DE102007029721A1

DE102007029721A1 - Device for generating porous layer in semiconductor substrate, has illuminant for illuminating rear side of substrate, where illuminant has lateral adjustable intensity distribution, and electro-chemical etching device

Info

Publication number: DE102007029721A1
Application number: DE102007029721A
Authority: DE
Inventors: Torsten Kramer; Paul Farber; Matthias Boehringer; Hans Artmann; Ando Feyh
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2007-06-27
Publication date: 2009-01-08

Abstract

The device has an illuminant (8) for illuminating the rear side of the semiconductor substrate (20), and an electro-chemical etching device (10). A porous layer (21) is generated by an electro-chemical etching process, particularly on front side of the semiconductor substrate in dependency of the illumination. The illuminant has a lateral adjustable intensity distribution. An independent claim is also included for a method for generating a porous layer in a semiconductor substrate.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zum Erzeugen einer porösen Schicht in einem Halbleitersubstrat mittels einer Beleuchtung des Halbleitersubstrats.The The invention relates to a device or a method for generating a porous layer in a semiconductor substrate by means of an illumination of the semiconductor substrate.

In der Praxis werden dazu z. B. sowohl die Vorderseite als auch die Rückseite des Siliziumwafers mit einem Elektrolyten kontaktiert, der meist Flusssäure(HF)-haltig ist. Die HF/p⁰-Si Grenzfläche verhält sich elektrisch wie ein Schottky-Kontakt. Bei anodischer Oxidation der Vorderseite befindet sich die Rückseite des Siliziumwafers auf kathodischem Potential, so dass sich die HF/p⁰-Si Grenzfläche auf der Rückseite wie eine in Sperrrichtung geschaltete Schottky-Diode verhält und den Stromfluss durch den Siliziumwafer verhindert. Es ist bekannt, auf der Rückseite des Siliziumwafers einen ohmschen Kontakt, beispielsweise in Form einer Rückseitenmetallisierung, zu realisieren, um einen Stromfluss durch den Siliziumwafer zu ermöglichen. Häufig wird die Rückseite des Siliziumwafers dazu stark p-dotiert. Diese p⁺-Dotierung muss jedoch unmittelbar nach Erzeugung des porösen Siliziums wieder entfernt werden, um Autodoping während nachfolgender Prozessschritte zu vermeiden.In practice, z. B. contacted both the front and the back of the silicon wafer with an electrolyte, which is usually hydrofluoric acid (HF) -containing. The HF / p ⁰ -Si interface behaves electrically like a Schottky contact. In anodic oxidation of the front side, the back side of the silicon wafer is at cathodic potential, so that the RF / p ⁰ -Si interface on the back behaves like a reverse Schottky diode and prevents current flow through the silicon wafer. It is known to realize an ohmic contact, for example in the form of a backside metallization, on the rear side of the silicon wafer in order to allow a current flow through the silicon wafer. Frequently, the back of the silicon wafer is heavily p-doped. However, this p ⁺ doping must be removed again immediately after the production of the porous silicon in order to avoid autodoping during subsequent process steps.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem poröses Silizium auf der Oberfläche eines dotierten Siliziumwafers erzeugt wird, ist in der DE 198 03 852 A1 beschrieben. Die Prozessparameter werden in Abhängigkeit von der Dotierung des Siliziumwafers bzw. dem sich daraus ergebenden spezifischen Widerstand ρ gewählt. So sieht das bekannte Verfahren für das porös Ätzen eines schwach p-dotierten Siliziumwafers mit beispielsweise ρ = 8 Ωcm eine Stromdichte von 50 mN/cm2 vor, wobei als Elektrolyt eine Flusssäure mit einer Konzentration von 25% bis 40% verwendet werden soll. Hier wird eine sehr hohe Spannung angelegt, um den in Sperrrichtung geschalteten Schottky-Kontakt auf der Waferrückseite zu überwinden. Dadurch verläuft der Ätzprozess im schwach p-dotierten Silizium vergleichsweise unkontrolliert, was zu starken Inhomogenitäten in der erzeugten Porosität führt. Demnach ist es zwar technisch möglich, das bekannte Verfahren auch auf schwach p-dotierte Siliziumwafer anzuwenden. Es ist aber für konkrete Produktanwendungen ungeeignet, da die mit dem bekannten Verfahren erzeugte Porosität nicht hinreichend homogen und reproduzierbar ist.A method of the type mentioned at the beginning, in which porous silicon is produced on the surface of a doped silicon wafer, is disclosed in US Pat DE 198 03 852 A1 described. The process parameters are selected as a function of the doping of the silicon wafer or the resulting specific resistance ρ. Thus, the known method for the porous etching of a weakly p-doped silicon wafer, for example, ρ = 8 Ωcm before a current density of 50 mN / cm2 before, wherein a hydrofluoric acid with a concentration of 25% to 40% is to be used as the electrolyte. Here, a very high voltage is applied to overcome the reverse Schottky contact on the wafer backside. As a result, the etching process in the weakly p-doped silicon is comparatively uncontrolled, which leads to strong inhomogeneities in the porosity produced. Accordingly, it is technically possible to apply the known method to weakly p-doped silicon wafers. However, it is unsuitable for specific product applications, since the porosity produced by the known method is not sufficiently homogeneous and reproducible.

