用于半导体制造的石英玻璃构件 本发明涉及一种用于半导体制造的石英玻璃构件，它具有粗糙的表面，该表面由不规则的隆起的结构单元组成，并在第一个较高的平面与第二个较低的平面之间延伸，而在第一个平面上的许多结构单元主要呈现平的盖面形状，其全部边缘均以呈多角形小平面的大部分是平的侧壁包围，并分布在第一平面与第二平面之间。
制造半导体结构元件时一般采用所谓CVD-方法制备衬底涂层，例如氧化硅，氮化硅或硅沉积在硅晶片上。可是这些涂层物料不仅沉积在衬底上，还沉积在反应室的侧壁以及在反应室中安置的设备上。当沉积层达到一定的厚度就会利落而产生颗粒问题。为了防止这种现象的发生，必须定期将相应的表面进行清理。
清理这些表面是既费时也增加费用开支。为了节省这些开支，只好将清理周期尽可能加以延长。特别是在高温中进行地CVD-操作，石英玻璃的热膨胀系数与沉积物料的热膨胀系数之间的差别更会造成沉积层的厚度不大时就已出现利落现象。
众所周知，粗糙的表面可以牢固附着较厚的CVD层。石英玻璃构件的表面粗糙化一般是采用喷砂法或化学浸蚀法。通过喷砂虽然可在石英玻璃表面形成一些使CVD-层牢固附着的构造，但另一方面却会导致构件表面产生裂纹而促使CVD-层剥落。此外要求在整个构件表面加工均匀而且保证尺寸准确，这对喷砂操作却是难以解决的问题。
另一种方法是通过化学浸蚀液将石英玻璃构件表面粗糙化。经过浸蚀通常是在构件表面形成圆形棱角的结构，例如圆形的或椭圆形的小凹窝。这种表面结构与喷砂后的表面对比对CVD-层的附着强度就要差些。
前面提出的构件类型曾在日本专利申请中以申请号Nr.JP 6-332956公开发表过。其中提出了一种浸蚀溶液可使石英玻璃表面粗糙化，用它可在石英玻璃构件表面制成不规则的隆凸的主要由尖锐棱边构成的结构单元。用这种浸蚀溶液加工后的表面平面图上，可看到一种颗粒状构造，即由一些台面棱锥状或平截头棱椎状排列组成的结构图形。这些结构单元由原来的构件表面遗留的较高平面一直延伸到最大浸蚀深度形成的较低平面。结构单元的尺寸平均为5-15mm范围。虽然在石英玻璃表面看不出存在微裂纹。可是实验证明这样形成的表面并不适合用于较厚的CVD-层的牢固附着。
本发明的目的是在石英玻璃构件表面上制成特别适用于牢固附着CVD-层的粗糙表面。
从上述的石英玻璃构件出发，按照本发明此目的是这样达到的，即表面的平均粗糙深度Ra为0.1μm-10μm，结构单元在第一平面上的投影尺寸的平均值约在30μm-180μm。
实验证明，表面的粗糙深度，特别是结构单元的平均尺寸对CVD-层的牢固附着有决定性的作用。平均粗糙深度Ra在0.1-10μm之间为最佳。粗糙深度Ra值是按照DIN4768的规定方法测定的。
重要的是，除表面的粗糙深度应在上述的范围内以外，结构单元在第一个上表面的投影大小的平均值应在30μm与180μm之间的范围内。结构单元的大小应从表面的平面图得出。从平面图可以看出，这些结构单元只通过它们之间的分界线隔开，也就是它们是十分靠近的。由于结构单元形成稍隆起的表面，容易将分界线加以识别。结构单元的大小是以两条相对的分界线之间的最大距离定义的。数据的取得是从构件表面10mm2部分进行测定。并将测得的数值进行算术平均作为单元大小的平均值。小于5μm的数值在进行平均值计算时不予考虑。
