DE69312636T2

DE69312636T2 - Anodisierungsapparat mit einer Trägervorrichtung für das zu behandelnde Substrat

Info

Publication number: DE69312636T2
Application number: DE69312636T
Authority: DE
Inventors: Yasutomo Fujiyama; Mitsuhiro Ishii; Senju Kanbe; Kazuo Kokumai; Akira Okita; Kiyofumi Sakaguchi; Toru Takisawa; Takanori Watanabe; Takao Yonehara
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-11-09
Filing date: 1993-11-08
Publication date: 1998-02-05
Anticipated expiration: 2013-11-09
Also published as: US5458755A; EP0597428B1; EP0597428A1; DE69312636D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Trägervorrichtung für ein Substrat, die ein zu behandelndes Substrat (nachstehend wird darauf einfach als "Behandlungssubstrat" Bezug genommen) in einer Behandlungslösung festhält, und einen Apparat für die Anodenbildung (Anodisierung), der damit ausgestattet ist.
Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf eine Apparatur für die Anodisierung einer kristallinen Siliciumschicht, die auf dem Gebiet der Technik der 501-Herstellung (Silicium auf einem Isolator) verwendet wird, von der bei der Ultrahöchstintegration (USLI) Gebrauch gemacht wird, die eine Bi-CMOS- Vorrichtung, sowohl mit geringer Dissipationsleistung als auch hoher Betriebsgeschwindigkeit, eine Vorrichtung mit dreidimensionalerstruktur, die in Schichten laminierte funktionelle Elemente, wie eine Sensorvorrichtung, ein arithmetisches Element, einen Speicher und ähnliches einschließt, oder eine Hochspannungsvorrichtung einschließt, wie einen Leistungstransistor für elektronische Schaltsysteme, einen Ausstoßdrucker (discharge printer) oder eine Plasmaanzeige, und die auf dem Gebiet der Mikrobearbeitungstechik und ähnlichem verwendet wird. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Anodisierungsapparat, der bei der Herstellung von porösem Silicium verwendet wird.
Mit dem Begriff "poröses Silicium" ist in der Erfindung kristallines Silicium mit einkristalliner Struktur, das darin gleichzeitig viele Poren aufweist, gemeint.
Ferner ist mit dem Begriff "kristallines Siliciumsubstrat" in der Erfindung ein Siliciumeinkristall ohne Poren gemeint, von dem in der Halbleiterindustrie Gebrauch gemacht wird.