In der DE 198 03 852 A1 wird ferner eine Vorrichtung beschrieben, mit der sich poröses Silizium auf der Oberfläche eines Siliziumwafers erzeugen lässt. Die bekannte Vorrichtung umfasst ein Ätzbecken mit einer Halterung für einen Siliziumwafer, die so angeordnet ist, dass der Siliziumwafer das Ätzbecken in zwei voneinander getrennte Teilbecken teilt. Des Weiteren umfasst die bekannte Vorrichtung zwei Elektroden, die jeweils mit einem der beiden Pole einer Spannungsquelle verbunden sind und jeweils in eines der beiden Teilbecken hineinragen. Das Ätzbecken ist mit einem als Ätzmedium dienenden Elektrolyten befüllt.In the DE 198 03 852 A1 Furthermore, a device is described with which porous silicon can be produced on the surface of a silicon wafer. The known device comprises an etching basin with a holder for a silicon wafer, which is arranged such that the silicon wafer divides the etching basin into two separate sub-basins. Furthermore, the known device comprises two electrodes which are each connected to one of the two poles of a voltage source and each protrude into one of the two sub-basins. The etching tank is filled with an electrolyte serving as the etching medium.

Eine weitere Vorrichtung zur Erzeugung einer porösen Schicht ist aus der nicht vorveröffentlichten DE 10 2007 012061 A1 bekannt, bei der die Oberfläche eines schwach p-dotierten Halbleiterträgers unter der Randbedingung eines beidseitigen elektrolytischen Kontakts porös geätzt werden kann, ohne dass die Rückseite dieses Halbleiterträgers mit einem ohmschen Kontakt versehen werden muss. Dabei wird die Rückseite des Halbleiterträgers mittels einer Bogenlampe, Halogenlampe oder LED's beleuchtet, um im Halbleiterträger ausreichend Ladungsträger zu produzieren. Um die Rückseite möglichst homogen beleuchten zu können, ist die entsprechende Elektrode ausgebildet und im Randbereich des Fensters, durch die das Licht auf den Halbleiterträger gestrahlt wird, angeordnet.Another device for producing a porous layer is known from the unpublished DE 10 2007 012061 A1 in which the surface of a weakly p-doped semiconductor substrate can be etched porous under the boundary condition of a double-sided electrolytic contact, without the back of this semiconductor substrate having to be provided with an ohmic contact. In this case, the back of the semiconductor substrate is illuminated by means of an arc lamp, halogen lamp or LED's to produce sufficient carriers in the semiconductor carrier. In order to illuminate the back as homogeneously as possible, the corresponding electrode is formed and arranged in the edge region of the window, through which the light is irradiated onto the semiconductor substrate.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Erzeugung einer porösen Schicht in einem Halbleitersubstrat, z. B. einem Siliziumwafer, beansprucht. Dabei ist für die der Erfindung zugrunde liegende Vorrichtung eine Lichtquelle vorgesehen, die die Rückseite des Halbleitersubstrat beleuchtet und damit einen elektrochemischen Ätzvorgang einer porösen Schicht im Halbleitersubstrat in einer entsprechenden Ätzvorrichtung ermöglicht. Der Kern der Erfindung besteht dabei darin, dass die Lichtquelle und somit auch die beleuchtete Seite des Halbleitersubstrats eine einstellbare Intensitätsverteilung aufweist.With The present invention is a device or a method for producing a porous layer in a semiconductor substrate, z. As a silicon wafer claimed. It is for the the device according to the invention provides a light source, which illuminates the back side of the semiconductor substrate and thus an electrochemical etching of a porous Layer in the semiconductor substrate in a corresponding etching device allows. The essence of the invention is that the light source and thus also the illuminated side of the semiconductor substrate a having adjustable intensity distribution.