石英玻璃构件上形成上述这样的显微结构显示出对CVD-层牢固附着的优越性能，特别是对那些在较高温度中沉积的CVD-层。这种效果可以从表面的特殊粗糙形态进行解释，由于它可在石英玻璃与CVD-层物质之间达到十分有利的应力分布。表面的微结构使应力的三维分布。要达到这种要求，结构单元必须由许多小的多边形主要是平面组成，其平均大小不应超过180μm。这样的结构单元密集分布在所形成的盖面及侧面上从而有可能使应力达到合理的分配。结构单元的大小平均值小于30μm时观察不到这种效果。
按照本发明的内容，所指的平的盖面还包括隆起的拱形盖面，例如管形或棒形石英玻璃构件的圆筒形表面经浸蚀处理后遗留下的未受腐蚀的部分。通过浸蚀制成的结构单元，它的上层平面可以定义为未受浸蚀的区域的表面或浸蚀程度最轻微的区域的表面。
表面的平均粗糙深度Ra为1μm-5μm之间，结构单元在第一平面上的投影大小的平均值在50μm-100μm之间是有利的。
特别有效的是在一个构件上至少在其侧面的一部分形成台阶式的结构单元。台阶式的结构单元是由成对的互相靠近的侧面构成，其中一个侧面与盖面平行或只有较小的夹角，而其邻近的侧面则显示与盖面有较大的夹角。互相靠近的两个侧面之间并不要求一定形成直角。结构单元侧界面的阶梯形成是由若干个上述台阶产生。这种侧界面的阶梯形成有助于进一步通过三维应力分布来消除应力。只要一部分结构单元具有这种阶梯形成和侧面结构就可确证上述效果。在这里并不要求侧界面的所有台阶都具有相同的几何尺寸。在牢固附着CVD-层的作用方面显示特别明显的效果的台阶的阶梯深度为0.5μm-5μm。
在一个石英玻璃构件的实施方案中，优选在邻近的结构单元之间的第二平面上形成一道沟槽，其宽度最小为1μm。这种在互相邻近的结构单元的隆起之间形成的沟槽对牢固附着CVD-层特别有利。沟槽宽度是指按其全长计算的平均宽度，它将邻近的两个结构单元隔开。沟槽的底面可以是平面或拱形。
在沟槽中出现一长串的小窝坑对CVD-层的牢固附着也是有利的。这种沟槽内的小窝坑可通过例如用氢氟酸浸蚀溶液对本发明已成结构的石英玻璃再进行一次补充浸蚀处理来达到。
特别有效的是在石英玻璃构件上制成带尖锐的棱或角的结构单元。这些棱和角具有例如锋利的尖端，可将在构件上附着的CVD-层钩住。
下面用一些实施例和借助附图来对本发明作进一步的详细说明：
图1为按照本发明制成的石英玻璃构件的垂直于表面的截面示意图，
图2为按照本发明制成的构件表面的扫描电子显微镜的100倍放大图，
图3为图2中“A”标志部分的500倍放大图。
图1中本发明的结构单元以隆凸体1表示。隆凸体1从上面第1平面2到下面第二平面3之间延伸。隆凸体1的截面为截头锥体形，它有平的盖面4，分布在上平面2内。盖面4以侧壁分隔开，图1中以标码5表示这种侧壁。侧壁5中一部分是平整的界面6或另一部分则由台阶7构成阶梯形状。每个台阶7的形状可以各不相同。相邻的隆凸体1的侧壁5并不紧靠在一处，侧壁之间有平底面的沟槽8。沟槽8的底面标志下平面3。结果是沟槽8将相邻的隆凸体1互相隔开。
图1中用“L”标志隆凸体的大小尺寸。沟槽的平均宽度则以“D”表示。表面粗糙程度则以上平面2与下平面3之间的距离“R”表示。从若干部位测得此数值后按DIN4768的规定计算出其平均值Ra。
从图2示出的扫描电子显微镜照相可以看出本发明的石英玻璃构件表面由许多不规则的隆凸体1构成，这些隆凸体具有尖锐的棱和角，隆凸体之间由沟槽8分隔开。照相图中的隆凸体为深色的平面而沟槽8则为浅色的分界线。在具体的实施方案中得出的隆凸体1的平均大小约为100μm。图2所表示的表面情况下，其Ra值约为2μm。
