【正文】 ch工藝在大多數(shù)情況下都是滿足使用條件的。但是，如果被加工結(jié)構(gòu)的尺寸小于100nm的情況下，這種邊壁波紋效應(yīng)就不能忽略了。為了實(shí)現(xiàn)100nm以下結(jié)構(gòu)的深刻蝕，我們采用了一些其他是方法，如：延長鈍化時(shí)間，采用特氟龍涂層的樣品臺(tái)，不進(jìn)行氣體轉(zhuǎn)換而是將刻蝕氣體與鈍化氣體進(jìn)行混合，或者采用低溫刻蝕技術(shù)。 ICP技術(shù)同樣適用于除了硅以外的材料，如二氧化硅等。其同樣適用于Ⅲ—Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料的刻蝕，其原理是相同的，只不過使用了不同的刻蝕氣體。（4）反應(yīng)離子深刻蝕中存在的問題 反應(yīng)離子深刻蝕雖然具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，但隨著刻蝕深度的增加，也帶來了一系列的負(fù)面效應(yīng)，如：①負(fù)載效應(yīng)；②微溝槽效應(yīng)；③缺口效應(yīng)；④離子損傷效應(yīng)。⒈負(fù)載效應(yīng)：局部刻蝕氣體的消耗大于供給引起的刻蝕速率下降或者分布不均勻的效應(yīng)?？煞譃槿N類型：宏觀負(fù)載效應(yīng)，微觀負(fù)載效應(yīng)，與刻蝕深寬比相關(guān)的負(fù)載效應(yīng)。 所謂的宏觀負(fù)載效應(yīng)是指因?yàn)榭涛g總面積的增加導(dǎo)致的整體刻蝕速率的下降；微觀負(fù)載效應(yīng)是指同一個(gè)設(shè)計(jì)圖案內(nèi)圖形的密度不同導(dǎo)致的刻蝕速率的不同。（密集的地方消耗的快，稀疏的地方消耗的慢）； 與刻蝕深寬比相關(guān)的負(fù)載效應(yīng)是指同一個(gè)襯底材料上不同尺寸的圖形的刻蝕深度不同，（寬的部分刻蝕的深，窄的部分刻蝕的淺）。 傳統(tǒng)的刻蝕技術(shù)也有這種問題，但深刻蝕表現(xiàn)的更為明顯，而且沒有一種方法可以完全的消除這種負(fù)載效應(yīng)，一般我們可以采取一些措施來緩解這種負(fù)載效應(yīng)。一般采取的方法有：①快速移走刻蝕表面的反應(yīng)產(chǎn)物或者減少表面反應(yīng)成分的不均勻分布，如采用高抽速真空系統(tǒng)，稀釋反應(yīng)氣體，采用脈沖式等離子體；②改變?cè)瓐D案的設(shè)計(jì)，如增添一些無用圖形來平衡圖形密度的分布。⒉微溝槽效應(yīng)：深刻蝕過程中邊角的刻蝕深度大于中心部位刻蝕深度的一種現(xiàn)象。其機(jī)理是高能離子在刻蝕結(jié)構(gòu)的側(cè)壁下滑并直接轟擊濺射側(cè)壁的邊角造成的，該機(jī)理已有蒙特卡洛法得到了證實(shí)。一般刻蝕深度越深，微溝槽效應(yīng)越明顯，側(cè)壁的負(fù)電荷積累也會(huì)導(dǎo)致微溝槽效應(yīng)。解決辦法有向刻蝕表面噴射電子，中和刻蝕表面的電荷分布不均勻，達(dá)到減少微溝槽效應(yīng)的效果。⒊缺口效應(yīng)：發(fā)生在刻蝕SOI硅片時(shí)的一種特殊現(xiàn)象。（SOI硅片有兩層單晶硅中間夾一層二氧化硅形成，底層的單晶硅叫做襯底層，頂層的單晶硅叫做器件層，中間的二氧化硅起到了絕緣的作用。）刻蝕速率快的圖形在刻蝕到了二氧化硅絕緣層后并沒有完全停止，而是繼續(xù)沿著二氧化硅絕緣層表面橫向刻蝕，形成所謂的“缺口”現(xiàn)象。 其發(fā)生的機(jī)理是：離子在二氧化硅絕緣層表面形成了一個(gè)局部正電場，使得入射的正電荷發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。 