TW202303696A - 用於清潔石英晶舟的方法及裝置 - Google Patents

Abstract

本發明公開了一種用於清潔石英晶舟的方法及裝置，其步驟包括：在高溫環境下利用蝕刻氣體對待清潔的所述石英晶舟進行第一蝕刻，以獲得位於所述石英晶舟的表面處並且能夠產生吸雜作用的損傷層和應力層；對經歷所述第一蝕刻的所述石英晶舟進行熱處理，以促進所述石英晶舟中的雜質在所述吸雜作用的影響下朝向所述石英晶舟的表面擴散；在高溫環境下利用蝕刻氣體對經歷所述熱處理的石英晶舟進行第二蝕刻，以將擴散至所述石英晶舟的表層的雜質隨所述石英晶舟的表層一起從所述石英晶舟去除。

Description

用於清潔石英晶舟的方法及裝置

本發明有關半導體矽片生產領域，尤指一種用於清潔石英晶舟的方法及裝置。

在半導體矽晶圓的生產過程中，通常需要對矽片進行比如退火之類的熱處理，以使得矽片滿足生產工藝要求。

在對矽片進行熱處理的過程中，通常將矽片承載在石英晶舟上，以避免矽片與熱處理爐中的其他部件接觸從而對矽片造成污染。但是，隨著使用時間的增長，石英晶舟本身的潔凈度會因外部環境的影響而下降。舉例而言，石英晶舟除了表面會被顆粒物污染以外內部也會受到金屬污染。在利用被污染的石英晶舟承載矽片以對矽片進行熱處理的情況下，例如石英晶舟內部的金屬污染物會擴散到矽片表面，而這些金屬污染物又會在高溫作用下加速朝向矽片內部擴散，由此加劇了矽片的金屬含量，導致經熱處理的矽片無法滿足生產技術要求。

為了避免上述情況出現，通常需要定期對石英晶舟進行清潔。在相關技術中的清潔方式中，需要將石英晶舟從熱處理爐中拆下並取出，並將石英晶舟投入含有HF化學品的槽式清洗機中，利用HF與二氧化矽之間能夠發生化學反應來實現清洗。但是，這樣的清洗方式需要額外的槽式清洗機，成本極高，石英晶舟需要在熱處理爐與槽式清洗機之間頻繁轉移，導致清洗工藝繁瑣，而且這樣的清洗方式無法實現對存在於石英晶舟內部的金屬污染物進行清除。

有鑒於此，本發明提供一種用於清潔石英晶舟的方法及裝置，不需要使用額外的槽式清洗機便能夠完成清潔，由此降低了成本，而且能夠實現對存在於石英晶舟內部的雜質進行清除。

本發明的技術方案是這樣實現的：第一方面，本發明提供了一種用於清潔石英晶舟的方法，其步驟包括：在高溫環境下利用蝕刻氣體對待清潔的石英晶舟進行第一蝕刻，以獲得位於石英晶舟的表面處並且能夠產生吸雜作用的損傷層和應力層；對經歷第一蝕刻的石英晶舟進行熱處理，以促進石英晶舟中的雜質在吸雜作用的影響下朝向石英晶舟的表面擴散；在高溫環境下利用蝕刻氣體對經歷熱處理的石英晶舟進行第二蝕刻，以將擴散至石英晶舟的表層的雜質隨石英晶舟的表層一起從石英晶舟去除。

第二方面，本發明提供了一種用於清潔石英晶舟的裝置，主要用於執行根據第一方面所述的方法，用於清潔石英晶舟的裝置包括：限定有空腔的加熱器，加熱器用於在空腔中提供進行第一蝕刻所需的高溫環境，加熱器還用於在空腔中提供進行熱處理所需的熱處理溫度，加熱器還用於在空腔中提供進行第二蝕刻所需的高溫環境；蝕刻氣體供應源，蝕刻氣體供應源用於將進行第一蝕刻和第二蝕刻所需的蝕刻氣體供應至空腔中。

