CN103011611A

CN103011611A - 一种半导体用石英的表面处理方法

Info

Publication number: CN103011611A
Application number: CN2012105644792A
Authority: CN
Inventors: 何桥; 贺贤汉; 陈煜�; 廖宗杰; 尚玉帝
Original assignee: Shanghai Shenhe Thermo Magnetics Electronics Co Ltd
Current assignee: Anhui fulede Changjiang semiconductor material Co.,Ltd.
Priority date: 2012-12-24
Filing date: 2012-12-24
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2032-12-24
Also published as: CN103011611B

Abstract

本发明公开了一种半导体用石英的表面处理方法，经喷砂处理、酸刻蚀、有机溶液浸泡、酸溶液浸泡后进行超声处理。本发明的方法，采用物理、化学相结合的方法，对石英特别是特定的应用于半导体制程的石英零件进行表面处理，使石英在获得平均粗糙度Ra的基础上，再对表面进行微粗化处理，解决了现有加工技术存在的表面粗糙度不均、微裂缝、微颗粒嵌附等问题。该方法流程简单，其涉及的物理装置操作简易，化学药剂廉价易得。使用此方法得到石英零件表面粗糙度均匀，失效点少，可以明显的降低石英表面沉积膜脱落的几率，从而降低反应腔体微颗粒水平，提高了产品良率。

Description

一种半导体用石英的表面处理方法

技术领域

本发明涉及表面处理方法，特别涉及一种石英的表面处理的方法，具体涉及半导体制程使用的石英零件的表面微粗化方法。

背景技术

在半导体制程，特定的石英零件需要赋予理想的粗糙度，理想的粗糙度能提高膜层在石英表面的粘附力，减少沉积膜层在生产过程中的脱离而造成腔体污染及产品报废的几率。

传统的石英表面粗化采用机械加工后喷砂的方式获得，但此工艺处理后的石英表面存在表面尖峰和砂粒撞击石英表面留下的裂纹，此类潜在失效点增大了石英零件在使用过程中沉积膜层脱落的风险，脱落的颗粒造成腔体污染和产品报废的问题。

因此，本领域仍需要一种石英表面处理的方法，以保证石英表面具有可靠的膜层吸附能力及表面洁净度，以满足半导体制程的需要。

发明内容

本发明的目的就是提供一种新型的石英表面处理方法。

本发明的石英表面处理方法，包括如下步骤：

a)将石英进行喷砂处理，获得表面平均粗糙度Ra为2~10μm的石英；

b)将步骤a)获得的石英进行酸蚀刻，获得表面无尖峰且蚀刻凹槽深宽度均一的石英；

c)采用水对步骤b)获得的石英进行冲淋后采用有机溶剂浸泡；

d)采用酸溶液对步骤c)获得的石英进行浸泡；

e)采用水对步骤c)获得的石英进行冲淋后进行超声处理。

根据本发明，采用喷砂机进行所述喷砂处理，所述喷砂机的喷嘴与石英表面呈30~60度，距离石英表面距离为10~30cm；且所述喷砂处理是选用下组的砂料进行喷砂：粒径为24#，46#、或80#的白刚玉砂料。

根据本发明，所述酸蚀刻采用的酸蚀刻液由氢氟酸、盐酸、乙酸、烷基酚聚氧乙烯醚、无盐型两性咪唑啉、吐温80中的两种或三种以上与纯水混合而成，所述酸蚀刻液温度20~50℃，石英浸入所述酸蚀刻液内10~60min。

根据本发明的一优选例，所述酸蚀刻液由氢氟酸、乙酸、无盐型两性咪唑啉、吐温80、纯水混合而成，其中，所选氢氟酸的质量浓度为49%、乙酸的质量浓度为70%、无盐型两性咪唑啉的质量浓度为99%、吐温80的质量浓度为99%，纯水电阻率为16M，所述酸蚀刻液中各组分的体积份数为：

氢氟酸：10~50体积份；乙酸：10~40体积份；无盐型两性咪唑啉：0.02~2体积份：吐温80：0.02~2体积份；纯水：30~80体积份。

根据本发明的一优选例，所述酸蚀刻液由氢氟酸、盐酸、烷基酚聚氧乙烯醚、吐温80、纯水混合而成，其中，所选氢氟酸的质量浓度为49%、盐酸的质量浓度为37%、烷基酚聚氧乙烯醚的质量浓度为99%、吐温80的质量浓度为99%，纯水电阻率为16M，所述酸蚀刻液中各组分的体积份数为：

