FR2615036A1 - Machine for the manufacture of porous silicon - Google Patents
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Abstract
Description
MACHINE POUR LA FABRICATION DE SILICIUM POREUX
Le silicium poreux est un matériau que lton obtient par oxydation anodique du silicium dans un bain électrolytique d'acide fluorhydrique. Ce produit a notamment été proposé pour la fabrication de circuits intégrés dans des technologies de silicium sur isolant.MACHINE FOR THE MANUFACTURE OF POROUS SILICON
Porous silicon is a material obtained by anodic oxidation of silicon in an electrolytic bath of hydrofluoric acid. This product has in particular been proposed for the manufacture of integrated circuits in silicon on insulator technologies.
A la connaissance de la demanderesse, il n'existe pas à ltheure actuelle de machine industrielle pour fournir des plaquettes de silicium dont une face est revêtue de façon localisée ou non de silicium poreux. To the knowledge of the applicant, there is currently no industrial machine for supplying silicon wafers, one face of which is coated locally or not with porous silicon.
Un objet de la présente invention est de prévoir une machine permettant de transformer en silicium poreux, selon une profondeur donnée, une face d'une plaquette de silicium d'un diamètre de 100 mm ou plus, cette machine étant simple d'emploi, compatible avec une cadence de production industrielle et pouvant fonctionner de façon automatique. An object of the present invention is to provide a machine for transforming into porous silicon, according to a given depth, a face of a silicon wafer with a diameter of 100 mm or more, this machine being easy to use, compatible with an industrial production rate and capable of operating automatically.
Pour atteindre cet objet ainsi que d'autres, la présente invention prévoit une machine pour la fabrication de silicium poreux sur une face d'une plaquette de silicium, par anodisation, la face avant de la plaquette étant en contact avec un premier électrolyte d'attaque porté à un premier potentiel et la face arrière avec un deuxième électrolyte porté à un deuxième potentiel inférieur au premier, la plaquette étant disposée sensiblement verticalement et constituant la cloison de séparation entre les cuves destinées à contenir les électrolytes. To achieve this object as well as others, the present invention provides a machine for the manufacture of porous silicon on one face of a silicon wafer, by anodization, the front face of the wafer being in contact with a first electrolyte of attack brought to a first potential and the rear face with a second electrolyte brought to a second potential lower than the first, the plate being disposed substantially vertically and constituting the partition between the tanks intended to contain the electrolytes.
Dans cette machine, la première cuve est fixe et solidaire d'un socle et la deuxième cuve est mobile et solidaire de ce meme socle par l'intermédiaire de moyens de déplacement en translation. In this machine, the first tank is fixed and fixed to a base and the second tank is mobile and fixed to this same base by means of displacement in translation.
La plaquette est montée dans un tiroir cassette la pressant de façon étanche sur toute sa périphérie et venant servir de joint entre les première et seconde cuves. The wafer is mounted in a cassette drawer pressing it tightly over its entire periphery and serving as a seal between the first and second tanks.
Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles
la figure 1 représente une vue en coupe d'une machine selon la présente invention ; et
la figure 2 représente une vue en coupe plus détaillée d'une cassette pour plaquette de silicium selon la présente invention
Comme le représente la figure 1, une machine selon la présente invention comprend une première cuve 1 et une deuxième cuve 2 qui sont respectivement en communication avec la face arrière et la face avant d'une plaquette de silicium 3 constituant une paroi de séparation entre ces cuves. Cette paroi de séparation est sensiblement verticale.La cuve 1 peut être délimitée par un corps cylindrique d'axe horizontal comprenant une face d'extrémité 11 et une paroi périphérique 12. La cuve 2 est délimitée par un corps comprenant un fond 21 et une paroi périphérique 22. Chacune des cuves 1 et 2 comprend au moins une ouverture d'introduction de liquide, respectivement 13 et 23, prévue à la partie supérieure de la cuve et un orifice d'extraction de liquide, respectivement 14 et 24, prévu à la partie inférieure de la cuve.These objects, characteristics and advantages of the present invention will be explained in more detail in the following description of particular embodiments made in relation to the attached figures, among which
Figure 1 shows a sectional view of a machine according to the present invention; and
Figure 2 shows a more detailed sectional view of a silicon wafer cassette according to the present invention
As shown in Figure 1, a machine according to the present invention comprises a first tank 1 and a second tank 2 which are respectively in communication with the rear face and the front face of a silicon wafer 3 constituting a separation wall between these tanks. This partition wall is substantially vertical. The tank 1 can be delimited by a cylindrical body with a horizontal axis comprising an end face 11 and a peripheral wall 12. The tank 2 is delimited by a body comprising a bottom 21 and a wall peripheral 22. Each of the tanks 1 and 2 comprises at least one liquid introduction opening, respectively 13 and 23, provided at the top of the tank and a liquid extraction orifice, respectively 14 and 24, provided at the lower part of the tank.
Les corps 11, 12 et 21, 22 des cuves 1 et 2 sont en une matière électriquement isolante et résistante aux électrolytes tels que de l'acide fluorhydrique utilisés pour le traitement. On pourra par exemple utiliser le produit connu sous la marque déposée Teflon. En outre, une électrode est disposée dans chacune des cuves, à savoir une électrode de cathode 15 et une électrode d'anode 25. Chaque électrode a la forme d'une grille disposée parallèlement au plan de la plaquette de silicium, de sorte que les lignes de champ électrique sont sensiblement orthogonales à la plaquette. Entre la face d'extrémité 11, 21 de chacune des cuves et l'électrode correspondante, on pourra prévoir des moyens agitateurs pour homogénéIser l'électrolyte contenu dans chacune des cuves. The bodies 11, 12 and 21, 22 of the tanks 1 and 2 are made of an electrically insulating material and resistant to electrolytes such as hydrofluoric acid used for the treatment. We can for example use the product known under the registered trademark Teflon. In addition, an electrode is arranged in each of the tanks, namely a cathode electrode 15 and an anode electrode 25. Each electrode has the form of a grid arranged parallel to the plane of the silicon wafer, so that the electric field lines are substantially orthogonal to the wafer. Between the end face 11, 21 of each of the tanks and the corresponding electrode, it is possible to provide agitating means for homogenizing the electrolyte contained in each of the tanks.