由于二氧化硅的絕緣層性質(zhì)，離子電荷的積累是不可避免的，缺口現(xiàn)象也是不可避免的。⒋離子損傷效應(yīng)：在反應(yīng)離子刻蝕中總是有一部分離子在陰極電場的加速下轟擊刻蝕表面。離子轟擊一方面形成濺射刻蝕作用，另一方面也會(huì)對(duì)表面載流子分布以及晶格結(jié)構(gòu)造成損傷。如果樣品表面的晶面指數(shù)較低，離子就會(huì)進(jìn)入樣品表面后會(huì)形成對(duì)載流子陷阱，會(huì)造成晶格缺陷或雜質(zhì)。對(duì)于某些依賴于表面導(dǎo)電性和載流子分布的特殊電子器件，反應(yīng)離子刻蝕形成的離子損傷會(huì)改變這些器件的性能。對(duì)于單晶材料，離子損傷一般可以通過高溫退火工藝來消除；但對(duì)于Ⅲ——Ⅴ族元素則不適合，最有效的方法是降低離子的能量。傳統(tǒng)的反應(yīng)離子刻蝕系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)低陰極偏壓，采用ICP反應(yīng)離子刻蝕系統(tǒng)則可以單獨(dú)的控制陰極偏壓，降低離子的能量。（五）干法刻蝕之三：等離子體刻蝕等離子體刻蝕并不等同于反應(yīng)離子刻蝕，純粹的等離子體刻蝕主要是化學(xué)刻蝕，是各向同性的。與反應(yīng)離子刻蝕不同，被刻蝕的材料放在了陽極表面，因此，材料表面的轟擊濺射可以忽略不計(jì)。 常用的結(jié)構(gòu)有：①平板電極結(jié)構(gòu)；②筒形反應(yīng)器刻蝕系統(tǒng)。 等離子體刻蝕的作用：①在大規(guī)模集成電路中主要用來作為表面干法清洗工藝，進(jìn)行大面積非圖形類刻蝕，如清除光刻膠層。②用來清除犧牲層。（六）干法刻蝕之四：離子濺射刻蝕 離子濺射刻蝕是純粹的物理刻蝕過程。最常用的離子源氣體是氬氣。 不同能量的氬離子與表面發(fā)生的物理作用是不同的：①E＜10eV，主要是物理吸附；②E＞10keV，以離子注入為主；③10eV＜E＜5000eV，以濺射為主。 離子濺射刻蝕有兩種方式：①等離子體濺射；②離子束濺射。 ⒈在等離子體濺射中，樣品浸沒在等離子體中，因此濺射效率低，為了提高濺射速率，一般通過外加磁場進(jìn)行束縛，增加電離概率，提高離子密度。等離子體濺射一般不用來做刻蝕工具，而是作為薄膜沉積工具。 ⒉離子束濺射是一種應(yīng)用更為普遍的刻蝕技術(shù)。離子束濺射刻蝕又被稱為“離子束銑”。離子束濺射刻蝕系統(tǒng)中，等離子體產(chǎn)生區(qū)和樣品刻蝕區(qū)是分開的。離子束濺射既可以刻蝕導(dǎo)電材料也可以刻蝕絕緣材料（加一個(gè)熱陰極中性化源來消除材料表面形成的正電場，使得濺射可以持續(xù)地進(jìn)行下去）。 離子束濺射所采用的離子束是寬束，或者叫做“淋浴”型離子束，材料表面是一次性濺射而不是掃描濺射。 有三點(diǎn)需要注意：①由于離子束濺射刻蝕對(duì)材料沒有選擇性，掩模消耗速度快，因此刻蝕深度有限；②離子濺射產(chǎn)額與離子入射角度有關(guān)；③物理濺射不能形成揮發(fā)性產(chǎn)物，濺射產(chǎn)物會(huì)再次沉積到濺射系統(tǒng)的各個(gè)部位，包括樣品的其他部位。解決辦法：樣品傾斜和旋轉(zhuǎn)；短暫的酸性腐蝕；引入某種化學(xué)活性氣體。（七）干法刻蝕之五：反應(yīng)氣體刻蝕 利用二氟化氙（XeF2）在氣態(tài)下可以直接與硅發(fā)生反應(yīng)生成揮發(fā)性的SiF4產(chǎn)物的性質(zhì)，可以對(duì)硅表面進(jìn)行各向同性的刻蝕。 XeF2在常溫常壓下為白色固體粉末，—，所以這種刻蝕系統(tǒng)需要一個(gè)真空容器以及與之相對(duì)的排氣系統(tǒng)。 