JPH06326084A - 陽極化成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 化成処理されるウエハの全面を均一に処理で
き、かつウエハのセッティングが容易で、構造が簡単な
陽極化成装置を提供する。 【構成】 溶液６中に浸したウエハ１に電流を流すこと
により、該ウエハ１表面を化成する陽極化成装置におい
て、前記ウエハ１の表面側に該ウエハ裏面側よりも大き
な圧力を加え、該圧力差によって、前記ウエハをウエハ
支持台５上に固定する手段８を有することを特徴とする
陽極化成装置。また、前記電流を流すための陰極側電極
を網状金属電極３とし、前記電流を流すための電極のう
ち少なくとも一方４を可動式としたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体基板製造等に用い
られる陽極化成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】フッ酸溶液中にシリコンウエハを入れ電
流を流すと、シリコンウエハ上に１〜１０ｎｍ程度の細
長く伸びた空孔を多数有する多孔質シリコンが形成され
る。この工程を陽極化成という。（Ａ．Ｉｈｌｉｒ：Ｂ
ｅｌｌ Ｓｙｓｔ．Ｔｅｃｈ．Ｊ．３５（１９５６）、
３３３．）このようにして得られた多孔質シリコンは、
電圧を印加すると発光する性質を持つことから、次世代
発光素子として研究開発が進められている他、シリコン
に比べ反応性にすぐれている性質を利用して、シリコン
集積回路において厚い絶縁物を形成して素子間分離を行
う工程に応用されている。例えば多孔質シリコン酸化膜
による集積回路の完全分離技術であるＦＩＰＯＳ（Ｆｕ
ｌｌ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｂｙ Ｐｏｒｏｕｓ Ｏｘ
ｉｄｉｚｅｄ Ｓｉｌｉｃｏｎ）や、多孔質シリコン基
板上に成長させたシリコン・エピタキシャル層を酸化膜
を介して非晶質基板上や単結晶シリコンウエハ基板上に
貼り付けるシリコン直接接合技術などへの応用がそれで
ある。

【０００３】このような多孔質シリコンを得るために用
いられる陽極化成装置は、従来、図１２に示す特開昭６
０−９４７３７号等に記載されているような陽極化成装
置であった。

【０００４】図１２に示す従来の陽極化成装置の構成お
よび動作を以下に説明する。化成するウエハ１をはさん
で耐フッ酸性のテフロン製化成槽２ａおよび２ｂを有し
ており、各化成槽は白金電極板３および４が配置されて
いる。化成槽２ａおよび２ｂの外壁面とウエハ１の表面
とは、フッ素ゴム製Ｏリング１０を介して接合してお
り、ウエハ装着が容易で分解可能な構造となっている。
また化成槽２ａおよび２ｂのウエハ１と接する側壁には
前記Ｏリング１０の内径寸法に対応する開口部が設けら
れ、化成槽２ａおよび２ｂ内にはウエハ１をエッチング
するための、純水で希釈されたフッ酸水溶液から成る電
解質溶液６および７が満たされている。各化成槽内のフ
ッ酸水溶液は前記Ｏリング１０により液漏れがないよう
シールされている。

【０００５】上記構成において、白金電極３を陰極にま
た白金電極４を陽極とし、外部直流電源から電流を供給
することで、化成槽２ａ内のフッ酸水溶液６において発
生したフッ素イオンが、ウエハ１の陰極側表面でシリコ
ン原子と反応し多孔質シリコンが形成される。

【０００６】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記従来例では、図１２に示すようにＯリング１０でウエ
ハ１表面を押さえて液漏れシールを行なっているので、
図１３に示すようにウエハ１の陰極側表面でＯリング１
０との接触領域１０１の内側のフッ酸水溶液接触領域１
０２のみ化成されて多孔質化し、Ｏリング１０との接触
領域１０１およびその外周部領域１０３が単結晶シリコ
ン構造のまま残るという問題があった。

