HALBLEITERSUBSTRATS

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum einseitigen Ätzen einer Halbleiterschicht gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 8.

I m Herstellungsverfahren von Halbleiterwafern oder Halbleiterbauelementen ist es häufig wünschenswert, einen Ätzvorgang an lediglich einer Seite einer Halbleiterschicht durchzuführen .

H ierzu kann die nicht zu ätzende Seite mit einer Ätz-Schutzschicht versehen werden , so dass in einem nachfolgenden , Ätzvorgang lediglich die nicht von der Schutzschicht bedeckte Seite bearbeitet wird . Ein derartiges Vorgehen ist jedoch verfahrensaufwändig, da die Schutzschicht aufgebracht und wieder abgenommen werden muss.

Es sind daher Verfahren bekannt, bei welchen lediglich die zu ätzende Seite der Halbleiterschicht mit einem Elektrolyten benetzt wird . Mittels einer Konstantstromquelle wird ein Ätzstrom zwischen dem Elektrolyten und der Halbleiterschicht erzeugt, so dass ein einseitiges Ätzen erfolgt.

Ein solches Verfahren und eine hierfür geeignete Vorrichtung ist aus DE

1 0 201 3 21 9 886 A1 bekannt. H ierbei wird mittels einer Transportvorrichtung die Halbleiterschicht derart über einen Elektrolyten in einer Ätzkammer bewegt, dass im Wesentlichen nur die dem Elektrolyten zugewandte Seite der Halbleiterschicht mit dem Elektrolyten benetzt wird .

Es besteht ein großer Bedarf, die Anwendungsbereiche des vorbeschriebenen Ätzverfahrens zu erweitern und die Fehleranfälligkeit zu verringern , um d ie Verwendung in industriellen Prozessen mit einem hohen Durchsatz zu ermöglichen .

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das vorbekannte Verfahren und die vorbekannte Vorrichtung zum einseitigen Ätzen einer Halb- leiterschicht weiterzubilden , in dem die Fehleranfälligkeit verringert und/oder die Anwendungsbereiche vergrößert werden .

Gelöst ist diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zum einseitigen Ätzen einer Halbleiterschicht gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum einseitigen Ätzen einer Halbleiterschicht gemäß Anspruch 8 und die in den Ansprüchen 1 6 und 1 7 aufgeführten Verwendungen .

Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 ist bevorzugt zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere einer bevorzugten Ausführungsform hiervon , ausgebildet. Das erfindungsgemäße Verfahren ist bevorzugt zur Durchführung mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere einer bevorzugten Ausführungsform hiervon , ausgebildet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum einseitigen Ätzen einer Halbleiterschicht weist ein Ätzbecken zur Aufnahme eines Elektrolyten auf. Weiterhin weist die Vorrichtung eine erste Elektrode (zur Ausbildung einer Anode), welche zur elektrischen Kontaktierung des sich bei Benutzung in dem Ätzbecken befindenden Elektrolyten angeordnet ist sowie zumindest eine zweite Elektrode (zur Ausbildung einer Kathode), welche zur mittelbaren oder unmittelbaren elektrischen Kontaktierung der Halbleiterschicht angeordnet ist.

Die Vorrichtung weist weiterhin zumindest eine elektrische Stromquelle auf, welche mit der ersten und der zweiten Elektrode zum Erzeugen eines Ätzstroms elektrisch leitend verbunden ist. Weiterhin weist die Vorrichtung zumindest eine Transportvorrichtung zum Transport der Halbleiterschicht relativ zu dem Ätzbecken auf. Der Transport erfolgt derart, dass im Wesentlichen nur eine zu ätzende Ätzseite der Halbleiterschicht durch den sich bei Benutzung in dem Ätzbecken befindenden Elektrolyten benetzbar ist.

Die zu ätzende Halbleiterschicht kann hierbei eine Halbleiterscheibe, insbesondere ein Halbleiterwafer sein . Ebenso kann die Halbleiterschicht eine mittelbar oder un mittelbar auf ein Trägersubstrat aufgebrachte Halbleiterschicht sein .

Ebenso kann die Halbleiterschicht intrinsisch oder dotiert sein . Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich insbe- sondere zum einseitigen Atzen einer Silizium-Halbleiterschicht und insbesondere eines Siliziumwafers.

Der Elektrolyt ist hierbei derart ausgebildet, dass in Zusammenwirkung mit dem Ätzstrom , welcher zwischen den beiden Elektroden und somit auch zwischen dem Elektrolyten und der Halbleiterschicht fließt, ein Ätzen der Halbleiterschicht an dem Bereich erfolgt, welche mit dem Elektrolyten benetzt sind und in welchem der Ätzstrom fließt.

Wesentlich ist, dass die Stromquelle als variable Stromquelle ausgebildet ist und das die Vorrichtung eine Steuereinheit zur Steuerung der variablen Stromquelle aufweist. Die Vorrichtung ist dabei derart ausgebildet, dass der Ätzstrom während des Ätzvorgangs mittels der Steuereinheit automatisch änderbar ist.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt somit während des Ätzvorgangs ein Ändern des Ätzstroms, ohne dass es hierfür einen manuellen Eingriff seitens eines Benutzers bedarf.