Mit einer derartigen Intensitätsverteilung der Lichtquelle lassen sich lokal unterschiedlich starke Ladungsträgerkonzentrationen erzeugen, die ihrerseits bei einem gegebenen Ätzstrom zu einer homogenen bzw. vorgebbaren Tiefenstruktur der porösen Schicht führt. So lassen sich durch eine gezielte Abschattung mit gleichzeitiger Intensivierung der Lichtintensität an den Rändern der Abschattung scharfe Konturen erzeugen, wie beispielsweise am Rand einer Kaverne. Darüber hinaus lassen sich durch eine variierbare lokale Änderung der Lichtintensität Ätzinhomogenitäten des Halbleitersubstrats oder systematische Inhomogenitäten der Ätzvorrichtung kompensieren.With such an intensity distribution of the light source can be locally different levels of charge carrier concentrations which, in turn, for a given etching current a homogeneous or predefinable deep structure of the porous layer leads. This can be with a targeted shading with simultaneous intensification of the light intensity to the Edges of shading produce sharp contours, such as for example, on the edge of a cavern. In addition, let by a variable local change in light intensity Ätzenhomogenitäten of the semiconductor substrate or systematic inhomogeneities compensate the etching device.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, die Lichtabgabe der Lichtquelle mittels eines Programms zu steuern. Dabei kann u. a. vorgesehen sein, dass die lokal auf das Halbleitersubstrat abgestrahlte Lichtintensität einem vor dem eigentlichen Ätzvorgang festlegbaren Ablauf folgt. Optional kann auch vorgesehen sein, dass die Lichtintensität zeitlich einem vorgegebenen Ablauf folgt, beispielsweise während eines Ätzvorgangs. So können beispielsweise während des Ätzvorgangs auftretende Ätzinhomogenitäten berücksichtigt werden, um eine einheitliche Ätztiefe der porösen Schicht zu sichern.Advantageously, it is provided to control the light output of the light source by means of a program. It can be provided, inter alia, that the light intensity emitted locally on the semiconductor substrate follows a sequence that can be established before the actual etching process. Optionally, it may also be provided that the light intensity follows a predetermined sequence in time, for example during an etching process. For example, etch homogeneities occurring during the etching process can be taken into account in order to ensure a uniform etching depth of the porous layer.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann eine Lichtquelle vorgesehen sein, die gleichzeitig Licht wenigstens zweier Wellenlängen produzieren kann. Hier ist z. B. denkbar, dass die Lichtquelle zwei verschiedenfarbige Beleuchtungsbereiche auf dem Halbleitersubstrat erzeugt. Mit einer derartigen Ausgestaltung könnten z. B. zwei unmittelbar nebeneinander liegende, aber unterschiedlich tiefe poröse Strukturbereiche in einem Ätzschritt erzeugt werden.In A further embodiment of the invention can be a light source be provided, which simultaneously produce light of at least two wavelengths can. Here is z. B. conceivable that the light source two different colors Illumination areas generated on the semiconductor substrate. With a Such a configuration could, for. B. two directly adjacent, but different deep porous Structure regions are generated in an etching step.

Wie bereits beschrieben, hängt die Tiefe der erzeugten porösen Schicht bzw. das Ergebnis des Ätzvorgangs von der Lichtintensität der Beleuchtung ab, da für den Ätzvorgang die durch die Beleuchtung erzeugten Ladungsträger essenziell sind. Somit kann über eine laterale Intensitätsverteilung der Beleuchtung auf dem Halbleitersubstrat eine Tiefenstruktur der porösen Schicht vorgegeben werden. Dabei kann optional auch vorgesehen sein, die Beschaffenheit des Halbleitersubstrats bei der Einstellung der Lichtintensitätsverteilung auf dem Halbleitersubstrat mit zu berücksichtigen.As already described, the depth of the generated porous depends Layer or the result of the etching of the light intensity the illumination from, since for the etching process The charge carriers generated by the illumination are essential are. Thus, over a lateral intensity distribution the illumination on the semiconductor substrate has a deep structure of porous layer can be specified. It can be optional also be provided, the nature of the semiconductor substrate when adjusting the light intensity distribution to take into account the semiconductor substrate with.

Um die lokale Beschaffenheit des Halbleitersubstrats zu erfassen, können optische Verfahren, z. B. Interferometrie sowie mechanische Verfahren wie ein Querschliff des Substrats herangezogen werden. Da manche dieser Verfahren das Halbleitersubstrat bzw. die erzeugte poröse Schicht zerstören, kann auch vorgesehen sein, die Beschaffenheit des Halbleitersubstrats mittels einer Stichprobe aus einer Charge zu bestimmen. Eine weitere Möglichkeit, auf die Beschaffenheit des Halbleitersubstrats zu schließen, ist die direkte Erfassung des Ätzvorgangs, z. B. ebenfalls mittels interferometrischer Untersuchungen, bei dem ebenfalls Ätzinhomogenitäten festgestellt werden können.Around can detect the local nature of the semiconductor substrate optical methods, e.g. B. interferometry and mechanical methods how to use a cross section of the substrate. As some This method, the semiconductor substrate or the produced porous Layer destroy, can also be provided, the texture of the semiconductor substrate by means of a random sample from a batch to determine. Another possibility, on the condition of the semiconductor substrate is the direct detection the etching process, for. B. also by means of interferometric Investigations, in which also Ätzenhomogenitäten can be determined.

Vorteilhafterweise ist die Lichtquelle außerhalb der eigentlichen Ätzvorrichtung untergebracht, so dass eine Sicherung gegenüber dem Ätzmedium nicht notwendig ist. Das Licht der Lichtquelle kann dabei mittels eines Fensters im Ätzbecken der Ätzvorrichtung und/oder einer Linse bzw. einem Linsensystem auf das Halbleitersubstrat geleitet werden.advantageously, is the light source outside the actual etching device housed so that a backup against the etching medium is not necessary is. The light of the light source can by means of a Window in the etching tank of the etching device and / or a lens or a lens system passed to the semiconductor substrate become.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, als Lichtquelle einen Beamer oder einen Projektor zu verwenden. Daneben ist jedoch auch denkbar, eine Lichtquelle zu verwenden, der ein Display vorgeschaltet ist, welches lichtdurchlässig ist und über verschiedene Abschattierungen ebenfalls lokale Intensitätsunterschiede auf dem Halbleitersubstrat erzeugen kann.In a development of the invention is provided as a light source to use a projector or a projector. Besides that, however, is also conceivable to use a light source, which precedes a display which is translucent and different Shading also local intensity differences can generate on the semiconductor substrate.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.Further Benefits emerge from the following description of exemplary embodiments or from the dependent claims.