與其他方法相比，XeF2氣相刻蝕具有以下優(yōu)點(diǎn)： ①XeF2只對(duì)硅起作用，因此具有很高的抗刻蝕比； ②刻蝕速率一定，與硅的晶像或摻雜水平無關(guān)； ③XeF2刻蝕是完全的各向同性刻蝕，而且橫向刻蝕能力很強(qiáng)，使之成為清除犧牲層，制作懸掛式微結(jié)構(gòu)的有效方法； ④XeF2刻蝕形成的表面非常粗糙，一般可達(dá)數(shù)微米以上。 XeF2的氣相刻蝕一般有兩種實(shí)現(xiàn)方式：①脈沖供氣式；②恒流供氣式。（八）干法刻蝕之六：其他物理刻蝕技術(shù)⒈激光微加工技術(shù)：傳統(tǒng)的激光加工技術(shù)是一種熱加工技術(shù)，由于熱加工會(huì)帶來一系列的問題，故現(xiàn)在普遍采用的是激光冷加工技術(shù)。在激光冷加工技術(shù)中，激光使材料的聚合物分子發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，長鏈分子變?yōu)榱硕替湻肿樱瑢?shí)現(xiàn)了激光剝蝕。激光微加工的另一個(gè)重要的發(fā)展是具有飛秒（一飛秒等于1015s）脈寬的激光的應(yīng)用。由于飛秒級(jí)別的激光在材料表面的停留時(shí)間短，故交換的熱量少，可以實(shí)現(xiàn)干凈的切割表面和邊緣。 激光微加工的優(yōu)點(diǎn)是：①快速成型，不需要曝光顯影刻蝕等中間步驟；②可以加工其他方法無法加工的材料。 但是激光微加工也有缺點(diǎn)，其最主要的缺陷是產(chǎn)出率低。⒉電火花微加工技術(shù)：電火花加工（EDM）是利用兩個(gè)電極之間的火花放電產(chǎn)生的高溫使得火花放電區(qū)的材料熔化。熔渣被液體帶走。隨著電極或工件的移動(dòng)，放電電極就如同一個(gè)銑刀，將工件表面材料按照設(shè)計(jì)加工成一定的形狀。 電火花加工對(duì)材料的要求是導(dǎo)電，因此可以用來加工超硬材料。電火花微加工與傳統(tǒng)的電火花加工沒有本質(zhì)上的區(qū)別，只是加工的尺寸較小。與其他方法相比，電火花微加工具有以下的優(yōu)點(diǎn)：①可以加工導(dǎo)體或半導(dǎo)體類的超硬材料，如硅材料和鐵氧體材料；②其加工是非接觸式加工，對(duì)工件不施加任何壓力；③電火花微加工可以制作高深寬比的結(jié)構(gòu)；④通過控制放電量和加工速率，電火花微加工可以獲得很高的加工精度。⒊噴粉微加工技術(shù)：噴沙工藝是一種傳統(tǒng)的機(jī)械加工工藝，常被用來加工大面積顯示屏，在噴沙工藝中所噴的不是沙，而是氧化鋁粉末，故文獻(xiàn)中一般稱為“噴墨加工”。噴粉微加工技術(shù)主要用于刻蝕玻璃，在玻璃材料上制作微流體通道的一種技術(shù)。 與其他技術(shù)相比，噴粉微加工技術(shù)的特點(diǎn)是：①只適用于脆性材料，如玻璃和硅材料，而不適用于韌性材料；②噴墨加工所用的掩模除了需要韌性之外，還要具有一定的厚度；③噴墨加工是純粹的機(jī)械加工；④噴墨加工的分辨率受到氧化鋁直徑的限制，一般在50微米以上；⑤噴墨加工的粗糙度一般在微米量級(jí)。 間接納米加工技術(shù)（一）引言 以上所介紹的各種加工技術(shù)都是假定采用目前最先進(jìn)的加工設(shè)備，加工結(jié)構(gòu)的尺寸直接取決于各種光刻技術(shù)的分辨率。但是，并不是每一個(gè)從事于納米加工的人都具有這樣的條件，這是我們就需要一方面盡量發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備的能力，另一方面想法設(shè)法克服現(xiàn)有設(shè)備的局限性。 