DE19914905A1 - Elektrochemische Ätzanlage und Verfahren zur Ätzung eines Ätzkörpers - Google Patents

Abstract

Es wird eine elektrochemische Ätzzelle (1) zur Ätzung eines Ätzkörpers (15) vorgeschlagen, der zumindest oberflächlich aus einem Ätzmaterial besteht. Die Ätzzelle (1) weist mindestens eine mit einem Elektrolyten befüllte Kammer auf und ist mit einer ersten Elektrode (13), die zumindest oberflächlich ein erstes Elektrodenmaterial aufweist, und einer zweiten Elektrode (13'), die mindestens oberflächlich ein zweites Elektrodenmaterial aufweist, versehen. Der Ätzkörper (15) steht weiter zumindest bereichsweise mit dem Elektrolyten in Kontakt. Das erste Elektrodenmaterial und das zweite Elektrodenmaterial ist dabei derart gewählt, daß der Ätzkörper (15) nach der Ätzung durch die Elektrodenmaterialien nicht kontaminiert und/oder in seinen Eigenschaften nicht beeinträchtigt ist. Insbesondere sind die Elektrodenmaterialien die gleichen Materialien wie das Ätzmaterial. Weiterhin wird ein Verfahren zur Ätzung eines Ätzkörpers (15) mit dieser Ätzzelle (1) vorgeschlagen, wobei die erste und/oder die zweite Elektrode (13, 13') als Opferelektrode eingesetzt werden. Die vorgeschlagene Ätzzelle eignet sich besonders zur Ätzung von Siliziumwafern in einer CMOS-kompatiblen Fertigungslinie.

Description

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.

Stand der Technik

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 Wafer 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.

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.

Lösungsvorschläge für dieses Problem, die auf einer einseitigen Metallisierung der Waferrückseite und der Verwendung einer lediglich einseitigen Ätzvorrichtung 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.

Vorteile der Erfindung

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 ätzendes 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.

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 Ätzkörper unmittelbar in Verbindung stehenden Elektroden jeweils entsprechend dem Material des Ätzkörpers ausgewählt ist. Bei dem erfindungsgemäßen Ätzverfahren mit einer derartigen Ätzzelle wird dabei sehr vorteilhaft mindestens eine dieser Elektroden zumindest mit ihrer dem Ätzkörper zugewandten Seite als Opferelektrode eingesetzt.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen.

So ist es besonders vorteilhaft, wenn das Material einer ersten Elektrode und/oder das Material einer zweiten 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.

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.

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.

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").

Als Elektrodenmaterialien für die erste bzw. zweite 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.

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 Siliziden, mit dem 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.

Die konkrete Auswahl des jeweiligen Elektrodenmaterials erfolgt vorteilhaft jeweils unter Berücksichtigung des Materials des Ätzkörpers und der verwendeten Elektrolyten.

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.

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 der 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.

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.

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. zweiten 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 daß Kontaktierungs- oder Kontaminationsprobleme auftreten.

Weiterhin kann in der dritten bzw. vierten Kammer jeweils eine zusätzliche, in einen dort befindlichen Elektrolyten eintauchende Badelektrode, insbesondere eine Platin- oder Palladiumelektrode, zur einfachen elektrischen Kontaktierung der ersten bzw. zweiten Elektrode über den jeweiligen Elektrolyten vorgesehen sein.

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.

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.

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.

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.

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.

Zeichnungen

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine erste elektrochemische Ätzanlage,

Fig. 2 eine alternative Ausführungsform der Ätzanlage und

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform der Ätzanlage.

Ausführungsbeispiele

Die Fig. 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, einen ersten Elektrolytbereich 29, einen zweiten Elektrolytbereich 29', einen dritten Elektrolytbereich 27 und einen vierten Elektrolytbereich 28, die voneinander räumlich über Trennvorrichtungen getrennt sind, die jedoch gleichzeitig eine elektrische Verbindung der Kammern 17, 18, 19, 19' ermöglichen.

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.

Die erste Trennvorrichtung 31 wird dabei in an sich bekannter Weise durch eine Ätzkörperhalterung 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' 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 Elektrodenhalterung 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' und andererseits mit dem Elektrolyten der zweiten bzw. vierten Kammer 19', 18 in Kontakt sind.

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' 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' 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. 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.

Bei Betrieb der Ätzzelle 1 fließt nun ein äußerer eingeprägter 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.

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.

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.

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.

Die Fig. 2 erläutert ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ätzzelle. Diese Ätzzelle ist in wesentlichen Punkten völlig analog zu der Ätzzelle 1 gemäß Fig. 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.

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.

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 Fig. 1 vorteilhaft.

Abschließend sei noch auf ein mit Hilfe der Fig. 3 erläutertes drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ätzanlage verwiesen, bei der im Unterschied zu Fig. 1 zusätzlich lediglich ein an sich bekannter Tunnel 30 aus nichtleitendem Material, wie Polypropylen, vorgesehen ist. Dieser Tunnel 30 ist beidseitig mit der Ätzkörperhalterung 11 verbunden und umgibt einen beispielsweise kreisförmigen Wafer als Ätzkörper 15 konzentrisch. Der Tunnel 30 bewirkt eine 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.

Auf weitere, an sich dem Fachmann bekannte Details der vorstehenden Ausführungsbeispiele, die ausführlich beispielsweise bereits in US 5,458,755 beschrieben sind, wird verzichtet.

Bezugszeichenliste

1

Ätzzelle

10

Elektrodenhalterung

11

Ätzkörperhalterung

12

Metallelektrode

13

erste Elektrode

13

' zweite Elektrode

14

Elektrodenätzbereich

14

' Körperätzbereich

15

Ätzkörper

16

Fenster

17

dritte Kammer

18

vierte Kammer

19

erste Kammer

19

' zweite Kammer

20

Metallisierung

27

dritter Elektrolytbereich

28

vierter Elektrolytbereich

29

erster Elektrolytbereich

29

' zweiter Elektrolytbereich

30

Tunnel

31

erste Trennvorrichtung

32

zweite Trennvorrichtung

33

dritte Trennvorrichtung

34

Badelektrode

34

' Badelektrode

Claims (23)

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.

2. Elektrochemische Ätzzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Elektrodenmaterial und/oder das zweite Elektrodenmaterial das gleiche Material wie das Ätzmaterial ist.

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.

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.

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.

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.

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.

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 Trennvorrichtung (31) bildet.

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.

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 dritte 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.

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.

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.

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 steht.

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 steht.

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.

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 einer Badelektrode (34'), insbesondere einer Platinelektrode, verbunden ist.

17. Elektrochemische Ätzzelle nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (13, 13') erheblich dicker als der Ätzkörper (15) sind.

18. Elektrochemische Ätzzelle nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die 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.

19. Elektrochemische Ätzzelle nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Homogenisierung der Ätzung des Ätzkörpers (15) ein Tunnel (30) aus nichtleitendem Material, insbesondere Polypropylen, vorgesehen ist.

20. Elektrochemische Ätzzelle nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (17, 18, 19, 19') separat befüllbar und entleerbar sind.

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.

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.

23. Verwendung der Ätzzelle und des Verfahrens nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche zur Ätzung von Siliziumwafern in einer CMOS-kompatiblen Fertigungslinie.