EP1181400A1 - Electrochemical etching installation and method for etching a body to be etched - Google Patents

Electrochemical etching installation and method for etching a body to be etched

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EP1181400A1
EP1181400A1 EP00922440A EP00922440A EP1181400A1 EP 1181400 A1 EP1181400 A1 EP 1181400A1 EP 00922440 A EP00922440 A EP 00922440A EP 00922440 A EP00922440 A EP 00922440A EP 1181400 A1 EP1181400 A1 EP 1181400A1
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EP
European Patent Office
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etching
electrode
chamber
electrolyte
cell according
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EP00922440A
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German (de)
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Hans Artman
Wilhelm Frey
Franz Laermer
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3063—Electrolytic etching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25F—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic removal of material from objects; Servicing or operating
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S204/00—Chemistry: electrical and wave energy
    • Y10S204/12—Electrochemical machining

Definitions

  • the invention relates to an electrochemical etching system, in particular a CMOS-compatible etching system for etching silicon wafers, and a method for etching an etching body according to the type of the independent claims.
  • Electrochemical etching systems for example for the production of porous silicon or for the surface porosification of silicon, usually consist of a 2-chamber system, between which a silicon wafer to be etched is clamped as a partition and the two chambers are electrically coupled or connected to one another only by the afer . Furthermore, electrodes for power supply are usually attached in both chambers, which usually consist of platinum.
  • Such an etching system is detailed, for example, and its essential details have already been described by Fujiyama et al. in US 5,458,755.
  • CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
  • the electrochemical etching system according to the invention for etching an etching body and the one carried out with it has the advantage over the prior art that it enables contamination-free electrochemical etching of an etching body, said etching body at least superficially being etched
  • Etching method with such an etching cell is very advantageously used at least one of these electrodes at least with its side facing the etching body as a sacrificial electrode.
  • Electrode which are connected as a cathode or anode and are electrically connected to the etching body via a suitable electrolyte, is the same material as the etching material of the etching body to be etched. It is enough it is when the etching body has, at least on the surface, the etching material to be etched or consists of this on the surface and when the first and / or second electrode has at least a surface of a corresponding electrode material or consists of this on the surface.
  • the etching material of the etching body is at least weakly electrically conductive, silicon preferably being used as the etching material or a silicon wafer being used as the etching body. It is also advantageous if the first electrode material and the second electrode material of the first and second electrodes are a CMOS-compatible material and in particular not an element selected from the group consisting of platinum, gold, iridium, rhodium, palladium, silver or copper.
  • the etching system according to the invention is thus particularly suitable for the production of porous silicon on a silicon wafer, contamination of the wafer with non-silicon substances such as platinum or palladium being prevented, for example, by using silicon electrodes.
  • CMOS-compatible material is understood in accordance with the general usage in semiconductor technology to mean a material that does not adversely affect the electrical properties of a circuit generated thereby.
  • a material contaminating the etching body is to be understood in particular as a CMOS poison or a material which forms deep impurities in the etching body when it is embedded, i.e. impurities whose energy levels lie in the middle of the gap between the conduction band and the valence band of the material to be etched, and the with it cause a high transition matrix element for the recombination of electrons and holes in the etching body (“recombination seed”).
  • Electrodes are particularly advantageous compounds from the group of the at least weakly conductive compounds of the elements silicon, carbon, nitrogen, oxygen, titanium, aluminum, boron, antimony, tungsten, cobalt, tellurium, germanium, molybdenum, gallium, arsenic and selenium, in particular SiC , SiN, TiN, TiC, MoSi 2 and GaAs, in question, as well as pure electrode materials made of the elements silicon, titanium, tungsten, molybdenum and carbon, in particular graphite.
  • the materials generally used as contact materials in semiconductor technology are also suitable as electrode materials, since these do not diffuse deeply into the etching body when it strikes the etching body and thus during the etching, but rather on the surface, for example with the formation of suicides, with the
  • Etching bodies react or are bound locally and thus remain limited to the surface of the etching body. In this sense, they do not contaminate the etching body and do not impair its electronic properties, in particular with regard to its use in one or its compatibility with a CMOS-compatible production line.
  • the first electrode and / or the second electrode and / or the etching body are also advantageously flat, in particular in the form of wafers, the electrodes for use as sacrificial electrodes also being very advantageously much thicker than the actual etching body, so that they can be processed, freed of contamination and reused if necessary. This advantageously extends the exchange cycles of the electrodes.
  • the electrochemical etching cell is advantageously constructed in such a way that a first chamber and a second chamber are provided, each of which is at least partially filled with an electrolyte and which are spatially separated from one another by a separating device.
  • Each of the two chambers is connected to an electrode in an electrically conductive manner via an electrolyte, the
  • Etching body at least in some areas, the separating device and very advantageously at the same time the only, at least weakly conductive electrical connection between the two chambers and the electrodes connected as cathode or anode.
  • the electrochemical etching cell has, in addition to the two chambers already mentioned, a further third chamber or a further third chamber and a further fourth chamber, each of which is at least partially filled with an electrolyte and each with a further one Separating device are spatially separated from the first chamber or second chamber.
  • the electrolyte in the third or fourth chamber is very advantageously only electrically conductively connected to the second or first electrode, which in turn at least in regions acts as a separating device between the third or fourth chamber and the first and second chamber respectively.
  • the surface of the first and / or the second electrode which is in particular flat, is only in contact with the electrolyte in contact with the etching body only with its surface facing the etching body, so that mixing of the electrolyte in the third or fourth chamber with the electrolyte in the first or second
  • the side of the first and / or second electrode facing away from the electrolyte of the first or second chamber can be provided with a metallization or a doping on the surface at least in regions for easier electrical contacting of the electrodes or, for example, in the case of the electrode being constructed from several layers consist of a metal, which combines the advantage of a simple structural design of the etching cell with the targeted adaptation of the electrode material to the respective etching material without
  • an additional bath electrode in particular a platinum or, immersed in an electrolyte located there
  • Palladium electrode can be provided for simple electrical contacting of the first or second electrode via the respective electrolyte.
  • the electrolytes in the individual chambers of the etching system according to the invention can advantageously also be different from one another, the first and second chambers in which the etching body is actually etched advantageously using hydrofluoric acid or a mixture of hydrofluoric acid and ethanol, and the third and fourth chambers are filled, for example, with dilute sulfuric acid as the contact electrolyte.
  • the individual chambers can also very advantageously be filled separately with electrolyte and emptied separately, so that a problem-free exchange of, for example, a contaminated electrolyte in each chamber is possible at any time.
  • This also enables a simple exchange of a used or contaminated first or second electrode serving as a sacrificial electrode at any time, quickly and easily.
  • first and / or second electrode is advantageously contacted electrically via the electrolyte filled in the third or fourth chamber with a bath electrode located there, and is thus connected to an external voltage supply which impresses a current to the etching system during operation.
  • the first and / or the second electrode very advantageously allows the suitability of different electrode materials, such as graphite, for the etching of an etching body to be examined in a simple manner and the electrode materials to be optimized for the respective material of the etching body.
  • a tunnel made of non-conductive material in particular polypropylene, can advantageously be provided in a manner known per se.
  • Figure 1 shows a first electrochemical etching system
  • Figure 2 shows an alternative embodiment of the etching system
  • Figure 3 shows a third embodiment of the etching system.
  • an electrochemical etching cell 1 shows, as a first exemplary embodiment, an electrochemical etching cell 1 according to the invention with four chambers, a first chamber 19, a second chamber 19, a third chamber 17 and a fourth chamber 18, which are each at least partially filled with an electrolyte.
  • the first and second chambers 19, 19 are filled, for example, with a mixture of hydrofluoric acid and ethanol, while the third and fourth chambers 17, 18 are filled, for example, with dilute sulfuric acid as the contact electrolyte.
  • the four chambers 17, 18, 19, 19 'thus define four electrolyte regions assigned to the chambers 17, 18, 19, 19', a first electrolyte region 29, a second electrolyte region 29 ', a third electrolyte region 27 and a fourth electrolyte region 28, which are different from one another spatially above
  • the first chamber 19 is spatially separated from the second chamber 19 "via a first separating device 31, the first chamber 19 from the third chamber 17 via a second separating device 32 and the second chamber 19" from the fourth chamber 18 via a third separating device 33 spatially separated, so that no exchange of electrolyte between the chambers 17, 18, 19, 19 'occurs.
  • the first separating device 31 is formed in a manner known per se by an etching body holder 11 made of Teflon or polypropylene, in which the etching body 15 is partially fitted or inserted, so that it is superficially on the one hand with the electrolyte in the first chamber 19 and on the other hand with the electrolyte 19 ⁇ is in contact in the second chamber.
  • the etching body 15 is a flat silicon wafer known per se.
