專利名稱：布線板及其制造方法、半導體器件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種多層布線板及其制造方法。此外，本發(fā)明涉及一種 使用多層布線板的半導體器件及其制造方法。
背景技術：
近年來，積極研究并開發(fā)了通過使用包含多晶硅半導體薄膜的TFT (薄膜晶體管)形成的半導體器件，其中TFT作為像素部分或像素驅動 電路的開關元件。由于包含多晶半導體薄膜的這種TFT具有高的場效應 遷移率等優(yōu)點，所以還研究和開發(fā)了在相同襯底上用于整體地形成顯示 器件和功能電路(functional circuit)的技術。至于功能電路，有CPU、 圖像信號處理電路、存儲器等。為了提高半導體器件的價值(value), 需要在小的區(qū)域中形成高性能功能電路。
圖8是功能電路的掩模布局，該功能電路具有使用TFT的常規(guī)半導 體器件的典型結構。在該情況下，第一布線層用作TFT柵極布線1007和 TFT之間的引線布線1008，而第二布線層用作TFT之間的引線布線1009 和電源布線1010。當以使用兩層中布線的這種方式構造高性能功能電路 時，使用第二布線作為例如電源布線以及引線布線的寬布線。因此，擴 大了布局面積。
作為用于降低功能電路布局面積的裝置，存在一種用于減小引線布 線和電源布線的寬度的方法，或用于減小接觸孔直徑的方法。然而，當 引線布線和電源布線寬度減小時，電阻增加，導致信號延遲或壓降。這 會引起電路故障、工作頻率降低等。此外，當減小接觸孔直徑時，第一 布線和第二布線之間的電連接會導致差的連接，其將導致電路故障。為 了形成固體接觸孔，需要更精確的曝光系統(tǒng)和刻蝕系統(tǒng)。然而，它導致 驚人的成本增加。因此，很難降低引線布線和電源布線的寬度或降低接 觸孔的直徑。
同時，對于常規(guī)LSI的研發(fā)，為了獲得較高的性能，通過利用多層
布線技術降低芯片面積已經提高了工作頻率。在多層布線技術中，使用 特定的布線用于部件單元的布線、用于每一塊功能電路的布線、連接各 塊的布線、電源布線、接地布線等。根據這種多層布線技術，可以減小 布線面積，因此可以減小芯片面積。因此，預期將多層布線技術有效地 應用到功能電路的制造中，考慮到減小面積，該功能電路是與顯示器件 被集成在共用襯底上。

發(fā)明內容
對于LSI的研發(fā)，在多層布線的制造步驟中，對于每一個附加布線 來講需要至少兩種附加的掩模步驟。此外，需要平坦化步驟等。為了抑 制由于層間膜的階梯狀的表面所造成的布線寬度的改變并提高曝光步
驟中的曝光精度，對層間膜進行平坦化步驟。至于用于LSI研發(fā)的平坦 化步驟，例如在淀積厚的層間膜之后進行CMP (化學機械拋光)。可選 地，可以采用在淀積層間膜和平整膜(flat film)之后進行深刻蝕(etch back)或實施上述CMP與深刻蝕結合的方法。然而，當使用這些方法在 大襯底之上形成多層布線時，很難淀積具有均勻厚度的層間膜并且獲得 平整性。此外，由于上層的平整性反應了下層的平整性，所以隨著布線 數量的增加平坦化就變得更不可缺少，這樣就進一步增加了制造步驟的 數量。因此，在相同襯底上一體形成功能電路和顯示器件的情況下，為 了提供廉價的器件有必要用少量的步驟來獲得多層布線。
考慮到前述的問題，本發(fā)明提供具有小尺寸和高性能功能電路的布 線板和顯示器件，同時用少量步驟實現了多層布線。此外，本發(fā)明提供 一種半導體器件，其中顯示器件是與這種高性能的功能電路集成在共用 襯底上。
為了解決如上所述的常規(guī)技術問題，本發(fā)明采取以下的措施。
本發(fā)明提供一種布線板，包括在具有絕緣表面的襯底之上形成的 第一布線，在第一布線之上形成的第一層間絕緣膜，在第一層間絕緣膜 之上形成的第二布線，在第二布線之上形成的第二層間絕緣膜，在第二 層間絕緣膜之上形成的第三布線，在第一層間絕緣膜中形成的第一接觸 孔以便將第一布線電連接至第二布線，以及在第二層間絕緣膜中形成的 第二接觸孔以便將第二布線電連接至第三布線。第三布線比第一和第二
布線寬，第二布線比第一布線寬，并且第二接觸孔的直徑比第一接觸孔 的直徑大。在布線板中，第二接觸孔的面積比第一接觸孔的面積大。
在本發(fā)明中，通過構圖布線層形成布線，其中布線層為導電薄膜。 例如，通過構圖由金屬薄膜、摻雜雜質的半導體薄膜等形成的布線層， 這樣就形成了布線。接觸孔指的是在層間絕緣膜中形成的、用于電連接 布線的開口。例如，當第一層間絕緣膜被插入在第一和第二布線之間時 ，接觸孔指的是在第一層間絕緣膜中形成的用于電連接第一和第二布線 的開口。此外，接觸孔的直徑指的是在層間絕緣膜中形成的開口的頂端 中最大的直徑。接觸孔的面積指的是接觸孔頂端部分的面積。
根據上述結構，第三布線比第一和第二布線寬而第二布線比第一布 線寬的結構指的是，在后面添加形成的上層中的布線比下層中的布線寬 。通過以在上層中形成寬布線的方式，可以減小下層中的布線所占據的 面積。此外，通過在上層中形成寬布線例如電源布線，在上層中形成的 接觸孔可以比在下層中形成的接觸孔大。
另外，本發(fā)明提供一種布線板，包括第l至第n (n^3)布線、第 l至第(n—l)層間絕緣膜以及在具有絕緣表面的襯底之上形成的第l 至第(n—1)接觸孔。第m層間絕緣膜形成于第m (Km《n)布線之 上，第(m+l)布線形成于第m層間絕緣膜之上，第(m+l)布線通 過形成于第m層間絕緣膜中的第m接觸孔被電連接至第l到第m布線中 的至少一個，第p (2《p《n)布線比第r布線(1《r《p—1)寬，以及 第s (2《s《n—1)接觸孔的直徑比第t (1《t《s—l)接觸孔的直徑大 。在布線板中，第t接觸孔的面積比第s接觸孔的面積大。
