[发明专利]一种等离子体腔室的运行方法和等离子反应器

说明书

本发明公开了一种等离子体腔室的运行方法和等离子反应器，包含：硅深孔刻蚀过程和无晶圆清洁过程，在刻蚀过程中交替循环执行刻蚀步骤和侧壁保护步骤，直到等离子腔室中的晶圆上的刻蚀孔达到目标深度，完成至少一个硅深孔刻蚀过程后移除晶圆，进行无晶圆清洁过程，将腔室交替循环暴露于用以清除含COF的聚合物的第一等离子体和用以清除含硅的聚合物的第二等离子体中，以清除腔室内的分层团聚/固化的聚合物，进一步包含终点检测步骤：在利用第一和第二等离子体进行清洁的过程中，持续检测第一和第二等离子体中代表碳和硅的发射谱线的强度，当监测到碳和硅的发射谱线强度低于预设值时，结束无晶圆清洗过程。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种等离子体腔室的运行方法和等离子反应器。

背景技术

等离子体处理设备，通过向真空等离子体腔室引入含有适当刻蚀剂或淀积源气体的反应气体，然后再对该等离子体腔室施加射频能量，以解离反应气体生成等离子体，用来对放置于等离子体腔室内的基片表面进行加工。

在等离子体的处理过程中所产生的一些聚合物（polymers），会附着在等离子体腔室内的各个装置上。因此，通常在从等离子体腔室内取出完成处理的基片后，需要对等离子体腔室内部进行清洗以去除沉积下来的聚合物。

例如，当前等离子体腔室在对晶圆进行深孔硅刻蚀（TSV）时，采用常规的Bosch工艺过程中，会随着射频时间导致刻蚀效率变慢，从而导致芯片产量问题以及缩短维护时间，更严重的会影响芯片机台的生产。

研究发现，在Bosch工艺过程中，每次刻蚀、清洁和沉积循环少则100次，多则好几百次循环，其中每个步骤的执行时间均小于等于1秒，以提高生产效率，改善刻蚀孔形貌。在Bosch循环工艺中，夹在刻蚀和沉积步骤中的短暂（小于1秒）的清洁步骤，主要通入氧气，以清除多余的聚合物。所以只靠这样的刻蚀步骤无法清除等离子反应腔体内积累的含硅污染物。需要在执行一个或多个Bosch工艺循环后，进行无晶圆清洁过程，通入清洁气体同时施加高频射频功率到反应腔形成清洁等离子体。在bosch工艺循环过程中会在等离子体腔室内形成含COF的聚合物以及含Si的聚合物，这种复合污染物很难被清除。如果无晶圆清洗过程中清洁等离子体的清洁能力也就是腐蚀能力太强，会在完成清洁的同时毁坏半导体设备内的各种零部件，比如静电吸盘，另一方面如果无晶圆清洗过程中的清洁等离子体清洁能力太弱，会造成含COF的聚合物的累积。特别是在Bosch工艺过程中，含COF的聚合物与含Si的聚合物分层团聚在一起，在等离子体腔室内各个区域的聚合物分布不均，这样如果只是简单的选择优化清洁等离子体的成分和分布，很难将复杂状况的团聚/固化的聚合物清除，同时保证不损耗等离子反应腔内的零部件。

通过SF₆等离子体处理含Si的聚合物过程中，需要清除的Si的聚合物，然而由于含COF的聚合物内核为Si，所以很难彻底清除完含Si的聚合物，随后在通过O₂等离子体处理含COF的聚合物的过程中，虽然清除了含COF的聚合物，但是会遗留下Si，遗留下的Si会在Bosch刻蚀过程中被刻蚀，影响芯片的刻蚀速率，从而导致芯片产量问题以及缩短维护时间。

发明内容

本发明的目的是提供一种等离子体腔室的运行方法和等离子反应器，采用多次循环不同的等离子体，可以彻底清除复杂状况的团聚/固化的聚合物。

为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种等离子体腔室的运行方法，其特点是，包含：硅深孔刻蚀过程和无晶圆清洁过程，在刻蚀过程中交替循环执行刻蚀步骤和侧壁保护步骤，直到等离子腔室中的晶圆上的刻蚀孔达到目标深度，

完成至少一个硅深孔刻蚀过程后移除晶圆，进行无晶圆清洁过程，将腔室交替循环暴露于第一等离子体和第二等离子体中，以清除腔室内的分层团聚/固化的聚合物，