改善刻蚀腔体维护后刻蚀稳定性的方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种改善刻蚀腔体维护后刻蚀稳定性的方法。

背景技术

目前智能手机得到广泛应用，人们为了得到更高质量的拍摄效果，对手机摄像头的性能要求越来越高。互补金属氧化物场效应晶体管CMOS图像传感器(CIS器件)，因具有功耗低、摄像系统尺寸小的优点，使得其在手机摄像头或者监控方面有着广泛的应用。

业界图像传感器分两种，前照式图像传感器和背照式图像传感器。相比前照式图像传感器，背照式图像传感器，是将硅片减薄后，在光电二极管(photodiode)背面搭建Color filter(显色过滤器)及Micro Lens(微透镜)，光线由背面射入，增大了光电元件感光面积，减少了光线经过布线时的损失，以此可以大幅提高背照式图像传感器在弱光环境下的感光能力。

在背照式图像传感器上，相邻光电二极管间存在三种类型的串扰，分别是：a.光谱串扰；b.穿通硅材料的光子串扰；c.电信号串扰。对比仅仅使用离子注入形成的隔离，网格状的DTI(Deep Trench Isolation，深沟槽隔离)刻蚀和利用金属或氧化硅填充隔离目的是明显减少光电串扰，提高光电转换效率，降低白像素。

深沟槽隔离(Deep trench Isolation，DTI)刻蚀是利用Bosch(博世)工艺原理实现高深宽比特性，过程采用毫秒级Dep-Clean-Etch(淀积-清洁-刻蚀)循环刻蚀的方法，进行刻蚀，一个Dep-Clean-etch(淀积-清洁-刻蚀)定义为一个循环次数即cycle数，通过cycle数的调节可以有效调节刻蚀深度，产品深度稳定性和腔体环境变化(即刻蚀物理化学反应过程中作用于晶圆沉积的聚合物多少)具有强相关性。尤其腔体达到使用上限，设备维护(PM)腔体零件后，为恢复产品作业，需要先对产品进行小批量试跑，目的是确认产品线宽、深度和缺陷是否达标，小批量试跑产品易发生刻蚀深度超出规格线(OOS)的情况，导致报废，目前出现OOS率达43％。

为解决上述问题，需要提出一种新型的改善刻蚀腔体维护后刻蚀稳定性的方法。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种改善刻蚀腔体维护后刻蚀稳定性的方法，用于解决现有技术中产品深度稳定性和刻蚀腔体环境变化具有强相关性，在刻蚀腔体达到使用上限，设备维护更换刻蚀腔体内部零部件后易发生刻蚀深度超出规格线的情况的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种改善刻蚀腔体维护后刻蚀稳定性的方法，包括：

步骤一、提供非生产性硅片和刻蚀机台，所述非生产性硅片上形成有氧化膜，利用维修前的所述刻蚀机台以及维修后的所述刻蚀机台分别刻蚀所述氧化膜获取其刻蚀速率；

步骤二、获取ΔDepth/ΔER的斜率值，以及根据所述氧化膜的所述刻蚀速率变化获取ΔER，所述ΔDepth为所述氧化膜前后刻蚀深度的变化量，所述ΔER为前后所述氧化膜刻蚀速率的变化量；

步骤三、根据所述ΔER以及所述ΔDepth/ΔER的斜率值获取所述ΔDepth；根据所述氧化膜刻蚀速率获取所述ΔDepth对应的刻蚀速率补偿参数；

步骤四、利用所述刻蚀速率补偿参数调整生产性硅片的菜单。

步骤一中的所述氧化膜的材料为二氧化硅。

步骤一中的利用化学气相沉积的方法在所述非生产性硅片上形成所述氧化膜。

步骤一中利用博世工艺刻蚀所述非生产性硅片上的所述氧化膜。

优选地，步骤三中的所述刻蚀速率补偿参数为Δcycle,所述Δcycle为所述博世工艺中一个淀积-清洁-刻蚀的循环次数补偿值。

优选地，步骤二中利用先进工艺控制系统获取所述沟槽的刻蚀速率和所述博世工艺的循环次数。

优选地，步骤二中还包括利用先进工艺控制系统计算所述ΔER是否在安全范围内，若是，则执行步骤三中的方法；若否，则调节所述刻蚀机台的刻蚀腔体设备。

优选地，步骤四之后还包括利用刻蚀补偿参数调整生产性硅片的所述菜单，在测试组硅片上刻蚀形成沟槽，判断所述沟槽是否过刻蚀，若是，则调整所述刻蚀补偿参数；若否，则利用由所述刻蚀补偿参数的所述菜单进行之后的生产工艺。

优选地，上述的任意方法用于背照式传感器的制造工艺。

如上所述，本发明的改善刻蚀腔体维护后刻蚀稳定性的方法，具有以下有益效果：

本发明通过改进针对深沟槽刻蚀腔体定期例行维护后生产过程中产品管控流程的方法，实现可以预防因腔体定期例行维护腔体环境改变导致深度不稳定易造成偏离产品管控线而报废的目的；通过现有机台进行腔体定期例行维护后监控的控片薄膜刻蚀速率和产品刻蚀深度具有的强相关性，避免了人为干预存在误操作计算的风险，通过优化先进制程管理系统，实现通过分析控片薄膜刻蚀速率的变化，有效调节腔体定期例行维护后产品刻蚀循环次数进而控制深度，避免产品的刻蚀深度超出产品规格线需要报废的情况，保持产品的刻蚀深度稳定。

