JP2014209661A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体装置及びその製造方法に関し、特に、CMP(Chemical Mechanical Polishing)による平坦化プロセスを用いた半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device using a planarization process by CMP (Chemical Mechanical Polishing) and a manufacturing method thereof.
半導体装置の製造において、各層の平坦化を行う方法として、CMPがよく用いられる。CMPによる平坦化プロセスにおいては、ディッシングやエロージョンの発生を抑制するために、CMP用のダミーパターンを配置するという方法が採られている(特許文献1参照)。そして、一般に、CMP用のダミーパターンは、CMPが行われる各層において最適となるように、その大きさ、数及び配置が決められている。 In manufacturing a semiconductor device, CMP is often used as a method for planarizing each layer. In the planarization process by CMP, a method of arranging a dummy pattern for CMP is used in order to suppress the occurrence of dishing and erosion (see Patent Document 1). In general, the size, number, and arrangement of dummy patterns for CMP are determined so as to be optimal in each layer where CMP is performed.
しかしながら、近年、さらなる微細化が進んだ半導体装置において、パーティクルやパターンのショートなどの欠陥を検出するために、光学的な欠陥検査を行った場合、以下のような問題が発生することが判明した。 However, in recent years, it has been found that the following problems occur when optical defect inspection is performed to detect defects such as particles and pattern shorts in semiconductor devices that have been further miniaturized. .
すなわち、微細化により、より小さい欠陥やパーティクルを検出しなければならず、そのため検出感度を高くする必要が生じる。しかし、検出感度を上げると、上述のように各層で最適化してダミーパターンを配置していることにより、上層のダミーパターンと下層のダミーパターンとの間に生じたずれがモアレ(干渉縞)となって現れてしまうため、欠陥検査において、モアレも欠陥として検出されてしまい、モアレによる欠陥も、本来検出すべきパーティクルや欠陥も一緒に混ざり合って欠陥として検出され、欠陥数が増加することになってしまう。反対に、モアレの発生を防止するために検出感度を下げると、微細なパーティクルや欠陥を検出することができず、歩留まり低下を引き起こすことになる。 That is, with the miniaturization, smaller defects and particles must be detected, and thus it is necessary to increase the detection sensitivity. However, when the detection sensitivity is increased, the dummy pattern is optimized and arranged in each layer as described above, so that the deviation generated between the upper layer dummy pattern and the lower layer dummy pattern becomes moire (interference fringes). In the defect inspection, moire is also detected as a defect, and the defect due to moire is also detected as a defect by mixing particles and defects that should be detected together, increasing the number of defects. turn into. On the other hand, if the detection sensitivity is lowered in order to prevent the occurrence of moire, fine particles and defects cannot be detected, resulting in a decrease in yield.
本発明による半導体装置は、半導体基板上に設けられ、CMPによって平坦化された第1配線パターン及び第1配線パターンと同一材料からなる複数の第1ダミーパターンを含む第1層と、半導体基板上に設けられ、CMPによって平坦化された第2配線パターン及び第2配線パターンと同一材料からなる複数の第2ダミーパターンを含む第2層とを有し、複数の第1ダミーパターンの各々と対応する複数の第2ダミーパターンの各々とは、半導体基板に垂直な方向において中心軸が一致していることを特徴とする。 A semiconductor device according to the present invention includes a first layer including a first wiring pattern provided on a semiconductor substrate and planarized by CMP, and a plurality of first dummy patterns made of the same material as the first wiring pattern. And a second layer including a plurality of second dummy patterns made of the same material as the second wiring pattern and planarized by CMP, and corresponding to each of the plurality of first dummy patterns Each of the plurality of second dummy patterns has a central axis that coincides with a direction perpendicular to the semiconductor substrate.