  • the second separating device 32 and the third separating device 33 are each formed by an electrode holder 10 made of Teflon, in each of which a second electrode 13 'or a first electrode 13 is inserted in regions, so that on the surface at least in regions, on the one hand, these electrodes are connected with the electrolyte of the third or first chamber 17, 19 x and on the other hand are in contact with the electrolyte of the second and fourth chamber 19 1 , 18.
  • a platinum electrode or a palladium electrode as bath electrode 34, 34 ⁇ is provided in the third and fourth chamber 17, 18, respectively, which is immersed in the electrolyte located there.
  • the bath electrodes 34, 34 are further connected to a voltage source, not shown, which impresses an electrical current into the etching cell 1 in a manner known per se.
  • the first electrode 13 or its side facing the etching body 15 is connected as an anode and the second electrode 13 ⁇ or its side facing the etching body 15 is connected as a cathode.
  • the first electrode 13 and the second electrode 13 ' consist of a flat silicon wafer or a silicon wafer, which is preferably substantially thicker than the silicon wafer used as the etching body 15.
  • the electrodes 13, 13 are preferably selected with regard to the electrode material used in such a way that they consist at least superficially of the same material as the respective surfaces of the etching body 15. This ensures that the material of the first electrode 13 and the material of the second Electrode 13 'does not contaminate the etching body 15 during operation of the etching cell 1 and thus impairs its electrical or catalytic properties after the etching.
  • the etching cell 1 When the etching cell 1 is operating, an externally impressed current now flows via the bath electrodes 34, 34 ', the electrolytes, the first and second electrodes 13, 13' and the etching body 15, this being etched at least superficially in a body etching area 14 '.
  • the first and second electrodes 13, 13' are at least superficially etched in an etching area 14, ie they serve as sacrificial electrodes in the etching process of the etching body 15 due to their significantly greater thickness
  • they are not etched through the etching body 15, but only attacked, etched or removed on the surface or, for example, porosified.
  • a loosening of silicon, for example, during the etching, from one of the electrodes 13, 13 'in the electrolyte in the first or second chamber 19, 19' is not critical for the etching body 15, since this consists of the same material and is therefore not contaminated.
  • the electrodes 13, 13 ' are preferably connected to the electrode holders 10 via seals and to the etching system 1 via closable windows 16 in the side walls thereof screwed.
  • a quick-release fastener known per se is also provided.
  • the chambers 17, 18, 19, 19' and the associated electrolyte regions 27, 28, 29, 29 ' can also be filled and emptied separately using corresponding devices known per se .
  • FIG. 2 explains a second exemplary embodiment of an etching cell according to the invention.
  • This etching cell is essentially analogous to the etching cell 1 according to FIG. 1, but has a different embodiment of the contacting of the electrodes 13, 13 '.
  • the third chamber 17 and the fourth chamber 18, the bath electrodes 34, 34 'and the electrolytes located in these chambers 17, 18 can be dispensed with.
  • the first electrode 13 and the second electrode 13 ′ are each provided with a metallization 20 known per se on the side facing away from the etching body 15.
  • the electrodes 13, 13 'can also be provided with a very high doping on this side, so that good electrical conductivity is ensured.
  • the electrodes 13, 13 'can also consist of a laminate which has a metal layer on its side facing away from the etching body 15 or consists of a metal.
  • Further embodiments of the electrical contacting of the electrodes 13, 13 ' provide that they are provided in a manner known per se on the side facing away from the etching body 15 with pin, network or surface contacts or, depending on the electrode material, particularly simply that the electrodes 13, 13 'in the first or second chamber 19, 19 'partially directly immersed in the electrolyte and electrically contacted directly at a non-immersed point. They thus serve as sacrificial electrodes instead of the platinum electrodes known from the prior art.
  • FIG. 3 a third exemplary embodiment of the etching system according to the invention explained with the aid of FIG. 3, in which, in contrast to FIG. 1, only a tunnel 30 made of non-conductive material, such as polypropylene, is known.
  • This tunnel 30 is connected to the etching body holder 11 on both sides and concentrically surrounds, for example, a circular wafer as the etching body 15.
  • the tunnel 30 causes one

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Abstract

The invention relates to an electrochemical etching cell (1) for etching a body (15) which is to be etched and which is comprised, at least superficially, of a material to be etched. Said etching cell (1) comprises at least one chamber filled with an electrolyte and is provided with a first electrode (13), said first electrode being comprised, at least superficially, of a first electrode material, as well as with a second electrode (13') that is comprised, at least superficially, of a second electrode material. In addition, the body (15) to be etched is brought, at least in areas, into contact with the electrolyte. The first electrode material and the second electrode material are selected such that, after etching, the body (15) to be etched is not contaminated and/or the properties thereof are not impaired by the electrode materials. The electrode materials are, in particular, comprised of the same materials as those of the etching material. The invention also relates to a method for etching a body (15) to be etched while using said etching cell (1), whereby the first and/or second electrode (13, 13') is/are used as sacrificial electrodes. The inventive etching cell is especially suited for etching silicon wafers in a CMOS-compatible production line.

Description

Elektrochemische Ätzanlage und Verfahren zur Ätzung eines ÄtzkörpersElectrochemical etching system and method for etching an etching body
Die Erfindung betrifft eine elektrochemische Ätzanlage, insbesondere eine CMOS-kompatible Ätzanlage zur Ätzung von Siliziumwafern, sowie ein Verfahren zur Ätzung eines Ätzkörpers nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.The invention relates to an electrochemical etching system, in particular a CMOS-compatible etching system for etching silicon wafers, and a method for etching an etching body according to the type of the independent claims.
Stand der TechnikState of the art
Elektrochemische Ätzanlagen, beispielsweise zur Herstellung von porösem Silizium oder zur oberflächlichen Porösifizierung von Silizium, bestehen üblicherweise aus einem 2-Kammersystem, zwischen denen ein zu ätzender Siliziumwafer als Trennwand eingespannt wird und wobei die beiden Kammern elektrisch nur durch den afer miteinander gekoppelt bzw. verbunden sind. Weiterhin sind in beiden Kammern üblicherweise Elektroden zur Stromzuführung angebracht, die in der Regel aus Platin bestehen. Eine derartige Ätzanlage ist beispielsweise ausführlich und in ihren wesentlichen Details bereits von Fujiyama et al . in US 5,458,755 beschrieben. Bei bekannten Ätzanlagen tritt jedoch stets das Problem auf, daß zumindest die anodisch geschaltete Elektrode beim Betrieb zumindest geringfügig angegriffen und aufgelöst wird, so daß durch das aufgelöste Elektrodenmaterial zunächst der Elektrolyt und darüber der zu ätzende Wafer im Laufe des Ätzverfahrens kontaminiert wird. Eine derartige Kontamination, beispielsweise von Platin in einer Siliziumfertigung, ist vielfach jedoch nicht akzeptabel und beeinträchtigt den geätzten Wafer oder den Ätzkörper in seinen elektrischen oder katalytischen Eigenschaften erheblich.Electrochemical etching systems, for example for the production of porous silicon or for the surface porosification of silicon, usually consist of a 2-chamber system, between which a silicon wafer to be etched is clamped as a partition and the two chambers are electrically coupled or connected to one another only by the afer . Furthermore, electrodes for power supply are usually attached in both chambers, which usually consist of platinum. Such an etching system is detailed, for example, and its essential details have already been described by Fujiyama et al. in US 5,458,755. In known etching systems, however, the problem always arises that at least the anodically connected electrode is at least slightly attacked and dissolved during operation, so that the electrolyte and above all the wafer to be etched are contaminated during the etching process by the dissolved electrode material. Such contamination, for example of platinum in a silicon production, is often unacceptable and significantly affects the etched wafer or the etching body in its electrical or catalytic properties.
So ist insbesondere ein Siliziumwafer, auf bzw. in dem über ein elektrochemisches Ätzverfahren eine Schicht aus porösem Silizium erzeugt wurde und der dabei mit Platin kontaminiert wurde, für eine Verwendung in einer CMOS-Fertigung (CMOS = Complementary- Metal-Oxide-Semiconductor) ungeeignet.In particular, a silicon wafer, on or in which a layer of porous silicon was generated by means of an electrochemical etching process and which was thereby contaminated with platinum, is unsuitable for use in CMOS production (CMOS = Complementary Metal Oxide Semiconductor) .
