本公開內(nèi)容的實(shí)施方式一般涉及半導(dǎo)體工藝，且更具體而言，涉及用于形成多孔硅層的方法和裝置。

背景技術(shù)：

結(jié)晶硅(包括多晶硅和單晶硅)是用于商業(yè)太陽能光伏(photovoltaic；PV)應(yīng)用的最主要的吸收材料，當(dāng)前占太陽能光伏市場的80％以上。存在形成單晶硅膜和釋放或轉(zhuǎn)移所生長的半導(dǎo)體(例如，單晶硅)層的不同已知方法。無論所使用的方法，伴隨大量值得生產(chǎn)的釋放層形成的低成本方法，低成本外延硅沉積工藝是更廣泛使用硅太陽能電池的前提。此外，通過多孔Si降低成本和釋放層形成對于大量生產(chǎn)是決定性的。

多孔硅(Porous silicon；PS)形成是具有擴(kuò)大的應(yīng)用前景的相當(dāng)新的領(lǐng)域。多孔硅是通過在電解液浴中電化學(xué)蝕刻具有適當(dāng)摻雜的硅晶片來生成的。用于多孔硅的電解液如下：氟化氫(hydrogen fluoride；HF)(典型的在水(H2O)中是49％)、異丙醇(isopropyl alcohol；IPA)(和/或乙酸)，和去離子水(Di H2O)。IPA(和/或乙酸)充當(dāng)表面活性劑并有助于均勻生成多孔硅?？墒褂妙~外的添加劑(諸如某些鹽)來增強(qiáng)電解液的導(dǎo)電性，從而通過歐姆損失降低熱量和功率消耗。

多孔硅已用作MEMS和相關(guān)應(yīng)用中的犧牲層，其中與太陽能光伏相比，對于晶片和所得產(chǎn)品的每單位面積的成本存在高得多的公差。典型地，多孔硅是在較簡單且較小的單晶片電化學(xué)處理腔室上生產(chǎn)的，且在較小的晶片占位面積上具有相對低的產(chǎn)量處理腔室。當(dāng)前，沒有允許高產(chǎn)量、高成本效益的多孔硅制造的市售多孔硅設(shè)備。太陽能光伏應(yīng)用中的技術(shù)可行性取決于將工藝工業(yè)化至大規(guī)模的能力(以低得多的成本)，需要開發(fā)非常低購置成本、高生產(chǎn)率的多孔硅制造設(shè)備。

因此，發(fā)明者已提供用于形成在具有降低成本的高容量下具有高產(chǎn)量的多孔硅層的方法和裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本文提供了用于形成多孔硅層的方法和裝置的實(shí)施方式。在一些實(shí)施方式中，陽極化浴槽包括：(a)外殼，具有保持化學(xué)溶液的第一容積和沿著外殼長度的縱軸；(b)陰極，設(shè)置在外殼的第一側(cè)處的第一容積之內(nèi)；(c)陽極，設(shè)置在與第一側(cè)相對的外殼的第二側(cè)處的第一容積之內(nèi)，其中陰極和陽極的每一個(gè)表面具有給定表面面積；(d)基板保持器，被構(gòu)造以在多個(gè)基板保持位置中的第一容積之內(nèi)沿著基板周邊按照一定方向保持多個(gè)基板，以使得基板表面大體上垂直于縱軸，其中基板保持器被構(gòu)造以保持具有基板表面的給定表面面積的基板，所述基板表面的給定表面面積大體上等于陽極和陰極的表面的給定表面面積；其中第一基板保持位置被設(shè)置在相距陰極的第一距離處，第二基板保持位置被設(shè)置在相距陽極的第二距離處，且其余基板保持位置被設(shè)置在第一基板保持位置和第二基板保持位置之間；其中第一距離和第二距離分別小于或等于多個(gè)基板保持位置中的相鄰位置之間的距離；其中基板保持器圍繞基板的周邊形成密封以當(dāng)基板被設(shè)置在基板保持器之內(nèi)時(shí)，在多個(gè)基板的相鄰對基板之間形成多個(gè)第二容積；和(e)多個(gè)排放口，流體地耦接至第一容積以釋放處理氣體，其中多個(gè)排放口的每一個(gè)的頂端被設(shè)置在第一容積中的化學(xué)溶液填充水平之上。

在一些實(shí)施方式中，將基板傳遞至陽極化浴槽中的方法包括：提供將多個(gè)基板以第一距離分開保持的匣盒；將多個(gè)基板從匣盒傳遞至基板對準(zhǔn)托盤；將基板保持器的上部定向在多個(gè)基板之上，其中基板保持器的上部包含多個(gè)第一主體和相應(yīng)多個(gè)第二主體；對每個(gè)第一主體施加第一力以將每個(gè)第一主體朝向每個(gè)相應(yīng)第二主體移動(dòng)；對每個(gè)第二主體施加第二力以將每個(gè)第二主體朝向每個(gè)相應(yīng)第一主體移動(dòng)，直至每個(gè)第一主體和第二主體圍繞每個(gè)基板周邊形成密封；將上部下降至具有被構(gòu)造以保持化學(xué)溶液的第一容積的外殼中，以將基板沉浸在化學(xué)溶液中，其中第一容積包含沿著外殼的底表面設(shè)置的基板保持器的下部；對基板保持器的上部施加垂直于外殼底表面的方向的力，同時(shí)將基板浸沒于化學(xué)溶液中；對設(shè)置在外殼的第一端處的第一容積之內(nèi)的陰極和設(shè)置在與第一端相對的在外殼的第二端處的第一容積之內(nèi)的陽極施加電流以在基板上形成多孔Si，其中陰極和陽極的直徑等于基板的直徑；從外殼去除基板；將基板暴露于異丙醇清洗劑；將基板暴露于去離子水，快速傾卸清洗；和將基板暴露于旋轉(zhuǎn)干燥工藝。