【０００７】多孔質シリコンが形成される際には、空孔
の形成によりシリコン結晶中に構造変化が生じる。この
ことで、多孔質シリコンと単結晶シリコンとの間に応力
が生じるのであるが、ウエハ１の化成される表面に単結
晶シリコン構造の部分が残ると、ウエハ１の厚さ方向に
応力の不均一な部分が生じ、格子欠陥、マイクロクラッ
クなどが発生し、ウエハ１上に亀裂を生じてウエハ１が
破損してしまったり、またウエハ１の破損によるフッ酸
水溶液漏れの危険性をともない、多孔質シリコンを安全
に製造できないという問題を生じることがある。

【０００８】図１２に示す装置を用いて、ウエハ１表面
の広い面積で多孔質シリコンを得るためには、Ｏリング
１０の接触領域１０１を小さく、かつ外周端部に近いと
ころに設けなければならない。しかしながら、そのため
にはＯリング１０は細く、かつ内径を大きくしなければ
ならず、さらにウエハ１外周端はラウンディングされて
いるので液漏れシール性が悪化する。

【０００９】また、Ｏリング１０を用いずウエハ１外周
端側面を押さえて液漏れシールを行なった場合、ウエハ
１の表面全面に多孔質シリコンを形成することができる
が、ウエハ１外周端がラウンディングされているので、
液漏れシールの方法が難しくなること、シール部材の加
工精度が高くなってしまい実現しにくくなること、また
ウエハのセッティングが複雑になり、装置全体の構造が
複雑になること、などの問題点が生じる。

【００１０】［発明の目的］本発明の目的は、化成処理
されるウエハの全面を均一に処理でき、かつウエハのセ
ッティングが容易で、構造が簡単な陽極化成装置を実現
することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述した課題
を解決するための手段として、溶液中に浸したウエハに
電流を流すことにより、該ウエハ表面を化成する陽極化
成装置において、前記ウエハの表面側と裏面側とにかか
る圧力差によって、前記ウエハをウエハ支持台上に固定
する手段を有することを特徴とする陽極化成装置を提供
するものである。

【００１２】

【作用】本発明によれば、前記ウエハの表面側と裏面側
とにかかる圧力差を利用して、前記ウエハをウエハ支持
台上に固定することにより、従来のようにウエハ周辺部
を覆う支持部材や、シール材をなくし、化成されるウエ
ハの表面全面に多孔質シリコンを得ることができるよう
になる。

【００１３】また、ウエハをウエハ支持台上に置き、圧
力をかけることにより固定できるため、ウエハのセッテ
ィングが容易となる。

【００１４】また、従来のように、ウエハの周辺部に取
り付けるシール材や、支持部材が不要となるため、装置
の構造が簡単になる。

【００１５】

【実施例】［第１の実施例］本発明による第１の実施例
を図１に示す。ここで１は陽極化成されるウエハ、２は
耐フッ酸性化成槽、３は耐フッ酸性金属電極網、４は耐
フッ酸性金属電極板、５はウエハ支持台、６は化成用フ
ッ酸水溶液、７は電解液、８は耐フッ酸性圧力板、１０
はフッ素ゴム製リングである。

【００１６】上記構成において、ウエハ１を化成槽２内
のウエハ支持台５上に置き、化成槽２内のウエハ１表面
側にフッ酸水溶液６をウエハ１裏面側に電解液７を満た
す。

【００１７】その後、耐フッ酸性圧力板８を図中の矢印
で示す方向に動かし、ウエハ１の表面側にかかる圧力
が、ウエハ１の裏面側にかかる圧力より大きくなるよう
調整することで、ウエハ１をウエハ支持台５上に固定す
る。

【００１８】その後フッ酸水溶液６の側の金属電極網３
を陰極、電解液７側の金属電極板４を陽極として、外部
直流電源から電流を供給すると、ウエハ１上のフッ酸水
溶液６と接している面が化成され、多孔質シリコンを形
成する。この時、ウエハ１表面から発生する水素ガスの
気泡は金属電極網３の細孔部から上方へ送出されるの
で、気泡の付着によって金属電極網３とフッ酸水溶液６
とが接しない部分は生じない。