H ierdurch wird das Einsatzgebiet der Vorrichtung erweitert und/oder die Fehleranfälligkeit verringert:

Ätzvorgänge sind typischerweise zumindest hinsichtlich der Ätzgeschwindigkeit abhängig von dem Ätzstrom, so dass durch ein automatisches Variieren des Ätzstroms ein breiter Anwendungsbereich zum Erzeugen gezielt inhomogener Schichten , insbesondere in einer Richtung senkrecht zur Ätzseite der Halbleiterschicht inhomogene Schichten oder Schichtsysteme erschlossen wird :

So ist die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere geeignet, die Halbleiterschicht an der Ätzseite zu porosifizieren . H ierbei wird der U mstand genutzt, dass unterschiedliche Ätzgeschwindigkeiten in Tiefenrichtung (senkrecht zur Ätzoberfläche) demgegenüber geringeren Ätzgeschwindigkeiten in einer Richtung parallel zur Ätzoberfläche vorliegen . Es ist an sich bekannt, mittels solcher Ätzverfahren poröse Oberflächenschichten an der Halbleiterschicht zu erzeugen , insbesondere poröse Oberflächenschichten bei Silizium- Halbleiterschichten . Die erfindungsgemäße Vorrichtung erweitert nun die Anwendungsmöglichkeiten , in dem durch Vorgabe einer automatischen Ätzstromänderung während des Ätzvorgangs mittels der Steuereinheit in Tiefenrichtung unterschiedlich poröse Schichten ausgebildet werden können . I nsbesondere wird bevorzugt ein

Schichtsystem aus abwechselnd nieder- und hochporösen Teilschichten ausgebildet.

Solche Schichtsysteme werden bevorzugt durch zyklische Modulation des Ätzstroms mittels der Steuereinheit insbesondere durch Aufmodulation eines Sinusoder Rechteckprofils erzeugt.

Die Steuereinheit ist somit bevorzugt derart ausgebildet, dass der Ätzstrom durch Vorgabe eines zeitlichen Verlaufs steuerbar ist, insbesondere durch Vorgabe eines zeitlich modulierten , insbesondere sinus- oder rechteckartig modulierten Ätzstroms.

Eine weitere Vergrößerung des Anwendungsbereichs ergibt sich , indem während des Transports der Halbleiterschicht mittels der Transportvorrichtung relativ zu dem Ätzbecken eine Variation des Ätzstroms erfolgt. Hierdurch können unterschiedliche Schichteigenschaften in lateraler Richtung (d . h. in Transportrichtung) erzeugt werden . Ebenfalls kann die Ätzstromdichte (Strom pro strom- durchflossener Fläche) bei durch den Transport veränderlicher zu ätzender Fläche konstant gehalten werden , wie weiter unten detailliert beschrieben .

Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum einseitigen Ätzen einer Halbleiterschicht mittels eines Ätzstroms zwischen einem Elektrolyten und der Halbleiterschicht ausgebildet. Die Halbleiterschicht ist hierbei im Wesentlichen einseitig von dem Elektrolyten benetzt. Wesentlich ist, dass während des Ätzvorgangs der Ätzstrom automatisch variiert wird . Hierdurch ergeben sich die zuvor beschriebenen Vorteile.

U ntersuchungen des Anmelders haben darüber hinaus ergeben , dass eine häufige Fehlerquelle bei der Weiterverwendung der einseitig geätzten Halbleiterschicht daher auftritt, dass an den Rändern der Halbleiterschicht in Transportrichtung I nhomogenitäten auftreten . Ausführliche U ntersuchungen zeigten , dass bei Eintritt der Halbleiterschicht in das Ätzbecken , d . h . in einer Eingangsphase, in welcher die Halbleiterschicht mittels der Transportvorrichtung erstmals mit dem Elektrolyten in Kontakt kommt und somit ein erster, in Transportrichtung vorne liegender Randbereich der Halbleiterschicht geätzt wird , besonders hohe Ätzstromdichten bei bisher bekannten Vorrichtung und Verfahren auftreten . Dies wird verursacht durch den durch Konstantstromquellen aufgeprägten konstanten Stromfluss bei veränderlicher, zu ätzender Fläche.

Ein ähnlicher Effekt tritt bei Herausfahren der Halbleiterschicht auf. Sofern die Halbleiterschicht durch Ändern der Transportrichtung rückwärts wieder herausgefahren wird , tritt dieser Effekt nochmals an dem bereits zuvor beschriebenen Rand auf. Typischerweise wird die Halbleiterschicht jedoch über das Ätzbecken hinweggefahren , so dass der zuvor beschriebene, in Transportrichtung vorne liegende Rand zuerst aus dem Ätzbecken austritt und ein diesem Rand gegenüber liegender, in Transportrichtung hinten liegender Rand bei Abschluss des Bearbeitungsvorgangs das Ätzbecken verlässt und sich an diesem Rand die Verbindung zwischen dem Elektrolyten und der Halbleiterschicht löst. Auch an diesem hinteren Rand treten gemäß Untersuchungen des Anmelders I nhomogenitäten aufgrund sich stark erhöhender Ätzstromdichten auf.

I n einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit somit derart ausgebildet, dass der Ätzstrom durch Vorgabe eines zu Beginn des Ätzvorgangs anschwellenden und/oder zum Ende des Ätzvorgangs abschwellenden Ätzstroms vorgebbar ist. Bevorzugt wird sowohl ein zu Beginn des Ätzvorgangs anschwellender, als auch ein zum Ende des Ätzvorgangs abschwellender Ätzstroms vorgegeben , bevorzugt wird der Stromfluss derart moduliert, dass eine gleichbleibende Ätzstromdichte erzielt wird .

H ierdurch kann der Ätzstrom bei Einfahren der Halbleiterschicht in das Ätzbecken und/oder bei Ausfahren aus dem Ätzbecken derart vorgegeben werden , dass ein homogener Ätzvorgang über die gesamte Fläche der Halbleiterschicht erfolgt und somit die in Transportrichtung vorne und hinten liegenden Randbereiche nicht mehr die bisher auftretenden I nhomogenitäten aufweisen .