本公開內(nèi)容的其他和進(jìn)一步實(shí)施方式被描述于下文中。

附圖說明

簡要概述于上文中并在下文中更詳細(xì)論述的本公開內(nèi)容的實(shí)施方式可參考在附圖中描繪的本公開內(nèi)容的說明性實(shí)施方式來理解。然而，應(yīng)將注意，附圖僅示出本公開內(nèi)容的典型實(shí)施方式且不應(yīng)被視為對本公開內(nèi)容的范圍的限制，因?yàn)楸竟_內(nèi)容可允許其他同等有效的實(shí)施方式。

圖1描繪單晶片多孔硅電解浴槽的布置。

圖2描繪典型地用于行業(yè)中的n批次堆疊系列陣列多孔硅電解浴槽的布置。

圖3A至圖3C描繪根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實(shí)施方式的設(shè)置在浴槽之內(nèi)的基板保持器的俯視圖、側(cè)視圖和透視圖。

圖4描繪根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實(shí)施方式的基板保持器的下部。

圖5描繪根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實(shí)施方式的具有多個(gè)基板的基板保持器的下部。

圖6描繪根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實(shí)施方式的基板保持器的上部。

圖7描繪根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實(shí)施方式的當(dāng)上部設(shè)置在下部的頂上時(shí)，第一密封材料和第二密封材料的交叉。

圖8描繪根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實(shí)施方式的多個(gè)基板保持器。

圖9描繪典型地用于行業(yè)中的浴槽設(shè)計(jì)的浴槽的一個(gè)實(shí)施方式。

圖10描繪典型地用于行業(yè)中的浴槽設(shè)計(jì)布置的浴槽的一個(gè)實(shí)施方式。

圖11描繪根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實(shí)施方式的陽極化浴槽的配置。

圖12A至圖12B描繪根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實(shí)施方式的基板保持器的上部。

圖13A至圖13D描繪根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實(shí)施方式的將基板傳遞進(jìn)入和離開陽極化浴槽的配置的方法。

圖14A至圖14C描繪根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實(shí)施方式的陽極化浴槽的配置。

圖15描繪根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實(shí)施方式的基板保持器。

為了促進(jìn)理解，在可能的情況下，已使用相同的元件符號指示所附附圖中共用的相同元件。所附附圖并未按比例繪制且可為了清晰起見將其簡化?？梢灶A(yù)期，一個(gè)實(shí)施方式的元件和特征可有益地并入其他實(shí)施方式，而無需進(jìn)一步敘述。

具體實(shí)施方式

本文提供了用于形成多孔硅層的方法和裝置的實(shí)施方式。在至少一些實(shí)施方式中，本文公開的本發(fā)明的方法和裝置可有利地以低成本提供多孔硅層的高產(chǎn)量生產(chǎn)，其中在基板的兩側(cè)上具有全多孔硅層覆蓋。另外，本發(fā)明的方法可進(jìn)一步有利地通過減少從分批處理反應(yīng)器填充和排出化學(xué)溶液的時(shí)間來提供增強(qiáng)的分批基板處理。雖然不意欲作為限制，但是發(fā)明者已觀察到，本發(fā)明的方法和裝置可在諸如太陽能光伏、半導(dǎo)體微電子學(xué)、微機(jī)電系統(tǒng)(micro-electro-mechanical systems；MEMS)，和光電子學(xué)的應(yīng)用中特別有利。在光伏領(lǐng)域中，本公開內(nèi)容實(shí)現(xiàn)了基于半導(dǎo)體的犧牲分離層(由諸如多孔硅的多孔半導(dǎo)體制成)、埋入式光反射器(由諸如多孔硅的多層/多孔隙多孔半導(dǎo)體制成)的高生產(chǎn)率制造，和用于抗反射涂層、鈍化層和多結(jié)點(diǎn)，多帶隙太陽能電池(例如，通過在結(jié)晶硅薄膜或基于晶片的太陽能電池上形成較寬帶隙的多孔硅發(fā)射極)的多孔半導(dǎo)體形成。在半導(dǎo)體領(lǐng)域中，本發(fā)明的方法和裝置實(shí)現(xiàn)了用于高速和射頻裝置的絕緣體基板上的硅以及用于晶粒(die)分離的犧牲MEMS分離層，和淺溝槽隔離(shallow trench isolation；STI)多孔硅(使用具有最佳孔隙率(porosity)和后續(xù)氧化的多孔硅形成)的制造。多孔Si的其他應(yīng)用包括Si微電子器件的三維集成。外延活性層能夠外延地沉積在多孔Si上，和傳統(tǒng)的二維集成電路(integrated circuit.IC)相比，由于三維集成電路和設(shè)計(jì)，所述外延活性層增加了的器件封裝密度。其他應(yīng)用包括MEMS的一般領(lǐng)域，包括獨(dú)立的，或與集成半導(dǎo)體微電子器件集成的傳感器和致動(dòng)器。

圖1描繪單個(gè)基板多孔硅電解浴槽布置(現(xiàn)有技術(shù))的最為基本的圖?；?00被放置在電解液浴槽102(即，化學(xué)溶液)中，并位于陽極104和陰極106之間。在一個(gè)實(shí)施方式中，電解液浴槽102可以是氟化氫/異丙醇(HF/IPA)溶液。在一些實(shí)施方式中，化學(xué)溶液在填充進(jìn)浴槽之前被預(yù)混合。監(jiān)測HF、H2O和IPA的組成比例來進(jìn)行自動(dòng)尖峰化(automated spiking)以穩(wěn)定晶片產(chǎn)量和化學(xué)溶液的壽命，從而在較低的成本下產(chǎn)生較高的產(chǎn)量。當(dāng)電流通過系統(tǒng)時(shí)，在基板前側(cè)108上產(chǎn)生多孔硅膜；在基板背側(cè)110上則無多孔硅形成。當(dāng)電流穿過系統(tǒng)時(shí)，氫氣可在陰極106和基板背側(cè)110以及陽極104處形成；氧氣可在陽極104和基板前側(cè)108處形成。