本發明提供了一種用於清潔石英晶舟的方法及裝置，由於第一蝕刻涉及石英晶舟的表面材料的去除，因此石英晶舟表面的污染物是能夠去除的，在整個清潔過程中不需要提供額外的槽式清洗機，並且例如可以利用執行矽片熱處理作業的熱處理爐來提供高溫環境，因此不需要將石英晶舟從熱處理爐中取出便能夠完成上述清潔過程，而且很明顯的，上述的清潔方式能夠實現對存在於石英晶舟內部的金屬污染物進行清除。

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述。

參見圖1並結合圖2，本發明實施例提供了一種用於清潔石英晶舟的方法，其步驟可以包括：S101：在高溫環境下利用蝕刻氣體對待清潔的石英晶舟進行第一蝕刻，以獲得位於石英晶舟QT的表面處並且能夠產生吸雜作用的損傷層L1和應力層L2，這裡的待清潔的石英晶舟QT在圖2的最上方示出並且會含有示例性的通過“黑點”示出的比如金屬原子或金屬離子之類的雜質，這裡的第一蝕刻涉及石英晶舟QT的表面材料的去除，由此會對石英晶舟QT造成損傷而形成損傷層L1，該損傷層L1會通過應力層L2過渡到石英晶舟QT內部的未損傷部分，而損傷層L1和應力層L2能夠產生吸雜作用，另外這裡的「吸雜作用」是指，如在圖2中通過經歷第一蝕刻的石英晶舟QT中的多個實線箭頭示意性的示出的，存在於石英晶舟QT中的雜質會沿著這些箭頭的方向朝向能夠產生該「吸雜作用」的損傷層L1和應力層L2擴散；S102：對經歷第一蝕刻的石英晶舟QT進行熱處理，以促進石英晶舟QT中的雜質在吸雜作用的影響下朝向石英晶舟QT的表面擴散，如在圖2中通過經歷熱處理的石英晶舟QT示出的，石英晶舟QT中的雜質在擴散後已主要存在於石英晶舟QT的表層，而石英晶舟QT的中央部分的雜質已非常少或幾乎不存在；S103：在高溫環境下利用蝕刻氣體對經歷熱處理的石英晶舟QT進行第二蝕刻，以將擴散至石英晶舟QT的表層的雜質隨石英晶舟QT的表層一起從石英晶舟QT去除，由此使能夠獲得雜質已非常少或幾乎不存在的石英晶舟QT，如在圖2中通過經歷第二蝕刻的石英晶舟QT示出的。

由於第一蝕刻涉及石英晶舟QT的表面材料的去除，因此石英晶舟QT表面的污染物是能夠去除的，在整個清潔過程中不需要提供額外的槽式清洗機，並且例如可以利用執行矽片熱處理作業的熱處理爐來提供高溫環境，因此不需要將石英晶舟QT從熱處理爐中取出便能夠完成上述清潔過程，而且很明顯的，上述的清潔方式能夠實現對存在於石英晶舟QT內部的金屬污染物進行清除。

可選的，上述的第一蝕刻和第二蝕刻所使用的蝕刻氣體都可以為HCl氣體，另外HCl氣體的純度例如可以為99.99999%的高純度。

在石英晶舟QT經歷上述的第二蝕刻後，表面會較為粗糙，由此存在承載矽片以對矽片進行熱處理時划傷矽片的風險，另一方面，即使在經歷第二蝕刻後石英晶舟QT中只含有少量的雜質，但這些少量的雜質仍然可能在矽片熱處理過程中擴散到矽片中造成矽片污染。對此，在本發明的可選實施例中，其步驟還可以包括在高溫環境下利用氧氣對經歷第二蝕刻的石英晶舟QT進行表面氧化，以獲得能夠阻止石英晶舟QT中的殘餘雜質擴散到石英晶舟QT外部的氧化層。所形成的氧化層能夠降低石英晶舟QT的表面的粗糙度，減小划傷矽片的風險，並且能夠有效的阻止石英晶舟QT中的雜質擴散到外部，由此避免所承載的矽片被污染。

