DE102009028762A1 - Verfahren zum Ätzen von Siliziumoberflächen - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ätzen von Siliziumoberflächen mit folgenden Schritten: Bereitstellen einer zumindest ein Hydrokolloid enthaltenden wässrigen alkalischen Hydrokolloid-Ätzlösung mit einer Temperatur von 50 bis 95°C, Inkontaktbringen der Siliziumoberfläche mit der Hydrokolloid-Ätzlösung für eine vorgegebene Dauer und Entfernenäche.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ätzen von Siliziumoberflächen, insbesondere nasschemischen pyramidalen Texturätzen der Oberflächen von Siliziumwafern.
  • Die EP 0 944 114 B1 beschreibt ein Verfahren zum nasschemischen pyramidalen Texturätzen von Siliziumoberflächen, bei dem einer Ätzlösung u. a. Isopropanol und Ethylenglycol zugesetzt sind. Die Herstellung einer pyramidalen Ätztextur an Siliziumoberflächen unter Verwendung der bekannten Ätzlösung erfordert eine relativ lange Behandlungsdauer von zumindest 25 bis 30 Minuten und eine relativ hohe Behandlungstemperatur von 80 bis 85°C. Abgesehen davon weisen die mit der bekannten Ätzlösung hergestellten pyramidalen Ätztexturen keine besonders gute Homogenität auf. Die behandelten Siliziumoberflächen unterscheiden sich insbesondere hinsichtlich der Dichte, der Größe und der Größenverteilung der damit hergestellten Pyramiden.
  • Ein weiterer Nachteil einer mit Isopropanol versetzten Ätzlösung besteht darin, dass sich durch verdampfendes Isopropanol und durch bei der Ätzreaktion freigesetzten Wasserstoff explosive Gasgemische bilden können. Infolgedessen ist es erforderlich, die Luft oberhalb eines die Ätzlösung enthaltenden Behandlungsbeckens ständig abzusaugen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Verfahren angegeben werden, mit dem schnell und einfach homogene pyramidale Ätztexturen in Siliziumoberflächen herstellbar sind.
  • Nach einem weiteren Ziel der Erfindung soll eine neue Verwendung vorgeschlagen werden.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 12 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 11 und 13.
  • Nach Maßgabe der Erfindung wird ein Verfahren zum Ätzen von Siliziumoberflächen mit folgenden Schritten vorgeschlagen:
    Bereitstellen einer zumindest ein Hydrokolloid enthaltenden wässrigen alkalischen Hydrokolloid-Ätzlösung mit einer Temperatur von 50 bis 95°C,
    Inkontaktbringen der Siliziumoberfläche mit der Hydrokolloid-Ätzlösung für eine vorgegebene Dauer, und
    Entfernen der Hydrokolloid-Ätzlösung von der Siliziumoberfläche.
  • Unter Verwendung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Hydrokolloid-Ätzlösung kann auf einen Zusatz von Isopropanol oder ähnlichen Netzmitteln zur Ätzlösung verzichtet werden. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass mit einem Zusatz eines Hydrokolloids die Dauer des Ätzvorgangs verkürzt und gleichzeitig pyramidale Ätztexturen in hervorragend homogener Qualität hergestellt werden können.
  • Im Sinne der vorliegenden Erfindung werden unter dem Begriff ”Hydrokolloide” eine Gruppe von Polysachariden und Proteinen verstanden, die in Wasser als Kolloide in Lösung gehen und ein hohes Vermögen zur Gelbildung zeigen. Unter ”einem Hydrokolloid” wird ein durch eine bestimmte chemische Zusammensetzung definiertes Hydrokolloid verstanden.
  • Das vorgeschlagene Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung pyramidaler Ätztexturen in Siliziumoberflächen von Siliziumwafern. Daneben eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren aber auch zum nasschemischen Strukturätzen von optischen oder elektrochemischen Sensoren, für Katalysatoren, für Elektroden und dgl.