根據具有本發(fā)明上述結構的布線板，第s (2《s《n—l)接觸孔的 直徑是第t接觸孔(1《t《s—l)直徑的兩倍或大于兩倍。此外，第l至 第(n—l)接觸孔中至少之一具有l(wèi) pm或更小的直徑，且它們中至少 另一接觸孔具有3nm或更大的直徑。這就意味著在第l至第(n—l)接 觸孔中，最大的接觸孔具有3pm或更大的直徑，而最小的接觸孔具有l(wèi) pm或更小的直徑。
根據具有本發(fā)明上述結構的布線板，第p (2《p《n)布線的寬度是 第r (1《r《p—l)布線的兩倍或大于兩倍。此外，第l至第n布線中至
少之一具有2 (Lim或更小的寬度，且它們中至少另一布線具有3 pm或更 大的寬度。這就意味著在第l至第n布線中，最寬的布線具有3 pm或更 大的寬度，而最窄的布線具有l(wèi)pm或更小的寬度。
本發(fā)明的布線由導電薄膜形成，該導電薄膜為單層或多層中包含 Al、 W、 Mo、 Ti、 Pt、 Cu、 Ta和Au中一種或多種的薄膜或者是摻雜雜 質的半導體薄膜。
根據本發(fā)明，具有絕緣表面的襯底可以是玻璃襯底、石英襯底、塑 料襯底或SOI襯底。
此外，本發(fā)明的布線中至少之一是用作電源布線或時鐘布線。上層 中的布線應當是寬的布線?？蛇x地，只要布線寬，可以使用除電源布線 或時鐘布線之外的其它布線。例如，用于時鐘輸入/輸出的信號布線、 用于功能電路的輸入/輸出部分的信號布線等是適用的。
在本發(fā)明的層間絕緣膜中，它們中至少之一由有機樹脂形成。有機 樹脂膜的介電常數比通常用作層間膜的無機膜的介電常數低。因此，可 以降低寄生電容，使得功能電路的工作速率較高。此外，由于包含有機 樹脂的層間絕緣膜在淀積時具有較好的平整度，所以可以省略平坦化步 驟。然而，通常根據材料特性難以在有機樹脂膜中形成微小的接觸孔。 根據本發(fā)明，可以在上層中形成大的接觸孔，從而，對于微加工來講需 要較少的限定條件，這樣有機樹脂可被有效地用于層間絕緣膜。
本發(fā)明提供一種具有功能電路的半導體器件，功能電路包括每一個 使用半導體薄膜作為有源層的薄膜晶體管，該半導體薄膜形成于具有絕 緣表面的襯底之上，且該功能電路包括第一布線、第二布線、第三布 線、第一層間絕緣膜、第二層間絕緣膜、第一接觸孔和第二接觸孔。第 一至第三布線中的每一個都是由導電薄膜形成，第二布線通過在第一層 間絕緣膜中形成的第一接觸孔電連接至第一布線，第三布線通過在第二 層間絕緣膜形成的第二接觸孔電連接至第一布線和第二布線中的至少 之一，第二布線比第一布線寬或者第三布線比第一布線或第二布線寬， 且第二接觸孔具有比第一接觸孔較大的直徑。在半導體器件中，第二接 觸孔的面積比第一接觸孔的面積大。
根據本發(fā)明的另一結構，具有功能電路的上述半導體器件還包括顯
示器件，功能電路由每一個使用半導體薄膜作為有源層的薄膜晶體管形 成，其中半導體薄膜形成于具有絕緣表面的襯底之上。
根據本發(fā)明的上述結構，第二接觸孔的直徑是第一接觸孔直徑的兩
倍或大于兩倍。此外，第一接觸孔具有l(wèi)^m或更小的直徑，而第二接觸 孔具有3 pm或更大的直徑。
根據本發(fā)明的上述結構，第二布線的寬度是第一布線寬度的兩倍或 大于兩倍，第三布線的寬度是第一布線寬度的兩倍或大于兩倍，或者第 三布線的寬度是第二布線寬度的兩倍或大于兩倍。此外，第一至第三布 線中至少之一具有2 nm或更小的寬度，而它們中至少另一布線具有3 pm或更大的寬度。
另外，根據本發(fā)明， 一種具有功能電路的半導體器件，功能電路由 每一個使用半導體薄膜作為有源層的薄膜晶體管形成，半導體薄膜形成 于具有絕緣表面的襯底之上，且功能電路包括第l至第n(n^3)布線 、第l至第(n—l)層間絕緣膜和第l至第(n—l)接觸孔。第l至第n 布線中的每一個都是由導電薄膜形成，第m (2《m《n)布線通過在第 (m—l)層間絕緣膜中形成的第(m—l)接觸孔被電連接至第l至第( m—l)布線中至少之一，第p (2《p《n)布線比第r (1《r《p—1)布 線寬，第s (2《s《n—l)接觸孔具有比第t (1《t《s —1)接觸孔大的 直徑。在半導體器件中，第t接觸孔的面積比第s接觸孔的面積大。
根據本發(fā)明的上述結構，具有功能電路的上述半導體器件還包括顯 示器件，功能電路是由每一個使用半導體薄膜作為有源層的薄膜晶體管 形成，其中半導體薄膜形成于具有絕緣表面的襯底之上。
根據本發(fā)明的上述結構，第s (2《s《n—l)接觸孔的直徑是第t ( 1《t《s—l)接觸孔直徑的兩倍或大于兩倍。此外，第l至第(n—l) 接觸孔中至少之一具有l(wèi)pm或更小的直徑，而它們中至少另一接觸孔具 有3pm或更大的直徑。
根據本發(fā)明的上述結構，第p (2《p《n)布線的寬度是第r (1《r 《p—l)布線寬度的兩倍或大于兩倍。此外，第l至第n布線中至少之一 具有2 pm或更小的寬度，而它們中至少另一布線具有3 pm或更大的寬 度。另外，本發(fā)明的布線是由導電薄膜形成，該導電薄膜是在單層或多
層中包括一種或多種A1、 W、 Mo、 Ti、 Pt、 Cu、 Ta和Au或合金(含有
至少一種材料)的薄膜或摻雜雜質的半導體薄膜。
根據本發(fā)明，具有絕緣表面的襯底可以是玻璃襯底、石英襯底、塑 料襯底或SOI襯底。