故所謂的間接納米加工技術(shù)就是指利用非直接光刻技術(shù)，使用一定的方法繞過現(xiàn)有設(shè)備的局限性的一種納米加工技術(shù)。 間接加工并沒有特定的規(guī)則，也不遵循特定的原理。它完全是靈活運(yùn)用已有的加工方法，通過巧妙的組合以上所介紹的加工技術(shù)來實(shí)現(xiàn)某一個(gè)特殊的加工要求。（二）側(cè)壁沉積法 側(cè)壁沉積法（又叫做側(cè)壁光刻或者邊緣光刻）是通過向側(cè)壁沉積薄膜材料的方法來制作窄細(xì)條結(jié)構(gòu)。 其一般步驟為：①用傳統(tǒng)的光刻與硅刻蝕方法制作大尺寸的支撐結(jié)構(gòu)；②在支撐結(jié)構(gòu)外表面上沉積一層二氧化硅薄膜（功能性材料）為了保證側(cè)壁上有薄膜沉積，沉積技術(shù)應(yīng)當(dāng)是各向同性的；③將頂部和底部的二氧化硅薄膜通過刻蝕的方法去除，為了保證側(cè)壁不被刻蝕，應(yīng)選擇各向同性的刻蝕方法；④將刻蝕溝槽用光刻膠填平；⑤采用氧等離子體輕度刻蝕光刻膠，僅是將凸起部分的光刻膠去除；⑥硅刻蝕，將二氧化硅側(cè)壁包圍的硅去除；⑦用氧等離子體將光刻膠去除。 這樣就獲得了僅由二氧化硅側(cè)壁組成的圖形。使用側(cè)壁沉積法所獲得的線條寬度不決定于光刻的分辨率，而是取決于側(cè)壁沉積的薄膜的厚度。成功實(shí)現(xiàn)側(cè)壁光刻需要滿足兩個(gè)條件：①要保證支撐結(jié)構(gòu)的側(cè)壁足夠垂直；②在去除支撐結(jié)構(gòu)的時(shí)候，刻蝕或者腐蝕對(duì)薄膜材料沒有影響。側(cè)壁光刻技術(shù)自出現(xiàn)到現(xiàn)在，其基本原理為發(fā)生變化，只是使用了不同的支撐材料和薄膜材料的組合。如：在二氧化硅上沉積Pt，在SiO2上沉積Si3N4薄膜，在SiO2上沉積多晶硅等。如果支撐結(jié)構(gòu)的側(cè)壁不垂直，可以將側(cè)壁的薄膜保護(hù)起來。保護(hù)的方法之一是將支撐結(jié)構(gòu)掩埋，只留出供刻蝕的頂部。（即在上述的七個(gè)步驟的第一步和第二步中間加入一個(gè)步驟，使得側(cè)壁上的薄膜得到保護(hù)）（三）橫向抽減法 橫向抽減法是將一個(gè)寬圖形從兩側(cè)逐漸抽減使之最后變成窄圖形的方法。 利用化學(xué)濕法腐蝕的各向同性和反應(yīng)離子刻蝕的部分各向同性，是實(shí)現(xiàn)橫向抽減的一種有效途徑。使用這一技術(shù)的關(guān)鍵是要盡可能使刻蝕達(dá)到各向同性，即達(dá)到盡可能顯著的橫向刻蝕。 另一種橫向抽減方法是通過氧化將一部分硅轉(zhuǎn)化為二氧化硅，然后利用化學(xué)濕法腐蝕將二氧化硅部分腐蝕掉，從而形成尖細(xì)的硅結(jié)構(gòu)。常使用的腐蝕材料是氫氟酸，由于刻蝕深度有限，故需要多次進(jìn)行“氧化——腐蝕”的循環(huán)過程。對(duì)于上述方法，也可以將硅腐蝕，保留二氧化硅，形成非常窄細(xì)的溝道。 橫向抽減法希望刻蝕或者腐蝕過程盡可能各向同性，但各向異性的濕法腐蝕也可以通過巧妙的設(shè)計(jì)腐蝕方法來實(shí)現(xiàn)橫向抽減的間接加工。例如KOH對(duì)硅的腐蝕是各向異性的，腐蝕速率與晶面指數(shù)有關(guān)，通過設(shè)計(jì)特殊的掩模圖形可以實(shí)現(xiàn)所要求的納米結(jié)構(gòu)。 有時(shí)，我們也可以通過“修剪”的方法來將寬粗結(jié)構(gòu)變?yōu)檎?xì)結(jié)構(gòu)。其中聚焦離子束（FIB）是一種最好的，最靈活的微納米修剪技術(shù)。FIB既可以實(shí)現(xiàn)微納米尺度的濺射刻蝕，也可以實(shí)現(xiàn)微納米尺度的濺射沉積。