CN1252800C - 半导体器件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
在存在着具有跨越和不跨越连接位置的区域的布线层的半导体器件中，由于在用连接曝光形成具有跨越连接位置的区域的布线层时，考虑对准裕度进行图形形成，故比起用成批曝光工艺形成的情况来，在布线宽度、布线间间隔方面是不利的。在具有多个布线层的半导体器件的制造方法中，其特征在于：第1布线层，采用把所希望的图形分割成多个，把上述分割后的图形彼此连接起来进行曝光的办法进行图形形成，第2布线层，采用用成批曝光工艺的办法进行图形形成。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件和固体摄象器件的制造方法，特别是涉及使用把所希望的图形分割成多个，把分割后的图形彼此连接起来进行曝光的连接曝光的半导体器件和固体摄象器件的制造方法。
背景技术
在半导体衬底上边形成芯片尺寸大的半导体器件时，例如，人们知道在USP5561317号公报中所述的半导体器件的制造方法等。
图13A～C，是用来说明在上述公报中所述的半导体器件的制造方法的说明图。
图13A是半导体衬底上边的第1层的模式性的图形图，图13B是用来形成图13A的第1层时使用的第1中间掩模的模式性的图形图，图13C是用来形成第2层的第2中间掩模的模式性的图形图。
在第1中间掩模105内，3分割地设置有图形A、B、C，在每一个图形中，都形成有IC图形。把图形A、B、C纵向排列、彼此连接起来、用彼此连接起来的图形A、B、C构成1个芯片。
把第1中间掩模105放置在缩小投影式曝光装置中，并借助附属于该装置的***，对半导体衬底101(以后，叫做晶片101)上边的第1层的布局进行编程，以便使得可以把图13A所示的彼此连接起来的图形印制到晶片101。图13B所示的对准标记103，是管芯到管芯方式的对准标记，如图13A所示，在曝光后，在半导体衬底上边，在彼此连接起来的各个图形A、B、C的两侧形成，将成为对第2层的对准标记(母标记)102。
此外，在对第1层进行印制时，第1中间掩模105，采用对每一次取景(图形A、B、C)都改变缩小投影式曝光装置的屏蔽叶片的位置的办法，使得在对图形A的部分进行印制时，图形B、C的部分，借助于该叶片而隐蔽起来，使得光不会透过去。在分别对图形B、C进行印制时也是同样的。
在形成了图形A、B、C之后，在借助于该图形施行刻蚀、杂质扩散、CVD(化学气相淀积)法等的通常的半导体制造工艺之后，形成第2层的图形。
其次，在第2层中，使用图13C所示的第2中间掩模，使得作为在第1层中形成的母标记的对准标记102重叠到作为子标记的对准标记104上那样地进行对准。即，使得图形A’重叠到图形A上，图形B’重叠到图形B上那样地进行对准。在对图形A’、B’、C’进行曝光时，与第1层同样，也可以采用改变屏蔽叶片的位置的办法进行。
此外，在现有技术中，在用使分割后的图形彼此连接起来进行曝光的连接曝光技术形成具有跨越连接位置的区域的布线的情况下，跨越连接位置的布线，如图14所示，作成为对于连接位置具有已考虑到左右的取景的对准精度的裕度的布线。在图14中，A是借助于在用应对微细加工的缩小投影装置进行的曝光形成的情况下的布线宽度，A’是在借助于分割曝光形成的情况下的布线宽度，B是用曝光面积大的缩小投影装置借助于成批曝光工艺形成的情况下的布线宽度。A’由于已考虑到在连接区域上的裕度，故比A更大。虽然也可以考虑把对于每一层都要改变连接位置的、例如，把第2层的连接位置变更为使之对第1层的连接位置垂直的那样的位置，但是却存在着会使装置和工艺复杂化这样的问题。