氢氟酸：10~30体积份；盐酸：10~40体积份；烷基酚聚氧乙烯醚：0.02~2体积份；吐温80：0.02~2体积份；纯水：30~60体积份。

根据本发明，所述步骤c)采用的水的电阻率为16~18M，所述有机溶剂为异丙醇、无水乙醇、丙酮中的任意一种或两种以上的混合溶液，所述浸泡的时间为5~10min。

进一步地，所述步骤c)采用有机溶液浸泡后，将石英在80~120℃条件下干燥5~10min。

根据本发明，所述步骤d)中酸溶液为硝酸、氢氟酸、纯水的混合溶液，酸溶液的温度为10~80℃；浸泡时间1~10min。

根据本发明的一优选例，所选氢氟酸的质量浓度为49%、硝酸的质量浓度为70%，纯水电阻率为16-18M，所述酸溶液中各组分的体积份数为：

氢氟酸：1~5体积份；硝酸：1~5体积份；纯水：2~8体积份。

根据本发明，所述步骤e)使用纯水进行冲淋，再放入电阻为16~18M的超声波槽内震荡，所述的超声波频率为80KHz，120KHz，132KHz，196KHz的任意2种频率并联方式，超声波震荡时间10~30min。

本发明采用物理、化学相结合的方法，能蚀刻出具有均匀粗糙度，无喷砂尖峰、裂缝，蚀刻凹槽内无镶嵌物的表面，解决了石英表面沉积膜脱落的问题。

应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。

附图说明

图1为经实施例1处理的石英表面的SEM图片。

图2为经实施例2处理的石英表面的SEM图片。

图3为经实施例3处理的石英表面的SEM图片。

图4为经实施例4处理的石英表面的SEM图片。

图5为经实施例5处理的石英表面的SEM图片。

图6为采用机械加工后喷砂的方式获得的石英表面的SEM图片。

具体实施方式

本发明的申请人首次采用物理、化学相结合的方法，对特定的应用于半导体制程的石英零件进行表面处理。该工艺使其石英在获得表面平均粗糙度Ra的基础上，再对表面进行微粗化处理，同时实现对石英表面的清洁。通过本发明处理石英表面，能蚀刻出具有均匀粗糙度，无喷砂尖峰、裂缝，蚀刻凹槽内无镶嵌物的表面的特征，解决了石英表面沉积膜脱落的问题。

术语

本发明所用的纯水，是指电阻率在16~18M范围内的水。

本发明的优选实施方式，石英表面处理方法包括：

（1）将石英零件放置喷砂机内，选择粒径为24#，46#、80#的白刚玉砂料中的一种，且喷嘴与石英表面呈30~60度，距离石英表面距离为10~30cm进行喷砂，控制粗糙度为Ra=2~10um。

（2）将石英零件放入酸蚀刻液内进行微粗化，所述的酸蚀刻液由氢氟酸、盐酸、乙酸、烷基酚聚氧乙烯醚、无盐型两性咪唑啉、吐温80中两种或三上以上与纯水混合而成，酸蚀刻液时间10~60min，酸液温度20~50度。

（3）将纯水冲淋后的石英零件使用有机溶剂浸泡，有机溶剂为异丙醇、无水乙醇、丙酮中的任意一种，浸泡5~10min后，在100度条件下干燥5~10min，再纯水冲淋，使用的纯水电阻率为16~18M。

（4）将石英零件放入混合酸液中浸泡，混合酸为硝酸、氢氟酸、纯水混合而成，浸泡时间1~10min，混合液温度：10~80度。

（5）使用纯水对酸浸后石英零件进行冲淋，再放入电阻为16~18M的超声波槽内震荡，所述的超声波频率为80KHz，120KHz，132KHz，196KHz中的任意2种并联方式。超声波震荡时间10~20min。

本发明提供了一种表面处理方法，其涉及的物理装置操作简易，化学药剂廉价易得。使用此方法得到石英零件表面粗糙度均匀，失效点少，可以明显的降低石英表面沉积膜脱落的几率，从而降低反应腔体微粒子水平，提高了产品良率。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1：

一种石英表面微粗化的方法，包括如下步骤：将石英零件放置喷砂机内，选择粒径为46#的白刚玉砂料作业，喷嘴与石英表面呈45度且距离表面为10~15cm高度进行喷砂，获得平均粗糙度为Ra=3~4um。然后将石英零件放入酸蚀刻液内进行微粗化，所述的酸蚀刻液由氢氟酸、盐酸、烷基酚聚氧乙烯醚、吐温80、纯水混合而成。氢氟酸的质量浓度为49%、盐酸的质量浓度为37%、烷基酚聚氧乙烯醚的质量浓度为99%、吐温80的质量浓度为99%，纯水欧阻为16M，五者体积比为30：10：2：1：57，酸蚀刻液温度30度，蚀刻30min后取出，使用纯水（电阻率16M）冲淋，再用异丙醇浸泡5min后取出，在100度条件下干燥5min，再使用纯水冲淋，之后将石英零件放入混合酸液中浸泡，混合酸为硝酸、氢氟酸、纯水混合而成，其中硝酸的质量分数为70%，氢氟酸的质量分数为49%，纯水欧阻为16M，3者的体积比为1：1：8，混合液温度为30度，浸泡5min后取出，纯水冲淋。再放入电阻为16M的超声波槽内震荡，所使用的超声波频率为80KHz与196KHz两种频率并联方式。超声波震荡时间20min，取出干燥。

