Technological studies of the plasmachemical reactor with сlosed electron drift
Наведено результати технологічних випробувань плазмохімічного реактора (ПХР) з замкнутим дрейфом електронів, розробленого в ІЯД НАНУ. Досліджена залежність швидкості травлення монокремнію від робочого тиску в ПХР. Знайдено, що при незмінному потоці подачі робочого газу в реактор і зміні тиску в...
Gespeichert in:
| Datum: | 2009 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | English |
| Veröffentlicht: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2009
|
| Schriftenreihe: | Вопросы атомной науки и техники |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/88642 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Technological studies of the plasmachemical reactor with сlosed electron drift / O.A. Fedorovich, M.P. Kruglenko, B.P. Polozov // Вопросы атомной науки и техники. — 2009. — № 1. — С. 148-149. — Бібліогр.: 5 назв. — англ. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-88642 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-886422015-11-20T03:01:58Z Technological studies of the plasmachemical reactor with сlosed electron drift Fedorovich, O.A. Kruglenko, M.P. Polozov, B.P. Низкотемпературная плазма и плазменные технологии Наведено результати технологічних випробувань плазмохімічного реактора (ПХР) з замкнутим дрейфом електронів, розробленого в ІЯД НАНУ. Досліджена залежність швидкості травлення монокремнію від робочого тиску в ПХР. Знайдено, що при незмінному потоці подачі робочого газу в реактор і зміні тиску в ПХР від 10⁻³ до 10⁻¹ Тор швидкість травлення зростає від 0,7 до 2,5 мкм/хв на проміжку (6…8)·10⁻² Тор. Далі проходить зменшення швидкості травлення монокремнію при інших незмінних параметрах розряду. Показана нелінійна залежність швидкості травлення від розходу робочого газу SF₆ з тенденцією насичення при подальшому його збільшенні. The results of recent technological investigations into the plasmachemical reactor (PCR) with closed electron drift, developed at the Institute for Nuclear Research (INR) NAS of Ukraine are presented. The dependence of the monosilicon etching rate on the operating pressure in PCR was investigated. It is shown, that using a constant working gas feed and varying pressure from 10⁻³ to 10⁻¹ Tоrr, the etching rate in the reactor increases from 0.7 up to 2,5 µm/min in the pressure interval (6…8)⋅10⁻² Tоrr. Then the monosilicon etching rate decreases with other discharge parameters unchangeable. The dependence of the etching rate on the working gas (SF₆) flow value at constant pressure is presented. It is shown that this dependence has a nonlinear character with tendency towards saturation under further gas flow increase. Наведено результати технологічних випробувань плазмохімічного реактора (ПХР) з замкнутим дрейфом електронів, розробленого в ІЯД НАНУ. Досліджена залежність швидкості травлення монокремнію від робочого тиску в ПХР. Знайдено, що при незмінному потоці подачі робочого газу в реактор і зміні тиску в ПХР від 10⁻³ до 10⁻¹ Тор швидкість травлення зростає від 0,7 до 2,5 мкм/хв на проміжку (6…8)·10⁻² Тор. Далі проходить зменшення швидкості травлення монокремнію при інших незмінних параметрах розряду. Показана нелінійна залежність швидкості травлення від розходу робочого газу SF₆ з тенденцією насичення при подальшому його збільшенні. Приведены результаты технологических исследований плазмохимического реактора (ПХР) с замкнутым дрейфом электронов, разработанного в ИЯИ НАНУ. Исследована зависимость скорости травления монокремния от рабочего давления в ПХР: при неизменном потоке подачи рабочего газа в реактор и изменении давления в ПХР от 10⁻³ до 10⁻¹ Торр скорость травления возрастает от 0,7 до 2,5 мкм/мин на участке (6…8)·10⁻² Торр. Далее происходит уменьшение скорости травления монокремния. Приведена зависимость скорости травления от величины потока SF₆ при фиксированном давлении. Показана нелинейная зависимость скорости травления от расхода рабочего газа с тенденцией насыщения при дальнейшем увеличении газового потока. 2009 Article Technological studies of the plasmachemical reactor with сlosed electron drift / O.A. Fedorovich, M.P. Kruglenko, B.P. Polozov // Вопросы атомной науки и техники. — 2009. — № 1. — С. 148-149. — Бібліогр.: 5 назв. — англ. 1562-6016 PACS: 52.77. Bn, 81.65.Cf http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/88642 en Вопросы атомной науки и техники Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