Die Änderung des Ätzstroms erfolgt hierbei bevorzugt durch Vorgeben einer ansteigenden Rampe bei Einfahren in das Ätzbecken und entsprechend einer abnehmenden Rampe bei Herausfahren aus dem Ätzbecken . I nsbesondere wird bei Einfahren in das Becken bevorzugt ein stetig ansteigender Atzstrom vorgegeben und bei Herausfahren aus dem Becken bevorzugt ein stetig abnehmender Ätzstrom . Die zu ätzenden Halbleiterschichten weisen dabei eine bevorzugte Länge von 1 00 mm bis 1 500 mm, insbesondere von 1 50 bis 250 mm auf. Die Höhe des Ätzstroms im Verlauf der Rampe ist dabei vorzugsweise verknüpft mit dem Flächenanteil der sich bereits bzw. noch in dem Ätzbecken befindlichen im Vergleich zum maximal im Ätzbecken ätzbaren Halbleiterschicht. Die eingesetzten Ätzströme variieren hierbei beispielsweise bei einer 1 56mm langen Halbleiterschicht von 0 bis 50 A, insbesondere von 0 bis 30 A.

Bevorzugt ist zwischen dem anschwellenden und dem abschwellendem Verlauf des Ätzstroms eine Plateauphase mit konstantem Ätzstrom vorgegeben . Typischerweise ergibt sich bei Bewegen der Halbleiterschicht relativ zu der Ätzkammer eine Zwischenphase, in welcher sich die Größe der durch den Elektrolyten benetzten Fläche der Halbleiterschicht nicht ändert. Dies kann darin begründet sein , dass die Länge der Halbleiterschicht in Transportrichtung größer als die entsprechende Länger der Ätzkammer ist und somit in der Zwischenphase die Halbleiterschicht die Ätzkammer zumindest in Transportrichtung vollständig überdeckt. Ebenso kann solch eine Zwischenphase auftreten , wenn die Länge der Ätzkammer in Transportrichtung größer als die entsprechende Länge der Halbleiterschicht ist und somit in der Zwischenphase die Halbleiterschicht zumindest in Transportrichtung vollständig mit dem Elektrolyten benetzt ist.

Vorteilhafterweise ist für die Zwischenphase ein konstanter Ätzstrom vorgegeben , da sich in der Zwischenphase die benetzte Fläche nicht ändert.

I n einer vorteilhaften Ausgestaltung werden beim Einfahren und/oder beim Herausfahren I nhomogenitäten vermieden , in dem beim Einfahren der Ätzstrom ansteigt, insbesondere bevorzugt proportional zu der von dem Elektrolyten benetzten Fläche ansteigt. Alternativ oder insbesondere bevorzugt zusätzlich nimmt der Ätzstrom beim Herausfahren ab, insbesondere bevorzugt proportional zu der vom Elektrolyten bedeckten Fläche.

Bei gleichzeitigem Ein- und Ausfahren mehrerer Halbleiterschichten in/aus einem Ätzbecken wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Ätzstrom so mod uliert, dass durch Superposition der jeweiligen an- und abschwellenden Ätzströ- me eine zu jeder Zeit konstante Atzstromdichte auf die Halbleiterschichten gewährleistet ist. Dies wird beispielsweise bei beabstandet voneinander in das Ätzbecken ein- und ausfahrende Halbleiterschichten , wenn der Abstand kleiner als die Länge des Ätzbeckens ist, in vorteilhafter Weise angewendet. Dabei wird beim Ausfahren der ersten Halbleiterschicht der Ätzstrom in bereits beschriebener Weise proportional zur abnehmenden Fläche reduziert, sobald eine zweite Halbleiterschicht in das Ätzbecken einfährt der Ätzstrom konstant gehalten , und , sobald die erste Halbleiterschicht das Ätzbecken vollständig verlassen hat der Ätzstrom flächenproportional erhöht bis die zweite Halbleiterschicht die gesamte Fläche des Ätzbeckens bedeckt und der Ätzstrom nunmehr konstant gehalten wird . H ierdurch kann der Ätzstrom zu jeder Zeit derart vorgegeben werden , dass ein homogener Ätzvorgang über die gesamte Fläche der Halbleiterschichten erfolgt und somit die in Transportrichtung vorne und hinten liegenden Randbereiche nicht mehr die bisher auftretenden I nhomogenitäten aufweisen .

I nsbesondere ist es somit vorteilhaft, den Ätzstrom proportional zu der im Ätzbecken benetzten Halbleiterfläche zu variieren , wobei die benetzte Halbleiterfläche die Gesamte benetzte Halbleiterfläche ist, welche sich aus Teilflächen mehrerer Halbleiterschichten additiv zusammensetzen kann , sofern zumindest teilweise zwei oder mehrere Halbleiterschichten gleichzeitig im Ätzbecken von dem Elektrolyten benetzt sind .

Sofern der zeitliche Ablauf beim Transport der Halbleiterschicht mittels der Transportvorrichtung bekannt ist, kann durch Vorgabe eines zeitlichen Verlaufs des Ätzstroms die gewünschte Wirkung erzielt und/oder die gewünschte Homogenität sichergestellt werden .

I n einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit der Vorrichtung derart ausgebildet, dass der Ätzstrom abhängig von einem Steuersignal , insbesondere einem Detektorsignal steuerbar ist. Hierdurch kann der vorgegebene zeitl iche Verlauf durch das Steuersignal getriggert werden . I nsbesondere ist es vorteilhaft, dass ein Positionsdetektor zur Detektion zumindest einer Positionierung der Halbleiterschicht relativ zu dem Ätzbecken vorgesehen ist und das der Positionssensor mit der Steuereinheit zusammenwirkend ausgebildet ist, um ein Triggersignal zum Starten des vorgegebenen zeitlichen Verlaufs des Ätzstroms an die Steuereinheit zu senden . Ein solcher Positionssensor kann in an sich bekannter Weise als mechanischer Schalter ausgebildet sein . Bevorzugt ist der Positionssensor als berührungsloser Positionssensor, insbesondere bevorzugt als Lichtschranke ausgebildet.

