涂層的形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域技術(shù)，特別涉及一種涂層的形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 半導(dǎo)體制造工藝中，通過一系列的光刻、刻蝕、摻雜、沉積、平坦化以及清洗等工藝 在半導(dǎo)體襯底上形成具有各種功能的集成電路，其中，用于定義刻蝕或摻雜區(qū)域的光刻工 藝起著十分重要的作用。
[0003] 在光刻工藝中，首先，采用旋轉(zhuǎn)涂覆工藝（spin-on-coating)在半導(dǎo)體襯底表面形 成光刻膠層；然后，將所述光刻膠層進(jìn)行烘烤后置于曝光設(shè)備中，通過曝光工藝對(duì)所述光刻 膠層進(jìn)行曝光，將掩膜版上的圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠層中；接著，對(duì)曝光后的光刻膠層進(jìn)行曝光 后烘烤，并通過顯影工藝進(jìn)行顯影，在光刻膠層中形成光刻圖形。
[0004] 然而，隨著待形成的光刻膠層的厚度越厚，形成的光刻膠層的厚度均勻性越差，這 將影響后續(xù)的曝光工藝或其他工藝，造成曝光工藝線寬發(fā)生改變，造成半導(dǎo)體生產(chǎn)良率下 降。
[0005] 同樣的，利用旋轉(zhuǎn)涂覆工藝在半導(dǎo)體襯底表面形成其他涂層時(shí)，例如，在聚酰亞胺 的旋轉(zhuǎn)涂覆工藝中，隨著待形成的涂層的厚度越厚，形成的聚酰亞胺層的厚度均勻性越差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明解決的問題是提供一種涂層的形成方法，防止由于形成的涂層厚度較厚時(shí) 出現(xiàn)厚度不均的問題，提高形成的涂層厚度的均勻性。
[0007] 為解決上述問題，本發(fā)明提供一種涂層的形成方法，包括：提供半導(dǎo)體襯底，向所 述半導(dǎo)體襯底表面噴灑涂層材料，所述涂層材料具有第一流動(dòng)性；采用第一速率旋轉(zhuǎn)所述 半導(dǎo)體襯底進(jìn)行第一旋涂工藝，使涂層材料覆蓋于半導(dǎo)體襯底表面形成初始涂層；對(duì)所述 覆蓋于半導(dǎo)體襯底表面的涂層材料進(jìn)行第一烘烤處理，在半導(dǎo)體襯底表面依次形成第一材 料層以及第二材料層，其中，第一材料層的材料具有第二流動(dòng)性，且所述第二流動(dòng)性小于第 一流動(dòng)性，第二材料層的材料具有第三流動(dòng)性，且所述第三流動(dòng)性大于第二流動(dòng)性、小于或 等于第一流動(dòng)性；采用第二速率旋轉(zhuǎn)所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行第二旋涂工藝，使具有第三流動(dòng) 性的第二材料層的材料在第一材料層表面流動(dòng)，直至形成具有均勻厚度的第三材料層；對(duì) 所述第一材料層和第三材料層進(jìn)行第二烘烤處理，形成位于半導(dǎo)體襯底表面的涂層。
[0008] 可選的，在所述第一旋涂工藝之后，對(duì)所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行第一烘烤處理。
[0009] 可選的，在所述第一旋涂工藝之后第二烘烤處理之前，重復(fù)進(jìn)行若干次第一烘烤 處理，且在每次第一烘烤處理后進(jìn)行第二涂布工藝，在第二烘烤處理之前形成具有均勻厚 度的第三材料層。
[0010] 可選的，在所述第一旋涂工藝之后第二烘烤處理之前，重復(fù)進(jìn)行3次第一烘烤處 理的步驟包括：對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行第一次第一烘烤處理，在半導(dǎo)體襯底表面依次形成第二 材料層和第四材料層；對(duì)所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行第一次第二旋涂工藝，將第四材料層轉(zhuǎn)化為 第五材料層；對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行第二次第一烘烤處理，使第二材料層的厚度增加轉(zhuǎn)化為第 六材料層，第五材料層的厚度減小轉(zhuǎn)化為第七材料層；對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行第二次第二旋涂 工藝，將第七材料層轉(zhuǎn)化為第八材料層；對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行第三次第一烘烤處理，使第六材 料層厚度增加轉(zhuǎn)化為第一材料層，第八材料層厚度減小轉(zhuǎn)化為第九材料層；對(duì)所述半導(dǎo)體 襯底進(jìn)行第三次第二旋涂工藝，將第九材料層轉(zhuǎn)化為具有均勻厚度的第三材料層。