【００１９】また、金属電極板４、圧力板８と、化成槽
２との摺動部はいずれもフッ素ゴム製リング１０で液漏
れシールがなされている。

【００２０】上記構成および上記動作をとることによ
り、ウエハ１上の表面全面に多孔質シリコンを得ること
ができる。

【００２１】図１ではウエハ１の表面側、裏面側いずれ
の圧力板８も可動式となっているが、圧力板８のいずれ
か一方を固定し、他方のみを可動式とすることも可能で
ある。

【００２２】また圧力板８、金属電極板４の摺動部液漏
れシール方法については、図１では圧力板８および金属
電極板４の側面全面をゴムリング１０で覆っているが、
図７に示すようにフッ素ゴム製Ｏリング１０を用いるこ
とも可能である。さらにウエハ１の表面側の圧力板８上
に金属電極板４を設けることも可能である。

【００２３】電解液７については、従来例のようにフッ
酸水溶液を用いることも可能であり、その他種々の電解
液を用いることも可能である。

【００２４】耐フッ酸性化成槽２、耐フッ酸性金属電極
網３、耐フッ酸性金属電極板４、ウエハ支持台５、圧力
板８には種々の材料を用いることができる。例えば化成
槽２、圧力板８の材料としてはテフロン金属電極網３、
金属電極板４については白金、ウエハ支持台５について
はテフロン、ゴアテックスなどを用いることができる。

【００２５】ウエハ支持台５の形態についても種々の例
が考えられる。図１に示す例の他、図８に示すように、
ウエハ外周端部下面との対向面をテーパ加工したもの、
ウエハ外周端部下面との接面をテーパ加工したものなど
が可能である。

【００２６】なお、化成槽２内へのウエハ１のセッティ
ングについてはステッパなどで用いられる搬送ハンドル
を用いる他、図６に示すようにウエハ１裏面側の圧力板
８を昇降してウエハ支持台５上にセッティングするな
ど、種々の方法を用いることができる。

【００２７】〔第２の実施例〕本発明の第２の実施例を
図２に示す。ここで１は化成されるウエハ、２は耐フッ
酸性化成槽、３は耐フッ酸性金属電極網、５は導電性ウ
エハ支持台、６はフッ酸水溶液、８は圧力板、９は支持
台開口部である。

【００２８】上記構成において、ウエハ１を化成槽２内
の導電性ウエハ支持台５上に置き、化成槽２内にフッ酸
水溶液６を満たす。その後、圧力板８を図中矢印で示す
方向に動かし、ウエハ１上の表面側にかかる圧力が、ウ
エハ１の裏面側にかかる圧力より大きくなるよう調整す
ることで、ウエハ１を導電性ウエハ支持台５上に密着固
定し、金属電極網３を陰極、導電性ウエハ支持台５を陽
極として、外部直流電源から電流を供給すると、ウエハ
１上のフッ酸水溶液６と接している面が化成され多孔質
シリコンを形成する。

【００２９】上記構成および上記動作をとることで、ウ
エハ１の表面全面に多孔質シリコンを形成することがで
きる。また、フッ酸水溶液６のみで電解液を用いる必要
がないので装置の構造が小型化簡単化できる。

【００３０】なお、ウエハ支持台５の形状および支持台
開口部９の形状、位置、個数などについては種々の形態
が考えられ特に限定されない。また化成槽２、金属電極
網３、圧力板８の材料については第１の実施例と同様に
種々の材料を用いることができる。導電性ウエハ支持台
５についても、例えば白金のような耐フッ酸金属など種
々の導電性物質を用いることができる。

【００３１】〔第３の実施例〕本発明の第３の実施例を
図３に示す。ここで１〜７は図１と同様であるが、フッ
酸水溶液６および電解液７の液面はそれぞれ化成槽２の
外部に引き出された開口部１１で外気と接している。

【００３２】上記構成においてウエハ１を化成槽２内の
ウエハ支持台５上に置き、化成槽２内のウエハ１表面側
にフッ酸水溶液６をウエハ１裏面側に電解液７を満た
す。このとき開口部１１に表われている液面の高さを、
ウエハ１の表面側にかかる圧力が、ウエハ１の裏面側に
かかる圧力より大きくなるよう調整することでウエハ１
をウエハ支持台５上に固定する。その後フッ酸水溶液６
の側の金属電極板３を陰極、電解液７側の金属電極板４
を陽極として、外部直流電源から電流を供給すると、ウ
エハ１上のフッ酸水溶液６と接している面が化成され多
孔質シリコンを形成する。

