CN101367618A

CN101367618A - 石英表面化学粗糙处理方法

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Publication number: CN101367618A
Application number: CNA2008100133169A
Authority: CN
Inventors: 米山
Original assignee: SHENYANG HANKE SEMICONDUCTOR MATERIALS CO Ltd
Current assignee: SHENYANG HANKE SEMICONDUCTOR MATERIALS CO Ltd
Priority date: 2008-09-23
Filing date: 2008-09-23
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2028-09-23
Also published as: CN101367618B

Abstract

一种石英表面化学粗糙处理方法，它解决了现有技术存在的对石英表面处理容易造成损伤、影响石英产品的尺寸精度等缺陷，该方法是将石英产品表面火抛光后，在常温、常压下浸入盛有处理液的容器内反应，反应两小时后取出，用去离子水洗净石英产品表面的附着物后，再次浸入处理液中重复上述反应，直至石英产品的表面粗糙度R_a＝1.5μm～4.5μm。该处理工艺流程设计合理，设备简单，操作容易，得到的石英产品表面粗糙度均匀，而且不受其形状影响。在参与CVD反应过程中，可以有效减少石英表面沉积膜的龟裂和脱落，从而降低了对反应腔的污染的可能性，明显提高产品成品率和加工效率，进而延长石英产品的使用寿命，省时、降耗，降低了生产成本。

Description

石英表面化学粗糙处理方法

技术领域

本发明涉及一种半导体生产行业用的石英部件的加工方法，特别是一种石英表面化学粗糙处理方法。经该方法处理过的石英产品表面粗糙度更均匀，无明显凹凸，避免了化学气象淀积(CVD)过程中石英表面产生微粒(particle)现象，防止沉积膜裂纹的产生和脱落，延长石英产品的使用寿命。

背景技术

目前，半导体石英加工行业广泛采用的石英表面处理技术大多是喷砂(sand blast)或火抛光(fire polishing)。喷砂是利用高速气流携带的金刚石研磨砂粒撞击石英表面，使石英产生粗糙(凹凸)表面的一种方法。喷砂后的石英表面可形成凹凸，用于吸附并保持堆积物附着。火抛光是用火焰(氢氧焰)直接加热石英表面，在不变形的前提下，使其表面熔化而形成透明状态(仅对透明石英而言)。以上两种工艺利用的都是物理方法。

但是，由于半导体生产所用石英产品的形状复杂，在喷砂过程中，有些表面因砂粒无法直接接触到，故喷射的力度、风速和距离都难以控制，而且由于喷砂时间不易于控制，这就造成了喷砂表面的粗糙度不均匀，凹凸明显。另外，喷砂还会对石英造成物理损伤，喷砂过程中，石英产品的尺寸也会受到影响，降低了石英产品的成品率。经检测得知，喷砂后的石英表面粗糙度R_a<0.8μm。

在化学气象淀积(CVD)过程中，火抛光后的石英表面会因附着力降低而引起淀积膜的裂纹和脱落，从而引起微粒(particle)现象的发生，污染CVD反应环境，从而影响晶圆表面膜的生长。一般说来，由颗粒污染导致的功能成品率损失要占总成品率损失的80％，而且，颗粒污染的数目越多，芯片的成品率就会越低，这对于半导体生产行业来说，是十分严重的问题。

另外，在使用了一段时间后，石英表面的附着物会产生微小的龟裂。由于CVD产生的附着物与石英的热膨胀系数不同，当附着物膨胀(或收缩)时，会发生石英表面附着物产生裂纹并发生脱落、剥落的现象。

经文献检索，专利公告号CN1293611C的《等离子体处理装置用石英部件及其加工方法、及安装有该石英部件的等离子处理装置》中，公开了一种石英表面粗糙处理的方法和装置，具有可以有效避免石英表面沉积膜的龟裂和脱落、避免对反应腔的污染等优点，其基本方法是对石英进行热抛光后，利用微小粒径的磨料进行表面加工(喷砂)，然后用氢氟酸腐蚀石英表面。其不足之处在于处理方法复杂，喷砂会对石英表面造成损伤，而且还会影响石英产品的尺寸参数。

