基于4H-SiC材料的微机电系统（MEMS）器件（如压力传感器、微波功率半导体器件等）在制造过程中，需要利用干法刻蚀技术对4H-SiC材料进行微加工。增加刻蚀速率可以提高加工效率，但是调节刻蚀工艺参数在改变4H-SiC材料刻蚀速率的同时，也会对刻蚀表面粗糙度产生影响，进而影响器件的性能。为了提高SiC材料的刻蚀速率并降低刻蚀表面粗糙度，满足4H-SiC MEMS器件研制的需求，本文通过优化光刻工艺参数（曝光模式、曝光时间、显影时间）获得了良好的光刻图形形貌，改善了刻蚀掩模的剥离效果。实验中采用SF₆和O₂作为刻蚀气体，镍作为刻蚀掩模，分析了4H-SiC反应离子刻蚀工艺参数（刻蚀气体含量、腔体压强、射频功率）对4H-SiC刻蚀速率和表面粗糙度的影响。实验结果表明，通过优化干法刻蚀工艺参数可以获得原子级平整的刻蚀表面。当SF₆的流量为330 mL/min，O₂流量为30 mL/min，腔体压强为4 Pa，射频功率为300 W时，4H-SiC材料的刻蚀速率可达到292.3 nm/min，表面均方根粗糙度为0.56 nm。采用优化的刻蚀工艺参数可以实现4H-SiC材料的高速率、高表面质量加工。

介绍了二次离子质谱仪（Secondary Ion Mass Spectrometry,SIMS）测试中一次离子束的各参数对测试的影响。研究发现，离子源的选择由分析元素决定，一次束能量决定深度分辨率，入射角度影响溅射产额，一次离子束的束流密度影响溅射速率。因此，在SIMS测试中，需要根据分析目的调节相应参数，以获得较好的分辨率。

使用微波回旋共振离子源制备蓝宝石(A向)自组织纳米结构, 研究不同入射角度下Kr+离子束刻蚀蓝宝石表面形成的自组织纳米结构及其形成过程.采用等离子体与离子束刻蚀设备在不同入射角度下对蓝宝石样品表面进行刻蚀并通过Taylor Surf CCI2000非接触式表面测量仪和原子力显微镜分别对刻蚀后的蓝宝石样品的刻蚀速率及表面形貌进行分析.研究表明: 当离子束能量为400 eV,加速电压为200 V,离子束流密度为310 μA/cm2时, 小角度入射下, 蓝宝石样品表面出现纵向尺度较小的有序点状纳米结构; 随着入射角度的增加, 样品表面形成条纹状纳米结构, 30°时形成短程有序且纵横比为0.87的条纹状结构; 入射角度继续增加, 纵向高度减小直至纳米结构消失; 当角度达到60°附近, 蓝宝石表面又出现条纹状结构, 70°时形成了短程有序且纵横比为1.07的条纹状结构.自组织纳米结构的形成先以“岛状”形式出现, 随后岛上生长出条纹状纳米结构, 随着刻蚀时间的增加, 岛状条纹结构纵向尺度增大且有序性增强, 纳米结构的横向周期不变.

在不同氪(Kr)离子束参数下,研究了微波回旋共振离子源对旋转蓝宝石样片表面的刻蚀效果。采用四因素三水平正交实验,分析了Kr ⁺离子束的入射角度、离子束能量、束流密度、作用时间对辐照后蓝宝石表面结构的影响规律,研究了离子束参数与蓝宝石表面粗糙度、刻蚀速率的关系。实验结果表明:当离子束入射角度为60°、能量为600 eV、束流密度为239 μA·cm ^-2、作用时间为90 min时,样品表面的粗糙度最大,且形成的表面形貌具有明显的点状结构;在同样的离子束入射角度、能量和束流密度下,作用时间为30 min时,刻蚀速率最大,表面形貌点状结构密集。利用最优参数组合可得到良好的点状纳米结构、最优的粗糙度和刻蚀速率。