另外，本發(fā)明的布線中至少之一是用作電源布線或時鐘布線。上層 中的布線應當是寬布線。可選地，對于本發(fā)明的布線，只要布線寬，這 些布線可以是除電源布線和時鐘布線之外的其它布線。例如，用于輸入 /輸出塊的信號布線、用于功能電路的輸入/輸出部分的信號布線等是合 適的。
在本發(fā)明的層間絕緣膜中，它們中至少之一包含有機樹脂。有機樹 脂膜具有比通常用作層間膜的無機膜低的介電常數。為此，可以降低寄 生電容。此外，由于使用有機樹脂的層間絕緣膜在淀積時具有較好的平 整度，所以可以省略平坦化步驟，導致功能電路的較高工作速率。然而 ，通常根據材料特性難以在有機樹脂膜中形成微小的接觸孔。根據本發(fā) 明，在上層中的接觸孔可以形成大的直徑，為此，對于微加工來講需要 較少的限定條件，這樣有機樹脂可被有效地用于層間絕緣膜。
根據本發(fā)明，通過使用液晶或發(fā)光元件，顯示器件可以顯示圖像。 本發(fā)明的功能電路是CPU (中央處理單元)、圖像信號處理電路、 SRAM (靜態(tài)隨機存取存儲器)或DRAM (動態(tài)隨機存取存儲器)。 另外，本發(fā)明提供使用根據上述結構的半導體器件的電子設備。 本發(fā)明提供一種布線板的制造方法，包括如下步驟在具有絕緣表 面的襯底之上形成第一布線，在第一布線之上形成第一層間絕緣膜，在 第一層間絕緣膜中形成第一接觸孔，在第一層間絕緣膜之上形成第二布 線以便通過第一接觸孔電連接至第一布線，在第二布線之上形成第二層 間絕緣膜，在第二層間絕緣膜中形成第二接觸孔，以及在第二層間絕緣 膜之上形成第三布線以便通過第二接觸孔被電連接至第一和第二布線 中至少之一。通過第一至第五光刻步驟分別形成第一至第三布線以及第 一和第二接觸孔，并通過與其它光刻步驟的曝光系統(tǒng)不同的曝光系統(tǒng)進 行第一至第五光刻步驟中至少之一。
本發(fā)明提供一種布線板的制造方法，包括如下步驟在具有絕緣表
面的襯底之上形成第l至第n (n》3)布線、第l至第(n—1)層間絕緣 膜和第l至第(n—i)接觸孔。在第m (1《m《n)布線之上形成第m層 間絕緣膜，在第m層間絕緣膜中形成第m接觸孔，在第m層間絕緣膜之 上形成第(m+l)布線以便通過第m接觸孔電連接到第l至第m布線中 的至少之一，在第(m+l)布線之上形成第(m+l)層間絕緣膜，在 第(m+l)層間絕緣膜中形成第(m+l)接觸孔，在第(m+l)層間 絕緣膜之上形成第(m+2)布線以便通過第(m+l)接觸孔電連接到 第l至第(m+l)布線中至少之一，通過第l至第(2n—l)光刻步驟分 別形成第l至第n布線以及第l至第(n—l)接觸孔，以及通過與其它光刻 步驟的曝光系統(tǒng)不同的曝光系統(tǒng)進行第l至第(2n—l)光刻步驟的至少 之一。
根據具有上述結構的布線板的制造方法，與其余的曝光系統(tǒng)相比， 不同于其余曝光系統(tǒng)的曝光系統(tǒng)是一種可以實施具有較高分辨率的曝 光、較高位置精度和較窄曝光范圍的系統(tǒng)。
本發(fā)明提供一種具有功能電路的半導體器件的制造方法，功能電路 是由每一個使用半導體薄膜作為有源層的薄膜晶體管形成，半導體薄膜
形成于具有絕緣表面的襯底之上，且功能電路由如下步驟制造在具有 絕緣表面的襯底之上形成第一布線，在第一布線之上形成第一層間絕緣 膜，在第一層間絕緣膜中形成第一接觸孔，在第一層間絕緣膜之上形成 第二布線以便通過第一接觸孔電連接至第一布線，在第二布線之上形成 第二層間絕緣膜，在第二層間絕緣膜中形成第二接觸孔，以及在第二層 間絕緣膜之上形成第三布線以便通過第二接觸孔電連接至第一和第二 布線中至少之一。通過第一至第五光刻步驟分別形成第一至第三布線以 及第一和第二接觸孔，以及通過與其它光刻步驟的曝光系統(tǒng)不同的曝光 系統(tǒng)進行第一至第五光刻步驟中的至少之一。
本發(fā)明提供一種具有功能電路的半導體器件的制造方法，功能電路 由每一個使用半導體薄膜作為有源層的薄膜晶體管形成，其中半導體薄 膜形成于具有絕緣表面的襯底之上，且功能電路由如下步驟制造在具
有絕緣表面的襯底之上形成第l至第n (n>3)布線、第l至第(n—l)
層間絕緣膜和第l至第(n—1)接觸孔。在第m (1《m《n)布線之上形 成第m層間絕緣膜，在第m層間絕緣膜中形成第m接觸孔，在第m層間絕 緣膜之上形成第(m+l)布線以便通過第m接觸孔電連接到第l至第m 布線中至少之一，在第(m+l)布線之上形成第(m+l)層間絕緣膜 ，在第(m+l)層間絕緣膜中形成第(m+l)接觸孔，在第(m+l) 層間絕緣膜之上形成第(m + 2)布線以便通過第(m+l)接觸孔電連 接到第l至第(m+l)布線中至少之一，通過第l至第(2n—l)光刻步 驟分別形成第l至第n布線以及第l至第(n—l)接觸孔，以及通過與其 它光刻步驟的曝光系統(tǒng)不同的曝光系統(tǒng)進行第l至第(2n—l)光刻步驟 中至少之一。
根據本發(fā)明半導體器件的制造方法，功能電路是與顯示器件集成在 相同襯底上。
另外，根據本發(fā)明半導體器件的制造方法，與其余的曝光系統(tǒng)相比 ，不同于其余曝光系統(tǒng)的曝光系統(tǒng)是一種可以實施具有較高分辨率、較 高位置精度和較窄曝光范圍的曝光系統(tǒng)。曝光系統(tǒng)中至少之一可以是透 鏡投影曝光系統(tǒng)或反射鏡投影曝光系統(tǒng)。
另外，根據上述結構，與用作形成顯示器件的各個布線和接觸孔的 曝光系統(tǒng)相比，用作形成功能電路的各個布線和接觸孔的曝光系統(tǒng)是一 種可以實施具有較高分辨率、較高位置精度和較窄曝光范圍的曝光系統(tǒng)。
