多層配線、多層配線のダミー配線配置方法、半導体装置およびその製造方法
【課題】層間絶縁膜のグローバル段差をより低減する。
【解決手段】メタル配線１１、２１、３１と層間絶縁膜１２、２２、３２とが積層され、各層の層間絶縁膜を形成する毎に研磨して平坦化される多層配線６０を積層方向からみて複数の領域５２に分割し、領域毎に、各領域の面積に対する各領域内のメタル配線の占有面積の割合を、メタル配線についてそれぞれ求め、求めた割合を、領域毎に、メタル配線について積算した積算割合をそれぞれ求め、複数の領域の積算割合を用いて、予め求めておいた積算割合の相対値と層間絶縁膜３２の上面の相対位置との関係より、複数の領域間の層間絶縁膜３２の上面の相対位置関係を求め、層間絶縁膜３２の上面が所定の値より低い位置にある領域５１１では、ダミー配線１３，２３，３３を設け、層間絶縁膜３２の上面が所定の値以上の位置にある領域５１３ではメタル配線にダミー配線を設けない。
【解決手段】メタル配線１１、２１、３１と層間絶縁膜１２、２２、３２とが積層され、各層の層間絶縁膜を形成する毎に研磨して平坦化される多層配線６０を積層方向からみて複数の領域５２に分割し、領域毎に、各領域の面積に対する各領域内のメタル配線の占有面積の割合を、メタル配線についてそれぞれ求め、求めた割合を、領域毎に、メタル配線について積算した積算割合をそれぞれ求め、複数の領域の積算割合を用いて、予め求めておいた積算割合の相対値と層間絶縁膜３２の上面の相対位置との関係より、複数の領域間の層間絶縁膜３２の上面の相対位置関係を求め、層間絶縁膜３２の上面が所定の値より低い位置にある領域５１１では、ダミー配線１３，２３，３３を設け、層間絶縁膜３２の上面が所定の値以上の位置にある領域５１３ではメタル配線にダミー配線を設けない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層配線、多層配線のダミー配線配置方法、半導体装置およびその製造方法に関し、特に半導体基板上に形成された多層配線、当該多層配線のダミー配線配置方法、当該多層配線を備える半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の微細化が進むにつれて、微細加工面の平坦化がますます要求されている。複数層のメタル配線と、複数層の層間絶縁膜とが積層された多層配線を備える半導体装置を製造するには、各層の層間絶縁膜を形成する毎に、ＣＭＰ (Chemica1 Mechanical Polishing)法を用いて層間絶縁膜を平坦化することが行われている。このＣＭＰ法による平坦化の際には、メタル配線の配線密度に応じて当該メタル配線を覆う層間絶縁膜に段差（いわゆるグローバル段差）が生じてしまう。このグローバル段差を低減するために、配線密度が小さいメタル配線領域にメタルのダミー配線を配置して配線密度を上げることが行われている。このようにダミー配線を配置することにより、グローバル段差を低減できるようになる。従来は、ダミー配線の配置領域は、メタル配線層毎に定めていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３４７９０５２号公報
【特許文献２】特開２００５−２８５９７０号公報
【特許文献３】特開２００６−１２８７０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体装置の多層配線では、例えば、ロジック回路等のＬＳＩを例にとると、メタル配線は２〜７層と複数層で構成される。メタル配線層が複数層の場合には、それに応じて層間絶縁膜も複数層となる。このようにメタル配線層および層間絶縁膜が複数層ある場合には、一般的に最上層のメタル配線直下の最終層間絶縁膜のＣＭＰ法による平坦化完了段階におけるグローバル段差は、各メタル配線層のメタル配線の配線密度を複数層のメタル配線について積算した値の相対差で決定される。よって、ダミー配線配置前のメタル配線の配線密度分布の粗密領域の位置がメタル配線層毎に異なる場合には、メタル配線層毎にダミー配線の配置領域を定めている従来方法では、最終層間絶縁膜の平坦化完了段階でグローバル段差の低減効果が最適となるような観点でダミー配線の配置領域を決めてはおらず、ダミー配線挿入の効果が不十分であった。
【０００５】
従って、本発明の主な目的は、最上層のメタル配線直下の層間絶縁膜のグローバル段差をより低減できる多層配線、多層配線のダミー配線配置方法、半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、複数層のメタル配線と複数層の層間絶縁膜とが１層ずつ交互に積層された多層配線であって、前記複数層の層間絶縁膜の各層の層間絶縁膜が、前記各層の層間絶縁膜を形成する毎に研磨して平坦化された層間絶縁膜である前記多層配線のダミー配線配置方法であって、
前記多層配線を前記複数層のメタル配線と前記複数層の層間絶縁膜の積層方向と交差する平面内で複数の領域に分割し、前記複数の領域の各領域毎に、前記各領域の面積に対する前記各領域内の前記メタル配線の占有面積の割合を、前記複数層のメタル配線のうち、最上層のメタル配線以外の各層のメタル配線についてそれぞれ求め、
求めた前記割合を、前記複数の領域の各領域毎に、前記最上層のメタル配線以外の前記複数層のメタル配線について積算した積算割合をそれぞれ求め、
前記複数の領域の積算割合を用いて、予め求めておいた前記複数の領域のメタル配線の積算割合の相対値と前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の前記積層方向の相対位置との関係より、前記複数の領域間の前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の前記積層方向の相対位置関係を求め、
前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が前記予め決められた値以上の高さの位置にある領域の前記複数層のメタル配線の層にはダミー配線を配置せず、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が予め決められた値より低い位置にある領域の前記複数層のメタル配線のうち、少なくとも１つの層の前記メタル配線がある層にダミー配線を配置した、多層配線のダミー配線配置方法が提供される。
【０００７】
また、本発明によれば、半導体基板上に、複数層のメタル配線と複数層の層間絶縁膜とが１層ずつ交互に積層された多層配線であって、前記複数層の層間絶縁膜の各層の層間絶縁膜が、前記各層の層間絶縁膜を形成する毎に研磨して平坦化された層間絶縁膜である前記多層配線を備える半導体装置の製造方法であって、
前記多層配線を前記複数層のメタル配線と前記複数層の層間絶縁膜の積層方向と交差する平面内で複数の領域に分割し、前記複数の領域の各領域毎に、前記各領域の面積に対する前記各領域内の前記メタル配線の占有面積の割合を、前記複数層のメタル配線のうち、最上層のメタル配線以外の各層のメタル配線についてそれぞれ求め、
求めた前記割合を、前記複数の領域の各領域毎に、前記最上層のメタル配線以外の前記複数層のメタル配線について積算した積算割合をそれぞれ求め、
前記複数の領域の積算割合を用いて、予め求めておいた前記複数の領域のメタル配線の積算割合の相対値と前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の前記積層方向の相対位置との関係より、前記複数の領域間の前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の前記積層方向の相対位置関係を求め、
前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が前記予め決められた値以上の高さの位置にある領域の前記複数層のメタル配線の層にはダミー配線を配置せず、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が予め決められた値より低い位置にある領域の前記複数層のメタル配線のうち、少なくとも１つの層の前記メタル配線がある層にダミー配線を配置するようにして前記多層配線を形成する工程を備える半導体装置の製造方法が提供される。
【０００８】
また、本発明によれば、複数層のメタル配線と複数層の層間絶縁膜とが１層ずつ交互に積層された多層配線であって、前記複数層の層間絶縁膜の各層の層間絶縁膜が、前記各層の層間絶縁膜を形成する毎に研磨して平坦化された層間絶縁膜である前記多層配線であって、
前記多層配線を前記複数層のメタル配線と前記複数層の層間絶縁膜の積層方向と交差する平面内で複数の領域に分割された前記複数の領域の各領域毎に、前記各領域の面積に対する前記各領域内の前記メタル配線の占有面積の割合を、前記複数層のメタル配線のうち、最上層のメタル配線以外の各層のメタル配線についてそれぞれ求め、
