СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КРОМКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ УСТРОЙСТВ
DEVICE AND METHOD FOR FABRICATION OF EDGE AT SEMICONDUCTOR DEVICES

Настоящее изобретение относится к способу получения кромки полупроводниковых устройств. Кроме этого, изобретение относится также к устройству для осуществления этого способа получения, а также к использованию этого устройства для устранения дефектов в приповерхностных слоях полупроводниковых устройств.
Кромки, которые также называют завершающим краем, служат достаточно известным образом для увеличения способности к запиранию полупроводниковых устройств с высоким обратным сопротивлением, таких как диоды, тиристоры или биполярные транзисторы с изолированным затвором, так что максимальная напряженность электрического поля, которая обычно возникает в краевой области элемента схемы, может быть снижена для достижения максимально однородного распределения электрического поля в элементе схемы, и тем самым максимально высокой пробивной прочности силового полупроводникового устройства.
Часто такие завершающие края выполнены таким образом, что полупроводниковую подложку силового полупроводникового устройства удаляют в ее краевой области, например, в области угла полупроводниковой подложки, чтобы воздействовать на характеристики электрического поля в краевой области выгодным образом. В частности, в краевой области полупроводниковой подложки посредством снятия фаски устанавливают определенный угол, под которым pn-переход пересекает поверхность полупроводника, в результате чего кромка освобождается от воздействия высокой напряженности электрического поля.
Для достижения максимально высокой пробивной прочности конструктивного элемента решающее значение имеет максимально точное соблюдение заданной формы при изготовлении такого завершающего края. Применяемые для этого этапы способа, с одной стороны, являются затратными, а с другой, получать точную воспроизводимость заданной формы часто бывает трудно. В традиционных методах такие завершающие края получают в несколько стадий, причем, как правило, на первом этапе полупроводниковую подложку обычно обрабатывают механически, например, путем шлифовки или притирки, а затем осуществляют химическую полировку в одну или несколько стадий, например травление погружением или травление при вращении, до достижения необходимой пробивной прочности. В частности, за счет таких шагов химического процесса увеличиваются затраты, поскольку участки полупроводниковой подложки, не подвергаемые травлению, следует защищать от травления, например, посредством масок.
Из DE 10 2004 045 768 A1 известен способ получения кромки полупроводникового прибора, при котором на краевой области полупроводниковой подложки сначала получают содержащую фосфор зону, которая проходит от передней стороны полупроводниковой подложки вглубь нее. На следующем этапе способа полупроводниковую подложку травят, по меньшей мере, в краевой области для получения кромки. Так как скорость травления, при которой материал полупроводниковой подложки стравливается, возрастает с увеличением концентрации фосфора, можно направленно влиять на достижимую при травлении глубину травления посредством заданного распределения концентрации фосфора внутри содержащей фосфор зоны.
В свете изложенного задачей настоящего изобретения является обеспечение способа получения кромки полупроводникового устройства, который по сравнению с уровнем техники требует меньше этапов и при котором может быть получен заданный профиль или форма кромки с высокой точностью и точной воспроизводимостью, причем в качестве профиля кромки понимают контур кромки, рассматриваемый в поперечном сечении полупроводниковой подложки. Кроме того, задачей изобретения является создание устройства для осуществления этого способа и обеспечение применения этого устройства для устранения дефектов в приповерхностных слоях полупроводниковых устройств.
Эти задачи решаются в отношении способа получения кромки полупроводникового устройства согласно пункту 1 формулы изобретения, а в отношении устройства для осуществления способа - согласно пункту 7 формулы изобретения. И, наконец, задача, касающаяся применения данного устройства для устранения дефектов в приповерхностных слоях полупроводникового устройства, решается согласно пункту 8 формулы изобретения. Другие, особенно предпочтительные варианты осуществления изобретения, раскрыты в зависимых пунктах. Следует отметить, что любые отдельные приведенные в формуле изобретения признаки могут быть объединены любым технически разумным образом и выявить другие варианты осуществления изобретения. Описание дополнительно характеризует и определяет изобретение, в частности, во взаимосвязи с чертежами.
Для пояснения используемых в этом описании терминов: «основная поверхность», «край» и «краевая область», предлагается сначала рассмотреть их на примере цилиндрической полупроводниковой подложки. У цилиндрической полупроводниковой подложки дискообразные торцевые поверхности образуют основные поверхности полупроводниковой подложки. Окружающие эти основные поверхности круговые периферические линии названы здесь краями соответствующих основных поверхностей. Под краевыми областями в этом описании понимают такие области, которые проходят как от края одной основной поверхности вдоль той же основной поверхности, так и от одного края одной основной поверхности до другого края другой основной поверхности.
