JP2001144171A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ダミーパターンが大きい場合は、平坦化が困
難であり、ダミーパターンが小さい場合は、データ量が
多くなって時間がかかるという問題を同時に解決する。 【解決手段】 シャロートレンチアイソレーションを採
用するプロセスで、Pウェル3とNウェル4の内側には
ダミーパターン小2を形成し、Pウェル3とNウェル4
の外側には大きなダミーパターン大1を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板のトレ
ンチに埋め込まれた素子分離層の平坦化を改善する半導
体装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体素子の高集積化によりパターン密
度が高くなり、素子の間隔も縮まっている。これによ
り、従来の素子分離方法であるLOCOS(Local
Oxidation of Silicon)のよう
な方法では、バーズビークの発生により素子間分離領域
の寸法が制限され、また、熱酸化により歪みが発生して
リーク電流が増え、素子間の分離を十分に達成できな
い。
【0003】このような問題を解決するための方法とし
て、半導体基板にトレンチを形成し、ここに酸化物のよ
うな絶縁物質を埋め込んでCMP(Chemical
Mechanical Polishing)により研
磨するSTI(Shallow Trench Iso
lation)法が注目されている。このSTI方法
は、素子分離膜の形成においてバーズビークが発生せ
ず、LOCOSのように熱酸化を行わないので、LOC
OSにおける欠点を改善することができる。
【0004】このSTI法により絶縁分離領域を形成す
る際に、絶縁分離領域(SiO2 )と、デバイス領域
(Si基板)との占有比率が大きく異なると、トレンチ
上にSiO2 膜を被覆して全体をCMP法により研磨す
るときに、半導体基板が場所により削られ過ぎるという
問題があり、その結果、半導体基板表面の高低差が大き
いと、後の露光工程でゲート寸法ばらつきが大きくな
る。そこで、絶縁分離領域とデバイス領域の比率が同等
となるように絶縁分離領域中にデバイス領域のダミーパ
ターンを形成することが行われている。
【0005】図5および図6は、従来のダミーパターン
を配置した状態を示す図であり、PウェルとN+ 拡散層
とP+ 拡散層とポリシリコンからできているCMOS回
路のレイアウトを示している。基本的にダミーパターン
の入り方は同じため、Nウェルの場合を省略し、Pウェ
ルの場合を示している。図5は、ウェルの内側と外側に
大きなダミーパターンを用いた場合であり、図6は、ウ
ェルの内側と外側に小さなダミーパターンを用いた場合
である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】図5に示すようにウェ
ルの内と外に大きいダミーパターンを用いた場合には、
ダミーパターンが大きいために、また、ウェル内外が導
通する問題からウェル境界上にはダミーパターンを配置
できないこともあり、ウェルの内側にダミーパターンを
生成することが難しく、CMPによる研磨で削られ過ぎ
て、平坦化が困難であるという問題がある。
【0007】また、図6に示すように小さいダミーパタ
ーンを用いた場合には、Si基板が場所により削られ過
ぎるということだけを問題にするのであれば、ダミーパ
ターンが小さい方がより平坦化が可能であが、ダミーパ
ターンが小さいと、STI用溝形成のパターンデータ量
が多くなり、マスクパターンデータの作成に時間がかか
ってしまうという問題がある。また、マスクを作るため
の電子ビーム(EB)露光も時間がかかってしまうとい
う問題がある。
【0008】本発明の目的は、ダミーパターンが大きい
場合は、平坦化が困難であり、ダミーパターンが小さい
場合は、データ量が多くなって時間がかかるという矛盾
した問題を同時に解決する半導体装置およびその製造方
法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、シャロートレ
ンチアイソレーションを採用するプロセスで、フィール
ドのダミーパターンを配置する場合に、ウェルの内側に
は小さいダミーパターンを配置し、ウェルの外側には大
きいダミーパターンを配置することを特徴とする。
【0010】また、本発明は、前記ウェルの境界上に前
記小さいダミーパターンおよび大きいダミーパターンを
配置しないことを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
【0012】図1は、本発明の半導体装置の実施の形態
を示すレイアウト図であり、PウェルとNウェルとN+
拡散層とP+ 拡散層とポリシリコンからできているCM
OS回路のレイアウトを示している。図1を参照する