但是，在存在着具有跨越连接位置的区域的布线层和不具有跨越区域的布线层那样的多层布线层的半导体器件和固体摄象器件中，当把分割后的图形彼此连接起来形成具有跨越连接位置的区域的布线层时，如上所述，由于在考虑到对准裕度后再进行图形形成，故比起用曝光面积大的缩小投影装置用成批曝光工艺形成来，尽管要增加工序数而且使用应对微细加工的缩小投影装置，但是，有时候在布线宽度、布线间间隔方面却会变成为不利。
发明内容
本发明就是鉴于上述课题而发明的，其目的在于在使用连接曝光的半导体器件的制造方法中，效率良好地提供削减工序数，灵敏度高的半导体器件的制造方法。
为了解决上述课题，本发明的技术方案提供一种具有多个布线层的半导体器件的制造方法，包括以下步骤：通过在第1布线层上进行分割曝光而形成布线，其中，由上述第1布线层所形成的上述布线不横跨把所分割的各曝光图形连接起来的连接位置；通过在第2布线层上进行成批曝光而形成布线，其中，由上述第2布线层所形成的上述布线的至少一部分横跨上述连接位置。
此外，本发明的另一目的在于在使用连接曝光的固体摄象器件的制造方法中，效率良好地提供削减工序数，灵敏度高的固体摄象器件的制造方法。
为了解决上述课题，本发明的固体摄象器件，在具有具有把光变换成信号电荷的光电变换区域的象素，和由第1布线层和第2布线层构成的多个布线层的固体摄象器件的制造方法中，其特征在于：第1布线层采用把所希望的图形分割成多个，把上述分割后的图形彼此连接起来进行曝光的办法，进行图形形成，该第1布线层与连接位置平行地形成，与上述第1布线层的连接位置进行交叉的第2布线层，用成批曝光工艺进行图形形成。
本发明的其它的特征和优点，将会从参照以下的附图进行的说明中显现出来，在其全部的附图中同一参照标号用来标注同一部分或相同的部分。
附图说明
图1是用本发明的固体摄象器件的制造方法形成的固体摄象器件的实施形态1的单位象素的顶视图。
图2是用来说明实施形态1连接曝光的顶视图。
图3是用来说明实施形态1连接曝光的顶视图。
图4A、4B是用来说明本发明的半导体器件的制造方法的说明图。
图5A、5B是用来说明本发明的半导体器件的制造方法的说明图。
图6是实施形态1的CMOS传感器的单位象素的等效电路图。
图7是实施形态1的CMOS传感器的动作的等效电路图。
图8是说明实施形态1的CMOS传感器的动作的定时图。
图9是用本发明的固体摄象器件的制造方法形成的固体摄象器件的实施形态2的单位象素的顶视图。
图10A、10B是图1中的线10-10处的模式性剖面图。
图11是图9中的线11-11处的模式性剖面图。
图12是用本发明的固体摄象器件的制造方法形成的固体摄象器件的等效电路图。
图13是用来说明现有技术的半导体器件的制造方法的模式性的图形图。
图14是说明现有技术中使用连接曝光时连接位置处布线形状的说明图。
作为与说明书形成一个整体或构成其一部分、与说明书一起说明本发明的实施形态的这些附图用来说明本发明的原理。
具体实施方式
(实施形态1)
图1是用本发明的固体摄象器件的制造方法形成的固体摄象器件的实施形态1的单位象素的顶视图。另外，在本实施形态中，作为半导体器件的一个例子，虽然是以具有把光变换成信号电荷的光电变换区域的固体摄象器件为例进行的说明，但是，本发明并不限定于固体摄象器件，只要是具有多个布线层的半导体器件就可以。
