專利名稱：石英表面化學粗糙處理方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體生產(chǎn)行業(yè)用的石英部件的加工方法，特別是一種石英表面化 學粗糙處理方法。經(jīng)該方法處理過的石英產(chǎn)品表面粗糙度更均勻，無明顯凹凸，避免了 化學氣象淀積(CVD)過程中石英表面產(chǎn)生微粒(particle)現(xiàn)象，防止沉積膜裂紋的產(chǎn)生和脫 落，延長石英產(chǎn)品的使用壽命。
背景技術：
目前，半導體石英加工行業(yè)廣泛采用的石英表面處理技術大多是噴砂(sandblast)或火 拋光(fire polishing)。噴砂是利用高速氣流攜帶的金剛石研磨砂粒撞擊石英表面，使石英 產(chǎn)生粗糙(凹凸)表面的一種方法。噴砂后的石英表面可形成凹凸，用于吸附并保持堆積物 附著?；饞伖馐怯没鹧?氫氧焰)直接加熱石英表面，在不變形的前提下，使其表面熔化而 形成透明狀態(tài)(僅對透明石英而言)。以上兩種工藝利用的都是物理方法。
但是，由于半導體生產(chǎn)所用石英產(chǎn)品的形狀復雜，在噴砂過程中，有些表面因砂粒 無法直接接觸到，故噴射的力度、風速和距離都難以控制，而且由于噴砂時間不易于控 制，這就造成了噴砂表面的粗糙度不均勻，凹凸明顯。另外，噴砂還會對石英造成物理 損傷，噴砂過程中，石英產(chǎn)品的尺寸也會受到影響，降低了石英產(chǎn)品的成品率。經(jīng)檢測 得知，噴砂后的石英表面粗糙度RZ0.8/;m。
在化學氣象淀積(CVD)過程中，火拋光后的石英表面會因附著力降低而引起淀積膜的 裂紋和脫落，從而引起微粒(particle)現(xiàn)象的發(fā)生，污染CVD反應環(huán)境，從而影響晶圓表面 膜的生長。 一般說來，由顆粒污染導致的功能成品率損失要占總成品率損失的80%，而 且，顆粒污染的數(shù)目越多，芯片的成品率就會越低,這對于半導體生產(chǎn)行業(yè)來說，是十分 嚴重的問題。
另外，在使用了一段時間后，石英表面的附著物會產(chǎn)生微小的龜裂。由于CVD產(chǎn)生 的附著物與石英的熱膨脹系數(shù)不同，當附著物膨脹(或收縮)時，會發(fā)生石英表面附著物產(chǎn) 生裂紋并發(fā)生脫落、剝落的現(xiàn)象。
經(jīng)文獻檢索，專利公告號CN1293611C的《等離子體處理裝置用石英部件及其加工方 法、及安裝有該石英部件的等離子處理裝置》中，公開了一種石英表面粗糙處理的方法 和裝置，具有可以有效避免石英表面沉積膜的龜裂和脫落、避免對反應腔的污染等優(yōu)點， 其基本方法是對石英進行熱拋光后，利用微小粒徑的磨料進行表面加工(噴砂)，然后用氫 氟酸腐蝕石英表面。其不足之處在于處理方法復雜，噴砂會對石英表面造成損傷，而且
還會影響石英產(chǎn)品的尺寸參數(shù)。
專利公開號CN101115691A的《制備用于半導體制造的石英玻璃元件的方法，和根 據(jù)該方法得到的元件》中，介紹了石英玻璃元件的理想的表面粗糙度所具有的重要意義， 以及粗糙的石英表面在半導體生產(chǎn)中的優(yōu)勢，但該處理方式中的處理步驟比較復雜，耗 費時間較長(其實施例中提到機械加工后，需將石英在HF溶液中處理1440分鐘)，同 時，機械加工也會對石英造成物理損傷，石英的尺寸精度也有可能因此而改變。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種石英表面化學粗糙處理方法，它解決了現(xiàn)有技術存在的對 石英表面處理容易造成損傷、影響石英產(chǎn)品的尺寸精度等缺陷，該處理工藝流程設計合 理，設備簡單，操作容易，得到的石英產(chǎn)品表面粗糙度均勻，而且不受其形狀影響。在 參與CVD反應過程中，可以有效減少石英表面沉積膜的龜裂和脫落，從而降低了對反應 腔的污染的可能性，明顯提高產(chǎn)品成品率和加工效率，進而延長石英產(chǎn)品的使用壽命， 省時、降耗，降低了生產(chǎn)成本。