In Beziehung stehender Stand der Technik

In letzter Zeit wurden Halbleitervorrichtungen, die poröses Silicium verwenden, auf breiter Basis untersucht.
Die Bildung von porösem Silicium entdeckten A. Uhlir und D. R. Turner im Laufe von Studien über das elektrolytische Polieren eines Siliciumeinkristalls, der durch Anlegen einer positiven Spannung in einer wäßrigen Lösung von Fluorwasserstoffsäure (nachstehend wird darauf einfach als "HF" Bezug genommen) unter Vorspannung gesetzt wurde.
Dann wurde ein Versuch unternommen, die hohe Reaktivität des porösen Siliciums bei der Herstellung einer integrierten Schaltung aus Silicium für den Schritt der Isolierung von Elementen auszunutzen, der einen zwischen den Elementen gebildeten dicken Isolator erfordert. Als Ergebnis wurden Anwendungstechniken für eine FIPOS (vollständige Isolierung mittels porös oxidierten Siliciums), die eine Technik der vollständigen Isolierung eines IC mittels einer porösen, oxidierten Siliciumschicht darstellt, und für eine Technik einer direkten Siliciumbindung entwickelt, bei der eine epitaxiale Siliciumschicht, die auf einem porösen Siliciumsubstrat gezüchtet wurde, durch eine oxidierte Schicht an ein amorphes Substrat oder an einen einkristallinen Siliciumwafer gebunden wird.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung schlugen bereits einen Anodisierungsapparat mit der als Schnittansicht in Fig. 8 gezeigten Struktur als porenätzende Apparatur für kristallines Silicium, die von einer Anodisierungsreaktion Gebrauch macht, vor.
In Fig. 8 bezeichnet das Bezugszeichen Nr. 1 ein entartetes kristallines Siliciumsubstrat als das zu behandelnde Substrat (Behandlungssubstrat), das Bezugszeichen 2 bezeichnet einen aus Tetrafluorethylen (Handelsname: Teflon) gefertigen Herstellungsbehälter, die Bezugszeichen 3a und 3b bezeichnen Platinelektrodenplatten, an die mittels einer äußeren Gleichspannungsquelle (nicht gezeigt) eine Spannung angelegt wird, um negative beziehungsweise positive Elektroden zu bilden, das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine aus Tetrafluorethylen (Handelsname: Teflon) gefertigte Einrichtung zum Einspannen bzw. Halten des Substrats (substrat support jig), die eine Substrathalteeinrichtung darstellt, das Bezugszeichen 5 bezeichnet ein aus Tetrafluorethylenharz (Handelsname: Goatex) gefertigtes Dichtelement für das Substrat mit Biegsamkeit, Elastizität und hermetischen Eigenschaften, die Bezugszeichen 11a und 11b bezeichnen Elektrolytkörper, die aus einer Fluorwasserstoffsäure-Mischlösung bestehen, und das Bezugszeichen 15 bezeichnet ein Goatex-Dichtelement für die Einrichtung zum Halten des Substrats, die einen hermetischen Kontakt zwischen dem Herstellungsbehälter 2 und der Einrichtung 4 zum Halten des Substrats aufrechterhält.
Ferner stellt die Fig. 9A eine perspektivische Ansicht zur Darstellung der Bildungselemente der in Fig. 8 gezeigten, herkömmlichen Einrichtung 4 zum Halten des Substrats dar, und Fig. 9B stellt eine perspektivische Ansicht dar, um die Halteeinrichtung 4 im zusammengebauten Zustand zu zeigen. In den Figuren 9A und 9B stellen die Bezugszeichen 4a und 4b Segmente der Einrichtung zum Halten des Substrats dar, die voneinander getrennt werden können, so daß das kristalline Siliciumsubstrat 1 einfach in die Einrichtung eingespannt oder aus ihr entfernt werden kann.
Die Bezugszeichen 5a und 5b bezeichnen Segmente des aus Goatex gefertigten Elements zum Abdichten des Substrats, die in Rillen im Inneren der Segmente 4a und 4b der Einrichtung zum Halten des Substrats eingesetzt werden, um den hermetischen Zustand zwischen den Segmenten 4a und 4b der Einrichtung zum Halten des Substrats und dem kristallinen Siliciumsubstrat 1 aufrecht zu erhalten. Sie sind auf die gleiche Weise wie die Segmente 4a und 4b der Einrichtung zum Halten des Substrats geteilt.
In der Halbleiterindustrie verwendete kristalline Siliciumsubstrate werden normalerweise einer Ausrichtungs- und Glättungsberarbeitung unterzogen, um die Richtung der kristallographischen Achse vorzugeben. Deshalb sind das segmentierte Elemente zum Abdichten des Substrats (5a und 5b) und die segmentierte Einrichtung zum Halten des Substrats (4a und 4b) jeweils asymmetrisch geformt.
Bezugszeichen 14 bezeichnet aus Teflon gefertigte Schraubenbolzen&sub1; die auf die Segmente 5a und 5b des Elements zum Abdichten des Substrats nach der Montage der Segmente 4a und 4b der Vorrichtung zum Halten des Substrats und dem Einsetzen des Siliciumsubstrats 1 eine Kraft ausüben. Durch ein vollständiges Festschrauben der Schraubenbolzen 14 werden der gesamte Umfang des kristallinen Siliciumsubstrats 1 und die Verbindungsebenen zwischen den Segmenten 4a und 4b der Einrichtung zum Halten des Substrats gegen die Elektrolytkörper 11a und 11b abgedichtet.
Nachdem die Einrichtung 4 zum Halten des Substrats zusammengebaut worden ist, wird das aus Goatex gefertigte Abdichtelement 15 in eine Rille auf dem Umfang der Einrichtung 4 zum Halten des Substrats eingefügt und die Anordnung wird dann in den Herstellungsbehälter 2 eingebracht, wodurch die Elektrolytkörper 11a und 11b elektrisch und hermetisch voneinander getrennt werden können.
Hier dient der Elektrolyt 11b auf der Anodenseite als Flüssigkeitselektrode. Ferner wird auf der Fläche des kristallinen Siliciumsubstrats 1, die dem Elektrolyten 11a auf der Kathodenseite zugewandt ist, aufgrund des Unterschieds der freien Energie (work function) zwischen dem Elektrolyt und dem kristallinen Siliciumsubstrat, eine elektrische Barriere errichtet. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet die Richtung eines Bildungsstroms.
Danach liefert die äußere Gleichspannungsquelle (nicht gezeigt) einen Strom und macht die Platinelektrode 3a zu einer Kathode und die Platinelektrode 3b zu einer Anode, wodurch Fluoridionen (nachstehend wird einfach als "F&supmin;-Ionen" darauf Bezug genommen) in dem Elektrolyten ha in dem Herstellungsbehälter 2 erzeugt werden. Die F&supmin;-Ionen reagieren mit den Siliciumatomen auf der Oberfläche des Siliciumwafers 1 auf der Kathodenseite, um Tetrafluorsilicium (SiF&sub4;) und Wasserstoff (H&sub2;) zu bilden, wodurch der Siliciumwafer 1 unter Bildung von Poren aufgelöst wird.