本発明による半導体装置の製造方法は、半導体基板上にCMPにより平坦化が行われる第1及び第2層を形成する工程を有し、第1及び第2層を形成する前に、第1層に形成するCMP用の第1ダミーパターンの数及び配置を決定するステップと、第2層に形成するCMP用の第2ダミーパターンの中心軸が半導体基板に垂直な方向において第1ダミーパターンの中心軸と一致するように第2ダミーパターンの数及び配置を決定するステップとを備えることを特徴とする。 The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming first and second layers that are planarized by CMP on a semiconductor substrate, and the first layer is formed before forming the first and second layers. Determining the number and arrangement of the first CMP dummy patterns to be formed on the second layer, and the center of the first dummy pattern in the direction in which the central axis of the second CMP pattern formed on the second layer is perpendicular to the semiconductor substrate Determining the number and arrangement of the second dummy patterns so as to coincide with the axes.
本発明によれば、第1層に設けられる第1ダミーパターンと第2層に設けられる第2ダミーパターンの中心軸が半導体基板に垂直な方向において一致していることから、光学的に欠陥検出を行う際、検出感度を上げても、ダミーパターン起因のモアレを抑制することができる。あるいは、ダミーパターン起因のモアレが発生したとしても、それは規則的なものとなり、ダミーパターンによるものと判別することが可能となる。したがって、微細なパーティクルや欠陥を検出することが可能となり、歩留まりを向上させることができる。 According to the present invention, since the central axes of the first dummy pattern provided in the first layer and the second dummy pattern provided in the second layer coincide with each other in the direction perpendicular to the semiconductor substrate, optical defect detection is performed. When performing the above, even if the detection sensitivity is increased, moire caused by the dummy pattern can be suppressed. Alternatively, even if moire due to the dummy pattern occurs, it becomes regular and can be determined to be due to the dummy pattern. Therefore, it becomes possible to detect fine particles and defects and improve the yield.
はじめに、図1のフローチャートを用いて、本発明の半導体装置の製造方法によるダミーパターンの生成工程を概念的に説明する。 First, a dummy pattern generation process according to the semiconductor device manufacturing method of the present invention will be conceptually described with reference to the flowchart of FIG.
図1に示すように、まず、各層のダミーパターン生成可能領域を抽出する(ステップS1001)。次に、ダミーパターンを最密充填すべき層があるか否かを判別し(ステップS1002)、ダミーパターンを最密充填すべき対象層(Xとする)が存在する場合(Yes)、対象層Xにダミーパターンが最密充填されるようにダミーパターンの数及び配置を決定する(スッテプS1003)。一方、最密充填すべき層が存在しない場合(No)には、あらかじめ定められた優先順位の高い層を対象層Xとし、ダミーパターンが最密充填されるようにダミーパターンの数及び配置を決定する(ステップS1004)。次に、ダミーパターンの中心軸を合致させる必要がある層Yが存在するか否かを判別する(ステップS1005)。合致させる必要がある層Yが存在する場合(Yes)は、層Yのダミーパターン生成可能領域のうち、層Xのダミーパターン生成可能領域と上下で重なる領域を抽出する(ステップS1006)。一方、合致させる必要がある層が存在しない場合(No)は、各層に対し、上下関係を考慮せずに、独立してダミーパターンの数及び配置を決定し(ステップS1007)、ダミーパターンの生成工程を終了する。 As shown in FIG. 1, first, a dummy pattern generation possible area of each layer is extracted (step S1001). Next, it is determined whether or not there is a layer that should be closest packed with the dummy pattern (step S1002). If there is a target layer (X) that is to be closest packed with the dummy pattern (Yes), the target layer The number and arrangement of the dummy patterns are determined so that X is filled with the dummy patterns most closely (Step S1003). On the other hand, when there is no layer to be closely packed (No), a layer having a high priority determined in advance is set as the target layer X, and the number and arrangement of the dummy patterns are set so that the dummy patterns are closely packed. Determination is made (step S1004). Next, it is determined whether or not there is a layer Y that needs to match the central axis of the dummy pattern (step S1005). When there is a layer Y that needs to be matched (Yes), an area that overlaps with the dummy pattern generation area of the layer X is extracted from the dummy pattern generation area of the layer Y (step S1006). On the other hand, if there is no layer that needs to be matched (No), the number and arrangement of dummy patterns are independently determined for each layer without considering the vertical relationship (step S1007), and dummy pattern generation is performed. The process ends.