【００３３】上記構成および上記動作をとることによ
り、ウエハ１の表面全面に多孔質シリコンを得ることが
できる。また金属電極板３，４が固定されているので、
電極板と化成槽２との摺動部の液漏れシールの必要がな
く装置の構造を簡単にすることができる。

【００３４】なお、図３において示した装置は枚葉化成
式構造をとっているが、図１０に示す構成をとり、１回
の化成で多数枚のウエハを処理することも可能である。
ここでは３枚のウエハを処理しているが、枚数について
は特に限定されない。図１０で１ａ，１ｂ，１ｃはウエ
ハであり、２〜７は図３と同一である。

【００３５】動作については、図３に示す場合と同様
に、金属電極板３を陰極、４を陽極として外部直流電源
から電流を供給すると、ウエハ１ａ，１ｂ，１ｃの表面
側（図１０では上側）が化成され多孔質シリコンを形成
する。これはウエハ１ａの化成について考えると、金属
電極板３が陰極、ウエハ１ｂが陽極となり、ウエハ１ｂ
の化成についてはウエハ１ａが陰極、ウエハ１ｃが陽
極、…という形で電流がフッ酸水溶液６中に流れること
による。

【００３６】また、化成槽２、金属電極板３，４、ウエ
ハ支持台５の材料、電解液７の種類、ウエハ支持台５の
形状については第１の実施例同様種々の形態を考えるこ
とができる。また開口部１１の形状についても特に限定
されない。ウエハのセッティングについても搬送ハンド
ルを用いて横から挿入する方法や、昇降する台上にウエ
ハを載せてセッティングする方法（図６参照、金属電極
板４を昇降台上に載せ上下に動かせるようにしてこの上
にウエハを置く）など、種々の方法を考えることができ
る。

【００３７】〔第４の実施例〕本発明の第４の実施例を
図４に示す。ここで１〜６、９は図２と同様である。

【００３８】上記構成において、ウエハ１を化成槽２内
の導電性ウエハ支持台５上に置き、支持台開口部９から
真空吸引して導電性ウエハ支持台５上にウエハ１を固定
する。その後、化成槽２内にフッ酸水溶液６を満たし、
金属電極網３を陰極、導電性ウエハ支持台５を陽極とし
て、外部直流電源から電流を供給すると、ウエハ１上の
フッ酸水溶液６と接している面が化成され多孔質シリコ
ンを形成する。化成時発生する気泡は金属電極網３の細
孔部から上方へ送出されるので、金属電極網３とフッ酸
水溶液６とは化成中接し続けている。

【００３９】支持台開口部９を設けた導電性ウエハ支持
台５としては、種々の形態が考えられる。例えば、ウエ
ハ１との接触部を白金でコーティングされたステッパ用
ウエハチャックを用いることも可能である。

【００４０】また図９に示すように金属電極網を金属電
極板３とし、この金属電極板３に外部から振動を与える
方法や、電極板を上下に動かすことで、上記の化成時発
生する気泡を上部へ送出し、金属電極板３とフッ酸水溶
液とを化成中接しつづけさせることも可能である。図９
において１０はフッ素ゴム製リングで、材料、形状につ
いては第１の実施例の場合と同様である。また１３は金
属電極支持板で、材料、形状については第１の実施例に
おける圧力板８と同様に考えることができる。

【００４１】さらに、図１１に示すように化成槽２のウ
エハ１の化成に直接影響しない部分に開口部１１を設
け、化成中に発生する気泡によって金属電極３とフッ酸
水溶液６との接触が妨げられないようにすることも可能
である。

【００４２】〔第５の実施例〕第５の実施例を図５に示
す。ここで１ａ，１ｂ，１ｃは化成されるウエハ、２は
化成槽、３，４は金属電極板、５ａ，５ｂ，５ｃはウエ
ハ支持台、６はフッ酸水溶液、７は電解液、１０ａ，１
０ｂ，１０ｃはフッ素ゴム製リング、１２ａ，１２ｂ，
１２ｃはウエハ支持台移動用突起部である。