求めた前記割合を、前記複数の領域の各領域毎に、前記最上層のメタル配線以外の前記複数層のメタル配線について積算した積算割合をそれぞれ求め、
前記複数の領域の積算割合を用いて、予め求めておいた前記複数の領域のメタル配線の積算割合の相対値と前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の前記積層方向の相対位置との関係より、前記複数の領域間の前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の前記積層方向の相対位置関係を求め、
前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が前記予め決められた値以上の高さの位置にある領域の前記複数層のメタル配線の層にはダミー配線を配置せず、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が予め決められた値より低い位置にある領域の前記複数層のメタル配線のうち、少なくとも１つの層の前記メタル配線がある層にダミー配線を配置した、多層配線が提供される。
【０００９】
また、本発明によれば、半導体基板上に、複数層のメタル配線と複数層の層間絶縁膜とが１層ずつ交互に積層された多層配線であって、前記複数層の層間絶縁膜の各層の層間絶縁膜が、前記各層の層間絶縁膜を形成する毎に研磨して平坦化された層間絶縁膜である前記多層配線を備える半導体装置であって、
前記多層配線を前記複数層のメタル配線と前記複数層の層間絶縁膜の積層方向と交差する平面内で複数の領域に分割された前記複数の領域の各領域毎に、前記各領域の面積に対する前記各領域内の前記メタル配線の占有面積の割合を、前記複数層のメタル配線のうち、最上層のメタル配線以外の各層のメタル配線についてそれぞれ求め、
求めた前記割合を、前記複数の領域の各領域毎に、前記最上層のメタル配線以外の前記複数層のメタル配線について積算した積算割合をそれぞれ求め、
前記複数の領域の積算割合を用いて、予め求めておいた前記複数の領域のメタル配線の積算割合の相対値と前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の前記積層方向の相対位置との関係より、前記複数の領域間の前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の前記積層方向の相対位置関係を求め、
前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が前記予め決められた値以上の高さの位置にある領域の前記複数層のメタル配線の層にはダミー配線を配置せず、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が予め決められた値より低い位置にある領域の前記複数層のメタル配線のうち、少なくとも１つの層の前記メタル配線がある層にダミー配線を配置した前記多層配線を備える半導体装置が提供される。
【００１０】
好ましくは、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が前記予め決められた値以上の高さの位置にある領域においては、前記占有面積の割合が、下層の２層のメタル配線よりも上層のメタル配線の方が小さい場合には、前記下層の２層のメタル配線の層および前記上層のメタル配線の層には前記ダミー配線が設けられていない。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、最上層のメタル配線直下の層間絶縁膜のグローバル段差をより低減できる多層配線、多層配線のダミー配線配置方法、半導体装置およびその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】多層配線の層間絶縁膜の平坦化方法を説明するための概略縦断面図である。
【図２】多層配線の層間絶縁膜の平坦化方法を説明するための概略縦断面図である。
【図３】多層配線の層間絶縁膜の平坦化方法を説明するための概略縦断面図である。
【図４】本発明の好ましい実施の形態の多層配線を複数の領域に分割する方法を説明するための概略平面図である。
【図５】本発明の好ましい実施の形態の多層配線を説明するための概略平面図である。
【図６】本発明の好ましい実施の形態の多層配線を説明するための概略縦断面図である。
【図７】比較のための多層配線を説明するための概略縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１４】
まず、メタル配線の配線密度と層間絶縁膜をＣＭＰ研磨により平坦化した際に生じるグローバル段差との関係について説明する。
【００１５】
図１に示すように、半導体基板５０上に第１層目のメタル配線１１を形成し、メタル配線１１を覆って第１層目の層間絶縁膜１２を形成する。層間絶縁膜１２は、プラズマＣＶＤや常圧ＶＤにより形成する。このとき、下地のメタル配線１１の配線密度が蜜な高密度領域１１３ではメタル配線１１上の層間絶縁膜１２の表面には隆起部１２３ができ、表面段差Ｈ６が生じる。下地のメタル配線１１の配線密度が疎な低密度領域１１１ではメタル配線１１上の層間絶縁膜１２の表面に隆起部１２１ができ、表面段差Ｈ５が生じる。
【００１６】
次に、図２に示すように、層間絶縁膜１２の表面をＣＭＰ処理にて研磨することで、層間絶縁膜１２の隆起部１２１および隆起部１２３をなくして表面段差Ｈ５、Ｈ６をなくす。このように、ＣＭＰ処理によって、メタル配線１１上の表面段差Ｈ５、Ｈ６をなくすことにより、低密度領域１１１、高密度領域１１３の各領域内では、層間絶縁膜１２の表面をそれぞれ平坦にすることができる。
【００１７】
しかしながら、ＣＭＰ処理後の層間絶縁膜１２の膜厚は下地のメタル配線１１の配線密度に強く依存する。配線密度が大きくなるほどＣＭＰ処理後の膜厚は厚くなる。これは、下地のメタル配線１１の配線密度により層間絶縁膜１２の表面の形状が変化し、下地のメタル配線１１の配線密度が疎な低密度領域１１１ではメタル配線１１上の層間絶縁膜１２の表面にできる隆起部１２１は下地のメタル配線１１の配線密度が蜜な高密度領域１１３の隆起部１２３よりも急峻な形状となり、隆起部１２１、１２３が急峻なほど、ＣＭＰ研磨パッドからの圧力集中が起きやすくなり、その分研磨レートが大きくなるからである。
【００１８】
従って、ＣＭＰ法による研磨が完了した後は、メタル配線１１上の層間絶縁膜１２の隆起部１２１、隆起部１２３は消滅して、表面段差Ｈ５、Ｈ６はなくなっているものの、メタル配線１１の配線密度に依存して研磨レートが変動するため、メタル配線１１上の層間絶縁膜１２の膜厚が、下地のメタル配線１１の配線密度が疎な低密度領域１１１と、下地のメタル配線１１の配線密度が蜜な高密度領域１１３とでは異なり、低密度領域１１１と、高密度領域１１３との間でグローバル段差Ｈ４が生じてしまう。
【００１９】
グローバル段差を低減する手段として、図３に示すように、低密度領域１１１において、メタル配線１１と同じ層内にダミー配線１３を挿入する方法がある。下地のメタル配線１１の配線密度が疎な低密度領域１１１において、ダミー配線１３を追加することにより、配線密度を高めることができ、その結果、低密度領域１１１と、高密度領域１１３との間で生じるグローバル段差Ｈ１を小さくすることができるようになる。
【００２０】
次に、本発明の好ましい実施の形態を、１枚の半導体基板、例えば１枚の半導体ウエハ、から複数のチップに形成された半導体装置を製造する場合を例にとって説明する。
【００２１】
図４に示すように、複数のチップ５１を１枚の半導体基板５０、例えば１枚の半導体ウエハから製造する。各チップ５１では、ＭＯＳＦＥＴやバイポーラトランジスタ等の素子（図示せず）が半導体基板に形成されている。図６に示すように、半導体基板５０上に多層配線６０が形成されている。多層配線６０は、第１層目のメタル配線１１と、第１層目のダミー配線１３と、メタル配線１１とダミー配線１３とを覆って形成された第１層目の層間絶縁膜１２と、第１層目の層間絶縁膜１２上に形成された第２層目のメタル配線２１および第２層目のダミー配線２３と、メタル配線２１とダミー配線２３とを覆って形成された第２層目の層間絶縁膜２２と、第２層目の層間絶縁膜２２上に形成された第３層目のメタル配線３１および第３層目のダミー配線３３と、メタル配線３１とダミー配線３３とを覆って形成された第３層目の層間絶縁膜３２と、第３層目の層間絶縁膜３２上に形成された最上層のメタル配線４１と、メタル配線４１を覆って形成された絶縁膜４２とを備えている。層間絶縁膜１２、２２、３２は、各層の層間絶縁膜１２、２２、３２を形成する毎にＣＭＰ法により研磨して平坦化している。
【００２２】
次に、ダミー配線３１、３２、３３の配置方法について説明する。
【００２３】
