About influence of energy of electrons and ions on speed of electron- and ion-stimulated plasmachemical etching of silicon
The experimental dependence of the etching rate monosilicon of self-bias voltages on the active electrode at other constant conditions in the discharge is shows. With increasing negative bias potential monosilicon etching rate increases, then reaches a maximum at Ubias ≈ - (140…160 V). Further incre...
Збережено в:
| Дата: | 2010 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська |
| Опубліковано: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2010
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17499 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | About influence of energy of electrons and ions on speed of electron- and ion-stimulated plasmachemical etching of silicon / O.A. Fedorovich, M.P. Kruglenko, B.P. Polozov // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 6. — С. 185-187. — Бібліогр.: 7 назв. — англ. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859484431547367424 |
|---|---|
| author | Fedorovich, O.A. Kruglenko, M.P. Polozov, B.P. |
| author_facet | Fedorovich, O.A. Kruglenko, M.P. Polozov, B.P. |
| citation_txt | About influence of energy of electrons and ions on speed of electron- and ion-stimulated plasmachemical etching of silicon / O.A. Fedorovich, M.P. Kruglenko, B.P. Polozov // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 6. — С. 185-187. — Бібліогр.: 7 назв. — англ. |
| collection | DSpace DC |
| description | The experimental dependence of the etching rate monosilicon of self-bias voltages on the active electrode at other constant conditions in the discharge is shows. With increasing negative bias potential monosilicon etching rate increases, then reaches a maximum at Ubias ≈ - (140…160 V). Further increasing of negative potential, regardless from method of preparation leads to a decrease in the monosilicon etching rate. This effect can be explained by an increase in dispersion of the active electrode. Application of a positive potential leads to polymer films deposition. Monosilicon etching rate increases with a positive potential bias rise on the active electrode.
Приведены экспериментальные зависимости скорости травления монокремния от напряжений смещения на активном электроде при других неизменных условиях в разряде. При увеличении отрицательного потенциала смещения скорость травления монокремния увеличивается, достигая максимума при Uсм ≈ -(140…160) В. Дальнейшее увеличение отрицательного потенциала, независимо от метода его получения, приводит к уменьшению скорости травления монокремния. Указанный эффект может объясняться увеличением распыления активного электрода. Подача положительного потенциала приводит к осаждению полимерных пленок. Скорость травления монокремния увеличивается с увеличением положительного потенциала смещения на активном электроде.
Наведено експериментальні залежності швидкості травлення монокремнію від напруги зміщення на активному електроді при інших незмінних умовах у розряді. При збільшенні негативного потенціалу зміщення швидкість травлення монокремнію збільшується, досягає максимуму при U≈ -(140…160) В. Подальше збільшення негативного потенціалу, незалежно від методу його отримання, призводить до зменшення швидкості травлення монокремнію. Зазначений ефект може пояснюватися збільшенням розпилення активного електрода. Подача позитивного потенціалу призводить до осадження полімерних плівок. Швидкість травлення монокремнію збільшується зі збільшенням позитивного потенціалу зміщення на активному електроді.
|
| first_indexed | 2025-11-24T15:20:10Z |
| format | Article |
| fulltext |
ABOUT INFLUENCE OF ENERGY OF ELECTRONS AND IONS
ON SPEED OF ELECTRON- AND ION-STIMULATED
PLASMACHEMICAL ETCHING OF SILICON
O.A. Fedorovich, M.P. Kruglenko, B.P. Polozov
Institute for Nuclear Research, Kiev, Ukraine
E-mail: oafedorovich@kinr.kiev.ua
The experimental dependence of the etching rate monosilicon of self-bias voltages on the active electrode at other
constant conditions in the discharge is shows. With increasing negative bias potential monosilicon etching rate increases,
then reaches a maximum at Ubias ≈ - (140…160 V). Further increasing of negative potential, regardless from method of
preparation leads to a decrease in the monosilicon etching rate. This effect can be explained by an increase in dispersion
of the active electrode. Application of a positive potential leads to polymer films deposition. Monosilicon etching rate
increases with a positive potential bias rise on the active electrode.