Der Positionssensor ist bevorzugt in Transportrichtung vor dem Ätzbecken angeordnet, so dass der in Transportrichtung vordere Rand bevorzugt unmittelbar oder kurz vor Eintreten in das Ätzbecken und somit kurz vor dem Benetzen des vorderen Randes mit dem Elektrolyten detektiert wird . Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, den Positionssensor im größeren Abstand zu dem Rand des Ätzbeckens anzuordnen . I nsbesondere bei Kenntnis der Transportgeschwindigkeit und insbesondere bevorzugt bei einer konstanten Transportgeschwindigkeit kann durch den entsprechenden Zeitversatz zwischen Detektion des vorderen Randes der Halbleiterschicht und Eintritt dieses Randes in das Ätzbecken berechnet werden . Weiterhin wird bevorzugt durch Detektion der Vorderkante (ein in Transportrichtung vorderer Rand) und der Endkante (ein in Transportrichtung hinterer Rand) der Halbleiterschicht die Transportgeschwindigkeit, sowie die Länge der Halbleiterschicht ermittelt werden , insbesondere wird bevorzugt somit die Stromrampe an jede Halbleiterschicht explizit angepasst werden .

I n einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Vorrichtung mindestens einen weiteren Sensor zur Bestimmung von Geometrie- oder Materialeigenschaften oder zur Bestimmung der I dentität der Halbleiterschicht. Die Messwerte dieses mindestens einen weiteren Sensors werden von einer geeigneten Verarbeitungseinheit, insbesondere der Steuereinheit, dazu genutzt, das Profil des Ätzstroms, insbesondere dessen Maximalhöhe an die Eigenschaften der Halbleiterschicht anzupassen .

Beispielsweise wird in einer vorteilhaften Ausführung ein Sensor zur Bestimmung der Leitfähigkeit der Halbleiterschicht verwendet, um anhand des Messwerts den Ätzstrom so anzupassen , dass die Ätzrate, die Abhängig von der Leitfähigkeit ist, konstant zu halten . I n gleicher Weise wird ein Sensor zur Bestimmung der Fläche der Halbleiterschicht dazu genutzt, den Ätzstrom flächenproportional einzustellen um eine konstante Ätzstromdichte zu erzielen . Die Abhängigkeit der Ätzrate von der Leitfähigkeit ist beispielsweise aus E. V. Astrova, Y. A. Zharova, "Anisotropy of the Porous Layer Formation Rate in Silicon with Various Acceptor Concentrations", Solid State Phenomena, Vols. 205-206, pp. 370-375, Oct. 201 3 bekannt.

Zur Erzielung einer optimalen Homogenität ist die Vorrichtung bevorzugt derart ausgebildet, dass die Ätzstromdichte an der Halbleiterschicht während des Ätzvorgangs konstant ist, so dass pro Flächeneinheit und unabhängig von der Posi tion der Halbleiterschicht stets in etwa der gleiche Ätzstrom einwirkt, was bei gleichbleibender Geschwindigkeit und damit gleicher Ätzzeit die gewünschte optimale Homogenität gewährleistet.

I n einer weiter bevorzugten Ausführungsform erfolgt eine Kombination des zeitlich modulierten Ätzstroms mit einem Anstieg des Ätzstromes bei Einfahren der Halbleiterschicht in die Ätzkammer und/oder einem Abnehmen des Ätzstroms bei Herausfahren der Halbleiterschicht aus der Ätzkammer. I n dieser bevorzugten Ausführungsform wird somit die zeitliche Modulierung, insbesondere bevorzugt eine sinusartige, rechteckartige, dreieckartige oder sägezahnartige Modula tion einer ansteigenden Rampe beim Einfahren, einem mittleren Plateau und einer abnehmenden Rampe beim Herausfahren des Wafers überlagert.

I n dieser bevorzugten Ausführungsform nimmt der Ätzstrom somit im zeitlichen Mittel beim Einfahren der Halbleiterschicht zu und/oder der Ätzstrom nimmt im zeitlichen Mittel bei Herausfahren der Halbleiterschicht ab.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren sind insbesondere bevorzugt zum Herstellen einer porösen Halbleiterschicht oder zumindest einer porösen Oberfläche an der Halbleiterschicht wie zuvor beschrieben geeignet.

I nsbesondere ist es vorteilhaft, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und/oder mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Trägersubstrat für eine epi taktische Abscheidung einer Halbleiterschicht, insbesondere für eine epitaktische Abscheidung einer Siliziumschicht auszubilden .

Ein solches Verfahren , bei welchem zunächst ein Trägersubstrat durch einseitiges Ausbilden einer porösen Oberfläche mittels Ätzen vorbereitet wird , anschließend auf der porösen Oberfläche eine Siliziumschicht epitaktisch ausge- bildet wird , welche abschließend von dem Trägersubstrat abgelöst wird zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes, insbesondere einer photovoltaischen Solarzelle, ist in WO 201 3/004851 A1 beschrieben .

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind insbesondere zum Ausbilden einer porösen Oberfläche an einem Trägersubstrat zum epitaktischen Aufwachsen einer Siliziumschicht wie zuvor beschrieben geeignet.

Der Ätzstrom ist bevorzugt derart gewählt, dass sich eine Ätzstromdichte im Bereich von 0, 1 mA/cm ² bis 1 000 mA/cm ² , insbesondere bevorzugt im Bereich 5 mA/cm ² bis 500 mA/cm ² ergibt.

Zum Erzielen einer vorteilhaften Ätzwirkung sind folgende Ausgestaltungen des Elektrolyten vorteilhaft:

Zum Erzeugen von porösem Silicium: 30% bis 80% deionisiertes Wasser, 1 9% bis 49% Flußsäure, Rest Tensid (z. B. Ethanol), z. B. 36% deionisiertes Wasser, 49% Flußsäure, 1 5% Ethanol. Anstatt Flußsäure können alternative dissoziierbare Fluor, Chlor oder andere Halogene enthaltende Verbindungen verwendet werden .