再び、図４を参照すると、チップ５１全域を複数の領域５２に網目状に分割する。各領域５２は、例えば、１００μｍ×１００μｍの正方形である。
【００２４】
領域５２毎に、領域５２の面積に対する領域５２内のメタル配線１１、２１、３１の占有面積の割合を、メタル配線１１、２１、３１についてそれぞれ求める。なお、最上層のメタル配線４１については求めない。
【００２５】
次に、メタル配線１１、２１、３１についてそれぞれ求めた占有面積の割合を、領域５２毎に、メタル配線１１、２１、３１について積算した積算割合をそれぞれ求める。
【００２６】
次に、予め求めておいた領域５２のメタル配線の積算割合の相対値と最上層のメタル配線４１直下の層間絶縁膜３２の上面の相対位置との関係より、各領域５２の層間絶縁膜３２の上面の相対位置関係を求める。
【００２７】
次に、層間絶縁膜３２の上面の位置が最も高い位置にある領域５２に対して、層間絶縁膜３２の上面の位置が予め決められた値より低い位置にある領域５２を求める。次に、このようにして求められた領域５２について、メタル配線１１、２１、３１のうち、１以上のメタル配線にダミー配線を設ける。ダミー配線を設けることによって、層間絶縁膜３２の上面の位置が最も高い位置にある領域５２に対して、層間絶縁膜３２の上面の位置が予め決められた値以上の位置にあるように、メタル配線１１、２１、３１のうち、どのメタル配線にダミー配線を設けるか、幾つのメタル配線にダミー配線を設けるか、ダミー配線の配線密度をどうするか等について決定する。この場合には、ダミー配線の配置が半導体装置の特性に与える影響を考慮して、これらの事項を決定する。
【００２８】
一方では、層間絶縁膜３２の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、層間絶縁膜３２の上面の位置が予め決められた値以上の高さの位置にある領域の複数層のメタル配線１１、２１、３１の層にはダミー配線を設けない。
【００２９】
図５に、上記のようにして求められた、ダミー配線配置前のチップ５１内の領域５２の配線密度の分布を示している。
【００３０】
図５（Ａ）に示すように、第１層目のメタル配線１１は、配線密度が低い低密度領域１１１と、配線密度が中程度の中密度領域１１２と、配線密度が高い高密度領域１１３とを有している。
【００３１】
図５（Ｂ）に示すように、第２層目のメタル配線２１は、配線密度が低い低密度領域２１１と、配線密度が中程度の中密度領域２１２と、配線密度が高い高密度領域２１３とを有している。
【００３２】
図５（Ｃ）に示すように、第３層目のメタル配線３１は、配線密度が低い低密度領域３１１と、配線密度が中程度の中密度領域３１２と、配線密度が低い低密度領域３１３とを有している。
【００３３】
第１層目の低密度領域１１１上には第２層目の低密度領域２１１が存在し、第２層目の低密度領域２１１上には第３層目の低密度領域３１１が存在しており、低密度領域１１１、低密度領域２１１および低密度領域３１１の配線密度の総和密度も低く、これらの領域１１１、２１１、３１１が存在するのは、総和密度が低い総和密度低領域５１１である。
【００３４】
第１層目の中密度領域１１２上には第２層目の中密度領域２１２が存在し、第２層目の中密度領域２１２上には第３層目の中密度領域３１２が存在しており、中密度領域１１２、中密度領域２１２および中密度領域３１２の配線密度の総和密度は中程度であり、これらの領域１１２、２１２、３１２が存在するのは、総和密度が中程度の総和密度中領域５１２である。
【００３５】
第１層目の高密度領域１１３上には第２層目の高密度領域２１３が存在し、第２層目の高密度領域２１３上には第３層目の低密度領域３１３が存在しており、高密度領域１１３、高密度領域２１３および低密度領域３１３の配線密度の総和密度は大きく、これらの領域１１３、２１３、３１３が存在するのは、総和密度が高い総和密度高領域５１３である。
【００３６】
予め求めておいた領域５２のメタル配線の積算割合の相対値と最上層のメタル配線４１直下の層間絶縁膜３２の上面の相対位置との関係より、各領域５２の層間絶縁膜３２の上面の相対位置関係を求めた。
【００３７】
本実施の形態では、層間絶縁膜３２の上面の位置が最も高い位置にあるのは、総和密度高領域５１３であり、次に高い位置にあるのは、総和密度中領域５１２であり、一番低い位置にあるのは、総和密度中領域５１１であった。
【００３８】
このようにして求められた層間絶縁膜３２の上面の位置を比較すると、総和密度低領域５１１では、層間絶縁膜３２の上面の位置が予め決められた値より低い位置(グローバル段差の許容度から判断される位置よりも低い位置）にあった。総和密度中領域５１２では、層間絶縁膜３２の上面の位置が予め決められた値より高い位置(グローバル段差の許容度から判断される位置よりも高い位置）にあった。
【００３９】
そこで、本実施の形態では、総和密度低領域５１１のみにダミー配線を設け、総和密度中領域５１２、総和密度高領域５１３にはダミー配線を設けないこととした。
【００４０】
次に、ダミー配線の配置が半導体装置の特性に与える影響を考慮して、総和密度低領域５１１のどのメタル配線層にダミー配線を設けるか、幾つのメタル配線層にダミー配線を設けるか、ダミー配線の配線密度をどうするか等について決定した。本実施の形態では、第１層目の低密度領域１１１、第２層目の低密度領域２１１、第３層目の低密度領域３１１の全てに、ダミー配線を設けた。
【００４１】
再び、図６を参照すると、図６には、本実施の形態の半導体装置１００の総和密度低領域５１１と、総和密度高領域５１３の概略縦断面が示されている。
【００４２】
総和密度低領域５１１については、第１層目の低密度領域１１１にはダミー配線１３、第２層目の低密度領域２１１にはダミー配線２３、第３層目の低密度領域３１１にはダミー配線３３がそれぞれ設けられている。
【００４３】
総和密度高領域５１３については、第１層目の高密度領域１１３、第２層目の高密度領域２１３にはダミー配線を設けないのは当然のことであるが、第３層目の低密度領域３１３にもダミー配線を設けていない。
【００４４】
上記のようにして、ダミー配線を配置したので、第１層目の層間絶縁膜１２では、グローバル段差Ｈ１が生じ、第２層目の層間絶縁膜２２では、グローバル段差Ｈ１の約２倍程度のグローバル段差Ｈ２が生じたが、第３層目の層間絶縁膜３２では、グローバル段差Ｈ３は殆ど生じなかった。
【００４５】
図７は、ダミー配線を設けるにつき、メタル配線１１、２１、３１のそれぞれの層における配線密度のみを考慮した場合の半導体装置２００の概略縦断面を示している。
【００４６】
この場合には、第１層目の低密度領域１１１、第２層目の低密度領域２１１、第３層目の低密度領域３１１は全て配線密度が低い領域なので、第１層目の低密度領域１１１にはダミー配線１３、第２層目の低密度領域２１１にはダミー配線２３、第３層目の低密度領域３１１にはダミー配線３３１がそれぞれ設けられている。
【００４７】
また、第１層目の高密度領域１１３、第２層目の低密度領域２１３は配線密度が高い領域なので、ダミー配線は設けていないが、第３層目の低密度領域３１３は配線密度が低い領域なので、第３層目の低密度領域３１３にはダミー配線３３２が設けられている。
【００４８】
上記のようにして、ダミー配線を配置したので、第１層目の層間絶縁膜１２では、グローバル段差Ｈ１が生じ、第２層目の層間絶縁膜２２では、グローバル段差Ｈ１の約２倍程度のグローバル段差Ｈ２が生じ、第３層目の層間絶縁膜３２では、ダミー配線３３２を設けた結果、グローバル段差Ｈ２と同程度のグローバル段差Ｈ３が生じてしまった。
【００４９】
上記本実施の形態では、ダミー配線の寸法に限定は特にないが、例えば、ダミー配線の１３、２３、３３の寸法が２μｍ×２μｍであり、ダミー配線間の間隔を２μｍとすることができる。
【００５０】
また、上記実施の形態ではチップ５１を１００μｍ×１００μｍの領域５２に分割しているが、この値に限定するものではない。
【符号の説明】
【００５１】
１１ 第１層目のメタル配線
１２ 第１層目の層間絶縁膜
１３ 第１層目のダミー配線
２１ 第２層目のメタル配線
２２ 第２層目の層間絶縁膜
２３ 第２層目のダミー配線
３１ 第３層目のメタル配線
３２ 第３層目の層間絶縁膜
３３、３３１、３３２ 第３層目のダミー配線
４１ 第４層目のメタル配線
４２ 絶縁膜
５０ 半導体基板
５１ チップ
５２ 領域
６０ 多層配線
１００、２００ 半導体装置
１１１ 第１層目の低密度領域
１１２ 第１層目の中密度領域
１１３ 第１層目の高密度領域
１２１、１２３ 隆起部
２１１ 第２層目の低密度領域
２１２ 第２層目の中密度領域
２１３ 第２層目の高密度領域
３１１ 第３層目の低密度領域
３１２ 第３層目の中密度領域
３１３ 第３層目の低密度領域
５１１ 総和密度低領域
５１２ 総和密度中領域
５１３ 総和密度高領域
Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３ Ｈ４ グローバル段差
Ｈ５、Ｈ６ 表面段差
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層配線、多層配線のダミー配線配置方法、半導体装置およびその製造方法に関し、特に半導体基板上に形成された多層配線、当該多層配線のダミー配線配置方法、当該多層配線を備える半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の微細化が進むにつれて、微細加工面の平坦化がますます要求されている。複数層のメタル配線と、複数層の層間絶縁膜とが積層された多層配線を備える半導体装置を製造するには、各層の層間絶縁膜を形成する毎に、ＣＭＰ (Chemica1 Mechanical Polishing)法を用いて層間絶縁膜を平坦化することが行われている。このＣＭＰ法による平坦化の際には、メタル配線の配線密度に応じて当該メタル配線を覆う層間絶縁膜に段差（いわゆるグローバル段差）が生じてしまう。このグローバル段差を低減するために、配線密度が小さいメタル配線領域にメタルのダミー配線を配置して配線密度を上げることが行われている。このようにダミー配線を配置することにより、グローバル段差を低減できるようになる。従来は、ダミー配線の配置領域は、メタル配線層毎に定めていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３４７９０５２号公報
【特許文献２】特開２００５−２８５９７０号公報
【特許文献３】特開２００６−１２８７０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体装置の多層配線では、例えば、ロジック回路等のＬＳＩを例にとると、メタル配線は２〜７層と複数層で構成される。メタル配線層が複数層の場合には、それに応じて層間絶縁膜も複数層となる。このようにメタル配線層および層間絶縁膜が複数層ある場合には、一般的に最上層のメタル配線直下の最終層間絶縁膜のＣＭＰ法による平坦化完了段階におけるグローバル段差は、各メタル配線層のメタル配線の配線密度を複数層のメタル配線について積算した値の相対差で決定される。よって、ダミー配線配置前のメタル配線の配線密度分布の粗密領域の位置がメタル配線層毎に異なる場合には、メタル配線層毎にダミー配線の配置領域を定めている従来方法では、最終層間絶縁膜の平坦化完了段階でグローバル段差の低減効果が最適となるような観点でダミー配線の配置領域を決めてはおらず、ダミー配線挿入の効果が不十分であった。
【０００５】
従って、本発明の主な目的は、最上層のメタル配線直下の層間絶縁膜のグローバル段差をより低減できる多層配線、多層配線のダミー配線配置方法、半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、複数層のメタル配線と複数層の層間絶縁膜とが１層ずつ交互に積層された多層配線であって、前記複数層の層間絶縁膜の各層の層間絶縁膜が、前記各層の層間絶縁膜を形成する毎に研磨して平坦化された層間絶縁膜である前記多層配線のダミー配線配置方法であって、
前記多層配線を前記複数層のメタル配線と前記複数層の層間絶縁膜の積層方向と交差する平面内で複数の領域に分割し、前記複数の領域の各領域毎に、前記各領域の面積に対する前記各領域内の前記メタル配線の占有面積の割合を、前記複数層のメタル配線のうち、最上層のメタル配線以外の各層のメタル配線についてそれぞれ求め、
求めた前記割合を、前記複数の領域の各領域毎に、前記最上層のメタル配線以外の前記複数層のメタル配線について積算した積算割合をそれぞれ求め、
前記複数の領域の積算割合を用いて、予め求めておいた前記複数の領域のメタル配線の積算割合の相対値と前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の前記積層方向の相対位置との関係より、前記複数の領域間の前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の前記積層方向の相対位置関係を求め、
前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が前記予め決められた値以上の高さの位置にある領域の前記複数層のメタル配線の層にはダミー配線を配置せず、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が予め決められた値より低い位置にある領域の前記複数層のメタル配線のうち、少なくとも１つの層の前記メタル配線がある層にダミー配線を配置した、多層配線のダミー配線配置方法が提供される。
【０００７】
また、本発明によれば、半導体基板上に、複数層のメタル配線と複数層の層間絶縁膜とが１層ずつ交互に積層された多層配線であって、前記複数層の層間絶縁膜の各層の層間絶縁膜が、前記各層の層間絶縁膜を形成する毎に研磨して平坦化された層間絶縁膜である前記多層配線を備える半導体装置の製造方法であって、
前記多層配線を前記複数層のメタル配線と前記複数層の層間絶縁膜の積層方向と交差する平面内で複数の領域に分割し、前記複数の領域の各領域毎に、前記各領域の面積に対する前記各領域内の前記メタル配線の占有面積の割合を、前記複数層のメタル配線のうち、最上層のメタル配線以外の各層のメタル配線についてそれぞれ求め、
求めた前記割合を、前記複数の領域の各領域毎に、前記最上層のメタル配線以外の前記複数層のメタル配線について積算した積算割合をそれぞれ求め、
前記複数の領域の積算割合を用いて、予め求めておいた前記複数の領域のメタル配線の積算割合の相対値と前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の前記積層方向の相対位置との関係より、前記複数の領域間の前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の前記積層方向の相対位置関係を求め、
前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が前記予め決められた値以上の高さの位置にある領域の前記複数層のメタル配線の層にはダミー配線を配置せず、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が予め決められた値より低い位置にある領域の前記複数層のメタル配線のうち、少なくとも１つの層の前記メタル配線がある層にダミー配線を配置するようにして前記多層配線を形成する工程を備える半導体装置の製造方法が提供される。
【０００８】
また、本発明によれば、複数層のメタル配線と複数層の層間絶縁膜とが１層ずつ交互に積層された多層配線であって、前記複数層の層間絶縁膜の各層の層間絶縁膜が、前記各層の層間絶縁膜を形成する毎に研磨して平坦化された層間絶縁膜である前記多層配線であって、
前記多層配線を前記複数層のメタル配線と前記複数層の層間絶縁膜の積層方向と交差する平面内で複数の領域に分割された前記複数の領域の各領域毎に、前記各領域の面積に対する前記各領域内の前記メタル配線の占有面積の割合を、前記複数層のメタル配線のうち、最上層のメタル配線以外の各層のメタル配線についてそれぞれ求め、
求めた前記割合を、前記複数の領域の各領域毎に、前記最上層のメタル配線以外の前記複数層のメタル配線について積算した積算割合をそれぞれ求め、
前記複数の領域の積算割合を用いて、予め求めておいた前記複数の領域のメタル配線の積算割合の相対値と前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の前記積層方向の相対位置との関係より、前記複数の領域間の前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の前記積層方向の相対位置関係を求め、
前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が前記予め決められた値以上の高さの位置にある領域の前記複数層のメタル配線の層にはダミー配線を配置せず、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が予め決められた値より低い位置にある領域の前記複数層のメタル配線のうち、少なくとも１つの層の前記メタル配線がある層にダミー配線を配置した、多層配線が提供される。
【０００９】
また、本発明によれば、半導体基板上に、複数層のメタル配線と複数層の層間絶縁膜とが１層ずつ交互に積層された多層配線であって、前記複数層の層間絶縁膜の各層の層間絶縁膜が、前記各層の層間絶縁膜を形成する毎に研磨して平坦化された層間絶縁膜である前記多層配線を備える半導体装置であって、