Es ist bekannt, daß bei der Bildung von Poren mittels einer Anodisierungsreaktion des kristallinen Silicium die Anwesenheit von Löchern bzw. Defektelektronen in dem Siliciumwafer eine wichtige Rolle spielt. Es wird ein wie nachstehend angegebener Bildungsmechanismus angenommen.
Zuerst startet, wenn Defektelektronen im Inneren eines entarteten Siliciums vom p-Typ die Oberfläche eines einkristallinen Siliciumwafers erreichen, ein F&supmin;-Ion einen nukleophilen Angriff auf eine Si-H-Bindung, und kompensiert eine nicht eingegangene Bindung des Siliciums auf der Oberfläche&sub1; indem es dafür eine Si-F-Bindung bildet.
Da das F-Atom eine größere Elektronegativität als das Si-Atom aufweist, wird aufgrund des so gebundenen F&supmin;-Ions eine Polarisation induziert. Dann wird eine weitere Si-H-Bindung auf der Oberfläche von einem weiteren F&supmin;-Ion unter Bildung einer weiteren Si-F-Bindung angegriffen, wodurch ein H&sub2;-Molekül erzeugt wird und gleichzeitig ein Elektron in die Anode injiziert wird. Durch die Polan sierung der Si-H-Bindung wird in jeder Rückbindung die Elektronendichte unter Schwächung der Si-Si-Bindungen herabgesetzt.
Diese geschwächten Bindungen werden durch HF oder H&sub2;O angegriffen, so daß das Si-Atom auf der Kristalloberfläche SiF&sub4; bildet, das sich von der Oberfläche ablöst. Die Kristalloberfläche wird durch Wasserstoff oder Sauerstoff begrenzt. Eine auf der Kristallfläche durch die Freisetzung eines Si-Atoms gebildete Vertiefung erzeugt eine elektrische Feldverteilung, die überwiegend Defektelektronen anzieht, wodurch die Oberflächenheterogenität vergrößert wird und es zur Bildung einer Pore in Richtung des elektrischen Feldes kommt.
Allgemein gesprochen wird der vorstehend erwähnte Elektrolyt üblicherweise in Verbindung mit Alkohol verwendet. Der zugegebene Alkohol verhindert ein Anhaften des während der Umsetzung erzeugten Wasserstoffgases an die Oberfläche, was zu einer Behinderung der Zufuhr von Fluorwasserstoffsäure an die Oberfläche führt und wiederum die Umsetzung verhindert. Die vorstehend erwähnte vorherrschende Bildung von Poren tritt auch in einem entarteten Silicium vom n-Typ auf, in dem Defektelektronen die Minoritätsladungsträger sind. In diesem Fall ist die Bildung von Elektron-Defektelektron- Paaren bei der Bestrahlung mit Licht eine Zufuhrquelle für die Defektelektronen.
In dem herkömmlichen, wie vorstehend beschriebenen Anodisie rungsapparat ist das kristalline Siliciumsubstrat 1 so angeordnet, daß es zu einer elektrischen Abdichtung des Elektrolyten über den gesamten Umfang des Randbereichs der abgeschrägten (bevelled) Seitenfläche kommt, und die Oberfläche des kristallinen Siliciumsubstrats 1 auf der Kathodenseite einheitlich unter Bildung vieler Poren behandelt werden kann.
Da die Struktur des Querschnitts des Apparats ferner in bezug auf das kristalline Siliciumsubstrat 1 symmetrisch ist, können beide Flächen des gesamten Bereichs des kristallinen Siliciumsubstrats 1 durch eine Umkehr der Polarität der an die Platinelektroden 3a und 3b angelegten Spannung einer Behandlung zur Erzeugung von Poren unterzogen werden.
Desweiteren werden in einem anderen Beispiel, wie in Fig. 10 gezeigt, eine Vielzahl von kristallinen Siliciumsubstraten (1a - 1d) mittels der Einrichtungen zum Halten eines Substrat (4a - 4d) mit einem bestimmten Abstand in einem elektrisch abgedichteten Zustand wie vorstehend beschrieben entlang der elektrischen Feldlinien des zwischen den Platinelektroden gebildeten Stroms 3a und 3b angeordnet, wodurch die Vielzahl der kristallinen Siliciumsubstrate gleichzeitig einer Behandlung zur Porenerzeugung unterzogen werden kann.
In der herkömmlichen Anodisierungsapparatur weist der Elektrolyt einen spezifischen Widerstand von ungefähr 20 Ω cm auf und dient als Flüssigkeitselektrode. Da die Anodisierungsreaktion ferner durch die Potentialdifferenz aufgrund der elektrischen Barriere zwischen der Oberfläche auf der Kathodenseite und der Oberfläche auf der Anodenseite des kristallinen Siliciumsubstrats voranschreitet, versteht es sich von selbst, daß der Herstellungsbehälter und die Einrichtung zum Halten des Substrats, abgesehen von dem kristallinen Siliciumsubstrat, aus Materialien gefertigt sein sollten, die ausgezeichnete elektrische Isoliereigenschaften aufweisen.
Dementsprechend ist beim Zusammenbau der Einrichtung zum Halten des Substrats sorgfältig darauf zu achten, daß ein Auslaufen des Elektrolyten durch den Raum zwischen dem Bereich des Umfangs des kristallinen Siliciumsubstrats und dem Dichtelement oder durch die Verbindungsstellen in der Einrichtung zum Halten des Substrats verhindert wird.
Insbesondere in dem Fall, in dem der Elektrolyt in der Nähe des kristallinen Siliciumsubstrats ausläuft, kommt es zur Bildung eines Stromwegs durch den Elektrolyten und die Potentialdiffernz wird verringert, wodurch die Anodisie rungsreaktion in der Nähe des Auslaufbereichs nicht voranschreitet und sich um den Auslaufbereich ein lokaler nichtporöser Bereich bildet.
Solch eine Ungleichheit der Dicke der auf der Oberfläche des kristallinen Siliciumsubstrats gebildeten porösen Siliciumschicht ist bei der Verwendung in ihren Produkten nicht statthaft und stellt ein ernstes Problem dar.
Zusätzlich ist es unter industriellen Gesichtspunkten wichtig, wenn eine Vielzahl an kristallinen Siliciumsubstraten gleichzeitig einer Behandlung zur Porenerzeugung unterzogen wird, sicherzustellen, daß ein sicheres und einfaches Halten des Substrats erfolgt und ein Auslaufen des Elektrolyten verhindert wird.
Da die herkömmlichen Dichtelemente jedoch keine Struktur aüfweisen, um den gesamten Umfang des Randbereichs der Seitenfläche des kristallinen Siliciumsubstrats ohne Schnitt oder Trennung bzw. Teilung abzudichten, tritt die Möglichkeit eines Auslaufens des Elektrolyten durch die Verbindungsstellen in der Einrichtung zum Halten des Substrats zusätzlich zu dem Problem auf, daß für das Einfügen und das Entfernen des kristallinen Siliciumsubstrats Zeit und Arbeit erforderlich sind.
