[發明專利]聚焦離子束注入結合氟化氙氣體輔助刻蝕的微納加工方法

有效

• 申請號: 200910067643.7
• 申請日: 2009-01-09
• 公開（公告）號: CN101456534A
• 公開（公告）日: 2009-06-17
• 發明（設計）人: 房豐洲;徐宗偉;胡小唐
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 江鎮華

技術領域

本發明涉及一種微納加工方法，更具體而言，涉及一種基于聚焦離子束注入和輔助 氣體刻蝕的微納加工方法，該方法可用于MEMS，微納制造，生化分析，光學和通訊等領 域。

背景技術

聚焦離子束(Focused?ion?beam，FIB)加工技術在微納米結構的加工中得到了廣泛的 應用。聚焦離子束系統不僅能夠去除材料(銑削加工)，還具有添加材料(離子注入和 沉積)加工的能力。離子注入是采用高能離子轟擊樣品表面，使高能離子射入樣品，入 射離子通過與工件中的原子碰撞，逐漸失去能量，最后停留在樣品表層。

與傳統的掩模注入法相比，運用聚焦離子束系統進行定點離子注入，不僅大大節省 成本，還可節約加工時間。聚焦離子束離子注入已被嘗試應用于納米結構和器件的加工 研究，主要方法是利用離子束離子注入層作為掩膜，結合濕法刻蝕或反應離子深刻蝕。 目前該方法中，離子注入完后，還需要取出FIB樣品室進行濕法刻蝕或反應離子深刻蝕， 無法原位觀測刻蝕的過程和結果。導致加工效率低，而且將刻蝕除離子注入區域外基底 所有其它位置，無法實現在局部位置的高效率刻蝕加工，限制了離子注入技術的應用。

聚焦離子束銑削技術在微納制造領域具有重要的應用，可以實現復雜三維微納結構 的加工。不過對于聚焦離子束銑削技術，再沉積現象會嚴重影響其加工精度。而如何減 小或消除再沉積對加工精度的影響一直是聚焦離子束微納加工技術領域的研究焦點。

發明內容

本發明的目的在于，克服現有技術的上述不足，提供一種靈活、高效和高精度的基 于聚焦離子束注入和輔助氣體刻蝕的微納加工方法。本發明提出的方法，能顯著提高聚 焦離子束微納加工的加工效率和精度。

本發明的目的是通過下述方案實現的：

一種基于聚焦離子束注入和輔助氣體刻蝕的微納加工方法，采用帶有氟化氙氣體輔 助刻蝕的聚焦離子束設備，包括下列步驟：

(1)將待加工基底置于聚焦離子束樣品室；

(2)通過離子束成像系統對其進行形貌觀測；

(3)利用聚焦離子束對基底按照目標加工圖案進行離子注入加工；

(4)在所述的聚焦離子束樣品室內，原位利用聚焦離子束氟化氙氣體輔助刻蝕的方 法對離子注入區域進行微納加工。

作為優選實施方式，本發明的微納加工方法，其中的步驟(3)，聚焦離子束照射劑 量不小于臨界劑量1.4×10²¹離子/米²；其中的步驟(4)的聚焦離子束氟化氙氣體輔助 刻蝕過程中，在樣品室內通入0.1-10uL/s的氟化氙活性氣體；步驟(4)中聚焦離子束 刻蝕加工束流為1pA~20nA；所述的聚焦離子束是鎵離子束；所述的基底由單晶硅、多晶 硅、二氧化硅或氮化硅材料制成；所述的氟化氙氣體是二氟化氙、四氟化氙或六氟化氙。

本發明提出的以聚焦離子束注入層作為掩膜結合聚焦離子束氟化氙氣體輔助刻蝕的 加工方法，與傳統聚焦離子束注入加工技術相比，具有以下顯著的優勢：

首先，這種方法可以提高結構制備效率。由于本發明提出的研究方法中，聚焦離子 束注入完成之后，直接在聚焦離子束真空腔中進行刻蝕加工，因而在刻蝕加工過程中可 以實時觀察加工結果，快速確定最優加工參數，能顯著提高加工效率。

其次，這種方法非常靈活，可以在局部指定位置實現加工，無需對非離子注入區域 完全去除加工。

另外，與聚焦離子束銑削加工方法相比，本發明提出的加工方法可以有效地減小或 避免再沉積的影響，顯著提高加工精度和加工質量。在聚焦離子束氟化氙氣體輔助刻蝕 加工中，再沉積物與氟化氙氣體分子間的化學反應生成物具有揮發性，會被抽出真空室， 因而本發明提出的方法能夠明顯減小加工再沉積的影響，提高加工表面質量。

附圖說明

圖1聚焦離子束注入和輔助氣體刻蝕的微納加工方法的基本原理示意圖，其中：

(a)聚焦離子束離子注入??(b)聚焦離子束氟化氙氣體輔助刻蝕加工??(c)聚焦離子 束離子注入結合氟化氙氣體輔助刻蝕加工后的結果

圖2采用本發明的聚焦離子束注入結合氟化氙氣體輔助刻蝕加工方法制作的納米電 極的掃描電子顯微鏡照片，比例尺＝5μm。

圖3采用本發明的聚焦離子束注入結合氟化氙氣體輔助刻蝕加工的納米光柵的掃描 電子顯微鏡照片，比例尺＝2μm。