JP2003188174A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
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Abstract
ターン以外に新たな工程の追加をすることなく、工程
の複雑化を回避し、他の配線層に依存せず、従来方
法よりもいずれの電位にも固定されないものを減少させ
るように電位固定された配線ダミーパターンを形成す
る。 【解決手段】 実拡散パターンを有する半導体装置上に
拡散ダミーパターン9を形成する。それらの上に層間絶
縁膜10を形成し、層間絶縁膜にスルーホール11を形
成する。そして、この層間絶縁膜の上に実配線パターン
1及び配線ダミーパターン2を形成する。このとき、配
線ダミーパターン2を拡散ダミーパターン9にオーバラ
ップするように配置し、配線ダミーパターンをスルーホ
ール11を介して拡散ダミーパターン9と電気的に接続
させる。これにより、電位固定された配線ダミーパター
ン2を形成することができる。
Description
層間膜の加工を行う半導体装置の製造方法に関するもの
である。
素子の高集積化、微細化に伴い、半導体装置上の同一面
でのパターン密度のばらつきによる加工上の問題が顕在
化しつつある。例えば、配線層のエッチング工程におい
て、エッチング具合が配線パターンの疎密に依存するた
めに、エッチング過剰や不足などが発生する。また、C
MP(Chemical Mechanical Polishing)などによる層
間膜の平坦化工程においても、配線パターンの疎密によ
って、ディッシングと呼ばれる膜厚の不均一が発生す
る。
配線パターンの疎な部分に、配線ダミーパターンを設置
し、面内の疎密差を緩和することで対応している。
層間膜に周囲を囲まれ、いずれの電位にも固定されてい
ない。このため、これらの配線ダミーパターンと実配線
パターンとの間の寄生容量が大容量となり、これが大き
な抵抗となるので回路動作速度の低下を引き起こす。ま
た、実配線パターンの電位変化によって、この寄生容量
により結合される配線ダミーパターンの電位も変動す
る。これが回路動作に影響を与えるので動作不安定とな
る。また、寄生容量値の付加は信号速度に影響するので
信号遅延値の正確な見積もりが難しく、LSIの設計計
算が困難である。
開平6−69201号公報に示される配線ダミーパター
ンと実配線パターンとの間隔を大きくする等により寄生
容量を減少させる方法と、特開2000−286263
号公報に示される配線ダミーパターンを設置しCMPに
よる平坦化終了後に設置した配線ダミーパターンを除去
することで、その部分を空洞化して寄生容量を排除する
方法とがある。
報の場合では、パターンが制約を受けるためレイアウト
設計ルールが複雑となり、パターン検出プログラム等の
特殊なツールが必要である。特開2000−28626
3号公報の場合では、平坦化終了後に配線ダミーパター
ンを除去する工程を追加しなければならないことと、空
洞箇所の信頼性を確保しなければならない等の問題があ
る。
ミーパターンに代えて別の絶縁体を設置する方法もある
が、この場合、配線ダミーパターンを形成するときより
も製造工程が大変複雑になってしまう問題がある。
くは寄生容量を発生させない方法では、設計ルールや製
造工程が複雑となってしまう。
763号公報に示されるように多層構造において他の配
線層を通じて配線ダミーパターンの電位を固定する方法
や、特開平11−312738号公報に示されるように
半導体装置上に配線格子を設け、その全ての配線格子上
に電位固定されたダミー配線パターンを配置し、そして
必要な箇所に実配線パターンを配置し、その後、実配線
パターンの周囲の配線ダミーパターンを削除することで
実配線パターンと配線ダミーパターンとを非接続とする
配線のレイアウトを作成する方法とがある。
定した場合は、各配線間の寄生容量値が均一となるため