在上述的熱處理期間，需要避免石英晶舟QT在高溫下與外部環境中的物質發生化學反應，對此在本發明的可選實施例中，其步驟還可以包括在熱處理期間向石英晶舟QT提供保護性氣體。保護性氣體例如可以是化學屬性不活潑的氮氣，另外氮氣的純度例如可以為99.99999%的高純度。

為了使石英晶舟QT以更均勻的方式完成上述的第一蝕刻、熱處理、第二蝕刻以及表面氧化，在本發明的可選實施例中，其步驟還可以包括在第一蝕刻期間、熱處理期間、第二蝕刻期間以及表面氧化期間使石英晶舟QT旋轉。這樣，例如當第一蝕刻過程中蝕刻氣體沒有均勻的分佈在石英晶舟QT周圍時，或者說當石英晶舟QT周圍的蝕刻氣體的濃度有差異時，通過石英晶舟QT的旋轉能夠消除這樣的不均勻對蝕刻均勻性造成的影響。類似的，通過石英晶舟QT的旋轉能夠消除石英晶舟QT周圍溫度分佈不均勻對熱處理均勻性的影響、第二蝕刻所利用蝕刻氣體濃度不均勻對第二蝕刻均勻性的影響以及氧氣濃度不均勻對表面氧化均勻性的影響。

為了使石英晶舟QT中的雜質充分的擴散至石英晶舟QT的表層，在本發明的可選實施例中，熱處理的持續時間可以為至少10小時。這樣，可以盡最大可能的減少殘留在石英晶舟QT的中央部分的雜質，使得完成清潔的石英晶舟QT中的雜質的量盡可能的少。

在本發明的可選實施例中，第一蝕刻、熱處理、第二蝕刻以及表面氧化都可以在950°C的溫度下執行。這樣，能夠以更簡單的方式實現溫度控制，降低為實現清潔而進行的操作的繁瑣程度。

參見圖3，本發明實施例還提供了一種用於清潔石英晶舟的裝置1，其主要用於執行根據本發明各實施例所述的方法，用於清潔石英晶舟的裝置1可以包括：限定有空腔10C的加熱器10，加熱器10用於在空腔10C中提供進行第一蝕刻所需的高溫環境，加熱器10還用於在空腔10C中提供進行熱處理所需的熱處理溫度，加熱器10還用於在空腔10C中提供進行第二蝕刻所需的高溫環境，圖3中示意性的示出了在加熱器10的空腔10C中放置了單個石英晶舟QT，在上述的加熱器10為用於對矽片進行處理的熱處理爐的情況下，與上述的空腔10C相對應的爐腔中可以放置多至120個的石英晶舟QT；蝕刻氣體供應源20，蝕刻氣體供應源用於將進行第一蝕刻和第二蝕刻所需的蝕刻氣體供應至空腔10C中，如在圖3中通過與蝕刻氣體供應源20關聯的實線箭頭示意性的示出的。

可選的，仍然參見圖3，用於清潔石英晶舟的裝置1還可以包括氧氣供應源30，氧氣供應源30用於將進行表面氧化所需的氧氣供應至空腔10C中，如在圖3中通過與氧氣供應源30關聯的實線箭頭示意性的示出的，並且加熱器10還用於在空腔10C中提供進行表面氧化所需的高溫環境。

可選的，仍然參見圖3，用於清潔石英晶舟的裝置1還可以包括保護性氣體供應源40，保護性氣體供應源40用於在熱處理期間將保護性氣體供應至空腔10C中，如在圖3中通過與保護性氣體供應源40關聯的實線箭頭示意性的示出的。

可選的，仍然參見圖3，用於清潔石英晶舟的裝置1還可以包括用於將石英晶舟QT承載在空腔10C中的承載台50，承載台50構造成能夠進行旋轉，如在圖3中通過與承載台50關聯的實線箭頭示意性的示出的，以驅動所承載的石英晶舟QT旋轉。

