DE3608604A1 - Strukturierbares fotoelektrochemisches abtragen - Google Patents

Strukturierbares fotoelektrochemisches abtragen

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum strukturierbaren fotoelektrochemischen Abtragen wie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben.
Aus Mat. Rec. Soc. Symp. Proc. Bd. 19 (1984), S. 127-132 (128) ist fotoelektrochemisches Abtragen bzw. Ätzen in Indiumphosphid-Material bekannt. Es ist dort darauf hingewiesen, daß bei höheren Licht- und Stromdichten, nämlich wie sie für ausreichend raschen Vorgang des Ätzprozesses technisch erforderlich sind, Behinderungen des Fortschreitens des Ätzens im Verlauf der Dauer der Anwendung des Verfahrens zu beobachten sind. Für die Durchführung dieses bekannten Verfahrens wurde als Ätzlösung HF oder HCl und die Strahlung eines He-Ne-Lasers in einem Elektrolytgefäß mit Platinelektrode verwendet. Es ist dort eine maskierende Beschichtung der Oberfläche des der Maskenstruktur ent­ sprechend zu ätzenden Halbleitermaterials vorgesehen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Maßnahmen anzugeben, mit denen die beobachtete Sättigung des Fort­ schreitens des fotoelektrochemischen Abtragens bzw. Ätzens zu beheben ist, und zwar dies auch für ein Verfahren mit Projektion der Maskenstruktur auf die Oberfläche des zu ätzenden Körpers, bei dem die Oberfläche des Körpers dem Elektrolyt ausgesetzt ist.
Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst und weitere Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Im Verlaufe langwieriger Versuche wurde festgestellt, daß diese beobachtete Sättigung keine dem fotoelektrochemischen Ätzen immanente Eigenschaft ist, sondern daß Wege zur Eliminierung einer solchen Sättigung aufzufinden sind. Als ein solcher Weg wurde für erfindungsgemäßes fotoelektrochemisches Ätzen von z. B. Silizium, insbesondere amorphem Silizium, die Verwendung einer solchen Mischung erkannt, die eine (erste) wäßrige F--ionenhaltige Lösung, insbesondere Ammoniumfluorid, und eine zweite Lösung eines Chelatbildners, wie z. B. EDTA-Alkali, insbesondere EDTA-Na₂ umfaßt. Die Mischung ist so einzustellen, daß das Verhältnis von erster Lösung zu zweiter Lösung so bemessen ist, daß das durch die erste Lösung laufend abgetragene Material ebenso laufend komplexometrisch durch verfügbaren Chelatbildner gemäß der zweiten Lösung maskiert wird. Als zweckmäßiges Mischungsverhältnis wurde das folgende Bemessungsprinzip als Optimierung erkannt. Es wird eine (erste) 1 mol/l Lösung von NH₄F mit einer (zweiten) 0,2 mol/l EDTA-Na₂-Lösung im Volumenverhältnis von 1 : 1 gemischt. Wird eine dagegen stärker-molare (erste) Ammoniumfluorid- Lösung verwendet, sollte der Volumenanteil dieser stärker- molaren Lösung gegenüber dem Volumenanteil der zweiten Lösung so weit verringert werden, daß wieder das voran­ stehend angegebene Molen-Verhältnis der beiden Lösungen eingestellt ist. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die erste Lösung keine so hohe Konzentration besitzen sollte, daß während des Verfahrens störende Gasblasen auftreten.
Die EDTA-Alkali-Lösung kann bis zur Sättigung konzentriert sein.
Mit der erfindungsgemäßen Mischung der Lösungen wird das Verfahren in dem Prinzip nach an sich bekannter Weise durchgeführt. Wesentlich ist, daß die erfindungsgemäß an­ gegebene Mischung ohne Einwirkung der für fotoelektro­ chemisches Ätzen üblichen bzw. zu verwendenden Foto­ strahlung keine erkennbare Eigenschaft des Abtragens bzw. Ätzens zeigt. Ätzaktiv wird diese Mischung erst bei gleichzeitiger Bestrahlung, nämlich bei Bestrahlung solchen zu ätzenden Materials, das geringe Dunkelleitfähigkeit hat, jedoch bei dieser Bestrahlung erhebliche Ladungs­ trägerpaar-Erzeugung zeigt.
Die Erfindung ist insbesondere für das Abtragen bzw. Foto­ ätzen von Halbleitermaterial, vorzugsweise von Silizium, III-V-Verbindungshalbleitermaterial und dgl. geeignet. Hervorragende Ätzeigenschaft zeigt eine erfindungsgemäße Lösung auch für amorphes Silizium a-Si : H, das z. B. nach einem CVD-Verfahren abgeschieden sein kann.
Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der nach­ folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervor.
In der Figur ist mit 1 ein Substrat bezeichnet, das zusammen mit der Wand 2 ein Gefäß bildet. Das Substrat kann sich aber auch in einem Gefäß befinden, wie dies Fig. 1 der obengenannten Druckschrift zeigt (soweit das Material des Substrats nicht geätzt wird bzw. nicht geätzt werden soll). Mit 3 ist eine auf dem Substrat abgeschiedene Halbleiterschicht, z. B. a-Si : H bezeichnet, die vorzugsweise den gesamten Boden der Wanne 2 bedeckt. Der zu ätzende Bereich dieser Schicht 3 befindet sich im Innenraum dieser Wanne. Mit 4 ist die erfindungsgemäß angegebene Mischung der Lösungen bezeichnet, in die eine Elektrode 5 hineinragt. Die Elektrode kann z. B. aus Platin bestehen. Beim dargestellten Beispiel wird davon ausgegangen, daß das Substrat elektrisch leitend ist. Dann wird die Zuleitung 6 an das Substrat angeschlossen. Handelt es sich um ein elektrisch nicht leitendes Substrat, z. B. aus Glas, kann mit einer elektrisch leitenden Beschichtung dieses Substrats gearbeitet werden. Mit 7 ist die erforderliche zweite Zuleitung zur Elektrode 5 bezeichnet.
Mit 10 ist eine vorteilhafterweise monochromatische Strahlungs- Quelle, z. B. ein Laser, bezeichnet. Von dieser Strahlungsquelle aus wird die Schicht 3 bestrahlt. Zur Strukturierung der Schicht, und zwar mit einer der Maske 11 entsprechenden Struktur ist diese Maske 11 zwischen die Strahlungsquelle und ein optisches Abbildungssystem 12 eingefügt. Die Optik ist insgesamt so eingestellt, daß die Maske 11 auf der Schicht 3 (im Regelfall erheblich verkleinert) abgebildet wird, wie dies für fotochemische Ätzprozesse mit Projektionsbelichtung hinlänglich bekannt ist. Bei Anliegen der Spannung U, d. h. bei Fließen eines Elektrolysestromes, erfolgt an den von der Strahlung der Strahlungsquelle 10 getroffenen Stellen der Schicht 3 das erfindungsgemäß vorgesehene Abtragen bzw. Ätzen. Nicht bestrahlte (Flächen-)Anteile der Schicht 3 bleiben unverändert, d. h. dort greift die erfindungsgemäß vorgesehene Mischung nicht an.
Wegen der Eliminierung des obengenannten Sättigungseffektes, können mittels der erfindungsgemäßen Maßnahme bzw. Mischung sehr scharf strukturierte und auch relativ tiefe Ätzgräben in der Schicht 3 hergestellt werden. Zum Beispiel können tiefe Gräben und Löcher mit praktisch senkrechten Flanken geätzt werden, vorausgesetzt es ist genügend scharfe Abbildung der Maske am Ort der momentanen Ätzung eingehalten. Die Erfindung eignet sich aber auch für großflächiges Abtragen des Materials.
Die erfindungsgemäße Mischung kann auch weitere Komponenten enthalten, die weiteren Einfluß auf Reaktionschemismus haben, wie z. B. Puffer, Moderatoren und dgl.
Wie schon oben angegeben, ist die Erfindung bevorzugt für gering dunkelleitendes Material als zu ätzender Stoff zu verwenden, in dem an den in den bestrahlten Bereichen er­ hebliche Ladungsträgerpaar-Bildung auftritt.