と、Pウェル3には、P+ 拡散層5とN+ 拡散層7とポ
リシリコン9が形成されており、Nウェル4には、N+
拡散層6とP+ 拡散層8とポリシリコン10が形成され
ており、さらに、Pウェル3とNウェル4の内側にはダ
ミーパターン小2が形成されており、Pウェル3とNウ
ェル4の外側には大きなダミーパターン大1が形成され
ている。
【0013】このように、ウェルの外側にダミーパター
ン大を形成することにより、ウェルの内と外にダミーパ
ターン小を形成したときに比べ、パターンデータ量が少
なくし、マスクデータを作るための処理時間を短縮する
ことができる。また、マスクを作成する時の電子ビーム
露光時間を短縮することができる。
【0014】また、ウェルの内側に小さいダミーパター
ンを配置することにより、実際にトランジスタになると
ころの周りに、ダミーパターンが入ることにより、より
よい平坦化が実現でき、段差を小さくすることができ
る。
【0015】次に、本発明の半導体装置の製造方法につ
いて説明する。なお、ウェルといった場合は、Nウェル
とPウェルの両方を指すものとする。同様に、拡散層と
いった場合は、N+ 拡散層とP+ 拡散層の両方を指すも
のとする。
【0016】この説明では、ダミーパターンデータは、
マスクデータを作る段階で入れる場合について述べる。 (1)初めにチップ全面にダミーパターンの大と小を重
ねて配置しておく。 (2)ダミーパターンは、ウェルの内側または外側に存
在しても良いが、跨いではいけない。ウェルの境界を跨
ぐようなダミーパターンでは、後の工程でシリサイド化
が行われると、ウェル内外が導通して問題となるからで
ある。また、ウェルの境界から一定の距離を離しておか
なければならない。同様に、ダミーパターンは、拡散層
と重なってはいけない。また、拡散層から一定の距離を
離しておかなければならない。ポリシリコンは、容量を
少なくするためにダミーパターンと重なってはいけな
い。また、拡散層から一定の距離を離しておかなければ
ならない。 (3)(2)で述べた条件を満足するようにマスクデー
タを作る。初めに、ウェルを太らせ処理したデータをダ
ミーパターン大のデータから図形的に差し引くことによ
ってウェルの内側に存在するダミーパターン大を消去す
る。ただし、単に差し引いた場合では、微小なパターン
が残る可能性がある。微小なパターンが残ると、取り扱
いが煩雑になるので、残ったダミーパターン大を一端細
らせ、ある基準以下ものを消去した後、ダミーパターン
大を元の大きさに戻すことによって、微小なパターンが
残らないようにする。 (4)次に、ウェルを細らせ処理したデータとダミーパ
ターン小のデータと図形的に積をとって重なっていると
ころ、すなわちウェルの内側のダミーパターン小を残
す。さらに、拡散層とポリシリコンを太らせ処理したデ
ータを残ったダミーパターン小から更に差し引いて消去
することによって、ウェル内でダミーパターン小が拡散
層やポリシリコンの領域と重ならないようにする。
【0017】以上の処理を行うことにより、ウェルの外
側にダミーパターン大が入り、ウェルの内側にダミーパ
ターン小が入ったデータができる。
【0018】図2は、実際に用いられるダミーパターン
の大きさとダミーパターン間の間隔を示す図である。ウ
ェルの外側に形成するダミーパターン大は、1辺が3μ
mの正方形とし、パターン間を1.2μmとした。ウェ
ルの内側に形成するダミーパターン小は、1辺が0.8
μmの正方形とし、パターン間を0.4μmとした。
【0019】なお、本発明は、ダミーパターンの大きさ
を図2に示す値に限定するものではなく、ダミーパタン
大は、1辺が2〜4μmのものを用いることができるも
のであり、ダミーパターン小は、1辺が0.4〜1.5
μmのものを用いることができるものである。ダミーパ
ターン大の寸法がこの範囲より大きいとダミーパターン
としての効果が得られず、この範囲より小さいとデータ
量が多くなってデータ量削減の効果が得られない。一
方、ダミーパターン小の寸法がこの範囲より大きいとウ
ェル内にダミーパターンを配置することが困難であり、
この範囲より小さいとデータ量が多くなり過ぎるという
問題がある。また、ダミーパターンの形は正方形に限る
ものではない。
【0020】図3(a)は、窒化膜をSi基板上に形成
し、デバイス領域およびダミーパターン部分には窒化膜
を残し、その他の領域は、窒化膜を除去後、エッチング
して溝を形成し、その後、全体にトレンチ酸化膜を形成
した後における、周りにダミーパターンがない部分のト
レンチ酸化膜CMP後の断面図であり、窒化膜とSi基
板との界面からのSiO2 の残り量が600Åであるこ
とを示している。図3(b)は、ダミーパターン大が形
成されている部分のトレンチ酸化膜CMP後の断面図で
あり、窒化膜とSi基板との界面からのSiO2 の残り
量が800Åであることを示している。ばらつき量は2
00Åである。
【0021】図4(a)は、ウェル内側のダミーパター