に、回路動作の大きな低下や動作不安定を抑制すること
ができ、また、LSI設計の計算が可能となる。
の方法では、配線ダミーパターンの電位が固定される層
とは別の他の配線層が必要となる。また、それにより、
他の配線層にレイアウトの制約がでてしまうという問題
がある。
は、平面上で配線レイアウトを作成しているので、例え
ば、ループ状に形成された実配線パターンの内側に配線
ダミーパターンを配置したときのように、配線ダミーパ
ターンが電気的に孤立してしまう場合が生じる。
約を少なくすること、配線ダミーパターンの形成以外
に、新たな工程を追加する必要がないこと、工程が複
雑にならないこと、他の配線層に依存しないこと、
いずれの電位にも固定されない配線ダミーパターンを減
少させること、を全て満たすように電位固定された配線
ダミーパターンがレイアウトされた半導体装置及びその
製造方法を提供することを目的とする。
め、請求項1に記載の発明では、半導体層(4、5)を
有する半導体基板(3)を用意する工程と、半導体層の
表層部に複数のトレンチ(6)を形成することで、実拡
散パターン(8)及び拡散ダミーパターン(9)を形成
する工程と、半導体層の上に層間絶縁膜(10)を形成
し、この層間絶縁膜に複数のスルーホール(11)を形
成する工程と、この層間絶縁膜上において、実配線パタ
ーンを実拡散パターンにオーバラップするように配置し
て、スルーホールを介して実拡散パターンと電気的に接
続させると共に、配線ダミーパターンを拡散ダミーパタ
ーンにオーバラップするように配置して、スルーホール
を介して拡散ダミーパターンと電気的に接続させる工程
とを有することを特徴としている。
下の位置に存在する拡散ダミーパターンと接続させてい
るだけなので、配線ダミーパターンへの制約が少なく、
配線の設計ルールが複雑ではない。また、実配線パター
ンとはほぼ独立して配線ダミーパターンの設計が行える
ことから、実配線パターンのレイアウトに及ぼす影響も
少なく、レイアウト設計の自由度が高い。
装置でSTI−CMP平坦化において形成されており、
このような半導体装置の製造においては、配線ダミーパ
ターンを形成する以外で特に新たな工程を追加する必要
がない。また、配線ダミーパターンのかわりに絶縁体の
パターンを形成するときのように複雑な製造工程を必要
としない。
の電位を固定するために他の配線層を必要とせず、同一
層内にて、実配線パターンと電位固定された配線ダミー
パターンとのレイアウトを作成することができる。これ
により、他の配線層への配線レイアウトの制約がない。
配置される場合のように、従来では、電気的に孤立して
いた配線ダミーパターンであっても電位を固定すること
ができる。
ンを複数形成してもよく、また、この複数の配線ダミー
パターンのうち少なくとも1つを複数の拡散ダミーパタ
ーンにオーバラップして形成し、この複数の拡散ダミー
パターンと電気的に接続させてもよい。
明により、請求項3又は請求項4に記載の半導体装置が
得られる。
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。
一実施形態を適用して形成された半導体装置の一領域を
半導体基板の上方から見たときの配線レイアウトパター
ンを示す。なお、斜線領域が各種の配線パターンであ
る。
パターン1が形成されている。この実配線パターン1と
して、例えば、信号線1aとGrand線1bとが配置
されている。そして、信号線1aとGrand線1bが
配置されていない領域に、配線ダミーパターン2として
複数の略矩形状の配線ダミーパターン2aと、略矩形状
のものを複数個接続させた形状の配線ダミーパターン2
bと、Grand線1bと接続されている略矩形状の配
線ダミーパターン2cとが形成されている。
を示す。半導体基板3の上に第1半導体層4のP型ウェ
ル4aが形成されており、さらにその上には第2半導体
層5が形成されている。これら第1、第2半導体層によ