Zusammengefaßt ausgedrückt, besteht ein zu lösendes Problem darin, daß es keine im Handel erhältliche Trägervorrichtung für ein Substrat gibt, die dem Anspruch, ein Auslaufen des Elektrolyten mittels des Behandlungssubstrats sicher zu verhindern, und ein einfaches Einsetzen oder Entfernen des Behandlungssubstrats zu ermöglichen, um die Produktionskosten zu verringern und die Struktur zu vereinfachen, völlig genügt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Trägervorrichtung für ein Substrat mit einfacher Struktur zur Verfügung zu stellen, die auf sichere Weise ein Auslaufen des Elektrolyten durch das Behandlungssubstrat verhindern kann, in die das Behandlungssubstrat leicht eingesetzt oder von der das Behandlungssubstrat leicht entfernt werden kann, und die mit verringerten Produktionskosten hergestellt werden kann.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung eine Trägervorrichtung für ein Behandlungssubstrat zur Verfügung zu stellen, die in einem Herstellungsbehälter verwendet werden kann, in dem eine chemische Behandlung eines Behandlungssubstrats erfolgt, das in einer Behandlungslösung gehalten wird, wobei die Vorrichtung die nachstehenden Bestandteile umfaßt:
ein Dichtelement, das Elastizität aufweist, zum Tragen des Behandlungssubstrats, das den Randbereich des Substrats, ausgenommen die zu behandelnde Fläche, hermetisch umschließt;
eine Einrichtung zum Halten des Substrats, die das Dichtelement trägt;
eine Einrichtung zum Einleiten eines Fluids eines Gases oder einer Flüssigkeit von außen in den Hohlraum der Einrichtung zum Halten des Substrats, so daß der Druck des Fluids das Dichtelement gegen den Bereich des Substratumfangs&sub1; ausgenommen die zu behandelnde Oberfläche auf dem Substrat, drückt, um eine hermetische Abdichtung herbeizuführen; und
eine Einrichtung für eine Änderung des Drucks, um das Ausmaß der Deformierung des Dichtelements und der darauf ausgeübten Kraft zu steuern.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung einen verbesserten Anodisierungsapparat zur Verfügung zu stellen, der mit der vorstehend erwähnten Trägervorrichtung ausgestattet ist.
Es ist ferner eine Aufgabe der Erfindung, die in der Trägervorrichtung für das Substrat oder in der Anodisierungsapparatur verwendeten Elemente weiter zu verbessern.
Diese Aufgaben der Erfindung werden durch eine Trägervorrichtung nach Anspruch 1 und einen Anodisierungsapparat nach Anspruch 3 gelöst.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Zeichnung, um ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Anodisierungsapparats zu zeigen; die Fig. 2A und 2B sind schematische Zeichnungen, um ein Verfahren zum Halten eines Substrats in dem in Fig. 1 gezeigten Appararat zu erläutern.
Fig. 8 ist eine schematische Zeichnung, um die Struktur eines herkömmlichen Anodisierungsapparats zu zeigen;
Fig. 9A ist eine perspektivische Ansicht, um die konstituierenden Elemente in einer herkömmlichen Einrichtung zum Halten des Substrats zu zeigen;
Fig. 9B ist eine perspektivische Ansicht, um die in Fig. 9A gezeigte, herkömmliche Einrichtung zum Halten des Substrats im zusammengebauten Zustand zu zeigen;
Fig. 10 ist eine schematische Zeichnung, um einen herkömmlichen Anodisierungsapparat für die Behandlung einer Vielzahl von Substraten zu zeigen;
Fig. 11 ist eine schematische Zeichnung, um ein anderes Beispiel eines Anodisierungsapparats zu zeigen; und
Fig. 12 ist eine schematische Zeichnung, um eine Trägerkasette für das Behandlungssubstrat zu zeigen.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Eine erfindungsgemäße Trägervorrichtung für ein Behandlungssubstrat, das für einen Herstellungsbehälter verwendbar ist, in dem eine chemische Behandlung eines zu behandelnden Substrats, das in einer Behandlungslösung gehalten wird, durchgeführt wird, umfaßt die nachstehenden Bestandteile:
ein Dichtelement, das Elastizität aufweist, zum Tragen des Behandlungssubstrats, das den Randbereich des Substrats, außer der zu behandelnden Fläche, hermetisch umschließt; wobei das Dichtelernent über den gesamten Umfang keine Unterbrechung bzw. keinen Schnitt aufweist und die mindestens zwei Halbzellen voneinander isoliert;
eine Einrichtung zum Tragen des Substrats, die das Dichtelement trägt;
eine Einrichtung zum Einleiten eines Fluids eines Gases oder einer Flüssigkeit von außen in den Hohlraum der Einrichtung zum Halten des Substrats, so daß der Druck des Fluids das Dichtelement gegen den Umfangsbereich des Substrats, ausgenommen die zu behandelnde Oberfläche auf dem Substrat, drückt, um zwischen ihnen eine hermetische Passung zu erreichen; und
eine Einrichtung für eine Änderung des Drucks, um das Ausmaß der Deformierung des Dichtelements und des darauf ausgeübten Drucks zu steuern. Ein erfindungsgemäßer Anodisierungsapparat ist mit der wie vorstehend beschriebenen Trägervorrichtung für das Behandlungssubstrat ausgestattet.
In der Erfindung wird ein Dichtelement aus einem Stück, ohne Schnitt oder Teilung des gesamten Umfangs verwendet, um den Randbereich des Substrats um den gesamten Umfang in enger Passung an das Substrat hermetisch abzudichten, so daß die Behandlungslösung auf sichere Weise an einem Auslaufen gehindert werden kann.
Wenn der ausgeübte Druck aufgehoben wird, ist der Innendurchmesser des Dichtelements etwas größer als der Außendurchmesser des Behandlungssubstrats, zum Beispiel eines kristallinen Siliciumsubstrats; wenn ein Druck ausgeübt wird, entspricht die innere Größe des Dichtelements genau der Größe des kristallinen Siliciumsubstrats oder ist etwas kleiner als diese. Ferner kann der Grad der Deformierung des Dichtelernents und der Druckkraft durch den Druck der Luft oder der Flüssigkeit sehr genau eingestellt werden. Anschließend kann das Behandlungssubstrat ohne Beschädigung gehalten werden, wobei ein Auslaufen der Lösung auf sichere Weise verhindert wird.
Solch ein dehnbares Druckelement wird auf der inneren Umfangsfläche der Einrichtung zum Halten des Substrats angebracht, die bei der Ausübung eines Drucks ihre Gestalt unverändert beibehält, so daß das Dichtelement jeweils nacheinander zum Einsetzen, Abdichten und für die Freigabe der kristallinen Siliciumsubstrate verwendet werden kann.
Da die Dichtelemente den gesamten Umfang des kristallinen Siliciumsubstrats ohne Schnitt oder Verbindungsstelle abdichten, kommt es zu keinem Auslaufen des Elektrolyten, wie es aus einer Verbindungsstelle in einer Einrichtung zum Halten des Substrats in dem herkömmlichen Dichtelement beobachtet wird&sub1; und das kristalline Siliciumsubstrat kann einfach in jedes der Dichtelemente eingesetzt oder daraus entnommen werden.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detaillierter beschrieben.