PACS:52.77.Bn, 81.65.Cf
INTRODUCTION
Despite the widespread use of plasma etching (PCTs)
in the technological processes of manufacture of
microelectronic products, computer and microwave -
machinery, electronics and other components. The plasma
etching process physics is poorly understood. The effect
of electron and ion bombardment on plasma etching
processes carried out in different conditions and in
different settings. Results presented in reviews [1,2] are
insufficient for unambiguous advice on the choice of
optimal energy of electrons or ions for optimal etching of
many materials, including mono-, poly-, and multi-
Si. The latest materials found very wide application in the
manufacture of solar cells with high efficiency (18%). For
proper insulation between the worker and the other side of
the solar cells is necessary to provide good insulation,
because leakage currents leads to a decrease in
efficiency. This is done using specially developed for JSC
«Quasar» plasma-chemical reactor (PHR), developed at
the Institute for Nuclear Research [3,5]. Productivity
developed PHR in 2,4 times higher than the performance
of the best foreign analogues. To further increase
productivity and the edge etching duration reduce of the
solar cells necessary to carry out further the technological
research. One of the most important is the e electrons and
ions energy effect on the monosilicon etching rate. As
shown in [3-5] results the question was not
addressed. The presented works carry out the study such
an influence on silicon etching rate.
RESULTS AND DISCUSSION
The studies were conducted in plasma-chemical
reactor with a closed electron drift [6]. He is the prototype
PHR to create the silicon wafers isolation for solar
converters Energy ions in the PHR can be changed by
several methods. As shown in [7], the average ion energy
approximately corresponds to the particle energy
accumulated in an electric field of bias. Bias voltage in
the PHR can be changed by several methods. One of them
- to change the size and configuration of the magnetic
field, from which the self-bias voltage is depended. The
etching rate dependence results of monosilicon from the
strength of self-bias are shown in Fig. 1.
The self-bias voltage influence investigation on the
etch rate were carried out at constant composition of
gases, their pressure in the chamber, a discharge current.
Area cultivated samples also were chosen the same. As
seen in Fig. 1 when the self-bias voltage changes from
(-100) to (-250) V, the etching rate increases smoothly.
Fig.1. Dependence of the Si etching of self-bias voltage
Further increase in self-bias voltage (even a slight
increase in discharge current) leads to a significant
decrease in the etching rate of 1.8 up to 1,2 μm/min. As
already noted, these results were obtained when adjusting
the self-bias voltage by changing the magnetic field
configuration. With this the plasma parameters may
change,: the degree of dissociation of sulfur hexafluoride
and oxygen, as well as the degree of ionization of the
working gas. Therefore the result, that is, the dependence
of Vetch and Ubias can be ambiguous in these experiments.
Another Ubias variation way may be the ratio change in
areas of active and grounded electrode. But there may be
redistribution of current in the discharge. It can also lead
to mixed results. Therefore, this Ubias changes method not
used.
But the bias voltage can be changed by the additional
power supply with adjustable voltage, connected through
a special filter. All other discharge parameters, including
size and configuration of the magnetic field in these
studies were maintained constant. The velocity
dependence studies results from the bias when it is
changed from an external source of direct current shown
in Fig. 2.
PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2010. № 6. 185
Series: Plasma Physics (16), p. 185-187.
mailto:oafedorovich@kinr.kiev.ua
Fig.2. Dependence of the Si etching of self-bias voltage
From this follows that in the beginning with
increasing the bias voltage from etching (-110) to (-160)
is an increase in the silicon etching rate with a maximum
at about (-160) V. Further increase of bias voltage to
(-220) V leads to a decrease in the etching rate from 2.3 to
1,8 μm/min at a current in the discharge ~8,5…8,9 A, as
well as constant pressure in the PHR of P = 3 ⋅ 10-2 Torr,
the composition of the working gas SF6 : O2 = 10 : 1, the
constant rate of pumping and injection of working gas, as
well as a constant magnetic field.