  • Die zu behandelnden Siliziumoberflächen weisen eine (100)-Orientierung auf. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Ätzpyramiden weisen (111)-Flächen auf. Die Dauer des Inkontaktbringens der Hydrokolloid-Ätzlösung mit der Siliziumoberfläche beeinflusst die Größe der hergestellten Ätzpyramiden. Der Fachmann wird eine geeignete Dauer in Abhängigkeit der herzustellenden Größen der Ätzpyramiden wählen.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das zumindest eine Hydrokolloid in der Hydrokolloid-Ätzlösung in einer Konzentration von 0,01 bis 2,0 g/l, vorzugsweise 0,1 bis 0,5 g/l, enthalten. Es hat sich gezeigt, dass auch bei einer Abweichung einer vorgegebenen Konzentration an Hydrokolloid eine hohe Prozesssicherheit erreicht werden kann. D. h. es können hervorragende pyramidale Ätztexturen hergestellt werden, auch wenn die Konzentration an Hydrokolloiden in der Ätzlösung durch unvorhergesehene Einflüsse von einem vorgegebenen Wert in einem Bereich von 5 bis 30% abweicht. Die Temperatur der Hydrokolloid-Ätzlösung wird zweckmäßigerweise auf 65 bis 90°C, vorzugsweise 68 bis 75°C, eingestellt. Weiter hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Siliziumoberfläche für eine Dauer von 5 bis 25 Minuten, vorzugsweise 10 bis 20 Minuten, mit der Hydrokolloid-Ätzlösung in Kontakt zu bringen. Bereits bei einer Kontaktzeit von 10 Minuten und einer Temperatur im Bereich von 65 bis 70°C können hervorragende Ergebnisse erzielt werden. Die hergestellten pyramidalen Ätztexturen zeichnen sich durch eine exzellente Homogenität hinsichtlich der Dichte, Größe und Größenverteilung der Ätzpyramiden aus.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Hydrokolloid-Ätzlösung durch Zusatz zumindest eines Hydrokolloids zu einer wässrigen Ätzlösung hergestellt. Dabei kann die wässrige Ätzlösung durch Lösen eines Alkalihydroxids in Wasser hergestellt werden. Als Alkalihydroxid können insbesondere KOH oder NaOH verwendet werden. Auch Mischungen der vorgenannten Alkalihydroxide können verwendet werden.
  • Zweckmäßigerweise ist das Alkalihydroxid in einer Konzentration von 10 bis 90 g/l, vorzugsweise 15 bis 30 g/l, in der Hydrokolloid-Ätzlösung enthalten.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Hydrokolloid zumindest eines der folgenden Hydrokolloide der wässrigen Ätzlösung zugesetzt wird: Stärke, Cellulose, Celluloseether, Pektin, Gummi Arabicum, Agar, Alginate, Dextrane, Gelatine und Xanthan. Insoweit hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, zur Herstellung der Hydrokolloid-Ätzlösung das zumindest eine Hydrokolloid in wässriger Lösung der Ätzlösung zuzusetzen. Dabei ist diese zuvor hergestellte, wässrige Lösung zweckmäßigerweise alkalisch.
  • Zweckmäßigerweise kann die Hydrokolloid-Ätzlösung auch eine Mischung mehrerer Hydrokolloide enthalten. Beispielsweise kann eine aus Cellulose und Pektin hergestellte Mischung verwendet werden. Es hat sich dabei als zweckmäßig erwiesen, ein Mischungsverhältnis von Cellulose:Pektin im Bereich von 10:1 bis 5:1 einzustellen.
  • Nach weiterer Maßgabe der Erfindung wird vorgeschlagen, zumindest ein Hydrokolloid zur Herstellung einer wässrigen alkalischen Hydrokolloid-Ätzlösung zum Ätzen einer Siliziumoberfläche zu verwenden. Die vorgeschlagene Verwendung eines Hydrokolloids zur Herstellung einer Hydrokolloid-Ätzlösung zum Ätzen einer Siliziumoberfläche führt überraschenderweise zu hervorragenden Ergebnissen, insbesondere beim pyramidalen Texturätzen von Siliziumoberflächen.
  • Zweckmäßigerweise wird das zumindest eine Hydrokolloid aus der folgenden Gruppe ausgewählt: Stärke, Cellulose, Celluloseether, Pektin, Gummi Arabicum, Agar, Alginate, Dextrane, Gelatine und Xanthan.
  • Selbstverständlich ist es auch möglich, eine Mischung mehrerer Hydrokolloide zur Herstellung der Hydrokolloid-Ätzlösung zu verwenden.
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine erste pyramidale Ätztextur an einer Siliziumoberfläche (gezeigte Bildausschnittgröße: 50 × 50 μm) und
  • 2 eine zweite pyramidale Ätztextur an einer Siliziumoberfläche (gezeigte Bildausschnittgröße: 50 × 50 μm).