Ausführungsform 1

Figur 1 stellt einen schematischen Querschnitt eines Apparats 1 der Ausführungsform 1 der Erfindung dar. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein kristallines Siliciumsubstrat als das zu behandelnde Substrat (Behandlungssubstrat), die Bezugszeichen 21a und 21b bezeichylen Einrichtungen zum Halten der Elektroden, die aus Tetrafluorethylenharz (Handelsname: Teflon) gefertigt sind, die Bezugszeichen 3a und 3b Platinelektrodenplatten, an die mittels einer äußeren, nicht dargestellten Gleichspannungsquelle eine Spannung angelegt wird, um negative und positive Elektroden zu bilden, das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine Einrichtung zum Halten des Substrats, die aus Tetrafluorethylenharz (Handelsname: Teflon) gefertigt ist, die eine Substrathaltevorrichtung bildet, das Bezugszeichen 5 bezeichnet ein aus einem Perfluorelastomerkautschuk (Handelsname: Kemraz oder Kalraz) gefertigtes Element zum Abdichten des Substrats, das ebenfalls Biegsamkeit, Elastizität, Abdichteigenschaften und chemische Beständigkeit aufweist, das Bezugszeichen 6 bezeichnet eine Rille, in der das Element 5 zum Abdichten des Substrats angeordnet ist, um den Druck der Luft oder einer Flüssigkeit gleichmäßig unter Verwendung eines zwischen ihnen auftretenden Raumes auf das Element 5 zum Abdichten des Substrats zu übertragen, und das Bezugszeichen 7 bezeichnet einen Einlaß für die Druckzufuhr, um unter Druck stehende Luft oder Flüssigkeit aus einem äußeren Druckquellensystem 40 dem zwischen der Rille 6 und dem Element 5 zum Abdichten des Substrats gebildeten Raum (Hohlraum) zuzuführen. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet einen Auslaß für das während der Herstellung erzeugte Gas. Das Bezugszeichen 9 bezeichnet aus Tetrafluorethylenharz (Handelsname: Goatex) gefertigte Dichtelemente für den Herstellungsbehälter mit Biegsamkeit, Elastizität, chemischer Beständigkeit und hermetischen Eigenschaften, um den Elektrolyten am Auslaufen durch die Verbindungsebenen zwischen den Einrichtungen 21a und 21b zum Halten der Elektroden und der Einrichtung 4 zum Halten des Substrats zu hindern, und das Bezugszeichen 10 bezeichnet Schraubenbolzen, um die Einrichtungen 21a und 21b zum Halten der Elektroden und die Einrichtung 4 zum Halten des Substrats fest zueinander anzuordnen. Die Bezugszeichen ha und lib repräsentieren den Elektrolyten, der aus einer Fluorwasserstoffsäure-Mischlösung besteht.
Die Fig. 2A stellt einen Querschnitt dar, um die Positionen der Elemente zueinander wiederzugeben, unmittelbar bevor das kristalline Siliciumsubstrat 1 in die Einrichtung 4 zum Halten des Substrats der Erfindung, wie in Fig. 1 gezeigt, eingesetzt wird, oder unmittelbar nachdem der Zustand mit dem eingesetzten Substrat aufgegeben wurde. Da Fig. 2A einen Zustand zeigt, in dem der durch die Luft oder der Flüssigkeit ausgeübte Druck aufgehoben ist/wurde, ist der Innendurchmesser des Elements 5 zum Abdichten des Substrats größer als der Außendurchmesser des kristallinen Siliciumsubstrats 1. In diesem Zustand kann das kristalline Siliciumsubstrat im Inneren des Elements zum Abdichten des Substrats frei bewegt werden.
Fig. 2B stellt einen Querschnitt dar, um den Zustand zu erläutern, bei dem das kristalline Substrat 1 eingesetzt wurde. In Fig. 2B übt, wenn aus dem Einlaß 7 für die Druckzufuhr unter Druck stehende Luft oder Flüssigkeit zugeführt wird, der Druck entlang der Verjüngung der Rille 6 in Richtung der Normalen des kristallinen Siliciumsubstrats 1 eine Kraft auf das Element 5 zum Abdichten des Substrats aus, um es aus der Rille 6 heraustreten zu lassen. In Fig. 2B stellen die Pfeile die Richtung der Deformation des Elements 5 zum Abdichten des Substrats dar. Die Bildung eines Kegels (taper formation) in dem Element 5 zum Abdichten des Substrats und der Rille 6 ist bevorzugt, um den hermetischen Zustand der unter Druck stehenden Luft oder Flüssigkeit beizubehalten oder eine Abweichung des Elements 5 zum Abdichten des Substrats von seiner Position relativ zu dem kristallinen Siliciurnsubstrat bei Heraustreten aus der Rille zu verhindern. Das Element zum Abdichten des Substrats ist aus einem Perfluorelastomerkautschuk hergestellt (Handelsname: Kemraz) mit einer Verlängerung von 200% bei Raumtemperatur.
In dem Apparat I der Erfindung erfolgt die Behandlung zur Erzeugung von Poren auf dem kristallinen Siliciumsubstrat wie nachstehend ausgeführt. Zunächst wird mittels des CZ-Verfahrens (Czochralski-Verfahren) kristallines Silicium vom p-Typ hergestellt, das mit Bor dotiert wird, um einen Widerstand von 0,01 bis 0,02 Ωcm zu liefern. Dann wird mittels einer Orientierungs- und Glättungsbearbeitung ein Wafer des so erzeugten kristallinen Siliciums vom p-Typ mit einem Durchmesser von 125 mm und einer Dicke von 0,6 mm erhalten. Der Wafer wird als das kristalline Siliciumsubstrat 1 verwendet.
