CN108866513A - 透明石英玻璃板及其制作方法，化学气相沉积工艺 - Google Patents

透明石英玻璃板及其制作方法，化学气相沉积工艺 Download PDF

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Abstract

本发明技术方案公开了一种透明石英玻璃板及其制作方法，化学气相沉积工艺，所述化学气相沉积工艺包括：在化学气相沉积工艺的反应室内放置晶圆，所述反应室上方设有双紫外光源；在所述双紫外光源和晶圆之间设置透明石英玻璃板，所述透明石英玻璃板靠近所述双紫外光源的表面具有若干倾斜面；向所述反应室通入反应气体；采用所述双紫外光源照射所述晶圆，所述双紫外光源射出的紫外光透过所述透明石英玻璃板照射至所述晶圆的表面。本发明技术方案可以减少或消除光的干涉问题，进而改善晶圆表面的成膜均匀性。

Description

透明石英玻璃板及其制作方法，化学气相沉积工艺
技术领域
本发明涉及半导体制造工艺领域，尤其涉及一种透明石英玻璃板及其制作方法，化学气相沉积工艺。
背景技术
目前，半导体制造行业中经常用到紫外照射工艺，为了提升效率，紫外照射工艺从先前的单照射光源改进为双光源(DSS，Dual Sweeping Source)。以一种化学气相沉积(CVD)工艺为例，如图1所示，晶圆10放置在真空反应室20内的加热装置21上，在真空反应室20上方设有双紫外光源30a和30b，透明石英玻璃板(quartz window)40设置于双紫外光源30a、30b和晶圆10之间，反应气体通过进气口22通入真空反应室20，在高温下，通过气相反应在晶圆10表面生长薄膜。在化学气相沉积(CVD)工艺中，采用紫外光照射的目的是使晶圆表面生长的薄膜更致密，应力更大。
然而，应用双照射光源会产生光的干涉，如图2所示，干涉的生成条件：两列光波的频率相同，相位差恒定，振动方向一致的相干光源。由于光的干涉，照射时会产生明暗相间的条纹，例如图3所示，这会导致晶圆表面光照不均匀，成膜均匀性异常，进而影响后续工艺。
发明内容
本发明技术方案要解决的技术问题是双光源照射晶圆表面时，因光的干涉而导致晶圆表面光照不均匀，成膜均匀性异常。
为解决上述技术问题，本发明技术方案提供一种透明石英玻璃板，用于设置在双紫外光源和晶圆之间，所述透明石英玻璃板包括靠近所述双紫外光源的第一表面，所述第一表面具有若干倾斜面，所述双紫外光源射出的紫外光透过所述倾斜面照射至所述晶圆的表面。
可选的，所述倾斜面为金字塔状单体或类金字塔状单体的侧面。
可选的，所述金字塔状单体的底面为正四边形，侧面为正三角形。
可选的，所述类金字塔状单体的底面为正多边形，侧面为正三角形或等腰梯形。
可选的，所述金字塔状单体或类金字塔状单体紧密排列。
可选的，所述金字塔状单体或类金字塔状单体的高度范围为2μm～10μm，宽度范围为2μm～10μm。
为解决上述技术问题，本发明技术方案还提供一种上述透明石英玻璃板的制作方法，包括：采用刻蚀工艺对透明石英玻璃板进行表面处理，形成所述第一表面。
可选的，所述刻蚀工艺为湿法刻蚀工艺，采用的刻蚀液为加入缓冲剂的HF溶液。
可选的，所述刻蚀工艺为电感耦合等离子体刻蚀工艺。
为解决上述技术问题，本发明技术方案还提供一种化学气相沉积工艺，包括：在化学气相沉积工艺的反应室内放置晶圆，所述反应室上方设有双紫外光源；在所述双紫外光源和晶圆之间设置上述的透明石英玻璃板；向所述反应室通入反应气体；采用所述双紫外光源照射所述晶圆，所述双紫外光源射出的紫外光透过所述透明石英玻璃板照射至所述晶圆的表面。
与现有技术相比，本发明技术方案具有以下有益效果：
双光源照射的紫外入射光线经过透明石英玻璃板的若干倾斜面的多次折射，使紫外光透过透明石英玻璃板后方向无序，由此减弱或消除了光的干涉现象，改善了晶圆表面的光照均匀性，进而改善了晶圆表面的成膜均匀性；并且，透明石英玻璃板的若干倾斜面从一定程度上减少了光的反射，减少了光的损耗，提高了紫外光照射到晶圆表面的效率。
进一步，所述倾斜面为金字塔状单体或类金字塔状单体的侧面，若干金字塔状单体或类金字塔状单体紧密排列，双紫外光源射出的紫外光透过紧密排列的金字塔状单体或类金字塔状单体，照射到晶圆表面的紫外光也分布均匀，由此提升了光照均匀性，进一步改善了晶圆表面的成膜均匀性。
附图说明
图1为一种化学气相沉积工艺的实例示意图；