专利公开号CN101115691A的《制备用于半导体制造的石英玻璃元件的方法，和根据该方法得到的元件》中，介绍了石英玻璃元件的理想的表面粗糙度所具有的重要意义，以及粗糙的石英表面在半导体生产中的优势，但该处理方式中的处理步骤比较复杂，耗费时间较长(其实施例中提到：机械加工后，需将石英在HF溶液中处理1440分钟)，同时，机械加工也会对石英造成物理损伤，石英的尺寸精度也有可能因此而改变。

发明内容

本发明的目的是提供一种石英表面化学粗糙处理方法，它解决了现有技术存在的对石英表面处理容易造成损伤、影响石英产品的尺寸精度等缺陷，该处理工艺流程设计合理，设备简单，操作容易，得到的石英产品表面粗糙度均匀，而且不受其形状影响。在参与CVD反应过程中，可以有效减少石英表面沉积膜的龟裂和脱落，从而降低了对反应腔的污染的可能性，明显提高产品成品率和加工效率，进而延长石英产品的使用寿命，省时、降耗，降低了生产成本。

本发明所采用的技术方案是：将石英产品表面进行火抛光后，在常温、常压下浸入盛有处理液的容器内反应，反应两小时后取出，用去离子水洗净所述石英产品表面的附着物，洗净后再次浸入所述处理液中重复上述反应，直至所述石英产品表面粗糙度均匀，呈不透明状态，使处理后的表面粗糙度R_a＝1.5μm～4.5μm；所述处理液的制备步骤如下：先选用溶液浓度为40％的分析纯氢氟酸和溶液浓度为99％的固体分析纯氟化铵混合，然后加入溶液浓度为99.5％的分析纯乙酸配置成处理液备用；所述处理液中所用原料质量比为：氢氟酸∶氟化铵∶乙酸＝(2-6)∶(4-7)∶(8-11)；所述处理液的用量以完全侵没石英产品为宜。

所述用去离子水洗净石英产品表面的附着物，每次用去离子水冲洗15-20分钟。

本发明具有的积极效果是：由于该方法的处理工艺流程设计合理，设备简单，操作容易，所以不仅解决了现有技术存在的对石英表面处理容易造成损伤、影响石英产品的尺寸精度等缺陷，而且还具有如下优点：

1、处理后得到的石英产品表面粗糙度均匀，不受产品形状的影响，与喷砂产品相比，表面更加光滑，提高了产品的尺寸精度，检测后的石英表面粗糙度可达到R_a＝1.5μm～4.5μm。

2、在参与CVD反应过程中，由于粗糙石英表面的附着力比光滑表面更高，有效减少了石英表面沉积膜裂纹的产生和沉积膜脱落，降低了由此带来的对反应腔的污染的可能性，提高了晶圆表面沉积膜的生长质量，从而提高了产品成品率和加工效率，降低了生产成本。

3、由于粗糙表面使附着力增加，沉积膜可以生长的更厚而不脱落，所以延长了对石英产品清洗时间间隔，减低了对石英产品的清洗频率，从而降低了清洗所用的化学用品的消耗，减少了由于清洗所耗费的时间。

4、清洗时，经过处理的石英产品表面状态不易被改变，从而延长了石英产品的使用寿命。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步描述。该石英表面化学粗糙处理方法是将石英产品(如石英管类、石英舟类、石英喷嘴等)表面进行火抛光后，在常温、常压下浸入盛有处理液的容器(如酸洗槽)内反应。每次反应两小时取出，每次反应取出后用去离子水洗净上述石英产品表面的附着物，每次冲洗15-20分钟。洗净后再次浸入上述处理液中重复上述反应，直至所述石英产品表面粗糙度均匀，呈不透明状态。经检测，使处理后的表面粗糙度R_a＝1.5μm～4.5μm。

