TWI663131B - 擴散製程用石英器皿之表面處理方法 - Google Patents
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Abstract
一種擴散製程用石英器皿之表面處理方法，包含有下列步驟：火拋光步驟：將石英器皿進行火拋光使表面之狀態一致；退火步驟：消除石英器皿內應力；遮蔽步驟：遮蔽不需噴砂之部分；噴砂步驟：對石英器皿噴砂使未遮蔽部分形成粗糙化表面；去除遮蔽物步驟：將石英器皿上的遮蔽物去除；第一次清洗步驟：將該石英器皿以清潔劑進行清洗；化學蝕刻步驟：將該石英器皿之表面進行化學蝕刻；第二次清洗步驟：將該石英器皿以純水清洗，藉此，透過上述步驟使得該石英器皿表面之粗糙度較為均勻平順，並增加石英器皿之表面積，與沉積層結合度佳，減少製程中微粒的產生，提升生產晶圓之良率，並延長石英器皿之壽命。
Description
本發明係與一種石英器皿之表面處理方法有關，尤其是指一種擴散製程用石英器皿之表面處理方法。
在積體電路製程中，經常利用熱擴散爐來製作半導體元件所需要的P型擴散區及N型擴散區，或是進行化學氣相沈積法，以沈積所需要的各種材質，比如藉著將矽甲烷經加熱後解離的方式，來沈積所需要的多晶矽層。請參閱第1圖，係為習知立式熱擴散爐之使用示意圖，習知熱擴散爐係包含有一反應管1，該反應管1之外側係設有數個加熱器2，而該反應管1之內側係設置有一立式石英舟3，該立式石英舟3係橫向並列設置有數個晶圓4，且該熱擴散爐係連通有數個可釋放氣體之反應容器5，該等反應容器5係會供給各種處理氣體以對該等晶圓4之表面進行成膜處理，而由於該熱擴散爐常處於高溫中進行各種摻質(Dopant)的擴散，且整個反應管1的溫度與該等晶圓4所承受的溫度相當，因此反應的生成物除了會沈積在該等晶圓4上，也會附著在該反應管1的內壁面。
而習知反應管之表面處理多為火拋光後之石英所製成，請參閱第2圖所示，係為習知以火拋光加工石英表面之剖視圖，火抛光是用火焰（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，然而，由於長期進行化學氣相沈積法，使得在反應管之表面上，形成一層沉積多晶矽層，當多晶矽層累積至一定厚度時，由於火拋光處理後之反應管的表面光滑，附著力不夠，以及多晶矽層本身表面的應力，易在反應管之頂部沈積較厚處，或在是反應管之表面的轉折處，產生龜裂或形成一塊一塊的微粒，當微粒剝落(Peeling)對晶圓造成污染，大幅影響晶圓之良率，更嚴重者因多晶矽層黏在反應管之周壁，由於劇烈昇降溫而將反應管之管壁黏起而導致反應管之管壁剝落現象，使得反應管表面凹凸不平，無法使用，造成反應管提早報廢。
習知反應管之表面處理亦有噴砂加工之處理方式，請參閱第3圖所示，係為習知以噴砂加工石英表面之剖視圖，噴砂是利用高速氣流攜帶之金剛石研磨砂粒撞擊石英表面，使石英產生粗糙的表面，噴砂後的石英表面所形成之凹凸狀可用於吸附並保持堆積物之附著。然而，由於半導體生產所用之石英產品其形狀複雜，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，且由於石英產品之內壁面於剛開始之粗糙度並不一致，造成噴砂表面的粗糙度不均勻，且粗糙之凹凸處過於尖銳，使得沉積層於尖峰處較易斷裂剝離，因而形成微粒，影響晶圓之良率。
習知反應管之表面處理亦有化學加工之處理方式，請參閱第3圖所示，係為習知以化學加工石英表面之剖視圖，化學加工係對石英表面進行酸洗，例如以氫氟酸、磷酸及硝酸之混合溶液來進行酸洗，使石英表面粗糙化而可用於吸附並保持堆積物之附著。然而，由於石英產品之內壁面於剛開始之粗糙度不一致，造成化學酸洗後之表面的粗糙度不均勻，且部分凹凸處過於平滑，使得沉積層於平滑處易剝落，影響晶圓之良率。
