刻蚀方法和半导体器件的制造方法与流程

本发明涉及集成电路制造领域，特别涉及一种刻蚀方法和半导体器件的制造方法。

背景技术：

在半导体器件的生产工艺中，随着半导体器件的尺寸越来越小和技术规格要求越来越高，半导体器件中的部分结构刻蚀时对图案有特定的要求，但是要刻蚀出这种特定的图案，单独使用湿法刻蚀或者干法刻蚀都无法实现，需要利用湿法刻蚀的各向同性(参阅图1a)和干法刻蚀的各向异性(参阅图1b)，将两种刻蚀方法组合起来才能满足要求。具体步骤如下：

1、先在器件上形成图案化的光刻胶层，并对待刻蚀的区域进行湿法刻蚀；

2、然后，对湿法刻蚀之后的器件进行异丙醇雾化干燥(ipa干燥)，并去除图案化的光刻胶层；

3、最后，再次在器件上形成图案化的光刻胶层，对待刻蚀的区域进行干法刻蚀，刻蚀完成之后去除图案化的光刻胶层。

以上的步骤中，在对湿法刻蚀之后的器件进行ipa干燥时，干燥温度为75℃～85℃，图案化的光刻胶层在高温的作用下会受到损伤，进而对后续的刻蚀工艺产生影响。例如参阅图2a～2d中所示的器件的刻蚀过程，图2a所示的为一待刻蚀的衬底10，衬底10包括外围区11和存储区12，外围区11和存储区12中包括多个浅沟槽隔离结构13，浅沟槽隔离结构13之间的衬底10的顶表面上形成有栅氧层14和多晶硅栅极层15，浅沟槽隔离结构13的顶表面与多晶硅栅极层15的顶表面齐平，图案化的光刻胶层16将外围区11的顶部覆盖；先对衬底10进行湿法刻蚀，从图2b中可看出，以图案化的光刻胶层16为掩模，对存储区12上的浅沟槽隔离结构13进行湿法刻蚀，去除部分厚度的浅沟槽隔离结构13，以使得存储区12上的浅沟槽隔离结构13的顶表面低于多晶硅栅极层15的顶表面，且高于栅氧层14的顶表面；然后，对湿法刻蚀之后的衬底10进行ipa干燥，从图2c中可看出，干燥之后的图案化的光刻胶层16的边缘区域受损，使得部分外围区11上的浅沟槽隔离结构13和多晶硅栅极层15的顶表面暴露出来，若继续使用受损的图案化的光刻胶层16对存储区12进行下一步的干法刻蚀工艺，即会出现如图2d中所示的情况，在正常的存储区12上的浅沟槽隔离结构13被刻蚀掉部分厚度以外，外围区11上的顶表面未被图案化的光刻胶层16覆盖住的浅沟槽隔离结构13也在干法刻蚀的过程中被刻蚀掉部分厚度，使得器件的结构受损，导致器件的性能受影响。所以，在对存储区12进行干法刻蚀之前，需要先将图案化的光刻胶层16去除，再重新形成一层图案化的光刻胶层16，以将外围区11完全覆盖起来，完成干法刻蚀之后再将新形成的图案化的光刻胶层16去除，这样就需要2次形成图案化的光刻胶层16和2次去除图案化的光刻胶层16，生产成本较高，生产周期较长。因此，如何使得湿法刻蚀之后的图案化的光刻胶层可在后续工艺中继续使用，以缩短生产周期和降低生产成本是目前亟需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种刻蚀方法和半导体器件的制造方法，使得湿法刻蚀之后的图案化的光刻胶层可在后续工艺中继续使用，以缩短生产周期和降低生产成本。

