一种等离子体腔室的运行方法和等离子反应器技术

本发明专利技术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。

A method of plasma chamber operation and plasma reactor

【技术实现步骤摘要】
一种等离子体腔室的运行方法和等离子反应器
本专利技术涉及半导体制造
，特别涉及一种等离子体腔室的运行方法和等离子反应器。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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，其中所述的第一等离子体用以清除含COF的聚合物，所述的第二等离子体用以清除含硅的聚合物，所述方法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，持续检测所述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。优选地，所述的第一等离子体是通过第一清洁气体转化的，所述的第二等离子体是通过第二清洁气体转化的。优选地，所述的第一清洁气体为O2，所述的第二清洁气体为SF6。优选地，所述等离子体腔室在硅深孔刻蚀过程中的刻蚀步骤和侧壁保护步骤的执行时间小于1秒，所述第一等离子体和第二等离子体的持续时间大于1秒小于3秒。优选地，所述等离子体腔室在硅深孔刻蚀过程中刻蚀步骤和侧壁保护步骤中施加到所述等离子体腔室的基座的射频功率大于第一射频功率，所述无晶圆清洁过程中施加到所述基座的射频功率低于所述第一射频功率。一种等离子反应器，其特点是，包含：一反应腔，一气体切换部件，其与反应腔相连，所述的气体切换部件用于交替循环供应第一和第二清洁气体到所述反应腔，同时所述等离子反应器还包括第一、二射频，所述的第一射频电源供应高频射频功率到反应腔，第二射频电源供应低频射频电源到反应腔的基座，所述基座用于固定待处理晶圆；控制所述气体切换部件的输入反应腔的气体，同时控制第一射频电源和第二射频电源输入反应腔的射频功率，以产生循环交替产生第一清洁等离子体和第二清洁等离子体，所述第一清洁等离子体用以清除有机聚合物，第二等离子体用以清除与硅，所述等离子反应器还包括一个光学检测部件，用于检测第一清洁等离子体和第二清洁等离子体中的成分，当检测到第一清洁等离子体中碳发射谱线的强度低于第一预设值，并且第二清洁等离子体中硅的发生谱线强度低于第二预设值时，停止向反应腔供应所述第一和清洁气体。所述的第一清洁气体为O2，所述的第二清洁气体为SF6。优选地，等离子反应器还包括一电感线圈，所述第一射频电源向所述电感线圈供应射频功率。所述气体切换部件还连接到第一反应气体和第二反应气体，所述第一反应气体用于刻蚀硅，第二反应气体用于在刻蚀形成的通孔上形成保护膜，其中第一反应气体包括SF6，第二反应气体包括氟碳化合物或者氟碳氢化合物。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：本专利技术采用多次循环不同的等离子体，清除复杂状况的团聚/固化的聚合物，提高了芯片的刻蚀速率，解决了芯片产量问题以及延长了机台维护时间。附图说明图1为本专利技术一种等离子体腔室的运行方法的流程图；图2为本专利技术一种等离子反应器的结构图。具体实施方式以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本专利技术做进一步阐述。为解决现有技术中很难将复杂状况的团聚/固化的聚合物清除的问题，本申请的专利技术人经过研究提出了一种等离子体腔室的运行方法。以下对该等离子体腔室的运行方法进行详细描述。如图1所示，本专利技术一种等离子体腔室的运行方法的流程图，以下结合图2示出的等离子反应器的结构图对该方法进行详细说明。步骤S101，执行硅深孔刻蚀步骤，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；步骤S102，执行无晶圆清洁步骤，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，其中所述的第一等离子体用以清除含COF的聚合物，所述的第二等离子体用以清除含硅的聚合物；步骤S103，执行终点检测步骤，在利用第一和第二等离子体进行清洁的过程中，持续检测所述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。。具体地，在等离子体腔室顶部设置一个反应气体喷口，该喷口通过第一喷气管道20向反应腔内输入第一反应气体，该第一反应气体可以是刻蚀气体，同时在等离子体腔室侧壁顶部设置一个第二反应气体喷口，该喷口通过第二喷气管道21向反应腔内输入第二反应气体，该第二反应气体可以是沉积气体，交替循环向等离子体腔室内输入刻蚀气体、沉积气体，执行硅深孔刻蚀过程中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种等离子体腔室的运行方法，其特征在于，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，其中所述的第一等离子体用以清除含COF的聚合物，所述的第二等离子体用以清除含硅的聚合物，所述方法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，持续检测所述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。

【技术特征摘要】
1.一种等离子体腔室的运行方法，其特征在于，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，其中所述的第一等离子体用以清除含COF的聚合物，所述的第二等离子体用以清除含硅的聚合物，所述方法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，持续检测所述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。2.如权利要求1所述的等离子体腔室的运行方法，其特征在于，所述的第一等离子体是通过第一清洁气体转化的，所述的第二等离子体是通过第二清洁气体转化的。3.如权利要求2所述的等离子体腔室的运行方法，其特征在于，所述的第一清洁气体为O2，所述的第二清洁气体为SF6。4.如权利要求1-3任一项所述的等离子体腔室的运行方法，其特征在于，所述等离子体腔室在硅深孔刻蚀过程中的刻蚀步骤和侧壁保护步骤的执行时间小于1秒，所述第一等离子体和第二等离子体的持续时间大于1秒小于3秒。5.权利要求1-3任一项所述的等离子体腔室的运行方法，其特征在于，所述等离子体腔室在硅深孔刻蚀过程中刻蚀步骤和侧壁保护步骤中施加到所述等离子体腔室的基座的射频功率大于第一射频功率，所述无晶圆清洁过...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈星建，王红超，贺小明，刘身健，倪图强，
申请(专利权)人：中微半导体设备上海股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31