[0011] 可選的，所述第二次第二旋涂工藝的旋涂速率大于第一次第二旋涂工藝的旋涂速 率，所述第三次第二旋涂工藝的旋涂速率大于第二次第二旋涂工藝的旋涂速率。
[0012] 可選的，所述第一烘烤處理為快速烘烤。
[0013] 可選的，所述快速烘烤的工藝參數(shù)為：烘烤溫度為90°C至200°C，烘烤時(shí)長(zhǎng)為1S至 300S。
[0014] 可選的，同時(shí)進(jìn)行所述第一旋涂工藝和第一烘烤處理。
[0015] 可選的，所述第一烘烤處理的工藝參數(shù)為：烘烤溫度為90°C至200°C，烘烤時(shí)長(zhǎng)為 1S至 300S。
[0016] 可選的，所述第二速率大于第一速率。
[0017] 可選的，所述第一速率為400轉(zhuǎn)/分至1000轉(zhuǎn)/分，所述第二速率為1000轉(zhuǎn)/分 至2000轉(zhuǎn)/分。
[0018] 可選的，所述涂層的材料為光刻膠或聚酰亞胺。
[0019] 可選的，所述涂層的厚度為50ym至5000ym。
[0020] 可選的，所述涂層材料位于半導(dǎo)體襯底表面的中央?yún)^(qū)域。
[0021] 可選的，所述第二烘烤處理的工藝參數(shù)為：烘烤溫度為100度至400度，烘烤時(shí)長(zhǎng) 為 100S至 1000S。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0023] 本發(fā)明實(shí)施例中，在向半導(dǎo)體襯底表面噴灑涂層材料后進(jìn)行第一旋涂工藝，使涂 層材料覆蓋于半導(dǎo)體襯底表面；對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行第一烘烤處理，形成第一材料層和第二 材料層的疊層結(jié)構(gòu)，第一材料層的材料的流動(dòng)性降低，且由于涂層材料各區(qū)域的材料性能 相同接收到的熱量相同，因此在第一烘烤處理后形成的第一材料層具有均勻厚度；在進(jìn)行 第二旋涂工藝過程中，第一材料層的材料流動(dòng)性很小甚至不具有流動(dòng)性，第二材料層的材 料在第一材料層表面流動(dòng)，而由于第二材料層的材料的量少于涂層材料的量，第二材料層 受到的離心力作用較小(離心力的大小與物質(zhì)的質(zhì)量成正比)，防止第二材料層的材料在邊 緣區(qū)域聚集的量多于在中央?yún)^(qū)域聚集的量，通過使第二材料層材料在第一材料層表面流 動(dòng)，容易將第二材料層轉(zhuǎn)化為形成具有均勻厚度的第三材料層；而由于第一材料層和第三 材料層均具有均勻厚度，因此在進(jìn)行第二烘烤處理后形成的涂層的厚度均勻，提高了形成 的涂層的厚度均勻性，從而提高半導(dǎo)體生產(chǎn)良率。
[0024] 并且，由于涂層材料具有較強(qiáng)的流動(dòng)性，向半導(dǎo)體襯底表面噴灑涂層材料的噴灑 次數(shù)越多，在旋涂工藝過程中被甩出半導(dǎo)體襯底表面的涂層材料的量越大，涂層材料的利 用率越低。而本發(fā)明實(shí)施例通過向半導(dǎo)體襯底表面噴灑一次涂層材料，形成厚度均勻的涂 層，避免了多次噴灑涂層材料后造成旋涂工藝過程中大量的涂層材料被甩出襯底表面的問 題，使得在半導(dǎo)體襯底表面噴灑的涂層材料的利用率高，噴灑的涂層材料幾乎均可以作為 形成涂層的原材料，從而減少生產(chǎn)成本。
[0025] 進(jìn)一步，本發(fā)明實(shí)施例的第一速率小于第二速率，防止在第一旋涂工藝過程中由 于旋涂速率過大造成涂層材料被甩出的量過多，使得為了形成預(yù)定厚度的涂層所需的涂層 材料的用量少，節(jié)約了生產(chǎn)成本。并且，形成初始涂層的第一旋涂工藝的旋涂速率較小(第 一速率小于第二速率)，防止大量的涂層材料流向半導(dǎo)體襯底邊緣區(qū)域，從而減小第二旋涂 工藝的工藝難度。