ステップS1006に続いて、抽出した層Yのダミーパターン生成可能領域に対し、層Xのダミーパターンと相似かつ中心軸が一致するようダミーパターンの数及び配置を決定する(ステップS1008)。次に、各層のダミーパターン生成可能領域において、ダミーパターンが配置できる領域が残っているか否かを判別し(ステップS1009)、残っていない場合(No)には、ダミーパターンの生成工程を終了する。残っている場合(Yes)は、各層に対し、上下関係を考慮せずに、独立してダミーパターンの数及び配置を決定する(ステップS1010)。そしてダミーパターンが配置できる領域がなくなるまでステップS1009及びS1010を繰り返し、なくなったところでダミーパターンの生成工程を終了する。 Subsequent to step S1006, the number and arrangement of dummy patterns are determined so that the extracted dummy pattern of the layer Y can be similar to the dummy pattern of the layer X and the central axis coincides (step S1008). Next, in the dummy pattern generation possible area of each layer, it is determined whether or not an area where a dummy pattern can be placed remains (step S1009). If no area remains (No), the dummy pattern generation process is terminated. . If it remains (Yes), the number and arrangement of dummy patterns are independently determined for each layer without considering the vertical relationship (step S1010). Steps S1009 and S1010 are repeated until there is no area where dummy patterns can be placed, and the dummy pattern generation process ends when there are no more dummy patterns.
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図2は、本発明の好ましい第1の実施形態による半導体装置100の構造を説明するための図であり、図2(a)は略断面図、図2(b)は半導体装置100を上面から透過した平面図を示している。図2(a)では、簡略化のために、配線パターン及びCMP用のダミーパターンのみを示し、半導体基板や層間絶縁膜等は省略している。また、図2(b)では、ダミーパターンのみを示している。
2A and 2B are diagrams for explaining the structure of the
図2に示すように、本実施形態による半導体装置100は、半導体基板(図示せず)上に設けられ、CMPによって平坦化された第1配線パターン101w及び第1配線パターン101wと同一材料からなる複数の第1ダミーパターン101dを含む第1層101と、半導体基板上の第1層101上に設けられ、CMPによって平坦化された第2配線パターン102w及び第2配線パターン102wと同一材料からなる複数の第2ダミーパターン102dを含む第2層と、半導体基板上の第2層102上に設けられ、CMPによって平坦化された第3配線パターン103w及び第3配線パターン103wと同一材料からなる複数の第3ダミーパターン103dを含む第3層103とを備えて構成されている。
As shown in FIG. 2, the
各層101〜103において、配線パターン101w〜103wが形成されない領域がダミーパターン生成可能領域10A,10Bとなり、ダミーパターン101d〜103dがそれぞれ配置されている。本実施形態では、複数の第1ダミーパターン101dが第1層101におけるダミーパターン生成可能領域10Aに最密充填されるように配置されている。そして、ダミーパターン生成可能領域10Aでは、破線で示すように、複数の第1ダミーパターン101dの各々と対応する複数の第2ダミーパターン102dの各々とが半導体基板に垂直な方向において中心軸が一致するように、第2ダミーパターン102dが配置されている。また、同様に、複数の第3ダミーパターン103dも、複数の第1ダミーパターン101dの各々と対応する複数の第3ダミーパターン103dの各々とが半導体基板に垂直な方向において中心軸が一致するように配置されている。
In each of the