Предлагаемым способом получают кромку полупроводникового устройства за счет того, что после подготовки полупроводниковой подложки по меньшей мере с двумя основными поверхностями, каждая из которых имеет один край и по меньшей мере одну краевую область, граничащую по меньшей мере с одним из краев, наносят направленно химический травитель при одновременном вращении полупроводниковой подложки по меньшей мере на одну краевую область полупроводниковой подложки таким образом, что травление ограничено этой краевой областью.
Предпочтительно полупроводниковая подложка является, по существу, цилиндрической и вращается во время процесса травления вокруг ее центральной оси. Вращение полупроводниковой подложки, и, в частности с подходящей скоростью, приводит к тому, что нанесенный в краевой области травитель снова отбрасывается с полупроводниковой подложки. Таким образом, а также благодаря направленному нанесению травителя на краевую область, травление этим нанесенным травителем ограничено исключительно той краевой областью, которая должна подвергаться травлению. Прилегающие к краевой области участки полупроводниковой подложки, не подвергаемые травлению, не требуется специально защищать от воздействия травителя. Тем самым, например, отпадает необходимость в применении маски на участках полупроводниковой подложки, не подвергаемых травлению. Кроме того, посредством вращения и осуществляемого за счет него отбрасывания травителя можно простым образом управлять продолжительностью обработки травителем полупроводниковой подложки и, тем самым, разъедающим действием травителя на поверхность полупроводниковой подложки. Таким образом также можно отказаться от введения примесей для влияния на глубину травления.
Предлагаемым способом получают кромку и, в частности, желаемую форму или профиль кромки полупроводникового устройства исключительно благодаря направленному нанесению химического травителя на краевую область полупроводниковой подложки. Механическая предварительная обработка и/или применение маски для защиты участков полупроводниковой пластины, не подвергаемых травлению, в предлагаемом способе более не требуется. Под механической предварительной обработкой полупроводникового устройства понимают, например, снятие фаски в краевой области, например, шлифованием, притиркой или полированием, которую можно осуществить любым известным пригодным для этого методом, которым направленно подготавливают краевую область и/или граничащие с ней участки полупроводникового устройства для получения кромки.
Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает существенное преимущество, заключающееся в получении заданной кромки за значительно меньшее количество этапов обработки по сравнению с уровнем техники. Также согласно изобретению возможно управлять нанесением травителя направленно на краевую область полупроводниковой подложки, так что обеспечивается высокая точность профиля или формы кромки, а также точная воспроизводимость. В частности, способ в соответствии с настоящим изобретением идеально подходит для осуществления в автоматизированном режиме. Таким образом, по сравнению с уровнем техники, может быть достигнута более высокая степень автоматизации, при этом качество изготовления полупроводниковых устройств повышается, и, следовательно, уменьшается количество бракованной продукции.
Предпочтительным согласно изобретению является нанесение химического травителя путем направленной настройки и контроля параметров травления в процессе травления. По существу, - это зона нанесения, направление нанесения, количество, давление, температура нанесения химического травителя, а также скорость вращения полупроводниковой подложки. Эти параметры определяют непосредственно в зоне нанесения достигаемую степень травления, например глубину травления, и, следовательно, форму или профиль получаемой кромки. Таким образом, указанные параметры определяют в зависимости от формы или профиля кромки, соответственно, контролируют во время процесса травления и при необходимости регулируют. Таким образом, обеспечивают высокую точность формы или профиля и точную воспроизводимость кромки.
Контроль параметров травления во время процесса травления можно осуществлять, например, посредством датчиков. Форму или профиль получаемой в процессе травления кромки можно контролировать, например, автоматически с помощью визуальных средств контроля, например, с помощью камеры и автоматической обработки снимков, и последующей проверки, находятся ли они в пределах заданных допустимых значений. Ошибки, которые встречаются в процессе травления, могут быть заранее обнаружены, так что соответствующие этапы, например последующая обработка, могут быть начаты.
Предпочтительно изменяют зону нанесения травителя согласно изобретению во время процесса травления в краевой области полупроводниковой подложки. Таким образом, можно управлять количеством травителя, воздействующего на заданном участке краевой зоны и, тем самым, разъедающим действием, например глубиной травления, в зависимости от зоны обработки. При этом следует учитывать, что травитель воздействует не только непосредственно в зоне обработки, но и благодаря вращению полупроводниковой подложки и, тем самым, действующей на травитель центробежной силы, также действует на все другие смоченные при отбрасывании участки краевой области.