圖2展示可用于行業(yè)中的“n”批次堆疊系列陣列的基本形式(現(xiàn)有技術(shù))。在所述布置中，基板100(例如半導(dǎo)體晶片)大體上相對于彼此平行堆疊且可在分批處理反應(yīng)器120(即，浴槽)的任一端上與電極組件垂直地(或者水平地或以其他方向)定向。

如圖2中所示，電極組件是分隔的電極腔室114。電極腔室114與反應(yīng)腔室116分離，該反應(yīng)腔室保持電解質(zhì)化學(xué)溶液和基板100。電極腔室114通過導(dǎo)電膜118與反應(yīng)腔室116分離，所述導(dǎo)電膜允許電場通過，但是防止在陽極化期間的污染基板表面的化學(xué)離子和分子的傳遞。導(dǎo)電膜118可以是自立(self-standing)的或者夾在一些穿孔的非導(dǎo)電板之間以提供機(jī)械穩(wěn)定性。所述分離或分隔允許在電極腔室114和反應(yīng)腔室116中使用不同的電解質(zhì)化學(xué)溶液(各種組成、化學(xué)成分)，而無互相的干擾?；?00是通過傳遞來自放置在氟化氫(HF)化學(xué)溶液中的電極的電流，或者改變所述電流的極性而被陽極化；基板表面的兩側(cè)可對稱地陽極化從而在多孔Si形成之后產(chǎn)生較少的翹曲，此舉對于在雙面多孔硅形成之上的雙面外延是有利的特征。多孔層的孔隙率可通過逐步改變電流來改變，從而產(chǎn)生了對于在具有各種孔隙率的層界面處積聚內(nèi)應(yīng)力而言關(guān)鍵的多層結(jié)構(gòu)(例如，單層、雙層和三層結(jié)構(gòu))，此結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了從多孔硅層的外延層剝落的更高的產(chǎn)量的更好的分裂能力。多個(gè)浴槽系統(tǒng)可被應(yīng)用以結(jié)合雙面多孔Si形成來極大地提高產(chǎn)量至超過2000晶片/小時(shí)。

圖2所示的反應(yīng)腔室116保持基板和電解液。在圖2的反應(yīng)腔室116中，基板100是通過基板保持器(例如晶片夾具)保持就位。基板的數(shù)目可從1增加至n(其中n的最小值是2且最多至少為數(shù)十個(gè)基板)且較大數(shù)量的基板可僅通過增加反應(yīng)器的長度來堆疊?！皀”的最大值基于用于最佳工具占位面積的分批處理反應(yīng)器的可接受大小、化學(xué)利用率、用于“n”個(gè)晶片的適當(dāng)?shù)碾姽β?，等等。處理多個(gè)基板有利地降低了系統(tǒng)的購置成本(cost-of-ownership；CoO)。分批設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)包括共用化學(xué)溶液，使用單對電極，和減少多晶片方案中的總體材料/元件的能力中的一個(gè)或多個(gè)。圖2的實(shí)施方式的其他進(jìn)一步描述被描述于Yonehara等人所著且在2013年7月18日出版的美國專利公開案第2013/0180847號中。

如圖2中所示，所有元件、基板和電極被封閉在單個(gè)分批處理反應(yīng)器120中，所述分批處理反應(yīng)器將每個(gè)基板和電極隔離。如圖2中所示，在當(dāng)前用于行業(yè)中的典型多孔硅電解浴槽的布置中，電極的大小小于基板100的大小，因?yàn)樵谖挥诜磻?yīng)腔室116的端部處的基板(即，端基板)與電極之間的化學(xué)溶液充當(dāng)即將陽極化的端基板上的假想電極。然而，所述配置利用電極和端基板之間的一些距離通過由電極注入的電荷的擴(kuò)散來稀釋進(jìn)入化學(xué)溶液的電功率，從而在由電極部分組成的反應(yīng)腔室116的兩端利用大量的化學(xué)溶液。

此外，位于基板100周邊的密封應(yīng)最小化基板間距，以使得陽極電流不被任何表面密封方法阻塞或遮蔽。另外，密封元件應(yīng)緊密連接而無陽極化電流和電解質(zhì)化學(xué)溶液的滲漏，以確保通過陽極化的多孔Si層的均勻性和安全性，因?yàn)樵〔壑械幕瘜W(xué)溶液(例如，氟化氫)是劇毒材料。

典型的濕式化學(xué)浴槽和處理腔室使用處理腔室的直接流體填充/排放，其中化學(xué)品被直接地泵送于處理腔室中。因此，在工藝可以開始和產(chǎn)生生產(chǎn)率損失之前可能使用額外的填充和排放時(shí)間。在一些實(shí)施方式中，可以使用“浴槽套浴槽(bath in bath)”設(shè)計(jì)。圖9和圖10描繪了浴槽套浴槽設(shè)計(jì)(現(xiàn)有技術(shù))的兩個(gè)現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施方式。在一些實(shí)施方式中，如圖9中所示，預(yù)填充內(nèi)部腔室被完全浸入浴槽和被完全提升出浴槽。在一些實(shí)施方式中，如圖10中所示，常駐浴槽套浴槽使用自動(dòng)裝載機(jī)，所述自動(dòng)裝載機(jī)將一批次基板放置到內(nèi)部浴槽的下部基板保持器部分中，且隨后被退卻。