实施例2：

一种石英表面微粗化的方法，包括如下步骤：将石英零件放置喷砂机内，选择粒径为46#的白刚玉砂料作业，喷嘴与石英表面呈45度且距离表面为10~15cm高度进行喷砂，获得平均粗糙度为Ra=3~4um。然后将石英零件放入酸蚀刻液内进行微粗化，所述的酸蚀刻液由氢氟酸、乙酸、无盐型两性咪唑啉、吐温80、纯水混合而成。氢氟酸的质量浓度为49%、乙酸的质量浓度为70%、无盐型两性咪唑啉的质量浓度为99%、吐温80的质量浓度为99%，纯水欧阻为16M，五者体积比为20：40：2：1：37，酸蚀刻液温度30度，蚀刻60min后取出，使用纯水（电阻率16M）冲淋，再用异丙醇浸泡5min后取出，在100度条件下干燥5min，再使用纯水冲淋，之后将石英零件放入混合酸液中浸泡，混合酸为硝酸、氢氟酸、纯水混合而成，其中硝酸的质量分数为70%，氢氟酸的质量分数为49%，纯水欧阻为16M，3者的体积比为1：1：8，混合液温度为30度，浸泡5min后取出，纯水冲淋。再放入电阻为16M的超声波槽内震荡，所使用的超声波频率为120KHz与196KHz两种频率并联方式。超声波震荡时间10min，取出完成干燥。

实施例3：

一种石英表面微粗化的方法，包括如下步骤：将石英零件放置喷砂机内，选择粒径为80#的白刚玉砂料作业，喷嘴与石英表面呈45度且距离表面为10~15cm高度进行喷砂，获得平均粗糙度为Ra=6~8um。然后将石英零件放入酸蚀刻液内进行微粗化，所述的酸蚀刻液由氢氟酸、盐酸、烷基酚聚氧乙烯醚、吐温80、纯水混合而成。氢氟酸的质量浓度为49%、盐酸的质量浓度为37%、烷基酚聚氧乙烯醚的质量浓度为99%、吐温80的质量浓度为99%，纯水欧阻为16M，五者体积比为15：30：2：1：52，酸液温度30度，蚀刻60min后取出，使用纯水（电阻率18M）冲淋，再用丙酮浸泡5min后取出，在100度条件下干燥5min，再使用纯水冲淋，之后将石英零件放入混合酸液中浸泡，混合酸为硝酸、氢氟酸、纯水混合而成，硝酸的质量分数为70%，氢氟酸的质量分数为49%，纯水欧阻为16M，3者的体积比为3：3：4，混合液温度为30度，浸泡2min后取出，纯水冲淋。再放入电阻为16M的超声波槽内震荡，所使用的超声波频率为80KHz与120KHz两种频率并联方式。超声波震荡时间15min，取出完成干燥。

实施例4：

一种石英表面微粗化的方法，包括如下步骤：将石英零件放置喷砂机内，选择粒径为80#的白刚玉砂料作业，喷嘴与石英表面呈35度且距离表面为20~25cm高度进行喷砂，获得平均粗糙度为Ra=4~6um。然后将石英零件放入酸蚀刻液内进行微粗化，所述的酸蚀刻液由氢氟酸、盐酸、烷基酚聚氧乙烯醚、吐温80、纯水混合而成。氢氟酸的质量浓度为49%、盐酸的质量浓度为37%、烷基酚聚氧乙烯醚的质量浓度为99%、吐温80的质量浓度为99%，纯水欧阻为16M，五者体积比为10：10：0.2：0.1：40，酸液温度25度，蚀刻55min后取出，使用纯水（电阻率18M）冲淋，再用无水乙醇浸泡8min后取出，在80度条件下干燥8min，再使用纯水冲淋，之后将石英零件放入混合酸液中浸泡，混合酸为硝酸、氢氟酸、纯水混合而成，其中硝酸的质量分数为70%，氢氟酸的质量分数为49%，纯水欧阻为16M，3者的体积比为5：4：2，混合液温度为70度，浸泡2min后取出，纯水冲淋。再放入电阻为18M的超声波槽内震荡，所使用的超声波频率为80KHz与132KHz两种频率并联方式。超声波震荡时间25min，取出完成干燥。

