JP2000114258A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2000114258A
JP2000114258A JP10276127A JP27612798A JP2000114258A JP 2000114258 A JP2000114258 A JP 2000114258A JP 10276127 A JP10276127 A JP 10276127A JP 27612798 A JP27612798 A JP 27612798A JP 2000114258 A JP2000114258 A JP 2000114258A
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JP
Japan
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dummy
semiconductor device
insulating film
element isolation
region
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JP10276127A
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English (en)
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Naoki Koido
直樹 小井土
Yuji Takeuchi
祐司 竹内
Seiichi Aritome
誠一 有留
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 新しい設計規則を用いて平坦化のバラツキを
低減し、製品歩留まり向上を図った半導体装置を提供す
る。 【解決手段】 半導体基板11に、分布に疎密がある状
態で回路動作に必要な凸部12が配列形成され、少なく
とも凸部12の周囲に埋め込まれて凸部12の配列面全
体を平坦化する平坦化膜が形成された半導体装置におい
て、前記凸部12の分布が疎である領域に、回路動作に
無用な一定形状の第1のダミー凸部13が周期的に配列
されると共に、第1のダミー凸部13の配列では埋めら
れない領域に回路動作に無用な任意形状の第2のダミー
凸部14が配置される。

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の属する技術分野】
【0001】この発明は、凸型をなす回路パターンが疎
密を持つ分布で配置され、且つその回路パターンが平坦
化される半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】EEPROMその他の高集積化半導体メ
モリ等においては、凸型をなす回路パターンを平坦化す
る技術が重要である。例えば、この種の半導体装置にお
ける素子分離技術として、STI(Shallow Trench Iso
lation)が知られている。STI技術では、半導体基板
の素子分離領域に浅い溝を加工し、この溝に素子分離絶
縁膜を平坦に埋め込むことが行われる。
【0003】図8は、半導体基板1に加工された素子分
離用溝3により囲まれて凸型の素子領域2が配列された
状態を示している。図9(a)はその断面構造である。
素子分離絶縁膜の埋め込みはこの後、CVDによるシリ
コン酸化膜を堆積し、これをCMP処理により平坦化す
ることにより行われる。これにより、図9(b)のよう
に、溝3に素子分離絶縁膜4が埋め込まれる。なお図9
中、5は酸化膜、6は素子分離用溝3を加工する際のマ
スクとなる例えばシリコン窒化膜である。
【0004】しかし、図9に示すように、凸型をなして
配列される素子領域2の配置に疎密があると、素子分離
絶縁膜のCMP処理の工程で、密度が疎である領域では
密の領域に比べて研磨が大きく進み、図9(b)に示す
ように平坦化のバラツキが生じる。この様な平坦化のバ
ラツキは、その後のリソグラフィにおけるフォーカスマ
ージンの低下、エッチングマージンの低下をもたらし、
製品の歩留まりを低下させる原因となる。
【0005】同様の問題は、素子形成後の層間絶縁膜の
堆積と平坦化の場合にもある。即ち図10に示すよう
に、平坦化された基板1上にMOSトランジスタのゲー
ト電極7がゲート絶縁膜8を介して凸型をなして配列形
成され、この後層間絶縁膜9が堆積されて、CMP処理
される。このとき、MOSトランジスタの配置密度が疎
である領域では研磨が大きく進む結果、図示のように層
間絶縁膜9の平坦化にバラツキが生じる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
半導体装置の平坦化技術では、凸部の分布に疎密がある
場合に十分な平坦化ができず、これが製品の歩留まりを
低下させるという問題があった。
【0007】この発明は、上記事情を考慮してなされた
もので、新しい設計規則を用いて平坦化のバラツキを低
減し、製品歩留まり向上を図った半導体装置を提供する
ことを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明は、半導体基板
に、分布に疎密がある状態で回路動作に必要な凸部が配
列形成され、少なくとも凸部の周囲に埋め込まれて凸部
の配列面全体を実質的に平坦化する平坦化膜が形成され
た半導体装置において、前記凸部の分布が疎である領域
に、回路動作に無用な略一定形状の第1のダミー凸部が