图2为现有的化学气相沉积工艺中，紫外光透过透明石英玻璃板的光线方向实例示意图；
图3为现有的化学气相沉积工艺在晶圆表面沉积薄膜的俯视示意图；
图4为本发明实施例的透明石英玻璃板的结构示意图；
图5为本发明实施例的化学气相沉积工艺中，紫外光透过透明石英玻璃板的光线方向实例示意图；
图6为本发明实施例的化学气相沉积工艺的流程示意图。
具体实施方式
现有技术由于光的干涉，使得应用双紫外光源照射的半导体成膜工艺(例如CVD)在晶圆表面生长的薄膜均匀性差。为了解决现有技术的问题，发明人提出对设置在双紫外光源和晶圆之间的透明石英玻璃板进行表面处理，使其表面微观呈现若干倾斜面，当紫外光透过所述透明石英玻璃板，所述若干倾斜面可以改变光的方向，以此减弱光的干涉，因此，晶圆表面的光照均匀性会提高，进而提升晶圆表面的成膜质量。
本发明技术方案提供一种透明石英玻璃板，用于设置在双紫外光源和晶圆之间，所述透明石英玻璃板包括靠近所述双紫外光源的第一表面和靠近所述晶圆的第二表面，即，当所述透明石英玻璃板设置在双紫外光源和晶圆之间，所述第一表面朝向所述双紫外光源，所述第二表面朝向所述晶圆。所述第一表面具有若干倾斜面，所述双紫外光源射出的紫外光透过具有倾斜面的第一表面和所述第二表面照射至所述晶圆的表面。
现有技术中，透明石英玻璃板的第一表面与第二表面平行，而本发明技术方案中，所述透明石英玻璃板的第一表面具有若干倾斜面，所述倾斜面相对于第二表面倾斜，或者说，所述第一表面包括若干不平行也不垂直于所述第二表面的表面。所述若干倾斜面的作用是：让入射光线经过多次折射，使紫外光经过透明石英玻璃板后方向无序，由此减弱或消除光的干涉现象；从一定程度上减少光的反射，提高紫外光照射到晶圆表面的效率。因此，只要能够实现上述作用，所述倾斜面的表面形态不受限制，例如可以是平面、曲面或阶梯型表面等。另外，倾斜面的倾斜角度可以根据实际需求设置，在此不做限定。
在本发明实施例中，请参考图4，所述透明石英玻璃板的倾斜面为金字塔状单体或类金字塔状单体的侧面。具体来说，所述透明石英玻璃板的第一表面形成有若干凸出的单体，所述单体的形状可以为金字塔型，也可以为类金字塔型，第一表面的若干倾斜面包括若干金字塔状单体或类金字塔状单体的侧面。
一般来说，金字塔是底面为四边形、侧面为三角形的椎体结构。在实际实施时，基于工艺实现难易度的考虑，所述金字塔状单体的底面可以为正四边形，侧面可以为正三角形。
类金字塔可以是底面为多边形(例如，五边形、六边形、七边形等)、侧面为三角形的椎体结构或近似椎体结构。这里的多边是指多于四边，即类金字塔单体的侧面多于四面。利用扫描电子显微镜(SEM)观察透明石英玻璃板的表面，可以看到呈“小丘状”，类金字塔单体的侧面面数越多，反射率越低陷光能力越强。在实际实施时，基于工艺实现难易度的考虑，所述类金字塔状单体的底面可以为正多边形，侧面可以为正三角形。
本实施例中，如图4所示，所述金字塔状单体或类金字塔状单体的高度(h)范围可以为2μm～10μm，宽度(w)范围可以为2μm～10μm。
请结合参考图5，单体的表面微观形态呈金字塔状或类金字塔状，若干单体紧密排列，具有两个作用：1、让入射光线经过多次折射，使紫外光经过透明石英玻璃板后方向无序，减少或消除了光的干涉现象；2、在一定程度上了减少了光的反射，提高了紫外光照到晶圆表面的效率。
进一步，所述金字塔状单体或类金字塔状单体紧密排列。具体来说，单体之间的间距大也就是倾斜面的间距大会导致光反射较多，由此导致透过透明石英玻璃板的光损失较多，减少了光照射到晶圆表面的效率。因此，第一表面的单体应当分布均匀，且相邻单体之间的间距应当尽可能地小，较佳地，相邻的单体之间没有空隙，即单体的底面相接。双紫外光源射出的紫外光透过紧密排列、分布均匀的金字塔状单体或类金字塔状单体，照射到晶圆表面的紫外光也分布均匀，由此提升了光照均匀性，进一步改善了晶圆表面生长的薄膜的均匀性。
基于上述的透明石英玻璃板，本发明技术方案还提供一种所述的透明石英玻璃板的制作方法，包括：采用刻蚀工艺对透明石英玻璃板进行表面处理，形成所述第一表面，所述透明石英玻璃板的第一表面具有若干倾斜面。
在本发明实施例中，所述透明石英玻璃板的倾斜面为金字塔状单体或类金字塔状单体的侧面。所述金字塔状单体的底面可以为正四边形，侧面可以为正三角形。所述类金字塔状单体的底面可以为正三角形或正多边形，侧面可以为正三角形或等腰梯形。所述金字塔状单体或类金字塔状单体紧密排列。