实施例5：

一种石英表面微粗化的方法，包括如下步骤：将石英零件放置喷砂机内，选择粒径为24#的白刚玉砂料作业，喷嘴与石英表面呈55度且距离表面为15~20cm高度进行喷砂，获得平均粗糙度为Ra=8~10um。然后将石英零件放入酸蚀刻液内进行微粗化，所述的酸蚀刻液由氢氟酸、乙酸、无盐型两性咪唑啉、吐温80、纯水混合而成。氢氟酸的质量浓度为49%、乙酸的质量浓度为70%、无盐型两性咪唑啉的质量浓度为99%、吐温80的质量浓度为99%，纯水欧阻为16M，五者体积比为40：15：0.5：0.1：77，酸液温度45度，蚀刻15min后取出，使用纯水（电阻率16M）冲淋，再用异丙醇与无水乙醇（体积比1:1）的混合溶剂浸泡5min后取出，在110度条件下干燥5min，再使用纯水冲淋，之后将石英零件放入混合酸液中浸泡，混合酸为硝酸、氢氟酸、纯水混合而成，其中硝酸的质量分数为70%，氢氟酸的质量分数为49%，纯水欧阻为16M，3者的体积比为5：1：8，混合液温度为20度，浸泡8min后取出，纯水冲淋。再放入电阻为18M的超声波槽内震荡，所使用的超声波频率为132KHz与196KHz两种频率并联方式。超声波震荡时间10min，取出完成干燥。

实施例6

性能检测

采用扫描电镜对实施例1-5获得的石英表面进行微观检测，并与传统的石英表面粗化采用机械加工后喷砂的方式获得的石英进行比较，结果如表1所示。

结果表明，与传统的采用机械加工后喷砂的方式获得的石英表面相比较，采用本发明的处理工艺获得的石英表面表面粗糙度均匀，失效点少。本发明采用物理、化学相结合的方法，能够蚀刻出具有均匀粗糙度，无喷砂尖峰、裂缝，蚀刻凹槽内无镶嵌物，进而可以解决石英表面沉积膜脱落的问题。

表1性能比较

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种石英表面处理方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

c)采用水对步骤b)获得的石英进行冲淋后采用有机溶剂浸泡；

d)采用酸溶液对步骤c)获得的石英进行浸泡；

e)采用水对步骤c)获得的石英进行冲淋后进行超声处理。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用喷砂机进行所述喷砂处理，所述喷砂机的喷嘴与石英表面呈30~60度，距离石英表面距离为10~30cm；且所述喷砂处理是选用下组的砂料进行喷砂：粒径为24#，46#、或80#的白刚玉砂料。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸蚀刻采用的酸蚀刻液由氢氟酸、盐酸、乙酸、烷基酚聚氧乙烯醚、无盐型两性咪唑啉、吐温80中的两种或三种以上与纯水混合而成，所述酸蚀刻液温度20~50℃，石英浸入所述酸蚀刻液内10~60min。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述酸蚀刻液由氢氟酸、乙酸、无盐型两性咪唑啉、吐温80、纯水混合而成，其中，所选氢氟酸的质量浓度为49%、乙酸的质量浓度为70%、无盐型两性咪唑啉的质量浓度为99%、吐温80的质量浓度为99%，纯水电阻率为16M，所述酸蚀刻液中各组分的体积份数为：

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述酸蚀刻液由氢氟酸、盐酸、烷基酚聚氧乙烯醚、吐温80、纯水混合而成，其中，所选氢氟酸的质量浓度为49%、盐酸的质量浓度为37%、烷基酚聚氧乙烯醚的质量浓度为99%、吐温80的质量浓度为99%，纯水电阻率为16M，所述酸蚀刻液中各组分的体积份数为：

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤c)采用的水的电阻率为16~18M，所述有机溶剂为异丙醇、无水乙醇、丙酮中的任意一种或两种以上的混合溶液，所述浸泡的时间为5~10min。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤c)采用有机溶液浸泡后，将石英在80~120℃条件下干燥5~10min。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤d)中酸溶液为硝酸、氢氟酸、纯水的混合溶液，酸溶液的温度为10~80℃；浸泡时间1~10min。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所选氢氟酸的质量浓度为49%、硝酸的质量浓度为70%，纯水电阻率为16-18M，所述酸溶液中各组分的体积份数为：

氢氟酸：1~5体积份；硝酸：1~5体积份；纯水：2~8体积份。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤e)使用纯水进行冲淋，再放入电阻为16~18M的超声波槽内震荡，所述的超声波频率为80KHz，120KHz，132KHz，196KHz的任意2种频率并联方式，超声波震荡时间10~30min。