Lösungsvorschläge für dieses Problem, die auf einer einseitigen Metallisierung der Waferrückseite und der Verwendung einer lediglich einseitigen Ätz orrichtung beruhen, wobei die Rückseite des zu ätzenden Wafers den Metallkontakt bildet und lediglich die Vorderseite mit dem Ätzmedium bzw. dem Elektrolyten und darüber mit einer Platinelektrode in Verbindung steht, sind infolge der dabei aufzubringenden und erforderlichen Rückseitenmetallisierung und der notwendigen Folgeschritte bei der Bearbeitung des Wafers (Oxidation, SchichtabScheidungen usw.), denen diese Metallisierung dann im Wege steht, ungeeignet.Proposed solutions to this problem, which are based on a one-sided metallization of the back of the wafer and the use of a single-sided etching device, the back of the wafer to be etched forming the metal contact and only the front with the etching medium or the electrolyte and above that with a platinum electrode in connection are unsuitable due to the required and necessary backside metallization and the necessary subsequent steps in the processing of the wafer (oxidation, layer depositions, etc.), which are then impeded by this metallization.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die erfindungsgemäße elektrochemische Ätzanlage zur Ätzung eines Ätzkörpers und das damit durchgeführte erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, daß damit eine kontaminationsfreie elektrochemische Ätzung eines Ätzkörpers ermöglicht wird, wobei dieser zumindest oberflächlich ein zu ätzendesThe electrochemical etching system according to the invention for etching an etching body and the one carried out with it The method according to the invention with the characterizing features of the independent claims has the advantage over the prior art that it enables contamination-free electrochemical etching of an etching body, said etching body at least superficially being etched
Ätzmaterial aufweist oder aus diesem besteht. Dies gilt insbesondere bei der Herstellung von porösem Silizium aus einem Siliziumwafer. Damit wird durch diese Ätzung der Ätzkörper insbesondere in seinen elektrischen bzw. elektronischen oder katalytischen Eigenschaften nicht beeinträchtigt .Has etching material or consists of this. This applies in particular to the production of porous silicon from a silicon wafer. This etching does not impair the etching body, particularly in its electrical, electronic or catalytic properties.
Eine Vermeidung einer Kontamination und/oder eine zumindest zum Teil damit verbundene Beeinträchtigung der elektrischen oder katalytischen Eigenschaften des nach der Ätzung erhaltenen Ätzkörpers wird dabei sehr vorteilhaft dadurch erreicht, daß das Material der in der Ätzanlage über Elektrolyten mit dem Ätzkδrper unmittelbar in Verbindung stehenden Elektroden jeweils entsprechend dem Material des Ätzkörpers ausgewählt ist. Bei dem erfindungsgemäßenPrevention of contamination and / or an at least partially associated impairment of the electrical or catalytic properties of the etching body obtained after the etching is achieved very advantageously in that the material of the electrodes in the etching system which are directly connected to the etching body via electrolytes in each case is selected according to the material of the etching body. In the inventive
Ätzverfahren mit einer derartigen Ätzzelle wird dabei sehr vorteilhaft mindestens eine dieser Elektroden zumindest mit ihrer dem Ätzkörper zugewandten Seite als Opferelektrode eingesetzt .Etching method with such an etching cell is very advantageously used at least one of these electrodes at least with its side facing the etching body as a sacrificial electrode.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen.Further advantageous developments of the invention result from the measures mentioned in the subclaims.
So ist es besonders vorteilhaft, wenn das Material einer ersten Elektrode und/oder das Material einer zweitenIt is particularly advantageous if the material of a first electrode and / or the material of a second
Elektrode, die als Kathode bzw. Anode geschaltet sind und mit dem Ätzkörper über einen geeigneten Elektrolyten elektrisch in Verbindung stehen, das gleiche Material wie das Ätzmaterial des zu ätzenden Ätzkörpers ist. Dabei genügt es, wenn der Ätzkörper zumindest oberflächlich das zu ätzende Ätzmaterial aufweist oder oberflächlich aus diesem besteht und wenn die erste und/oder zweite Elektrode zumindest oberflächlich ein entsprechendes Elektrodenmaterial aufweist oder oberflächlich aus diesem besteht .Electrode, which are connected as a cathode or anode and are electrically connected to the etching body via a suitable electrolyte, is the same material as the etching material of the etching body to be etched. It is enough it is when the etching body has, at least on the surface, the etching material to be etched or consists of this on the surface and when the first and / or second electrode has at least a surface of a corresponding electrode material or consists of this on the surface.
Weiterhin ist es sehr vorteilhaft, wenn das Ätzmaterial des Ätzkörpers elektrisch zumindest schwach leitend ist, wobei als Ätzmaterial bevorzugt Silizium oder als Ätzkörper ein Siliziumwafer eingesetzt wird. Vorteilhaft ist überdies, wenn das erste Elektrodenmaterial und das zweite Elektrodenmaterial der ersten bzw. zweiten Elektrode ein CMOS-kompatibles Material und insbesondere kein Element, ausgewählt aus der Gruppe Platin, Gold, Iridium, Rhodium, Palladium, Silber oder Kupfer ist. Damit ist die erfindungsgemäße Ätzanlage besonders zur Herstellung von porösem Silizium auf einem Siliziumwafer geeignet, wobei beispielsweise durch die Verwendung von Siliziumelektroden eine Kontamination des Wafers mit siliziumfremden Substanzen wie beispielsweise Platin oder Palladium verhindert wird.Furthermore, it is very advantageous if the etching material of the etching body is at least weakly electrically conductive, silicon preferably being used as the etching material or a silicon wafer being used as the etching body. It is also advantageous if the first electrode material and the second electrode material of the first and second electrodes are a CMOS-compatible material and in particular not an element selected from the group consisting of platinum, gold, iridium, rhodium, palladium, silver or copper. The etching system according to the invention is thus particularly suitable for the production of porous silicon on a silicon wafer, contamination of the wafer with non-silicon substances such as platinum or palladium being prevented, for example, by using silicon electrodes.
Unter einem CMOS-kompatiblen Material wird dabei entsprechend dem allgemeinen Sprachgebrauch in der Halbleitertechnik ein Material verstanden, das die elektrischen Eigenschaften einer damit erzeugten Schaltung nicht negativ beeinträchtigt .A CMOS-compatible material is understood in accordance with the general usage in semiconductor technology to mean a material that does not adversely affect the electrical properties of a circuit generated thereby.
Entsprechend ist unter einem den Ätzkörper kontaminierenden Material insbesondere ein CMOS-Gift zu verstehen oder ein Material, das bei seiner Einlagerung tiefe Störstellen in dem Ätzkörper bildet d.h. Störstellen, deren Energieniveaus die in der Mitte des Gaps zwischen Leitungsband und Valenzband des zu ätzenden Materials liegen und die damit ein hohes Übergangsmatrixelement für die Rekombination von Elektronen und Löchern in dem Ätzkörper hervorrufen („Rekombinationskeim") .Correspondingly, a material contaminating the etching body is to be understood in particular as a CMOS poison or a material which forms deep impurities in the etching body when it is embedded, i.e. impurities whose energy levels lie in the middle of the gap between the conduction band and the valence band of the material to be etched, and the with it cause a high transition matrix element for the recombination of electrons and holes in the etching body (“recombination seed”).
Als Elektrodenmaterialien für die erste bzw. zweiteAs electrode materials for the first and second
Elektrode- kommen vorteilhaft besonders Verbindungen aus der Gruppe der zumindest schwach leitfähigen Verbindungen der Elemente Silizium, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Titan, Aluminium, Bor, Antimon, Wolfram, Cobalt, Tellur, Germanium, Molybdän, Gallium, Arsen und Selen, insbesondere SiC, SiN, TiN, TiC, MoSi2 und GaAs , in Frage, sowie reine Elektrodenmaterialien aus den Elementen Silizium, Titan, Wolfram, Molybdän und Kohlenstoff, insbesondere Graphit.Electrodes are particularly advantageous compounds from the group of the at least weakly conductive compounds of the elements silicon, carbon, nitrogen, oxygen, titanium, aluminum, boron, antimony, tungsten, cobalt, tellurium, germanium, molybdenum, gallium, arsenic and selenium, in particular SiC , SiN, TiN, TiC, MoSi 2 and GaAs, in question, as well as pure electrode materials made of the elements silicon, titanium, tungsten, molybdenum and carbon, in particular graphite.
Generell eignen sich als Elektrodenmaterialien auch die in der Halbleitertechnik allgemein als Kontaktmaterialien verwendeten Materialien, da diese bei einem Auftreffen auf den Ätzkörper und damit während der Ätzung nicht tief in den Ätzkörper eindiffundieren, sondern oberflächlich, beispielsweise unter Bildung von Suiziden, mit demIn general, the materials generally used as contact materials in semiconductor technology are also suitable as electrode materials, since these do not diffuse deeply into the etching body when it strikes the etching body and thus during the etching, but rather on the surface, for example with the formation of suicides, with the
Ätzkörper reagieren bzw. örtlich gebunden werden und somit auf die Oberfläche des Ätzkörpers beschränkt bleiben. In diesem Sinne kontaminieren sie den Ätzkörper somit nicht und beeinträchtigen ihn auch in seinen elektronischen Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich des Einsatzes in einer oder der Verträglichkeit mit einer CMOS-kompatiblen Fertigungslinie, nicht.Etching bodies react or are bound locally and thus remain limited to the surface of the etching body. In this sense, they do not contaminate the etching body and do not impair its electronic properties, in particular with regard to its use in one or its compatibility with a CMOS-compatible production line.