FIB最成功的例子是修剪計(jì)算機(jī)硬盤的讀寫磁頭。 還有其他一些方法可以在不改變光刻分辨率的情況下獲得高分辨率的圖形結(jié)構(gòu)。例如巧妙運(yùn)用正型光刻膠與付型光刻膠的顯影特性的差別，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)小于光學(xué)曝光分辨率的圖形。 窄細(xì)結(jié)構(gòu)的電極在量子電子學(xué)研究和生物學(xué)中單分子行為的研究中具有廣泛的應(yīng)用。這種結(jié)構(gòu)的間隙一般要求在10nm以下，傳統(tǒng)的光刻與刻蝕技術(shù)很難獲得如此小的電極間隙。一般，我們可以通過橫向抽減法和橫向添加法來獲得。（四）橫向添加法 橫向添加法是獲得窄細(xì)的間隙結(jié)構(gòu)的一種間接加工方法。傳統(tǒng)的方法是電子束曝光+反應(yīng)離子刻蝕或者聚焦離子束方法。 所謂的橫向添加法就是從一個(gè)寬帶間隙開始，通過沉積的方法不斷從兩端橫向添加材料，使得寬的間隙變窄。通過控制間隙的起始量和材料的沉積量，可以使間隙縮小到只有2—3nm。最精確也是最靈活的方法是聚焦離子束或者聚焦電子束輔助沉積。聚焦電子束的沉積結(jié)果更準(zhǔn)確但效率較低。 ⒈利用類似的技術(shù)可以用來縮小孔的直徑。一般的步驟是：①薄膜沉積，孔縮小的程度與薄膜沉積的厚度有關(guān)；②通過各向異性刻蝕去除襯底表面和孔底的薄膜；③圖形轉(zhuǎn)移。 ⒉利用這一個(gè)技術(shù)也可以密封的溝道。其基本步驟是：①通過各向異性刻蝕獲得矩形溝槽；②通過各向同性刻蝕將矩形溝槽變成圓形截面溝槽；③薄膜沉積，保護(hù)溝槽的開口；④通過原子層沉積（ALD）填充溝槽內(nèi)壁，隨著沉積層的加厚，最后將溝槽封死。 離子束造型——低劑量的離子束輻照懸空的薄膜會(huì)引起薄膜表面的原子的遷移，如果薄膜上有小孔，原子會(huì)向小孔邊緣移動(dòng)，逐漸將小孔縮小直至將小孔完全封住。（五）垂直抽減法垂直抽減法是基于與側(cè)壁沉積間接加工相反的過程來實(shí)現(xiàn)納米尺度的間接加工。與側(cè)壁沉積不同的是，側(cè)壁沉積是以沉積的薄膜作為最后的圖形結(jié)構(gòu)，垂直抽減法則是將側(cè)壁的薄膜刻蝕清除，以清除后留下來的間隙作為最后的圖形結(jié)構(gòu)。 其一般的過程是：①用低分辨率光刻和刻蝕技術(shù)制作支撐結(jié)構(gòu)；②通過熱氧化技術(shù)將支撐結(jié)構(gòu)的表面轉(zhuǎn)化為二氧化硅；③通過PECVD技術(shù)在表面上沉積一層氮化硅，將表面的硅支撐結(jié)構(gòu)掩埋起來；④通過化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)將多余的氮化硅磨平，實(shí)現(xiàn)表面的平整化；⑤通過硅深刻蝕方法將圖形背面的“把手層”清除；⑥將所有的二氧化硅通過反應(yīng)離子刻蝕的方法清除。通過上述方法獲得的納米通道的寬度取決于熱氧化硅的深度或者二氧化硅層的厚度，與光刻的分辨率無關(guān)。這一間接加工技術(shù)已經(jīng)被用來制作納米流體器件，納米通道的寬度很容易就做到100nm以下。實(shí)現(xiàn)垂直抽減法的關(guān)鍵是支撐材料和沉積材料的化學(xué)不兼容性，即刻蝕其中一種材料時(shí)對(duì)其余材料沒有損傷。另一種垂直抽減法是利用單晶硅在堿性腐蝕液中的各向異性腐蝕。利用者一個(gè)特性可以在硅上形成V形槽結(jié)構(gòu)。然后再從反面進(jìn)行硅的深刻蝕，并且刻蝕清除二氧化硅夾層，這樣就能形成一個(gè)透光孔。利用垂直抽減法的