为实现上述目的，本发明提供了一种刻蚀方法，包括：

s1，提供一具有图案化的光刻胶层的衬底；

s2，以所述图案化的光刻胶层为掩模，对所述衬底进行湿法刻蚀；

s3，对所述湿法刻蚀后的所述衬底进行干燥，干燥温度为25℃～35℃；

s4，以所述图案化的光刻胶层为掩模，对干燥后的所述衬底进行后续工艺；以及，

s5，去除所述图案化的光刻胶层。

可选的，对所述衬底进行干燥的方法包括异丙醇雾化干燥。

可选的，在所述湿法刻蚀的机台上直接对所述衬底进行干燥，所述干燥温度设定在所述湿法刻蚀的机台上。

可选的，所述后续工艺包括干法刻蚀或离子注入。

可选的，循环执行步骤s2至s4，直至所述衬底的刻蚀结果达到预设要求。

可选的，去除所述图案化的光刻胶层的步骤包括：先进行等离子灰化处理，再采用硫酸和双氧水的混合溶液浸泡。

可选的，所述图案化的光刻胶层包括正性光刻胶或负性光刻胶。

本发明还提供了一种半导体器件的制造方法，包括：采用本发明提供的所述刻蚀方法对一衬底进行刻蚀，以制作所述半导体器件。

可选的，所述的刻蚀方法中的后续工艺包括干法刻蚀或离子注入。

可选的，所述衬底具有外围区和存储区，所述外围区和所述存储区的衬底中分别设有多个浅沟槽隔离结构，相邻的所述浅沟槽隔离结构之间的所述衬底的顶表面上形成有栅氧层和多晶硅栅极层，所述浅沟槽隔离结构的顶表面与所述多晶硅栅极层的顶表面齐平；依次采用所述的刻蚀方法中的湿法刻蚀和干法刻蚀对所述存储区中的所述浅沟槽隔离结构进行回刻蚀，以使得所述存储区中的各个所述浅沟槽隔离结构的顶表面与所述栅氧层的底表面齐平。

可选的，所述湿法刻蚀所采用的刻蚀剂包括氢氟酸或磷酸。

可选的，所述干法刻蚀包括物理刻蚀、化学刻蚀或物理化学刻蚀。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

1、本发明的刻蚀方法，通过在低温下对湿法刻蚀后的衬底进行干燥，使得干燥后的图案化的光刻胶层可在后续工艺中继续使用，不需去除并重新制作所述图案化的光刻胶层，进而缩短了生产周期、降低了生产成本。

2、本发明的半导体器件的制造方法，通过采用本发明的所述刻蚀方法对一衬底进行刻蚀，使得湿法刻蚀并干燥后的图案化的光刻胶层可继续在制造所述半导体器件的工艺中使用，进而缩短了生产周期、降低了生产成本。

附图说明

图1a～1b是湿法刻蚀和干法刻蚀的方向示意图；

图2a～2d是现有采用一层图案化的光刻胶层进行刻蚀的器件示意图；

图3是本发明一实施例的刻蚀方法的流程图；

图4a～4d是本发明一实施例的半导体器件的制造方法中的器件示意图。

其中，附图1a～4d的附图标记说明如下：

10、20-衬底；11、21-外围区；12、22-存储区；13、23-浅沟槽隔离结构；14、24-栅氧层；15、25-多晶硅栅极层；16、26-图案化的光刻胶层。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图3～4d对本发明提出的刻蚀方法和半导体器件的制造方法作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明一实施例提供一种刻蚀方法，参阅图3，图3是本发明一实施例的刻蚀方法的流程图，所述刻蚀方法包括：

步骤s1、提供一具有图案化的光刻胶层的衬底；

步骤s2、以所述图案化的光刻胶层为掩模，对所述衬底进行湿法刻蚀；

步骤s3、对所述湿法刻蚀后的所述衬底进行干燥，干燥温度为25℃～35℃；

步骤s4、以所述图案化的光刻胶层为掩模，对干燥后的所述衬底进行后续工艺；

步骤s5、去除所述图案化的光刻胶层。

下面更为详细的介绍本实施例提供的刻蚀方法：

首先，按照步骤s1，提供一具有图案化的光刻胶层的衬底。所述衬底的材质可以包括硅、锗、硅锗、碳化硅等。所述图案化的光刻胶层可以通过光刻形成，具体地，可以先在所述衬底上形成一层光刻胶，所述光刻胶可以是正性光刻胶或负性光刻胶；然后，透过一掩模对所述光刻胶进行紫外线照射，所述掩模上印着预先设计好的电路图案，若所述光刻胶是正性光刻胶，被紫外线照射到的所述光刻胶发生反应而被溶解掉，溶解掉的所述光刻胶被清除之后，留下来的所述光刻胶的图案与所述掩模上的图案一致，即获得所述图案化的光刻胶层。若所述光刻胶是负性光刻胶，被紫外线照射到的所述光刻胶不会被溶解掉，溶解掉的所述光刻胶被清除之后，留下来的所述光刻胶的图案与所述掩模上的图案相反，即获得所述图案化的光刻胶层。

然后，按照步骤s2，以所述图案化的光刻胶层为掩模，对所述衬底进行湿法刻蚀。具体地，可将所述衬底浸泡在刻蚀剂中，没有被所述图案化的光刻胶层覆盖的所述衬底部分与所述刻蚀剂发生化学反应而被去除。所述湿法刻蚀具有各向同性，即横向刻蚀的宽度接近于垂直刻蚀的深度。可以根据需要刻蚀掉的所述衬底的宽度和深度来调整所述湿法刻蚀的时间和刻蚀剂的浓度等参数。可以根据所述衬底的材质选择合适的刻蚀剂，例如氢氟酸或磷酸。