When the current is reduced to 8 A and the pressure
increases to 5⋅10-2 Torr, bias voltage can be increased
without breakdown to (-400) V. (Fig. 3). The maximum
etching rate is observed at (-110) V, while increasing the
bias voltage up to 400 V, the monosilicon etch rate is
reduced from 1,6 to 0,8 μm/min. Connecting an additional
generator with a frequency of 440 kHz increases the
etching rate by 30% at constant other conditions.
Fig.3. Dependence of the Si etching of self-bias voltage
The effect study of the positive potential and its value
at the monosilicon etching rate is interest. The study
results of etching rate dependence from the positive
potential bias on the active electrode is shown in Fig. 4,
i.e. with electronic stimulation of the silicon surface.
The main feature of these measurements was large
irreproducibility the etching rate dependence results from
polarity positive voltage. In this case, polymer film is also
deposited on the surface; this apparently leads to large
non-repeatable results.
Fig.4. Dependence of the Si etching of bias voltage
But the general trend is an increase of etching rate
with increasing positive bias voltage on the
sample Fig. 5 shows. The general dependence of the
etching rate with the potential variation on the active
electrode from (-400) to (+150) eV is shown in Fig. 5.
Fig.5. Dependence of the Si etching of bias voltage
Influence additional make power to discharge due to the
constant voltage is negligible. The power source current
dependence from bias positive voltage as well as the
polarity negative is shown in Fig. 6.
Fig.6. Dependence of the bias current of bias voltage
When the active electrode surface area is equal
1120 cm2, power density RF discharge is equal
0,89 W/cm2, on the direct current is equal 0,0134 W/cm2.
The power ratio is equal 67, i.e. a few percent, that
should not lead to significant changes in plasma
parameters in the PHR.
It is characteristic that during the transition bias
through "0" there is no abrupt change in etching
rate. I.e. main contribution to the etching is made by free
radicals and fluorine atoms, and not fluoride.
186
187
In addition, with increasing the negative potential on the
active electrode higher - 250-300 the monosilicon etching
rate decreases. This effect may be explained by the
spraying increase of active electrode and redeposition the
of atoms and ions of metals (Fe, Ni, Cr), from which the
active electrode is make, on the substrate.
CONCLUSIONS
When the monosilicon etching is carred out by ions
stimulation, the dependence of etching rate from the bias
voltage is maximum. Increasing the bias voltage
(regardless of method of preparation), leads to a decrease
in etch rate. This fact can be explained by spraying the
active electrode and the deposition of material onto the
substrate stimulation When the monosilicon etching is
carred out by stimulation electrons, deposition of polymer
films is obtained. With increasing positive potential on
the active electrode, an increase of etching rate
monosilicon is obtained.
REFERENCES
1. B.S. Danilin, V.Yu. Kireev. Application of low
temperature plasma for etching and cleaning materials.
Moscow: “Energoatomizdat”, 1987.
2. Ed.N. Aynspruka and D. Brown. Plasma Processing
for VLSI. M.: “Mir”, 1987.
3. O.A. Fedorovich, M.P. Kruglenko, O.A. Lukomskiy,
A.A. Marinenko, B.P. Polozov. Modernized equipment
for plasmachemical etching of insulation of p-n
transition of photoelectric converters // Problems of
Atomic Science and Technology. Ser. “Plasma
Physics” (13). 2007, N 1, р. 203-205.
4. O.A. Fedorovich, M.P. Kruglenko, B.P. Polozov.
Features of plasma etching of silicon wafers for
photovoltaic cells // Technology and Design of
Electronic Equipment. 2009, N 6, p. 46-49.
5. O.A. Fedorovich, M.P. Kruglenko, B.P. Polozov.
Technological Studies of The Plasmachemical Reactor
with closed electron drift // Problems of Atomic Science
and Technology. Ser. “Plasma Physics” (15). 2009,
N 1, р. 145-147.
6. V.M. Konoval, V.V. Ustalov, O.A. Fedorovich //
Proceedings of the 6th International Conference
“Microwave & Telecommunication Technology”.