り半導体層が構成されている。そして、第2半導体層5
の表面からP型ウェル4aに貫通しているトレンチ6が
形成されている。このとき、第2半導体層5にはトレン
チ6に囲まれており、このトレンチ6とお互いの側壁を
共有する凸部が形成されている。この凸部のうち、半導
体素子が形成される領域を以下では、実拡散パターン8
と呼ぶこととする。この実拡散パターン8はSTI(Sh
allow Trench Isolation)と呼ばれるトレンチ6に形成
された絶縁膜7によって周りから電気的に分離されてい
る。また、凸部のうち、半導体素子を形成する目的で形
成されたものではない領域を以下では拡散ダミーパター
ン9と呼ぶこととする。
ために、図3(a)、(b)にそれぞれ拡散ダミーパタ
ーンを有しない半導体装置と拡散ダミーパターンを有す
る半導体装置との各主要領域の断面図を示す。
チ内に形成した絶縁膜7で取り囲むことで、周りの領域
と電気的に分離している半導体装置において、図3
(a)に示されるように拡散ダミーパターン9が形成さ
れていない場合、第2半導体層の表層には凸部の密度が
密な領域と疎な領域とができてしまう。このため、トレ
ンチ6内を絶縁膜7で埋めるようにこれらの上に絶縁膜
7を形成し、この絶縁膜7のCMPによる平坦化を行う
と、疎な領域と密な領域との研磨速度の違いにより、疎
な領域では研磨過多が発生してしまう。
に示すように半導体表層面での凸部の疎密を緩和するよ
うに、拡散ダミーパターンが疎な領域に形成される。
散ダミーパターン9の上に層間絶縁膜10が形成されて
いる。さらにその上には実配線パターン1及び配線ダミ
ーパターン2が形成されている。
2に示すように拡散ダミーパターン9とオーバラップし
ており、配線ダミーパターン2a、2bは層間絶縁膜1
0に形成されたスルーホール11を介して拡散ダミーパ
ターンと電気的に接続されている。また、ここでは、拡
散ダミーパターン9を構成している第2半導体層5は、
その下側のP型ウェル層4aと同じ導電型とされてい
る。そして、そのP型ウェル層4aは図示していないが
接地電位とされている半導体基板と同じ導電型であるこ
とから、配線ダミーパターン2は基板(接地)電位に固
定されている。
rand線1bと接続されていることから、Grand
(接地)電位に固定されている。
は拡散ダミーパターン9に接続されることで電位が固定
されているので、配線ダミーパターンと実配線パターン
との間の寄生容量はどの領域においても均一となる。ま
た、配線ダミーパターン2cも電気的に孤立することな
くGrand線1bに接続されることで寄生容量が一定
となる。これにより、寄生容量の増加や動作不安定が抑
制され、また、LSIの設計計算が可能となる。
線レイアウト設計する際の各過程における配線レイアウ
ト図を示す。以下では、これらの図を用いて配線レイア
ウト方法を説明する。
の拡散ダミーパターン9の上に同一の形状の配線ダミー
パターン20がぴったりと重なった状態を1組として、
隣の組と接触しない程度の一定間隔で、配線ダミーパタ
ーン20と拡散ダミーパターン9を半導体装置全体に敷
き詰めるように配置する。ただし、図4では配線ダミー
パターン20と拡散ダミーパターン9とを区別できるよ
うに、便宜上ずらしている。なお、これらは後の工程で
スルーホール11を介して接続させられるので、少なく
ともスルーホール11の面積に相当する領域分が重なっ
ていればよく、ぴったりと重なっていなくても良い。
9の形状はそれぞれ略矩形状であるが他の形状でも良
い。また、両ダミーパターン20、9を同一形状とする
のが最も簡単であるが、必要であればお互いを異なる形
状としても良い。
8を配置する。このとき、図4で配置された拡散ダミー
パターン9のうち、実拡散パターン8の位置と重なるも
のを配置しないこととする。なお、図5では、便宜上、
実拡散パターン8と拡散ダミーパターン9のみを示して
いる。
Grand線1bとを配置する。このとき、図6で配置