在图1中，1是作为光电变换区域的光电二极管，2是作为放大晶体管的源极跟随器输入MOS晶体管，3是作为传送开关的传送MOS晶体管，4是作为复位开关的复位MOS晶体管，5是作为选择开关的选择MOS晶体管，6是用第1布线层形成的垂直信号线(垂直方向布线)，11是单位象素区域。另外，本实施形态的单位象素区域11，虽然作为一个例子用含有光电二极管1、源极跟随器输入MOS晶体管2、传送MOS晶体管和选择MOS晶体管的互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺来形成，但是，本发明并不限定于本象素构造，只要是使用多层布线层的器件，在含有逻辑电路的IC芯片或CCD型摄象装置等中也可应用。12是用第2层布线形成的驱动布线(水平方向)，13是用第2层布线形成的GND布线(水平方向布线)，14是晶体管的源漏区，X-X’是用连接曝光技术把多个图形连接起来时的连接位置。该连接位置是用第1布线层形成垂直信号线等时的连接位置，被配置为与垂直输出线平行。
另外，第1和第2布线层，也可以分别是多层布线层。
例如，在本实施形态中，作为第1布线层虽然驱动布线12和GND布线13用同一布线层形成，但是，也可以用不同的布线层形成，此外，布线的组合也并不限定于此。
此外，在本图中，GND和GND布线以及栅极和驱动布线的连接已被省略。
此外，图1虽然仅仅示出了2个象素，但是，实际的固体摄象器件，2维状地相邻接地配置多个这种构造的象素。
在本实施形态中，其特征在于：不具有跨越连接位置的区域的垂直信号线6，例如，用应对微细加工的缩小投影装置借助于连接曝光形成，具有跨越连接位置的区域的驱动布线12和GND布线13则用成批曝光工艺形成。
就是说，其特征在于：具有跨越连接位置的区域的第2布线层，用成批曝光工艺进行图形形成。
此外，用来形成不具有跨越连接位置的区域的布线的第1布线层，可以用应对微细加工的缩小投影装置形成微细布线。就是说，采用把所希望的图形分割成多个，把分割后的图形彼此连接起来进行连接曝光的办法得到图形。
因此，用来形成具有跨越连接位置的区域的布线层，与用连接曝光形成布线层的情况比，在各个阶段可以减少工序数，可以效率良好地得到灵敏度高的固体摄象器件。
另外，在例如作为半导体器件的固体摄象器件具有多个图1所示那样的象素，具有以长边为横向，以短边为纵向的长方形形状的情况下，由于用缩小投影装置进行的图形形成中的取景内的有效区域的纵横比大体上为纵∶横＝1∶1，故作为效率良好的连接曝光，可以考虑在图2所示的水平方向上进行2分割或图3所示的进行3分割的方法。
图2借助于连接位置201，把芯片200二分割成图形L和图形R，用取景L和取景R使每一者曝光。
图3借助于连接位置301、302，把芯片300三分割成图形L、图形M和图形R，用取景L、取景M和取景R使每一者曝光。
图4A是说明借助于连接曝光图形形成含有不具有跨越图形L和R的连接位置的区域的垂直方向布线的第1层(金属1)的情况的说明图。采用借助于图中的分割位置对1个芯片进行2分割，借助于取景L、取景R进行连接曝光的办法形成所希望的图形。在图1的单位象素中，连接位置选择不跨越金属1的那样的位置。图4B说明借助于成批曝光工艺使第2层(金属2)进行图形形成的情况。这是因为在使用第1层的连接位置处使第2层进行分割曝光进行图形形成的情况下，布线具有跨越连接位置的区域的缘故。
如上所述，由于借助于本实施形态的制造方法，可以确保实现高开口率、因而能够提高灵敏度，或者得到恰当的开口形状，故可以实现周边象素的灵敏度的提高。
此外，在缩小投影装置的取景内，随着像高度的增大分辨率将降低。例如，当像高度增大后，在图4A的连接位置401分辨率就会降低。就是说，在连接位置401附近存在着图形的情况下，就会导致因分辨率的降低而产生图形不合格。为了避免这样的图形不合格，可以考虑如图5B所示，采用借助于连接位置501、502对1个芯片进行3分割，借助于取景L、M、R进行连接曝光的办法，形成所希望的图形。借助于此，借助于在接近像高度低因而分辨率高的透镜中央部分处良好的图形形成，就可以形成半导体器件或固体摄象器件。