ダミーパターン生成可能領域10Bには、第1ダミーパターン101dは形成されないため、この領域においては、第2ダミーパターン102dが最密充填されるように配置され、第2ダミーパターン102dの各々と対応する第3ダミーパターン103dの各々とが半導体基板に垂直な方向において中心軸が一致するように、第3ダミーパターン103dが配置されている。
Since the
このような構成とすることにより、図2(b)に示すように、ダミーパターン101d〜103dは、上下に重なって配置されている(対応している)箇所ではかならず中心軸が一致している。したがって、光学的に欠陥検出を行う際に、検出感度を上げても、ダミーパターン起因のモアレの発生を防止することができる。これにより、微細なパーティクルや欠陥を検出することが可能となり、歩留まりを向上させることができる。
With such a configuration, as shown in FIG. 2B, the
次に、図2及び図3を用いて、第1の実施形態による半導体装置100の製造方法につき説明する。
Next, a method for manufacturing the
図3は、第1の実施形態による半導体装置100の製造方法を説明するためのフローチャートであり、図2に示す半導体装置100における第1〜第3層101〜103を形成する前に、各層のダミーパターン101d〜103dの数及び配置を決定するプロセスを示している。
FIG. 3 is a flowchart for explaining the manufacturing method of the
まず、ダミーパターン生成可能領域10A,10Bを抽出する(ステップS11)。次に、最密充填とすべき第1層101が含まれるダミーパターン生成可能領域10Aにおいて、第1ダミーパターン101dが最密充填となるように、その数及び配置を決定する(ステップS12)。続いて、第1ダミーパターン101dの配置に基づき、第2層102に形成する第2ダミーパターン102dの中心軸が半導体基板に垂直な方向において第1ダミーパターン101dの中心軸とそれぞれ一致するように第2ダミーパターン102dの数及び配置を決定する(ステップS13)。さらに、第1ダミーパターン101dの配置に基づき、第3層103に形成する第3ダミーパターン103dの中心軸が半導体基板に垂直な方向において第1ダミーパターン101dの中心軸とそれぞれ一致するように第3ダミーパターン103dの数及び配置を決定する(ステップS14)。すなわち、図2(a)の領域10A内に矢印で示しているように、第1ダミーパターン101dの位置(中心軸)を第2層102にコピーしてその位置に第2ダミーパターン102dを置くことが可能であれば配置し、同様に、第1ダミーパターン101dの位置(中心軸)を第3層103にコピーしてその位置に第3ダミーパターン103dを置くことが可能であれば配置する。
First, dummy pattern generation
次に、ダミーパターン生成可能領域10Bにおいて、ここでは、第2ダミーパターン102dが最密充填となるように、その数及び配置を決定する(ステップS15)。続いて、第2ダミーパターン102dの配置に基づき、第3層103に形成する第3ダミーパターン103dの中心軸が半導体基板に垂直な方向において第2ダミーパターン102dの中心軸とそれぞれ一致するように第3ダミーパターン103dの数及び配置を決定する(ステップS16)。ここでは、第2層を最密充填となるようにしているが、第3層の平坦性が第2層よりも高く求められる場合は、第3層を最密充填とし、これに基づき第2層102の第2ダミーパターン102dの数及び配置を決定するようにしてもよい。
Next, in the dummy pattern generation
最後に、残りのダミーパターン生成可能領域10Brに第3ダミーパターン103dが形成可能であるため、追加形成する(ステップS17)。
Finally, since the
以上のようにして、各層に形成するダミーパターンの数及び配置を決定する。なお、本実施形態では、各層に形成するダミーパターンの平面形状は全て同一サイズとしているが、各層のダミーパターンのサイズは、設計基準に従い各層それぞれについて適宜設定され得る。図4にそのような例を示す。 As described above, the number and arrangement of dummy patterns formed in each layer are determined. In the present embodiment, the planar shapes of the dummy patterns formed in each layer are all the same size, but the size of the dummy pattern in each layer can be appropriately set for each layer according to the design criteria. FIG. 4 shows such an example.