  • Zur Herstellung der in 1 gezeigten pyramidalen Ätztextur ist eine Hydrokolloid-Ätzlösung verwendet worden, welche aus einer wässrigen Ätzlösung und einer das Hydrokolloid enthaltenden wässrigen alkalischen Lösung hergestellt worden ist. Die wässrige Ätzlösung ist durch Lösen von 1250 g KOH in 90 l Wasser hergestellt worden. Die wässrige, das Hydrokolloid enthaltende Lösung ist durch Lösen von Carboxymethylcellulose und Pektin in 4 l Wasser hergestellt worden. Dabei hat ein Gewichtsverhältnis von Carboxymethylcellulose:Pektin etwa 8:1 betragen. Nachfolgend ist die die Hydrokolloide enthaltende wässrige Lösung mit der wässrigen Ätzlösung gemischt worden. In die so hergestellte Hydrokolloid-Ätzlösung sind bei einer Temperatur von 80°C Siliziumwafer für eine Behandlungsdauer von 20 Minuten eingetaucht worden. Wie aus 1 ersichtlich ist, weisen die damit hergestellten Oberflächen Ätzpyramiden mit einer Größe etwa im Bereich von 2 bis 5 μm auf. Es ist ein Ätzabtrag von 10 μm an jeder Siliziumoberfläche des Siliziumwafers erzielt worden.
  • Bei einer weiteren Hydrokolloid-Ätzlösung ist die wässrige Ätzlösung durch Zusatz von 3600 g KOH-Plätzen zu 90 l Wasser hergestellt worden. Eine die Hydrokolloide, nämlich Carboxymethylcellulose und Pektin in einem Verhältnis von 6:1, enthaltende wässrige Lösung ist der wässrigen Ätzlösung zugesetzt worden. Die so hergestellte Hydrokolloid-Ätzlösung ist auf 75°C erwärmt worden. Bei einer Behandlungsdauer von 10 Minuten können damit pyramidale Ätztexturen an Siliziumoberflächen hergestellt werden, bei denen die Ätzpyramiden eine durchschnittliche Größe von etwa 12 μm haben. 2 zeigt die hergestellten pyramidalen Ätztexturen in einer Siliziumoberfläche. – Der in den 1 und 2 gezeigte Ausschnitt der Siliziumoberfläche ist jeweils 50 × 50 μm groß.
  • Bei den vorgenannten Beispielen hat das Mischungsverhältnis in der wässrigen, die Hydrokolloide enthaltenen Lösung von Carboxymethylcellulose:Pektin zweckmäßigerweise 6:1 bis 8:1 betragen. Die Konzentration an Hydrokolloid in der Hydrokolloid-Ätzlösung hat zweckmäßigerweise 0,1 bis 2,0 g/l betragen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 0944114 B1 [0002]

Claims (13)

  1. Verfahren zum Ätzen von Siliziumoberflächen mit folgenden Schritten: Bereitstellen einer zumindest ein Hydrokolloid enthaltenden wässrigen alkalischen Hydrokolloid-Ätzlösung mit einer Temperatur von 50 bis 95°C, Inkontaktbringen der Siliziumoberfläche mit der Hydrokolloid-Ätzlösung für eine vorgegebene Dauer, und Entfernen der Hydrokolloid-Ätzlösung von der Siliziumoberfläche.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das zumindest eine Hydrokolloid in der Hydrokolloid-Ätzlösung in einer Konzentration von 0,01 bis 2,0 g/l enthalten ist.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperatur der Hydrokolloid-Ätzlösung auf 65 bis 90°C eingestellt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Siliziumoberfläche für eine Dauer von 5 bis 25 Minuten, vorzugsweise 10 bis 20 Minuten, mit der Hydrokolloid-Ätzlösung in Kontakt gebracht wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hydrokolloid-Ätzlösung durch Zusatz zumindest eines Hydrokolloids zu einer wässrigen Ätzlösung hergestellt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wässrige Ätzlösung durch Lösen eines Alkalihydroxids in Wasser hergestellt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Alkalihydroxid KOH oder NaOH verwendet wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Alkalihydroxid in einer Konzentration von 10 bis 90 g/l, vorzugsweise 15 bis 30 g/l, in der Hydrokolloid-Ätzlösung enthalten ist.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Hydrokolloid zumindest eines der folgenden Hydrokolloide der wässrigen Ätzlösung zugesetzt wird: Stärke, Cellulose, Celluloseether, Pektin, Gummi Arabicum, Agar, Alginate, Dextrane, Gelatine, Xanthan.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Herstellung der Hydrokolloid-Ätzlösung das zumindest eine Hydrokolloid in wässriger Lösung der Ätzlösung zugesetzt wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wässrige Lösung alkalisch ist.
  12. Verwendung zumindest eines Hydrokolloids zur Herstellung einer wässrigen alkalischen Hydrokolloid-Ätzlösung zum Ätzen einer Siliziumoberfläche.
  13. Verwendung nach Anspruch 12, wobei das zumindest eine Hydrokolloid aus der folgenden Gruppe ausgewählt wird: Stärke, Cellulose, Celluloseether, Pektin, Gummi Arabicum, Agar, Alginate, Dextrane, Gelatine, Xanthan.
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