所用处理液的制备步骤如下：先选用溶液浓度为40％的分析纯氢氟酸和溶液浓度为99％的固体分析纯氟化铵混合，然后加入溶液浓度为99.5％的分析纯乙酸配置成处理液备用。上述处理液中所用原料质量比为：氢氟酸∶氟化铵∶乙酸＝(2-6)∶(4-7)∶(8-11)。上述处理液的用量以完全侵没石英产品为宜。

其反应原理是：石英的主要成分为二氧化硅(SiO₂)，石英产品完全浸入配置好的溶液中反应如下：

6HF+SiO₂＝H₂SiF₆+2H₂O

H₂SiF₆＝2H⁺+SiF₆ ^2-

NH₄F＝NH₄ ⁺+F^-

SiF₆ ²-+2NH₄ ⁺＝(NH₄)₂SiF₆

反应中，乙酸起缓蚀剂作用，能减缓氢氟酸对石英表面的腐蚀速度。生成的六氟硅酸氨均匀的分布在石英表面，氢氟酸通过六氟硅酸氨之间的间隙来对石英进行刻蚀。但是，随着反应的进行，六氟硅酸氨不断增长，最后(石英参与反应两小时左右)布满石英表面，反应无法继续进行。此时需要将石英取出，用去离子水洗净其表面附着的六氟硅酸氨，洗净后或根据实际需要再次放入反应溶液中反应。经检测，处理后的石英表面呈现出粗糙度均匀，表面粗糙度R_a＝1.5μm～4.5μm的呈不透明状的磨砂面，石英表面无物理损伤。

各类石英产品再次与上述处理液反应次数可根据需要选择如下：

石英管类(Quartz Tube) 3～5次

石英舟类(Quartz Boat) 2～3次

石英喷嘴(Quartz Nozzle) 1～2次

以上反应次数也可根据实际操作的经验得出，反应次数与石英被腐蚀的均匀程度有关，目视即可看出，不均匀的话就再反应一次。

实施例一：

1、处理液的制备：

步骤一：常温、常压下，取溶液浓度为40％的分析纯氢氟酸、溶液浓度为99％的固体分析纯氟化铵、溶液浓度为99.5％的分析纯乙酸，按照质量比为氢氟酸∶氟化铵∶乙酸＝2∶5∶9的比例选用。

步骤二：

①先将氢氟酸和氟化铵混合；

②加入乙酸混合。

2.、将石英产品喷嘴放入上述溶液中，反应两小时后取出，用去离子水洗净石英产品喷嘴表面的附着物，每次冲洗15分钟。继续重复上述步骤两次后，目测石英产品喷嘴表面粗糙度均匀，呈不透明状，实际检测表面粗糙度R_a＝2.1μm。

经检测，处理后的石英产品喷嘴可反复使用清洗至少30次，在参与CVD反应过程中，有效的防止了沉积层脱落的现象发生。

实施例二：

1、溶液的制备：

步骤一：常温、常压下，取溶液浓度为40％的分析纯氢氟酸、溶液浓度为99％的固体分析纯氟化铵、溶液浓度为99.5％的分析纯乙酸，按照质量比为氢氟酸∶氟化铵∶乙酸＝6：7：8的比例选用。

步骤二：

①先将氢氟酸和氟化铵混合

②加入乙酸即可。

2、将石英管放入所配溶液中参与反应，两小时后捞出，用去离子水洗净。重复此步骤三次后，目测石英管表面粗糙度均匀，呈不透明状。测得表面粗糙度R_a＝4.3μm。经检测，处理后的石英管可反复使用清洗至少4次，在CVD过程中，有效的防止了沉积层脱落的现象发生。

实施例三：

1、溶液的制备：

步骤一：常温、常压下，取溶液浓度为40％的分析纯氢氟酸、溶液浓度为99％的固体分析纯氟化铵、溶液浓度为99.5％的分析纯乙酸，按照质量比为氢氟酸∶氟化铵∶乙酸＝5：5：11的比例选用。