然后，按照步骤s3，对所述湿法刻蚀后的所述衬底进行干燥，干燥温度为25℃～35℃(例如为28℃、30℃、33℃等)。对所述衬底进行干燥的方法包括异丙醇雾化干燥(ipa干燥)，可以在所述湿法刻蚀的机台上直接对所述衬底进行干燥，所述干燥温度设定在所述湿法刻蚀的机台上。具体地，所述湿法刻蚀的机台上设置有一个或多个干燥箱，将所述衬底放入干燥箱中，设定干燥箱内的温度；然后，向干燥箱中通入异丙醇，利用异丙醇的低表面张力和易挥发的特性，置换出所述衬底表面的具有较高表面张力的水分；然后，对干燥箱进行抽气，将水蒸气和异丙醇带出干燥箱；最后，向干燥箱中通入氮气，以将所述衬底的表面完全干燥。由于干燥温度设定在25℃～35℃(例如为28℃、30℃、33℃等)，干燥温度低，在干燥过程中不会造成所述图案化的光刻胶层受损，使得所述图案化的光刻胶层可以在后续工艺中继续使用，不需将所述图案化的光刻胶层去除之后再重新制作，进而缩短了生产周期，降低了生产成本。

然后，按照步骤s4，以所述图案化的光刻胶层为掩模，对干燥后的所述衬底进行后续工艺。所述后续工艺可以包括干法刻蚀或离子注入，其中，若以所述图案化的光刻胶层为掩模，对干燥后的所述衬底进行干法刻蚀，由于所述干法刻蚀具有各向异性，即基本上只有垂直刻蚀，而几乎没有横向钻蚀，进而能够保证在所述衬底上复制出与所述图案化的光刻胶层完全一致的图案，那么，结合所述湿法刻蚀的各向同性和所述干法刻蚀的各向异性，可以在所述衬底上刻蚀出具有特定图案的结构；另外，若以所述图案化的光刻胶层为掩模，对干燥后的所述衬底进行离子注入，可以在所述衬底中制作缓变结等。

最后，按照步骤s5，去除所述图案化的光刻胶层。优选地，去除所述图案化的光刻胶层的步骤包括：先进行等离子灰化处理，再采用硫酸和双氧水的混合溶液浸泡。其中，等离子灰化处理是将氧原子与光刻胶在等离子体的环境中发生反应，生成一氧化碳、二氧化碳和水蒸气等，然后将生成的物质用抽真空系统抽走，以去除大部分的光刻胶；硫酸和双氧水的混合溶液是将未去除完全的光刻胶和去除光刻胶的过程中产生的其他残留物质浸泡去除，以将所述图案化的光刻胶层去除完全。

另外，在本发明的其他实施例中，可以根据每次执行步骤s4后对所述衬底的刻蚀效果来循环执行步骤s2至s4，直至所述衬底的刻蚀结果达到预设要求。

针对需要通过先湿法刻蚀再干法刻蚀以获得特定图案的所述衬底的工艺，在现有技术中，由于湿法刻蚀后对所述衬底采用的干燥温度高，导致所述图案化的光刻胶层受损，所以需要两次形成光刻胶和两次去除光刻胶，而本发明的技术方案采用低的干燥温度对所述衬底进行干燥，虽然低温下的干燥时间相比高温下的干燥时间增加了2分钟，但是所述图案化的光刻胶层在低温干燥的过程中不会受损，可继续在干法刻蚀工艺中使用，进而只需一次形成光刻胶和一次去除光刻胶，使得生产周期缩短了至少8小时，缩短的时间大大超过了增加的干燥时间，所以本发明的技术方案大大缩短了生产周期，降低了生产成本。

综上所述，本发明提供的刻蚀方法，包括：提供一具有图案化的光刻胶层的衬底；以所述图案化的光刻胶层为掩模，对所述衬底进行湿法刻蚀；对所述湿法刻蚀后的所述衬底进行干燥，干燥温度为25℃～35℃；以所述图案化的光刻胶层为掩模，对干燥后的所述衬底进行后续工艺；以及，去除所述图案化的光刻胶层。本发明的技术方案在低温下对湿法刻蚀后的衬底进行干燥，使得干燥后的图案化的光刻胶层可继续在后续工艺中使用，不需去除并重新制作图案化的光刻胶层，进而缩短了生产周期、降低了生产成本。