本發(fā)明所采用的技術方案是將石英產(chǎn)品表面進行火拋光后，在常溫、常壓下浸入
盛有處理液的容器內反應，反應兩小時后取出，用去離子水洗凈所述石英產(chǎn)品表面的附 著物，洗凈后再次浸入所述處理液中重復上述反應，直至所述石英產(chǎn)品表面粗糙度均勻，
呈不透明狀態(tài)，使處理后的表面粗糙度111=1.5/^ 4.5/^;所述處理液的制備步驟如下先 選用溶液濃度為40%的分析純氫氟酸和溶液濃度為99%的固體分析純氟化銨混合，然后加 入溶液濃度為99.5%的分析純乙酸配置成處理液備用；所述處理液中所用原料質量比為
氫氟酸氟化銨乙酸=(2-6) : (4-7) : (8-11);所述處理液的用量以完全侵沒石英產(chǎn)
品為宜。
所述用去離子水洗凈石英產(chǎn)品表面的附著物，每次用去離子水沖洗15-20分鐘。
本發(fā)明具有的積極效果是由于該方法的處理工藝流程設計合理，設備簡單，操作
容易，所以不僅解決了現(xiàn)有技術存在的對石英表面處理容易造成損傷、影響石英產(chǎn)品的
尺寸精度等缺陷，而且還具有如下優(yōu)點
1、 處理后得到的石英產(chǎn)品表面粗糙度均勻，不受產(chǎn)品形狀的影響，與噴砂產(chǎn)品相比，
表面更加光滑，提高了產(chǎn)品的尺寸精度，檢測后的石英表面粗糙度可達到Ra二1.5/;m 4.5/ym。
2、 在參與CVD反應過程中，由于粗糙石英表面的附著力比光滑表面更高，有效減少 了石英表面沉積膜裂紋的產(chǎn)生和沉積膜脫落，降低了由此帶來的對反應腔的污染的可能 性，提高了晶圓表面沉積膜的生長質量，從而提高了產(chǎn)品成品率和加工效率，降低了生 產(chǎn)成本。
3、 由于粗糙表面使附著力增加，沉積膜可以生長的更厚而不脫落，所以延長了對石 英產(chǎn)品清洗時間間隔，減低了對石英產(chǎn)品的清洗頻率，從而降低了清洗所用的化學用品 的消耗，減少了由于清洗所耗費的時間。
4、清洗時，經(jīng)過處理的石英產(chǎn)品表面狀態(tài)不易被改變，從而延長了石英產(chǎn)品的使用壽命。
具體實施例方式
以下結合實施例對本發(fā)明作進一步描述。該石英表面化學粗糙處理方法是將石英產(chǎn)品 (如石英管類、石英舟類、石英噴嘴等)表面進行火拋光后，在常溫、常壓下浸入盛有 處理液的容器(如酸洗槽)內反應。每次反應兩小時取出，每次反應取出后用去離子水 洗凈上述石英產(chǎn)品表面的附著物，每次沖洗15-20分鐘。洗凈后再次浸入上述處理液中重 復上述反應，直至所述石英產(chǎn)品表面粗槌度均勻，呈不透明狀態(tài)。經(jīng)檢測，使處理后的 表面粗糙度Rfl .5〃m 4.5〃m 。
所用處理液的制備步驟如下先選用溶液濃度為40%的分析純氫氟酸和溶液濃度為 99%的固體分析純氟化銨混合，然后加入溶液濃度為99.5%的分析純乙酸配置成處理液備
用。上述處理液中所用原料質量比為氫氟酸氟化銨乙酸=(2-6) : (4-7) : (8-11)。
上述處理液的用量以完全侵沒石英產(chǎn)品為宜。
其反應原理是石英的主要成分為二氧化硅(Si02)，石英產(chǎn)品完全浸入配置好的溶液 中反應如下
6HF+Si02=H2SiF6+2H20 H2SiF6=2H++ SiF62-NH4F=NH4++F SiF62-+2NH4+=(NH4)2SiF6