本文对氮化硅的增强电容耦合等离子刻蚀进行研究, 为氮化硅刻蚀工艺的优化提供参考。针对SF6+O2气体体系, 通过设计实验考察了功率、压强、气体比、氦气等对刻蚀速率和均一性的影响, 并对结果进行机理分析和讨论。实验结果表明: 功率越大, 刻蚀速率越大, 与源极射频电力相比, 偏置射频电力对刻蚀速率的影响更为显著; 压强增大, 刻蚀速率增大, 但压强增大到一定程度后, 刻蚀速率基本不变, 刻蚀均匀性随着压强增大而变差; 在保证SF6/O2总流量保持不变下, O2的比例增大, 刻蚀速率先增大后减小, 刻蚀均匀性逐步变好; He的添加可以改善刻蚀均匀性, 但He的添加量过多时, 会造成刻蚀速率降低。

针对355 nm激光作用于熔石英光学元件后其损伤阈值容易变差的问题, 提出使用1.7%纯HF溶液和0.4%HF与1.2%NH4F混合的BOE溶液对样品进行处理来提高它们的激光诱导损伤阈值(LIDT)。在相同的条件下将熔石英光学元件浸没到上述两种不同的刻蚀溶液中进行处理, 通过测量刻蚀过程中元件重量变化来计算刻蚀速率, 利用Zygo轮廓仪测试元件表面粗糙度, 然后对355 nm激光照射下熔石英元件的损伤阈值情况进行研究。损伤测试表明, LIDT与元件的材料去除深度有关系, 用两种刻蚀液刻蚀去除一定深度后, LIDT均有增加, 但是进一步去除会显著地降低元件的LIDT。在处理过程中, 这两种刻蚀液的去除速率都很稳定, 分别为85.9 nm/min和58.6 nm/min左右。另外, 元件表面的粗糙度会随着刻蚀时间的增加而变大。在刻蚀过程中还通过纳米技术测量了熔石英元件表面的硬度及杨氏系数, 不过没有证据表明其与激光诱导损伤有明确的关系。

在硅的各向同性湿法刻蚀过程中, 一般选用HNA溶液(即氢氟酸、硝酸和乙酸的混合溶液)作为刻蚀液, 而氮化硅以其很好的耐刻蚀性而优先被选为顶层掩膜材料。在硅片上刻蚀不同的结构, 通常需要选择不同的刻蚀液配比。而不同配比对于氮化硅掩膜的刻蚀速率也不一样。分别用PECVD和LPCVD两种方法在〈111〉型硅片上沉积了厚度为560和210nm的氮化硅薄膜, 研究和对比了它们在8种典型配比刻蚀液下的刻蚀速率, 为合理制作所需要厚度的氮化硅掩膜提供有益参考。

利用响应面分析方法优化了用于压力传感器硅敏感芯体的刻蚀操作条件。主要考虑了温度、KOH浓度和腐蚀时间三个操作参数, 将它们的范围分别设定为40~60 ℃, 0.4~0.48 mol/L 和 5~12.5 h, 并设定各向异性腐蚀速率为响应值。通过建立二次方模型, 分析这些参数的单独影响以及多个操作条件之间对腐蚀速率的相互交叠作用。分析结果表明: 模型可以精确预测99%的响应值, 相比于腐蚀时间, 溶液浓度和工作温度对刻蚀速率的影响更为明显。

为了研究离子束刻蚀抛光过程中离子源工艺参数对刻蚀速率及表面粗糙度的影响, 采用微波离子源为刻蚀离子源, 以BCB胶为主要研究对象, 研究了离子束能量、离子束电流、氩气流量、氧气流量对BCB胶刻蚀速率及表面粗糙度的影响, 获得了离子源工艺参数与刻蚀速率及表面粗糙度演变的关系。研究结果表明, 离子束能量在从400 eV增大到800 eV的过程中, 刻蚀速率不断增大, 从3.2 nm/min增大到16.6 nm/min; 离子束流密度在从15 mA增大到35 mA的过程中, 刻蚀速率不断增大, 从1.1 nm/min增大到2.2 nm/min; 工作气体中氧气流量从2 mL/min增大到10 mL/min的过程中, 刻蚀速率会整体增大, 在8 mL/min处略有下降。表面粗糙度变化不大, 可以控制在1.8 nm以下。