В предпочтительном варианте осуществления заявленного способа зону обработки изменяют в радиальном направлении при нанесении травителя на краевую область, которая проходит вдоль основной поверхности полупроводниковой подложки. Предпочтительно начинают нанесение травителя на радиально внутреннюю часть краевой области и зону обработки в процессе травления изменяют радиально наружу. Травитель можно также начинать наносить радиально снаружи внутрь. Благодаря радиальному изменению зоны обработки внутри краевой области достигают по меньшей мере в одном направлении в пространстве, а именно в радиальном направлении, неоднородного разъедающего действия. Это позволяет получить скос края под определенным углом, под которым р-n переход полупроводниковой подложки пересекает полупроводниковую поверхность. Таким образом, край полупроводникового устройства компенсирует при работе высокую напряженность электрического поля.
Тем не менее, зона обработки во время процесса травления также может изменяться и в других направлениях пространства. Например, в другом предпочтительном варианте изобретения, травитель наносят на краевую область полупроводниковой подложки, которая проходит между краями основной поверхности полупроводниковой подложки. В этом случае зона обработки травителем изменяется предпочтительно параллельно оси вращения полупроводниковой подложки. Это позволяет получать изогнутый профиль кромки.
Особенно предпочтительно нанесение травителя таким образом, чтобы травление по меньшей мере в одном пространственном направлении краевой области не являлось однородным. Это обеспечивает получение простых, например, плоских фасок кромки, а также сложных, например, криволинейных форм или контуров кромки. Заявленный способ поэтому является особенно универсальным в получении различных кромок. Необходимо лишь отрегулировать параметры травления для соответствующей требуемой формы или профиля кромки.
Предпочтительно направление обработки, по которому травитель наносят на краевую область полупроводниковой подложки, выбирать тангенциально направлению вращения полупроводниковой подложки. Такое тангенциальное нанесение травителя в направлении вращения полупроводниковой подложки обеспечивает особенно точное нанесение травителя, так как за счет этого предотвращается неблагоприятная турбулизация и/или всплеск при попадании травителя на поверхность полупроводниковой подложки. Таким образом, обеспечивается точное, локальное с четкой границей разъедающее действие нанесенного травителя. Участки полупроводниковой подложки, не подвергаемые травлению, можно не подвергать дополнительным защитным мерам.
Предпочтительно в заявленном способе так выбирать количество наносимого травителя, чтобы подвергаемая травлению краевая область полупроводниковой подложки всегда была достаточно смочена травителем. Слишком низкое количество травителя приводит к неравномерному травлению, например, к потекам на поверхности полупроводника. Равномерное травление в соответствии с изобретением достигается, по существу, за счет того, что на краевую область наносят больше травителя и таким образом в распоряжении имеется больше травителя, чем его требуется для травления. Следовательно, это означает, что количество травителя определяют таким образом, чтобы поверхность полупроводника в краевой области между зоной нанесения и областью, в которой травитель отбрасывается снова на полупроводниковую подложку, была практически полностью покрыта травителем. Это гарантирует, что будет нанесено достаточно травителя на краевую область для обеспечения равномерного травления.
В соответствии с изобретением предпочтительно выбирать давление нанесения травителя таким, что травитель, с одной стороны, попадает на поверхность полупроводниковой подложки практически без брызг и, с другой стороны, возможно точно определенное по месту и времени нанесение травителя. При слишком высоком давлении брызги при попадании травителя на поверхность полупроводника приводят к нечеткой границе между подвергаемыми и не подвергаемыми травлению участками полупроводниковой подложки. Слишком низкое давление приводит к неопределенному потоку травителя и к неточному определению зоны обработки и, следовательно, травлению. В соответствии с изобретением давление травителя составляет от примерно 0,2 бар и до примерно 0,5 бар, и особенно предпочтительно от примерно 0,3 бар до примерно 0,4 бар.
Так как травление сильно зависит от температуры травителя, особенно предпочтительно, чтобы температура в травителе во время процесса травления поддерживалась практически постоянной. В соответствии с изобретением температура травителя составляет от примерно 20°C и до примерно 25°C и наиболее предпочтительно между примерно 22°C и 24°C. Таким образом достигается заданное равномерное травление, которое позволяет получать точную форму или профиль кромки. Кроме того, уже упомянутое короткое время обработки травителем полупроводниковой подложки вследствие ее вращения тоже способствует тому, что температура травителя на поверхности полупроводниковой подложки существенно не изменяется.
Особенно предпочтительно скорость вращения в заявленном способе выбирать таким образом, чтобы нанесенный на краевую область полупроводниковой подложки травитель во время процесса травления максимально быстро отбрасывался от полупроводниковой подложки, это означает, что время обработки, а также время проявления разъедающего действия относительно мало. За счет этого достигается требуемое равномерное травление, поскольку травитель не может оставаться на поверхности полупроводниковой подложки бесконтрольно. Кроме того, травитель под действием центробежной силы не может также распространяться по поверхности полупроводника бесконтрольно под действием центробежной силы, а вынужден благодаря ей находиться в контролируемом промежутке краевой области между зоной обработки и зоной отбрасывания, в результате чего травление управляется направленно.