反應中，乙酸起緩蝕劑作用，能減緩氫氟酸對石英表面的腐蝕速度。生成的六氟硅 酸氨均勻的分布在石英表面，氫氟酸通過六氟硅酸氨之間的間隙來對石英進行刻蝕。但 是，隨著反應的進行，六氟硅酸氨不斷增長，最后(石英參與反應兩小時左右)布滿石英表 面，反應無法繼續(xù)進行。此時需要將石英取出，用去離子水洗凈其表面附著的六氟硅酸 氨，洗凈后或根據(jù)實際需要再次放入反應溶液中反應。經(jīng)檢測，處理后的石英表面呈現(xiàn) 出粗糙度均勻，表面粗糙度K.5/mi 4.5pm的呈不透明狀的磨砂面，石英表面無物理損傷。 各類石英產(chǎn)品再次與上述處理液反應次數(shù)可根據(jù)需要選擇如下 石英管類 (Quartz Tube) 3 5次 石英舟類 (Quartz Boat) 2 3次 石英噴嘴(Quartz Nozzle) 1 2次 以上反應次數(shù)也可根據(jù)實際操作的經(jīng)驗得出，反應次數(shù)與石英被腐蝕的均勻程度有
關，目視即可看出，不均勻的話就再反應一次。 實施例一
1、 處理液的制備
步驟一常溫、常壓下，取溶液濃度為40%的分析純氫氟酸、溶液濃度為99% 的固體分析純氟化銨、溶液濃度為99.5%的分析純乙酸，按照質量比為氫氟酸氟化
銨乙酸=2:5:9的比例選用。
步驟二
① 先將氫氟酸和氟化銨混合；
② 加入乙酸混合。
2. 、將石英產(chǎn)品噴嘴放入上述溶液中，反應兩小時后取出，用去離子水洗凈石英 產(chǎn)品噴嘴表面的附著物，每次沖洗15分鐘。繼續(xù)重復上述步驟兩次后，目測石英產(chǎn) 品噴嘴表面粗糙度均勻，呈不透明狀，實際檢測表面粗糙度Rf2.1/zm 。
經(jīng)檢測，處理后的石英產(chǎn)品噴嘴可反復使用清洗至少30次，在參與CVD反應過 程中，有效的防止了沉積層脫落的現(xiàn)象發(fā)生。 實施例二.-
1、 溶液的制備
步驟一常溫、常壓下，取溶液濃度為40%的分析純氫氟酸、溶液濃度為99% 的固體分析純氟化銨、溶液濃度為99.5%的分析純乙酸，按照質量比為氫氟酸氟化 銨乙酸=6: 7: 8的比例選用。
步驟一
① 先將氫氟酸和氟化銨混合
② 加入乙酸即可。
2、 將石英管放入所配溶液中參與反應，兩小時后撈出，用去離子水洗凈。重復 此步驟三次后，目測石英管表面粗糙度均勻，呈不透明狀。測得表面粗糙度R^4.3/;m。 經(jīng)檢測，處理后的石英管可反復使用清洗至少4次，在CVD過程中，有效的防止了 沉積層脫落的現(xiàn)象發(fā)生。
實施例三
1、溶液的制備
步驟一常溫、常壓下，取溶液濃度為40%的分析純氫氟酸、溶液濃度為99% 的固體分析純氟化銨、溶液濃度為99.5%的分析純乙酸，按照質量比為氫氟酸氟化
銨乙酸=5: 5: 11的比例選用。 步驟二 ① 先將氫氟酸和氟化銨混合
② 加入乙酸即可。
2、將石英舟放入所配溶液中參與反應，兩小時后撈出，用去離子水洗凈。重復 此步驟二次后，目測石英產(chǎn)品表面粗糙度均勻，呈不透明狀。測得表面粗糙度Ra=3.2/vm。 經(jīng)檢測，處理后的石英舟可反復使用清洗至少5次，在CVD過程中，有效的防 止了沉積層脫落的現(xiàn)象發(fā)生。 實施例四
1、 溶液的制備
步驟一常溫、常壓下，取溶液濃度為40%的分析純氫氟酸、溶液濃度為99% 的固體分析純氟化銨、溶液濃度為99.5%的分析純乙酸，按照質量比為氫氟酸氟化
銨乙酸=6: 5: 8的比例選用。 步驟二
① 先將氫氟酸和氟化銨混合
② 加入乙酸即可。
2、 將石英管放入所配溶液中參與反應，兩小時后撈出，用去離子水洗凈。重復 此步驟四次后，目測石英管表面粗糙度均勻，呈不透明狀。測得表面粗糙度R產(chǎn)4.5pm。 經(jīng)檢測，處理后的石英管可反復使用清洗至少4次，在CVD過程中，有效的防止了 沉積層脫落的現(xiàn)象發(fā)生。