根據具有上述結構的本發(fā)明半導體器件的制造方法，在第l至第n 布線中，上層中形成的布線比下層中的布線寬。另外，在第l至第(n— l)接觸孔中，上層中形成的接觸孔的直徑比下層中的接觸孔的直徑大。
根據上述結構的功能電路，包括CPU、圖像信號處理電路、SRAM 或DRAM。此外，根據上述結構，可以使用至少一個布線作為電源布線 或時鐘布線。
根據上述結構的布線是由在單層或多層中包含一種或多種A1、 W、 Mo、 Ti、 Pt、 Cu、 Ta和Au的薄膜或摻雜雜質的半導體薄膜形成。
根據具有上述結構的本發(fā)明半導體器件的制造方法，層間絕緣膜中 至少之一可以包含有機樹脂。此外，具有絕緣表面的襯底可以是玻璃襯 底、石英襯底、塑料襯底或SOI襯底。
根據本發(fā)明的半導體器件及其制造方法，可以省略或徹底地簡化隨 布線層數量一同增加的作為所需附加步驟之一的平坦化步驟。為此，可 以以低的成本獲得功能電路的多層布線。通過實施多層布線，可以降低 功能電路的布局面積，導致功能電路更高的工作速率和更高的性能。此 外，由于可以使用能夠在寬范圍中進行曝光的曝光系統(tǒng)作為用于在上層 中形成布線的曝光系統(tǒng)，所以可以有效地將功能電路和顯示器件集成在 大襯底之上。因此，可以低廉地提供具有高性能功能電路的顯示器件或 者高性能功能電路。


圖1A和1B說明本發(fā)明半導體器件的制造方法。
圖2說明通過步進曝光機(stepper)曝光步驟的視圖。
圖3說明通過MPA曝光步驟的視圖。
圖4A和4B說明具有CPU和存儲器的半導體器件的視圖。
圖5說明本發(fā)明半導體器件的功能電路的掩模布局。
圖6說明本發(fā)明半導體器件的功能電路的截面圖。
圖7A至7G說明使用本發(fā)明半導體器件的電子設備的視圖。
圖8說明常規(guī)半導體器件的功能電路的掩模布局。
圖9說明半導體器件的多層布線的視圖。
圖10說明集成了功能電路的布線板的視圖。
具體實施例方式
下面參考附圖，描述本發(fā)明的實施例模式。應注意到，貫穿各個實 施例模式，同一數字是表示同一部件。
參考圖1至3描述本發(fā)明功能電路的制造方法。
首先，由例如氧化硅膜、氮化硅膜或氮氧化硅膜的絕緣膜構成的基 礎絕緣膜202被形成在具有例如玻璃、石英或樹脂膜的絕緣表面的襯底 201上(圖1A)?；A絕緣膜202具有單層結構或多層結構，其中多層結 構包含雙層或更多層的上述絕緣膜。
接著，在基礎絕緣膜202上形成非晶半導體膜。通過公知的方法 (濺射、LPCVD、等離子CVD等)形成非晶半導體膜。接著，通過公
知的結晶方法例如激光結晶、RTA、利用退火爐熱結晶或利用促進結晶
化的金屬元素的熱結晶來使得非晶半導體膜結晶化。將通過上述步驟獲
得的結晶化半導體膜構圖為預期的形狀，以獲得半導體膜203和204。 在半導體膜203和204之上，形成柵絕緣膜205。對于柵絕緣膜205
，通過等離子CVD或濺射形成例如氧化硅膜的絕緣膜。
在柵絕緣膜205之上，通過公知的方法例如濺射和汽相淀積形成導
電膜。然后，使用抗蝕劑圖案通過光刻步驟構圖導電膜以獲得柵電極206
和207。在該實施例模式中，柵電極206和207為第一布線。
隨后，為了形成源區(qū)213和215以及漏區(qū)214和216，利用柵電極206
和207作為掩模使得半導體膜203和204被摻雜有雜質。通過將雜質摻雜
到半導體膜中而得到的源區(qū)213和215以及漏區(qū)214和216同樣作為第一布線。
在柵絕緣膜205以及柵電極206和207之上，形成例如氮化硅膜的絕 緣膜，其用作第一層間絕緣膜208。因此，薄膜晶體管被覆蓋有第一層 間絕緣膜208。
隨后，通過光刻步驟構圖第一層間絕緣膜208以形成露出源區(qū)和漏 區(qū)的接觸孔209至212。對用于該光刻步驟中的曝光裝置，使用具有高分 辨率和高精度位置的曝光系統(tǒng)。圖2示意性地說明根據該實施例模式利 用步進曝光機曝光的視圖。首先，通過步進曝光機進行曝光，使用光學 系統(tǒng)(光源21和反光鏡22)用于將分劃板(reticle) 23上的圖案24縮微 1/N (N〉0)倍，并在抗蝕劑上投射投影。在使用步進曝光機的情況下 ，曝光范圍窄，因此，重復掃描襯底26以轉印圖案25。由于使用步進曝 光機的曝光精度高，因此在圖案形成中幾乎不會出現未對準的情況，這 樣使得微加工具有高精度。
接著，通過公知的方法形成導電膜以填充接觸孔209至212并覆蓋第 一層間絕緣膜208。之后，通過光刻步驟構圖導電膜以得到布線217至220 ，其中布線217至220是從源區(qū)213和215以及漏區(qū)214和216通過接觸孔 209至212引出。在第一層間絕緣膜208上的布線217至220為第二布線。
接著，在第二布線之上，形成例如聚酰亞胺和丙烯的感光有機樹脂 膜以用作第二層間絕緣膜221。因此，第二層間絕緣膜221覆蓋了第二布
線217至220。
通過光刻步驟構圖第二層間絕緣膜221以形成接觸孔222至225。對 于該情況下的曝光裝置，優(yōu)選使用可以在寬范圍進行曝光的系統(tǒng)而不是 具有高分辨率和高位置精度的那些系統(tǒng)。這里，使用圖3中示出的MPA 來一次全部曝光。首先，通過使用反射鏡32等將來自光源31的光照射在 掩模33上，并接著通過使用錐形鏡34、凹透鏡37等在抗蝕劑上一次全部 投影掩模圖案35。與步進曝光機相比，通常MPA的分辨率和位置精度 不是很高，然而它能夠寬范圍曝光，其在半導體器件的生產率方面非常 有效。可以將以下描述的第三布線制作得比第一和第二布線寬，且可以 形成大的接觸孔直徑，由此降低了對于光刻步驟的曝光精度的條件要求 。因此，可以使用MPA進行一次全部曝光以形成接觸孔。