Скорость вращения зависит также от диаметра подвергаемой травлению полупроводниковой подложки, соответственно, от расстояния между осью вращения, соответственно, центральной осью полупроводниковой подложки и подвергаемой травлению краевой области. То есть, в сущности, чем меньше расстояние между осью вращения, соответственно,  центральной осью полупроводниковой подложки и подвергаемой травлению краевой области, тем выше выбираемая скорость вращения, при этом обеспечивается в любом случае, что травитель после нанесения стремительно отбрасывается от полупроводниковой подложки. Кроме того, особенно предпочтительно поддерживать скорость вращения постоянной в течение всего процесса травления для достижения наиболее равномерного травления по всей краевой области, и, следовательно, для достижения высокой точности формы или профиля кромки.
В другом предпочтительном варианте осуществления заявленного способа травитель наносят на две краевые области полупроводниковой подложки. Таким образом, за одну операцию может быть осуществлено одновременное травление, например, как краевой области полупроводниковой подложки, которая проходит от первой основной поверхности к ее кромке, так и краевой области полупроводниковой подложки, которая проходит от второй основной поверхности к ее кромке. Это выгодным образом приводит к дальнейшему сокращению необходимых операций, и за одну операцию могут быть сформированы, например, две кромки на одной полупроводниковой подложке. При этом полученные таким образом кромки не обязательно имеют одинаковую форму или профиль.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления заявленного способа полупроводниковую подложку во время нанесения травителя закрепляют посредством вакуума и по меньшей мере часть участка полупроводниковой подложки, не подвергаемого травлению, омывают водой. Предпочтительно, полупроводниковую подложку ее одной основной поверхностью, в частности, в центральной области, фиксируют вакуумом. Для предотвращения отбрасывания с полупроводниковой подложки части наносимого на нее травителя и затекания его вследствие силы тяжести на обратную сторону полупроводниковой подложки и, таким образом, на участок полупроводниковой подложки, не подвергаемый травлению, защищаемые участки целесообразно омывать водой.
Другие признаки и преимущества изобретения вытекают из остальных пунктов формулы изобретения, а также из последующего описания не ограничивающего изобретение примера его осуществления, который поясняется ниже со ссылкой на чертежи. На этих чертежах схематично показаны:
фиг. 1 - частичный разрез полупроводниковой подложки без кромки,
фиг. 2 - поперечное сечение полупроводниковой подложки по фиг. 1 с первой полученной заявленным способом кромкой на первой основной поверхности полупроводниковой подложки,
фиг.3 - частичный разрез полупроводниковой подложки по с фиг. 1 со второй полученной заявленным способом кромкой на второй основной поверхности полупроводниковой подложки,
фиг. 4 - частичный разрез полупроводниковой подложки по фиг. 1 с третьей полученной заявленным способом кромкой на двух основных поверхностях полупроводниковой подложки,
фиг. 5 - частичный разрез полупроводниковой подложки по фиг. 1 с четвертой полученной заявленным способом кромкой в краевой области, проходящей между основными поверхностями полупроводниковой подложки,
фиг. 6 - вид спереди устройства для получения кромки заявленным способом, и
фиг. 7 - вид сбоку устройства по фиг. 6.
На различных фигурах одинаковые части всегда обозначены одинаковыми позициями, так что они, как правило, также описаны только один раз.
На фиг. 1 представлен частичный разрез полупроводниковой подложки 100 без кромки. Представленная на фиг. 1 полупроводниковая подложка 100 имеет, по существу, цилиндрическую форму. Благодаря своей симметричной конструкции полупроводниковая подложка 100 с фиг. 1 представлена лишь с одной стороны от своей центральной оси 101 или оси симметрии. Она имеет первую дискообразную основную поверхность 102 и вторую дискообразную основную поверхность 112, которые соответственно образуют две торцевые поверхности имеющей цилиндрическую форму полупроводниковой подложки 100. Кроме того, на фиг. 1 виден первый край 104 и второй край 114. Первый край 104 ограничен первой основной поверхностью 102, а второй край 114 ограничен второй основной поверхностью 114.