周期的に配列されると共に、第1のダミー凸部の配列で
は埋められない領域に回路動作に無用な任意形状の第2
のダミー凸部が配置されていることを特徴とする。
【0009】この発明において、(a)前記凸部が、前
記半導体基板に加工された素子分離用溝により囲まれた
素子領域である場合、前記第1及び第2のダミー凸部は
素子分離用溝に囲まれたダミー素子領域であり、前記平
坦化膜は前記素子分離用溝に埋め込まれる素子分離絶縁
膜である。またこの発明において、(b)前記凸部が、
素子分離絶縁膜が形成された半導体基板の素子領域に形
成されたトランジスタである場合、前記第1及び第2の
ダミー凸部はダミー素子領域に形成されたダミートラン
ジスタであり、前記平坦化膜は前記トランジスタ及びダ
ミートランジスタを覆う層間絶縁膜である。更にこの発
明において、(c)前記凸部が、素子が形成された半導
体基板上に第1の層間絶縁膜を介して形成された信号配
線層である場合、前記第1及び第2のダミー凸部は前記
第1の層間絶縁膜上に形成されたダミー信号配線層であ
り、前記平坦化膜は前記信号配線層及びダミー信号配線
層を覆う第2の層間絶縁膜である。この発明において、
前記第1のダミー凸部は、矩形パターン、ライン状パタ
ーンのいずれかをもって周期的に配列される。この発明
によると、疎密がある状態で回路パターン等の凸部が配
列される半導体基板に、回路的には意味を持たないダミ
ー凸部を捨てパターンとして配置することにより、平坦
化膜による平坦化のバラツキを低減できる。特にこの発
明では、ダミー凸部として、一定の周期的パターンによ
り広い領域を埋める第1のダミー凸部に加えて、それだ
けでは埋めきれない領域に任意形状の第2のダミー凸部
を配置することにより、平坦化のバラツキは効果的に低
減される。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施例を説明する。図1は、一実施例による半導体装
置のレイアウトを示している。シリコン基板11には、
斜線で示すように、回路動作に必要な複数個の凸部12
が例えば回路パターンとして配列形成される。凸部12
は、疎密のある分布を示す。この実施例では、凸部12
の配置密度が疎となる領域に、凸部12と共に、回路動
作には無用な第1のダミー凸部13が配列される。第1
のダミー凸部13は、矩形パターン(図の場合、正方形
パターン)をもって周期的に配列される。具体的には例
えば、第1のダミー凸部13として、5μm角の正方形
パターンが3μm間隔で配列される。
【0011】しかし、第1のダミー凸部13の規則的な
配列では未だ埋められない疎の領域が残る。そこでこの
実施例では、更に第1のダミー凸部13では埋められな
い領域に、任意形状の第2のダミー凸部14が配置され
る。この第2のダミー凸部14も回路動作には無用のも
ので、凸部12及び第1のダミー凸部13と同時に形成
される。
【0012】図2は別の実施例であり、図1の実施例で
矩形パターンとした第1のダミー凸部13を、ライン状
をなして周期的に配列している。この場合も、例えばラ
イン幅を5μm、ライン間隔を3μmとする。
【0013】図3は、具体的に、図1或いは図2におけ
る凸部12が素子領域12aである場合に、その周囲に
形成された溝21に素子分離絶縁膜22が埋め込まれた
状態の断面を示している。素子領域12aが形成されな
い広い素子分離領域には、図1或いは図2における第1
及び第2のダミー凸部13,14として、斜線で示す第
1及び第2のダミー素子領域13a,14aを配置す
る。これにより、素子分離絶縁膜22は基板全体にわた
って実質的に平坦に埋め込まれる。ダミー素子領域13
a,14aはその後配線を接続されることなく、回路的
には利用されない捨てパターンとなる。
【0014】図4は、素子分離絶縁膜22の平坦化埋め
込み工程の例を示している。素子領域12a(第1及び
第2のダミー素子領域も同じ)は、実際には図4(a)
に示すように、酸化膜41を介してシリコン窒化膜マス
ク42で覆われ、この窒化膜マスク42を用いて基板1
1をRIEによりエッチングして溝21が加工される。
その後素子分離絶縁膜22としてCVDシリコン酸化膜
を堆積し、窒化膜マスク42をストッパとして素子分離
絶縁膜22を直接CMPにより研磨して、図4(b)に
示すように、溝21に埋め込む。
【0015】図5は、素子分離絶縁膜の別の埋め込み工
程を示している。図5(a)に示すように、素子分離絶
縁膜22となるCVDシリコン酸化膜を堆積した後、更
にその上に多結晶シリコン膜51を堆積する。そして、
多結晶シリコン膜51をCMP処理して平坦化した後、
RIEにより多結晶シリコン膜51と素子分離絶縁膜2
2をエッチバックして、図5(b)の状態を得る。その
後残された多結晶シリコン膜51をCDE(ケミカルド
ライエッチング)法によりエッチング除去し、更にCM
P処理を行って、図5(c)に示すように素子分離絶縁
膜22を平坦に埋め込む。
【0016】その他、図には示さないが、素子分離絶縁
膜堆積後、その表面をレジストの塗布により平坦化し、
RIE法を利用したエッチバックを行って、素子分離絶
縁膜を溝に埋め込む方法等を用いることもできる。ま
た、素子分離用溝を加工する際、素子領域を酸化膜、ゲ
ート電極材料膜及びマスク材で覆い、後にゲート電極材
料膜をパターニングすることでこれをそのままゲート電
極としてもよい。
【0017】図6は、図1或いは図2における凸部12
がトランジスタ12bである場合に、その表面に平坦に
層間絶縁膜63を形成した状態の断面を示している。ト
