[发明专利]硅酸盐材料的洁净工艺及其设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于处理硅酸盐衬底表面的方法及其设备，特别是处理纹理化的(textured)石英衬底。

背景技术

在诸如介质蚀刻或化学气相沉积的大多数半导体生产工艺过程中，在制造工艺中使用的处理腔的内表面和腔体部件上有时会形成多余的材料。重要的是确保这些沉积在处理腔内表面和腔体部件上的材料不会因为其剥落，掉落或被敲掉并沉积在正在腔体内处理的晶圆上而成为一个污染源。这种污染源能损坏晶圆，从而减少有用器件的良品率。

例如，在介质蚀刻中，长链碳聚合物可能堆积在处理腔的内侧壁上。这些聚合物中疏松的微粒可能会在制造过程中脱落下来，从而污染晶圆。污染能导致高阻抗，后续层之间的粘着问题，绝缘性降低，以及其它性能和可靠性问题。

传统上，必须通过手工擦洗来洁净处理腔及其部件。在该传统方法中，需要暂停制造工艺并且需要打开处理腔，从而能够擦洗到内侧壁。有时，当手工擦洗不够干净时，后续处理的半导体的良品率会受到很大的影响。而且，擦洗并不能完全洁净，尤其对于高表面积的纹理化表面。

其它方法被提出用来解决传统手工擦洗方法中的存在的问题。一种应用于去除积聚的氧化物和介电污染物的方法，包括：使用等离子增强蚀刻工艺来“干洗”半导体工艺部件。在该现有技术的方法中，同时高能激发诸如CF₄和CHF₃的氟基气体与氧气产生等离子体，其与污染物反应形成CO₂、SiF₂和其它气体化合物，然后通过处理腔的排气系统利用真空抽出腔体外。

通常被用来制作腔体部件和腔体表面的多种硅酸盐之一是石英(SiO₂)。例如，石英圆顶常用来构造一些半导体腔体的顶部，以及石英喷嘴通常用来往半导体腔体内注入气体。然而，现有技术方法通常不是很适合来洁净含有石英衬底的处理腔。石英部件和圆顶频繁地取出送到专门的洁净室洁净或替换，增加了相当大的费用。

石英通常被制造成具有光滑的表面，例如粗糙度为约16Ra。然而，那些在半导体制造工艺中沉积在这种光滑表面的石英上的污染物不会很好地附着在该石英表面上，并且易于从石英表面剥离，从而留在正在处理的半导体晶圆上。出于这个原因，石英通常通过增加其表面积来形成“纹理”，例如通过粗糙化以增加污染层在石英上的黏附或“静摩擦”。

图1A至1D所示了现有的粗糙化工艺100，其中粗砂110按照角度140与衬底130的表面120呈60°-90°。如果该角度小于60°，则该纹理化工艺(texturing process)要到达需要的效果所需时间较长。然而，也发现如果按照以较大的角度进行砂粒喷砂趋向于在粗糙化后的表面形成裂纹150。如图1C所示，这些裂纹会导致粗糙化表面的碎片从衬底130上脱落，成为一个颗粒污染物160的源。这些颗粒污染物在晶圆生产过程中能引入杂质，从而对良品率起到反作用。另外，如图1D所示，经过一段时间，污染物可以附着在衬底表面并最终剥落或以其它方式离开衬底，并且呈碎片170掉落到晶圆上。

因此，需要一种形成纹理化的石英衬底表面的方法，该方法是要能产生很少的裂纹和其它缺陷，并且该方法在保持高表面积的同时，能减少诸如那些聚积在表面上的灰尘和其它污染物的颗粒物质的剥落或脱落。另外，表面的形状和粗糙度可以提供改进的粘着性，用来在半导体生产过程中吸附住这些颗粒物质。同样也需要能够形成这种衬底表面的系统，以及还需要能够用于去除积累在例如石英的这些表面上的聚合物和光刻胶污染物的方法和设备。还希望能增加纹理化石英表面的表面积。

发明内容

本发明公开了一种用于处理含硅材料尤其是纹理化的石英的方法及其设备。本发明提供了高表面积(优选地采用粗糙度测量)，可以增加污染层对纹理化石英工作表面的静摩擦。而且，本发明减少了在纹理化的石英表面的裂纹、破碎以及其它缺陷，这样相应地减少了可能以从石英表面脱落或以其它方式剥落的污染物颗粒。

在本发明的一方面，一种石英衬底表面处理方法包括：制备用于提供具有初始工作表面粗糙度的工作表面的石英衬底；然后超声酸蚀刻该工作表面以使该工作表面的粗糙度增加至少约10％。在本发明的一实施例中，初始表面粗糙度大于约10Ra，以及在另一实施例中，初始表面粗糙度大于约200Ra。在再一实施例中，如果初始表面区域的粗糙度小于约200Ra，就要增加该区域的粗糙度使其大于约200Ra。在本发明的其它实施例中，该工作表面的粗糙度增加至少约25％或者约50％。