От первого края 104 проходит первая краевая область 106 радиально вдоль первой основной поверхности 102 в направлении центральной оси 101 полупроводниковой подложки 100. Также проходит от второго края 114 вторая краевая область 116 радиально вдоль второй основной поверхности 112 в направлении центральной оси 101 полупроводниковой подложки 100. Радиальные размеры краевой области 106, соответственно, 116 лишь обозначены на фиг. 1. Радиальные размеры краевой области 106, соответственно, 116, соответственно, отношение радиального размера краевой области 106, соответственно, 116 к общему радиусу полупроводниковой подложки 100 зависят от различных факторов, например, от общего размера полупроводниковой подложки 100 и, в частности, от влияющих на кромку электрических характеристик. Точные радиальные размеры краевой области 106, соответственно, 116 определяются также размером и назначением полупроводниковой подложки 100. Возможно также, что краевые области 106 и 116 имеют одинаковые, но возможно и различные радиальные значения. Далее, как показано на фиг. 1, между краями 104 и 114 проходит третья краевая область 126. Эта краевая область 126 образует, по существу, боковую поверхность цилиндрической полупроводниковой подложки 100.
Заявленным способом можно наносить химический травитель направленно на краевую область 106, 116 и/или 126 полупроводниковой подложки 100, по существу, как показано на фиг. 1, при одновременном вращении полупроводниковой подложки 100 вокруг своей центральной оси 101 таким образом, что травление ограничивается краевыми областями 106, 116 и/или 126. Таким образом, только нанесением травителя можно получить различные профили или формы кромок на полупроводниковой подложке 100, некоторые примеры которых представлены на фиг. 2-5.
Предпочтительный вариант осуществления заявленного способа будет подробно проиллюстрирован на примере кромки, показанной на фиг. 2.
На фиг. 2 представлена полупроводниковая подложка 100, полученная заявленным способом, с кромкой на краевой области 106. Представленная кромка является скосом, у которого поверхность полупроводниковой подложки 100 в краевой области 106 наклонена под углом α относительно направления основной протяженности основной поверхности 102. Угол α обычно определяют по отношению перехода от полупроводниковой зоны высокой степени легирования к полупроводниковой зоне низкой степени легирования. В показанном на фиг. 2 случае говорят об отрицательном скосе краевой области 106.
Наклон краевой области 106 под углом α приводит известным образом к изгибу потенциальной кривой характеристик краевой области 106 и, следовательно, к снижению напряженности поля на краевой поверхности. Таким образом, благодаря этой операции можно повысить прочность на пробой краевой области 106 полупроводникового устройства.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления заявленного способа полупроводниковую подложку 100, представленную, по существу, на фиг. 1, предварительно подготавливают. Полупроводниковую подложку 100 располагают между двумя зажимными устройствами 205 и 206, показанными на фиг. 6 и 7 устройства 200 для осуществления заявленного способа. Предпочтительно, полупроводниковую подложку 100 автоматически точно центрируют, так что центральная ось 101 полупроводниковой подложки 100 совпадает с осью вращения 203 первого и второго шпинделя 201 и 202 устройства 200. Благодаря автоматическому и точному центрированию полупроводниковой подложки 100 точность формы или профиля получаемой кромки существенно повышается, также возможно значительно увеличить точную воспроизводимость кромки на множестве полупроводниковых приборов. После размещения полупроводниковой подложки 100 между зажимными средствами 205 и 206, они удерживают эту полупроводниковую подложку 100 с фрикционным замыканием. В частности, полупроводниковую подложку 100 удерживают посредством зажимной силы зажимных средств 205, 206. Затем с помощью шпинделя 201 или 202 приводят во вращение вокруг оси вращения 203 зажимные средства 205 и 206, и тем самым, полупроводниковую подложку 100 вокруг ее оси 101, как показано стрелками на фиг. 6. Скорость вращения регулируют с помощью средств управления таким образом, чтобы нанесенный позднее химический травитель непосредственно после нанесения снова отбрасывался от полупроводниковой подложки 100. У полупроводниковых подложек 100 малого диаметра, следовательно, устанавливают скорость вращения выше, чем у полупроводниковой подложки со сравнительно большим диаметром. Предпочтительно однажды установленную заданную скорость вращения поддерживать постоянной в течение последующего процесса травления для того, чтобы добиться равномерного и управляемого травления наносимым травителем.