在圖9中所示的實(shí)施方式中，處理腔室900預(yù)裝載基板902且填充有化學(xué)溶液906。整個(gè)處理腔室900隨后浸入到預(yù)填充有化學(xué)溶液906的較大浴槽904中。如果且當(dāng)由于反應(yīng)或諸如蒸發(fā)損失的其他手段而導(dǎo)致處理腔室900中的液面下降時(shí)，在處理腔室900的頂部的孔口/出口908允許化學(xué)溶液906填充處理腔室900。然而，在圖9的配置中，在多孔Si層的形成期間，陽極化電流通過孔口/出口908在應(yīng)被隔離的基板902之間泄露，從而導(dǎo)致在多孔Si層中的厚度和孔隙率的不均勻性。一旦工藝完成，處理腔室900從較大浴槽904中被取出并且將就位的(standby)處理腔室立即浸入較大浴槽904以最小化由于基板裝載/卸載和腔室填充與排放導(dǎo)致的生產(chǎn)率損失。較大浴槽904被設(shè)計(jì)具有泵送和再循環(huán)系統(tǒng)以維持適當(dāng)?shù)臐舛群蜏囟取４朔椒ㄔ试S具有可被引入主浴槽且的多個(gè)處理腔室且無任何生產(chǎn)率損失。

在圖10中所示的其他現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施方式中，處理腔室900是工具或較大浴槽904的組成部分，且被連續(xù)地浸入到較大浴槽904中，但是處理腔室900可被開啟和關(guān)閉以裝載和卸載基板902。諸如機(jī)器人裝卸裝置的裝載機(jī)構(gòu)可將保持在基板保持器中的一批次n個(gè)基板902傳遞到處理腔室900的底座中。在基板搬運(yùn)裝置已離開處理腔室900后，處理腔室900的外壁關(guān)閉。此動(dòng)作不僅固定基板902，而且將化學(xué)溶液906封閉在了處理腔室900中。額外的孔口/出口908允許處理腔室900被完全地填充至適當(dāng)?shù)乃?，且在整個(gè)工藝期間維持相同水平。在任何情況下，出口的頂部可在化學(xué)溶液906外部，從而避免了在內(nèi)部浴槽之外的電連接路徑。電極1002位于處理腔室900的端部，與作為電極金屬污染物的擴(kuò)散屏障的薄膜隔離。如圖2所描述，電極1002的大小小于基板902的大小，從而利用一些距離以通過由電極1002注入的電荷的擴(kuò)散稀釋進(jìn)入到化學(xué)溶液906中的電功率，如此在由電極部分組成的腔室的兩端利用更大量的電解液(陽極化化學(xué)溶液)。圖9和圖10的實(shí)施方式的其他進(jìn)一步描述被描述在Yonehara等人所著且在2013年7月18日出版的美國專利公開案第2013/0180847號中。

發(fā)明者已觀察到，最小化總化學(xué)品量有利地降低了電解質(zhì)溶液的耗費(fèi)，還提高了基板產(chǎn)量并降低了由于化學(xué)活性的降低而產(chǎn)生的更換電解質(zhì)溶液的停工時(shí)間。為了降低和最小化浴槽中的化學(xué)品消耗，基板的周期以及基板端與電極之間的距離應(yīng)被減小。還應(yīng)仔細(xì)地設(shè)計(jì)基板間距以允許反應(yīng)氣泡朝向位于基板頂部處的排放口釋放。

因此，圖11描繪具有如上所述的有利特征的、根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實(shí)施方式的陽極化浴槽1100配置。圖11描繪具有外殼1102的陽極化浴槽1100。外殼1102具有第一容積1114。第一容積1114保持用于在多個(gè)基板1104上形成多孔Si的適當(dāng)量的化學(xué)溶液。外殼1102具有沿著外殼1102的長度的縱軸1128。外殼1102包含在第一容積1114之內(nèi)的陰極1120。陰極1120具有帶有給定表面面積的表面。外殼1102包含在第一容積1114之內(nèi)的陽極1118。陽極1118具有帶有給定表面面積的面。陰極1120被設(shè)置在外殼1102的第一側(cè)1122處。陽極1118被設(shè)置在與第一側(cè)1122相對的外殼1102的第二側(cè)1124處?；灞３制?126被構(gòu)造以在第一容積1114內(nèi)保持多個(gè)基板1104?；灞３制?126被構(gòu)造以在多個(gè)基板保持位置處沿著基板周邊保持多個(gè)基板1104?；灞话凑找欢ǚ较虮３郑缡沟没宓谋砻娲篌w上垂直于縱軸1128。用于陽極化浴槽(諸如陽極化浴槽1100)的適當(dāng)基板保持器1126的實(shí)施方式描述于下文中?；灞３制鞅粯?gòu)造以保持具有基板表面的給定表面面積的基板，所述基板表面的給定表面面積大體上等于陽極和陰極的表面的給定表面面積(例如，陰極和陽極的直徑，或?qū)挾群烷L度大體上等于基板的直徑，或?qū)挾群烷L度)。發(fā)明者已觀察到，與圖2、圖9和圖10中所示的配置相比，使電極大小與基板大小大體上相同提高了層形成的均勻性并降低了化學(xué)品消耗。在一些實(shí)施方式中，陽極和陰極所具有的表面的表面面積在基板表面的表面面積的大約10％以內(nèi)。在一些實(shí)施方式中，陽極和陰極所具有的表面的表面面積大約等于基板表面的表面面積。