步骤二：

①先将氢氟酸和氟化铵混合

②加入乙酸即可。

2、将石英舟放入所配溶液中参与反应，两小时后捞出，用去离子水洗净。重复此步骤二次后，目测石英产品表面粗糙度均匀，呈不透明状。测得表面粗糙度R_a＝3.2μm。

经检测，处理后的石英舟可反复使用清洗至少5次，在CVD过程中，有效的防止了沉积层脱落的现象发生。

实施例四：

1、溶液的制备：

步骤一：常温、常压下，取溶液浓度为40％的分析纯氢氟酸、溶液浓度为99％的固体分析纯氟化铵、溶液浓度为99.5％的分析纯乙酸，按照质量比为氢氟酸∶氟化铵∶乙酸＝6：5：8的比例选用。

步骤二：

①先将氢氟酸和氟化铵混合

②加入乙酸即可。

2、将石英管放入所配溶液中参与反应，两小时后捞出，用去离子水洗净。重复此步骤四次后，目测石英管表面粗糙度均匀，呈不透明状。测得表面粗糙度R_a＝4.5μm。经检测，处理后的石英管可反复使用清洗至少4次，在CVD过程中，有效的防止了沉积层脱落的现象发生。

实施例五：

1、溶液的制备：

步骤一：常温、常压下，取溶液浓度为40％的分析纯氢氟酸、溶液浓度为99％的固体分析纯氟化铵、溶液浓度为99.5％的分析纯乙酸，按照质量比为氢氟酸∶氟化铵∶乙酸＝4：6：11的比例选用。

步骤二：

①先将氢氟酸和氟化铵混合

②加入乙酸即可。

2、将石英舟放入所配溶液中参与反应，两小时后捞出，用去离子水洗净。重复此步骤一次后，目测石英产品表面粗糙度均匀，呈不透明状。测得表面粗糙度R_a＝2.9μm。

经检测，处理后石英产品的可反复使用清洗至少4次，在CVD过程中，有效的防止了沉积层脱落的现象发生。

实施例六：

1、溶液的制备：

步骤一：常温、常压下，取溶液浓度为40％的分析纯氢氟酸、溶液浓度为99％的固体分析纯氟化铵、溶液浓度为99.5％的分析纯乙酸，按照质量比为氢氟酸∶氟化铵∶乙酸＝2：4：11的比例选用。

步骤二：

①先将氢氟酸和氟化铵混合

②加入乙酸即可。

2、将石英产品放入所配溶液中参与反应，两小时后捞出，用去离子水洗净。重复此步骤一次后，目测石英产品表面粗糙度均匀，呈不透明状。测得表面粗糙度R_a＝1.8μm。

经检测，处理后石英产品的可反复使用清洗至少20次，在CVD过程中，有效的防止了沉积层脱落的现象发生。

Claims

1.一种石英表面化学粗糙处理方法，其特征在于：将石英产品表面进行火抛光后，在常温、常压下浸入盛有处理液的容器内反应，反应两小时后取出，用去离子水洗净所述石英产品表面的附着物，洗净后再次浸入所述处理液中重复上述反应，直至所述石英产品表面粗糙度均匀，呈不透明状态，使处理后的表面粗糙度R_a＝1.5μm～4.Sμm；所述处理液的制备步骤如下：先选用溶液浓度为40％的分析纯氢氟酸和溶液浓度为99％的固体分析纯氟化铵混合，然后加入溶液浓度为99.5％的分析纯乙酸配置成处理液备用；所述处理液中所用原料质量比为：氢氟酸∶氟化铵∶乙酸＝(2-6)∶(4-7)∶(8-11)；所述处理液的用量以完全侵没所述石英产品为宜。

2.根据权利要求1所述的石英表面化学粗糙处理方法，其特征在于：所述用去离子水洗净石英产品表面的附着物，每次用去离子水冲洗15-20分钟。