另外，连接位置的位置和连接次数，可借助于芯片的大小或曝光装置的性能适宜地决定，并不限定于本实施形态的次数。
其次，图6的电路图示出了用本发明的半导体器件和固体摄象器件的制造方法形成的可装载到固体摄象器件上的CMOS传感器的单位象素的一个例子。
另外，对于那些与已在前边说明的部分同样的部分赋予同一标号。
具体地说，光电二极管1通过传送MOS晶体管3连接到源极跟随器输入MOS晶体管2的栅极上，源极跟随器输入MOS晶体管2的源极，则通过选择MOS晶体管5连往垂直信号线6。此外，还设置有使源极跟随器输入MOS晶体管2的栅极复位成规定电位的复位MOS晶体管4。此外，为了抑制驱动时的过渡性的GND电位的变动，在每一个象素上都设置有(在本图中被省略)连接到GND上的布线。
其次，用图7的等效电路图和图8的定时图说明本象素的动作。在图7中，单位象素示出的是用图6的等效电路图表示的单位象素。此外，在图7中，还省略了单位象素与GND之间的连接。在借助于垂直扫描电路7选中了某行(设为n行)时，采用首先复位信号φRES(n)变成为低电平，复位开关变成为OFF。其次，选择信号φSEL(n)变成为高电平，选择开关变成为ON的办法，放大MOS晶体管的源极与垂直输出线导通，并借助于被选象素和恒流负载形成源极跟随器电路。接着，φTN变成为高电平，通过传送门电路把与象素的复位状态对应的N输出读出到线存储器9内。然后，借助于传送脉冲φTX(n)传送开关在恒定期间内变成为ON，把在光电变换元件中产生的光信号传送给放大MOS晶体管的栅极。接着，φTS变成为高电平，把与光信号对应的S输出读出到线存储器内。其次，采用逐次读出借助于水平扫描电路选中的列的N信号、S信号，并执行这些具有相关的N信号、S信号的差分的办法，就可以得到光应答输出。
如上所述，由于在把被选中的行的象素的信号传送给线存储器后同时逐次读出，故进行象素的驱动的选择MOS晶体管、传送MOS晶体管、复位MOS晶体管的控制线，可以用跨越连接位置的水平方向的布线构成，不跨越连接位置的信号线则可用垂直方向的布线构成。另外，在本实施形态中，GND线，可在具有跨越连接位置的区域的水平方向上形成。
(实施形态2)
图9是用本发明的半导体器件的制造方法形成的半导体器件的顶视图。另外，在本实施形态中，与实施形态1同样，作为半导体器件的一个例子，虽然是以具有把光变换成信号电荷的光电变换区域的固体摄象器件为例进行的说明，但是，本发明并不限定于固体摄象器件，只要是具有多个布线层的半导体器件就行。
20是用第1布线层形成的GND布线层。
另外，对于那些与上边所说的部分同样的部分赋予同一标号。
为了确保图9所示的单位象素的高开口率，要用第1布线层形成具有跨越连接位置的区域的驱动线12，把不具有跨越连接位置的区域的GND布线20和垂直输出线6作成为垂直方向布线，用第1布线层形成。在本例中，作为第2布线层的水平方向布线用金属2构成，第1布线层用金属1构成。
本实施形态是用垂直方向布线构成图6所示的单位象素的GND线的情况下的布局图的一个例子，在本图中省略了栅极与驱动布线之间的连接。即，把借助于分割曝光形成的布线形成得比用成批曝光工艺形成的布线还多。
此外，图9虽然仅仅示出了2个象素，但是，实际的固体摄象器件2维状地连接配置有多个这种构造的象素。
本实施形态与实施形态1的不同之处在于：相对于在实施形态1中用成批曝光工艺配置GND布线13，以便使得具有跨越连接位置的区域，在本实施形态中，用连接曝光技术形成GND布线20，以便使得不具有跨越连接位置的区域。