電極(即，陽極1118和陰極1120)位于第一容積1114之內(nèi)，且在電極電極1118、1120和由基板保持器1126保持的基板1104之間沒有任何隔膜或屏障(如相對于圖2所述)?；灞３制?126包含相距陰極1120第一距離1132的第一基板保持位置1130，和相距陽極第二距離1136的第二基板保持位置1134。其余基板保持位置被設(shè)置在第一基板保持位置1130和第二基板保持位置1334之間。第一距離1132和第二距離1136分別小于或等于多個(gè)基板保持位置中相鄰位置之間的距離1138。在一些實(shí)施方式中，在第一基板保持位置1130和陰極1120之間的第一距離1132是約4mm至約12mm，在第二基板保持位置1134和陽極1118之間的第二距離1136是約4mm至約12mm，且在基板保持器1126內(nèi)部的每個(gè)基板之間的距離是約4mm至約12mm。發(fā)明者已觀察到，使第一距離1132和第二距離1136小于或等于多個(gè)基板保持位置中相鄰位置之間的距離1138有利地提高了層形成的均勻性并降低了化學(xué)溶液消耗?；灞３制?126圍繞每個(gè)基板1104的周邊形成密封以當(dāng)基板被設(shè)置在基板保持器之內(nèi)時(shí)，在多個(gè)基板的相鄰對基板之間形成多個(gè)第二容積1140。陽極化浴槽1100進(jìn)一步包含流體地耦接至第一容積1114的多個(gè)排放口1106，且在一些實(shí)施方式中，具體而言，多個(gè)排放口1106是流體地耦接至多個(gè)基板的相鄰對基板之間的多個(gè)第二容積1140，以允許釋放在多孔Si形成期間產(chǎn)生的處理氣體。多個(gè)排放口1106的每個(gè)排放口的頂部被設(shè)置在第一容積中的化學(xué)溶液填充液位之上。

電極1118、1120被基板保持器1126電性分離，從而導(dǎo)致了朝向基板1104的整個(gè)表面的均勻電荷流動(dòng)。第一容積包含第三容積1142和第四容積1152，所述第三容積設(shè)置在第一基板保持位置1130和陰極1120之間，且所述第四容積設(shè)置在第二基板保持位置1134和陽極1118之間。處于或低于化學(xué)溶液填充水平的化學(xué)溶液在每一個(gè)第二容積1140、第三容積1142，和第四容積1152之間被隔離。

圖3A至圖3C描繪根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實(shí)施方式的基板保持器300，所述基板保持器適用于諸如圖11中所示的浴槽配置。圖3A描繪由基板保持器300保持且設(shè)置在浴槽302之內(nèi)的基板100的前視圖。圖3B描繪設(shè)置在浴槽302之內(nèi)的基板保持器300的側(cè)視圖。圖3C描繪設(shè)置在浴槽302之內(nèi)的基板保持器300的透視圖。

基板保持器300保持基板100且將多個(gè)基板100傳輸至浴槽302中。在一些實(shí)施方式中，基板100是半導(dǎo)體晶片。雖然圖3A至圖3C描繪了保持圓形基板100的基板保持器300，但是可使用各種不同的處理腔室尺寸以在具有各種幾何形狀的基板上產(chǎn)生多孔硅，所述幾何形狀諸如但不限于，圓形、正方形、帶有具有各種度數(shù)的圓角的準(zhǔn)正方形(具有切角的正方形)，以及矩形結(jié)構(gòu)。所涉及的基板可具有各種粗糙度而實(shí)質(zhì)上平坦，或可被結(jié)構(gòu)化以形成三維圖案或可被結(jié)構(gòu)化而具有局部抑制或局部允許多孔硅形成的膜。由基板保持器300和浴槽302保持的基板數(shù)目可通過增加反應(yīng)器的長度從1增加至n(n的最小值是2且最大至少是幾十個(gè)基板)。對稱的浴槽配置可容易地增加腔室運(yùn)輸工具中的基板數(shù)目、最小化基板間距并在基板的兩側(cè)上形成雙面多孔Si。

在一些實(shí)施方式中，浴槽302的內(nèi)壁可襯有單層化學(xué)惰性(即，抗HF和有機(jī)物的)的絕緣橡膠或泡沫，以在基板保持器300和浴槽302的內(nèi)壁之間提供無泄漏密封。絕緣層有利地最小化或防止化學(xué)泄漏或電場泄漏。

在一些實(shí)施方式中，如圖3A至圖3C中所示，基板保持器300包含下部(即，底部)304和上部306。發(fā)明者已觀察到，僅具有整體式下部304和整體式上部306才可最小化基板100周圍的結(jié)點(diǎn)數(shù)目，從而有利地降低在基板100周圍的結(jié)點(diǎn)處的泄漏電流。

在一些實(shí)施方式中，下部304和上部306可由具有各種剛度和柔軟度的堆疊和熱焊Zotek復(fù)合材料制成。該材料的優(yōu)點(diǎn)是材料的重量輕，使得使用更便宜的機(jī)器人成為可能，且復(fù)合結(jié)構(gòu)易于在無任何粘合劑的情況下通過熱成型產(chǎn)生。

圖4描繪基板保持器300的下部304。下部304包含用于支撐一個(gè)或多個(gè)基板的單個(gè)整體凹形物體400。第一密封材料402涂覆下部304的內(nèi)表面。第一密封材料402是適合于形成密封且抗氟化氫溶液的材料。在一些實(shí)施方式中，第一密封材料402是聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride)泡沫。第一多個(gè)凹槽404被設(shè)置在第一密封材料402中。

