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Erfindung
Russische Föderation Patent RU2088056

GENERATOR atomarem Wasserstoff

Name des Erfinders:. Kagadey VA; Proskurovsky DI. Troyan OE
Der Name des Patentinhabers: Staatliche Forschungs- und Produktionsunternehmen "NIIPP"
Adresse für die Korrespondenz:
Startdatum des Patents: 1993.05.07

Verwendung: in der Mikroelektronik-Technologie Gas atomaren Wasserstoff zu generieren auf der DC-Entladung. ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG: Steigerung der Effizienz der Herstellung von atomarem Wasserstoff wird durch Kombinieren in einem Gerät verschiedene Mechanismen der Dissoziation von molekularem Wasserstoff erreicht, sondern auch die Konzentration von Elektronen in einem Gasentladungsplasma zu erhöhen. Der Entladestrom von 1 - 2 A Brennspannung -50 - 100 V, der Wasserstoffdruck in dem Entladungs -weitere 4 × 10 -2 Torr. Der Generator umfasst eine Vorrichtung, die für das Brennen Penning Gasentladung in der Entladungskammer ein Magnetfeld erzeugt. Zur Erhöhung der Bereich ein dichtes Plasma der Hohlkathoden dringt in den Hohlraum der zylindrischen Anode zu erzeugen. Als Ergebnis wird zwischen der Außenfläche der Hohlkathode und der inneren Oberfläche der Anode weiter Magnetronentladung eingeleitet.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft mikroelektronische Technologie, nämlich an die Vorrichtungen zur Herstellung von chemisch aktiven Teilchen und genauer zu atomarem Wasserstoff Generatoren.

Generatoren reaktiver Spezies bei der Herstellung von mikroelektronischen Vorrichtungen verwendet. Da die Verarbeitung Si, Ge, GaAs, InP und anderen Halbleitern wird atomarer Wasserstoff erfolgreich zur Reinigung von Substraten verwendet, um eine geordnete atomar saubere Oberfläche zu erhalten und die Defekte Träger zu passivieren, auf tiefen Ebenen liegen [1 3]

Bekannte Generator atomarer Wasserstoff [4], die einen Wolframfaden verwendet erhitzt , um ein T 2000 o C. Molekularer Wasserstoff, lassen Sie in in die Kammer Vakuum thermisch Glühwendel distanziert. Die Ausbeute an atomarem Wasserstoff beträgt etwa 0,1% der Gesamtgasmenge zugeführt wird. Der Nachteil dieses Generators ist die geringe Produktivität und Effizienz von atomarem Wasserstoff zu erzeugen.

Bekannt Generator von atomarem Wasserstoff auf der Grundlage der Mikrowellengasentladung unter Resonanz Elektronenzyklotronresonanz [5] Leistung und Effizienz von atomarem Wasserstoff in solchen Quellen Herstellung ist hoch. Der Hauptnachteil dieses Generators ist seine hohe Kosten und Komplexität.

Bekannt Generator atomarem Wasserstoff als Prototyp [6] in der Nähe von der vorgeschlagenen technischen Lösung ist und wobei der ausgewählte Kontakt atomaren Wasserstofferzeugung erfolgt in den Gleichstromentladung. Wobei die Entladungskammer eine wassergekühlte Hohlkathode besteht aus 1 (siehe. Fig. 1) Scheibe und eine Anode mit Emissionsöffnung 2 4 2,5 mm Durchmesser, die von einem zylindrischen Isolator getrennt 3. Die Spannung U p die Entladung von 600 V und der Entladungsstrom I p 0,1 A. der Wasserstoffdruck in der Entladungskammer P etwa 3 x 10 -1 torr. Der Vorteil dieses Generators ist seine Einfachheit. Die Hauptnachteile des Generators sind wie folgt.

1. Niedrige Produktivität atomaren Wasserstoff erzeugen aufgrund der geringen Entladestrom.

2. Die Hochspannung der Entladung, die zu Ineffizienz Generator führt. Der größte Teil der Energie der Ionen in der Entladung trägt zur Erosion der Kathode und erhöht die Wahrscheinlichkeit von Strahlenschäden an der Substrat Protonen.