Zeichnungendrawings

Eine Ätzvorrichtung mit einer bezüglich der abgestrahlten Lichtintensität lateral einstellbaren Lichtquelle wird in 1 gezeigt. Eine für eine derartige Lichtquelle notwendige Steuerung bzw. Regelung wird in 2 dargestellt. Im Flussdiagramm der 3 wird schematisch die Steuerung bzw. Regelung bei der Einstellung der lokalen Lichtintensität durch die Lichtquelle gezeigt.An etching device with a laterally adjustable light source with respect to the emitted light intensity is disclosed in US Pat 1 shown. A necessary for such a light source control is in 2 shown. In the flowchart of 3 schematically the control is shown in the adjustment of the local light intensity by the light source.

Ausführungsbeispielembodiment

Zur Erzeugung einer porösen Schicht in einem Halbleitersubstrat wird üblicherweise eine Ätzvorrichtung 10 verwendet, wie sie in 1 dargestellt ist. Dabei umfasst die Ätzvorrichtung 10 ein Ätzbecken 1 mit einer Halterung 2 für einen Siliziumwafer 20, der im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel schwach p-dotiert ist und beispielsweise einen spezifischen Widerstand von 1 Ωcm < p < 10 Ωcm aufweist. Die Halterung 2 ist so angeordnet, dass der Siliziumwafer 20 das Ätzbecken 1 in zwei voneinander getrennte Teilbecken 11 und 12 teilt. In jedes der beiden Teilbecken 11 und 12 ragt eine Elektrode 3 bzw. 4. Die Elektrode 3 ist mit dem Minuspol 5 einer Spannungsquelle verbunden, während die Elektrode 4 mit dem Pluspol 6 dieser Spannungsquelle verbunden ist. Die Elektroden 3 und 4 sind so ausgebildet und angeordnet, dass am Ort des Siliziumwafers 20 ein homogenes elektrisches Feld besteht. Das Ätzbecken 1 ist mit einem als Ätzmedium dienenden HF-haltigen Elektrolyten 7 befüllt, so dass sich beide Hauptoberflächen des Siliziumwafers 20 in direktem elektrischen Kontakt mit dem Elektrolyten 7 befinden. Die Grenzfläche zwischen dem schwach p-dotierten Silizium des Siliziumwafers 20 und dem HF-haltigen Elektrolyten 7 verhält sich elektrisch wie ein Schottky-Kontakt.To produce a porous layer in a semiconductor substrate, an etching device is usually used 10 used as in 1 is shown. In this case, the etching device comprises 10 an etching basin 1 with a holder 2 for a silicon wafer 20 which is weakly p-doped in the embodiment described here and, for example, has a resistivity of 1 Ωcm <p <10 Ωcm. The holder 2 is arranged so that the silicon wafer 20 the cautery 1 in two separate sub-basins 11 and 12 Splits. In each of the two sub-basins 11 and 12 protrudes an electrode 3 respectively. 4 , The electrode 3 is with the negative pole 5 a voltage source connected while the electrode 4 with the positive pole 6 This voltage source is connected. The electrodes 3 and 4 are designed and arranged so that at the location of the silicon wafer 20 a homogeneous electric field exists. The etching basin 1 is with a serving as etching medium HF-containing electrolyte 7 filled so that both main surfaces of the silicon wafer 20 in direct electrical contact with the electrolyte 7 are located. The interface between the weakly p-doped silicon of the silicon wafer 20 and the HF-containing electrolyte 7 behaves electrically like a Schottky contact.

Die porös zu ätzende Vorderseite des Siliziumwafers 20 ist dem Teilbecken 11 zugewandt und liegt demnach auf anodischem Potential, so dass die durch Wafervorderseite und Elektrolyt 7 gebildete Schottky-Diode in Durchlassrichtung gepolt ist. Im Gegensatz dazu ist die durch Waferrückseite und Elektrolyt 7 gebildete Diode in Sperrrichtung gepolt, da die dem Teilbecken 12 zugewandte Waferrückseite auf kathodischem Potential liegt. Deshalb fließt im Dunkeln lediglich ein geringer Sperrstrom durch die gesamt Anordnung, zumindest solange die Durchbruchspannung der rückseitigen Diode nicht überschritten wird.The porous to be etched front of the silicon wafer 20 is the sub-basin 11 facing and is therefore anodic potential, so that by wafer front side and electrolyte 7 formed Schottky diode is poled in the forward direction. In contrast, the wafer through backside and electrolyte 7 polarized diode poled in the reverse direction, since the the sub-basin 12 facing wafer back is at cathodic potential. Therefore flows in the dark only a small reverse current through the total arrangement, at least as long as the breakdown voltage of the rear diode is not exceeded.