隨后，形成導電膜以填充接觸孔222至225并覆蓋第二層間絕緣膜 221。然后通過光刻步驟構圖導電膜以獲得布線226至229，其中布線226 至229是通過接觸孔222至225從第二布線217至220中被引出的。在第二 層間絕緣膜221上的布線226至229為第三布線。以這種方式，可以制備 使用TFT的功能電路。
由于形成附加布線只需要少數的附加步驟，所以本實施例中描述的 方法對于半導體器件的多層布線形成非常有效。
本實施例模式中描述的是功能電路的制造方法，除了實施例模式l 中的結構外，該功能電路被提供了一層以上的布線層。
首先，根據實施例模式l，制造功能電路一直到圖1B的程度。盡管 實施例模式1采用MPA作為示例以形成接觸孔222至225，但是在第二層 間絕緣膜中獲得具有高精度的微小接觸孔的情況中，最好還是使用上述 步進曝光機以形成第二接觸孔。
在圖9中，通過使用例如聚酰亞胺和丙烯的感光有機樹脂在第三布 線226至229之上形成第三層間絕緣膜230。
通過光刻步驟構圖第三層間絕緣膜230以形成接觸孔。對于該情況 下的曝光裝置，使用MPA進行一次全部曝光?？梢詫⒁韵旅枋龅牡谌?布線制作得比下層布線寬，且可以形成大的接觸孔直徑，由此進一步降
低了對于光刻步驟的曝光精度的條件要求。因此，可以使用MPA進行
一次全部曝光以形成接觸孔231至234。
隨后，形成導電膜以填充接觸孔231至234并覆蓋第三層間絕緣膜 230。然后通過光刻步驟構圖導電膜以獲得布線235至238，其中布線235 至238是通過接觸孔231至234從第三布線226至229中被引出。在第三層 間絕緣膜230上的布線235至238為第四布線。以這種方式，可以制備使 用TFT的功能電路。
如上所述，根據本實施例模式，通過使用滿足所希望曝光精度的曝 光系統(tǒng)，將附加地形成在上層側面上的布線寬度和接觸孔直徑形成得大 于下層側面上的布線寬度和接觸孔直徑。因此，為了獲得多層布線只需 要少數的附加步驟。
參考圖IO，現在描述本發(fā)明的另一實施例模式。在本實施例模式中 ，描述了一種布線板，其中以高密度將多個功能電路集成在一個芯片中 。圖10說明芯片的概念圖，其中功能電路包括CPU801、外部接口控制 器802、存儲控制器803、 SRAM 804、圖像信號處理器805、音頻信號 處理器806、網絡處理器807、磁盤處理器808等，以常規(guī)方式將它們當 中的每一個都形成在單個芯片中。
對于功能電路部分來講，需要面積小、功耗低、工作頻率高等。在 使用單個芯片構建各個功能電路的情況下，電路之間的引線布線變得很 復雜，導致大的布局面積。因此，難以以高速率操控布線。為此，希望 所有的功能電路都集成在一個芯片中，其可以通過在本實施例模式中描 述的方法來實現。
在本實施例模式中，功能電路包括CPU 801、外部接口控制器802 、存儲控制器803、 SRAM 804、圖像信號處理器805、音頻信號處理器 806、網絡處理器807、磁盤處理器808等，以逐個芯片為基礎(on chip-by-chip basis)使用具有高分辨率和高位置精度的縮減型投影曝光 系統(tǒng)來實施曝光以獲得要求具有精細結構的這些功能電路。這里通過步 進-重復(st叩-and-repeat)曝光系統(tǒng)(步進曝光機)來一個接一個地轉印 圖案。另一方面，對于布線810至815以及連接各個功能電路的接觸孔，關于分辨率和位置精度的條件沒有特殊的限定。為此，通過使用l:l投 影曝光系統(tǒng)進行曝光，其中曝光系統(tǒng)能夠在寬范圍的區(qū)域中同時進行曝
光。這里，使用MPA—次全部地將圖案轉印到整個表面之上。
對于本實施例模式中的層間絕緣膜，使用了有機樹脂。由于有機樹 脂在淀積時具有平整度，所以可以省略平坦化步驟。然而，根據材料的 特性在有機樹脂膜中難以形成微小的接觸孔，這樣就不適合于微加工。 根據本實施例模式，可以形成較大的連接各個功能電路的上層側面的接 觸孔直徑和布線寬度，為此，對于微加工提出了較少的限定條件，這樣 有機樹脂可以有效地用于層間絕緣膜。根據本實施例模式，在具有高密 度的集成功能電路的情況下，可以顯著減小引線布線的布局面積，這些 功能電路需要少數的制造步驟。因此，可以低廉地提供具有高性能功能 電路的布線板。
現在參考圖5和6描述一個實施例。圖5是示出本發(fā)明功能電路結構 的掩模布局的一個示例的頂視圖。圖6是沿著線A-B和B-C的圖5的部分 剖面圖。在圖5中，在半導體層501中形成各個TFT的溝道形成區(qū)、源區(qū) 和漏區(qū)。TFT之間的柵布線507和布線508為第一布線。第一接觸孔503 將第一布線電連接至第二布線或將有源層電連接至第二布線。TFT之間 的布線509、電源布線510和接地布線511為第二布線504。第二接觸孔505 電連接第二布線至第三布線。電源布線512和接地布線513為第三布線 506。
通過第一布線502和第二布線504以及第一接觸孔503形成功能電路 中TFT的引線布線。這里，由于需要高精度的微加工，所以使用例如能 夠在窄范圍實施曝光且具有高分辨率的系統(tǒng)的步進曝光機。然后，增加 另一布線(第三布線506)和接觸孔(第二接觸孔505)。在第二布線和 第三布線之間有絕緣膜，且第二和第三布線在第二接觸孔505中彼此電 連接。第三布線主要用作例如電源線的寬布線。因此，第二接觸孔505 僅電連接寬布線。