前記多層配線を前記複数層のメタル配線と前記複数層の層間絶縁膜の積層方向と交差する平面内で複数の領域に分割された前記複数の領域の各領域毎に、前記各領域の面積に対する前記各領域内の前記メタル配線の占有面積の割合を、前記複数層のメタル配線のうち、最上層のメタル配線以外の各層のメタル配線についてそれぞれ求め、
求めた前記割合を、前記複数の領域の各領域毎に、前記最上層のメタル配線以外の前記複数層のメタル配線について積算した積算割合をそれぞれ求め、
前記複数の領域の積算割合を用いて、予め求めておいた前記複数の領域のメタル配線の積算割合の相対値と前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の前記積層方向の相対位置との関係より、前記複数の領域間の前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の前記積層方向の相対位置関係を求め、
前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が前記予め決められた値以上の高さの位置にある領域の前記複数層のメタル配線の層にはダミー配線を配置せず、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が予め決められた値より低い位置にある領域の前記複数層のメタル配線のうち、少なくとも１つの層の前記メタル配線がある層にダミー配線を配置した前記多層配線を備える半導体装置が提供される。
【００１０】
好ましくは、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が前記予め決められた値以上の高さの位置にある領域においては、前記占有面積の割合が、下層の２層のメタル配線よりも上層のメタル配線の方が小さい場合には、前記下層の２層のメタル配線の層および前記上層のメタル配線の層には前記ダミー配線が設けられていない。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、最上層のメタル配線直下の層間絶縁膜のグローバル段差をより低減できる多層配線、多層配線のダミー配線配置方法、半導体装置およびその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】多層配線の層間絶縁膜の平坦化方法を説明するための概略縦断面図である。
【図２】多層配線の層間絶縁膜の平坦化方法を説明するための概略縦断面図である。
【図３】多層配線の層間絶縁膜の平坦化方法を説明するための概略縦断面図である。
【図４】本発明の好ましい実施の形態の多層配線を複数の領域に分割する方法を説明するための概略平面図である。
【図５】本発明の好ましい実施の形態の多層配線を説明するための概略平面図である。
【図６】本発明の好ましい実施の形態の多層配線を説明するための概略縦断面図である。
【図７】比較のための多層配線を説明するための概略縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１４】
まず、メタル配線の配線密度と層間絶縁膜をＣＭＰ研磨により平坦化した際に生じるグローバル段差との関係について説明する。
【００１５】
図１に示すように、半導体基板５０上に第１層目のメタル配線１１を形成し、メタル配線１１を覆って第１層目の層間絶縁膜１２を形成する。層間絶縁膜１２は、プラズマＣＶＤや常圧ＶＤにより形成する。このとき、下地のメタル配線１１の配線密度が蜜な高密度領域１１３ではメタル配線１１上の層間絶縁膜１２の表面には隆起部１２３ができ、表面段差Ｈ６が生じる。下地のメタル配線１１の配線密度が疎な低密度領域１１１ではメタル配線１１上の層間絶縁膜１２の表面に隆起部１２１ができ、表面段差Ｈ５が生じる。
【００１６】
次に、図２に示すように、層間絶縁膜１２の表面をＣＭＰ処理にて研磨することで、層間絶縁膜１２の隆起部１２１および隆起部１２３をなくして表面段差Ｈ５、Ｈ６をなくす。このように、ＣＭＰ処理によって、メタル配線１１上の表面段差Ｈ５、Ｈ６をなくすことにより、低密度領域１１１、高密度領域１１３の各領域内では、層間絶縁膜１２の表面をそれぞれ平坦にすることができる。
【００１７】
しかしながら、ＣＭＰ処理後の層間絶縁膜１２の膜厚は下地のメタル配線１１の配線密度に強く依存する。配線密度が大きくなるほどＣＭＰ処理後の膜厚は厚くなる。これは、下地のメタル配線１１の配線密度により層間絶縁膜１２の表面の形状が変化し、下地のメタル配線１１の配線密度が疎な低密度領域１１１ではメタル配線１１上の層間絶縁膜１２の表面にできる隆起部１２１は下地のメタル配線１１の配線密度が蜜な高密度領域１１３の隆起部１２３よりも急峻な形状となり、隆起部１２１、１２３が急峻なほど、ＣＭＰ研磨パッドからの圧力集中が起きやすくなり、その分研磨レートが大きくなるからである。
【００１８】
従って、ＣＭＰ法による研磨が完了した後は、メタル配線１１上の層間絶縁膜１２の隆起部１２１、隆起部１２３は消滅して、表面段差Ｈ５、Ｈ６はなくなっているものの、メタル配線１１の配線密度に依存して研磨レートが変動するため、メタル配線１１上の層間絶縁膜１２の膜厚が、下地のメタル配線１１の配線密度が疎な低密度領域１１１と、下地のメタル配線１１の配線密度が蜜な高密度領域１１３とでは異なり、低密度領域１１１と、高密度領域１１３との間でグローバル段差Ｈ４が生じてしまう。
【００１９】
グローバル段差を低減する手段として、図３に示すように、低密度領域１１１において、メタル配線１１と同じ層内にダミー配線１３を挿入する方法がある。下地のメタル配線１１の配線密度が疎な低密度領域１１１において、ダミー配線１３を追加することにより、配線密度を高めることができ、その結果、低密度領域１１１と、高密度領域１１３との間で生じるグローバル段差Ｈ１を小さくすることができるようになる。
【００２０】
次に、本発明の好ましい実施の形態を、１枚の半導体基板、例えば１枚の半導体ウエハ、から複数のチップに形成された半導体装置を製造する場合を例にとって説明する。
【００２１】
図４に示すように、複数のチップ５１を１枚の半導体基板５０、例えば１枚の半導体ウエハから製造する。各チップ５１では、ＭＯＳＦＥＴやバイポーラトランジスタ等の素子（図示せず）が半導体基板に形成されている。図６に示すように、半導体基板５０上に多層配線６０が形成されている。多層配線６０は、第１層目のメタル配線１１と、第１層目のダミー配線１３と、メタル配線１１とダミー配線１３とを覆って形成された第１層目の層間絶縁膜１２と、第１層目の層間絶縁膜１２上に形成された第２層目のメタル配線２１および第２層目のダミー配線２３と、メタル配線２１とダミー配線２３とを覆って形成された第２層目の層間絶縁膜２２と、第２層目の層間絶縁膜２２上に形成された第３層目のメタル配線３１および第３層目のダミー配線３３と、メタル配線３１とダミー配線３３とを覆って形成された第３層目の層間絶縁膜３２と、第３層目の層間絶縁膜３２上に形成された最上層のメタル配線４１と、メタル配線４１を覆って形成された絶縁膜４２とを備えている。層間絶縁膜１２、２２、３２は、各層の層間絶縁膜１２、２２、３２を形成する毎にＣＭＰ法により研磨して平坦化している。
【００２２】
次に、ダミー配線３１、３２、３３の配置方法について説明する。
【００２３】
再び、図４を参照すると、チップ５１全域を複数の領域５２に網目状に分割する。各領域５２は、例えば、１００μｍ×１００μｍの正方形である。
【００２４】
領域５２毎に、領域５２の面積に対する領域５２内のメタル配線１１、２１、３１の占有面積の割合を、メタル配線１１、２１、３１についてそれぞれ求める。なお、最上層のメタル配線４１については求めない。
【００２５】
次に、メタル配線１１、２１、３１についてそれぞれ求めた占有面積の割合を、領域５２毎に、メタル配線１１、２１、３１について積算した積算割合をそれぞれ求める。
【００２６】
次に、予め求めておいた領域５２のメタル配線の積算割合の相対値と最上層のメタル配線４１直下の層間絶縁膜３２の上面の相対位置との関係より、各領域５２の層間絶縁膜３２の上面の相対位置関係を求める。
【００２７】
次に、層間絶縁膜３２の上面の位置が最も高い位置にある領域５２に対して、層間絶縁膜３２の上面の位置が予め決められた値より低い位置にある領域５２を求める。次に、このようにして求められた領域５２について、メタル配線１１、２１、３１のうち、１以上のメタル配線にダミー配線を設ける。ダミー配線を設けることによって、層間絶縁膜３２の上面の位置が最も高い位置にある領域５２に対して、層間絶縁膜３２の上面の位置が予め決められた値以上の位置にあるように、メタル配線１１、２１、３１のうち、どのメタル配線にダミー配線を設けるか、幾つのメタル配線にダミー配線を設けるか、ダミー配線の配線密度をどうするか等について決定する。この場合には、ダミー配線の配置が半導体装置の特性に与える影響を考慮して、これらの事項を決定する。
【００２８】