Zum Erzeugen von porösem Galliumarsenid sind Chlor enthaltende Elektrolyten , z. B. Salzsäure bevorzugt, zum Erzeugen von porösem I ndiumphosphid sind Hydroxyl enthaltende Elektrolyten , z. B. Kalilauge bevorzugt, zum Erzeugen von porösem Siliciumcarbid sind Flußsäure enthaltende Elektrolyten bevorzugt.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt der Stromfluss des Ätzstroms von der ersten Elektrode über den Elektrolyten zu der Halbleiterschicht. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die zweite Elektrode die Halbleiterschicht mittelbar oder unmittelbar mechanisch kontaktiert. Eine vorteilhafte Ausführung eines solchen Kontakts ist beispielsweise ein federnd gelagerter Schleifkontakt aus Graphit- oder Metallbürsten .

Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, andere Kontaktierungsarten zum elektrischen Kontaktieren der Halbleiterschicht mit der zweiten Elektrode vorzu- sehen , insbesondere eine der in DE 1 0 201 3 21 9 839 A1 beschriebenen Ausfü hrungsformen zu wählen .

Vorteilhafterweise ist in Transportrichtung zumindest vor dem Ätzbecken ein erstes Kontaktierungsbecken (zur Ausbildung einer Kathode) vorgesehen , welches bei Benutzung mit einem kontaktierenden Elektrolyten , bevorzugt dem identischen Elektrolyten wie im Ätzbecken verwendet, gefüllt ist. Die zweite Elektrode (zur Ausbildung einer Anode) ist bei dieser vorteilhaften Ausführungsform zur elektrischen Kontaktierung der sich bei Benutzung in dem Kontaktierungsbecken befindenden Kontaktflüssigkeit angeordnet.

Die Transportvorrichtung ist hierbei bevorzugt derart angeordnet und ausgebildet, dass die Halbleiterschicht zunächst mit der Kontaktflüssigkeit des Kathodenbeckens zumindest benetzt wird . I nsbesondere ist es vorteilhaft, in gleicher Weise wie auch bei dem Ätzbecken die Halbleiterschicht mittels der Transportvorrichtung derart zu transportieren , dass im Wesentlichen nur die zu ätzende Seite der Halbleiterschicht mittels der sich bei Benutzung im Kontaktbecken befindenden Kontaktflüssigkeit benetzt wird . Bei Einfahren der Halbleiterschicht in das Ätzbecken wird somit die Halbleiterschicht beginnend am vorderen Rand von dem sich in dem Ätzbecken befindenden Elektrolyten benetzt (Anode), wohingegen der verbleibende Bereich der Halbleiterschicht noch von der Kontaktflüssigkeit des Kontaktbeckens (Kathode) benetzt ist. H ierdurch ist somit eine elektrische Kontaktierung der Halbleiterschicht einerseits durch die erste Elektrode mittels des Elektrolyten und andererseits durch die zweite Elektrode mittels der Kontaktflüssigkeit erfolgt, so dass der Ätzvorgang durch Ausbilden eines Ätzstroms gestartet werden kann .

Besonders vorteilhaft ist es, in Transportrichtung nach dem Ätzbecken ein zweites Kontaktierungsbecken (zur Ausbildung einer Kathode) vorzusehen , welches ebenfalls bei Benutzung mit Kontaktflüssigkeit gefüllt ist. I n dem zweiten Kontaktierungsbecken ist eine d ritte Elektrode (zur Ausbildung einer zweiten Kathode) zur Kontaktierung der sich bei Benutzung im zweiten Kontaktierungsbecken befindenden Kontaktflüssigkeit angeordnet. Die zweite Kathode ist ebenfalls elektrisch leitend mit der Stromquelle verbunden mit gleicher Polarität wie die erste Kathode. I nsbesondere ist es vorteilhaft, dass beide Kathoden elektrisch leitend verbunden sind . H ierdurch ergibt sich der Vorteil, dass bei Ausfahren der Halbleiterschicht aus dem Ätzbecken ein Einfahren der Halbleiterschicht in das zweite Kathodenbecken erfolgt, so dass nun das Fließen des Ätzstroms über die Anode und die zweite Kathode sichergestellt ist.

Vorteilhafterweise weist das Ätzbecken in Transportrichtung eine Länge auf, welche kleiner als die Länge der Halbleiterschicht in Transportrichtung ist, so dass stets ein Bereich der Halbleiterschicht über einen hinteren und/oder vorderen Rand des Ätzbeckens übersteht und in diesen überstehenden Bereichen stets eine Kontaktierung wie zuvor beschrieben zur Ausbildung des Ätzstroms gewährleistet werden kann .

I nsbesondere ist es vorteilhaft, dass der zu dem Ätzbecken weisende Rand des ersten Kathodenbeckens und der zu dem Ätzbecken weisende Rand des zweiten Kathodenbeckens parallel zur Transportrichtung einen Abstand aufweisen , welcher kleiner als die Länge der Halbleiterschicht in Transportrichtung ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere für eine Ätztiefe im Bereich 0,01 μ ηι bis 2000 μηι geeignet, bevorzugt von 0 , 1 μηι bis 50 μηι . Insbesondere bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erzeugen einer porösen Oberfläche der Halbleiterschicht wird bevorzugt ein poröser Bereich mit einer Tiefe im Bereich 0,5 μ ηι bis 5 μηι erzeugt. Die Parameterbereiche für Ätzstrom , die Ausgestaltung der Elektroden , Ätzkammern , Transportvorrichtung und des Elektrolyten können in an sich bekannter Weise erfolgen , insbesondere wie in DE 1 0 201 3 21 9 886 A1 beschrieben .

Weitere bevorzugte Merkmale und Ausführungsformen werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren beschrieben . Dabei zeigt:

Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zwei Kontaktierungskammern ;

Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit drei Ätzkammern ; Figur 3 ein schematisch dargestellter zeitlicher Verlauf des Ätzstroms zum Erzielen einer homogenen Ätzwirkung;

Figur 4 ein schematisch dargestellter zeitlicher Verlauf des Ätzstroms zum

Erzielen einer lateral unterschiedlichen Ätzwirkung;

Figur 5 ein schematisch dargestellter zeitlicher Verlauf eines sinusartig modulierten Ätzstroms;

Figur 6 das Ergebnis einer Oberflächenbearbeitung mit dem in Figur 5 dargestellten Stromverlauf und

Figur 7 ein schematisch dargestellter zeitlicher Verlauf eines sinusartig modulierten Ätzstroms mit einem dazwischen liegenden Strom-

Peak.