3. Eine hohe Wasserstoffdruck in der Abgabekammer und folglich in der Behandlungszone.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung , den Aufbau des Generators zu verbessern , die Produktivität und die Effizienz der Erzeugung von atomarem Wasserstoff zu erhöhen. Erhöhte Freisetzung von atomarem Wasserstoff aus dem Generator und somit seine Konzentration in der Behandlungszone führen zu einer erhöhten Effizienz des Betriebs und Reduktionsverarbeitungszeit erhöhen. Darüber hinaus ermöglicht es die Substratoberfläche unter Standard technologischen Vakuum (~ 10 -6 Torr) zu reinigen, wohingegen bei niedrigen Konzentrationen von atomarem Wasserstoff notwendig ist , im Vakuum bei einem Niveau zu halten (10 -7bis 10 -9 Torr) [7]

Das Ziel wird dadurch erreicht , dass die vorgeschlagene Generator eine Vorrichtung umfasst , die ein Magnetfeld erzeugt , das Verbrennungs peningovskogo Gasentladung in der Entladungskammer durch sukzessive gebildet liefert, und mit einer gemeinsamen Symmetrieachse dünnwandigen Hohlkathode isoliert ist , eine zylindrische Anode und eine reflektierende / Wohnung / Kathode aus einem magnetischen Material hergestellt ist und mit einem Emissionsöffnung. Um das Volumen des Erzeugungsbereiches mit einem dichten Plasma in der Hohlkathode Hohlraum zu erhöhen durchdringt die zylindrische Anode. Als Ergebnis wird zwischen der Außenfläche der Hohlkathode und der inneren Oberfläche der Anode weiter Magnetronentladung eingeleitet.

GENERATOR atomarem Wasserstoff GENERATOR atomarem Wasserstoff

Die Konstruktion der vorgeschlagenen Generators ist in Fig. 2 und rotationssymmetrisches System besteht aus einer dünnen, isolierten Kathode 1 besteht, eine zylindrische Anode 2, eine Kathode 4 und einer planaren Vorrichtung, die ein Magnetfeld 5. Die Elektroden 1, 2, 4 sind getrennt durch zylindrische Isolatoren 3. Emissionsloch 6 hergestellt in der flachen Kathode erzeugt. Der Inhaber eines dünnwandigen isolierten Hohlkathode, einer Anode und einer planaren Kathode Wasserkühlung gezwungen. Der elektrische Generator wird durch eine Hochspannungs-Gleichstromversorgung gespeist. Gaszufuhr wird über ein Leckventil vorgesehen, um den Druck des Gases in der Entladungskammer zu regulieren.

Die Konstruktion der Vorrichtung ist entworfen, um auf die folgenden bekannten und etablierten Autoren der experimentellen Tatsachen. Die Zersetzung von molekularem Wasserstoff in atomaren auftreten können durch thermische oder Dissoziation und Dissoziation und Elektronenstoß. Das letztere Verfahren ist am wirkungsvollsten, aber die Dissoziation in der Gasentladung ist die bevorzugte Methode der atomaren Wasserstoff zu erzeugen. Das Wachstum der Elektronendichte in dem Plasma, das heißt der Entladungsstrom ist der Hauptmechanismus signifikant die Ausbeute an atomarem Wasserstoff zu erhöhen. Erhöhte Lebensdauer von Elektronen (d.h. die Länge des Eindringens Pfad zu einer Elektrode oder rekombinant) und die Auswahl der optimalen Leistung (d.h. die Spannung der Entladung) und führt zu einer Erhöhung der Konzentration von atomarem Wasserstoff in dem Plasma. Die Anwesenheit der erwärmten Teile in den Entladungsbereich der Entladungs ​​und Emission von Photonen weiter erhöhen den Grad der Dissoziation des Wasserstoffs.