如圖5中所示，多個(gè)基板100的每個(gè)基板在多個(gè)凹槽404的每個(gè)凹槽中被支撐。如圖5中所示，多個(gè)基板100以大體上彼此平行的方式被保持且其中前表面和背表面大體上垂直于下部的底部。第一密封材料402中的凹槽404僅在基板100的周邊處支撐和密封多個(gè)基板100。

本系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在無任何周邊排斥的情況下在基板的完整表面上獲得大體上均勻的多孔硅覆蓋的能力。因此，本公開內(nèi)容的實(shí)施方式支撐基板以使得基板周邊無任何區(qū)域被任何阻礙均勻電場分布和與浴槽化學(xué)物質(zhì)的直接接觸的材料阻塞或覆蓋。一些實(shí)施方式涵蓋可將晶片保持就位，但在晶片上具有零到可忽略的接觸點(diǎn)和阻塞點(diǎn)的機(jī)械特征的設(shè)計(jì)。第一密封材料402的凹槽404有利地允許浴槽中的化學(xué)溶液接觸基板100的前表面和背表面，以防止在靠近基板支撐區(qū)域的基板100的前表面和背表面上形成無硅區(qū)域。

返回至圖4，下部304包含以通過第一密封材料402和通過凹形主體400的方式設(shè)置的第一多個(gè)開口406。在一些實(shí)施方式中，第一多個(gè)開口406被設(shè)置在第一多個(gè)凹槽404之間。當(dāng)基板保持器300被插入至諸如圖11中所示的化學(xué)溶液填充的電解液浴槽中時(shí)，化學(xué)品流動(dòng)通過第一多個(gè)開口406以填充下部304且將基板浸入電解液浴槽中。

在多孔硅形成之前加載晶片和在多孔硅形成之后卸載起始晶片的階段，間距或間隔可有利地符合傳統(tǒng)基板匣盒的間距或間隔，其中在相鄰硅(Si)基板之間具有6mm的間隔，所述間隔已在硅(Si)集成電路(IC)工業(yè)中長期使用?；蛘撸谝恍?shí)施方式中，可連同傳統(tǒng)匣盒一起使用12mm的雙間距以將基板裝載到基板保持器的下部中?；蹇赏ㄟ^將基板匣盒放置在下部的頂端之上并將匣盒180旋轉(zhuǎn)180度以讓基板自動(dòng)落入下部中，從而依靠重力進(jìn)行裝載?；蛘?，基板可通過傳統(tǒng)基板裝載機(jī)器人提升基板并運(yùn)輸至下部中而從匣盒中裝載。

圖6描繪了上部306。上部306包含凸形主體602。在一些實(shí)施方式中，凸形主體602是如圖6中所示的單個(gè)整體式結(jié)構(gòu)。第二密封材料604涂覆上部306的內(nèi)表面。類似于如上所述的第一密封材料402，第二密封材料604是適合于形成密封且抗氟化氫溶液的材料。在一些實(shí)施方式中，第二密封材料604是聚偏二氟乙烯泡沫。第二多個(gè)凹槽606被設(shè)置在第二密封材料604中。在一些實(shí)施方式中，第二多個(gè)凹槽606大體上與第一多個(gè)凹槽404相對設(shè)置。當(dāng)上部306被放置在下部304的頂上時(shí)，多個(gè)基板100被第一多個(gè)凹槽404和第二多個(gè)凹槽606的每一個(gè)支撐。類似于第一多個(gè)凹槽404，第二多個(gè)凹槽606僅在基板100的周邊支撐和密封基板100，以有利地允許電解液浴槽的化學(xué)品接觸基板100的前表面和背表面，以防止在靠近基板支撐區(qū)域的基板100的前表面和背表面上形成無硅區(qū)域。上部304進(jìn)一步包含以穿過第二密封材料604和穿過凸形主體602的方式設(shè)置的第二多個(gè)開口608。在一些實(shí)施方式中，第二多個(gè)開口608是設(shè)置在第二多個(gè)凹槽606之間以允許化學(xué)溶液在電解液浴槽之內(nèi)流動(dòng)。

圖7表示當(dāng)上部306設(shè)置在下部304的頂上時(shí)，在基板100周圍的第一密封材料402和第二密封材料604的交叉700。如圖7中所示，第一密封材料402具有錐形表面702，所述錐形表面被構(gòu)造以與第二密封材料604的錐形表面704緊密配合。錐形表面702、704確保圍繞整個(gè)基板周邊的密封。圓形基板有利地最小化圍繞密封區(qū)域處的泄漏并進(jìn)一步通過利用在基板位置的中間的上部和下部的結(jié)點(diǎn)處的錐角來提高密封。

在一些實(shí)施方式中，如上所述且如圖3A至圖3C、圖4、圖5和圖6中所示，包含下部304和具有單個(gè)整體凸形主體602的上部306的單個(gè)基板保持器300可保持多個(gè)基板100?；蛘?，在圖8中所示的一些實(shí)施方式中，多個(gè)相連的基板保持器300可分別保持單個(gè)基板100。如圖8中所示，每個(gè)基板保持器300包含上部306和下部304。每個(gè)基板保持器300的上部306和下部304的細(xì)節(jié)描述在上文中。每個(gè)基板保持器300可通過一個(gè)或多個(gè)連桿800連接在一起。在一些實(shí)施方式中，如圖8中所示，多個(gè)上部306是由三個(gè)連桿800A、800B、800C連接的。在圖8中所示的實(shí)施方式中，連桿800A被耦接至凸形主體602的頂部802，連桿800B被耦接至凸形主體602的第一支腿804，和連桿800C被耦接至凸形主體602的第二支腿806。在一些實(shí)施方式中，如圖8中所示，多個(gè)相應(yīng)下部304是通過三個(gè)連桿800D、800E、800F連接。在圖8中所示的實(shí)施方式中，連桿800D被耦接至凹形主體400的底部808，連桿800E被耦接至凹形主體400的第一支腿810，和連桿800F被耦接至凹形主體400的第二支腿812。雖然圖8描繪了連桿800的一個(gè)可能的布置，但是可使用更多或更少的連桿800且可在基板保持器300的表面上的不同點(diǎn)處將這些連桿耦接至所述多個(gè)基板保持器300。在一些實(shí)施方式中，下部304和上部306可具有諸如把手的附著件，用于由機(jī)器人運(yùn)輸至圖11中所示的浴槽中。