Sämtliche Figuren zeigen schematische, nicht maßstabsgetreue Darstellungen . Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Elemente.

I n Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum einseitigen Ätzen einer Halbleiterschicht 2 dargestellt. Die Halbleiterschicht 2 ist als Siliziumwafer mit einer Dicke von 1 00 μηι bis 1 500 m, vorliegend 750 μ ηι und einer Dotierung von 1 x1 0 ¹⁵ Atome/cm ³ bis 1 x1 0 ²⁰ Atome/cm ³ , vorliegend 5x1 0 ¹⁸ Atome/cm ³ , dotiert mit entweder Bor oder Phosphor, vorliegend Bor, ausgebildet. Auf der unten liegenden Oberfläche der Halbleiterschicht 2 soll eine poröse Oberfläche erzeugt werden , so dass die Halbleiterschicht 2 als Trägersubstrat zum epitaktischen Aufwachsen einer Siliziumschicht verwendet werden kann .

Die derart hergestellte und anschließend von der Halbleiterschicht 2 abgelöste Siliziumschicht dient zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes, insbesondere zum Herstellen einer photovoltaischen Solarzelle. Die Vorrichtung weist ein Ätzbecken 1 (Anode) auf, welches mit einem Elektrolyten 3 gefüllt ist, mit folgender Zusammensetzung: 30% bis 80%, vorliegend 40% , H ₂ 0; 1 9% bis 49% , vorliegend 40%, H F; Rest, vorliegend 20% , Tensid (z. B. Ethanol).

Eine erste Elektrode 4 ist in dem Ätzbecken 1 angeordnet, um den Elektrolyten 3 elektrisch zu kontaktieren .

Die Vorrichtung weist weiterhin eine Transportvorrichtung auf, von welcher zur besseren Übersichtlichkeit lediglich schematisch Transportrollen 6 dargestellt sind . Mittels der Transportrollen 6, welche durch einen nicht dargestellten motorischen Antrieb gleichsinn ig und in gleicher Geschwindigkeit gedreht werden , wird die Halbleiterschicht 2 in eine Transportrichtung T bewegt, d . h . in der Darstellung gemäß Figur 1 von links nach rechts.

I n Transportrichtung unmittelbar angrenzend an das Ätzbecken 1 ist jeweils ein Kontaktieru ngsbecken (Kathode) 7a (in Transportrichtung vor dem Ätzbecken) und 7b (in Transportrichtung nach dem Ätzbecken) angeordnet. Die Kontaktierungsbecken sind jeweils mit Kontaktierungsflüssigkeit 8a, 8b gefüllt, welche im Anwendungsbeispiel identisch ist zur Kontaktierungsflüssigkeit im Ätzbecken 1 (Anode)

I n dem Kontaktierungsbecken 7a ist eine zweite Elektrode 5a (Kathode 1 ) und in dem Kontaktierungsbecken 7b eine dritte Elektrode 5b (Kathode 2) angeordnet, jeweils zum elektrischen Kontaktieren der Kontaktierungsflüssigkeit (8a, 8b).

Die Vorrichtung weist weiterhin eine Stromquelle 9 auf, welche einerseits mit der ersten Elektrode 4 (Anode) und andererseits mit der zweiten Elektrode 5a (Kathode 1 ) und der dritten Elektrode 5b (Kathode 2) elektrisch leitend verbunden ist. Dementsprechend sind beide Kathoden elektrisch leitend miteinander verbunden .

Wird nun die Halbleiterschicht 2 mittels der Transportvorrichtung in Transportrichtung T bewegt, so wird im Wesentlichen lediglich die unten liegende Seite der Halbleiterschicht 2 durch die Kontaktierungsflüssigkeit 8a, 8b bzw. den Elektrolyten 3 benetzt. Durch ein Spannungspotential zwischen der Anode (Elektrode 4) und einer der Kathoden (Elektrode 5a sowie Elektrode 5b) wird somit über den Elektrolyten 3 und die Kontaktierungsflüssigkeiten ein Ätzstrom erzeugt.

Wesentlich ist nun , dass die Stromversorgung als variable Stromquelle ausgebildet ist und eine Steuereinheit 1 0 vorgesehen ist. Die Steuereinheit ist mit der variablen Stromquelle zusammenwirkend ausgebildet, um den Ätzstrom während des Ätzvorgangs automatisch zu ändern .

Mittels der Steuereinheit 1 0 ist somit eine Änderung des Ätzstroms vorgebbar, insbesondere durch Vorgabe eines zeitlichen Verlaufs und/oder durch Vorgabe einer Änderung des Ätzstroms abhängig von Triggersignalen wie beispielsweise Sensordaten .

H ierdurch können Fehleranfälligkeiten verringert werden , insbesondere durch Erhöhung der Homogenität des Ätzvorgangs und/oder ein breiterer Anwendungsbereich verglichen mit vorbekannten Vorrichtungen erschlossen werden . Dies wird nachfolgend anhand von den Figuren 3 bis 6 erläutert werden .

Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Zum Vermeiden von Wiederholungen wird nachfolgend lediglich auf die wesentlichen U nterschiede gegenüber der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung eingegangen :

Bei der Vorrichtung gemäß Figur 2 wird die Halbleiterschicht 2 unmittelbar durch eine zweite Elektrode 5 (Kathode) kontaktiert. Diese Kathode (Elektrode 5) ist somit ortsfest an der Halbleiterschicht und läuft während des Transportvorgangs in Transportrichtung T mit.