図4は、第1の実施形態の変形例による半導体装置100mの構造を説明するための図であり、図4(a)は略断面図、図4(b)は半導体装置100mを上面から透過した平面図を示している。図4(a)では、簡略化のために、配線パターン及びCMP用のダミーパターンのみを示し、半導体基板や層間絶縁膜等は省略している。また、図4(b)では、ダミーパターンのみを示している。なお、図4において図2と同一の構成要素については同一の参照番号を付してその説明を省略する。
4A and 4B are diagrams for explaining the structure of a
図4に示すように、半導体装置100mにおいては、第1層101mの第1ダミーパターン101md、第2層102mの第2ダミーパターン102md及び第3層103mの第3ダミーパターン103mdは、互いに平面サイズが異なっており、大きさの違う正方形となっている。したがって、ダミーパターン生成可能領域10Aでは第1〜第3ダミーパターン101md〜103mdが、ダミーパターン生成可能領域10Bでは、第2及び第3ダミーパターン102md及び103mdが、上記半導体装置100と同様にそれぞれ中心軸が一致するように配置されているが、平面図では、図2(b)と異なり、パターンが完全に一致して重なるのではなく、図4(b)に示すように、大きさの異なるパターンが中心軸を同じくして重なるようになっている。
As shown in FIG. 4, in the
なお、ダミーパターンの平面形状は、正方形に限らず、矩形であっても、さらには多角形であっても構わない。ただし、上下層のダミーパターンは相似形であることが好ましい。そして、上下層のダミーパターンの中心軸が一致し、ダミーパターンのサイズを上下で変えた場合には、その上下パターンを重ねたときの図形の差分(例えば上下左右の差分)が一致していることが好ましい。しかし、正方形のパターンとすることにより、効率良くダミーパターンが充填可能、すなわち、最密充填が可能となることで、チップ内粗密補正の高精度化が可能となり、CMP特有のディッシングやエロージョンをより効率的に抑制することが可能となる。 Note that the planar shape of the dummy pattern is not limited to a square, but may be a rectangle or a polygon. However, the upper and lower dummy patterns are preferably similar. Then, when the central axes of the upper and lower dummy patterns are matched and the size of the dummy pattern is changed up and down, the difference between the figures when the upper and lower patterns are superimposed (for example, the difference between the upper, lower, left and right) is the same. It is preferable. However, by using a square pattern, it is possible to efficiently fill the dummy pattern, that is, close-packing is possible, so that it is possible to increase the accuracy of in-chip coarse / dense correction, and more dishing and erosion peculiar to CMP. It becomes possible to suppress efficiently.
このような半導体装置100mの構成によっても、半導体装置100と同様、ダミーパターン101md〜103mdは、上下に重なって配置されている箇所ではかならず中心軸が一致しており、したがって、光学的に欠陥検出を行う際に、検出感度を上げても、ダミーパターン起因のモアレの発生を抑制することができる。
Even in such a configuration of the
図4に示す半導体装置100mの製造方法については、半導体装置100と同様であるため、その説明は省略する。
Since the manufacturing method of the
第1の実施形態においては、第1層101(101m)に形成する第1ダミーパターン101d(101md)を最密充填する場合を例に説明したが、最密充填すべき層は、そのデバイスの設計基準によって異なるものであり、常に一番下の層のダミーパターンを最密にしなければならないというものではなく、その装置の設計管理上、最も厳しく平坦性が求められる層に決定される。したがって、次に、第2の実施形態として、第2層を最密充填とする場合の例について、図5及び図6を用いて説明する。
In the first embodiment, the case where the
図5は、本発明の好ましい第2の実施形態による半導体装置200の構造を説明するための図であり、図5(a)は略断面図、図5(b)は半導体装置200を上面から透過した平面図を示している。図5(a)では、簡略化のために、配線パターン及びCMP用のダミーパターンのみを示し、半導体基板や層間絶縁膜等は省略している。また、図5(b)では、ダミーパターンのみを示している。