Sevastopol, 1986, p. 185-287.
7. E.G. Shustin, V.N. Isaev, M.P. Temiryazeva, et al.
Beam-plasma discharge in a weak magnetic field as a
plasma source for plasma reactor // Problems of Atomic
Science and Technology, Ser. "Plasma Electronics and
New Acceleration Techniques"(6). 2008, N 4,
p. 169-173.
Article received 15.10.10
О ВЛИЯНИИ ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОНОВ И ИОНОВ НА СКОРОСТЬ ЭЛЕКТРОННО- И ИОННО-
СТИМУЛИРОВАННОГО ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОГО ТРАВЛЕНИЯ КРЕМНИЯ
О.А. Федорович, М.П. Кругленко, Б.П. Полозов
Приведены экспериментальные зависимости скорости травления монокремния от напряжений смещения на
активном электроде при других неизменных условиях в разряде. При увеличении отрицательного потенциала
смещения скорость травления монокремния увеличивается, достигая максимума при Uсм ≈ -(140…160) В.
Дальнейшее увеличение отрицательного потенциала, независимо от метода его получения, приводит к
уменьшению скорости травления монокремния. Указанный эффект может объясняться увеличением
распыления активного электрода. Подача положительного потенциала приводит к осаждению полимерных
пленок. Скорость травления монокремния увеличивается с увеличением положительного потенциала смещения
на активном электроде.
ПРО ВПЛИВ ЕНЕРГІЇ ЕЛЕКТРОНІВ І ІОНІВ НА ШВИДКІСТЬ ЕЛЕКТРОННО- І ІОННО-
СТИМУЛЮВАННОГО ПЛАЗМОХІМІЧНОГО ТРАВЛЕННЯ КРЕМНІЮ
О.А. Федорович, М.П. Кругленко, Б.П. Полозов
Наведено експериментальні залежності швидкості травлення монокремнію від напруги зміщення на
активному електроді при інших незмінних умовах у розряді. При збільшенні негативного потенціалу зміщення
швидкість травлення монокремнію збільшується, досягає максимуму при U ≈ -(140…160) В. Подальше
збільшення негативного потенціалу, незалежно від методу його отримання, призводить до зменшення
швидкості травлення монокремнію. Зазначений ефект може пояснюватися збільшенням розпилення активного
електрода. Подача позитивного потенціалу призводить до осадження полімерних плівок. Швидкість травлення
монокремнію збільшується зі збільшенням позитивного потенціалу зміщення на активному електроді.
зм
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-17499 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | English |
| last_indexed | 2025-11-24T15:20:10Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Fedorovich, O.A. Kruglenko, M.P. Polozov, B.P. 2011-02-26T23:08:58Z 2011-02-26T23:08:58Z 2010 About influence of energy of electrons and ions on speed of electron- and ion-stimulated plasmachemical etching of silicon / O.A. Fedorovich, M.P. Kruglenko, B.P. Polozov // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 6. — С. 185-187. — Бібліогр.: 7 назв. — англ. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17499 The experimental dependence of the etching rate monosilicon of self-bias voltages on the active electrode at other constant conditions in the discharge is shows. With increasing negative bias potential monosilicon etching rate increases, then reaches a maximum at Ubias ≈ - (140…160 V). Further increasing of negative potential, regardless from method of preparation leads to a decrease in the monosilicon etching rate. This effect can be explained by an increase in dispersion of the active electrode. Application of a positive potential leads to polymer films deposition. Monosilicon etching rate increases with a positive potential bias rise on the active electrode. Приведены экспериментальные зависимости скорости травления монокремния от напряжений смещения на активном электроде при других неизменных условиях в разряде. При увеличении отрицательного потенциала смещения скорость травления монокремния увеличивается, достигая максимума при Uсм ≈ -(140…160) В. Дальнейшее увеличение отрицательного потенциала, независимо от метода его получения, приводит к уменьшению скорости травления монокремния. Указанный эффект может объясняться увеличением распыления активного электрода. Подача положительного потенциала