された配線ダミーパターン20のうち、信号線1a、G
rand線1bの位置と重なるものを配置しないことと
する。なお、図6においても便宜上、実配線パターン1
と実配線ダミーパターン20のみを示している。
パターン20のうち、下側に拡散ダミーパターン9が位
置する配線ダミーパターン2aをスルーホール11を介
して拡散ダミーパターン9と接続させるようにする。
ーン20のうち、下側に拡散ダミーパターン9が位置し
ないものや、ポリシリコン配線の存在によりスルーホー
ル11を介して拡散ダミーパターン9と接続させること
が不可能なものは、隣接している複数の配線ダミーパタ
ーンのうち、下側に拡散ダミーパターン9が位置してい
る配線ダミーパターン2aに接続させて配線ダミーパタ
ーン2bを形成する。このとき、配線ダミーパターン2
bは拡散ダミーパターン9と接続される配線ダミーパタ
ーン2aを含んだ構成となっている。これにより、拡散
ダミーパターン9が下側に位置しない配線ダミーパター
ンでも基板電位に固定することができる。
は、複数の配線ダミーパターン2aを含んだ構成とされ
ているが、配線ダミーパターン2aを少なくとも1つ含
んでいればよい。また、配線ダミーパターン2bは1つ
であったが、これが複数個に分割された形状で形成され
ていても良い。この場合、それぞれの配線ダミーパター
ン2bに配線ダミーパターン2aが1つ以上含まれてい
れば良い。
ターン20を基板電位に接続できない場合、すなわち、
配線ダミーパターン20のうち、下側に拡散ダミーパタ
ーン9が位置せず、さらに実配線パターン1に囲まれて
隣接の配線ダミーパターン2aとも接続できなかった
り、あるいは隣接の配線ダミーパターンと接続させても
拡散ダミーパターン9とは接続させることが不可能な場
合は次の2つの方法にて対応する。
ーパターン2cのようにGrand線1bに囲まれてい
る場合であれば、配線ダミーパターン2cをGrand
線1bに接続させる。このようにして、配線ダミーパタ
ーン2cをGrand(接地)電位に固定する。なお、
配線ダミーパターン2cが電源線に囲まれている場合で
も、配線ダミーパターン2cを電源線と接続してもよ
い。
れているときのように寄生容量に影響が生じる等の理由
により、どの電位にも固定することが不可能である場合
は、この配線ダミーパターン2dを配置しない。この場
合では、実配線パターン1に取り囲まれていることか
ら、この領域の配線密度は高いことが想定されるので、
配線ダミーパターン2dを配置しなくても工程上の問題
は少ないと考えられる。
配置しないとすると、この領域での配線密度が低下する
懸念がある場合は、いずれの電位にも固定されない状態
で配線ダミーパターン2dを形成しても良い。このよう
な場合は稀であり、存在しても形成される領域は非常に
小さいと考えられるので、寄生容量には大きな影響はな
いと思われる。
うに、半導体装置上に必要な実配線が配置され、実配線
が配置されていない領域に固定電位とされた配線ダミー
パターンが配置されるレイアウトパターンが得られる。
ターン及び固定電位とされた配線ダミーパターンを形成
することができるので、半導体層の表面上の配線の疎密
を無くすことができる。また、回路動作の大幅な低下や
動作不安定を抑制することができる。また、LSI設計
の計算が可能となる。
ダミーパターン9を利用していることと、また、この拡
散ダミーパターン9と配線ダミーパターン2a、2bと
を接続させるためのスルーホール11を形成しなければ
ならないが、これは実配線パターン1と素子部との接続
の為に設けるコンタクトホールと同時に形成すればよい
ことから、配線ダミーパターン2a、2b、2cを形成
する工程以外を追加する必要がない。また、製造工程が
複雑化することもない。すなわち、レイアウト設計のと
きのデータ処理を考慮するだけで、既存の製造工程にて
半導体装置を製造することができる。
2の電位固定をする際に他の配線層を必要とせず、単層
で電位固定された配線ダミーパターン2のレイアウトを