具体地说，如上所述用来形成具有跨越连接位置的区域的布线的布线层，即便是使用连接曝光技术也必须考虑裕度，故与成批曝光工艺比较，在布线宽度、布线间间隔方面有时候会变成为不利。就是说，用来形成具有跨越连接位置的区域的第2布线层，即便是使用成批曝光工艺、连接曝光中的任何一种方法的情况下，对于布线宽度、布线间间隔来说也不能进行微细加工，因而，存在着开口率下降、灵敏度降低、或开口形状的不平衡以及周围象素的灵敏度降低。因此，用具有跨越连接位置的区域的第2布线层形成的布线越少越好。
说得再具体一点，图10A、B、图11A、B，分别模式性地示出了图1、9的10-10线和11-11线处的剖面和入射光线的情况。图10A示出了在实施形态1的图1所示的固体摄象器件为例如象素数300万个象素的固体摄象器件的中央附近配置的中央象素，图10B示出了在实施形态1的图1所示的固体摄象器件为例如象素数300万个象素的端部附近配置的周边象素，图11A示出了本实施形态的图9所示的固体摄象器件为例如象素数300万个象素的固体摄象器件的中央附近配置的中央象素，图11B示出了本实施形态的图9所示的固体摄象器件为例如象素数300个象素的端部附近配置的周边象素。
在图10A和图10B中，金属2是具有选择MOS晶体管5、传送MOS晶体管3、复位MOS晶体管4的驱动布线12和GND布线层13的布线层。此外，金属2还兼用做遮光层兼电源布线。图10A所示的中央象素，借助于用金属3形成的GND布线层13和传送MOS晶体管3的驱动布线12决定光路。但是，如图10B所示，在周边象素的情况下，由于与中央象素比从斜向方向入射进来的光多，故与中央象素(图10A)比较起来光路被遮挡的量多，因此，周边象素的灵敏度常常比中央象素低。
另一方面，在图11A和图11B中，由于用另外的金属层形成GND布线层13，故光路用传送MOS晶体管3和选择MOS晶体管5的驱动布线规定开口部分。因此，在周边象素(图11B)中，即便是光从斜向方向入射开口部分也宽，故光路难于被遮挡。因此，可以提供中央象素和周边象素之间的灵敏度的参差更低的固体摄象器件。
另外，在实施形态1和本实施形态中，也可以用金属1构成第2布线层，用金属2构成第1布线层。在该情况下，用连接曝光使金属2进行图形形成，用成批曝光工艺使金属1进行图形形成，借助于此，就可以得到本实施形态的效果。
此外，本发明的单位象素的等效电路图并不限定于图4所示的例子，对于用连接曝光和成批曝光工艺这两者进行图形形成的半导体器件和固体摄象器件也可以应用。例如，在把用图12的等效电路图所示的单位象素矩阵状地配置起来构成的固体摄象器件中，也可以得到同样的效果。图12和图14，相对于在图4中选择MOS晶体管5对源极跟随器输入MOS晶体管2连接到垂直输出线6一侧上，在图12中，选择MOS晶体管5对源极跟随器输入MOS晶体管2连接到电源一侧上这一点是不同的。另外，当中定时两者是同样的。
最好使不具有跨越连接位置的区域的布线比由跨越连接位置的布线层形成的布线多。
Claims (3)
1.一种具有多个布线层的半导体器件的制造方法，包括以下步骤：
通过在第1布线层上进行分割曝光而形成布线，其中，由上述第1布线层所形成的上述布线不横跨把所分割的各曝光图形连接起来的连接位置；
通过在第2布线层上进行成批曝光而形成布线，其中，由上述第2布线层所形成的上述布线的至少一部分横跨上述连接位置。
2.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，还包括：形成光电变换区域的步骤。
3.根据权利要求2所述的半导体器件的制造方法，还包括：形成与上述光电变换区域相应的MOS晶体管的步骤，
其中，至少上述第1布线层包含用于从上述光电变换区域输出信号的信号输出布线，并且上述第2布线层包含用于驱动上述MOS晶体管的驱动布线。
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