English |
| topic |
Низкотемпературная плазма и плазменные технологии Низкотемпературная плазма и плазменные технологии |
| spellingShingle |
Низкотемпературная плазма и плазменные технологии Низкотемпературная плазма и плазменные технологии Fedorovich, O.A. Kruglenko, M.P. Polozov, B.P. Technological studies of the plasmachemical reactor with сlosed electron drift Вопросы атомной науки и техники |
| description |
Наведено результати технологічних випробувань плазмохімічного реактора (ПХР) з замкнутим дрейфом
електронів, розробленого в ІЯД НАНУ. Досліджена залежність швидкості травлення монокремнію від робочого тиску в
ПХР. Знайдено, що при незмінному потоці подачі робочого газу в реактор і зміні тиску в ПХР від 10⁻³ до 10⁻¹ Тор
швидкість травлення зростає від 0,7 до 2,5 мкм/хв на проміжку (6…8)·10⁻² Тор. Далі проходить зменшення швидкості
травлення монокремнію при інших незмінних параметрах розряду. Показана нелінійна залежність швидкості травлення
від розходу робочого газу SF₆ з тенденцією насичення при подальшому його збільшенні. |
| format |
Article |
| author |
Fedorovich, O.A. Kruglenko, M.P. Polozov, B.P. |
| author_facet |
Fedorovich, O.A. Kruglenko, M.P. Polozov, B.P. |
| author_sort |
Fedorovich, O.A. |
| title |
Technological studies of the plasmachemical reactor with сlosed electron drift |
| title_short |
Technological studies of the plasmachemical reactor with сlosed electron drift |
| title_full |
Technological studies of the plasmachemical reactor with сlosed electron drift |
| title_fullStr |
Technological studies of the plasmachemical reactor with сlosed electron drift |
| title_full_unstemmed |
Technological studies of the plasmachemical reactor with сlosed electron drift |
| title_sort |
technological studies of the plasmachemical reactor with сlosed electron drift |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| publishDate |
2009 |
| topic_facet |
Низкотемпературная плазма и плазменные технологии |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/88642 |
| citation_txt |
Technological studies of the plasmachemical reactor with сlosed electron drift / O.A. Fedorovich, M.P. Kruglenko, B.P. Polozov // Вопросы атомной науки и техники. — 2009. — № 1. — С. 148-149. — Бібліогр.: 5 назв. — англ. |
| series |
Вопросы атомной науки и техники |
| work_keys_str_mv |
AT fedorovichoa technologicalstudiesoftheplasmachemicalreactorwithslosedelectrondrift AT kruglenkomp technologicalstudiesoftheplasmachemicalreactorwithslosedelectrondrift AT polozovbp technologicalstudiesoftheplasmachemicalreactorwithslosedelectrondrift |
| first_indexed |
2025-07-06T16:29:28Z |
| last_indexed |
2025-07-06T16:29:28Z |
| _version_ |
1836915753949855744 |
| fulltext |
TECHNOLOGICAL STUDIES OF THE PLASMACHEMICAL REACTOR
WITH СLOSED ELECTRON DRIFT
O.A. Fedorovich, M.P. Kruglenko, B.P. Polozov
Institute for Nuclear Research, NASU, Kiev, Ukraine, E-mail: oafedorovich@kinr.kiev.ua
The results of recent technological investigations into the plasmachemical reactor (PCR) with closed electron drift,
developed at the Institute for Nuclear Research (INR) NAS of Ukraine are presented. The dependence of the monosilicon
etching rate on the operating pressure in PCR was investigated. It is shown, that using a constant working gas feed and
varying pressure from 10-3 to 10-1 Tоrr, the etching rate in the reactor increases from 0.7 up to 2,5 µm/min in the pressure
interval (6…8)⋅10-2 Tоrr. Then the monosilicon etching rate decreases with other discharge parameters unchangeable. The
dependence of the etching rate on the working gas (SF6) flow value at constant pressure is presented. It is shown that this
dependence has a nonlinear character with tendency towards saturation under further gas flow increase.