實施例五
1、 溶液的制備
步驟一常溫、常壓下，取溶液濃度為40%的分析純氫氟酸、溶液濃度為99% 的固體分析純氟化銨、溶液濃度為99.5%的分析純乙酸，按照質量比為氫氟酸氟化 銨乙酸=4: 6: 11的比例選用。 步驟二
① 先將氫氟酸和氟化銨混合
② 加入乙酸即可。
2、 將石英舟放入所配溶液中參與反應，兩小時后撈出，用去離子水洗凈。重復
此步驟一次后，目測石英產(chǎn)品表面粗糙度均勻，呈不透明狀。測得表面粗糙度
Ra=2.9〃m。
經(jīng)檢測，處理后石英產(chǎn)品的可反復使用清洗至少4次，在CVD過程中，有效的 防止了沉積層脫落的現(xiàn)象發(fā)生。 實施例六
1、 溶液的制備
步驟一常溫、常壓下，取溶液濃度為40%的分析純氫氟酸、溶液濃度為99% 的固體分析純氟化銨、溶液濃度為99.5%的分析純乙酸，按照質量比為氫氟酸氟化 銨乙酸=2: 4: 11的比例選用。
步驟二
① 先將氫氟酸和氟化銨混合
② 加入乙酸即可。
2、 將石英產(chǎn)品放入所配溶液中參與反應，兩小時后撈出，用去離子水洗凈。重
復此步驟一次后，目測石英產(chǎn)品表面粗糙度均勻，呈不透明狀。測得表面粗糙度
Ra=1.8〃m。
經(jīng)檢測，處理后石英產(chǎn)品的可反復使用清洗至少20次，在CVD過程中，有效的 防止了沉積層脫落的現(xiàn)象發(fā)生。
權利要求
1.一種石英表面化學粗糙處理方法，其特征在于將石英產(chǎn)品表面進行火拋光后，在常溫、常壓下浸入盛有處理液的容器內反應，反應兩小時后取出，用去離子水洗凈所述石英產(chǎn)品表面的附著物，洗凈后再次浸入所述處理液中重復上述反應，直至所述石英產(chǎn)品表面粗糙度均勻，呈不透明狀態(tài)，使處理后的表面粗糙度Ra＝1.5μm～4.Sμm；所述處理液的制備步驟如下先選用溶液濃度為40％的分析純氫氟酸和溶液濃度為99％的固體分析純氟化銨混合，然后加入溶液濃度為99.5％的分析純乙酸配置成處理液備用；所述處理液中所用原料質量比為氫氟酸∶氟化銨∶乙酸＝(2-6)∶(4-7)∶(8-11)；所述處理液的用量以完全侵沒所述石英產(chǎn)品為宜。
2、 根據(jù)權利要求1所述的石英表面化學粗糙處理方法，其特征在于所述用 去離子水洗凈石英產(chǎn)品表面的附著物，每次用去離子水沖洗15-20分鐘。
全文摘要
一種石英表面化學粗糙處理方法，它解決了現(xiàn)有技術存在的對石英表面處理容易造成損傷、影響石英產(chǎn)品的尺寸精度等缺陷，該方法是將石英產(chǎn)品表面火拋光后，在常溫、常壓下浸入盛有處理液的容器內反應，反應兩小時后取出，用去離子水洗凈石英產(chǎn)品表面的附著物后，再次浸入處理液中重復上述反應，直至石英產(chǎn)品的表面粗糙度R_a＝1.5μm～4.5μm。該處理工藝流程設計合理，設備簡單，操作容易，得到的石英產(chǎn)品表面粗糙度均勻，而且不受其形狀影響。在參與CVD反應過程中，可以有效減少石英表面沉積膜的龜裂和脫落，從而降低了對反應腔的污染的可能性，明顯提高產(chǎn)品成品率和加工效率，進而延長石英產(chǎn)品的使用壽命，省時、降耗，降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號C03C15/00GK101367618SQ20081001331
公開日2009年2月18日 申請日期2008年9月23日 優(yōu)先權日2008年9月23日
發(fā)明者山 米 申請人:沈陽漢科半導體材料有限公司