【００４３】上記構成において、ウエハ１ａ，１ｂ，１
ｃを各々化成槽２内のウエハ支持台５ａ，５ｂ，５ｃ上
に置き、化成槽２内にフッ酸水溶液６および電解液７を
満たす。

【００４４】その後、突起部１２ａ，１２ｂ，１２ｃを
図中矢印の方向に動かし、各ウエハ１ａ，１ｂ，１ｃに
ついて、その表面側にかかる圧力が、裏面側にかかる圧
力より大きくなるよう調整することで各ウエハ１ａ，１
ｂ，１ｃを、各ウエハ支持台５ａ，５ｂ，５ｃ上に固定
する。

【００４５】ここで、化成槽２の側面（図中では突起部
１２ａ，１２ｂ，１２ｃの方向）には突起部１２ａ，１
２ｂ，１２ｃ移動用の開口部が設けられている。フッ素
ゴム製リング１０ａ，１０ｂ，１０ｃはこの開口部と化
成槽２内、及びウエハ支持台５ａ，５ｂ，５ｃと化成槽
２によって閉じられる空間内での液漏れを防ぐために設
けられている。

【００４６】金属電極板３を陰極、金属電極板４を陽極
として外部直流電源から電流を供給するとウエハ１ａ，
１ｂ，１ｃの表面側（図では上側）が化成され、多孔質
シリコンが形成される。

【００４７】このとき、ウエハ支持台５ａ，５ｂ，５ｃ
上に図に示すように凹部を設け、化成時にこの凹部が上
になるよう（図では左が上になるよう）に化成槽２を置
いて化成を行うと、化成中に発生する気泡がこの凹部へ
集まるので、金属電極板３とウエハ１ａ，１ｂ，１ｃは
フッ酸水溶液６とは化成中接し続けることができる。

【００４８】なお第３の実施例を除き、その他の実施例
では化成槽は密閉系となっているので、化成中に水素気
泡が発生することにより、ウエハ表面側の圧力が増大し
ていく。このことにより、ウエハの破損が心配される場
合、化成槽２のフッ酸水溶液６が満たされる層の上部に
水素ガス排出口と自動調節可能な安全弁機能を設け、あ
る一定以上の圧力となった場合、水素ガスを排出して圧
力を一定に保つようにすると安全に化成を行うことがで
きる。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、陽極化成時に化成
されるウエハの表面側と裏面側とにかかる圧力差を利用
して、ウエハをウエハ支持台上に固定することで、ウエ
ハ上の化成される面全面に多孔質シリコンを得ることが
できる。

【００５０】またウエハのセッティングが容易で、化成
装置の構造を簡単にすることができる。さらに液漏れシ
ール材の加工精度を高くしなくても、高い液漏れシール
性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による陽極化成装置の第１の実施例を示
す断面図。