Перед нанесением химического травителя, например, с помощью представленного на фиг. 6 и 7 струйного устройства 210 это струйное устройство перемещают в исходное положение. В описанном варианте осуществления изобретения исходным положением является лежащий радиально внутри участок краевой области 106 полупроводниковой подложки 100. Исходным положением, однако, также может являться радиально внешней участок краевой области 106, т.е край 104. Положением и ориентацией струйного устройства 210 в пространстве определяют зону обработки и направление нанесения травителя. Для этого струйное устройство 210 предпочтительно перемещают по меньшей мере в одном направлении в пространстве поступательно и/или по меньшей мере вокруг одной оси в пространстве вращательно. В описанном варианте осуществления способа струйное устройство 210 имеет пять степеней свободы, то есть струйное устройство 210 может быть перемещено поступательно в трех пространственных направлениях X, Y и Z и далее вокруг двух осей в пространстве вращательно. В качестве пространственных осей, соответственно, осей вращения струйного устройства 210 в варианте осуществления способа выбирают радиальную ось, параллельную оси вращения 203 и перпендикулярную оси вращения 203. Таким образом, можно точно устанавливать зону обработки и направление обработки травителем посредством струйного устройства 210 и получать кромки с различным профилем или формой с высокой точностью.
После достижения струйным устройством 210 исходного положения из одного из имеющихся в струйном устройстве 210 сопел 211, 212 или 213 непрерывно выбрасывается химический травитель в заданном количестве и под заданным давлением. Различные сопла 211, 212 и 213 служат в описываемом здесь варианте осуществления способа для выбрасывания различных травителей в одном процессе травления. При этом травители выбрасываются предпочтительно последовательно, а не одновременно. Выброшенный травитель образует показанную на фиг. 6 и 7 струю 220 травителя. Эта струя 220 попадает на заданный участок обработки внутри краевой области 106 на поверхности полупроводника. Если обратиться к фиг. 6 и 7, направление обработки идет тангенциально и в направлении вращения полупроводниковой подложки 100. Количество наносимого травителя регулируется в описанном варианте осуществления способа предпочтительно посредством давления, под которым подают травитель, диаметра сопел 211,212 и 213, а также времени истечения.
Как только травитель попадает на полупроводниковую поверхность, он ускоряется вследствие вращения полупроводниковой подложки 100 и действующей на травитель центробежной силой и движется радиально наружу. Таким образом, травитель течет вдоль поверхности краевой области 106 радиально наружу и смачивает эту область. В этих областях травитель оказывает свое разъедающее действие. После того, как травитель достиг кромки 104 полупроводниковой подложки 100, он отбрасывается за счет соответствующей заданной скорости вращения полупроводниковой подложки 100 с края 104. Вращение полупроводниковой подложки 100 приводит, таким образом, к тому, что разъедающее действие нанесенного травителя ограничивается участком краевой области 106, который находится между зоной обработки и краем 104 полупроводниковой подложки 100. Кроме этого, больше не нужна согласно заявленному способу дальнейшая защита радиально более внутреннего участка полупроводниковой подложки 100 от воздействия травителя, например, маска, помещаемая перед травлением на полупроводниковую подложку 100, при заявленном способе травления больше не требуется.
Вбрасываемое количество травителя определяется предпочтительно таким образом, чтобы не могло образоваться никаких потеков на полупроводниковой подложке 100, то есть предпочтительно наносят больше травителя на полупроводниковую подложку 100, чем фактически необходимо для процесса травления. Количество выбрасываемого в единицу времени из сопла 211, 212 или 213 травителя предпочтительно поддерживают постоянным в течение всего процесса травления для достижения равномерного и управляемого травления. Однако, его можно по выбору изменять во время процесса травления. Как уже говорилось, количество травителя можно регулировать, например, давлением подачи травителя, диаметром сопел 211, 212 и 213, а также временем истечения.
Давление подачи в описанном варианте осуществления способа устанавливают таким, что образуется определенная струя травителя 220 при выходе из сопла 211, 212, 213, то есть струя травителя обеспечивает направленное нанесение травителя на определенную зону обработки. Предпочтительно давление подачи травителя поддерживается постоянным во время операции травления.
Как только химический травитель выбрасывается из струйного устройства 210, начинается его движение с определенной скоростью в радиальном направлении от исходного положения наружу. Таким образом, зона обработки травителем постоянно смещается изнутри наружу. Зону обработки можно изменять также посредством вращения струйного устройства 210 или комбинацией этих приемов. Благодаря переносу зоны обработки изнутри наружу травление нанесенным травителем ограничивается остающимся всегда узким участком краевой области 106. Если рассматривать весь процесс травления во времени, то нанесенный травитель воздействует на внешние участки краевой области 106 дольше, чем на более внутренние участки. Следовательно, внешние участки краевой области 106 сильнее травятся или обрабатываются, чем внутренние, что в конце концов приводит при, по существу, постоянном изменении зоны обработки к краевому скосу, представленному на фиг. 2.
Если, как описано выше, исходное положение струйного устройства 210 выбрано не радиально внутренним, а внешним, движение соответственно меняет направление, то есть струйное устройство 210 во время процесса травления движется снаружи внутрь.