Die konkrete Auswahl des jeweiligen Elektrodenmaterials erfolgt vorteilhaft jeweils unter Berücksichtigung desThe specific selection of the respective electrode material advantageously takes into account the
Materials des Ätzkörpers und der verwendeten Elektrolyten.Material of the etching body and the electrolytes used.
Die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode und/oder der Ätzkörper sind daneben vorteilhaft flächig, insbesondere in Form von Wafern, ausgebildet, wobei die Elektroden zur Verwendung als Opferelektroden sehr vorteilhaft überdies wesentlich dicker als der eigentliche Ätzkörper sind, so daß sie gegebenenfalls aufbereitet, von Kontaminationen befreit und wiederverwendet werden können. Damit wird vorteilhaft eine Verlängerung der Austauschzyklen der Elektroden erreicht .The first electrode and / or the second electrode and / or the etching body are also advantageously flat, in particular in the form of wafers, the electrodes for use as sacrificial electrodes also being very advantageously much thicker than the actual etching body, so that they can be processed, freed of contamination and reused if necessary. This advantageously extends the exchange cycles of the electrodes.
Die elektrochemische Ätzzelle ist vorteilhaft derart aufgebaut, daß eine erste Kammer und eine zweite Kammer vorgesehen sind, die jeweils zumindest teilweise mit einem Elektrolyten befüllt und die über eine Trennvorrichtung räumlich voneinander getrennt sind. Dabei steht jede der beiden Kammern mit jeweils einer Elektrode elektrisch leitend über einen Elektrolyten in Verbindung, wobei derThe electrochemical etching cell is advantageously constructed in such a way that a first chamber and a second chamber are provided, each of which is at least partially filled with an electrolyte and which are spatially separated from one another by a separating device. Each of the two chambers is connected to an electrode in an electrically conductive manner via an electrolyte, the
Ätzkörper zumindest bereichsweise die Trennvorrichtung und sehr vorteilhaft gleichzeitig auch die einzige, zumindest schwach leitende elektrische Verbindung zwischen den beiden Kammern und den als Kathode bzw. Anode geschalteten Elektroden ist.Etching body, at least in some areas, the separating device and very advantageously at the same time the only, at least weakly conductive electrical connection between the two chambers and the electrodes connected as cathode or anode.
Eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die elektrochemische Ätzzelle neben den bereits erwähnten beiden Kammern über eine weitere dritte Kammer oder eine weitere dritte Kammer und eine weitere vierte Kammer verfügt, die jeweils zumindest teilweise mit einem Elektrolyten befüllt und jeweils über eine weitere Trennvorrichtung von der ersten Kammer bzw. zweiten Kammer räumlich getrennt sind. Dabei steht der Elektrolyt in der dritten bzw. vierten Kammer sehr vorteilhaft lediglich mit der zweiten bzw. ersten Elektrode elektrisch leitend in Verbindung, die wiederum gleichzeitig zumindest bereichsweise als Trennvorrichtung zwischen der dritten bzw. vierten Kammer und jeweils der ersten bzw. zweiten Kammer dient .Another very advantageous embodiment of the invention provides that the electrochemical etching cell has, in addition to the two chambers already mentioned, a further third chamber or a further third chamber and a further fourth chamber, each of which is at least partially filled with an electrolyte and each with a further one Separating device are spatially separated from the first chamber or second chamber. The electrolyte in the third or fourth chamber is very advantageously only electrically conductively connected to the second or first electrode, which in turn at least in regions acts as a separating device between the third or fourth chamber and the first and second chamber respectively.
In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn die insbesondere flächig ausgebildete erste und/oder die zweite Elektrode jeweils nur mit ihrer dem Ätzkörper zugewandten Oberfläche mit dem mit dem Ätzkörper in Kontakt stehenden Elektrolyten in Kontakt sind, so daß eine Vermischung des Elektrolyten in der dritten bzw. vierten Kammer mit dem Elektrolyten in der ersten bzw.. zweitenIn this context, it is particularly advantageous if the surface of the first and / or the second electrode, which is in particular flat, is only in contact with the electrolyte in contact with the etching body only with its surface facing the etching body, so that mixing of the electrolyte in the third or fourth chamber with the electrolyte in the first or second
Kammer vermieden wird. Somit kann die dem Elektrolyten der ersten oder zweiten Kammer abgewandte Seite der ersten und/oder zweiten Elektrode zur einfacheren elektrischen Kontaktierung der Elektroden zumindest bereichsweise oberflächlich mit einer Metallisierung oder einer Dotierung versehen sein oder, beispielsweise im Fall des Aufbaus der Elektrode aus mehreren Schichten, aus einem Metall bestehen, was den Vorteil eines einfachen konstruktiven Aufbaus der Ätzzelle mit der gezielten Anpassung des Elektrodenmaterials an das jeweilige Ätzmaterial verbindet, ohne daßChamber is avoided. Thus, the side of the first and / or second electrode facing away from the electrolyte of the first or second chamber can be provided with a metallization or a doping on the surface at least in regions for easier electrical contacting of the electrodes or, for example, in the case of the electrode being constructed from several layers consist of a metal, which combines the advantage of a simple structural design of the etching cell with the targeted adaptation of the electrode material to the respective etching material without
Kontaktierungs- oder Kontaminationsprobleme auftreten.Contacting or contamination problems occur.
Weiterhin kann in der dritten bzw. vierten Kammer jeweils eine zusätzliche, in einen dort befindlichen Elektrolyten eintauchende Badelektrode, insbesondere eine Platin- oderFurthermore, in the third or fourth chamber, an additional bath electrode, in particular a platinum or, immersed in an electrolyte located there
Palladiumelektrode, zur einfachen elektrischen Kontaktierung der ersten bzw. zweiten Elektrode über den jeweiligen Elektrolyten vorgesehen sein.Palladium electrode, can be provided for simple electrical contacting of the first or second electrode via the respective electrolyte.
Im übrigen können die Elektrolyte in den einzelnen Kammern der erfindungsgemäßen Ätzanlage vorteilhaft auch voneinander verschieden sein, wobei die erste und zweite Kammer, in denen die eigentlich Ätzung des Ätzkörpers stattfindet, vorteilhaft mit Flußsäure oder einem Gemisch aus Flußsäure und Ethanol, und die dritte und vierte Kammer beispielsweise mit verdünnter Schwefelsäure als Kontaktelektrolyt befüllt sind.Otherwise, the electrolytes in the individual chambers of the etching system according to the invention can advantageously also be different from one another, the first and second chambers in which the etching body is actually etched advantageously using hydrofluoric acid or a mixture of hydrofluoric acid and ethanol, and the third and fourth chambers are filled, for example, with dilute sulfuric acid as the contact electrolyte.
Die einzelnen Kammern sind weiterhin sehr vorteilhaft separat mit Elektrolyt befüllbar und separat entleerbar, so daß jederzeit ein problemloser Austausch beispielsweise eines kontaminierten Elektrolyten in jeder Kammer möglich ist. Damit wird zudem jederzeit ein einfacher Austausch einer als Opferelektrode dienenden verbrauchten oder kontaminierten ersten bzw. zweiten Elektrode problemlos und schnell ermöglicht.The individual chambers can also very advantageously be filled separately with electrolyte and emptied separately, so that a problem-free exchange of, for example, a contaminated electrolyte in each chamber is possible at any time. This also enables a simple exchange of a used or contaminated first or second electrode serving as a sacrificial electrode at any time, quickly and easily.
Die erste und/oder zweite Elektrode wird im übrigen vorteilhaft elektrisch über den in der dritten bzw. vierten Kammer eingefüllten Elektrolyten mit einer dort befindlichen Badelektrode kontaktiert und somit mit einer externen Spannungsversorgung verbunden, die der Ätzanlage bei Betrieb einen Strom einprägt .Moreover, the first and / or second electrode is advantageously contacted electrically via the electrolyte filled in the third or fourth chamber with a bath electrode located there, and is thus connected to an external voltage supply which impresses a current to the etching system during operation.
Die problemlose Austauschbarkeit der Opferelektroden d.h. der ersten und/oder der zweiten Elektrode erlaubt es daneben sehr vorteilhaft, in einfacher Weise die Eignung unterschiedlicher Elektrodenmaterialien, wie beispielsweise Graphit, bei der Ätzung eines Ätzkörpers zu untersuchen und die Elektrodenmaterialien dabei auf das jeweilige Material des Ätzkörpers hin zu optimieren.The problem-free interchangeability of the sacrificial electrodes i.e. In addition, the first and / or the second electrode very advantageously allows the suitability of different electrode materials, such as graphite, for the etching of an etching body to be examined in a simple manner and the electrode materials to be optimized for the respective material of the etching body.