Experimentell fanden die Autoren, dass die vorgeschlagene Geometrie der Entladungskammer zu einer erhöhten Produktivität und Effizienz führt mit Hilfe von allen obigen Mechanismen atomaren Wasserstoff zu erzeugen. Eine Erhöhung der Konzentration von Elektronen in einem Gasentladungsplasma wird aufgrund des Auftretens von thermischer Emission von Elektronen aus dem dünnwandigen Hohlkathode isoliert. Unter dem Einfluß des Entladungsstroms durch eine fließende Selbst Erhitzen auf hohe Temperaturen (~ 2000 o C). Elektronenemission im Plasma führt zu einer Erhöhung des Entladestroms von mehreren Ampere, und die Verringerung der Entladungsspannung U p ~ 50 100 B (siehe. Volt-Ampere - Entladungseigenschaften in Fig. 3 gezeigt). Die Einführung der Hohlkathode in den Hohlraum der zylindrischen Anode fördert die Bildung von zusätzlichen Volumen mit einem dichten Plasma, in dem die effiziente Erzeugung von atomarem Wasserstoff. Dieses Plasma angeregt wird zwischen der Außenseite der Hohlkathodenhohlraum wird in die Anode eingeführt wird, und der Innenseite der zylindrischen Anode aufgrund Initiations zwischen den Elektroden der Magnetronentladung. Neben einer direkten Erhöhung der Entladestrom und daher Menge an dissoziierten Wasserstoff-Magnetron-Entladung führt zu einer zusätzlichen Erwärmung Hohlkathoden isoliert. Die Erhöhung der Lebensdauer von Elektronen in der Entladung ist durch die Verlängerung ihrer Flugbahn in gekreuzten elektrischen und magnetischen Feldern und Elektronen Oszillieren zwischen den beiden Kathoden. Thermische Dissoziation von Wasserstoff auf einem erwärmten dünnwandigen wärmegedämmten Hohlkathode und zusätzliche Photodissoziation aufgrund der Erhöhung der Plasmadichte und somit entstehen Glimmentladung und erhöht den Grad der Dissoziation von molekularem Wasserstoff. Schätzungen zeigen, dass die Zahl der Wasserstoffatome in bezug auf die Gesamtzahl von molekularem Wasserstoff in die Kammer zu lassen, können zehn Prozent erreichen.

Somit ist die vorgeschlagene Generator den Entladestrom in Bezug auf den Stand der Technik zu erhöhen, erlaubt, auf das Gerät nicht weniger als 30-fache, erhöht sich der Stromverbrauch nur 5 mal. Da wird der Entladestrom direkt mit der Freisetzung von atomarem Wasserstoff verbunden sind, können wir schließen, dass die vorgeschlagene Vorrichtung verbessert die Leistung erheblich zu erhalten atomaren Teilchen. Bedenkt man, dass die Wirksamkeit von atomarem Wasserstoff zur Herstellung das Verhältnis der Entladungsstrom an den Eingang für das Einleiten von elektrischer Energie ist, kann gezeigt werden, daß die vorgeschlagene Vorrichtung es ermöglicht, die Effizienz der Produktion von atomaren Teilchen mehrmals zu erhöhen.

Verringern der Entladungsspannung ~ 6 mal im Vergleich mit dem Prototyp ustroystvom- die Lebensdauer der Elektroden der Entladungszelle Ionen durch Verringerung ihrer Aufsprühen Wasserstoff verlängern, verringert erheblich die Wahrscheinlichkeit der Strahlungsschaden an dem Substrat-Ionen aus der Entladung ausgegeben behandelt wird, und erhöht die Effizienz der Vorrichtung.

In dem vorgeschlagenen Entladungsbetätigungsvorrichtung in einem weiten Bereich von Wasserstoffdruck in der Entladungskammer von P vorgesehen ~ 4 x 10 -1 Torr bis P ~ 4 × 10 -2 Torr, die niedriger ist (die in dem Gerät als Prototyp ausgewählt implementiert ist) als der Mindestdruck ist die betätigt Prototyps werden kann. Reduzieren der Mindestwasserstoffdruck in dem Entladungs führt zu einer deutlichen Erhöhung der Prozessflexibilität Verarbeitung von Halbleitersubstraten und ermöglicht es , bei einem Druck in der Behandlungszone P ~ 1 × 10 -4 Torr. Laut Literatur [1, 4] Dieser Wert ist nahe dem optimalen Druck für die Halbleiteroberflächen zu reinigen. Darüber hinaus wird der Betrieb des Generators , wenn der Gasdruck in der Entladungs P ~ 4 × 10 -2 Torr führt zu einer Verringerung in der Wasserstoffverbrauch.

Steuer atomarem Wasserstoff Generatorleistung und damit Parameter des Prozesses der Halbleitersubstratbearbeitung wird durch Ändern der Entladungsstromwert und dem Wasserstoffstrom Eingabe der Entladungskammer durchgeführt.