或者，在一些實(shí)施方式中，如圖12A所示，基板保持器300的上部306包含第一主體1201和第二主體1202。在一些實(shí)施方式中，第一主體1201和第二主體1202可由具有各種剛度和柔軟度的堆疊和熱焊Zotek復(fù)合材料制成。在一些實(shí)施方式中，第三密封材料1204涂覆第一主體1201和第二主體1202的外表面。類似于如上所述的第一密封材料402和第二密封材料604，第三密封材料1204是適合于形成密封且抗氟化氫溶液的材料。在一些實(shí)施方式中，第三密封材料1204是聚偏二氟乙烯泡沫。第一主體1201和第二主體1202包含頂表面1206、錐形側(cè)壁1208，和錐形底表面1210。第一主體1201和第二主體1202進(jìn)一步包含用于沿著基板100的周邊1214的一部分保持基板100的內(nèi)部凹面1212。圖12B表示沿著基板100的周邊1214的一部分保持基板100的第一主體1201和第二主體1202。沿著錐形側(cè)壁1208對第一主體1201施加第一力1220以朝向第二主體1202移動(dòng)第一主體1201，并且沿著錐形側(cè)壁1208對第二主體1202施加第二力1222以朝向第一主體1201移動(dòng)第二主體1202，直至由圍繞基板100的周邊1214的內(nèi)部凹面1212形成密封為止。在一些實(shí)施方式中，如圖12B中所示，錐形底表面1210在基板100的中心1224的下方延伸適當(dāng)距離1216，例如約30mm。

或者，在如圖14A至圖14C所示的一些實(shí)施方式中，基板保持器包含多個(gè)具有用于保持多個(gè)基板的真空夾盤的板。圖14A描繪具有底部1402和可拆卸的上部1408的多晶片浴槽1400的剖視圖。上部1408和底部1402可由與參考上文論述的實(shí)施方式描述的相同材料組成。底部1402包含在第一端1404處的陽極和在第二端1406處的陰極。上部1408包含用于保持多個(gè)基板100的多個(gè)結(jié)構(gòu)1410。如圖14A中所示，當(dāng)上部1408被耦接至底部1402時(shí)，每個(gè)結(jié)構(gòu)1410分別地密封至底部1402的底表面，從而將化學(xué)溶液1414在每個(gè)基板之間與其他基板隔離。另外，當(dāng)上部1408耦接至底部1402時(shí)，在界面1416處形成密封以防止化學(xué)溶液1414的泄漏。

上部1408可從底部1402拆卸以將基板100裝載至多個(gè)結(jié)構(gòu)1410中。在一些實(shí)施方式中，多個(gè)結(jié)構(gòu)1410可以是被夾緊在一起的多個(gè)板。如圖15A中所示，每個(gè)板1500由主體1502組成。在一些實(shí)施方式中，主體1502是由聚偏二氟乙烯制成。板1500包含用于保持基板100的開口1504?；迨褂糜蓤D14A所示的真空歧管1412提供的真空壓力保持在開口1504之內(nèi)。開口1504可適當(dāng)?shù)刂圃煲杂糜诰哂懈鞣N幾何形狀的基板，所述形狀諸如但不限于，圓形、正方形、帶有具有各種度數(shù)的圓角的準(zhǔn)正方形(具有切角的正方形)，以及矩形結(jié)構(gòu)。板1500的主體1502進(jìn)一步包括切入每個(gè)板1500的前端的溢流(overflow)路徑1506，使得再循環(huán)化學(xué)溶液1414與每個(gè)基板100完全分離。

圖14B表示耦接至底部1402的上部1408的剖面圖。上部1408進(jìn)一步包含供在工藝期間形成的氣體進(jìn)行換氣的多個(gè)開口1422。圖14B還表示了流體地耦接至排水通道1418的基板100的周圍的溢流路徑1506，所述排水通道流體地耦接至排水出口1420。排水出口1420流體地耦接至圖14C所示的排水收集器1424。圖14A至圖14C和圖15所示的實(shí)施方式通過將工藝與基板處置(handling)分離而在多孔硅形成工藝中的有利地使基板易于處置。對于任何多孔硅腔室的一個(gè)挑戰(zhàn)是處置由于陽極蝕刻反應(yīng)而產(chǎn)生的氫氣(H2)。氫氣從基板和每個(gè)電極的表面產(chǎn)生。因?yàn)殡娏鱾鬏敽驮〔凼且惑w的，而H2氣體阻斷電流流動(dòng)并阻斷向反應(yīng)表面供應(yīng)化學(xué)品，從而影響多孔硅形成和連續(xù)性/均勻性。因此，有效且快速地從晶片和電極的表面凈化或掃除H2副產(chǎn)物是有利的。在圖3A至圖3C，和圖4至圖6所示的實(shí)施方式中，多孔硅形成工藝產(chǎn)生的氫氣泡可輕易地經(jīng)由以通過第二密封材料604和凸形主體602的方式設(shè)置的第二多個(gè)開口608逸散至浴槽結(jié)構(gòu)之上的排放口。在圖8和圖12中所示的實(shí)施方式中，在基板100分別被一定間隔分離，多孔硅形成工藝產(chǎn)生的氫氣泡可輕易地在浴槽302的表面上向上逸散到基板保持器每個(gè)部分之間的排放口。在圖14A至圖14C中所示的實(shí)施方式中，多孔硅形成工藝產(chǎn)生的氫氣泡可輕易地經(jīng)由多個(gè)開口1422逸散，所述多個(gè)開口有利地使得基板之間的間隔和間距最小化并使得浴槽中的基板數(shù)目的最大化，從而以更高的產(chǎn)量和產(chǎn)率在基板表面更均勻地形成多孔硅層，同時(shí)通過降低每個(gè)基板的化學(xué)品消耗量來提供更低的成本。如圖11中所示，排放口位于浴槽中的化學(xué)品表面之上以當(dāng)排放口位于浴槽中的化學(xué)品之內(nèi)時(shí)有利地防止陽極化電流通過基板之間的排放口泄漏。