приводит к осаждению полимерных пленок. Скорость травления монокремния увеличивается с увеличением положительного потенциала смещения на активном электроде. Наведено експериментальні залежності швидкості травлення монокремнію від напруги зміщення на активному електроді при інших незмінних умовах у розряді. При збільшенні негативного потенціалу зміщення швидкість травлення монокремнію збільшується, досягає максимуму при U≈ -(140…160) В. Подальше збільшення негативного потенціалу, незалежно від методу його отримання, призводить до зменшення швидкості травлення монокремнію. Зазначений ефект може пояснюватися збільшенням розпилення активного електрода. Подача позитивного потенціалу призводить до осадження полімерних плівок. Швидкість травлення монокремнію збільшується зі збільшенням позитивного потенціалу зміщення на активному електроді. en Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Низкотемпературная плазма и плазменные технологии About influence of energy of electrons and ions on speed of electron- and ion-stimulated plasmachemical etching of silicon О влиянии энергии электронов и ионов на скорость электронно- и ионно- стимулированного плазмохимического травления кремния Про вплив енергії електронів і іонів на швидкість електронно- і іонно-стимулюванного плазмохімічного травлення кремнію Article published earlier |
| spellingShingle | About influence of energy of electrons and ions on speed of electron- and ion-stimulated plasmachemical etching of silicon Fedorovich, O.A. Kruglenko, M.P. Polozov, B.P. Низкотемпературная плазма и плазменные технологии |
| title | About influence of energy of electrons and ions on speed of electron- and ion-stimulated plasmachemical etching of silicon |
| title_alt | О влиянии энергии электронов и ионов на скорость электронно- и ионно- стимулированного плазмохимического травления кремния Про вплив енергії електронів і іонів на швидкість електронно- і іонно-стимулюванного плазмохімічного травлення кремнію |
| title_full | About influence of energy of electrons and ions on speed of electron- and ion-stimulated plasmachemical etching of silicon |
| title_fullStr | About influence of energy of electrons and ions on speed of electron- and ion-stimulated plasmachemical etching of silicon |
| title_full_unstemmed | About influence of energy of electrons and ions on speed of electron- and ion-stimulated plasmachemical etching of silicon |
| title_short | About influence of energy of electrons and ions on speed of electron- and ion-stimulated plasmachemical etching of silicon |
| title_sort | about influence of energy of electrons and ions on speed of electron- and ion-stimulated plasmachemical etching of silicon |
| topic | Низкотемпературная плазма и плазменные технологии |
| topic_facet | Низкотемпературная плазма и плазменные технологии |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17499 |
| work_keys_str_mv | AT fedorovichoa aboutinfluenceofenergyofelectronsandionsonspeedofelectronandionstimulatedplasmachemicaletchingofsilicon AT kruglenkomp aboutinfluenceofenergyofelectronsandionsonspeedofelectronandionstimulatedplasmachemicaletchingofsilicon AT polozovbp aboutinfluenceofenergyofelectronsandionsonspeedofelectronandionstimulatedplasmachemicaletchingofsilicon AT fedorovichoa ovliâniiénergiiélektronoviionovnaskorostʹélektronnoiionnostimulirovannogoplazmohimičeskogotravleniâkremniâ AT kruglenkomp ovliâniiénergiiélektronoviionovnaskorostʹélektronnoiionnostimulirovannogoplazmohimičeskogotravleniâkremniâ AT polozovbp ovliâniiénergiiélektronoviionovnaskorostʹélektronnoiionnostimulirovannogoplazmohimičeskogotravleniâkremniâ AT fedorovichoa provplivenergííelektronívííonívnašvidkístʹelektronnoííonnostimulûvannogoplazmohímíčnogotravlennâkremníû AT kruglenkomp provplivenergííelektronívííonívnašvidkístʹelektronnoííonnostimulûvannogoplazmohímíčnogotravlennâkremníû AT polozovbp provplivenergííelektronívííonívnašvidkístʹelektronnoííonnostimulûvannogoplazmohímíčnogotravlennâkremníû |