Weiterhin umfasst die Vorrichtung 10 eine Lichtquelle 8 zur Beleuchtung der Rückseite des Siliziumwafers 20, deren Emissionsspektrum beispielsweise auf einen Wellenlängenbereich von unter 1100 nm, vorzugsweise 400 nm bis 800 nm, begrenzt sein kann. Die Lichtquelle 8 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel außerhalb des Ätzbeckens 1 vor einem Fenster 9 in der Seitenwand des Teilbeckens 12 angeordnet. Um die Waferrückseite möglichst homogen beleuchten zu können, ist die Elektrode 4 ringförmig ausgebildet und im Randbereich des Fensters 9 angeordnet. Alternativ könnte die Elektrode 4 auch flächig aber transparent sein. Auf jeden Fall sollte durch die Form und Anordnung der Elektroden 3 und 4 gewährleistet sein, dass sich der Siliziumwafer 20 in einem homogenen elektrischen Feld befindet.Furthermore, the device comprises 10 a light source 8th for illuminating the back of the silicon wafer 20 whose emission spectrum can be limited, for example, to a wavelength range of less than 1100 nm, preferably 400 nm to 800 nm. The light source 8th is in the present embodiment outside of the etching basin 1 in front of a window 9 in the side wall of the sub-basin 12 arranged. To illuminate the wafer back as homogeneously as possible, is the electrode 4 ring-shaped and in the edge region of the window 9 arranged. Alternatively, the electrode could 4 also flat but transparent. In any case, should by the shape and arrangement of the electrodes 3 and 4 be assured that the silicon wafer 20 in a homogeneous electric field.

Bei Beleuchtung mit Licht ausreichend hoher Energie fließt unter dem Einfluss der zwischen den Polen 5 und 6 anliegenden externen Spannung ein Photostrom. Die photoelektrisch erzeugten Minoritätsladungsträger übernehmen den Stromtransport über den – für die Majoritätsladungsträger gesperrten – rückseitigen Silizium-Elektrolyt-Kontakt, während die Majoritätsladungsträger den Ladungstransport durch die Wafervorderseite gewährleisten und die Oxidation von Si-Atomen an der Wafervorderseite bewirken, wo dadurch poröses Silizium 21 entsteht.When lighting with light sufficiently high energy flows under the influence of between the poles 5 and 6 applied external voltage a photocurrent. The photoelectrically generated minority carriers take over the current transport over the - blocked for the majority carrier - backside silicon-electrolyte contact, while the majority charge carriers ensure the charge transport through the wafer front side and cause the oxidation of Si atoms on the wafer front side, thereby porous silicon 21 arises.

Die Höhe dieses Photostromes und damit die Stromdichte hängt u. a. ab vom Spektrum und der Intensität der Lichtquelle 8, den optischen Eigenschaften der sich zwischen Lichtquelle 8 und Siliziumoberfläche befindenden Medien, insbesondere auch den optischen Eigenschaften des Elektrolyten 7, der externen Spannung, dem Ladungsträgertransport im schwach p-dotierten Siliziumwafer 20, d. h. der Diffusionslänge des Halbleitermaterials und der Kinetik der elektrochemischen Reaktion an den Silizium-HF Grenzflächen, d. h. der Silizium- Oxidation an der Vorderseite und der Wasserstoff-Reduktion an der Rückseite. Bei gegebener Dotierung des Siliziumwafers 20 und gegebener HF-Konzentration des Elektrolyten 7 bestimmt die Stromdichte die Porosität des entstehenden porösen Siliziums 21.The height of this photocurrent and thus the current density depends inter alia on the spectrum and the intensity of the light source 8th , the optical properties of the light source 8th and silicon surface located media, in particular the optical properties of the electrolyte 7 , the external voltage, the charge carrier transport in the weakly p-doped silicon wafer 20 ie, the diffusion length of the semiconductor material and the kinetics of the electrochemical reaction at the silicon-HF interfaces, ie, the silicon oxidation at the front and the hydrogen reduction at the back. For a given doping of the silicon wafer 20 and given HF concentration of the electrolyte 7 The current density determines the porosity of the resulting porous silicon 21 ,

Um eine beidseitige Porösifizierung des Siliziumwafers 20 zu ermöglichen, ist die Vorrichtung 10 spiegelsymmetrisch aufgebaut, so dass auch eine Belichtung von der anderen Seite möglich ist. Hierzu ist die Elektrode 3 ebenfalls wie die Elektrode 4 ringförmig ausgebildet. Dadurch können mit der Vorrichtung 10 nacheinander oder wechselseitig beide Hauptoberflächen eines Halbleiterträgers porös geätzt werden, ohne dass der Halbleiterträger dazu umgedreht werden müsste. Hierfür ist dann lediglich ein Umpolen der Elektroden 3 und 4 erforderlich sowie eine entsprechende Beleuchtung derjenigen Oberfläche des Halbleiterträgers, die der anodischen Oxidation abgewandt ist.To a bilateral porosification of the silicon wafer 20 to enable is the device 10 constructed mirror-symmetrically, so that an exposure from the other side is possible. This is the electrode 3 also like the electrode 4 ring-shaped. This can be done with the device 10 successively or mutually etching both main surfaces of a semiconductor substrate, without the semiconductor substrate would have to be reversed. For this purpose, then only a polarity reversal of the electrodes 3 and 4 required as well as a corresponding illumination of that surface of the semiconductor substrate, which faces away from the anodic oxidation.