ランジスタ12bは具体的には、ゲート絶縁膜61を介
してゲート電極62が形成されたMOSトランジスタで
ある。トランジスタ12bが形成されない広い素子分離
領域には、図3と同様にしてダミー素子領域(斜線で示
す)を形成し、第1及び第2のダミー凸部13,14と
して、ダミートランジスタ13b,14bを配置する。
これにより、層間絶縁膜63は、簡単な平坦化処理で基
板全体にわたって実質的に平坦に形成される。
【0018】図7は更に、図1或いは図2における凸部
12が信号配線層12cである場合の断面構造を示して
いる。トランジスタ71が形成された面は第1の層間絶
縁膜72で平坦に覆われ、この上にアルミニウム等によ
り信号配線層12cが形成される。信号配線層12cの
密度が疎である部分には、図1或いは図2における第1
及び第2のダミー凸部13,14に相当するダミー信号
配線層13c,14cを配置する。これにより、信号配
線層上に形成される第2の層間絶縁膜73は、簡単な平
坦化工程で実質的に平坦に形成される。
【0019】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、疎
密がある状態で回路パターン等の凸部が配列される半導
体基板に、回路的には意味を持たないダミー凸部とし
て、略一定の周期的パターンにより広い領域を埋める第
1のダミー凸部と共に、それだけでは埋めきれない領域
に任意形状の第2のダミー凸部を配置することにより、
平坦化のバラツキは効果的に低減され、半導体装置の歩
留まり向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例による半導体装置のレイア
ウトを示す。
【図2】この発明の別の実施例による半導体装置のレイ
アウトを示す。
【図3】凸部が素子領域である場合の図1或いは図2の
断面構造を示す。
【図4】素子分離絶縁膜の埋め込み工程例を示す。
【図5】素子分離絶縁膜の他の埋め込み工程を示す。
【図6】凸部がトランジスタである場合の図1或いは図
2の断面構造を示す。
【図7】凸部が信号配線層である場合の図1或いは図2
の断面構造を示す。
【図8】従来の半導体装置の素子領域のレイアウトを示
す。
【図9】同半導体装置の素子分離溝を形成した状態及び
素子分離絶縁膜を埋め込んだ状態の断面を示す。
【図10】従来の半導体装置の層間絶縁膜堆積の状態を
示す断面図である。
【符号の説明】
11…シリコン基板、12…凸部、13…第1のダミー
凸部、14…第2のダミー凸部、12a…素子領域、1
3a,14a…ダミー素子領域、21…溝、22…素子
分離絶縁膜、12b…トランジスタ、13b,14b…
ダミートランジスタ、63…層間絶縁膜、12c…信号
配線層、13c,14c…ダミー信号配線層、72,7
3…層間絶縁膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 有留 誠一 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Fターム(参考) 5F033 AA61 AA62 AA66 CA01

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板に、分布に疎密がある状態で
    回路動作に必要な凸部が配列形成され、少なくとも凸部
    の周囲に埋め込まれて凸部の配列面全体を実質的に平坦
    化する平坦化膜が形成された半導体装置において、 前記凸部の分布が疎である領域に、回路動作に無用な略
    一定形状の第1のダミー凸部が周期的に配列されると共
    に、第1のダミー凸部の配列では埋められない領域に回
    路動作に無用な任意形状の第2のダミー凸部が配置され
    ていることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記凸部は前記半導体基板に加工された
    素子分離用溝により囲まれた素子領域であり、前記第1
    及び第2のダミー凸部は素子分離用溝に囲まれたダミー
    素子領域であり、前記平坦化膜は前記素子分離用溝に埋
    め込まれる素子分離絶縁膜であることを特徴とする請求
    項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記凸部は素子分離絶縁膜が形成された
    半導体基板の素子領域に形成されたトランジスタであ
    り、前記第1及び第2のダミー凸部はダミー素子領域に
    形成されたダミートランジスタであり、前記平坦化膜は
    前記トランジスタ及びダミートランジスタを覆う層間絶
    縁膜であることを特徴とする請求項1記載の半導体装
    置。
  4. 【請求項4】 前記凸部は素子が形成された半導体基板
    上に第1の層間絶縁膜を介して形成された信号配線層で
    あり、前記第1及び第2のダミー凸部は前記第1の層間
    絶縁膜上に形成されたダミー信号配線層であり、前記平
    坦化膜は前記信号配線層及びダミー信号配線層を覆う第
    2の層間絶縁膜であることを特徴とする請求項1記載の
    半導体装置。
  5. 【請求項5】 前記第1のダミー凸部は、矩形パター
    ン、ライン状パターンのいずれかをもって周期的に配列
    されることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
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