Zur Homogenisierung der Ätzung des Ätzkörpers in der erfindungsgemäßen Ätzanlage kann weiter vorteilhaft in an sich bekannter Weise ein Tunnel aus nichtleitendem Material, insbesondere Polypropylen, vorgesehen sein. ZeichnungenIn order to homogenize the etching of the etching body in the etching system according to the invention, a tunnel made of non-conductive material, in particular polypropylene, can advantageously be provided in a manner known per se. drawings
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert . Figur 1 zeigt eine erste elektrochemische Ätzanlage, Figur 2 eine alternative Ausführungsform der Ätzanlage und Figur 3 eine dritte Ausführungsform der Ätzanlage.The invention is explained in more detail with reference to the drawings and in the description below. Figure 1 shows a first electrochemical etching system, Figure 2 shows an alternative embodiment of the etching system and Figure 3 shows a third embodiment of the etching system.
Ausführungsbeispieleembodiments
Die Figur 1 zeigt als erstes Ausführungsbeispiel eine erfindungsgemäße elektrochemische Ätzzelle 1 mit vier Kammern, einer ersten Kammer 19, einer zweiten Kammer 19 , einer dritten Kammer 17 und einer vierten Kammer 18, die jeweils zumindest teilweise mit einem Elektrolyten befüllt sind. Die erste und zweite Kammer 19, 19 ist dabei für die eigentliche Ätzung eines Ätzkörpers 15 beispielsweise mit einem Gemisch aus Flußsäure und Ethanol befüllt, während die dritte und vierte Kammer 17, 18 beispielsweise mit verdünnter Schwefelsäure als Kontaktelektrolyt befüllt sind. Die vier Kammern 17, 18, 19, 19' definieren somit vier den Kammern 17, 18, 19, 19' zugeordnete Elektrolytbereiche, eine ersten Elektrolytbereich 29, einen zweiten Elektroyltbereich 29', einen dritten Elektrolytbereich 27 und einen vierten Elektrolytbereich 28, die voneinander räumlich über1 shows, as a first exemplary embodiment, an electrochemical etching cell 1 according to the invention with four chambers, a first chamber 19, a second chamber 19, a third chamber 17 and a fourth chamber 18, which are each at least partially filled with an electrolyte. For the actual etching of an etching body 15, the first and second chambers 19, 19 are filled, for example, with a mixture of hydrofluoric acid and ethanol, while the third and fourth chambers 17, 18 are filled, for example, with dilute sulfuric acid as the contact electrolyte. The four chambers 17, 18, 19, 19 'thus define four electrolyte regions assigned to the chambers 17, 18, 19, 19', a first electrolyte region 29, a second electrolyte region 29 ', a third electrolyte region 27 and a fourth electrolyte region 28, which are different from one another spatially above
Trennvorrichtungen getrennt sind, die jedoch gleichzeitig eine elektrische Verbindung der Kammern 17, 18, 19, 19 * ermöglichen.Separating devices are separated, but at the same time allow an electrical connection of the chambers 17, 18, 19, 19 *.
Im einzelnen wird die erste Kammer 19 von der zweiten Kammer 19" über eine erste Trennvorrichtung 31 räumlich getrennt, die erste Kammer 19 von der dritten Kammer 17 über eine zweite Trennvorrichtung 32 und die zweite Kammer 19" von der vierten Kammer 18 über eine dritte Trennvorrichtung 33 räumlich getrennt, so daß kein Austausch von Elektrolyt zwischen den Kammern 17, 18, 19, 19' auftritt.Specifically, the first chamber 19 is spatially separated from the second chamber 19 "via a first separating device 31, the first chamber 19 from the third chamber 17 via a second separating device 32 and the second chamber 19" from the fourth chamber 18 via a third separating device 33 spatially separated, so that no exchange of electrolyte between the chambers 17, 18, 19, 19 'occurs.
Die erste Trennvorrichtung 31 wird dabei in an sich bekannter Weise durch eine Atzkörperhalterung 11 aus Teflon oder Polypropylen gebildet, in der bereichsweise der Ätzkörper 15 eingepaßt oder eingesetzt ist, so daß dieser oberflächlich einerseits mit dem Elektrolyten in der ersten Kammer 19 und andererseits mit dem Elektrolyten in der zweiten Kammer 19 λ in Kontakt ist. Der Ätzkörper 15 ist im erläuterten Beispiel ein an sich bekannter, flächiger Siliziumwafer. Die zweite Trennvorrichtung 32 und die dritte Trennvorrichtung 33 wird jeweils von einer Ξlektrodenhalterung 10 aus Teflon gebildet, in die bereichsweise jeweils eine zweite Elektrode 13' bzw. eine erste Elektrode 13 eingesetzt ist, so daß diese oberflächlich zumindest bereichsweise einerseits mit dem Elektrolyten der dritten bzw. ersten Kammer 17, 19 x und andererseits mit dem Elektrolyten der zweiten bzw. vierten Kammer 191, 18 in Kontakt sind.The first separating device 31 is formed in a manner known per se by an etching body holder 11 made of Teflon or polypropylene, in which the etching body 15 is partially fitted or inserted, so that it is superficially on the one hand with the electrolyte in the first chamber 19 and on the other hand with the electrolyte 19 λ is in contact in the second chamber. In the example explained, the etching body 15 is a flat silicon wafer known per se. The second separating device 32 and the third separating device 33 are each formed by an electrode holder 10 made of Teflon, in each of which a second electrode 13 'or a first electrode 13 is inserted in regions, so that on the surface at least in regions, on the one hand, these electrodes are connected with the electrolyte of the third or first chamber 17, 19 x and on the other hand are in contact with the electrolyte of the second and fourth chamber 19 1 , 18.
Als metallische Kontaktelektrode zur Kontaktierung der ersten bzw. zweiten Elektrode 13, 13 ' ist in der dritten bzw. vierten Kammer 17, 18 jeweils eine Platinelektrode oder eine Palladiumelektrode als Badelektrode 34, 34 λ vorgesehen, die jeweils in den dort befindlichen Elektrolyten eintaucht. Die Badelektroden 34, 34 sind weiter mit einer nicht dargestellten Spannungsquelle verbunden, die in an sich bekannter Weise der Ätzzelle 1 einen elektrischen Strom einprägt. Dabei ist im erläuterten Beispiel bezüglich des Ätzkörpers 15 die erste Elektrode 13 bzw. deren dem Ätzkörper 15 zugewandte Seite als Anode und die zweite Elektrode 13 λ bzw. deren dem Ätzkörper 15 zugewandte Seite als Kathode geschaltet . Die erste Elektrode 13 und die zweite Elektrode 13 ' bestehen im erläuterten Beispiel aus einem flächigen Siliziumwafer oder einer Siliziumscheibe, der bevorzugt wesentlich dicker als der als Ätzkörper 15 eingesetzt Siliziumwafer ist.As the metallic contact electrode for contacting the first and second electrodes 13, 13 ', a platinum electrode or a palladium electrode as bath electrode 34, 34 λ is provided in the third and fourth chamber 17, 18, respectively, which is immersed in the electrolyte located there. The bath electrodes 34, 34 are further connected to a voltage source, not shown, which impresses an electrical current into the etching cell 1 in a manner known per se. In the example explained, with respect to the etching body 15, the first electrode 13 or its side facing the etching body 15 is connected as an anode and the second electrode 13 λ or its side facing the etching body 15 is connected as a cathode. In the example explained, the first electrode 13 and the second electrode 13 'consist of a flat silicon wafer or a silicon wafer, which is preferably substantially thicker than the silicon wafer used as the etching body 15.
Allgemein werden die Elektroden 13, 13 hinsichtlich des jeweils verwendeten Elektrodenmaterials bevorzugt derart ausgewählt, daß sie zumindest oberflächlich aus dem gleichen Material bestehen, wie die jeweiligen Oberflächen des Ätzkörpers 15. Damit wird gewährleistet, daß das Material der ersten Elektrode 13 und das Material der zweiten Elektrode 13 ' den Ätzkörper 15 beim Betrieb der Ätzzelle 1 nicht kontaminiert und damit diesen nach der Ätzung in seinen elektrischen oder katalytischen Eigenschaften beeinträchtigt.In general, the electrodes 13, 13 are preferably selected with regard to the electrode material used in such a way that they consist at least superficially of the same material as the respective surfaces of the etching body 15. This ensures that the material of the first electrode 13 and the material of the second Electrode 13 'does not contaminate the etching body 15 during operation of the etching cell 1 and thus impairs its electrical or catalytic properties after the etching.