Das Mittel zur Ausübung eines Drucks ist Druckluft mit einem Druck von 2 kgf/cm² aus einem Kompressor (nicht gezeigt) in der Einrichtung 40 für das Einstellen der Druckzufuhr in Fig. 1. Das Element 5 zum Abdichten des Substrats weist eine Gestalt auf, die derjenigen des verwendeten kristallinen Siliciumsubstrats gleicht, wobei das Dichtelement 5 in einem Zustand ohne einem von der Druckluft ausgeübten Druck eine Öffnung mit einem Innendurchmesser aufweist, der 2 mm größer ist als der Außendurchmesser des Siliciumsubstrats 1, so daß das kristalline Siliciumsubstrat 1 frei durch das Dichtelement 5 bewegt werden kann. Das Dichtelement 5 weist einen geraden Bereich auf, der dem flachen Ausrichtungsbereich des kristallinen Siliciumsubstrats 1 entspricht, und der gerade Bereich weist die gleiche Länge wie derjenige des Substrat, 42,5 mm, auf.
Wenn das kristalline Siliciumsubstrat 1 in die Einrichtung 4 zum Halten des Substrats eingesetzt wird, saugt eine nicht dargestellte Unterdruckspannvorrichtung (vacuum chuck jig) zunächst die flache Oberfläche des kristallinen Siliciumsubstrats 1 an und hält sie in einem Zustand, bei dem der Druck der Druckluft aufgehoben ist, und ordnet es anschließend so an, daß es im Zentrum des Elements 5 zum Abdichten des Substrats liegt.
Dann wird mittels Druckluft ein Druck auf das Element 5 zum Abdichten des Substrats ausgeübt, um es in Richtung der Normalen des Substrats zu deformieren. Mittels der Einrichtung 40 zum Einstellen der Druckzufuhr wird der Druck so eingestellt, daß das Element 5 zum Abdichten des Substrats den gesamten Umfang des kristallinen Siliciumsubstrats 1 hermetisch umschließt. Während der Druck beibehalten wird, wird das Vakuum der Unterdruckspannvorrichtung entfernt.
In diesem Zustand trägt die Einrichtung 4 zum Halten des Substrats das kristalline Trägersubstrat 1 vereint, um eine hermetische Abdichtung des Elektrolyten sicherzustellen.
Die Einrichtungen 21a und 21b zum Halten der Elektroden sind mittels der Dichtelemente 9 des Herstellungstanks mit beiden Enden der Einrichtung 4 zum Halten des Substrats verbunden und der Zusammenbau wird durch die Schraubenbolzen 10 gesichert.
Zwei elektrisch unabhängige Herstellungszellen werden mittels der Einrichtung 4 zum Tragen des Substrats, des kristallinen Siliciumsubstrats 1 und der Einrichtungen 21a und 21b zum Halten der Elektroden gebildet.
Eine Fluorwasserstoffsäure-Mischlösung, in der 48 gew.-%ige (Prozent in Gewicht), mit reinem Wasser verdünnte Fluorwasserstoff säure, reines Wasser und Alkohol in einem Verhältnis von 1:1:1 gemischt sind, wird durch den Auslaß 8 in die Zellen gegossen, um auf der Kathodenseite den Elektrolytkörper ha und auf der Anodenseite den Elektrolytkörper lib zu bilden. Die Fluorwasserstoffsäure-Mischlösung weist einen Widerstand von 23,6 Ωcm auf.
Eine Gleichstromquelle (nicht gezeigt) führt jeder der Platinelektroden 3a und 3b einen Strom mit einer Stromdichte von 8 mA/cm2 zu.
Die Herstellungsreaktion beginnt mit dem Stromfluß von der Seite der Oberfläche der Kathodenelektrode 3a zu der Oberfläche der Anodenseite unter Bildung von Poren auf dem kristallinen Siliciumsubstrat 1. Gas, wie Wasserstoffgas, das bei der Behandlung zur Erzeugung der Poren entsteht, tritt über den Auslaß 8 aus den Herstellungszellen aus.
Nachdem eine poröse Siliciumschicht mit gewünschter Dicke gebildet worden ist, wird der Gleichstrom abgestellt und der Elektrolyt wird über die Auslässe 8 entnommen. Dann wird reines Wasser in die Herstellungszellen gegossen, um das kristalline Siliciumsubstrat 1 zu waschen.
Das reine Wasser wird dann entnommen und danach werden die Schraubenbolzen abgeschraubt, um die Einrichtungen 21a und 21b zum Halten der Elektroden und die Einrichtung 4 zum Halten des Substrats zu trennen und den Herstellungsbehälter aus einanderzubauen.
Das kristalline Siliciumsubstrat 1 wird dann durch die Unterdruckspannvorrichtung (nicht gezeigt) gehalten und die Druckluft, die auf das Element 5 zum Abdichten des Substrats einwirkt, abgestellt. Das Element 5 zum Abdichten des Substrats, das Elastizität aufweist, nimmt wieder seine ursprüngliche Gesalt an, wodurch das kristalline Siliciumsubstrat freigegeben wird.
Durch das vorstehende Verfahren wurde in ungefähr 12 Minuten eine poröse Siliciumschicht mit einer Dicke von 10 µm gebildet. Auf einer Fläche des kristallinen Siliciumsubstrats mit einem Durchmesser von 125 mm war die Verteilung der Dicke der porösen Siliciumschicht so beschaffen, daß die Dicke im Zentrum des Substrats 10 µm und im Randbereich des Substrats 11 bis 12 µm betrug.
Das so erzeugte poröse Silicium wies ein Prozentsatz an Poren P (Porosität) von 55% auf.