通過使用上層中的寬布線，可以形成第二接觸孔使其直徑大于第一 接觸孔的直徑。在形成上層中的布線和接觸孔中，不需要高精度的微加
工。為此，通過使用MPA變得能夠同時對功能電路和顯示器件的布線 或其中的接觸孔進行曝光，其中MPA是能夠在寬范圍中進行曝光且具 有低分辨率并可以有效地用于大襯底的系統(tǒng)。
圖6是圖5的剖面圖。在襯底100上，形成了利用半導體層作為有源 層的薄膜晶體管101至104。在各個晶體管的柵電極之上，形成第一層間 絕緣膜lll并在其內形成接觸孔。通過接觸孔，摻雜雜質的半導體層被 電連接至第二布線112到119。為了在此時形成接觸孔，使用作為能夠進
行具有高分辨率和高位置精度的曝光系統(tǒng)的步進曝光機。
在第二布線112至119之上，形成第二層間絕緣膜121并在其上形成 第三布線122和123。第二布線120和第三布線123通過形成在第二層間絕 緣膜121中的接觸孔彼此電連接。為了在此時形成接觸孔，使用能夠在 寬的范圍中進行一次全部曝光的MPA。根據本實施例中的多層布線形 成，可以減小功能電路的布局面積，導致更高的工作速率和更高性能。 應當注意到，可以結合任何的上述實施例模式來實現本實施例。 [實施例2]
現在參考圖4A和4B描述與實施例1不同的實施例。在本實施例中， 描述了其中顯示部分、用于控制顯示部分的驅動電路、存儲器和CPU 位于同一表面上的面板。圖4A是通過密封具有TFT襯底和相對襯底( counter substrate)以及密封劑的液晶所形成的面板的頂視圖。圖4B是沿 著線A-A'的圖4A的剖面圖。
圖4A是包括像素部分701的面板的外視圖，其中多個像素以矩陣的 形式布置于襯底700之上。在像素部分701的周圍，布置用于控制像素部 分701的信號線驅動電路702和掃描線驅動電路703。提供密封劑707以 將它們全部包圍起來。可以只在像素部分701、信號線驅動電路702和掃 描線驅動電路703之上或在全部表面之上提供相對襯底709。產生熱量的 CPU 706優(yōu)選設置為與散熱片接觸。存儲器705可以為非易失性存儲器 或易失性存儲器。它例如為閃速存儲器、SRAM、 DRAM等。
圖4B是面板的剖面圖。像素部分701、信號線驅動電路702和CPU 706形成于襯底700之上。像素部分701包括TFT 730和存儲電容器729。 信號線驅動電路702包括TFT 731和732。 CPU 706包括多個TFT 740和布
線741。
在提供有半導體元件例如TFT的襯底700和相對襯底709之間提供 間隔722，且這些襯底用密封劑707粘接。在像素部分701和信號線驅動 電路702之上，布置經研磨處理的對準膜735、液晶層723、對準膜724 、反電極725和濾色片(color filter) 726。襯底700和相對襯底709提供 有極化板727和728。 CPU 706包括半導體元件740和堆疊在其上的布線 741。
對于在襯底700之上配置電路的元件，使用具有比非晶半導體的遷 移率高和導通電流大的多晶半導體。為此，它們可以以單塊的方式形成 在同一表面上。此外，通過使用本發(fā)明半導體器件的制造方法，不僅像 素部分和驅動電路而且例如CPU的功能電路可以被集成在同一襯底700
上。通過使用面板，可以降低將被連接的外部IC的數量，獲得緊密、重 量輕和薄的面板。當應用于近年來取得快速發(fā)展的移動終端時，該面板 是非常有效的。
對于CPU706和存儲器705來講，要求電路面積小、功耗低、工作頻 率高等。在實現這種高性能功能電路的情況下，在TFT之間需要非常復 雜的引線布線，導致TFT之間非常大的引線布線的布局面積。因此，形 成的CPU 706和存儲器705具有多層布線結構，以使得整個功能電路的 面積減小。
至于本實施例中像素部分701和信號線驅動電路702中的接觸孔的 形成，并不限定有關位置精度的條件。為此，用MPA作為能夠在寬范 圍中曝光的系統(tǒng)進行一次全部曝光。另一方面，至于CPU 706中接觸孔 的形成，需要高的位置精度，因此使用作為能夠實現高分辨率的曝光系 統(tǒng)的步進曝光機進行曝光。此外，至于在上層布線中的接觸孔的形成， 并不限定有關位置精度的條件。為此，用MPA作為能夠實現在寬范圍 中進行曝光的系統(tǒng)來進行一次全部曝光。
盡管在本實施例中半導體元件形成于第一層中且布線堆疊于其上， 但本發(fā)明并不限于此結構。還可以在多層中堆疊半導體元件并在其上堆 疊布線。可選地，借助剝離的方式，可以剝離形成于另一襯底之上的半 導體元件并貼附到所希望的襯底，在其上堆疊布線。 盡管在本實施例中采用利用液晶元件作為顯示器件的面板，但是本 發(fā)明并不限于本實施例。例如，可以使用利用了其它顯示元件例如發(fā)光 元件的面板。根據本實施例模式，即使以少數步驟實現了多層布線并將 顯示器件和功能電路集成在同一襯底上，但是也可以在小面積中安裝高 性能功能電路。
在本實施例中參考圖7A至7G描述的是根據本發(fā)明制造的電子設備 的例子。
根據本發(fā)明制造的電子設備包括攝像機、數碼相機、護目鏡型顯示 器(安裝在頭部的顯示器)、導航系統(tǒng)、聲音再生器件(車用音頻裝置 、部件立體聲(component stereo)等)、膝上型個人計算機、視頻游戲 機、便攜式信息終端(移動計算機、移動電話、便攜式游戲機等)、提 供有記錄媒質的圖像再生器件(具體地，再生記錄媒體的器件例如DVD (數字通用磁盤)和顯示再生圖像)等。這些電子設備的具體例子在圖 7A至7G中示出。