Bei der Verwendung von herkömmlichen Leuchtmitteln zur Beleuchtung des Siliziumwafers kann es zu Inhomogenitäten in der Intensitätsverteilung kommen. Diese Inhomogenität wirkt sich direkt auf die Zahl der erzeugten Ladungsträgern und somit auf die erzeugbare Ätztiefe aus. Darüber hinaus kann eine homogene Intensitätsverteilung der Beleuchtung Inhomogenitäten des Siliziumwafers nicht ausgleichen. So kann ein Siliziumwafer offene Ätzflächen, Unebenheiten oder Unreinheiten aufweisen, die eine unterschiedliche Tiefe des Ätzvorganges nach sich ziehen, z. B. durch eine lokale Reduktion der Ladungsträgerlebensdauer.at the use of conventional bulbs for lighting of the silicon wafer can lead to inhomogeneities in the intensity distribution come. This inhomogeneity directly affects the number the generated charge carriers and thus on the producible etching depth out. In addition, a homogeneous intensity distribution the lighting inhomogeneities of the silicon wafer not compensate. For example, a silicon wafer can have open etching surfaces, Bumps or impurities that have a different Depth of the etching entail, z. B. by a local reduction of the carrier lifetime.

Abhilfe schafft hierbei eine gesteuerte und variable Lichtintensität, die je nach Anlagengeometrie oder Beschaffenheit des Siliziumwafers eingestellt wird. Zur Steuerung ist beispielsweise eine separate Steuerung 30 vorgesehen, wie in 1 abgebildet, die die Lichtquelle, z. B. einen Beamer steuert. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, vor der Lichtquelle ein Licht durchlässiges „Display" 13 vorzusehen, welches entsprechend zur Einstellung von frei wählbaren Intensitätsschattierungen programmiert werden kann. Diese Einstellung kann dabei ebenfalls über das Steuergerät 30 erfolgen oder vollkommen unabhängig von der Steuerung der Lichtquelle 8 sein.The remedy here is a controlled and variable light intensity, which is set depending on the geometry of the system or the nature of the silicon wafer. For controlling, for example, a separate controller 30 provided as in 1 pictured, the light source, z. B. controls a projector. Alternatively, however, it may also be provided to provide a light-permeable "display" in front of the light source. 13 provide, which can be programmed according to the setting of arbitrary intensity shading. This setting can also be done via the control unit 30 or completely independent of the control of the light source 8th be.

Das Funktionsprinzip einer derartige Steuerung ist schematisch in 2 dargestellt. Dabei ist in der Steuerung 100 eine Verarbeitungseinheit 110, z. B. ein Mikroprozessor, vorgesehen, der die Lichtquelle 150 und/oder ein Licht durchlässigen Displays steuert. Die Steuerung kann dabei als Programm in einem Speicher 120 abgespeichert sein oder durch eine externe Eingabe 130 geregelt werden. So ist beispielsweise denkbar, dass durch die externe Eingabe 130 die individuellen Parameter hinsichtlich der Ätzanlage und/oder des Wafers eingespeist werden, um Inhomogenitäten der Anlage und/oder des Wafers mittels gezielter Steuerung der Lichtintensität auszugleichen. Es ist jedoch auch möglich, derartige Parameter direkt in den Speicher 120 abzulegen, z. B. wenn eine ganze Charge von gleichartigen Wafern geätzt werden soll.The operating principle of such a control is shown schematically in FIG 2 shown. It is in the controller 100 a processing unit 110 , z. As a microprocessor, provided, which is the light source 150 and / or a light-transmissive display controls. The controller can be used as a program in a memory 120 be saved or by an external input 130 be managed. For example, it is conceivable that the external input 130 the individual parameters with regard to the etching system and / or the wafer are fed in order to compensate for inhomogeneities of the system and / or the wafer by means of targeted control of the light intensity. However, it is also possible to have such parameters directly in the memory 120 to take off, for. B. when a whole batch of similar wafers is to be etched.

Die Parameter, die den Wafer charakterisieren, werden üblicherweise mittels optischer oder mechanischer Verfahren gewonnen. So können einzelne Wafer einer Charge vor dem Ätzprozess auf Unebenheiten oder Unreinheiten untersucht werden, die während des Ätzprozesses zu lokalen Ätzinhomgenitäten führen können. Daneben ist jedoch auch möglich, den Wafer nach einem Testätzprozess zu untersuchen. Dabei kann beispielsweise nach dem Herauslösen der erzeugten porösen Schicht die Kavernentiefe durch interferometrische Standardverfahren vermessen werden. Weiterhin ist denkbar, eine Nadel durch die Kavernenwand zu stecken, um über die Kraftverhältnisse Aussagen über die poröse Schicht zu erhalten. Nachteilig bei diesen Verfahren ist jedoch, dass der Wafer bzw. der geätzte Wafer dabei zerstört werden muss. Abhilfe schafft dabei ein Verfahren, bei dem die Kavernentiefe z. B. nach der Abscheidung einer Epitaxieschicht auf die poröse Schicht, ggf. mit nachfolgender thermischen Behandlung, mittels eines geeigneten Interferometrischen Verfahren untersucht wird. Da hierbei der Wafer bzw. die poröse Schicht bzw. die erzeugte Kaverne nicht zerstört werden muss, können derartige Verfahren u. a. auch in situ, d. h. während des Ätzvorgangs angewandt werden. Der Vorteil ist dabei, dass die Steuerung der lokalen Lichtintensität somit individuell auf den einzelnen Wafer bzw.The parameters characterizing the wafer are usually obtained by optical or mechanical methods. Thus, individual wafers of a batch can be examined for bumps or impurities prior to the etching process, which can lead to local Ätzenhomgenitäten during the etching process. In addition, however, it is also possible to underlie the wafer after a test etching process search. In this case, for example, after the dissolution of the porous layer produced, the cavern depth can be measured by interferometric standard methods. Furthermore, it is conceivable to insert a needle through the cavern wall in order to obtain statements about the porous layer via the force relationships. A disadvantage of these methods, however, is that the wafer or the etched wafer must be destroyed. A remedy in this case creates a method in which the cavern depth z. B. after the deposition of an epitaxial layer on the porous layer, optionally with subsequent thermal treatment, is examined by means of a suitable interferometric method. In this case, since the wafer or the porous layer or the generated cavern does not have to be destroyed, such methods can also be used in situ, ie during the etching process. The advantage here is that the control of the local light intensity thus individually on the individual wafer or