PACS: 52.77. Bn, 81.65.Cf
INTRODUCTION
Plasmachemical reactors (PCR) with controllable energy of
chemically active ions find more and more wide application in
the industry. The ion energy is controlled by varying magnetic
fields. The ion energy in such PCR can be changed in the range
20…1000 eV. Thus, it is possible to carry out both a soft precise
plasmachemical etching without radiation damages of a
processing surface with high anisotropy and selectivity, and
physical sputtering of working layers of materials used in the
microelectronics. At low ion energies there is no physical
sputtering and redeposition of working layers, protective masks
and materials used in PCR. The materials, which do not form
volatile substances in reactions with chemically active ions and
radicals, can be processed at the same installation by sputtering
of materials applied in fabrication of products for
microelectronics, computer engineering, optoelectronics,
micromechanics, microwave technique, communication
devices, photo-electric converters etc. The reactors under
consideration permit to obtain micron, sub- and nano-micron
size elements or to process epitaxial nanostructures containing
new promising semi-conductor materials, such as gallium
nitride, silicon carbide etc. [1, 2]. In this connection one shows
an increasing interest in the study of technological opportunities
of PCR with controllable ion energy.
The paper presents the results of investigations of PCR
operation aiming an optimization of technological processes.
MAIN PART
A plasmachemical reactor with closed electron drift was
developed in the Institute for Nuclear Research NAS of
Ukraine [3, 4]. This reactor was used as a base to develop and
fabricate a plasmachemical reactor for creation of insulation
(etching of the end faces of photo-electric converters (PEC)).
Two such reactors, introduced at the Open Joint-Stock
Corporation "Kvazar" in Kiev, have completely satisfied
requirements of the enterprise for PEC delivery. Each of these
PCRs provides processing per hour of 1200 PEC plates with
pseudo-square dimensions of 125x125 mm (plate diameter of
150 mm) and 150x150 mm (plate diameter of 175 mm).
A brief description of PCR designed for etching the PEC end
faces and the first technological results of processing the PEC
monosilicon plates are presented in [5]. A particular feature of
PCR is application of high-frequency discharge in the crossed
magnetic and electrical fields that allows one to control the ion
energy and to work with chemically active ions having the energy
lower than 200 eV. The use of low-energy ions in the plasma
allows one to perform the sample etching without radiation
damages of the surface and redeposition of PCR material onto
the PEC surface. Besides, the presence of magnetic fields
enables to obtain a higher degree of working gas molecule
dissociation and atomic ionization, and, thus, to realize higher
rates of etching of materials used in microelectronics.
The monosilicon etching rate as a function of working gas
pressure in PCR, obtained in our experiments, is shown in Fig. 1.
Fig.1. The monosilicon etching rate VSi as a function of
the working gas pressure in PCR (SF6, Q=60 a.u.)
A working gas was SF6; the magnetic field intensity in
PCR – 150Oe; the high-frequency (13.56 MHz) discharge
current – 8 А; a 1 kW oscillator with power stabilization was
used. The flow (Q) of working gas used for etching was fixed,
its pressure was varied mechanically with the help of a valve
gate of the diffusion pump N-2T (evacuation rate 2000 l/s). In
order to eliminate the loading effect the work areas of silicon
plates were chosen to be equal and were S= 2.7 cm2.
As Fig. 1 demonstrates, when the pressure in PCR
changes from 10-3 to 10-1 Torr the etching rate increases from
0.7 µm/min to 2.5 µm/min. The increase of pressure above
10-1 Torr leads to some decrease of the monosilicon etching
rate. To prevent the influence of different-type silicon
properties on results of these investigations, the samples from
one plate of the same PEC batch were used. As follows from
these results, for silicon etching the optimum pressure of a
working gas in the reactor is 6-8⋅10-2 Torr with above-
mentioned other discharge parameters fixed. Apparently, with
the further pressure increase in the discharge chamber there is
148 PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2009. № 1.
Series: Plasma Physics (15), p. 148-149.
a lack of the high-frequency generator power under indicated
conditions, i.e. it is insufficient for dissociation and ionization
of working gases in large quantities.
However, it has been found that the monosilicon etching rate
depends not only on the working gas pressure in the chamber.
In Fig. 2 the monosilicon etching rate as a function of the
working gas flow is presented.
At constant pressure in the chamber closely corresponding
to the maximum etching rates (P=5∙10-2 Torr), and with the
same other discharge parameters, the fivefold gas flow increase
results in the etching rate increase from 0.6 to 2.2 µm/min. It
means that the gas flow rate through PCR should also be chosen
properly in order to obtain the maximum etching rates.
Fig. 2. The monosilicon etching rate VSi as a function of
the working gas flow (SF6, P=5·10-2 Torr)
According to results of the carried out researches, it was
succeeded to obtain the optimal etching rates of the end faces
of monosilicon plates for creation of an isolation layer
between working and back sides of PEC. With loading of 600
PEC plates, the etching rate can reach 0.5 µm/min at a
discharge current of 16 А, and the etching time can be
decreased down to 8 min during the total operation cycle of 30
min.