图3中示出照相“A”的部分放大图。从图中可以看出本发明的石英玻璃构件表面微结构的详细情况，下面将作进一步的说明。
从照相中主要可以看出5种不规则的截头棱锥形的隆凸体，以1a到1e的数码作为标志。例如隆凸体1a明显地显示多角形的盖面4a，它以向下倾斜的侧壁5a、5b、5c为边界。侧壁5a、5b、5c都呈现出台阶状。特别是用5d标志的侧壁的台阶形成更为明显。侧壁5d上的每个台阶的深度并不相同，平均深度约为1μm，每个台阶的高度也有变化。
隆凸体1a到1e之间都有沟槽8使它们互相隔开。沟槽8的宽度“D”平均为2μm。沟槽8的底面在实例中并不是平面，而是由许多互相连接的小窝坑，其直径小于1μm以不规则的排列形式分布。
构件表面显示的这种微结构使在上面沉积的CVD-层许多粘结点。牢固粘结的保证一方面是通过上述的平均表面粗糙程度，它主要由每个隆凸体的高度“R”决定，另一方面由它们之间的横向距离“L”。隆凸体的密度及其分布情况，还从平均表面粗糙深度Ra的数值反映出来。
与现有技术制造的构件对比，按本发明制成的石英玻璃构件上可用CVD-操作法在600℃的温度范围沉积五倍到十倍厚的氮化硅层而不会出现剥落现象。按照本发明制成的构件的使用寿命也相应地比较长。
下面描述本发明的构件的一种制造方法：
一个用来安装半导体硅片的石英玻璃栅先通过火焰抛光，然后用酒精及接着在氢氟酸的浸蚀溶液中清洗。清洁及均一的表面是在整个构件表面上制成粗糙程度均一以及达到前述的微细颗粒状的微结构所必须的。
按照下列配方配制一种浸蚀溶液：
23.6％(重量)HF(用50％HF溶液称量)，
17.4％(重量)NH4F(用固体物称量)
35.4％(重量)醋酸(用100％醋酸即冰醋酸称量)以及
23.6％(重量)水。
浸蚀溶液制成后要静置1小时以达到稳定。使浸蚀溶液稳定也是在整个构件表面上制成均一的粗糙程度以及上述的细颗粒状微结构所必须的。
石英玻璃栅先调温到15℃，然后浸入浸蚀溶液中。为了达到均一的浸蚀效果以及防止杂质沉积在石英玻璃栅的表面，浸渍过程必须尽可能快速完成。
浸蚀溶液的温度为15℃时，处理时间为60分钟。接着将石英玻璃栅放在5％氢氟酸溶液中清洗10分钟。经过这样的浸蚀及清洗过程后，表面显示出如图2及图3中所示的微结构，其平均粗糙深度Ra约为2μm。
石英玻璃栅及浸蚀溶液也可调到别的温度范围，例如约20℃。当然浸蚀溶液的组成也必须作相应的调整。也就是说，温度较高时，更稀的浸蚀溶液是合适的。
下面将介绍另一种适用的浸蚀溶液的制造方法以及制成本发明构件的实施例：
在可冷却的容器中先制成氟化铵的水溶液，即将40％(重量)的氟化铵粉末搅入纯水中。然后加50％(重量)氢氟酸以制成一种含水浸蚀基液，其中含HF 13％(重量)及含NH4F 30％(重量)。在具体进行浸蚀前的短时间内才由基液配制所用的浸蚀溶液，即在40体积份基液中加入60体积份的附加溶液。附加溶液中含纯度为99.7％的醋酸，其沸点为118.1℃。在这样制备的浸蚀溶液中将一根石英玻璃管处理3小时，然后用纯净水洗涤和干燥。处理后的石英玻璃管的表面呈现一种由多角形小平面构成的粗糙表面，其平均粗糙深度Ra为0.6μm，而每一个多角形小平面的尺寸在100μm范围。