Как только струйное устройство 210 достигнет конечного положения, которое имеет место тогда, когда зона обработки  травителем, по существу, достигает края 104, травитель больше не выбрасывается струйным устройством 210. Предпочтительно струю травителя 220 прерывают с помощью обратного клапана. Это гарантирует, что травитель больше неконтролируемо не натечет из струйного устройства 210 и не попадет на полупроводниковую подложку 100. Это приводит к дальнейшему улучшению точности производимых формы или профиля кромки, а также к улучшению их воспроизводимости для большого количества полупроводниковых подложек 100.
После достижения конечного положения струйного устройства 210 можно добавить одну или несколько операций травления и/или операций очистки. Для этого струйное устройство 210 предпочтительно возвращают в исходное положение и повторяют операцию травления с использованием тех же или других травителей или чистящим средством, как описано выше, до тех пор, пока не получат заданную кромку. Особенно предпочтительно, если струйное устройство 210 имеет множество сопел 211, 212 и 213, которые могут быть использованы, например, для нанесения двух разных травителей и чистящих средств на полупроводниковую подложку 100 посредством одного и того же струйного устройства. Предпочтительно перед и после операции травления наносить чистящее средство для удаления посторонних частиц с поверхности полупроводника или для удаления избытка травителя с поверхности полупроводника с помощью струйного устройства 210.
В другом предпочтительном варианте осуществления заявленного способа по меньшей мере часть области полупроводниковой подложки 100, не подвергаемой травлению, промывают водой во время процесса травления. Для этого по меньшей мере одно зажимное средство 205 и/или 206 так, что оно охватывает защищаемую часть полупроводниковой подложки и промывает ее водой, так что предотвращается воздействие на нее травителя, который случайно мог попасть на защищаемую часть полупроводниковой подложки 100. Особенно предпочтительно, если зажимное средство 205 и/или 206 выполнено таким образом, что оно зажимает полупроводниковую пластину 100 посредством усилия зажима, а также покрывает области полупроводниковой подложки и промывает их водой. Поэтому диаметр зажимных средств 205 и/или 206 таков, что его размер соответствует защищаемой зоне полупроводниковой подложки 100.
Возможные другие скосы кромки, которые могут быть получены заявленным способом, представлены на фиг. 3, 4 и 5. Представленный на фиг. 3 скос кромки краевой области 116 полупроводниковой подложки 100 под углом β называется положительным скосом кромки. Фиг. 4 иллюстрирует случай двух отрицательных скосов кромки и краевой области 106 и краевой области 116 полупроводниковой подложки 100. Наконец, на фиг. 5 показан случай двух положительных скосов кромки полупроводниковой подложки 100 в краевой области 126. Естественно, что заявленный способ получения кромки не ограничен представленными на фиг. 2-5 случаями. Представленные там кромки являются только наглядными примерами разнообразия получаемых заявленным способом форм и профилей кромок.
В частности, как показано на фиг.5, кромка может быть получена заявленным способом, причем травитель наносят на краевую область 126 полупроводниковой подложки 100, в то время как полупроводниковая подложка 100 вращается, как было описано ранее. Струйное устройство 210 может перемещаться для этой цели во время операции травления параллельно поверхности краевой области 126, чтобы изменить участок, обрабатываемый травителем. Обрабатываемый участок можно также изменять путем соответствующего поворота струйного устройства 210. Осуществляемые рабочие этапы в основном те же, что уже описаны для получения кромки, представленной на фиг. 2.
На фиг. 6 схематично представлен вид спереди устройства 200 для осуществления заявленного способа. Фиг. 7 представляет вид сбоку того же устройства 200. Устройство 200, по существу, имеет одно первое зажимающее средство 205 и одно второе зажимающее средство 206 для фиксации полупроводниковой подложки 100. Зажимные средства 205 и 206 содержат соответственно первый или второй шпиндель 201, соответственно, 202. Шпиндели 201 и 202 и, следовательно, зажимные средства 205 и 206 установлены с возможностью вращения вокруг оси вращения 203. Кроме того, устройство 200 имеет подвижное струйное устройство 210, которое в представленном варианте осуществления изобретения содержит три сопла 211, 212 и 213. С помощью сопел 211, 212 и 213 могут быть нанесены в процессе травления на полупроводниковую подложку 100 из одного из заданного положения струйного устройства 210 различные травители и/или чистящие средства. Предпочтительно чистящее средство наносят в начале процесса травления на полупроводниковую подложку 100 для удаления примесей с полупроводниковой подложки 100, которые могут отрицательно влиять на процесс травления. Кроме того, это чистящее средство предпочтительно применять в конце процесса травления, чтобы удалить излишки травителя с полупроводниковой подложки 100. Таким образом, гарантируется, что травитель не останется на поверхности полупроводника и неконтролируемым образом не будет влиять на упомянутую поверхность непосредственно при травлении.