In einem Vergleichsbeispiel unter Anwendung des herkömlichen Abdichtverfahrens kam es, wenn aufgrund der fehlerhaften Abdichtung ein Auslaufen des Elektrolyten auftrat, zu keiner Bildung einer porösen Siliciumschicht in dem Leckbereich, obgleich es in einem bestimten Abstand zu dem Leckbereich zu einer Bildungsreaktion kam. Die poröse Siliciumschicht wurde zuerst mit einer Dicke von 10 µm in einem Bereich außerhalb eines Kreises mit einem Radius von 40 mm um den Leckbereich gebildet.
Der Anodisierungsapparat der Erfindung kann so angeordnet sein, daß es zu einem Überlaufen des Elektrolyten aus den Herstellungszellen kommt. Fig. 11 zeigt ein Beispiel für solch einen Anodisierungsapparat.
In Fig. 11 bezeichnen die Bezugszeichen la und ib Herstellungszellen, die einen Flüssigkeitspegel des Elektrolyten, der oberhalb des höchsten Bereichs des Behandlungssubstrats liegt, aufrechterhalten, die Bezugszeichen 2a und 2b bezeichnen Platinelektroden, das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen Siliciumwafer, der als das Behandlungssubstrat fungiert, die Bezugszeichen 5a und Sb bezeichnen eine wäßrige HF-Lösung, die als Elektrolyt dient, das Bezugszeichen 6 bezeichnet eine aus Teflon gefertigte Einrichtung zum Halten des Wafers und das Bezugszeichen 40 eine Einrichtung zum Einstellen der Druckzufuhr zu der Einrichtung zum Halten des Wafers. Die Bezugszeichen 7a und 7b bezeichnen Überlaufbehälter für die Aufnahme der überfließenden Lösung, und die Bezugszeichen 8a und 8b bezeichnen Pumpen, die als Einrichtungen für die Zufuhr des Elektrolyten dienen.
In diesem Apparat soregen die Pumpen 8a und 8b dafür, daß der Elektrolyt in den Herstellungszellen zirkuliert.
Der Elektrolyt in der Herstellungszelle 1a auf der Seite der behandelten Oberfläche des Behandlungssubstrats fließt über die obere Wand der Herstellungszelle 1a in die Überlaufbehälter 7a und 7b. Die Überlaufbehälter 7a und 7b, die um die Herstellungszelle 1a herum gebildet sind, sind so angeordnet, daß sie miteinander verbunden sind, und die hineingelaufene Lösung wird mittels der Pumpe 8a in die Herstel lungszelle 1a zurückgeführt. Bei dieser Gelegenheit werden Blasen in dem Elektrolyten aus dem oberen Teil der Lösung entfernt und Teilchen werden beim Überlaufen auf effiziente Weise an den Überlaufbehälter abgegeben, um dann mittels eines Filters 9a, der in einer Röhre des Zirkulationssystems angeordnet ist, entfernt zu werden.
In der in Fig. 11 gezeigten Apparatur wird Elektrolyt zugeführt, um einen Überlauf zu bewirken, und der Elektrolyt wird dann gereinigt, so daß das Anhaften von Teilchen oder Blasen an die poröse Oberfläche des Behandlungssubstrats reduziert werden kann, was eine einheitlichere chemische Behandlung ermöglicht.
In der Erfindung kann eine leitende Trennwand (wie ein Wafer) zur Verhinderung einer Verunreinigung mit Metall zwischen dem Behandlungssubstrat und der positiven Metallelektrode angeordnet werden, um einen direkten Kontakt zwischen dem Elektrolyten und der positiven Elektrode zu verhindern. Bei solch einer Anordnung wird ein Auflösen des Metalls in den Elektrolyten vermieden, wodurch eine Verunreinigung des Behandlungssubstrats mit Metall verhindert wird.
In der Erfindung kann auch solch eine Anordnung verwendet werden, bei der der hermetische Kontakt zwischen dem Behandlungssubstrat und dem Abdichtelement mittels eines zu der Hauptfläche des Behandlungssubstrats schräg angeordneten Dichtelements, das gegen den Umfangsbereich des Substrats gedrückt wird, zustande kommt.
Ferner gestattet es die Erfindung eine der Elektroden auf der Rückseite des Behandlungssubstrats anzuordnen.
Zudem kann das Behandlungssubstrat (wie ein Wafer) in der Erfindung wirkungsvoll unter Verwendung einer wie in Fig. 12 gezeigten Kasette zum Tragen des Behandlungssubstrats transportiert werden.
In Fig. 12 wird eine Waferkasette 108 als ebenes Plattenelement hergestellt, in dem in dem Zentalbereich eine Öffnung 108a ausgebildet ist, die passend zu den Konturen des Wafers, der als Behandlungssubstrat fungiert, geformt ist. Eine Stufe 108b ist auf dem unteren Bereich der Innenwand in der Öffnung 108a als Haltebereich zum Halten des Außenrands des in die Öffnung 108a eingesetzten Wafers gebildet. Die Stufe 108b ist über den gesamten Umfang der Innenwand der Öffnung 108a aus einem Stück gebildet. Eine Waferdichtung 107 wird als Dichtelement auf der oberen Fläche der Stufe 108b, über den gesamten Umfang davon, bereitgestellt, und ein Wafer ist auf diese Waferabdichtung 107 aufgebracht.
In der Erfindung, in der die in Fig. 12 gezeigte Kasette zum Tragen des Behandlungssubstrats verwendet wird, kann das Behandlungssubstrat wirkungsvoll zu einem Anodisierungsapparat oder einem Halbleiterprozeßsystem transportiert oder an diese angebracht werden.