Die Vorrichtung gemäß Figur 2 weist ein Ätzbecken 1 auf, welches mit einem Elektrolyten 3 gefüllt ist. Der Elektrolyt 3 im Ätzbecken 1 ist über die Elektrode (Anode) 4 kontaktiert. Die Zusammensetzung dieses Elektrolyten ist wie folgt: 30% bis 80% H ₂ 0; 1 9% bis 49% H F; Rest Tensid (z. B. Ethanol). Die variable Stromquelle 9 ist somit einerseits mit der Elektrode (Anoden) 4 elektrisch leitend verbunden . Andererseits ist d ie Stromquelle 9 mit der zweiten Elektrode 5 (Kathode) elektrisch leitend verbunden .

Die Vorrichtung gemäß Figur 1 und Figur 2 weisen zusätzlich einen Position ssensor 1 1 auf, welcher als Lichtschranke ausgebildet ist. Mittels des Positionssensors 1 1 lässt sich somit detektieren , wann ein in Transportrichtung vorderer Rand 2a der Halbleiterschicht den Ort des Positionssensors 1 1 erreicht. Der Positionssensor 1 1 ist mit der Steuereinheit 1 0 verbunden , um ein Triggersignal zu der Steuereinheit 1 0 zu senden .

I n einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt mittels der Vorrichtung gemäß Figur 1 das Ausbilden eines Ätzstroms zwischen dem Elektrolyten 3 und der Halbleiterschicht 2, um die Halbleiterschicht 2 an der dem Elektrolyten zugewandten Seite einseitig zu ätzen . Hierbei ist - wie zuvor beschrieben - die Halbleiterschicht im Wesentlichen einseitig von dem Elektrolyten benetzt. Wesentlich ist, dass während des Ätzvorgangs der Ätzstrom automatisch mittels der Steuereinheit 1 0 variiert wird .

Weitere Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachfolgend anhand der Figuren 3 bis 6 erläutert:

U ntersuchungen des Anmelders haben gezeigt, dass insbesondere beim Einfahren der Halbleiterschicht 2 in das Ätzbecken 1 und bei Ausfahren aus dem Ätzbecken 1 starke I nhomogenitäten im Ätzvorgang auftreten , insbesondere konnte in diesen Bereichen ein starker Anstieg der Ätzstromdichte ermittelt werden .

Die Figuren 3 bis 5 und 7 zeigen jeweils schematisch dargestellte, zeitliche Verläufe des Ätzstroms. Auf der X-Achse ist stets die Zeit t aufgetragen und auf der Y-Achse der Ätzstrom I .

I n einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird daher ein zeitlicher Verlauf des Ätzstroms I gemäß Figur 3 vorgegeben .

I n diesem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt zu einem Zeitpunkt t=0, wenn der vordere Rand 2a der Halbleiterschicht 2 in das Ätzbecken 1 einfährt, d . h . den Rand des Ätzbeckens 1 überschreitet und somit erstmals von dem Elektrolyten 3 benetzt wird ein rampenartiges, kontinuierliches Ansteigen des Ätzstroms bis zu einem Zeitpunkt t= 1 . Dieser Zeitpunkt t= 1 stellt die Situation dar, bei welcher der vordere Rand 2a der Halbleiterschicht 2 dem hinteren Rand 1 b des Ätzbeckens 1 erreicht. Zu diesem Zeitpunkt t= 1 überdeckt die Halbleiterschicht 2 das Ätzbecken 1 somit zumindest in Transportrichtung T vollständig.

Wie in Figur 3 ersichtlich , erfolgt nun ein Plateauverlauf des Ätzstroms, d . h . der Ätzstrom wird bis zu einem Zeitpun kt t=2 konstant gehalten . Der Zeitpunkt t=2 ist derjenige Zeitpunkt, an dem der hintere Rand 2b der Halbleiterschicht 2 den vorderen Rand 1 a des Ätzbeckens 1 erreicht. Ab dem Zeitpunkt t=2 ist somit das Ätzbecken (zumindest in Transportrichtung T) nicht mehr vollständig von der Halbleiterschicht 2 bedeckt. Wie in Figur 3 ersichtlich , erfolgt ab diesem Zeitpunkt t=2 ein rampenartiges, stetiges Abnehmen des Ätzstroms I .

Auf diese Weise kann eine erhebliche Verbesserung der Homogenität der Ätzwirkung insbesondere lateral in Transportrichtung erzielt werden , so dass bei der weiteren Verwendung der Halbleiterschicht 2 bisher auftretende Fehler vermieden oder zumindest erheblich verringert werden können .

Beispielsweise wird bei einer Vorschubgeschwindigkeit von 1 00 cm/min , einer Ätzbeckenlänge von 5 cm und einer Länge der Halbleiterschicht aus Silicium von 1 5 cm beim Einfahren in das Ätzbecken der Strom über 3s von 0 A auf 1 0A linear erhöht, dann für 3s konstant gehalten , und darauf folgend für 3s von 1 0A auf 0A abgesenkt. Dieses Verfahren erzeugt eine etwa 0,5 μηι dicke poröse Sili- ciumschicht homogener Dicke.

I n Figur 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum gezielten Erzeugen lateral unterschiedlicher Ätzwirkungen dargestellt:

I n diesem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt zu einem Zeitpunkt t=0, wenn der vordere Rand 2a der Halbleiterschicht 2 in das Ätzbecken 1 einfährt, d . h . den Rand des Ätzbeckens 1 überschreitet und somit erstmals von dem Elektrolyten 3 benetzt wird ein rampenartiges, kontinuierliches Ansteigen des Ätzstroms bis zu einem Zeitpunkt t= 1 . Dieser Zeitpunkt t= 1 stellt die Situation dar, bei welcher der vordere Rand 2a der Halbleiterschicht 2 dem hinteren Rand 1 b des Ätzbeckens 1 erreicht. Zu diesem Zeitpunkt t= 1 überdeckt die Halbleiterschicht 2 das Ätzbecken 1 somit zumindest in Transportrichtung T vollständig.

