,我们将一种添加表面活性剂的TMAH刻蚀技术用于光电化学刻蚀所需的初始刻蚀图形的形成,成功实现线宽4μm、深度超过300μm的复杂图形(非<110>图形)的高深宽比刻蚀,从而将光电化学刻蚀拓展到一种用途更加广泛的微加工手段。第四,针对目前困扰高深宽比结构金属填充的气泡问题,我们首次提出并实现了一种间歇式真空除气电镀技术并将其与改进后的光电化学刻蚀相结合,实现了深宽比100：1的通孔镍电镀、深宽比90：1的金属栅阵列以及深宽比60：1的复杂图形金属结构。最后,我们将以一种新型三维微型电池——锌空气微型电池的研制为例研究高深宽比三维电极结构的设计、加工与封装。通过采用改进后的光电化学刻蚀与间歇式真空除气技术,我们成功加工出直径5μm,高475μm(深宽比95：1)的锌电极。更重要的是,相比之前的电极产率低于40%,采用改进后工艺加工出的锌电极均匀性和产率接近100%。