一方では、層間絶縁膜３２の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、層間絶縁膜３２の上面の位置が予め決められた値以上の高さの位置にある領域の複数層のメタル配線１１、２１、３１の層にはダミー配線を設けない。
【００２９】
図５に、上記のようにして求められた、ダミー配線配置前のチップ５１内の領域５２の配線密度の分布を示している。
【００３０】
図５（Ａ）に示すように、第１層目のメタル配線１１は、配線密度が低い低密度領域１１１と、配線密度が中程度の中密度領域１１２と、配線密度が高い高密度領域１１３とを有している。
【００３１】
図５（Ｂ）に示すように、第２層目のメタル配線２１は、配線密度が低い低密度領域２１１と、配線密度が中程度の中密度領域２１２と、配線密度が高い高密度領域２１３とを有している。
【００３２】
図５（Ｃ）に示すように、第３層目のメタル配線３１は、配線密度が低い低密度領域３１１と、配線密度が中程度の中密度領域３１２と、配線密度が低い低密度領域３１３とを有している。
【００３３】
第１層目の低密度領域１１１上には第２層目の低密度領域２１１が存在し、第２層目の低密度領域２１１上には第３層目の低密度領域３１１が存在しており、低密度領域１１１、低密度領域２１１および低密度領域３１１の配線密度の総和密度も低く、これらの領域１１１、２１１、３１１が存在するのは、総和密度が低い総和密度低領域５１１である。
【００３４】
第１層目の中密度領域１１２上には第２層目の中密度領域２１２が存在し、第２層目の中密度領域２１２上には第３層目の中密度領域３１２が存在しており、中密度領域１１２、中密度領域２１２および中密度領域３１２の配線密度の総和密度は中程度であり、これらの領域１１２、２１２、３１２が存在するのは、総和密度が中程度の総和密度中領域５１２である。
【００３５】
第１層目の高密度領域１１３上には第２層目の高密度領域２１３が存在し、第２層目の高密度領域２１３上には第３層目の低密度領域３１３が存在しており、高密度領域１１３、高密度領域２１３および低密度領域３１３の配線密度の総和密度は大きく、これらの領域１１３、２１３、３１３が存在するのは、総和密度が高い総和密度高領域５１３である。
【００３６】
予め求めておいた領域５２のメタル配線の積算割合の相対値と最上層のメタル配線４１直下の層間絶縁膜３２の上面の相対位置との関係より、各領域５２の層間絶縁膜３２の上面の相対位置関係を求めた。
【００３７】
本実施の形態では、層間絶縁膜３２の上面の位置が最も高い位置にあるのは、総和密度高領域５１３であり、次に高い位置にあるのは、総和密度中領域５１２であり、一番低い位置にあるのは、総和密度中領域５１１であった。
【００３８】
このようにして求められた層間絶縁膜３２の上面の位置を比較すると、総和密度低領域５１１では、層間絶縁膜３２の上面の位置が予め決められた値より低い位置(グローバル段差の許容度から判断される位置よりも低い位置）にあった。総和密度中領域５１２では、層間絶縁膜３２の上面の位置が予め決められた値より高い位置(グローバル段差の許容度から判断される位置よりも高い位置）にあった。
【００３９】
そこで、本実施の形態では、総和密度低領域５１１のみにダミー配線を設け、総和密度中領域５１２、総和密度高領域５１３にはダミー配線を設けないこととした。
【００４０】
次に、ダミー配線の配置が半導体装置の特性に与える影響を考慮して、総和密度低領域５１１のどのメタル配線層にダミー配線を設けるか、幾つのメタル配線層にダミー配線を設けるか、ダミー配線の配線密度をどうするか等について決定した。本実施の形態では、第１層目の低密度領域１１１、第２層目の低密度領域２１１、第３層目の低密度領域３１１の全てに、ダミー配線を設けた。
【００４１】
再び、図６を参照すると、図６には、本実施の形態の半導体装置１００の総和密度低領域５１１と、総和密度高領域５１３の概略縦断面が示されている。
【００４２】
総和密度低領域５１１については、第１層目の低密度領域１１１にはダミー配線１３、第２層目の低密度領域２１１にはダミー配線２３、第３層目の低密度領域３１１にはダミー配線３３がそれぞれ設けられている。
【００４３】
総和密度高領域５１３については、第１層目の高密度領域１１３、第２層目の高密度領域２１３にはダミー配線を設けないのは当然のことであるが、第３層目の低密度領域３１３にもダミー配線を設けていない。
【００４４】
上記のようにして、ダミー配線を配置したので、第１層目の層間絶縁膜１２では、グローバル段差Ｈ１が生じ、第２層目の層間絶縁膜２２では、グローバル段差Ｈ１の約２倍程度のグローバル段差Ｈ２が生じたが、第３層目の層間絶縁膜３２では、グローバル段差Ｈ３は殆ど生じなかった。
【００４５】
図７は、ダミー配線を設けるにつき、メタル配線１１、２１、３１のそれぞれの層における配線密度のみを考慮した場合の半導体装置２００の概略縦断面を示している。
【００４６】
この場合には、第１層目の低密度領域１１１、第２層目の低密度領域２１１、第３層目の低密度領域３１１は全て配線密度が低い領域なので、第１層目の低密度領域１１１にはダミー配線１３、第２層目の低密度領域２１１にはダミー配線２３、第３層目の低密度領域３１１にはダミー配線３３１がそれぞれ設けられている。
【００４７】
また、第１層目の高密度領域１１３、第２層目の低密度領域２１３は配線密度が高い領域なので、ダミー配線は設けていないが、第３層目の低密度領域３１３は配線密度が低い領域なので、第３層目の低密度領域３１３にはダミー配線３３２が設けられている。
【００４８】
上記のようにして、ダミー配線を配置したので、第１層目の層間絶縁膜１２では、グローバル段差Ｈ１が生じ、第２層目の層間絶縁膜２２では、グローバル段差Ｈ１の約２倍程度のグローバル段差Ｈ２が生じ、第３層目の層間絶縁膜３２では、ダミー配線３３２を設けた結果、グローバル段差Ｈ２と同程度のグローバル段差Ｈ３が生じてしまった。
【００４９】
上記本実施の形態では、ダミー配線の寸法に限定は特にないが、例えば、ダミー配線の１３、２３、３３の寸法が２μｍ×２μｍであり、ダミー配線間の間隔を２μｍとすることができる。
【００５０】
また、上記実施の形態ではチップ５１を１００μｍ×１００μｍの領域５２に分割しているが、この値に限定するものではない。
【符号の説明】
【００５１】
１１ 第１層目のメタル配線
１２ 第１層目の層間絶縁膜
１３ 第１層目のダミー配線
２１ 第２層目のメタル配線
２２ 第２層目の層間絶縁膜
２３ 第２層目のダミー配線
３１ 第３層目のメタル配線
３２ 第３層目の層間絶縁膜
３３、３３１、３３２ 第３層目のダミー配線
４１ 第４層目のメタル配線
４２ 絶縁膜
５０ 半導体基板
５１ チップ
５２ 領域
６０ 多層配線
１００、２００ 半導体装置
１１１ 第１層目の低密度領域
１１２ 第１層目の中密度領域
１１３ 第１層目の高密度領域
１２１、１２３ 隆起部
２１１ 第２層目の低密度領域
２１２ 第２層目の中密度領域
２１３ 第２層目の高密度領域
３１１ 第３層目の低密度領域
３１２ 第３層目の中密度領域
３１３ 第３層目の低密度領域
５１１ 総和密度低領域
５１２ 総和密度中領域
５１３ 総和密度高領域
Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３ Ｈ４ グローバル段差
Ｈ５、Ｈ６ 表面段差
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数層のメタル配線と複数層の層間絶縁膜とが１層ずつ交互に積層された多層配線であって、前記複数層の層間絶縁膜の各層の層間絶縁膜が、前記各層の層間絶縁膜を形成する毎に研磨して平坦化された層間絶縁膜である前記多層配線のダミー配線配置方法であって、
前記多層配線を前記複数層のメタル配線と前記複数層の層間絶縁膜の積層方向と交差する平面内で複数の領域に分割し、前記複数の領域の各領域毎に、前記各領域の面積に対する前記各領域内の前記メタル配線の占有面積の割合を、前記複数層のメタル配線のうち、最上層のメタル配線以外の各層のメタル配線についてそれぞれ求め、
求めた前記割合を、前記複数の領域の各領域毎に、前記最上層のメタル配線以外の前記複数層のメタル配線について積算した積算割合をそれぞれ求め、
前記複数の領域の積算割合を用いて、予め求めておいた前記複数の領域のメタル配線の積算割合の相対値と前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の前記積層方向の相対位置との関係より、前記複数の領域間の前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の前記積層方向の相対位置関係を求め、
