涂层的形成方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体制造领域技术，特别涉及一种涂层的形成方法。
【背景技术】
[0002] 半导体制造工艺中，通过一系列的光刻、刻蚀、掺杂、沉积、平坦化以及清洗等工艺 在半导体衬底上形成具有各种功能的集成电路，其中，用于定义刻蚀或掺杂区域的光刻工 艺起着十分重要的作用。
[0003] 在光刻工艺中，首先，采用旋转涂覆工艺（spin-on-coating)在半导体衬底表面形 成光刻胶层；然后，将所述光刻胶层进行烘烤后置于曝光设备中，通过曝光工艺对所述光刻 胶层进行曝光，将掩膜版上的图形转移到光刻胶层中；接着，对曝光后的光刻胶层进行曝光 后烘烤，并通过显影工艺进行显影，在光刻胶层中形成光刻图形。
[0004] 然而，随着待形成的光刻胶层的厚度越厚，形成的光刻胶层的厚度均匀性越差，这 将影响后续的曝光工艺或其他工艺，造成曝光工艺线宽发生改变，造成半导体生产良率下 降。
[0005] 同样的，利用旋转涂覆工艺在半导体衬底表面形成其他涂层时，例如，在聚酰亚胺 的旋转涂覆工艺中，随着待形成的涂层的厚度越厚，形成的聚酰亚胺层的厚度均匀性越差。
【发明内容】
[0006] 本发明解决的问题是提供一种涂层的形成方法，防止由于形成的涂层厚度较厚时 出现厚度不均的问题，提高形成的涂层厚度的均匀性。
[0007] 为解决上述问题，本发明提供一种涂层的形成方法，包括：提供半导体衬底，向所 述半导体衬底表面喷洒涂层材料，所述涂层材料具有第一流动性；采用第一速率旋转所述 半导体衬底进行第一旋涂工艺，使涂层材料覆盖于半导体衬底表面形成初始涂层；对所述 覆盖于半导体衬底表面的涂层材料进行第一烘烤处理，在半导体衬底表面依次形成第一材 料层以及第二材料层，其中，第一材料层的材料具有第二流动性，且所述第二流动性小于第 一流动性，第二材料层的材料具有第三流动性，且所述第三流动性大于第二流动性、小于或 等于第一流动性；采用第二速率旋转所述半导体衬底进行第二旋涂工艺，使具有第三流动 性的第二材料层的材料在第一材料层表面流动，直至形成具有均匀厚度的第三材料层；对 所述第一材料层和第三材料层进行第二烘烤处理，形成位于半导体衬底表面的涂层。
[0008] 可选的，在所述第一旋涂工艺之后，对所述半导体衬底进行第一烘烤处理。
[0009] 可选的，在所述第一旋涂工艺之后第二烘烤处理之前，重复进行若干次第一烘烤 处理，且在每次第一烘烤处理后进行第二涂布工艺，在第二烘烤处理之前形成具有均匀厚 度的第三材料层。
[0010] 可选的，在所述第一旋涂工艺之后第二烘烤处理之前，重复进行3次第一烘烤处 理的步骤包括：对半导体衬底进行第一次第一烘烤处理，在半导体衬底表面依次形成第二 材料层和第四材料层；对所述半导体衬底进行第一次第二旋涂工艺，将第四材料层转化为 第五材料层；对半导体衬底进行第二次第一烘烤处理，使第二材料层的厚度增加转化为第 六材料层，第五材料层的厚度减小转化为第七材料层；对半导体衬底进行第二次第二旋涂 工艺，将第七材料层转化为第八材料层；对半导体衬底进行第三次第一烘烤处理，使第六材 料层厚度增加转化为第一材料层，第八材料层厚度减小转化为第九材料层；对所述半导体 衬底进行第三次第二旋涂工艺，将第九材料层转化为具有均匀厚度的第三材料层。
[0011] 可选的，所述第二次第二旋涂工艺的旋涂速率大于第一次第二旋涂工艺的旋涂速 率，所述第三次第二旋涂工艺的旋涂速率大于第二次第二旋涂工艺的旋涂速率。
[0012] 可选的，所述第一烘烤处理为快速烘烤。
[0013] 可选的，所述快速烘烤的工艺参数为：烘烤温度为90°C至200°C，烘烤时长为1S至 300S。
[0014] 可选的，同时进行所述第一旋涂工艺和第一烘烤处理。
[0015] 可选的，所述第一烘烤处理的工艺参数为：烘烤温度为90°C至200°C，烘烤时长为 1S至 300S。
[0016] 可选的，所述第二速率大于第一速率。
[0017] 可选的，所述第一速率为400转/分至1000转/分，所述第二速率为1000转/分 至2000转/分。
[0018] 可选的，所述涂层的材料为光刻胶或聚酰亚胺。
[0019] 可选的，所述涂层的厚度为50ym至5000ym。
[0020] 可选的，所述涂层材料位于半导体衬底表面的中央区域。
[0021] 可选的，所述第二烘烤处理的工艺参数为：烘烤温度为100度至400度，烘烤时长 为 100S至 1000S。
[0022] 与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
