СПОСОБ ПЛАЗМЕННОГО АНОДИРОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ИЛИ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ОБЪЕКТА Российский патент 2012 года по МПК H01L21/316 

Описание патента на изобретение RU2439742C1

Изобретение относится к обработке материалов, а именно к технологии выращивания оксидных слоев, и может быть использовано при создании защитных либо пассивирующих покрытий на поверхности металла, либо полупроводника.

Известен способ создания оксидных покрытий на металлическом или полупроводниковом объекте путем обработки в кислородной плазме, включающий операции создания плазмы в тлеющем разряде и подачи положительного смещения на обрабатываемый объект (патент США US 3,394,066 Method of Anodizing by Applying a Positive potential to a Body Immersed in Plasma). В этом способе объект используется в качестве анода разрядной системы, что может вызывать значительное (до сотен вольт) неконтролируемое падение напряжения на растущем оксидном слое и, как следствие, его пробой и образование дефектов. Кроме этого, возможна бомбардировка исходного объекта и растущего оксидного слоя высокоэнергетичными заряженными частицами, что не всегда приемлемо, в особенности, если создается диэлектрический оксидный слой на полупроводниковой пластине. К недостаткам способа следует отнести также возможность попадания в растущую окисную пленку материала катода вследствие ионного распыления.

Известен также способ анодирования металлических или полупроводниковых поверхностей в плазме высокочастотного (ВЧ) разряда в кислороде [патент США US 3,476,971 Apparatus for Plasma Processing]. В этом способе разделены цепи питания разряда и подачи смещения на обрабатываемый объект. За счет этого удается контролировать напряжение на оксидном слое и предотвращать его пробои. Вместе с тем, в силу того, что плазма ВЧ-разряда не локализована, бомбардировка оксидного слоя высокоэнергетичными заряженными частицами имеет место. Кроме электрических последствий, связанных с накоплением поверхностного заряда на полупроводнике, эта бомбардировка вызывает неконтролируемый нагрев обрабатываемого объекта.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является усиленная электронным пучком система азотирования (Electron beam enhanced nitriding system, патент США US 2009/0032143 A1). Система и соответствующий способ предполагают создание плазмы активного газа путем ионизации электронным пучком и подачу на обрабатываемый объект отрицательного смещения порядка 350 В. Использование электронного пучка позволяет создать резкую границу плазмы, а следовательно, снизить бомбардировку поверхности объекта высокоэнергетичными частицами и уменьшить вероятность образования дефектов. Однако, при использовании указанной системы для создания окисных слоев скорости роста оказываются низкими (менее 0,5 нм/мин для SiO2), и по этой причине система становится малопригодной для реализации в технологии создания защитных или пассивирующих покрытий. Причина, обусловливающая столь низкие скорости, состоит в сравнительно низкой концентрации плазмы и малой реакционной способности положительных ионов кислорода. Увеличение концентрации плазмы повышением тока электронного пучка оказывается неэффективным, поскольку в силу известных физических ограничений повышение тока требует увеличения ускоряющего напряжения, что, в свою очередь, сопровождается снижением сечения ионизации газа.

Цель настоящего изобретения состоит в увеличении скорости роста окисного слоя при сохранении его бездефектной структуры. Указанная цель достигается тем, что помещенный в вакуумную камеру обрабатываемый металлический или полупроводниковый объект электрически соединяют с ее стенками. Напротив объекта располагают полый катод, после чего камеру откачивают и напускают в нее кислород до давления 5-20 Па. Включают электронный источник и направляют электронный пучок параллельно объекту между ним и полым катодом, после чего на полый катод подают отрицательное смещение 20÷50 В относительно объекта. В приведенном способе электронный пучок играет роль предварительного ионизатора и обеспечивает зажигание разряда с полым катодом при указанных сравнительно низких напряжениях. Эти напряжения тем не менее оказываются достаточными для повышения концентрации плазмы на порядок. Совокупность и последовательность изложенных операций обеспечивает выращивание бездефектного оксида кремния со скоростью до 10 нм/мин. Интервал значений смещения оказывается существенным для достижения цели изобретения. При напряжениях, меньших 20 В, разряд с полым катодом не возбуждается, а при превышении величины 50 В в растущей пленке окисла обнаруживаются следы пробоев. Интервал давлений кислорода также имеет существенное значение, поскольку при давлениях менее 5 Па разряд с полым катодом не возбуждается, а при увеличении давления свыше 20 Па электронный пучок не удается сфокусировать, и он попадает на объект и растущую пленку, вызывая образование дефектов.