前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が前記予め決められた値以上の高さの位置にある領域の前記複数層のメタル配線の層にはダミー配線を配置せず、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が予め決められた値より低い位置にある領域の前記複数層のメタル配線のうち、少なくとも１つの層の前記メタル配線がある層にダミー配線を配置した、多層配線のダミー配線配置方法。
【請求項２】
前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が前記予め決められた値以上の高さの位置にある領域においては、前記占有面積の割合が、下層の２層のメタル配線よりも上層のメタル配線の方が小さい場合に、前記下層の２層のメタル配線の層および前記上層のメタル配線の層に前記ダミー配線を配置しない、請求項１記載のダミー配線配置方法。
【請求項３】
半導体基板上に、複数層のメタル配線と複数層の層間絶縁膜とが１層ずつ交互に積層された多層配線であって、前記複数層の層間絶縁膜の各層の層間絶縁膜が、前記各層の層間絶縁膜を形成する毎に研磨して平坦化された層間絶縁膜である前記多層配線を備える半導体装置の製造方法であって、
前記多層配線を前記複数層のメタル配線と前記複数層の層間絶縁膜の積層方向と交差する平面内で複数の領域に分割し、前記複数の領域の各領域毎に、前記各領域の面積に対する前記各領域内の前記メタル配線の占有面積の割合を、前記複数層のメタル配線のうち、最上層のメタル配線以外の各層のメタル配線についてそれぞれ求め、
求めた前記割合を、前記複数の領域の各領域毎に、前記最上層のメタル配線以外の前記複数層のメタル配線について積算した積算割合をそれぞれ求め、
前記複数の領域の積算割合を用いて、予め求めておいた前記複数の領域のメタル配線の積算割合の相対値と前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の前記積層方向の相対位置との関係より、前記複数の領域間の前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の前記積層方向の相対位置関係を求め、
前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が前記予め決められた値以上の高さの位置にある領域の前記複数層のメタル配線の層にはダミー配線を配置せず、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が予め決められた値より低い位置にある領域の前記複数層のメタル配線のうち、少なくとも１つの層の前記メタル配線がある層にダミー配線を配置するようにして前記多層配線を形成する工程を備える半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が前記予め決められた値以上の高さの位置にある領域においては、前記占有面積の割合が、下層の２層のメタル配線よりも上層のメタル配線の方が小さい場合に、前記下層の２層のメタル配線の層および前記上層のメタル配線の層に前記ダミー配線を配置しない、請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
複数層のメタル配線と複数層の層間絶縁膜とが１層ずつ交互に積層された多層配線であって、前記複数層の層間絶縁膜の各層の層間絶縁膜が、前記各層の層間絶縁膜を形成する毎に研磨して平坦化された層間絶縁膜である前記多層配線であって、
前記多層配線を前記複数層のメタル配線と前記複数層の層間絶縁膜の積層方向と交差する平面内で複数の領域に分割された前記複数の領域の各領域毎に、前記各領域の面積に対する前記各領域内の前記メタル配線の占有面積の割合を、前記複数層のメタル配線のうち、最上層のメタル配線以外の各層のメタル配線についてそれぞれ求め、
求めた前記割合を、前記複数の領域の各領域毎に、前記最上層のメタル配線以外の前記複数層のメタル配線について積算した積算割合をそれぞれ求め、
前記複数の領域の積算割合を用いて、予め求めておいた前記複数の領域のメタル配線の積算割合の相対値と前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の前記積層方向の相対位置との関係より、前記複数の領域間の前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の前記積層方向の相対位置関係を求め、
前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が前記予め決められた値以上の高さの位置にある領域の前記複数層のメタル配線の層にはダミー配線を配置せず、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が予め決められた値より低い位置にある領域の前記複数層のメタル配線のうち、少なくとも１つの層の前記メタル配線がある層にダミー配線を配置した、多層配線。
【請求項６】
前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が前記予め決められた値以上の高さの位置にある領域においては、前記占有面積の割合が、下層の２層のメタル配線よりも上層のメタル配線の方が小さい場合には、前記下層の２層のメタル配線の層および前記上層のメタル配線の層には前記ダミー配線が配置されていない、請求項５記載の多層配線。
【請求項７】
半導体基板上に、複数層のメタル配線と複数層の層間絶縁膜とが１層ずつ交互に積層された多層配線であって、前記複数層の層間絶縁膜の各層の層間絶縁膜が、前記各層の層間絶縁膜を形成する毎に研磨して平坦化された層間絶縁膜である前記多層配線を備える半導体装置であって、
前記多層配線を前記複数層のメタル配線と前記複数層の層間絶縁膜の積層方向と交差する平面内で複数の領域に分割された前記複数の領域の各領域毎に、前記各領域の面積に対する前記各領域内の前記メタル配線の占有面積の割合を、前記複数層のメタル配線のうち、最上層のメタル配線以外の各層のメタル配線についてそれぞれ求め、
求めた前記割合を、前記複数の領域の各領域毎に、前記最上層のメタル配線以外の前記複数層のメタル配線について積算した積算割合をそれぞれ求め、
前記複数の領域の積算割合を用いて、予め求めておいた前記複数の領域のメタル配線の積算割合の相対値と前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の前記積層方向の相対位置との関係より、前記複数の領域間の前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の前記積層方向の相対位置関係を求め、
前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が前記予め決められた値以上の高さの位置にある領域の前記複数層のメタル配線の層にはダミー配線を配置せず、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が予め決められた値より低い位置にある領域の前記複数層のメタル配線のうち、少なくとも１つの層の前記メタル配線がある層にダミー配線を配置した前記多層配線を備える半導体装置。
【請求項８】
前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が前記予め決められた値以上の高さの位置にある領域においては、前記占有面積の割合が、下層の２層のメタル配線よりも上層のメタル配線の方が小さい場合には、前記下層の２層のメタル配線の層および前記上層のメタル配線の層には前記ダミー配線が配置されていない、請求項７記載の半導体装置。
【請求項１】
複数層のメタル配線と複数層の層間絶縁膜とが１層ずつ交互に積層された多層配線であって、前記複数層の層間絶縁膜の各層の層間絶縁膜が、前記各層の層間絶縁膜を形成する毎に研磨して平坦化された層間絶縁膜である前記多層配線のダミー配線配置方法であって、
前記多層配線を前記複数層のメタル配線と前記複数層の層間絶縁膜の積層方向と交差する平面内で複数の領域に分割し、前記複数の領域の各領域毎に、前記各領域の面積に対する前記各領域内の前記メタル配線の占有面積の割合を、前記複数層のメタル配線のうち、最上層のメタル配線以外の各層のメタル配線についてそれぞれ求め、
求めた前記割合を、前記複数の領域の各領域毎に、前記最上層のメタル配線以外の前記複数層のメタル配線について積算した積算割合をそれぞれ求め、
前記複数の領域の積算割合を用いて、予め求めておいた前記複数の領域のメタル配線の積算割合の相対値と前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の前記積層方向の相対位置との関係より、前記複数の領域間の前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の前記積層方向の相対位置関係を求め、