Bei Betrieb der Ätzzelle 1 fließt nun ein äußerer eingepägter Strom über die Badelektroden 34, 34', die Elektrolyten, die erste und zweite Elektrode 13, 13' und den Ätzkörper 15, wobei dieser zumindest oberflächlich in einem Körperätzbereich 14' geätzt wird. Gleichzeitig werden jedoch, je nach Wahl des Elektrodenmaterials der Elektroden 13, 13', auch die erste und zweite Elektrode 13, 13' zumindest oberflächlich in einem Ätzbereich 14 geätzt d.h. sie dienen als Opferelektroden beim Ätzprozeß des Ätzkörpers 15. Aufgrund ihrer deutlich größeren Dicke gegenüber dem Ätzkörper 15 werden sie dabei jedoch nicht durchgeätzt, sondern lediglich oberflächlich angegriffen, abgeätzt bzw. abgetragen oder beispielsweise porösifiziert . Im Falle einer Abnutzung, beispielsweise nach der Ätzung mehrerer Ätzkörper 15, können sie daher ausgetauscht, wieder aufbereitet oder bei Bedarf regelmäßig von anhaftenden Kontaminationen gereinigt werden. Im Detail entsteht im erläuterten Beispiel bei der Ätzung eines Siliziumwafers an dessen anodischer Seite, d.h. im Fall der angegebenen Polung im Körperätzbereich 14 ' , poröses Silizium, während gleichzeitig auf der anodischen, dem Ätzkörper zugewandten Seite der ersten Elektrode 13 ebenfalls eine zumindest geringfügige Ätzung in einem entsprechenden Elektrodenätzbereich 14 auftritt, d.h. im konkreten Beispiel eine oberflächliche Ausbildung von porösem Silizium. Dies gilt im übrigen auch für die dem Ätzkörper 15 abgewandte Seite der zweiten Elektrode 13 ' , die in der dritten Kammer 17 die Rolle der Anode übernimmt. Gleichzeitig löst sich beim Betrieb der Ätzzelle 1 auch die in der vierten Kammer 18 anodisch geschaltete metallische Badelektrode 34 geringfügig auf, wobei jedoch lediglich die dem Ätzkörper 15 abgewandte Seite der ersten Elektrode 13 beispielsweise mit Platin kontaminiert wird. Aufgrund der räumlichen Trennung der einzelnen Kammern 17, 18, 19, 19' zwischen denen lediglich eine elektrische Verbindung über die Elektroden 13, 13' und den Ätzkörper 15 besteht, zwischen denen aber kein Elektrolytaustauch möglich ist, bleibt diese Kontamination jedoch von dem Ätzkörper 15 fern. Sie kann damit bei einer Aufbereitung der Elektroden 13 , 13 ' von der entsprechenden Seite wieder entfernt werden.When the etching cell 1 is operating, an externally impressed current now flows via the bath electrodes 34, 34 ', the electrolytes, the first and second electrodes 13, 13' and the etching body 15, this being etched at least superficially in a body etching area 14 '. At the same time, however, depending on the choice of the electrode material of the electrodes 13, 13 ', the first and second electrodes 13, 13' are at least superficially etched in an etching area 14, ie they serve as sacrificial electrodes in the etching process of the etching body 15 due to their significantly greater thickness However, they are not etched through the etching body 15, but only attacked, etched or removed on the surface or, for example, porosified. In the event of wear, for example after the etching of a plurality of etching bodies 15, they can therefore be exchanged, reprocessed or, if necessary, regularly cleaned of adhering contaminations. In detail, in the example explained, when etching a silicon wafer on its anodic side, ie in the case of the specified polarity in the body etching region 14 ′, porous silicon is produced, while at the same time also an at least slight etching in on the anodic side of the first electrode 13 facing the etching body a corresponding electrode etching area 14 occurs, ie in the concrete example a surface formation of porous silicon. This also applies to the side of the second electrode 13 'facing away from the etching body 15, which side assumes the role of the anode in the third chamber 17. At the same time, during operation of the etching cell 1, the metallic bath electrode 34 which is anodically connected in the fourth chamber 18 also dissolves slightly, but only the side of the first electrode 13 facing away from the etching body 15 is contaminated, for example, with platinum. Due to the spatial separation of the individual chambers 17, 18, 19, 19 'between which there is only an electrical connection via the electrodes 13, 13' and the etching body 15, but between which no electrolyte exchange is possible, this contamination remains from the etching body 15 remote. It can thus be removed from the corresponding side again when the electrodes 13, 13 'are processed.
Ein beispielsweise während der Ätzung auftretendes Lösen von Silizium von einer der Elektroden 13, 13' in dem Elektrolyten in der ersten oder zweiten Kammer 19, 19' ist für den Ätzkörper 15 unkritisch, da dieser aus dem gleichen Material besteht und somit nicht kontaminiert wird.A loosening of silicon, for example, during the etching, from one of the electrodes 13, 13 'in the electrolyte in the first or second chamber 19, 19' is not critical for the etching body 15, since this consists of the same material and is therefore not contaminated.
Zum leichten Austausch der Elektroden 13, 13' werden diese im übrigen bevorzugt über Dichtungen mit den Elektrodenhalterungen 10 verbunden und über verschließbare Fenster 16 in Seitenwänden der Ätzanlage 1 mit dieser verschraubt. Für einen einfachen Austausch des Ätzkörpers 15 ist weiter ein an sich bekannter Schnellverschluß vorgesehen.For easy replacement of the electrodes 13, 13 ', these are preferably connected to the electrode holders 10 via seals and to the etching system 1 via closable windows 16 in the side walls thereof screwed. For a simple exchange of the etching body 15, a quick-release fastener known per se is also provided.
Zum leichten Austausch der verwendeten Elektrolyte und der Elektroden 13, 13 'sind zudem die Kammern 17, 18, 19, 19' bzw. die zugehörigen Elektrolytbereiche 27, 28, 29, 29' über entsprechende, an sich bekannte Vorrichtungen jeweils separat befüllbar und entleerbar.For easy replacement of the electrolytes used and the electrodes 13, 13 ', the chambers 17, 18, 19, 19' and the associated electrolyte regions 27, 28, 29, 29 'can also be filled and emptied separately using corresponding devices known per se .
Die Figur 2 erläutert ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ätzzelle. Diese Ätzzelle ist in wesentlichen Punkten völlig analog zu der Ätzzelle 1 gemäß Figur 1, weist jedoch eine andere Ausführungsform der Kontaktierung der Elektroden 13, 13' auf. In diesem Beispiel kann auf die dritte Kammer 17 und die vierte Kammer 18, die Badelektroden 34, 34' und die in diesen Kammern 17, 18 befindlichen Elektrolyten verzichtet werden. Stattdessen werden die erste Elektrode 13 und die zweite Elektrode 13 ' jeweils auf der dem Ätzkörper 15 abgewandten Seite mit einer an sich bekannten Metallisierung 20 versehen.FIG. 2 explains a second exemplary embodiment of an etching cell according to the invention. This etching cell is essentially analogous to the etching cell 1 according to FIG. 1, but has a different embodiment of the contacting of the electrodes 13, 13 '. In this example, the third chamber 17 and the fourth chamber 18, the bath electrodes 34, 34 'and the electrolytes located in these chambers 17, 18 can be dispensed with. Instead, the first electrode 13 and the second electrode 13 ′ are each provided with a metallization 20 known per se on the side facing away from the etching body 15.
Alternativ können die Elektroden 13, 13' jedoch auch auf dieser Seite mit einer sehr hohen Dotierung versehen sein, so daß eine gute elektrische Leitfähigkeit gewährleistet ist. Schließlich können die Elektroden 13, 13' auch aus einem Schichtkörper bestehen, der auf seiner dem Ätzkörper 15 abgewandten Seite eine Metallschicht aufweist oder aus einem Metall besteht. Weitere Ausführungsformen der elektrischen Kontaktierung der Elektroden 13, 13' sehen vor, daß diese in an sich bekannter Weise auf der dem Ätzkörper 15 abgewandten Seite mit Stift-, Netz- oder Flächenkontakten versehen sind oder, je nach Elektrodenmaterial, besonders einfach, daß die Elektroden 13, 13' in der ersten bzw. zweiten Kammer 19, 19' teilweise direkt in den Elektrolyten eingetaucht und an einer nicht eingetauchten Stelle elektrisch direkt kontaktiert werden. Sie dienen damit als Opferelektroden anstelle der aus dem Stand der Technik bekannten Platinelektroden.Alternatively, the electrodes 13, 13 'can also be provided with a very high doping on this side, so that good electrical conductivity is ensured. Finally, the electrodes 13, 13 'can also consist of a laminate which has a metal layer on its side facing away from the etching body 15 or consists of a metal. Further embodiments of the electrical contacting of the electrodes 13, 13 'provide that they are provided in a manner known per se on the side facing away from the etching body 15 with pin, network or surface contacts or, depending on the electrode material, particularly simply that the electrodes 13, 13 'in the first or second chamber 19, 19 'partially directly immersed in the electrolyte and electrically contacted directly at a non-immersed point. They thus serve as sacrificial electrodes instead of the platinum electrodes known from the prior art.