На чертеже изображена схема реализации предлагаемого способа плазменного анодирования металлического или полупроводникового объекта. Анодируемый объект 1 в виде пластины, закрепленный на держателе образца 2, помещают в вакуумную камеру 3. Напротив объекта располагают полый катод 4. Плазменный источник электронов 5 формирует электронный пучок 6, создающий кислородную плазму 7. Пучок распространяется между анодируемым объектом 1 и полым катодом 4, после чего улавливается коллектором 8. Напряжение Uсм подается на полый катод от отдельного источника. Это напряжение обеспечивает зажигание разряда с полым катодом, плазма 9 которого и становится поставщиком отрицательных ионов кислорода, осуществляющих формирование слоя окисла на поверхности объекта.

Пример. Для испытания была взята пластина собственного кремния размерами 30×30 мм2 и установлена на держатель. Напротив пластины располагался полый катод с диаметром полости 25 мм и глубиной 80 мм, причем апертура полости была обращена к пластине кремния. Расстояние от полого катода до кремниевой пластины составляло 10 мм. Кремниевая пластина и полый катод помещались в вакуумную камеру, которая откачивалась до давления 3÷5 Па. После этого в вакуумную камеру напускался кислород до давления 20 Па. Промывка вакуумной камеры кислородом осуществлялась в течение 20 мин. Далее включался плазменный источник электронов. Сфокусированный электронный пучок направлялся в пространство между образцом и полым катодом. Ток пучка составлял 15 мА, а энергия электронов - 4 кэВ. При подаче отрицательного смещения на полый катод, тлеющий разряд с полым катодом возбуждался при напряжении смещения 20 В. Анодирование осуществлялось в течение 1 часа при напряжении смещения 50 В. При этом плотность тока на анодируемый образец составляла в начале процесса 1,5 мА/см2 и уменьшалась до 0,9 мА/см2 в конце процесса. На поверхности кремния сформировалась пленка SiO2, что подтверждается наличием максимума на частоте 1100 см-1 в ИК-спектре поглощения, и значением показателя преломления, равным 1,45. Толщина пленки SiO2 составила 400 нм. Измерение толщины и показателя преломления производилось с помощью эллипсометра "Эллипс-2228СЭ", ИК-спектры измерялись спектрометром "Infralum FT-800". При наблюдении поверхности пленок в сканирующем электронном микроскопе "Hitachi TM-1000" с увеличением ×10000 дефекты обнаружены не были.