圖7A是包括殼1401、支撐基部(supporting base) 1402、顯示部分 1403等的顯示器件。可以將本發(fā)明應用到顯示器件的顯示部分1403。通 過利用本發(fā)明，可以得到緊密且重量輕的顯示器件。
圖7B是包括主體1411、顯示部分1412、音頻輸入部分1413、操作 開關1414、電池1415、圖像接收部分1416等的攝像機。可以將本發(fā)明應 用到攝像機的顯示部分1412。通過利用本發(fā)明，可以獲得緊密且重量輕 的攝像機。
圖7C是包括主體1421、殼1422、顯示部分1423、鍵盤1424等的膝 上型個人計算機?？梢詫⒈景l(fā)明應用到膝上型個人計算機的顯示部分 1423。此外，可以將本發(fā)明應用到例如主體1421中的CPU和存儲器的半 導體器件。通過利用本發(fā)明，可以獲得緊密且重量輕的膝上型個人計算 機。
圖7D是包括主體1431、記錄針1432 (stylus)、顯示部分1433、操作 開關1434、外部接口 1435等的便攜式信息終端。可以將本發(fā)明應用到便 攜式信息終端的顯示部分1433。此外，可以將本發(fā)明應用到例如主體
1431中的CPU和存儲器的半導體器件。通過利用本發(fā)明，可以獲得緊密
且重量輕的便攜式信息終端。
圖7E是聲音再生器件，特別是包括主體1441、顯示部分1442、操 作開關1443和1444等的車用音頻裝置?？梢詫⒈景l(fā)明應用到車用音頻裝 置的顯示部分1442。此外，可以將本發(fā)明應用到例如主體1441中的CPU 和存儲器的半導體器件。盡管車用音頻裝置在這里作為示例，但可選地 ，可以將聲音再生器件應用到便攜式或家用音頻裝置。通過利用本發(fā)明 ，可以獲得緊密且重量輕的聲音再生器件。
圖7F是包括主體1451、顯示部分A1452、目鏡部分1453、操作開關 1454、顯示部分B1455、電池1456等的數碼相機?？梢詫⒈景l(fā)明應用到 數碼相機的顯示部分A1452和B1455。此外，可以將本發(fā)明應用到例如 主體1451中的CPU和存儲器的半導體器件。通過利用本發(fā)明，可以得到 緊密且重量輕的數碼相機。
圖7G是包括主體146K音頻輸出部分1462、音頻輸入部分1463、 顯示部分1464、操作開關1465、天線1466等的移動電話。可以將本發(fā)明 應用到移動電話的顯示部分1464。此外，可以將本發(fā)明應用到半導體器 件例如主體1461中的CPU和存儲器。通過利用本發(fā)明，可以獲得緊密且 重量輕的移動電話。
對于用于這些電子設備的半導體器件，不僅可以使用玻璃襯底而且 可以使用熱穩(wěn)定的塑料襯底。因此，可以形成更加緊密的電子設備。
本發(fā)明并不限于上述的電子設備。可以應用到使用實施例模式l或 實施例模式2中任何之一示出的半導體器件的各種電子設備。可以結合 上述的實施例模式和實施例實現本實施例。
本申請是基于2003年8月5日向日本專利局提交的日本專利申請序 列號為No.2003-287206的申請，其內容并入這里作為參考。盡管參考附 圖通過實施例模式和實施例已全面描述了本發(fā)明，但是應當理解的是， 對于本領域技術人員來講各種改變和變型是顯而易見的。為此，除非這 種改變和變型背離本發(fā)明的權利要求書所限定的范圍，否則它們應當限 定于權利要求書所限定的范圍之內。
權利要求
1.一種布線板的制造方法，包括在具有絕緣表面的襯底之上形成第一布線；在第一布線之上形成第一層間絕緣膜；在第一層間絕緣膜中形成第一接觸孔；在第一層間絕緣膜之上形成第二布線，以便通過第一接觸孔被電連接至第一布線；在第二布線之上形成第二層間絕緣膜；在第二層間絕緣膜中形成第二接觸孔；以及在第二層間絕緣膜之上形成第三布線，以便通過第二接觸孔被電連接至第一和第二布線中至少之一，其中通過第一至第五光刻步驟分別形成第一至第三布線以及第一和第二接觸孔；以及其中通過與其它光刻步驟的曝光系統(tǒng)不同的曝光系統(tǒng)進行第一至第五光刻步驟中的至少之一。
2. —種布線板的制造方法，包括在具有絕緣表面的襯底之上形成第l至第n (n》3)布線、第l至第 (n—l)層間絕緣膜和第l至第(n—l)接觸孔，其中在第m (1《m《n)布線之上形成第m層間絕緣膜； 其中在第m層間絕緣膜中形成第m接觸孔；其中在第m層間絕緣膜之上形成第(m+l)布線，以便通過第m接觸孔被電連接至第l至第m布線中至少之一；其中在第(m+l)布線之上形成第(m+l)層間絕緣膜； 其中在第(m+l)層間絕緣膜中形成第(m+l)接觸孔； 其中在第(m+l)層間絕緣膜之上形成第(m + 2)布線，以便通過第(m+l)接觸孔被電連接至第l至第(m+l)布線中至少之一； 其中通過第l至第(2n—l)光刻步驟分別形成第l至第n布線以及第l至第(n—l)接觸孔；以及其中通過與其它光刻步驟的曝光系統(tǒng)不同的曝光系統(tǒng)進行第l至第(2n—l)光刻步驟中至少之一。
3. 根據權利要求1和2中任何一個的布線板的制造方法，其中不同 于其它光刻步驟的曝光系統(tǒng)是一種與其它光刻步驟的曝光系統(tǒng)相比，可 以實施較高分辨率、較高位置精度和較窄曝光范圍的曝光系統(tǒng)。
4. 根據權利要求1和2中任何一個的布線板的制造方法，其中曝光 系統(tǒng)中至少之一是透鏡投影曝光系統(tǒng)。