Ätzvorgang eingeregelt werden kann. In der 2 ist mit der Vorrichtung 140 eine derartige Aufnahme der Waferinhomogenitäten während des Ätzvorgangs zur Regelung der lokalen Lichtintensität vorgesehen.Etching can be adjusted. In the 2 is with the device 140 such a recording of the wafer inhomogeneities during the etching process to control the local light intensity provided.

Optional kann auch vorgesehen sein, dass die Steuerung 100 in Abhängigkeit von den eingelesenen Parametern z. B. aus der Vorrichtung 140 die Ätzanlage 160 regelt. Dabei könnte beispielsweise der Stromfluss, die Säurekonzentration oder sonstige Parameter des Ätzvorgangs bis hin zu der Beendigung des Ätzprozesses bei einer gewünschten Ätztiefe der porösen Schicht geregelt werden.Optionally, it can also be provided that the controller 100 depending on the parameters read z. B. from the device 140 the etching system 160 regulates. In this case, for example, the current flow, the acid concentration or other parameters of the etching process up to the termination of the etching process could be controlled at a desired etching depth of the porous layer.

In der 3 ist ein Flussdiagramm eines einfachen Programms dargestellt, wie er in der Steuerung 100 bzw. in der Verarbeitungseinheit 110 ablaufen könnte. Nach dem Start des Programms werden im Schritt 300 die Parameter eingelesen, die die Ätzanlage und/oder die Eigenschaften des Wafers betreffen. Daraufhin wird im Schritt 310 die Lichtquelle derart angesteuert, dass eine auf die Inhomogenität des Wafers abgestimmte Lichtintensitätsverteilung auf dem Wafer zur Erreichung einer homogenen porösen Schicht eingestellt wird. Zusätzlich kann bei der Einstellung der Intensitätsverteilung selbstverständlich auch eine gewünschte Strukturierung der Waferoberfläche berücksichtigt werden, indem beispielsweise nur ganz bestimmte Bereiche porös geätzt werden, während andere Bereiche ungeätzt bleiben. Dies kann beispielsweise am Rand des porösen Bereichs der Fall sein, wie in 4a und 4b gezeigt wird. Bei normaler Abdeckung und Beleuchtung ist am Rand 420 des porös zu ätzenden Bereichs ein Übergang von hoher zu geringerer Lichtintensität und somit ein mehr oder weniger kontinuierlichen Übergang der Ätztiefe des porösen Bereichs 410 im Substrat 400 zu beobachten. Dagegen wird mit der durch die vorliegende Erfindung mögliche gezielten Erhöhung der lokalen Lichtintensität eine scharfe Kontur im Randbereich 430 erzeugt. Derartige scharfe Ränder haben mechanische Vorteile, z. B. bei der Verwendung im Rahmen eines mikromechanischen Membransensors.In the 3 is a flow chart of a simple program as shown in the control 100 or in the processing unit 110 could expire. After the start of the program will be in step 300 read in the parameters relating to the etch facility and / or the properties of the wafer. Then in step 310 the light source is controlled so that a matched to the inhomogeneity of the wafer light intensity distribution on the wafer to achieve a homogeneous porous layer is adjusted. In addition, when setting the intensity distribution, of course, a desired structuring of the wafer surface can also be taken into account, for example, by etching only very specific regions in a porous manner, while leaving other regions unetched. This may be the case, for example, at the edge of the porous region, as in FIG 4a and 4b will be shown. With normal coverage and lighting is on the edge 420 of the porous area to be etched a transition from high to low light intensity and thus a more or less continuous transition of the etch depth of the porous area 410 in the substrate 400 to observe. In contrast, with the possible by the present invention targeted increase in the local light intensity is a sharp contour in the edge region 430 generated. Such sharp edges have mechanical advantages, eg. B. when used in the context of a micromechanical membrane sensor.