することができる。このことから、多層構造に依存する
ことなく、他の層のレイアウトを制限することもない。
線ダミーパターン2を配置しても、配線ダミーパターン
2の下側に位置する拡散ダミーパターン9と接続させる
ことにより、配線ダミーパターン2を電位固定すること
ができる。これにより、従来の配線ダミーパターンの電
位の固定方法よりも、いずれの電位にも固定されない配
線ダミーパターンを減少させることができる。なお、小
さなループ状の実配線パターン内では、面積密度が高い
ので、配線ダミーパターン2を削除しても良い。
えば、フォトマスク作成のデータ処理に組み合わせるこ
とにより、「存在すれば」、「存在しないならば」など
の判断処理は、単純なAND/OR論理に置き換えるこ
とができる。このことから、配線ダミーパターンの設計
ルールが複雑ではないので、パターン検出プログラムな
どの特殊なツールが不要であり、汎用のレイアウト設計
ツールにて、電位固定された配線ダミーパターンを設計
することができる。
とんど影響を及ぼすことなく、必要な領域に配線ダミー
パターン1を配置することができる。従って、従来の実
配線レイアウトを使用するとき、多くの場合これを変更
する必要がない。また、新規に実配線レイアウトを設計
するときでも、レイアウトの制約が少ないので、設計の
自由度が高い。
ダミーパターン2を基板電位に固定していたが、必要に
応じ電源電位、または配線容量の影響が小さくなるよう
な電位に固定しても良い。
る配線ダミーパターンを有する半導体装置の断面図を示
す。例えば、図9の右側の部分のように配線ダミーパタ
ーン2eの下側の第1半導体層4がN型ウェル層4bと
なっており、このN型ウェル層4bが電源電位をとって
いる場合は、拡散ダミーパターン9を構成する第2半導
体層5の導電型をN型のウェル層4bと同じN型とする
ことで、この拡散ダミーパターン9と接続されている配
線ダミーパターン2eを電源電位に固定することができ
る。
配線ダミーパターン2fのように、配線ダミーパターン
を実拡散パターン8に接続されている実配線パターン1
と接続させても良い。この場合、配線ダミーパターン2
fの下側の拡散ダミーパターン9を構成する第2半導体
層5をP型ウェル層4aと反対の導電型となるように形
成する。あるいは、配線ダミーパターン2fの下にコン
タクトホールを設けなくても良い。いずれの場合も、こ
の配線ダミーパターン2fは実拡散パターン8の領域の
電位に固定されるこのように同一の半導体装置内であっ
ても、複数の異なる電位に固定された配線ダミーパター
ンをレイアウトすることも可能である。
トの設計は、図6〜図8での拡散ダミーパターン9を下
層の配線ダミーパターンに置き換えて行えばよい。例え
ば、まず上記の実施形態で作成した配線レイアウトを第
1層目とし、その上の第2層目の配線レイアウトにおい
て、図8のように実配線パターン1と配線ダミーパター
ン20とを作成する。そして、図7のように、第1層目
の配線ダミーパターンと重なる位置の配線ダミーパター
ン2aをヴィアホール(スルーホール11)を介して第
1層目の配線ダミーパターンと接続させる。
ダミーパターンが位置しない配線ダミーパターン20を
第1層目の配線ダミーパターンと接続する配線ダミーパ
ターン2aを含むように配線ダミーパターン2bを形成
し、第1層目の配線ダミーパターンと電気的に接続させ
る。さらに、電気的に孤立した配線ダミーパターンのう
ち、基板ラインもしくは電源ラインの実配線パターンと
接続できるものは接続させ、接続させられないものはそ
の箇所には配置しないか若しくは電気的に孤立したまま
で配置する。
とした配線ダミーパターンをレイアウト設計することが
可能である。このように多層構造とした場合でも、他の
層のレイアウトの制約は少ない。
導体装置の一領域を半導体基板の上方から見たときの配
線レイアウトパターンを示す図である。
置の主要部の断面図である。
る。
である。
である。
である。
