離子束刻蝕

離子束刻蝕也稱為離子銑，是指當(dāng)定向高能離子向固體靶撞擊時(shí),能量從入射離子轉(zhuǎn)移到固體表面原子上，如果固體表面原子間結(jié)合能低于入射離子能量時(shí)，固體表面原子就會(huì)被移開(kāi)或從表面上被除掉。通常離子束刻蝕所用的離子來(lái)自惰性氣體。離子束較小直徑約10nm，離子束刻蝕的結(jié)構(gòu)較小可能不會(huì)小于10nm。目前聚焦離子束刻蝕的束斑可達(dá)100nm以下，少的達(dá)到10nm，獲得較小線寬12nm的加工結(jié)果。相比電子與固體相互作用，離子在固體中的散射效應(yīng)較小，并能以較快的直寫(xiě)速度進(jìn)行小于50nm的刻蝕，故而聚焦離子束刻蝕是納米加工的一種理想方法。此外聚焦離子束技術(shù)的另一優(yōu)點(diǎn)是在計(jì)算機(jī)控制下的無(wú)掩膜注入，甚至無(wú)顯影刻蝕，直接制造各種納米器件結(jié)構(gòu)。但是，在離子束加工過(guò)程中，損傷問(wèn)題比較突出，且離子束加工精度還不容易控制，控制精度也不夠高。

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刻蝕氣體的選擇

對(duì)于多晶硅柵電極的刻蝕，腐蝕氣體可用Cl2或SF6，要求對(duì)其下層的柵氧化膜具有高的選擇比?？涛g單晶硅的腐蝕氣體可用Cl2/SF6或SiCl4/Cl2；刻蝕SiO2的腐蝕氣體可用CHF3或CF4/H2；刻蝕Si3N4的腐蝕氣體可用CF4/O2、SF6/O2或CH2F2/CHF3/O2；刻蝕Al（或Al-Si-Cu合金）的腐蝕氣體可用Cl2、BCl3或SiCl4；刻蝕W的腐蝕氣體可用SF6或CF4；刻蝕光刻膠的腐蝕氣體可用氧氣。對(duì)于石英材料，可選擇氣體種類(lèi)較多，比如CF4、CF4 H2、CHF3 等。我們選用CHF3 氣體作為石英的腐蝕氣體。其反應(yīng)過(guò)程可表示為：CHF3 e——CHF 2 F (游離基) 2e，SiO 2 4F SiF4 (氣體) O 2 (氣體)。SiO 2 分解出來(lái)的氧離子在高壓下與CHF 2 基團(tuán)反應(yīng)， 生成CO ↑、CO 2↑、H2O ↑、O F↑等多種揮發(fā)性氣體 [3]  。

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離子束刻蝕機(jī)

離子束刻蝕機(jī)由真空室、工作臺(tái)、快門(mén)、真空抽氣系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、電源和  電器系統(tǒng)等主要部分組成,圖1-1所示為離子束刻蝕機(jī)的工作原理圖。該機(jī)在正常工作  時(shí),首先將真空室的壓力抽至2×10-3Pa或更低,再調(diào)節(jié)Ar氣流量,使真空室壓力保持  在1×10-2~2×10-2Pa(如需要輔助氣體,如O2、CH2等,則可按一定比例與之混合),  然后啟動(dòng)離子源各電源,使離子源正常工作,從離子源引出一定能量和密度的離子束  被中和器發(fā)射的電子中和后,轟擊工件進(jìn)行濺射刻蝕。