前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が前記予め決められた値以上の高さの位置にある領域の前記複数層のメタル配線の層にはダミー配線を配置せず、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が予め決められた値より低い位置にある領域の前記複数層のメタル配線のうち、少なくとも１つの層の前記メタル配線がある層にダミー配線を配置した、多層配線のダミー配線配置方法。
【請求項２】
前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が前記予め決められた値以上の高さの位置にある領域においては、前記占有面積の割合が、下層の２層のメタル配線よりも上層のメタル配線の方が小さい場合に、前記下層の２層のメタル配線の層および前記上層のメタル配線の層に前記ダミー配線を配置しない、請求項１記載のダミー配線配置方法。
【請求項３】
半導体基板上に、複数層のメタル配線と複数層の層間絶縁膜とが１層ずつ交互に積層された多層配線であって、前記複数層の層間絶縁膜の各層の層間絶縁膜が、前記各層の層間絶縁膜を形成する毎に研磨して平坦化された層間絶縁膜である前記多層配線を備える半導体装置の製造方法であって、
前記多層配線を前記複数層のメタル配線と前記複数層の層間絶縁膜の積層方向と交差する平面内で複数の領域に分割し、前記複数の領域の各領域毎に、前記各領域の面積に対する前記各領域内の前記メタル配線の占有面積の割合を、前記複数層のメタル配線のうち、最上層のメタル配線以外の各層のメタル配線についてそれぞれ求め、
求めた前記割合を、前記複数の領域の各領域毎に、前記最上層のメタル配線以外の前記複数層のメタル配線について積算した積算割合をそれぞれ求め、
前記複数の領域の積算割合を用いて、予め求めておいた前記複数の領域のメタル配線の積算割合の相対値と前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の前記積層方向の相対位置との関係より、前記複数の領域間の前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の前記積層方向の相対位置関係を求め、
前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が前記予め決められた値以上の高さの位置にある領域の前記複数層のメタル配線の層にはダミー配線を配置せず、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が予め決められた値より低い位置にある領域の前記複数層のメタル配線のうち、少なくとも１つの層の前記メタル配線がある層にダミー配線を配置するようにして前記多層配線を形成する工程を備える半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が前記予め決められた値以上の高さの位置にある領域においては、前記占有面積の割合が、下層の２層のメタル配線よりも上層のメタル配線の方が小さい場合に、前記下層の２層のメタル配線の層および前記上層のメタル配線の層に前記ダミー配線を配置しない、請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
複数層のメタル配線と複数層の層間絶縁膜とが１層ずつ交互に積層された多層配線であって、前記複数層の層間絶縁膜の各層の層間絶縁膜が、前記各層の層間絶縁膜を形成する毎に研磨して平坦化された層間絶縁膜である前記多層配線であって、
前記多層配線を前記複数層のメタル配線と前記複数層の層間絶縁膜の積層方向と交差する平面内で複数の領域に分割された前記複数の領域の各領域毎に、前記各領域の面積に対する前記各領域内の前記メタル配線の占有面積の割合を、前記複数層のメタル配線のうち、最上層のメタル配線以外の各層のメタル配線についてそれぞれ求め、
求めた前記割合を、前記複数の領域の各領域毎に、前記最上層のメタル配線以外の前記複数層のメタル配線について積算した積算割合をそれぞれ求め、
前記複数の領域の積算割合を用いて、予め求めておいた前記複数の領域のメタル配線の積算割合の相対値と前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の前記積層方向の相対位置との関係より、前記複数の領域間の前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の前記積層方向の相対位置関係を求め、
前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が前記予め決められた値以上の高さの位置にある領域の前記複数層のメタル配線の層にはダミー配線を配置せず、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が予め決められた値より低い位置にある領域の前記複数層のメタル配線のうち、少なくとも１つの層の前記メタル配線がある層にダミー配線を配置した、多層配線。
【請求項６】
前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が前記予め決められた値以上の高さの位置にある領域においては、前記占有面積の割合が、下層の２層のメタル配線よりも上層のメタル配線の方が小さい場合には、前記下層の２層のメタル配線の層および前記上層のメタル配線の層には前記ダミー配線が配置されていない、請求項５記載の多層配線。
【請求項７】
半導体基板上に、複数層のメタル配線と複数層の層間絶縁膜とが１層ずつ交互に積層された多層配線であって、前記複数層の層間絶縁膜の各層の層間絶縁膜が、前記各層の層間絶縁膜を形成する毎に研磨して平坦化された層間絶縁膜である前記多層配線を備える半導体装置であって、
前記多層配線を前記複数層のメタル配線と前記複数層の層間絶縁膜の積層方向と交差する平面内で複数の領域に分割された前記複数の領域の各領域毎に、前記各領域の面積に対する前記各領域内の前記メタル配線の占有面積の割合を、前記複数層のメタル配線のうち、最上層のメタル配線以外の各層のメタル配線についてそれぞれ求め、
求めた前記割合を、前記複数の領域の各領域毎に、前記最上層のメタル配線以外の前記複数層のメタル配線について積算した積算割合をそれぞれ求め、
前記複数の領域の積算割合を用いて、予め求めておいた前記複数の領域のメタル配線の積算割合の相対値と前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の前記積層方向の相対位置との関係より、前記複数の領域間の前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の前記積層方向の相対位置関係を求め、
前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が前記予め決められた値以上の高さの位置にある領域の前記複数層のメタル配線の層にはダミー配線を配置せず、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が予め決められた値より低い位置にある領域の前記複数層のメタル配線のうち、少なくとも１つの層の前記メタル配線がある層にダミー配線を配置した前記多層配線を備える半導体装置。
【請求項８】
前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が最も高い位置にある領域に対して、前記最上層のメタル配線直下の前記層間絶縁膜の上面の位置が前記予め決められた値以上の高さの位置にある領域においては、前記占有面積の割合が、下層の２層のメタル配線よりも上層のメタル配線の方が小さい場合には、前記下層の２層のメタル配線の層および前記上層のメタル配線の層には前記ダミー配線が配置されていない、請求項７記載の半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−３６０２（Ｐ２０１１−３６０２Ａ）
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４３５２２（Ｐ２００９−１４３５２２）
【出願日】平成２１年６月１６日（２００９．６．１６）
【出願人】（３０８０３３７１１）ＯＫＩセミコンダクタ株式会社 (898)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１６日（２００９．６．１６）
【出願人】（３０８０３３７１１）ＯＫＩセミコンダクタ株式会社 (898)
【Ｆターム（参考）】
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