である。
て形成された半導体装置の一部分の断面図である。
導体基板、4…第1半導体層、5…第2半導体層、6…
トレンチ、7…絶縁膜、8…実拡散パターン、9…拡散
ダミーパターン、10…層間絶縁膜、11…スルーホー
ル。
Claims (4)
- 【請求項1】 半導体基板(3)上の半導体層(4、
5)の表層部に形成された複数のトレンチ(6)及び該
複数のトレンチ内に形成された絶縁膜(7)と、前記ト
レンチによって形成された前記半導体層による複数の凸
部のうち、半導体素子の形成領域に形成された実拡散パ
ターン(8)及び半導体素子の非形成領域に形成された
拡散ダミーパターン(9)と、前記半導体層の上に形成
された層間絶縁膜(10)と、該層間絶縁膜の上に形成
された実配線パターン(1)及び配線ダミーパターン
(2)とを有する半導体装置の製造方法であって、 前記半導体層(4、5)を有する前記半導体基板(3)
を用意する工程と、 前記半導体層の表層部に前記複数のトレンチ(6)を形
成することで、実拡散パターン(8)及び拡散ダミーパ
ターン(9)を形成する工程と、 前記半導体層の上に前記層間絶縁膜(10)を形成し、
該層間絶縁膜に複数のスルーホール(11)を形成する
工程と、 前記層間絶縁膜上において、前記実配線パターンを前記
実拡散パターンにオーバラップするように配置して、前
記スルーホールを介して該実拡散パターンと電気的に接
続させると共に、前記配線ダミーパターンを前記拡散ダ
ミーパターンにオーバラップするように配置して、前記
スルーホールを介して該拡散ダミーパターンと電気的に
接続させる工程とを有することを特徴とする半導体装置
の製造方法。 - 【請求項2】 前記配線ダミーパターン(2)を形成す
る工程において、前記配線ダミーパターンを複数形成
し、該配線ダミーパターンのうち少なくとも1つを複数
の前記拡散ダミーパターンにオーバラップして形成し、
該配線ダミーパターンを該複数の拡散ダミーパターンと
電気的に接続させることを特徴とする請求項1に記載の
半導体装置の製造方法。 - 【請求項3】 実配線パターン(1)及び配線ダミーパ
ターン(2)を有する半導体装置であって、 半導体基板(3)上に形成された半導体層(4、5)
と、 前記半導体層の表層部に形成された複数のトレンチ
(6)及び前記複数のトレンチ内に形成された絶縁膜
(7)と、 前記表層部で前記複数のトレンチに囲まれた凸部のう
ち、前記半導体層の半導体素子の形成領域に形成された
実拡散パターン(8)と、半導体素子の非形成領域に形
成された拡散ダミーパターン(9)と、 前記半導体層の上に形成された層間絶縁膜(10)と、 前記層間絶縁膜に形成された複数のスルーホール(1
1)と、 前記層間膜上に形成された実配線パターン(1)及び所
定形状の配線ダミーパターン(2)とを有し、 前記実配線パターンが前記実拡散パターンとオーバラッ
プしており、前記スルーホールを介して該実拡散パター
ンと電気的に接続されていることと、前記配線ダミーパ
ターンが前記拡散ダミーパターンとオーバラップしてお
り、前記スルーホールを介して該拡散ダミーパターンと
電気的に接続されていることとを特徴とする半導体装
置。 - 【請求項4】 前記配線ダミーパターン(2)は複数形
成されており、該配線ダミーパターンのうち少なくとも
1つが複数の前記拡散ダミーパターンにオーバラップし
て形成され、該配線ダミーパターンは該複数の拡散ダミ
ーパターンと電気的に接続されていることを特徴とする
請求項3に記載の半導体装置。
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---|---|---|---|
JP2001386373A JP2003188174A (ja) | 2001-12-19 | 2001-12-19 | 半導体装置及びその製造方法 |
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