需要說明的是：本發明實施例所記載的技術方案之間，在不衝突的情況下，可以任意組合。

以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域具通常知識者在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應以申請專利範圍的保護範圍為準。

1:用於清潔石英晶舟的裝置 10:加熱器 10C:空腔 20:蝕刻氣體供應源 30:氧氣供應源 40:保護性氣體供應源 50:承載台 L1:損傷層 L2:應力層 QT:石英晶舟 S101~S102:步驟流程

圖1為本發明實施例提供的一種用於清潔石英晶舟的方法的示意圖； 圖2為在利用根據本發明實施例的方法對石英晶舟進行清潔的過程中石英晶舟的狀態變化示意圖； 圖3為本發明實施例提供的一種用於清潔石英晶舟的裝置的示意圖。

S101~S103:步驟流程

Claims (10)

1. 一種用於清潔石英晶舟的方法，其步驟包括： 在高溫環境下利用蝕刻氣體對待清潔的石英晶舟進行第一蝕刻，以獲得位於該石英晶舟的表面處並且能夠產生吸雜作用的損傷層和應力層； 對經歷該第一蝕刻的該石英晶舟進行熱處理，以促進該石英晶舟中的雜質在該吸雜作用的影響下朝向該石英晶舟的表面擴散； 在高溫環境下利用蝕刻氣體對經歷該熱處理的該石英晶舟進行第二蝕刻，以將擴散至該石英晶舟的表層的雜質隨該石英晶舟的表層一起從該石英晶舟去除。
2. 如請求項1所述之用於清潔石英晶舟的方法，其中更包括在高溫環境下利用氧氣對經歷該第二蝕刻的石英晶舟進行表面氧化，以獲得能夠阻止該石英晶舟中的殘餘雜質擴散到該石英晶舟外部的氧化層。
3. 如請求項1或2所述之用於清潔石英晶舟的方法，其中更包括在該熱處理期間向該石英晶舟提供保護性氣體。
4. 如請求項1或2所述之用於清潔石英晶舟的方法，其中更包括在該第一蝕刻期間、該熱處理期間、該第二蝕刻期間以及該表面氧化期間使該石英晶舟旋轉。
5. 如請求項1或2所述之用於清潔石英晶舟的方法，其中該熱處理的持續時間為至少10小時。
6. 如請求項1或2所述之用於清潔石英晶舟的方法，其中該第一蝕刻、該熱處理、該第二蝕刻以及該表面氧化都在950°C的溫度下執行。
7. 一種用於清潔石英晶舟的裝置，用於執行如請求項1至6中任一項所述之用於清潔石英晶舟的方法，其主要包括： 限定有空腔的加熱器，該加熱器用於在該空腔中提供進行該第一蝕刻所需的高溫環境，該加熱器還用於在該空腔中提供進行該熱處理所需的熱處理溫度，該加熱器還用於在該空腔中提供進行該第二蝕刻所需的高溫環境； 蝕刻氣體供應源，該蝕刻氣體供應源用於將進行該第一蝕刻和該第二蝕刻所需的蝕刻氣體供應至該空腔中。
8. 如請求項7所述之用於清潔石英晶舟的裝置，其中更包括氧氣供應源，該氧氣供應源用於將進行該表面氧化所需的氧氣供應至該空腔中，並且該加熱器還用於在該空腔中提供進行該表面氧化所需的高溫環境。
9. 如請求項7或8所述之用於清潔石英晶舟的裝置，其中更包括保護性氣體供應源，該保護性氣體供應源用於在該熱處理期間將該保護性氣體供應至該空腔中。
10. 如請求項7或8所述之用於清潔石英晶舟的裝置，其中更包括用於將該石英晶舟承載在該空腔中的承載台，該承載台構造成能夠進行旋轉以驅動所承載的石英晶舟旋轉

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