La cuve 1 est fixée à un bâti non représenté et comprend un logement muni de rainures 16 pour introduire par glissement une cassette support de la plaquette de silicium 3. Le corps de la deuxième cuve 2 est fixé au bâti portant la cuve 1 par l'intermédiaire d'un moyen de translation tel qu'un vérin. The tank 1 is fixed to a frame, not shown, and comprises a housing provided with grooves 16 for sliding insertion of a cassette supporting the silicon wafer 3. The body of the second tank 2 is fixed to the frame carrying the tank 1 by the through a means of translation such as a jack.
Ainsi, l'appareil selon la présente invention est utilisé de la façon suivante
- dans une phase initiale, le corps de la cuve 2 est écarté du corps de la cuve 1, et la cassette soutenant la plaquette de silicium 3 est glissée dans les rainures 16 du corps de la cuve 1 et mise en position pour être pressée par le corps de la cuve 2 et servir de paroi de fermeture latérale de chacune des cuves
- après cela, des vannes commandant les orifices 14 et 24 sont fermées et des vannes commandant les orifices 13 et 23 sont ouvertes et les deux cuves sont remplies des électrolytes appropriés. Une tension est appliquée et la plaquette de silicium est anodisée. L'électrolyte d'attaque de face avant est de préférence de l'acide fluorhydrique.L'électrolyte de face arrière est de préférence une solution très conductrice de, par exemple, chlorure d'ammonium
- après cela, les électrolytes des cuves sont vidées en ouvrant les vannes inférieures et des évents supérieurs, un liquide de rinçage est introduit et enlevé ou amené à circuler, puis le corps de la cuve mobile 2 est écarté et la cassette 3 est retirée.Thus, the apparatus according to the present invention is used in the following manner
- In an initial phase, the body of the tank 2 is moved away from the body of the tank 1, and the cassette supporting the silicon wafer 3 is slid into the grooves 16 of the body of the tank 1 and placed in position to be pressed by the body of the tank 2 and serve as a side closure wall for each of the tanks
- After that, valves controlling the ports 14 and 24 are closed and valves controlling the ports 13 and 23 are open and the two tanks are filled with appropriate electrolytes. A voltage is applied and the silicon wafer is anodized. The front face electrolyte is preferably hydrofluoric acid. The rear face electrolyte is preferably a highly conductive solution of, for example, ammonium chloride
- After that, the electrolytes of the tanks are emptied by opening the lower valves and upper vents, a rinsing liquid is introduced and removed or caused to circulate, then the body of the mobile tank 2 is moved aside and the cassette 3 is removed.
La figure 2 représente de façon encore schématique quoique plus détaillée la cassette portant la plaquette de silicium 3. Cette cassette comprend essentiellement deux disques de téflon 30 et 31 venant s'appuyer l'un sur l'autre en pressant la plaquette de silicium 3 par l'intermédiaire de joints toriques 32, 33. D'autres joints toriques 34, 35 représentés en figure 1 permettent d'assurer l'étanchéIté entre les disques 30 et 31 et les corps des cuves. FIG. 2 shows in a still schematic although more detailed manner the cassette carrying the silicon wafer 3. This cassette essentially comprises two teflon discs 30 and 31 which come to bear on one another by pressing the silicon wafer 3 by via O-rings 32, 33. Other O-rings 34, 35 shown in FIG. 1 make it possible to ensure the seal between the disks 30 and 31 and the bodies of the tanks.
Parmi les avantages de l'invention, on peut noter le changement du produit d'attaque entre chaque opération. Cela permet d'éviter les pollutions par les sous-produits des réactions antérieures. D'autre part, l'évacuation du produit d'attaque et de l'électrolyte de face arrière peut se faire très rapidement et être suivie presque immédiatement d'une introduction de produit de rinçage. Ceci permet de minuter avec précision la période d'attaque et donc de prédéterminer l'épaisseur du silicium poreux formé. Un autre moyen de contrôle de l'épaisseur facilement adaptable à la machine est basé sur la possibilité d'introduire près de la face de la plaquette une électrode de référence qui sert à mesurer le potentiel de l'électrode de silicium en cours d'anodisation. Ceci est particulièrement utile lorsque l'on souhaite former le silicium poreux dans des structures de type n/n+/n où le poreux est formé dans la couche enterrée n+. Dans ce cas, le diagramme potentiel-temps-indique clairement le moment ou la couche n+ a été entièrement tranformée en silicium poreux. Among the advantages of the invention, one can note the change in the etching product between each operation. This makes it possible to avoid pollution by the by-products of previous reactions. On the other hand, the evacuation of the attack product and of the electrolyte from the rear face can take place very quickly and be followed almost immediately by an introduction of rinse aid. This allows the attack period to be precisely timed and therefore the thickness of the porous silicon formed to be predetermined. Another thickness control means easily adaptable to the machine is based on the possibility of introducing near the face of the wafer a reference electrode which is used to measure the potential of the silicon electrode during anodization . This is particularly useful when it is desired to form porous silicon in structures of the n / n + / n type where the porous is formed in the buried n + layer. In this case, the potential-time diagram clearly indicates the moment when the n + layer was completely transformed into porous silicon.
Claims (4)
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