Кроме того, устройство 200 содержит непредставленное средство управления, которое предназначено для управления параметрами травления, такими как зона нанесения, направление нанесения, количество, давление и температура наносимого травителя, а также скорость вращения полупроводниковой подложки (100), и для контроля в процессе травления. Для этой цели средство управления подключено к соответствующим датчикам, которые регистрируют вышеупомянутые параметры травления и передают их средству управления. Кроме того, средство управления связано с соответствующими исполнительными органами для управления скоростью вращения зажимающих средств 205, 206 и положением струйного устройства 210.
Струйное устройство 210 закреплено на не показанном на фиг. 6 и 7 подвижном механизме. Положение струйного устройства 210 может быть изменено в представленном варианте заявленного устройства 200 по меньшей мере в одном направлении пространства поступательно и по меньшей мере вокруг одной пространственной оси вращательно. Предпочтительно струйное устройство 210 имеет пять степеней свободы, в частности, струйное устройство 210 может поступательно перемещаться вдоль трех пространственных направлений X, Y и Z и вращаться вокруг двух осей. В качестве пространственных осей или осей вращения струйного устройства 210 предпочтительно выбирать одну ось, параллельную оси вращения 203, и одну перпендикулярную оси вращения 203 радиальную ось. Следовательно, зону и направление обработки травителем можно точно устанавливать благодаря струйному устройству 210 и получать кромку с различным профилем или формой с высокой точностью. Предпочтительно, устройство 200 содержит также непредставленное оптическое средство наблюдения, например камеру. Посредством камеры и соответствующей обработки изображения можно таким образом визуально контролировать кромку полупроводниковой подложки 100 после процесса травления в пределах заданных допустимых значений. Таким образом, можно достоверно определить ошибки во время процесса травления и дефектные полупроводниковые приборы соответственно отбраковать или проводить последующую обработку.
В предпочтительном варианте осуществления устройство 200 содержит второе струйное устройство. Использование двух струйных устройств дает большое преимущество, заключающееся в том, что полупроводниковая подложка 100 в одном процессе травления может травиться одновременно в разных местах. Таким образом, в одном рабочем этапе можно одновременно обработать две краевые области 106, 116 и/или 126. Например, таким образом можно одновременно получить соответствующую кромку в краевой области 106, а также в краевой области 116 полупроводниковой подложки 100. Второе струйное устройство в этом случае расположено так, что травитель можно наносить на вторую основную поверхность 112, соответственно, краевую область 116 полупроводниковой подложки 100, как это уже было описано для струйного устройства 210. Это приводит выгодным образом к дальнейшему сокращению рабочих этапов, поскольку в одной операции можно сформировать, например, две кромки полупроводниковой подложки 100. Кроме того, кромки не обязательно должны иметь одинаковую геометрию, так как несколько струйных устройств могут управляться независимо.
В другом предпочтительном варианте осуществления устройство 200 дополнительно содержит средство центрирования, которым полупроводниковая подложка может быть автоматически выровнена так, чтобы она могла быть точно по центру захвачена зажимным средством 205, 206. Это очень важно для высокой степени точности изготовления и точной воспроизводимости заданного профиля или формы кромки.
Заявленный способ подходит, среди прочего, для производства кромок в любых обладающих высокими барьерными свойствами полупроводниковых устройствах, таких как тиристоры, биполярные транзисторы с изолированным затвором, МОП-транзисторы или тому подобные.
Кроме того, заявленные способ и устройство для его осуществления идеально подходят для использования при устранении дефектов, в частности механических дефектов в приповерхностных слоях полупроводникового прибора, то есть для их удаления. Кроме этого, имеющий такие дефекты слой полупроводниковой подложки, как это в частности описано выше, удаляют путем направленного нанесения химического травителя на краевую область полупроводниковой подложки при ее одновременном вращении. Это позволяет вновь значительно улучшить механическую стабильность полупроводникового прибора, которая из-за механических дефектов в полупроводниковой подложке, полученных, например, во время различных этапов производства, значительно снижается.
СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ
100 - Полупроводниковая подложка
101 - Центральная ось
102 - Первая основная поверхность
104 - Первый край
106 - Первая краевая область
112 - Вторая основная поверхность
114 - Второй край
116 - Вторая краевая область
126 - Третья краевая область
200 - Устройство для травления
201 - Первый шпиндель
202 - Второй шпиндель
203 - Ось вращения
205 - Первое зажимное средство
206 - Второе зажимное средство
210 - Струйное устройство
211 - Первое сопло
212 - Второе сопло
213 - Третье сопло
220 - Струя травителя