Wie in Figur 4 ersichtlich , erfolgt nun ein Plateauverlauf des Ätzstroms, d . h . der Ätzstrom wird bis zu einem Zeitpunkt t=2 konstant gehalten . Ab Zeitpunkt t=2 wird der Ätzstrom variiert, in diesem Anwendungsbeispiel reduziert, bis zum Zeitpunkt t=3. Der reduzierte Ätzstrom wird bis zum Zeitpunkt t=4 konstant gehalten und anschließend rampenartig erhöht bis er zum Zeitpunkt t=5 das u rsprüngliche N iveau erreicht hat. Dieses Niveau wird bis zum Zeitpunkt t=6 konstant gehalten . Der Zeitpun kt t=6 ist derjenige Zeitpunkt, an dem der hintere Rand 2b der Halbleiterschicht 2 den vorderen Rand 1 a des Ätzbeckens 1 erreicht. Ab dem Zeitpunkt t=6 ist somit das Ätzbecken (zumindest in Transportrichtung T) nicht mehr vollständig von der Halbleiterschicht 2 bedeckt. Wie in Figur 4 ersichtlich , erfolgt ab diesem Zeitpunkt t=6 ein rampenartiges, stetiges Abnehmen des Ätzstroms I .

Auf diese Weise kann ein an den Randbereichen der Halbleiterschicht stärker ausgeprägter poröser Bereich erzeugt werden . Dies ist insbesondere vorteilhaft für die Wirkung der porösen Schicht als Trennschicht um eine epitaktisch auf die geätzte Schicht aufgebrachte Halbleiterschicht von der Halbleiterschicht 2 zu trennen , wie beschrieben in WO 201 3/004851 A1 . Alternativ kann auch in den Randbereichen durch ein Reduzieren des Stromniveaus zwischen t= 1 und t=2, sowie zwischen t=5 und t=6 unter das Niveau welches zwischen t=3 und t=4 anliegt, ein bewusstes Anhaften der epitaktisch hergestellten Halbleiterschicht erreicht werden .

I n Figur 5 ist die Variation des Ätzstroms bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt:

I n diesem Ausführungsbeispiel verläuft der Ätzstrom im Mittel wie in Figur 3 dargestellt. Zusätzlich wird der Ätzstrom jedoch sinusartig moduliert, wobei die Amplitude der sinusartigen Modulation kleiner ist als die Plateauhöhe zwischen den Zeitpunkten t= 1 und t=2.Auch bei diesem Verfahren wird ein poröser Bereich an der Oberfläche der Halbleiterschicht hergestellt. Aufgrund der sinusa r- tigen Modulation wird hierbei jedoch ein Schichtsystem aus übereinanderliegenden Schichten mit abwechselnd größerer und kleinerer Dichte erzeugt, wie in Figur 6 gezeigt:

Figur 6 zeigt eine Halbleiterschicht 2, welche mit dem zuvor beschriebenen Verfahren behandelt wurde, beispielsweise in einer Vorrichtung gemäß Figur 1 . Die bei Durchführen des Verfahrens unten liegende Ätzseite, an welcher die porösen Schichten erzeugt werden, ist in Figur 6 oben liegend dargestellt. I m rechten Teilbild ist eine Ausschnittsvergrößerung gezeigt. Die weißen Schichten stellen hierbei Schichten mit geringer Dichte dar, bei denen somit durch einen höheren Ätzstrom mehr Material abgeätzt wurde. Die schwarz dargestellten Schichten weisen eine demgegenüber höhere Dichte auf, da aufgrund eines geringeren Ätzstroms weniger Material abgeätzt wurde.

H ierdurch können deutlich dünnere Lagen mit unterschiedlicher Dichte erzielt werden , da deutlich kürzere Ätzzeiten z. B. im Bereich <0, 1 s erzeugt werden . Bei ungeregeltem Ätzstrom sind diese Zeiten nur durch sehr hohe Ü berfahrtgeschwindigkeiten zu realisieren . Diese Geschwindigkeiten können in der Praxis nicht realisiert werden .

Eine solche, beispielsweise als optischer Reflektor verwendbare Schicht wird z. B. durch eine sinusförmige Modulation des Ätzsstroms mit einer Frequenz bevorzugt im Bereich 0,01 Hz bis 500 Hz, vorliegend bevorzugt 0,2 Hz hergestellt, mit jeweiligen Dicken der Einzellagen von etwa 100 nm. Mit höherer Frequenz von z. B. 1 Hz - 1 00 Hz hergestellte Schichten sind vorteilhaft z. B. als Elektrode für Silicium-Lithiumbatterien geeignet, mit jeweiligen Dicken der Einzellagen von unter 1 nm bis einige 1 0 nm.

Durch stetige Erhöhung der I ntensität der aufmodulierten Stromschwingung wird eine Lagenstruktur erzeugt, die in der Lage ist durch Verspannung erzeugten mechanischen Stress graduell abzubauen und dadurch eine stressarme Oberflächenlage herzustellen .

Eine solche Stromführung, beispielsweise in der Frequenz so angepasst dass Dicken von Einzellagen im Bereich z. B. optischer Wellenlängen entstehen , erzeugt Strukturen mit stetig in der Dicke anwachsenden Einzellagen , sogenannte verstimmte („chirped") Bragg-Reflektoren , die besonders breitbandig reflektieren .

Durch Ergänzung des in Fig. 5 gezeigten Stromprofils mit einem oder mehreren Peaks wie in Fig. 7 gezeigt werden zwei oder mehrere Einzellagen erzeugt, die in sich wiederum eine Einzellagen-Struktur aufweisen . Diese können vorteilhafterweise so ausgeführt sein , dass sie sich mechanisch voneinander trennen lassen , z. B. zur Verwendung als Elektroden für Silicium-Lithiumbatterien .