ン小が形成されている部分のトレンチ酸化膜CMP後の
断面図であり、窒化膜とSi基板との界面からのSiO
2 の残り量が800Åであることを示している。図4
(b)は、ウェル外側のダミーパターン大が形成されて
いる部分のトレンチ酸化膜CMP後の断面図であり、窒
化膜とSi基板との界面からのSiO2 の残り量が76
0Åであることを示している。ばらつき量は40Åであ
る。
【0022】トレンチ酸化膜CMP後のSiO2 の残り
量のばらつき量は、ダミーパターンがない部分とダミー
パターン大が形成されている部分が混在する場合と、ウ
ェル内側にダミーパターン小が形成された部分とダミー
パターン大が形成されている部分が混在する場合を比較
すると、200Åであったものが40Åに低減した。
【0023】なお、ここでは、ダミーパターンデータ
は、マスクデータを作る段階で入れる場合について説明
したが、STI用の露光の段階でダミーパターンなしの
露光と、ダミーパターンのみの露光を行ってもよい。ま
た、以上の説明では、トレンチ酸化膜のCMPを行うと
きに、SiO2 を埋め込んだ溝部分が、溝部分以外より
も削られ易い構造を例にとって説明したが、これに限ら
れるものではなく、溝部分以外の方が削られ易い構造で
あってもよい。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ウェル
の外側に大きなダミーパターンを配置することにより、
データ量が少なくなり、マスクデータを作るための処理
時間を短縮することができる。また、マスクを作成する
時のEB露光時間を短縮することができる。
【0025】また、ウェルの内側に小さいダミーパター
ンを配置することにより、実際にトランジスタになると
ころの周りに、ダミーパターンが入ることにより、より
よい平坦化が実現でき、段差を小さくすることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の実施の形態を示すレイア
ウト図である。
【図2】実際に用いられるダミーパターンの大きさとダ
ミーパターン間の間隔を示す図である。
【図3】周りにダミーパターンがない部分と、ダミーパ
ターン大が形成されている部分のトレンチ酸化膜CMP
後の断面図である。
【図4】ウェル内側のダミーパターン小が形成されてい
る部分と、ウェル外側のダミーパターン大が形成されて
いる部分のトレンチ酸化膜CMP後の断面図である。
【図5】従来の大きいダミーパターンを配置した状態を
示す図である。
【図6】従来の小さいダミーパターンを配置した状態を
示す図である。
【符号の説明】
1 ダミーパターン大 2 ダミーパターン小 3 Pウェル 4 Nウェル 5,8 P+ 拡散層 6,7 N+ 拡散層 9,10 ポリシリコン

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シャロートレンチアイソレーションを採用
    するプロセスで、フィールドのダミーパターンを配置す
    る場合に、ウェルの内側には小さいダミーパターンを配
    置し、ウェルの外側には大きいダミーパターンを配置す
    ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】前記ウェルの境界上に前記小さいダミーパ
    ターンおよび大きいダミーパターンを配置しないことを
    特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】前記ウェルおよびパターンのリサイズによ
    り重なる部分のパターンを残しあるいは消去することに
    よりウェルの境界上に前記大きいダミーパターンおよび
    小さいダミーパターンを配置しない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。
  4. 【請求項4】前記大きいダミーパターンは、1辺が2〜
    4μmの正方形であり、小さいダミーパターンは、1辺
    が0.4〜1.5μmの正方形であることを特徴とする
    請求項1〜3のいずれかに記載の半導体装置の製造方
    法。
  5. 【請求項5】ウェルを基準に、ウェルの内側には小さい
    ダミーパターンが形成され、ウェルの外側には大きいダ
    ミーパターンが形成されていることを特徴とする半導体
    装置。
  6. 【請求項6】前記ウェルの境界上にダミーパターンを形
    成されていないことを特徴とする請求項5に記載の半導
    体装置。
  7. 【請求項7】前記大きいダミーパターンは、1辺が2〜
    4μmの正方形であり、小さいダミーパターンは、1辺
    が0.4〜1.5μmの正方形であることを特徴とする
    請求項5または6に記載の半導体装置。
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