Wie bereits ausgeführt, kann das Programm zur Steuerung bzw. Regelung der Lichtquelle 150 auch dazu verwendet werden, die Ätzanlage zu steuern. Hierzu ist im Schritt 320 vorgesehen, die Ätzanlage hinsichtlich der erfassten Parameter anzusteuern bzw. ggf. bei Erreichung der gewünschten porösen Schicht abzuschalten, um einen weiteren Ätzvorgang zu unterbinden.As already stated, the program for controlling the light source 150 also be used to control the etching system. This is in the step 320 provided to drive the etching system with respect to the detected parameters or, if necessary, turn off when reaching the desired porous layer to prevent further etching.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass mit einer gezielte lokale Steuerung und/oder Regelung der Beleuchtungsintensität ein vorgebbares Tiefenprofil der porösen Schicht erzeugt werden kann. So ist denkbar, dass einzelne Bereiche der porösen Schicht eine größere Ätztiefe als die übrigen Bereiche aufweisen. Weiterhin ist denkbar, die Beleuchtungsintensität zeitlich zu steuern, beispielsweise, indem die Intensität mit der Zeit zu- oder abnimmt. So kann die lokale Konzentration an Ladungsträgern erhöht werden, wenn die Säurekonzentration abnimmt.In a further embodiment may be provided that with a targeted local control and / or regulation of the illumination intensity specifiable depth profile of the porous layer can be generated can. So it is conceivable that individual areas of the porous Layer a greater etch depth than the rest Have areas. Furthermore, it is conceivable that the illumination intensity Timing, for example, by increasing the intensity increases or decreases over time. So can the local concentration Charge carriers are increased when the acid concentration decreases.

Mit der beschriebenen Lichtquelle ist es auch möglich, den Wafer mit Licht unterschiedlicher Wellenlänge zu beleuchten. Dies hat zur Folge, dass aufgrund der unterschiedlichen Anregungsenergien verschiedene Ladungsträgerkonzentrationen im Halbleitersubstrat bzw. im Wafer entstehen. Als Folge können somit gleichzeitig verschiedene Ätzraten in einem Ätzvorgang durchgeführt werden.With the described light source, it is also possible to To illuminate wafers with light of different wavelengths. As a result, due to the different excitation energies different charge carrier concentrations in the semiconductor substrate or arise in the wafer. As a result, can thus simultaneously various etching rates are performed in one etching process become.

Allgemein sein darauf hingewiesen, dass die in dieser Erfindung beschriebene frei programmierbare Lichtquelle nicht auf eine Anlage gemäß 1 beschränkt ist. Vielmehr soll die Lichtquelle, mit der eine lokal einstellbare Lichtintensität erzeugt werden kann, generell bei Ätzanlage einsetzbar sein.It should be noted in general that the freely programmable light source described in this invention does not apply to a system according to 1 is limited. Rather, the light source with which a locally adjustable light intensity can be generated, generally be used in etching.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 19803852 A1 [0003, 0004]
- DE 102007012061 A1 [0005]

Claims

Device for producing a porous layer in a semiconductor substrate, wherein the device - a light source ( 8th . 150 ) for illuminating the rear side of the semiconductor substrate and - an electrochemical etching device ( 10 ), wherein the porous layer ( 21 ) by means of an electrochemical etching process, preferably on the front side of the semiconductor substrate ( 20 ) is generated as a function of the illumination, characterized in that the light source ( 8th . 150 ) has a laterally adjustable intensity distribution.

Device for producing a porous layer in a semiconductor substrate according to claim 1, characterized in that the intensity distribution of the light source ( 8th . 150 ) is programmable.

Device for producing a porous layer in a semiconductor substrate according to claim 1 or 2, characterized in that the intensity distribution of the light source ( 8th . 150 ) is variable during the etching process.

Device for producing a porous layer in a semiconductor substrate according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the light source ( 8th . 150 ) Can generate light with at least two wavelengths, wherein in particular it is provided that the light source ( 8th . 150 ) simultaneously on the semiconductor substrate ( 20 ) illuminates at least two spots of different wavelengths.

Device for producing a porous layer in a semiconductor substrate according to one of the preceding claims, characterized in that the local thickness of the porous layer is set via the intensity distribution of the light source, wherein in particular means ( 30 . 100 ) are provided which adjust the intensity of the light source on the nature of the semiconductor substrate.

Device for producing a porous layer in a semiconductor substrate according to claim 5, characterized in that means ( 130 . 140 ) are provided which the local nature of the semiconductor substrate ( 20 ), in particular by means of an optical method.

Device for producing a porous layer in a semiconductor substrate according to one of the preceding claims, characterized in that the porous layer ( 21 ) in an etching tank ( 1 ) is generated, wherein the light source ( 8th ) is arranged outside of the etching basin.

Device for producing a porous layer in a semiconductor substrate according to one of the preceding claims, characterized in that the light of the light source by means of a Lens or a lens system led to the semiconductor substrate becomes.

Device for producing a porous layer in a semiconductor substrate according to one of the preceding claims, characterized in that the light source is a projector, a projector or a programmable translucent display is used becomes.

Method for producing a porous layer in a semiconductor substrate, in which - the backside the semiconductor substrate is illuminated with a light source and - the porous layer by means of an electrochemical etching process is generated depending on the lighting, thereby marked that the light intensity of the light source is varied laterally.

Method for producing a porous layer in a semiconductor substrate according to claim 10, characterized in that that programmed the intensity distribution of the light source is, especially during the etching process.

Method for producing a porous layer in a semiconductor substrate according to claim 10 or 11, characterized that the local illumination intensity of the light source on the semiconductor substrate depending on the nature of the Semiconductor substrate is adjusted.

Method for producing a porous layer in a semiconductor substrate according to claim 10 or 11, characterized that the local illumination intensity of the light source on the semiconductor substrate as a function of the systematic Inhomogeneity of the etching device is adjusted.