圖13A至圖13D描繪用于使用如圖12A至圖12B中所示的基板保持器300的多孔Si形成的，傳遞基板進(jìn)入和離開如圖11中所示的浴槽結(jié)構(gòu)的方法。在1302處，提供保持多個(gè)基板100的標(biāo)準(zhǔn)匣盒1320(以側(cè)視圖表示)，例如8mm間距的25個(gè)基板?？墒褂闷渌m當(dāng)?shù)拈g距，例如6mm或12mm。其次，在1304處，基板100被傳遞至基板對準(zhǔn)托盤1322以用于凹口對準(zhǔn)(notch alignment)?；蹇衫缡褂脗鬟f機(jī)器人傳遞。然后，在1306處，如上文關(guān)于圖12A至圖12B所述，包含多個(gè)第一主體1201和多個(gè)第二主體1202的基板保持器300的上部306(以前視圖表示)被定向在多個(gè)基板100之上。其次，在1308處，上部306在浴槽1324之上保持多個(gè)基板100，在一些實(shí)施方式中，所述浴槽是關(guān)于如圖11所述的浴槽。如關(guān)于圖12B所述，對多個(gè)第一主體1201的每一主體施加第一力1220以朝向每個(gè)相應(yīng)第二主體1202移動(dòng)每個(gè)第一主體1201，并且對多個(gè)第二主體1202施加第二力1222以朝向每個(gè)相應(yīng)第一主體1201移動(dòng)每個(gè)第二主體1202，直至圍繞多個(gè)基板100的周邊1214形成密封為止?；灞３制?00的下部304是沿著浴槽1324的底表面1326設(shè)置的。在一些實(shí)施方式中，下部304保持在浴槽1324中。在一些實(shí)施方式中，下部304可被構(gòu)造為如上文關(guān)于圖3A至圖3C，和圖4與圖5所描述的那樣。在一些實(shí)施方式中，下部可被構(gòu)造為如圖8中所示。其次，在1310處，保持多個(gè)基板100的上部306被降低至浴槽1324中，以將基板浸入化學(xué)溶液1328中。多個(gè)基板100的沒有被上部306保持的部分被插入基板保持器300的下部304。在一些實(shí)施方式中，浴槽的內(nèi)側(cè)壁可具有凹槽(未表示)或適當(dāng)錐形的側(cè)壁以將上部306引導(dǎo)至下部304之上的適當(dāng)位置中。對上部306的頂端施加向下的力1330以使得錐形側(cè)壁1208和下部304對多個(gè)基板100的周邊施加大體上均勻的力1332，從而防止每個(gè)基板之間的泄漏。通過對位于如圖11中所示的浴槽中的相對側(cè)壁處的電極施加電流來進(jìn)行陽極化。然后，在1312處，一旦多孔硅形成完成，多個(gè)基板100從浴槽1324去除并經(jīng)受異丙醇(IPA)清洗。其次，在1314處，在IPA清洗之后，多個(gè)基板100經(jīng)受去離子(deionizing；Di)水、快速傾卸沖洗(quick dump rinse；QDR)的沖洗。然后，在1316處，在去離子水快速傾卸沖洗之后，多個(gè)基板100被傳遞至標(biāo)準(zhǔn)匣盒1320。其次，在1318處，多個(gè)基板100經(jīng)受旋轉(zhuǎn)干燥工藝。

如上所述的分批多孔硅設(shè)備設(shè)計(jì)的實(shí)施方式可用于在所述批次中的基板的一側(cè)或兩側(cè)上形成單層或雙層多孔硅?？赏ㄟ^在僅一個(gè)方向上施加流動(dòng)的電流且不改電流極性而僅在基板的一側(cè)上形成多孔硅。另一方面，可通過至少一次或多次交替電流方向來在基板兩側(cè)上形成多孔硅。電流密度(連同高頻濃度)控制層孔隙率。因此，層孔隙率可通過增加電流密度來增加和相反地可通過減小電流密度來減小。多層多孔硅可通過在多孔硅形成工藝期間隨時(shí)間調(diào)制或改變電流水平來形成。例如，先以較低電流密度開始多孔硅工藝，接著以較高電流密度，從而導(dǎo)致在較高的孔隙率埋層頂上的形成較低孔隙率層?？赏ㄟ^例如線性調(diào)制或隨時(shí)間改變電流密度來形成分級孔隙率多孔硅層。人們可使用本文的方法以形成具有1至多個(gè)孔隙率值的1至多個(gè)多孔硅層的任何多孔硅結(jié)構(gòu)。

雖然上述內(nèi)容針對本公開內(nèi)容的實(shí)施方式，但是可在不背離本公開內(nèi)容的基本范圍的情況下設(shè)計(jì)本公開內(nèi)容的其他和進(jìn)一步的實(shí)施方式。