附图说明

图1显示为现有技术博世工艺的衬底光刻示意图；

图2显示为现有技术博世工艺的形成聚合物示意图；

图3显示为现有技术博世工艺的清洁示意图；

图4显示为现有技术博世工艺的刻蚀示意图；

图5显示为本发明的ΔDepth与ΔER的关系式示意图；

图6显示为本发明的Δcycle与ΔDepth的关系式示意图；

图7显示为本发明的与现有技术的深沟槽刻蚀深度超出规格线的情况对比示意图；

图8显示为本发明的工艺流程示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图8，本发明提供一种改善刻蚀腔体维护后刻蚀稳定性的方法，包括：

步骤一，提供非生产性硅片(NPW wafer，即非生产性硅片)和刻蚀机台，非生产性硅片上形成有氧化膜，利用维修前的刻蚀机台以及维修后的刻蚀机台刻蚀分别刻蚀氧化膜获取其刻蚀速率；

在本发明的实施例中，步骤一中的氧化膜的材料为二氧化硅。

在本发明的实施例中，步骤一中的利用化学气相沉积的方法在非生产性硅片上形成氧化膜。

在本发明的实施例中，步骤一中利用博世工艺刻蚀非生产性硅片上的氧化膜。利用博世工艺，能够在生产性硅片上刻蚀形成深沟槽隔离(Deep trench Isolation，DTI)或刻蚀减薄非生产性硅片上的氧化膜，博世工艺原理为利用高深宽比特性，提供如图1所示的衬底101(衬底可为非生产性硅片或生产性硅片)，衬底上形成有底部抗放射涂层102以及位于底部抗反射涂层102上的光刻胶层103，光刻打开光刻胶层103定义出刻蚀的区域，刻蚀过程采用毫秒级Dep-Clean-Etch(淀积-清洁-刻蚀)循环刻蚀的方法，即刻蚀形成沟槽后，利用化学气相沉积工艺在凹槽上形成聚合物104，形成如图2所示的结构，之后进行清洁处理形成如图3所示的结构，之后进行刻蚀形成如图4所示的结构，一个Dep-Clean-etch定义为一个循环次数即cycle数，通过cycle数的调节可以有效调节刻蚀深度。

步骤二，获取ΔDepth/ΔER的斜率值，以及根据氧化膜的刻蚀速率变化获取ΔER，ΔDepth为氧化膜前后刻蚀深度的变化量，ΔER为前后两氧化膜刻蚀速率的变化量；

示例性地，请参阅图5，ΔER为横坐标，单位为埃/每分钟，ΔDepth为纵坐标，单位为埃，其ΔDepth与ΔER的关系式为y＝7.822x-33.314,其中R的平方为0.9767，其中R的平方为ΔER与ΔDepth的相关性强度。

在本发明的实施例中，步骤二中利用先进工艺控制系统获取沟槽的刻蚀速率和博世工艺的循环次数。

在本发明的实施例中，步骤二中还包括利用先进工艺控制系统计算ΔER是否在安全范围内，若是，则执行步骤三中的方法；若否，则调节刻蚀机台的刻蚀腔体设备。

步骤三，根据ΔER以及ΔDepth/ΔER的斜率值获取ΔDepth；根据氧化膜刻蚀速率获取ΔDepth对应的刻蚀速率补偿参数，即通过刻蚀速率补偿参数来抵消刻蚀腔体维护后对刻蚀深度的影响；

在本发明的实施例中，步骤三中的刻蚀速率补偿参数为Δcycle,Δcycle为博世工艺中一个淀积-清洁-刻蚀的循环次数补偿值。

示例性地，请参阅图6，Δcycle为横坐标，ΔDepth为纵坐标，单位为埃，其Δcycle与ΔDepth的关系式为y＝101.32x+7.3956,其中R的平方为0.9982，其为Δcycle与ΔDepth的相关性强度，可以根据ΔDepth得到对应的刻蚀速率补偿参数即Δcycle的值。

步骤四，利用刻蚀速率补偿参数调整生产性硅片的菜单，即根据ER(刻蚀速率)数据的变化，通过线性关系，可以预判产品上刻蚀深度的变化量，并给出小批量试跑产品衬底所使用的刻蚀cycle数变化量，作用于刻蚀菜单，从而达到深度相对稳定，避免出现超出产品规格线需要报废的情况。

在本发明的实施例中，步骤四之后还包括利用刻蚀补偿参数调整生产性硅片的菜单，在测试组硅片上刻蚀形成沟槽，判断沟槽是否过刻蚀，若是，则调整刻蚀补偿参数；若否，则利用由刻蚀补偿参数的菜单进行之后的生产工艺。

在本发明的实施例中，请参阅图7，深沟槽刻蚀后，改进前出现刻蚀深度超出规格线(OOS)的情况为43％，采用本发明方法改进后的出现刻蚀深度超出规格线(OOS)的情况为0％.

在本发明的实施例中，上述的任意方法用于背照式传感器的制造工艺。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

综上所述，本发明通过改进针对深沟槽刻蚀腔体定期例行维护后生产过程中产品管控流程的方法，实现可以预防因腔体定期例行维护腔体环境改变导致深度不稳定易造成偏离产品管控线而报废的目的；通过现有机台进行腔体定期例行维护后监控的控片薄膜刻蚀速率和产品刻蚀深度具有的强相关性，避免了人为干预存在误操作计算的风险，通过优化先进制程管理系统，实现通过分析控片薄膜刻蚀速率的变化，有效调节腔体定期例行维护后产品刻蚀循环次数进而控制深度，避免产品的刻蚀深度超出产品规格线需要报废的情况，保持产品的刻蚀深度稳定。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。