Ausführungsform 2

Fünf Exemplare eines Satzes von Einrichtungen 4 zum Halten der Substrate, wie sie in Ausführungsform 1 der Erfindung verwendet wurde, werden bereitgestellt und die kristallinen Siliciumsubstrate 1 werden so angeordnet, daß ihr Abstand voneinader 50 mm beträgt. Anschließend wird die Vielzahl an Substraten gleichzeitig einer Anodisierungsbehandlung unterzogen. Dieser Herstellungsbehälter weist die gleiche Struktur wie in Ausführungsform 1 der Erfindung auf, außer daß die Substrate entlang des Bildungsstroms zwischen den Platinelektroden angeordnet sind.
Die Herstellungsbedingungen sind die gleichen wie in Ausführungsform 1, außer daß die angelegte Spannung vergrößert wird, um es dem Bildungsstrom zu gestatten, mit der gleichen Menge zu fließen.
Die Dicke der porösen Siliciumschicht betrug im Zentrum der fünf kristallinen Siliciumsubstrate nach der Anodisierung 10 bis 11 µm.
Ferner kann der Apparat der Erfindung für andere Bildungsreaktionen als die Behandlung zur Erzeugung von Poren auf dem kristallinen Siliciumsubstrat verwendet werden, solange der Typ und das Mischungsverhältnis des Elektrolyten auf geeignete Weise ausgewählt werden.
Ferner kann sogar ein Teil der Abdichtverfahren der Erfindung auf einfache Weise für das Abdichten anderer flussiger oder gasförmiger Materialien als dem Elektrolyten der Erfindung verwendet werden.
Wie vorstehend in detaillierter Form dargestellt wurde, kann die Erfindung eine Trägervorrichtung für ein Substrat mit einer einfachen Struktur liefern, die auf sichere Weise ein Auslaufen der Behandlungslösung verhindern kann, die ein einfaches Einsetzen oder Entfernen des Behandlungssubstrats gestattet und die mit geringen Herstellungskosten hergestellt werden kann, da die Vorrichtung so aufgebaut ist, daß das Behandlungssubstrat hermetisch abgedichtet wird und während des Haltens auf den gesamten Umfang Druck ausgeübt wird. Insbesondere ermöglicht der Anodisierungsapparat der Erfindung eine gleichmäßige Behandlung des Behandlungssubstrats.

Claims

1. Trägervorrichtung für ein zu behandelndes Substrat (1), die für einen Anodisierungsapparat verwendet werden kann, der mindestens zwei Halbzellen umfaßt, in dem eine chemische Behandlung des in einer Behandlungslösung gehaltenen Substrats (1) durchgeführt wird, und die ferner die nachstehenden Bestandteile umfaßt:

ein Dichtelement (5), das Elastizität aufweist, und herme tisch an den gesamtem Bereich des Umfangs des Substrats (1) angepaßt ist, ausgenommen die zu behandelnde Fläche, und das Substrat (1) hält, wobei das Dichtelement (5) über seinem gesamten Umfang keinen Schnitt aufweist und die mindestens zwei Haibzellen durch das Substrat (1), das von dem Dichtelement (5) gehalten wird, voneinander getrennt werden;

eine Einrichtung (4) zum Halten des Substrats, die das Dichtelement (5) trägt; und

eine Einrichtung (7) zum Einleiten eines Fluids eines Gases oder einer Flüssigkeit von außen in den durch die Einrichtung (4) zum Halten des Substrats und das Dichtelement (5) gebildeten Hohlraum, so daß der Druck des Fluids das Dichtelement (5) gegen den Bereich des Substratumfangs, ausge nommen die zu behandelnden Oberfläche auf dem Substrat, drückt, um zu erreichen, daß sie hermetisch aneinander angepaßt werden; und

eine Einrichtung für eine Änderung des Drucks, um das Ausmaß der Deformierung des Dichtelements (5) und der darauf ausgeübten Kraft zu steuern.

2. Trägervorrichtung für ein zu behandelndes Substrat (1) nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Satz des Substrats (1) und der Einrichtung (4) zum Halten des Substrats mit einem Paar von Einrichtungen (21a, 21b) zum Halten der Elektroden kombiniert wird, die in der Lösung angeordnet werden, um Halbzellen zu bilden, die die Lösung in getrenntem Zustand enthalten.

3. Anodisierungsapparat, der die nachstehenden Bestandteile umfaßt: eine Trägervorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2; und Elektroden (3a, 3b)

4. Anodisierungsapparat nach Anspruch 3, wobei eine Zirkulation der Behandlungslösung herbeigeführt wird.

5. Anodisierungsapparat nach Anspruch 4, wobei die Zirkulation der Behandlungslösung mittels einer Pumpe herbeigeführt wird.

6. Anodisierungsapparat nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, wobei für ein Überlaufen der Behandlungslösüng aus dem Herstellungsbehälter gesorgt wird.