所述刻蚀工艺可以为湿法刻蚀工艺，利用石英的各向异性湿法刻蚀特性来实现表面特殊微观形态的呈现。本实施例中，湿法刻蚀采用的刻蚀液为BHF(Buffered HF)，即加入缓冲剂的HF溶液。通常，刻蚀温度在80℃左右，在HF溶液中加入NH4F作为缓冲剂，保持HF浓度稳定，使得反应更为平稳地进行。刻蚀液的浓度配比、刻蚀时间、温度等工艺参数可以根据实际刻蚀形貌的需求设定或调整。
在其它实施例中，所述刻蚀工艺也可采用例如为电感耦合等离子体(ICP，inductively coupled plasma)刻蚀等干法刻蚀工艺。
基于上述的透明石英玻璃板，本发明技术方案还提供一种化学气相沉积工艺，如图6所示，包括：
步骤S1，在化学气相沉积工艺的反应室内放置晶圆，所述反应室上方设有双紫外光源；
步骤S2，在所述双紫外光源和晶圆之间设置透明石英玻璃板，所述透明石英玻璃板靠近所述双紫外光源的表面具有若干倾斜面；
步骤S3，向所述反应室通入反应气体；
步骤S4，采用所述双紫外光源照射所述晶圆，所述双紫外光源射出的紫外光透过所述透明石英玻璃板照射至所述晶圆的表面。
具体地，请结合参考图1和图4，晶圆10放置在真空反应室20内的加热装置21上，在真空反应室20上方设有双紫外光源30a和30b；透明石英玻璃板40设置于双紫外光源30a、30b和晶圆10之间，其朝向双紫外光源30a、30b的表面具有若干倾斜面；加热装置21控制真空反应室20的温度，反应气体通过进气口22通入真空反应室20，在高温下，通过气相反应在晶圆10表面生长薄膜，并且，采用紫外光照射，使晶圆表面生长的薄膜更致密，应力更大。
双紫外光源30a、30b射出的紫外入射光线经过透明石英玻璃板40的若干倾斜面的多次折射，使紫外光经过透明石英玻璃板40后方向无序，由此减弱或消除光的干涉现象，改善了晶圆10表面的光照均匀性，进而改善了晶圆10表面的成膜均匀性；并且透明石英玻璃板40的若干倾斜面从一定程度上减少光的反射，提高紫外光照射到晶圆10表面的效率。
在本实施例中，透明石英玻璃板40的倾斜面为金字塔状单体或类金字塔状单体的侧面。所述金字塔状单体的底面可以为正四边形，侧面可以为正三角形。所述类金字塔状单体的底面可以为正多边形，侧面可以为正三角形。
进一步，若干金字塔状单体或类金字塔状单体紧密排列，双紫外光源射出的紫外光透过紧密排列的金字塔状单体或类金字塔状单体，照射到晶圆表面的紫外光也分布均匀，由此提升了光照均匀性，进一步改善了晶圆表面的成膜均匀性。
本发明虽然已以较佳实施方式公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种透明石英玻璃板，用于设置在双紫外光源和晶圆之间，所述透明石英玻璃板包括靠近所述双紫外光源的第一表面，其特征在于，所述第一表面具有若干倾斜面，所述双紫外光源射出的紫外光透过所述倾斜面照射至所述晶圆的表面。
2.如权利要求1所述的透明石英玻璃板，其特征在于，所述倾斜面为金字塔状单体或类金字塔状单体的侧面。
3.如权利要求2所述的透明石英玻璃板，其特征在于，所述金字塔状单体的底面为正四边形，侧面为正三角形。
4.如权利要求2所述的透明石英玻璃板，其特征在于，所述类金字塔状单体的底面为正多边形，侧面为正三角形。
5.如权利要求2所述的透明石英玻璃板，其特征在于，所述金字塔状单体或类金字塔状单体紧密排列。
6.如权利要求2所述的透明石英玻璃板，其特征在于，所述金字塔状单体或类金字塔状单体的高度范围为2μm～10μm，宽度范围为2μm～10μm。
7.一种权利要求1至6任一项所述的透明石英玻璃板的制作方法，其特征在于，包括：采用刻蚀工艺对透明石英玻璃板进行表面处理，形成所述第一表面。
8.如权利要求7所述的透明石英玻璃板的制作方法，其特征在于，所述刻蚀工艺为湿法刻蚀工艺，采用的刻蚀液为加入缓冲剂的HF溶液。
9.如权利要求7所述的透明石英玻璃板的制作方法，其特征在于，所述刻蚀工艺为电感耦合等离子体刻蚀工艺。
10.一种化学气相沉积工艺，其特征在于，包括：
在化学气相沉积工艺的反应室内放置晶圆，所述反应室上方设有双紫外光源；
在所述双紫外光源和晶圆之间设置权利要求1至6任一项所述的透明石英玻璃板；
向所述反应室通入反应气体；
采用所述双紫外光源照射所述晶圆，所述双紫外光源射出的紫外光透过所述透明石英玻璃板照射至所述晶圆的表面。
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