Im Fall von Graphit als Elektrodenmaterial für die erste und zweite Elektrode 13, 13' ist jedoch eine Kontaktierung über einen Elektrolyten in der dritten bzw. vierten Kammer 17, 18 gemäß Figur 1 vorteilhaft.In the case of graphite as the electrode material for the first and second electrodes 13, 13 ', however, contacting via an electrolyte in the third or fourth chamber 17, 18 according to FIG. 1 is advantageous.
Abschließend sei noch auf ein mit Hilfe der Figur 3 erläutertes drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ätzanlage verwiesen, bei der im Unterschied zu Figur 1 zusätzlich lediglich ein an sich bekannter Tunnel 30 aus nichtleitendem Material, wie Polypropylen, vorgesehen ist. Dieser Tunnel 30 ist beidseitig mit der Atzkörperhalterung 11 verbunden und umgibt einen beispielsweise kreisförmigen Wafer als Ätzkörper 15 konzentrisch. Der Tunnel 30 bewirkt eineFinally, reference is made to a third exemplary embodiment of the etching system according to the invention explained with the aid of FIG. 3, in which, in contrast to FIG. 1, only a tunnel 30 made of non-conductive material, such as polypropylene, is known. This tunnel 30 is connected to the etching body holder 11 on both sides and concentrically surrounds, for example, a circular wafer as the etching body 15. The tunnel 30 causes one
Homogenisierung der Stromlinien in der Ätzanlage 1 und damit eine ausgezeichnete Dickenhomogenität der Ätzung des Ätzkörpers 15, insbesondere bei der Ätzung von Silizium zu porösem Silizium.Homogenization of the streamlines in the etching system 1 and thus an excellent thickness homogeneity of the etching of the etching body 15, in particular when etching silicon to porous silicon.
Auf weitere, an sich dem Fachmann bekannte Details der vorstehenden Ausführungsbeispiele, die ausführlich beispielsweise bereits in US 5,458,755 beschreiben sind, wird verzichtet. BezugszeichenlisteFurther details of the above exemplary embodiments known per se to the person skilled in the art, which have already been described in detail, for example, in US Pat. No. 5,458,755, are dispensed with. Reference list
I ÄtzzelleI etching cell
10 Elektrodenhalterung10 electrode holder
II AtzkörperhalterungII etched body holder
12 Metallelektrode12 metal electrode
13 erste Elektrode 13 ' zweite Elektrode 14 Elektrodenätzbereich13 first electrode 13 'second electrode 14 electrode etching area
14' Körperätzbereich14 'body etching area
15 Ätzkörper15 etching elements
16 Fenster16 windows
17 dritte Kammer 18 vierte Kammer17 third chamber 18 fourth chamber
19 erste Kammer 19' zweite Kammer19 first chamber 19 'second chamber
20 Metallisierung 27 dritter Elektrolytbereich20 metallization 27 third electrolyte area
28 vierter Elektrolytbereich28 fourth electrolyte area
29 erster Elektrolytbereich 29' zweiter Elektrolytbereich29 first electrolyte region 29 'second electrolyte region
30 Tunnel30 tunnels
31 erste Trennvorrichtung31 first separating device
32 zweite Trennvorrichtung 33 dritte Trennvorrichtung 34 Badelektrode 34' Badelektrode 32 second separator 33 third separator 34 bath electrode 34 'bath electrode

Claims

Patentansprüche claims
1. Elektrochemische Ätzzelle zur Ätzung eines Ätzkörpers (15), der zumindest oberflächlich ein Ätzmaterial aufweist, mit mindestens einer Kammer, die zumindest teilweise mit einem Elektrolyten befüllt ist und die mit einer ersten Elektrode (13) , die zumindest oberflächlich ein erstes Elektrodenmaterial aufweist, und mit einer zweiten Elektrode (13'), die zumindest oberflächlich ein zweites Elektrodenmaterial aufweist, versehen ist, wobei eine der Elektroden (13, 13') als Kathode und eine der Elektroden (13, 13') als Anode geschaltet ist, und wobei der Ätzkörper (15) zumindest bereichsweise mit dem Elektrolyten in Kontakt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Elektrodenmaterial und das zweite Elektrodenmaterial derart gewählt ist, daß der Ätzkörper (15) nach der Ätzung durch die Elektrodenmaterialien nicht kontaminiert und/oder in seinen Eigenschaften nicht beeinträchtigt ist.1. Electrochemical etching cell for etching an etching body (15) which has an etching material at least on the surface, with at least one chamber which is at least partially filled with an electrolyte and which has a first electrode (13) which at least on the surface has a first electrode material, and is provided with a second electrode (13 '), which at least superficially has a second electrode material, one of the electrodes (13, 13') being connected as the cathode and one of the electrodes (13, 13 ') being connected as the anode, and wherein the etching body (15) is in contact with the electrolyte at least in regions, characterized in that the first electrode material and the second electrode material are selected such that the etching body (15) does not become contaminated after the etching by the electrode materials and / or its properties are not is impaired.
2. Elektrochemische Ätzzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Elektrodenmaterial und/oder das zweite Elektrodenmaterial das gleiche Material wie das Ätzmaterial ist. 2. Electrochemical etching cell according to claim 1, characterized in that the first electrode material and / or the second electrode material is the same material as the etching material.
3. Elektrochemische Ätzzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzmaterial elektrisch zumindest schwach leitend ist, wobei das Ätzmaterial insbesondere Silizium oder der Ätzkörper (15) insbesondere ein Siliziumwafer ist.3. Electrochemical etching cell according to claim 1 or 2, characterized in that the etching material is electrically at least weakly conductive, the etching material in particular silicon or the etching body (15) is in particular a silicon wafer.
4. Elektrochemische Ätzzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Elektrodenmaterial und das zweite Elektrodenmaterial ein CMOS-kompatibles Material und insbesondere kein Element, ausgewählt aus der Gruppe Platin, Gold, Iridium, Rhodium, Palladium, Silber oder Kupfer ist.4. Electrochemical etching cell according to claim 1, characterized in that the first electrode material and the second electrode material is a CMOS-compatible material and in particular no element selected from the group consisting of platinum, gold, iridium, rhodium, palladium, silver or copper.
5. Elektrochemische Ätzzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und/oder das zweite Elektrodenmaterial aus der Gruppe der zumindest schwach leitfähigen Verbindungen der Elemente Silizium, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Titan, Aluminium, Bor, Antimon, Wolfram, Cobalt, Tellur, Germanium, Molybdän, Gallium, Arsen und Selen, insbesondere SiC, SiN, TiN, TiC, MoSi2 und GaAs , oder aus den Elementen Silizium, Titan, Wolfram, Molybdän und Kohlenstoff, insbesondere Graphit, ausgewählt ist.5. Electrochemical etching cell according to claim 1, characterized in that the first and / or the second electrode material from the group of the at least weakly conductive compounds of the elements silicon, carbon, nitrogen, oxygen, titanium, aluminum, boron, antimony, tungsten, cobalt, Tellurium, germanium, molybdenum, gallium, arsenic and selenium, in particular SiC, SiN, TiN, TiC, MoSi 2 and GaAs, or from the elements silicon, titanium, tungsten, molybdenum and carbon, in particular graphite, is selected.
6. Elektrochemische Ätzzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (13) und/oder die zweite Elektrode (13') und/oder der Ätzkörper (15) flächig ausgebildet ist .6. Electrochemical etching cell according to claim 1, characterized in that the first electrode (13) and / or the second electrode (13 ') and / or the etching body (15) is flat.
7. Elektrochemische Ätzzelle nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (13) und/oder die zweite Elektrode (13') jeweils lediglich mit ihrer dem Ätzkörper (15) zugewandten Oberfläche zumindest bereichsweise mit dem mit dem Ätzkörper in Kontakt stehenden Elektrolyten in Kontakt sind. 7. Electrochemical etching cell according to claim 1 or 6, characterized in that the first electrode (13) and / or the second electrode (13 ') in each case only with their surface facing the etching body (15) at least in regions with that in contact with the etching body standing electrolytes are in contact.