In the best PEC of the Alсatel Company with loading of
500 plates, the total operation cycle lasts 1 hour, and the
etching time exceeds 30 min. As the result of so long etching
time, a significant etching of the PEC working surfaces, up to
10 mm from their faces, takes place.
In contrast, at the plasmochemical reactor developed in INR
a similar effect is not observed. It is worthy to note that the
working gases filled in PCR are used completely, and the exhaust
gases contain only the products of SF6 interaction with silicon.
CONCLUSIONS
The experimental results demonstrate that at a constant
flow of the working gas into the reactor and by varying the
pressure in PCR from 10–3 to 10 –1 Torr the etching rate
increases from 0.7 to 2.5 µm/min. After that pressure value the
monosilicon etching rate decreases and other discharge
parameters are unchangeable. The nonlinear dependence of
etching rate on the working gas flow with a tendency to
saturation during the further gas flow increase is shown.
REFERENCES
1. M.S. Boltovets, A.G. Borisenko, O.A. Fedorovich et al.
High Temperature Contacts to GaN and SiC based on TiBx
Nanostructure Layers // Trans Tech Publications. Materials
Science Forum, Switzerland, 2005, v. 483-485, p. 1061-
1064.
2. A.G. Borisenko, B.P. Polozov, O.A. Fedorovich et al.
Plasmochemical etching of epitaxial structures of gallium
nitride // Technologiya I construirovanie v electronnoi
apparature. 2005, N 6 (60), p. 42-46.
3. V.M. Konoval, V.V. Ustalov, O.A. Fedorovich.
Plasmochemical reactor with closed electron drift for
production of elements having submicron sizes. // Proc. оf
the 6-th International Conference "CrimeaMicro-96",
Sevastopol, Ukraine, 1996. p.285-288 (in Russian).
4. O.A. Fedorovich, M.P. Kruglenko, B.P. Polozov et al.
Modernized equipment for plasmachemical etching of
insulation of p-n transition in photoelectric converters //
Problems of Atomic Science and Technology. Series
“Plasma Phys” (13). 2007, N 1, p. 203-205.
5. O.A. Fedorovich, M.P. Kruglenko, B.P. Polozov. Physical
and technological investigations of the plasmachemical
reactor for etching the faces of photo-electric converters. //
Book of Abstracts of The Ukrainian Conference on Plasma
Physics and Controlled Fusion. Kiev, 2007, p. 26.
Article received 24.10.08.
Revised version 20.11.08.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОГО РЕАКТОРА
С ЗАМКНУТЫМ ДРЕЙФОМ ЭЛЕКТРОНОВ
О.А. Федорович, М.П. Кругленко, Б.П. Полозов
Приведены результаты технологических исследований плазмохимического реактора (ПХР) с замкнутым дрейфом
электронов, разработанного в ИЯИ НАНУ. Исследована зависимость скорости травления монокремния от рабочего
давления в ПХР: при неизменном потоке подачи рабочего газа в реактор и изменении давления в ПХР от 10-3 до
10-1 Торр скорость травления возрастает от 0,7 до 2,5 мкм/мин на участке (6…8)·10-2 Торр. Далее происходит
уменьшение скорости травления монокремния. Приведена зависимость скорости травления от величины потока SF6
при фиксированном давлении. Показана нелинейная зависимость скорости травления от расхода рабочего газа с
тенденцией насыщения при дальнейшем увеличении газового потока.
ТЕХНОЛОГІЧНІ ВИПРОБУВАННЯ ПЛАЗМОХІМІЧНОГО РЕАКТОРА
З ЗАМКНУТИМ ДРЕЙФОМ ЕЛЕКТРОНІВ
О.А. Федорович, М.П. Кругленко, Б.П. Полозов
Наведено результати технологічних випробувань плазмохімічного реактора (ПХР) з замкнутим дрейфом
електронів, розробленого в ІЯД НАНУ. Досліджена залежність швидкості травлення монокремнію від робочого тиску в
ПХР. Знайдено, що при незмінному потоці подачі робочого газу в реактор і зміні тиску в ПХР від 10-3 до 10-1 Тор
швидкість травлення зростає від 0,7 до 2,5 мкм/хв на проміжку (6…8)·10-2 Тор. Далі проходить зменшення швидкості
травлення монокремнію при інших незмінних параметрах розряду. Показана нелінійна залежність швидкості травлення
від розходу робочого газу SF6 з тенденцією насичення при подальшому його збільшенні.
149
|