另外，習知半導體的生產工藝中，通常在同一個熱擴散爐中，所有晶圓表面薄膜生長的厚度和質量盡可能要保持一致，即要求熱擴散爐中，擴散至各個晶圓表面的處理氣體均勻分佈，然而，若放置於熱擴散爐中的晶圓較多時，相對的，熱擴散爐中處理氣體的進氣管長度須較長，使得處理氣體進入熱擴散爐中的流量很難保持一致，因此造成石英舟上不同位置的晶圓其表面的處理氣體分佈不均勻，使得晶圓間成膜之厚度不一致，普遍來說，於石英舟頂部及底部之晶圓，其成膜厚度較為中間段晶圓厚之現象。是以，本案發明人觀察到上述缺點後，認為如何提升石英表面與沉積層之結合強度，並提高晶圓間成膜厚度之均一性，實有必要，而遂有本發明之產生。
本發明之主要目的係在提供一種擴散製程用石英器皿之表面處理方法，其係可提升石英器皿表面與沉積層之結合強度，並增加其表面積，進而提升生產晶圓之良率，且可達到提高晶圓間成膜厚度之均一性。
為達上述目的，本發明所提供之擴散製程用石英器皿之表面處理方法，其係包含有下列步驟：火拋光步驟：將該石英器皿進行火拋光，使其表面之狀態一致；退火步驟：將該石英器皿加熱後逐漸冷卻，以消除該石英器皿之內應力，使該石英器皿不會自然破裂；遮蔽步驟：利用數個遮蔽物將該石英器皿之擴散製程非反應面進行部分遮蔽；噴砂步驟：對該石英器皿進行噴砂，使該石英器皿之表面未遮蔽部分形成粗糙化之表面；去除遮蔽物步驟：將遮蓋於該石英器皿之表面之該等遮蔽物去除；第一次清洗步驟：將該石英器皿以清潔劑進行清洗；化學蝕刻步驟：將該石英器皿之表面進行化學蝕刻，使得粗糙化表面較為均勻平順；第二次清洗步驟：將該石英器皿以純水進行清洗。
本發明之擴散製程用石英器皿之表面處理方法，其係先透過火拋光步驟使得該石英器皿表面之狀態一致，以利後續加工之進行，再透過噴砂步驟使未遮蔽部分表面形成粗糙化表面，最後，再透過化學蝕刻步驟使得粗糙化表面較為均勻平順，藉此，使得該石英器皿之表面可與沉積層緊密且穩固結合，提升生產晶圓之良率，另外，由於該等粗糙化表面主要成型於該石英器皿之反應面，因此在形成薄膜之過程中，使得該表面可吸附較多之處理氣體，因而使得石英器皿上設置之晶圓吸附之氣體濃度較為一致，而可達到提高晶圓間成膜厚度之均一性。
請參閱第5圖所示，係本發明之較佳實施例之流程方塊圖，其係揭示一種擴散製程用石英器皿之表面處理方法，其係包含有下列步驟：
火拋光步驟：將該石英器皿進行火拋光，使表面之狀態一致。
退火步驟：將該石英器皿加熱後逐漸冷卻，以消除該石英器皿之內應力，使該石英器皿不會自然破裂。
遮蔽步驟：利用數個遮蔽物將該石英器皿擴散製程之非反應面進行部分遮蔽，該等遮蔽物係主要設置於該石英器皿擴散製程之非反應面。
噴砂步驟：對該石英器皿進行噴砂，使該石英器皿之表面未遮蔽部分形成粗糙化之表面，該粗糙化表面係具有數個尖銳之尖峰，且由於該等遮蔽物主要遮蔽於該石英器皿表面之中間段，因此使得該石英器皿之頂部及底部具有較大面積之粗糙化之表面。
去除遮蔽物步驟：將遮蓋於該石英器皿之表面之該等遮蔽物去除。
第一次清洗步驟：將該石英器皿以清潔劑進行清洗，使得該等粗糙化表面較脆弱之部分可先透過清洗去除，且可去除該石英器皿表面微粒之部分。
化學蝕刻步驟：將該石英器皿之表面進行化學蝕刻，使得粗糙化表面較為均勻平順，且使得粗糙化表面之尖峰部分較為圓弧化，如第6圖所示，於本實施例中，係利用酸性化學溶液對該石英器皿之表面進行蝕刻，該酸性化學溶液為磷酸(H3PO4)、二甲基亞碸(DMSO)等混合酸溶液。
第二次清洗步驟：將該石英器皿以純水清洗，使得該石英器皿表面之化學溶液可透過純水清洗去除。
為供進一步了解本發明構造特徵、運用技術手段及所預期達成之功效，茲將本發明使用方式加以敘述，相信當可由此而對本發明有更深入且具體之了解，如下所述：