[0026] 更進(jìn)一步，本發(fā)明實(shí)施例中，同時(shí)進(jìn)行第一旋涂工藝和第一烘烤處理，縮短了形成 涂層所需的時(shí)間，從而縮短了生產(chǎn)周期。
[0027] 再進(jìn)一步，本發(fā)明實(shí)施例在第一旋涂工藝之后第二烘烤處理之前，重復(fù)進(jìn)行若干 次第一烘烤處理，且在每次第一烘烤處理后進(jìn)行第二涂布工藝，使得在第二烘烤處理前，形 成具有均勻厚度的第三材料層；本發(fā)明實(shí)施例可形成厚度較厚的涂層(例如，厚度為50ym 至5000ym的涂層)，且在經(jīng)歷多次第一烘烤處理和多次第二涂布工藝后，形成的涂層的厚 度均勻性更憂。
【附圖說明】
[0028] 圖1為一實(shí)施例提供的光刻膠層形成方法的流程示意圖；
[0029] 圖2至圖6為本發(fā)明一實(shí)施例提供涂層形成過程中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0030] 圖7為表面具有測(cè)試點(diǎn)的半導(dǎo)體襯底的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 圖8至圖14為本發(fā)明另一實(shí)施例提供涂層形成過程中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu) 示意圖；
[0032] 圖15至圖17為本發(fā)明又一實(shí)施例提供涂層形成過程中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu) 示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 由【背景技術(shù)】可知，在現(xiàn)有技術(shù)中，當(dāng)所需形成的光刻膠層或其他涂層的厚度越厚， 形成的光刻膠層或其他涂層的厚度均勻性越差，影響產(chǎn)品良率。
[0034] 作為一個(gè)實(shí)施例，針對(duì)光刻膠層的形成工藝進(jìn)行研究，光刻膠層的形成方法包括 以下步驟，請(qǐng)參考圖1:步驟S1、將半導(dǎo)體襯底置于旋涂設(shè)備的晶圓支撐臺(tái)上，通過真空吸 附所述半導(dǎo)體襯底；步驟S2、將填充有光刻膠的噴頭移動(dòng)至所述半導(dǎo)體襯底上方，所述半 導(dǎo)體襯底處于靜止?fàn)顟B(tài)，通過所述噴頭向半導(dǎo)體襯底表面噴灑光刻膠；步驟S3、通過馬達(dá) 驅(qū)動(dòng)所述晶圓支撐臺(tái)旋轉(zhuǎn)，所述晶圓支撐臺(tái)帶動(dòng)所述半導(dǎo)體襯底旋轉(zhuǎn)，使光刻膠沿所述半 導(dǎo)體襯底表面向邊緣區(qū)域鋪開，并覆蓋整個(gè)半導(dǎo)體襯底表面；步驟S4、對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行 烘烤處理，使光刻膠中的溶劑揮發(fā)，形成覆蓋于半導(dǎo)體襯底表面的光刻膠層。
[0035]然而，晶圓支撐臺(tái)帶動(dòng)半導(dǎo)體襯底旋轉(zhuǎn)過程中存在離心力作用，在離心力作用下， 半導(dǎo)體襯底表面的邊緣區(qū)域聚集較多的光刻膠，而中央?yún)^(qū)域聚集的光刻膠量較少，使得最 終形成的光刻膠層的表面呈現(xiàn)凹形，也就是說，半導(dǎo)體襯底邊緣區(qū)域的光刻膠層厚度比中 央?yún)^(qū)域的光刻膠層厚度大。
[0036] 特別的，當(dāng)所需形成的光刻膠層的厚度越大時(shí)，采用噴頭噴灑在半導(dǎo)體襯底表面 的光刻膠量越多；半導(dǎo)體襯底表面的光刻膠量越多，在離心力作用下，旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體襯底后邊 緣區(qū)域和中央?yún)^(qū)域聚集的光刻膠的量相差越大，導(dǎo)致最終形成的光刻膠層的厚度的差別越 明顯，造成邊緣區(qū)域的光刻膠層的厚度遠(yuǎn)大于中央?yún)^(qū)域的光刻膠層的厚度，造成形成的光 刻膠層的厚度的均勻性越差，影響半導(dǎo)體產(chǎn)品良率。
[0037] 為了解決上述問題，提供另一種光刻膠層的形成方法，采用兩次涂布 (double-coating)的方法形成具有較厚厚度且厚度較均勻的光刻膠層。具體的，采用兩次 涂布方法形成光刻膠層的工藝步驟包括：向半導(dǎo)體襯底表面噴灑第一光刻膠；旋涂半導(dǎo)體