本发明一实施例提供一种半导体器件的制造方法，采用上述步骤s1～步骤s5所述的刻蚀方法对一衬底进行刻蚀，以制作所述半导体器件。所述的刻蚀方法中的后续工艺可以包括干法刻蚀或离子注入。当所述的刻蚀方法中的后续工艺为干法刻蚀时，即可依次采用所述湿法刻蚀和干法刻蚀制作所述半导体器件，所述半导体器件可以是存储器，例如参阅图4a～4d，图4a～4d是本发明一实施例的半导体器件的制造方法中的器件示意图。具体说明如下：

参阅图4a，从图4a中可看出，所述衬底20具有外围区21和存储区22，所述外围区21和所述存储区22的衬底20中分别设有多个浅沟槽隔离结构23，相邻的所述浅沟槽隔离结构23之间的所述衬底20的顶表面上形成有栅氧层24和多晶硅栅极层25，所述浅沟槽隔离结构23的顶表面与所述多晶硅栅极层25的顶表面齐平。图案化的光刻胶层26将位于所述外围区21上的浅沟槽隔离结构23和多晶硅栅极层25完全掩埋在内，而将所述存储区22上的浅沟槽隔离结构23和多晶硅栅极层25的顶表面暴露出来。依次采用所述的刻蚀方法中的湿法刻蚀和干法刻蚀对所述存储区22中的所述浅沟槽隔离结构23进行回刻蚀，以使得所述存储区22中的各个所述浅沟槽隔离结构23的顶表面与所述栅氧层24的底表面齐平。具体工艺步骤如下：

首先，参阅图4b，以所述图案化的光刻胶层26为掩模，对所述存储区22中的浅沟槽隔离结构23进行湿法刻蚀，以去除部分厚度的所述浅沟槽隔离结构23，从图4b中可看出，湿法刻蚀之后，所述存储区22中的浅沟槽隔离结构23的顶表面低于所述多晶硅栅极层25的顶表面，且高于所述多晶硅栅极层25的底表面，所述湿法刻蚀所采用的刻蚀剂可以包括氢氟酸或磷酸。

然后，参阅图4b，对所述湿法刻蚀后的所述衬底20进行干燥，干燥温度为25℃～35℃(例如为28℃、30℃、33℃等)，由于干燥温度低，干燥之后，所述图案化的光刻胶层26未受到损伤，可继续在后续工艺中使用，进而缩短了生产周期，降低了生产成本。

然后，参阅图4c，以所述图案化的光刻胶层26为掩模，对干燥后的所述存储区22中的浅沟槽隔离结构23进行干法刻蚀，以去除部分厚度的所述浅沟槽隔离结构23，从图4c中可看出，干法刻蚀之后，所述存储区22中的各个所述浅沟槽隔离结构23的顶表面与所述栅氧层24的底表面齐平，同时，因为干法刻蚀具有各向异性，使得所述栅氧层24的结构未受到干法刻蚀工艺的影响。所述干法刻蚀包括物理刻蚀、化学刻蚀或物理化学刻蚀。所述物理刻蚀是利用离子碰撞被刻蚀结构的表面产生的溅射效应而实现刻蚀；所述化学刻蚀是通过激活的刻蚀气体与被刻蚀结构的化学作用，产生挥发性化合物而实现刻蚀；所述物理化学刻蚀是通过等离子体中的离子或活性基与被刻蚀结构之间的物理的和化学的相互作用实现刻蚀。所述物理化学刻蚀和所述物理刻蚀的各向异性的效果优于所述化学刻蚀，可以根据所需刻蚀的结构选择合适的所述干法刻蚀的方法。例如，采用物理化学刻蚀的方法在所述衬底中刻蚀出形成浅沟槽隔离结构所需的沟槽。

最后，参阅图4d，去除所述图案化的光刻胶层26。

另外，也可以采用上述步骤s1～步骤s5所述的刻蚀方法中的湿法刻蚀和干法刻蚀相结合的方法，在形成浅沟槽隔离结构的过程中，刻蚀去除位于衬底上的氮化硅掩模层和垫氧化层。

另外，当所述的刻蚀方法中的后续工艺为离子注入时，可以按照上述步骤s1～步骤s5，在对所述衬底以所述图案化的光刻胶层为掩模进行湿法刻蚀之后，对所述衬底进行低温干燥，再继续以所述图案化的光刻胶层为掩模，对所述衬底进行所述离子注入，以在所述衬底中制造缓变结，进而得到具有高操作电压的所述半导体器件。

综上所述，本发明提供的半导体器件的制造方法，包括：采用本发明提供的所述刻蚀方法对一衬底进行刻蚀，以制作所述半导体器件。本发明的技术方案在低温下对湿法刻蚀后的衬底进行干燥，使得干燥后的图案化的光刻胶层可继续在制造所述半导体器件的工艺中使用，进而缩短了生产周期、降低了生产成本。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。