Похожие патенты RU2439742C1

название год авторы номер документа
СТРУКТУРА МЕТАЛЛ-ДИЭЛЕКТРИК-ПОЛУПРОВОДНИК НА ОСНОВЕ СОЕДИНЕНИЙ AB И СПОСОБ ЕЕ ФОРМИРОВАНИЯ 2010
  • Кеслер Валерий Геннадьевич
  • Ковчавцев Анатолий Петрович
  • Гузев Александр Александрович
  • Панова Зоя Васильевна
RU2420828C1
СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ ИЗ АМОРФНОГО ОКСИДА АЛЮМИНИЯ РЕАКТИВНЫМ ИСПАРЕНИЕМ АЛЮМИНИЯ В РАЗРЯДЕ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ 2016
  • Гаврилов Николай Васильевич
  • Каменецких Александр Сергеевич
  • Третников Петр Васильевич
RU2653399C2
Способ изготовления МДП-структур на основе InAs 2015
  • Терещенко Олег Евгеньевич
  • Валишева Наталья Александровна
  • Девятова Светлана Федоровна
  • Аксенов Максим Сергеевич
RU2611690C1
СПОСОБ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОГО ТРАВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ 2006
  • Шустин Евгений Германович
  • Исаев Николай Васильевич
  • Федоров Юрий Владимирович
RU2316845C1
СПОСОБ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1993
  • Богатов Валерий Афанасьевич
  • Марахтанов Михаил Константинович
  • Хохлов Юрий Александрович
RU2063472C1
ИСТОЧНИК БЫСТРЫХ НЕЙТРАЛЬНЫХ АТОМОВ 2008
  • Григорьев Сергей Николаевич
  • Метель Александр Сергеевич
  • Мельник Юрий Андреевич
  • Панин Виталий Вячеславович
RU2373603C1
СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ПЕРЕНАПЫЛЁННЫХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ СЛОЁВ 2017
  • Визгалов Игорь Викторович
  • Гуторов Константин Михайлович
  • Подоляко Федор Сергеевич
  • Сорокин Иван Александрович
RU2669864C1
СПОСОБ НАПЫЛЕНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ПОВЕРХНОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ГЕТЕРОЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СТРУКТУР МЕТОДОМ МАГНЕТРОННОГО РАСПЫЛЕНИЯ 2015
  • Троян Павел Ефимович
  • Жидик Юрий Сергеевич
  • Гумерова Гюзель Исаевна
RU2601903C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЯ ИЗ НИТРИДА ТИТАНА НА ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ПЛАСТИНАХ В ТЛЕЮЩЕМ РАЗРЯДЕ С ЭФФЕКТОМ ПОЛОГО КАТОДА. 2014
  • Метель Александр Сергеевич
  • Григорьев Сергей Николаевич
  • Мельник Юрий Андреевич
RU2574157C1
СПОСОБ ГЕНЕРАЦИИ ПЛОТНОЙ ОБЪЕМНОЙ ИМПУЛЬСНОЙ ПЛАЗМЫ 2016
  • Гаврилов Николай Васильевич
  • Каменецких Александр Сергеевич
  • Меньшаков Андрей Игоревич
RU2632927C2

Реферат патента 2012 года СПОСОБ ПЛАЗМЕННОГО АНОДИРОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ИЛИ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ОБЪЕКТА

Изобретение относится к технологии выращивания оксидных слоев и может быть использовано при создании защитных либо пассивирующих покрытий на поверхности металла или полупроводника. Сущность изобретения: в способе плазменного анодирования металлического или полупроводникового объекта проводят операции откачки рабочей камеры, напуска кислорода, создания плазмы пучком электронов, проходящим вблизи поверхности объекта. Напротив анодируемого объекта располагают полый катод, подают на него отрицательное относительно объекта напряжение 20-50 В, и анодирование проводят при давлении кислорода 5÷20 Па. Изобретение обеспечивает увеличение скорости роста оксидных слоев на поверхности металлических или полупроводниковых объектов, при сохранении бездефектной структуры слоев. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 439 742 C1

Способ плазменного анодирования металлического или полупроводникового объекта, включающий операции откачки рабочей камеры, напуска кислорода, создания плазмы пучком электронов, проходящим вблизи поверхности объекта, отличающийся тем, что напротив анодируемого объекта располагают полый катод, подают на него отрицательное относительно объекта напряжение 20-50 В и анодирование проводят при давлении кислорода 5÷20 Па.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2012 года RU2439742C1

СПОСОБ АНОДИРОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ И ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ ДЛЯ ЭТОГО КОМПОЗИЦИИ 2005
  • Островский Илья
RU2366766C2
Станок для изготовления деревянных ниточных катушек из цилиндрических, снабженных осевым отверстием, заготовок 1923
  • Григорьев П.Н.
SU2008A1
Колосоуборка 1923
  • Беляков И.Д.
SU2009A1
KR 20100007723 A, 22.01.2010
JP 55068636 A, 23.05.1980.

RU 2 439 742 C1

Авторы

Бурачевский Юрий Александрович

Бурдовицин Виктор Алексеевич

Окс Ефим Михайлович

Юшков Юрий Георгиевич

Гореев Антон Константинович

Даты

2012-01-10Публикация

2010-08-04Подача