5. 根據權利要求1和2中任何一個的布線板的制造方法，其中曝光 系統(tǒng)中至少之一是反射鏡投影曝光系統(tǒng)。
6. 根據權利要求1和2中任何一個的布線板的制造方法，其中形成 的第l至第n布線的上層中的布線比下層中的布線寬，且形成的第l至第(n—l)接觸孔的上層中的接觸孔的直徑比下層中的接觸孔的直徑大。
7. 根據權利要求1和2中任何一個的布線板的制造方法，其中布線 是由包含A1、 W、 Mo、 Ti、 Pt、 Cu、 Ta和Au中一種或多種的單層或多 層的薄膜或摻雜雜質的半導體薄膜構成。
8. 根據權利要求1和2中任何一個的布線板的制造方法，其中至少 一個布線是用作電源布線和時鐘布線之一。
9. 根據權利要求1和2中任何一個的布線板的制造方法，其中至少 層間絕緣膜之一包括有機樹脂。
10. 根據權利要求1和2中任何一個的布線板的制造方法，其中形成 的第l至第n布線的上層中的布線比下層中的布線寬，且形成的第l至第(n—l)接觸孔的上層中的接觸孔在面積上比下層中的接觸孔的面積大
11. 一種包括功能電路的半導體器件的制造方法，包括 形成第一布線；在第一布線之上形成第一層間絕緣膜； 在第一層間絕緣膜中形成第一接觸孔；在第一層間絕緣膜之上形成第二布線，以便通過第一接觸孔電連接 至第一布線；在第二布線之上形成第二層間絕緣膜； 在第二層間絕緣膜中形成第二接觸孔；以及 在第二層間絕緣膜之上形成第三布線，以便通過第二接觸孔電連接 至第一和第二布線中至少之一，其中通過第一至第五光刻步驟分別形成第一至第三布線以及第一和第二接觸孔；以及其中通過與其它光刻步驟的曝光系統(tǒng)不同的曝光系統(tǒng)進行第一至 第五光刻步驟中的至少之一。
12. —種包括功能電路的半導體器件的制造方法，包括 形成第l至第n (n>3)布線、第l至第(n—l)層間絕緣膜和第l至第(n—l)接觸孔，其中在第m (1《m《n)布線之上形成第m層間絕緣膜； 其中在第m層間絕緣膜中形成第m接觸孔；其中在第m層間絕緣膜之上形成第(m+l)布線，以便通過第m接觸孔電連接至第l至第m布線中的至少之一；其中在第(m+l)布線之上形成第(m+l)層間絕緣膜； 其中在第(m+l)層間絕緣膜中形成第(m+l)接觸孔； 其中在第(m+l)層間絕緣膜之上形成第(m+2)布線，以便通過第(m+l)接觸孔被電連接至第l至第(m+l)布線中至少之一； 其中通過第l至第(2n—l)光刻步驟分別形成第l至第n布線以及第l至第(n—l)接觸孔；以及其中通過與其它光刻步驟的曝光系統(tǒng)不同的曝光系統(tǒng)進行第l至第 (2n—l)光刻步驟中的至少之一。
13. 根據權利要求11和12的半導體器件的制造方法，其中顯示器件 與功能電路是被集成在同一襯底上。
14. 根據權利要求11和12中任何一個的半導體器件的制造方法，其 中不同于其它光刻步驟的曝光系統(tǒng)是一種與其它光刻步驟的曝光系統(tǒng) 相比，可以實施較高分辨率、較高位置精度和較窄曝光范圍的曝光系統(tǒng)。
15. 根據權利要求11和12中任何一個的半導體器件的制造方法，其 中曝光系統(tǒng)中至少之一是透鏡投影曝光系統(tǒng)。
16. 根據權利要求11和12中任何一個的半導體器件的制造方法，其 中曝光系統(tǒng)的至少之一是反射鏡投影曝光系統(tǒng)。
17. 根據權利要求11和12中任何一個的半導體器件的制造方法，其 中與用作形成顯示器件的各個布線和接觸孔的曝光系統(tǒng)相比，用作形成 功能電路的各個布線和接觸孔的曝光系統(tǒng)是一種可以實施較高分辨率、 較高位置精度和較窄曝光范圍的曝光系統(tǒng)。
18. 根據權利要求11和12中任何一個的半導體器件的制造方法，其 中形成的第l至第n布線的上層中的布線比下層中的布線寬，且形成的第 l至第(n—l)接觸孔的上層中的接觸孔的直徑比下層中的接觸孔的直 徑大。
19. 根據權利要求11和12中任何一個的半導體器件的制造方法，其 中功能電路是選自由CPU、圖像信號處理電路、SRAM和DRAM構成的組中的一種。
20. 根據權利要求11和12中任何一個的半導體器件的制造方法，其 中布線是由包含A1、 W、 Mo、 Ti、 Pt、 Cu、 Ta和Au中一種或多種的單層或多層的薄膜或摻雜雜質的半導體薄膜構成。
21. 根據權利要求11和12中任何一個的半導體器件的制造方法，其 中至少布線之一用作電源布線和時鐘布線之一。
22. 根據權利要求11和12中任何一個的半導體器件的制造方法，其中層間絕緣膜的至少之一包括有機樹脂。
23. 根據權利要求11和12中任何一個的半導體器件的制造方法，其 中形成的第l至第n布線的上層中的布線比下層中的布線寬，且形成的第 l至第(n—O接觸孔的上層中的接觸孔的面積比下層中的接觸孔的面 積大。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有小尺寸和高性能功能電路的布線板，同時使用少數步驟來實現多層布線。此外，本發(fā)明提供一種半導體器件，其中顯示器件與這種高性能的功能電路是被集成在同一襯底上。根據本發(fā)明，在具有絕緣表面的襯底之上形成第一至第三布線、第一和第二層間絕緣膜以及第一和第二接觸孔。第二布線比第一布線寬，或第三布線比第一布線或第二布線寬。第二接觸孔具有比第一接觸孔大的直徑。
文檔編號H05K1/00GK101369542SQ200810166469
公開日2009年2月18日 申請日期2004年8月5日 優(yōu)先權日2003年8月5日
發(fā)明者黑川義元 申請人:株式會社半導體能源研究所