Claims (10)

1. Verfahren zum strukturierbaren fotoelektrochemischen Abtragen bzw. Ätzen in einem Elektrolysebad, gekennzeichnet dadurch, daß der für den fotoelektrochemischen Prozeß verwendete Elektrolyt eine Mischung ist mit einer (ersten) Lösung eines für das zu ätzende Material fotoelektrochemisch abtragend wirkenden Mittels und mit einer (zweiten) Lösung eines Chelatbildners.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das fotoelektrochemisch abtragende Mittel eine Lösung von Ammoniumfluorid mit einer Konzentration von weniger 3 mol/l ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Konzentration der Ammoniumfluorid-Lösung etwa 1 mol/l beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß als Chelatbildner ein Ethylendiamintetraessigsäure-Dialkali-Dihydrat (EDTA-Alkali) verwendet ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Chelatbildner EDTA- Na₂ ist.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Konzentration der Lösung des Chelatbildners etwa 0,2 mol/l beträgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß das Mischungsverhältnis der zwei Lösungen etwa 1 : 1 beträgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß ein solches Mischungsverhältnis und derartige Konzentrationen der abtragend wirkenden Lösung und des Chelatbildners gewählt sind, daß im Verfahrensverlauf abgetragenes Material laufend als Chelat gebunden wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß im Elektrolyt noch zusätzliche Reagenzien (Puffer, Moderatoren) enthalten sind.
10. Anwendung eines Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß es für Ätzstrukturierung im Zusammenhang mit einer Projektionsbelichtung durchgeführt wird.
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