Ein dünnwandiger isolierte Kathode besteht aus feuerfesten Metallen, schwach mit Wasserstoff reagieren (beispielsweise Re, W). Die Dicke der Wände der Kathode bestimmt wird, die einerseits die mechanische Festigkeit und andererseits die Möglichkeit einer wirksamen Wärmefreilaufkathodenentladungsstrom dazu fließt. Experimente haben gezeigt, dass die Dicke d von 100 Mikron diese Anforderungen vollständig erfüllen.

Der Halter von dünnwandigen und isolierten Flachkathoden Kathode das Magnetfeld im Bereich der Austragsöffnung zu konzentrieren, sind aus magnetischem Metall gefertigt. Zum Beispiel können Sie St3, 30Ch13 und andere. Eine zylindrische Anode wird aus nichtmagnetischem Material hergestellt ist. Es ist am besten für diesen Zweck Edelstahl 12X18H10T geeignet. Das Magnetfeld sollte, wobei die Plasmadichte auf der einen Seite nahezu unverändert ist, die effektive Weglänge der Elektronen in dem Plasma zu erhöhen, andererseits größer ist als die oben, und die Kosten für eine solche Magnetfeld zunimmt. Am einfachsten ein Magnetfeld zu erzeugen, Permanentmagnete zu verwenden. Magnete aus Samarium Basis-Legierung und Kobalt Bereitstellung von magnetischen Induktion von 0,1 T 0,12 die oben genannten Anforderungen erfüllen. Die Größe der Löcher in der flachen Emissionskathode bestimmt wird Druckdifferenz zwischen der Auslaßkammer und dem Bearbeitungsbereich des Halbleitersubstrats erhalten werden. Normalerweise wird diese Menge reicht von 1 - 3 mm.

Unten zur Veranschaulichung der Merkmale erzeugt verabreicht Effekte wird ein Beispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Beispiel
Herstellung von atomarem Wasserstoff durch einen Generator in Fig hergestellt. 2. Eine dünnwandige isolierten Hohlkathode 1 aus Wolframfolie 100 Mikrometer dick ist, durchdringen die Kavität eine zylindrische Anode 2 durch eine Länge gleich der Hälfte der Länge der Anode. Wenn eine Spannung in der 7 leuchten reflektierendes Penning Entladung mit einer Hohlkathode an die Elektroden angelegt, und in 8 -magnetronny Entladung. Die Hohlkathode auf die maximale Temperatur und der Ausgang des Generators für das Regime fand während des März Heizung 1 mit an der Stromversorgung des Generators nach dem Einschalten. Die typische Strom-Spannungs-Kennlinie (CVC) der Entladung ist in Fig. 3. Aus einem Vergleich der Betriebsarten und einer Prototypvorrichtung des Generators kann, dass der Einsatz der vorgeschlagenen Vorrichtung zu sehen ist kann der Entladestrom in einer ~ 30-fache zu erhöhen, während die Brennspannung ~ 6 mal reduziert. Stromverbrauch bei gleichzeitig erhöhter nur 5 mal. Die Existenz des Einfallsabschnitt CVC thermische Emission von Elektronen aufgrund eines dünnwandigen thermisch von der Kathode isoliert, deren Temperatur steigt mit der Entladungsstrom.

FORDERUNGEN

Generator atomarem Wasserstoff durch die Gasentladung, die eine Entladungskammer mit der Emissionsöffnung umfasst Elektroden mit einer gemeinsamen Symmetrieachse des Systems umfasst, mit einer Anode und einer Hohlkathode, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vorrichtung umfasst ein Magnetfeld zu erzeugen, Bereitstellen Verbrennungs Auslaßkammer Penning eine zusätzliche reflektierende Kathode aus einem magnetischen Material hergestellt ist, wobei die Anode zylindrisch und hohl ist und zwischen der reflektierenden Kathode, die Emissionsöffnung in der reflektierenden Kathode eine Hohlkathode ist dünnwandig und isoliert und teilweise eingesetzt in einer zylindrischen Kathode gebildeten Hohlraum angeordnet ist.

Druckversion
Erscheinungsdatum 04.01.2007gg