8. Elektrochemische Ätzzelle nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Kammer (19) und eine zweite Kammer (19') vorgesehen ist, die jeweils zumindest teilweise mit einem Elektrolyten befüllt und die über eine erste Trennvorrichtung (31) räumlich voneinander getrennt sind, wobei die erste Kammer (19) mit der zweiten Elektrode (13') und die zweite Kammer (19') mit der ersten Elektrode (13) elektrisch leitend in Verbindung steht und der Ätzkörper (15) zumindest bereichsweise die erste Trehnvorrichtung (31). bildet.8. Electrochemical etching cell according to at least one of the preceding claims, characterized in that a first chamber (19) and a second chamber (19 ') is provided, each of which is at least partially filled with an electrolyte and spatially via a first separating device (31) are separated from one another, the first chamber (19) with the second electrode (13 ') and the second chamber (19') with the first electrode (13) being in an electrically conductive connection and the etching body (15), at least in regions, the first stepping device (31). forms.
9. Elektrochemische Ätzzelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Kammer (17) vorgesehen ist, die zumindest teilweise mit einem Elektrolyten befüllt ist und die über eine zweite Trennvorrichtung (32) von der ersten Kammer (19) räumlich getrennt ist, wobei die dritte Kammer (17) mit der zweiten Elektrode (13') elektrisch leitend in Verbindung steht und die zweite Elektrode (13') zumindest bereichsweise die zweite Trennvorrichtung (32) bildet.9. Electrochemical etching cell according to claim 8, characterized in that a third chamber (17) is provided which is at least partially filled with an electrolyte and which is spatially separated from the first chamber (19) via a second separating device (32), wherein the third chamber (17) is electrically conductively connected to the second electrode (13 ') and the second electrode (13') forms the second separating device (32) at least in some areas.
10. Elektrochemische Ätzzelle nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine vierte Kammer (18) vorgesehen ist, die zumindest teilweise mit einem Elektrolyten befüllt ist und die über eine dritte10. Electrochemical etching cell according to claim 8 or 9, characterized in that a fourth chamber (18) is provided which is at least partially filled with an electrolyte and which has a third
Trennvorrichtung (33) von der zweiten Kammer (19') räumlich getrennt ist, wobei die vierte Kammer (18) mit der ersten Elektrode (13) elektrisch leitend in Verbindung steht und die erste Elektrode (13) zumindest bereichsweise die dritte Trennvorrichtung (33) bildet.Separating device (33) is spatially separated from the second chamber (19 '), the fourth chamber (18) being electrically conductively connected to the first electrode (13) and the first electrode (13), at least in regions, the third separating device (33) forms.
11. Elektrochemische Ätzzellen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (19) und die zweite Kammer (19') lediglich über den Ätzkörper (15) elektrisch leitend miteinander verbunden sind.11. Electrochemical etching cells according to claim 8, characterized in that the first chamber (19) and the second Chamber (19 ') are only electrically conductively connected to one another via the etching body (15).
12. Elektrochemische Ätzzellen nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (19) und die dritte Kammer (17) lediglich über die zweite Elektrode (13') und/oder die zweite Kammer (19') und die vierte Kammer (18) lediglich über die erste Elektrode (13) elektrisch leitend miteinander verbunden sind.12. Electrochemical etching cells according to claim 9 or 10, characterized in that the first chamber (19) and the third chamber (17) only via the second electrode (13 ') and / or the second chamber (19') and the fourth chamber (18) are connected to one another in an electrically conductive manner only via the first electrode (13).
13. Elektrochemische Ätzzelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (13) flächig ausgebildet ist und lediglich einseitig mit dem Elektrolyten der zweiten Kammer (19') elektrisch leitend in Verbindung steht und/oder daß die zweite Elektrode (13') flächig ausgebildet ist und lediglich einseitig mit dem Elektrolyten der ersten Kammer (19) elektrisch leitend in Verbindung steht13. Electrochemical etching cell according to claim 8, characterized in that the first electrode (13) is flat and only on one side with the electrolyte of the second chamber (19 ') is electrically conductive and / or that the second electrode (13') is flat and is only electrically connected to the electrolyte of the first chamber (19) on one side
14. Elektrochemische Ätzzelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (13) flächig ausgebildet ist und mit einer Seite mit dem Elektrolyten der zweiten Kammer (19') sowie mit der anderen Seite mit dem Elektrolyten der vierten Kammer (18) elektrisch leitend in Verbindung steht und/oder daß die zweite Elektrode (13') flächig ausgebildet ist und mit einer Seite mit dem Elektrolyten der ersten Kammer (19) sowie mit der anderen Seite mit dem Elektrolyten der dritten Kammer (17) elektrisch leitend in Verbindung steht14. Electrochemical etching cell according to claim 8, characterized in that the first electrode (13) is flat and with one side with the electrolyte of the second chamber (19 ') and with the other side with the electrolyte of the fourth chamber (18) electrically is in a conductive connection and / or that the second electrode (13 ') is flat and has one side with the electrolyte of the first chamber (19) and the other side with the electrolyte of the third chamber (17) in an electrically conductive connection
15. Elektrochemische Ätzzelle nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Elektrolyten der ersten oder zweiten Kammer (19, 19') abgewandte Seite der ersten Elektrode (13) und/oder der zweiten Elektrode (13') zumindest bereichsweise oberflächlich mit einer Metallisierung (20) oder einer hohen Dotierung versehen ist oder aus einem Metall besteht.15. Electrochemical etching cell according to claim 13, characterized in that the side of the first electrode (13) and / or the second electrode (13 ') facing away from the electrolyte of the first or second chamber (19, 19') is at least partially provided with a metallization (20) or a high doping or consists of a metal.
16. Elektrochemische Ätzzelle nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (13) über den Elektrolyten in der dritten Kammer (17) mit einer Badelektrode (34) , insbesondere einer Platinelektrode, und /oder die zweite Elektrode (13') über den Elektrolyten in der vierten Kammer (18) mit einer16. Electrochemical etching cell according to at least one of the preceding claims, characterized in that the first electrode (13) via the electrolyte in the third chamber (17) with a bath electrode (34), in particular a platinum electrode, and / or the second electrode (13 ') over the electrolyte in the fourth chamber (18) with a
Badelektrode (34'), insbesondere einer Platinelektrode, verbunden ist .Bath electrode (34 '), in particular a platinum electrode, is connected.
17. Elektrochemische Ätzzelle nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die17. Electrochemical etching cell according to at least one of the preceding claims, characterized in that the
Elektroden (13, 13') erheblich dicker als der Ätzkörper (15) sind.Electrodes (13, 13 ') are considerably thicker than the etching body (15).
18. Elektrochemische Ätzzelle nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die18. Electrochemical etching cell according to at least one of the preceding claims, characterized in that the
Kammern (17, 18, 19, 19') mit unterschiedlichen Elektrolyten befüllt sind, wobei die erste und zweite Kammer (19, 19') insbesondere mit Flußsäure oder einem Gemisch aus Flußsäure und Ethanol befüllt ist, und die dritte und vierte Kammer (17, 18) insbesondere mit verdünnter Schwefelsäure befüllt ist .Chambers (17, 18, 19, 19 ') are filled with different electrolytes, the first and second chambers (19, 19') being filled in particular with hydrofluoric acid or a mixture of hydrofluoric acid and ethanol, and the third and fourth chambers (17th , 18) is filled in particular with dilute sulfuric acid.
19. Elektrochemische Ätzzelle nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Homogenisierung der Ätzung des Ätzkörpers (15) ein Tunnel19. Electrochemical etching cell according to at least one of the preceding claims, characterized in that a tunnel for homogenizing the etching of the etching body (15)
(30) aus nichtleitendem Material, insbesondere Polypropylen, vorgesehen ist. (30) made of non-conductive material, in particular polypropylene.
20. Elektrochemische Ätzzelle nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (17, 18, 19, 19') separat befüllbar und entleerbar sind.20. Electrochemical etching cell according to at least one of the preceding claims, characterized in that the chambers (17, 18, 19, 19 ') can be filled and emptied separately.
21. Verfahren zur Ätzung eines Ätzkörpers (15) mit einer Ätzzelle (1) nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder die zweite Elektrode (13, 13') als Opferelektrode eingesetzt werden.21. A method for etching an etching body (15) with an etching cell (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the first and / or the second electrode (13, 13 ') are used as sacrificial electrodes.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder die zweite Elektrode (13, 13') während der Ätzung zumindest bereichsweise oberflächlich porösifiziert und insbesondere oberflächlich von Silizium in poröses Silizium überführt werden.22. The method according to claim 21, characterized in that the first and / or the second electrode (13, 13 ') during the etching at least partially superficially porosified and in particular superficially converted from silicon to porous silicon.
23. Verwendung der Ätzzelle und des Verfahrens nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche zur Ätzung von Siliziumwafern in einer CMOS-kompatiblen Fertigungslinie. 23. Use of the etching cell and the method according to at least one of the preceding claims for etching silicon wafers in a CMOS-compatible production line.
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