【図２】本発明による陽極化成装置の第２の実施例を示
す断面図。

【図３】本発明による陽極化成装置の第３の実施例を示
す断面図。

【図４】本発明による陽極化成装置の第４の実施例を示
す断面図。

【図５】本発明による陽極化成装置の第５の実施例を示
す断面図。

【図６】本発明による陽極化成装置の第１の実施例にお
けるウエハセッティングの一例を示す断面図。

【図７】本発明による陽極化成装置の第１、第２、第５
の実施例における圧力板またはウエハ支持台と化成槽と
の液漏れシールの一例を示す断面図。

【図８】本発明による陽極化成装置の第１の実施例にお
けるウエハ支持台の形状の一例を示す断面図。

【図９】本発明による陽極化成装置の第４の実施例にお
ける金属電極の一例を示す断面図。

【図１０】本発明による陽極化成装置の第３の実施例に
おける一応用例を示す断面図。

【図１１】本発明による陽極化成装置の第３の実施例に
おける別の一応用例を示す断面図。

【図１２】従来の陽極化成装置の一例を示す断面図。

【図１３】従来の陽極化成装置により化成されたウエハ
表面の説明図である。

【符号の説明】

１（ａ，ｂ，ｃ） ウエハ ２（ａ，ｂ） 化成槽 ３ 金属電極板または金属電極網 ４ 金属電極板 ５（ａ，ｂ，ｃ） ウエハ支持台 ６ フッ酸水溶液 ７ 電解液 ８ 圧力板 ９ ウエハ支持台開口部 １０ リングまたはＯリング １２（ａ，ｂ，ｃ） ウエハ支持台移動用突起部 １３ 金属電極支持台 １０１ Ｏリング接触領域 １０２ フッ酸水溶液接触領域 １０３ 外周部領域 １１１ 化成槽開口部

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶液中に浸したウエハに電流を流すこと
   により、該ウエハ表面を化成する陽極化成装置におい
   て、 前記ウエハの表面側に該ウエハ裏面側よりも大きな圧力
   を加え、該圧力差によって、前記ウエハをウエハ支持台
   上に固定する手段を有することを特徴とする陽極化成装
   置。
2. 【請求項２】 前記電流を流すための陰極側電極を網状
   金属電極としたことを特徴とする請求項１に記載の陽極
   化成装置。
3. 【請求項３】 前記電流を流すための電極のうち少なく
   とも一方を可動式としたことを特徴とする請求項１記載
   の陽極化成装置。
4. 【請求項４】 前記溶液を入れた化成槽上部に前記化成
   反応により発生するガスを排出する開口部を設けたこと
   を特徴とする請求項１又は２記載の陽極化成装置。
5. 【請求項５】 前記ウエハ支持台が導電性物質から成る
   ことを特徴とする請求項１記載の陽極化成装置。
6. 【請求項６】 前記ウエハ支持台に外部圧力と通じる開
   口部を設けたことを特徴とする請求項１，２，３，５の
   いずれか１項に記載の陽極化成装置。
7. 【請求項７】 前記開口部から吸引することにより、前
   記ウエハを前記ウエハ支持台に固定する手段を有するこ
   とを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の陽
   極化成装置。
8. 【請求項８】 前記ウエハの表面側に該ウエハ裏面側よ
   りも大きな圧力を加え、該圧力差によって前記ウエハを
   ウエハ支持台上に固定する手段として、移動可能な前記
   ウエハ支持台により、前記圧力を加えることを特徴とす
   る請求項１に記載の陽極化成装置。
9. 【請求項９】 複数の前記ウエハを配置して同時に化成
   処理を行なう請求項１〜８のいずれか１項に記載の陽極
   化成装置。
10. 【請求項１０】 溶液中に浸したウエハに電流を流すこ
    とにより、該ウエハ表面を化成する陽極化成装置におい
    て、 前記ウエハ裏面に接触して支えるウエハ支持台と、 前記ウエハ表面側に接触する化成溶液と、前記ウエハ裏
    面側に接触する電解液と、 前記化成溶液を介して前記ウエハの表面側に該ウエハの
    裏面側よりも大きな圧力を加える第１の加圧手段と、 前記電解液を介して前記ウエハの裏面側に該ウエハの表
    面側よりも小さな圧力を加える第２の加圧手段と、 前記ウエハの表面側に設けられた電極と、前記ウエハ裏
    面側に設けられた電極と、を有し、 前記第１の加圧手段と第２の加圧手段との圧力差によ
    り、前記ウエハを前記ウエハ支持台に固定することを特
    徴とする陽極化成装置。
11. 【請求項１１】 溶液中に浸したウエハに電流を流すこ
    とにより、該ウエハ表面を化成する陽極化成装置におい
    て、 前記ウエハ裏面に接触して支え、外部圧力と通じる開口
    部を有する導電性ウエハ支持台と、 前記ウエハ表面側に接触する化成溶液と、 前記化成溶液を介して前記ウエハの表面側に該ウエハの
    裏面側よりも大きな圧力を加える加圧手段と、 前記ウエハの表面側に設けられた網状金属電極と、を有
    し、 前記ウエハ表面側の圧力を該ウエハ裏面側の圧力より大
    きくすることにより、前記ウエハを前記ウエハ支持台に
    固定することを特徴とする陽極化成装置。