[0023] 本发明实施例中，在向半导体衬底表面喷洒涂层材料后进行第一旋涂工艺，使涂 层材料覆盖于半导体衬底表面；对半导体衬底进行第一烘烤处理，形成第一材料层和第二 材料层的叠层结构，第一材料层的材料的流动性降低，且由于涂层材料各区域的材料性能 相同接收到的热量相同，因此在第一烘烤处理后形成的第一材料层具有均匀厚度；在进行 第二旋涂工艺过程中，第一材料层的材料流动性很小甚至不具有流动性，第二材料层的材 料在第一材料层表面流动，而由于第二材料层的材料的量少于涂层材料的量，第二材料层 受到的离心力作用较小(离心力的大小与物质的质量成正比)，防止第二材料层的材料在边 缘区域聚集的量多于在中央区域聚集的量，通过使第二材料层材料在第一材料层表面流 动，容易将第二材料层转化为形成具有均匀厚度的第三材料层；而由于第一材料层和第三 材料层均具有均匀厚度，因此在进行第二烘烤处理后形成的涂层的厚度均匀，提高了形成 的涂层的厚度均匀性，从而提高半导体生产良率。
[0024] 并且，由于涂层材料具有较强的流动性，向半导体衬底表面喷洒涂层材料的喷洒 次数越多，在旋涂工艺过程中被甩出半导体衬底表面的涂层材料的量越大，涂层材料的利 用率越低。而本发明实施例通过向半导体衬底表面喷洒一次涂层材料，形成厚度均匀的涂 层，避免了多次喷洒涂层材料后造成旋涂工艺过程中大量的涂层材料被甩出衬底表面的问 题，使得在半导体衬底表面喷洒的涂层材料的利用率高，喷洒的涂层材料几乎均可以作为 形成涂层的原材料，从而减少生产成本。
[0025] 进一步，本发明实施例的第一速率小于第二速率，防止在第一旋涂工艺过程中由 于旋涂速率过大造成涂层材料被甩出的量过多，使得为了形成预定厚度的涂层所需的涂层 材料的用量少，节约了生产成本。并且，形成初始涂层的第一旋涂工艺的旋涂速率较小(第 一速率小于第二速率)，防止大量的涂层材料流向半导体衬底边缘区域，从而减小第二旋涂 工艺的工艺难度。
[0026] 更进一步，本发明实施例中，同时进行第一旋涂工艺和第一烘烤处理，缩短了形成 涂层所需的时间，从而缩短了生产周期。
[0027] 再进一步，本发明实施例在第一旋涂工艺之后第二烘烤处理之前，重复进行若干 次第一烘烤处理，且在每次第一烘烤处理后进行第二涂布工艺，使得在第二烘烤处理前，形 成具有均匀厚度的第三材料层；本发明实施例可形成厚度较厚的涂层(例如，厚度为50ym 至5000ym的涂层)，且在经历多次第一烘烤处理和多次第二涂布工艺后，形成的涂层的厚 度均匀性更忧。
【附图说明】
[0028] 图1为一实施例提供的光刻胶层形成方法的流程示意图；
[0029] 图2至图6为本发明一实施例提供涂层形成过程中的半导体结构的剖面结构示意 图；
[0030] 图7为表面具有测试点的半导体衬底的俯视结构示意图；
[0031] 图8至图14为本发明另一实施例提供涂层形成过程中的半导体结构的剖面结构 示意图；
[0032] 图15至图17为本发明又一实施例提供涂层形成过程中的半导体结构的剖面结构 示意图。
【具体实施方式】
[0033] 由【背景技术】可知，在现有技术中，当所需形成的光刻胶层或其他涂层的厚度越厚， 形成的光刻胶层或其他涂层的厚度均匀性越差，影响产品良率。
[0034] 作为一个实施例，针对光刻胶层的形成工艺进行研究，光刻胶层的形成方法包括 以下步骤，请参考图1:步骤S1、将半导体衬底置于旋涂设备的晶圆支撑台上，通过真空吸 附所述半导体衬底；步骤S2、将填充有光刻胶的喷头移动至所述半导体衬底上方，所述半 导体衬底处于静止状态，通过所述喷头向半导体衬底表面喷洒光刻胶；步骤S3、通过马达 驱动所述晶圆支撑台旋转，所述晶圆支撑台带动所述半导体衬底旋转，使光刻胶沿所述半 导体衬底表面向边缘区域铺开，并覆盖整个半导体衬底表面；步骤S4、对半导体衬底进行 烘烤处理，使光刻胶中的溶剂挥发，形成覆盖于半导体衬底表面的光刻胶层。
[0035]然而，晶圆支撑台带动半导体衬底旋转过程中存在离心力作用，在离心力作用下， 半导体衬底表面的边缘区域聚集较多的光刻胶，而中央区域聚集的光刻胶量较少，使得最 终形成的光刻胶层的表面呈现凹形，也就是说，半导体衬底边缘区域的光刻胶层厚度比中 央区域的光刻胶层厚度大。
[0036] 特别的，当所需形成的光刻胶层的厚度越大时，采用喷头喷洒在半导体衬底表面 的光刻胶量越多；半导体衬底表面的光刻胶量越多，在离心力作用下，旋转半导体衬底后边 缘区域和中央区域聚集的光刻胶的量相差越大，导致最终形成的光刻胶层的厚度的差别越 明显，造成边缘区域的光刻胶层的厚度远大于中央区域的光刻胶层的厚度，造成形成的光 刻胶层的厚度的均匀性越差，影响半导体产品良率。
[0037] 为了解决上述问题，提供另一种光刻胶层的形成方法，采用两次涂布 (double-coating)的方法形成具有较厚厚度且厚度较均匀的光刻胶层。具体的，采用两次 涂布方法形成光刻胶层的工艺步骤包括：向半导体衬底表面喷洒第一光刻胶；旋涂半导体