本發明所提供之擴散製程用石英器皿之表面處理方法，其係先透過火拋光步驟將該石英器皿表面之狀態一致，以利後續加工之進行，再來，透過遮蔽步驟以利用數個遮蔽物將該石英器皿之非擴散製程非反應面進行部分遮蔽，接著，透過噴砂步驟使得該石英器皿之表面未遮蔽部分粗糙化，且由於該等粗糙化表面係主要成型於該石英器皿於擴散製程之反應面，而可增加該石英器皿之粗糙度及表面積，接下來，透過第一次清洗步驟將該等粗糙化表面微粒部分先去除，再透過化學蝕刻步驟使得粗糙化表面較為均勻平順，且使得粗糙化表面之尖峰部分較為圓弧化，並且透過第二次清洗步驟將化學溶液清洗去除，藉此，由於該石英器皿之表面粗糙度較為均勻一致，並增加該石英器之表面積，而可與沉積層緊密且穩固結合，減少製程中微粒的產生，不僅無習知噴砂方式形成之尖峰、裂縫之缺點，亦無習知化學方式形成之表面不均勻、部分表面過於平滑之缺點，而可增加該石英器皿之使用壽命，且提升生產晶圓之良率，並使該石英器皿上設置之晶圓吸附之氣體濃度較為一致，而可達到提高晶圓間成膜厚度之均一性。
茲，再將本發明之特徵及其可達成之預期功效陳述如下：
1、本發明之擴散製程用石英器皿之表面處理方法，其係先透過火拋光步驟使得該石英器皿表面之狀態一致，以利後續加工之進行，再來透過噴砂步驟使未遮蔽部分表面形成粗糙化表面，接下來，透過第一次清洗步驟將該等粗糙化表面微粒之部分予以清除，最後，再透過化學蝕刻步驟使得粗糙化表面較為均勻平順，藉此，由於該石英器皿表面之粗糙度較為均勻平順，並增加該石英器皿之表面積，而可與沉積層緊密且穩固結合，減少製程中微粒的產生，不僅無習知噴砂方式形成之尖峰、裂縫之缺點，亦無習知化學方式形成之表面不均勻、部分表面過於平滑之缺點，且可提升生產晶圓之良率，並延長該石英器皿之壽命。
2、本發明之擴散製程用石英器皿之表面處理方法，由於該等粗糙化表面係主要成型於該石英器皿擴散製程之反應面，增加該石英器皿反應面之表面積，因此在形成薄膜之過程中，使得該石英器皿表面吸附較多之處理氣體，因而使得該石英器皿上設置之晶圓吸附之氣體濃度較為一致，而可達到提高晶圓間成膜厚度之均一性。
綜上所述，本發明在同類產品中實有其極佳之進步實用性，同時遍查國內外關於此類結構之技術資料，文獻中亦未發現有相同的構造存在在先，是以，本發明實已具備發明專利要件，爰依法提出申請。
惟，以上所述者，僅係本發明之一較佳可行實施例而已，故舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效結構變化，理應包含在本發明之專利範圍內。
[習知]
1‧‧‧反應管
2‧‧‧加熱器
3‧‧‧立式石英舟
4‧‧‧晶圓
5‧‧‧反應容器
第1圖係為習知立式熱擴散爐之使用示意圖。 第2圖係為習知以火拋光加工石英表面之剖視圖。 第3圖係為習知以噴砂加工石英表面之剖視圖。 第4圖係為習知以化學加工石英表面之剖視圖。 第5圖係本發明之較佳實施例之流程方塊圖。 第6圖係透過本發明步驟所形成之石英器皿表面之剖視圖。
Claims (2)
- 一種擴散製程用石英器皿之表面處理方法，其係包含有下列步驟：火拋光步驟：將該石英器皿進行火拋光，使其表面之狀態一致；退火步驟：將該石英器皿加熱後逐漸冷卻，以消除該石英器皿之內應力，使該石英器皿不會自然破裂；遮蔽步驟：利用數個遮蔽物將該石英器皿之擴散製程非反應面進行部分遮蔽；噴砂步驟：對該石英器皿進行噴砂，使該石英器皿之表面未遮蔽部分形成粗糙化之表面；去除遮蔽物步驟：將遮蓋於該石英器皿之表面之該等遮蔽物去除；第一次清洗步驟：將該石英器皿以清潔劑進行清洗；化學蝕刻步驟：利用酸性化學溶液對將該石英器皿之表面進行化學蝕刻，使得粗糙化表面形狀圓順而不尖銳，其中，該酸性化學溶液為磷酸(H3PO4)、二甲基亞碸(DMSO)等混合溶液；第二次清洗步驟：將該石英器皿以純水進行清洗。
- 依據申請專利範圍第1項所述之擴散製程用石英器皿之表面處理方法，其中，在遮蔽步驟中，該等遮蔽物係主要設置於該石英器皿之非反應面。
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