5A and 5B are views for explaining the structure of the
図5に示すように、本実施形態による半導体装置200は、半導体基板(図示せず)上に設けられ、CMPによって平坦化された第1配線パターン201w及び第1配線パターン201wと同一材料からなる複数の第1ダミーパターン201dを含む第1層201と、半導体基板上の第1層201上に設けられ、CMPによって平坦化された第2配線パターン202w及び第2配線パターン202wと同一材料からなる複数の第2ダミーパターン202dを含む第2層と、半導体基板上の第2層202上に設けられ、CMPによって平坦化された第3配線パターン203w及び第3配線パターン203wと同一材料からなる複数の第3ダミーパターン203dを含む第3層203とを備えて構成されている。
As shown in FIG. 5, the
各層201〜203において、配線パターン201w〜203wが形成されない領域がダミーパターン生成可能領域20A,20Bとなり、ダミーパターン201d〜203dがそれぞれ配置されている。本実施形態では、複数の第2ダミーパターン202dが第2層202におけるダミーパターン生成可能領域20A,20Bに最密充填されるように配置されている。そして、ダミーパターン生成可能領域20Aでは、破線で示すように、複数の第2ダミーパターン202dの各々と対応する複数の第1ダミーパターン201dの各々とが半導体基板に垂直な方向において中心軸が一致するように、第1ダミーパターン201dが配置されている。また、同様に、複数の第3ダミーパターン203dも、複数の第2ダミーパターン202dの各々と対応する複数の第3ダミーパターン103dの各々とが半導体基板に垂直な方向において中心軸が一致するように配置されている。
In each of the
このような構成とすることにより、図5(b)に示すように、ダミーパター201d〜203dは、上下に重なって配置されている箇所ではかならず中心軸が一致している。したがって、上記第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。 By adopting such a configuration, as shown in FIG. 5B, the dummy putters 201d to 203d always have the same center axis at the place where they are arranged one above the other. Therefore, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
次に、図5及び図6を用いて、本発明の好ましい第2の実施形態による半導体装置200の製造方法につき説明する。
Next, a manufacturing method of the
図6は、第2の実施形態による半導体装置200の製造方法を説明するためのフローチャートであり、図5に示す半導体装置200における第1〜第3層201〜203を形成する前に、各層のダミーパターン201d〜203dの数及び配置を決定するプロセスを示している。
FIG. 6 is a flowchart for explaining a manufacturing method of the
まず、ダミーパターン生成可能領域20A,20Bを抽出する(ステップS21)。次に、最密充填とすべき第2層202が含まれるダミーパターン生成可能領域20A,20Bにおいて、第2ダミーパターン202dが最密充填となるように、その数及び配置を決定する(ステップS22)。続いて、第2ダミーパターン202dの配置に基づき、第1層201に形成する第1ダミーパターン201dの中心軸が半導体基板に垂直な方向において第2ダミーパターン202dの中心軸とそれぞれ一致するように第1ダミーパターン201dの数及び配置を決定する(ステップS23)。さらに、第2ダミーパターン202dの配置に基づき、第3層203に形成する第3ダミーパターン203dの中心軸が半導体基板に垂直な方向において第2ダミーパターン202dの中心軸とそれぞれ一致するように第3ダミーパターン203dの数及び配置を決定する(ステップS24)。すなわち、図5(a)の領域20A内に矢印で示しているように、第2ダミーパターン202dの位置(中心軸)を第1層201にコピーしてその位置に第1ダミーパターン201dを置くことが可能であれば配置し、同様に、図5(a)の領域20A,20B内に矢印で示しているように、第2ダミーパターン202dの位置(中心軸)を第3層203にコピーしてその位置に第3ダミーパターン203dを置くことが可能であれば配置する。
First, dummy pattern generation
最後に、残りのダミーパターン生成可能領域20Brに第3ダミーパターン203dが形成可能であるため、追加形成する(ステップS25)。
Finally, since the
上記第1及び第2の実施形態においては、配線パターンが形成される配線層にCMP用のダミーパターンを形成る例を示したが、CMP用ダミーパターンの形成は、配線層に限るものではない。そこで、次に、第3の実施形態として、半導体基板に設けられる素子分離領域であるSTI(Shallow Trench Isolation)領域にCMP用ダミーパターンを設ける例を示す。 In the first and second embodiments, the example in which the CMP dummy pattern is formed in the wiring layer on which the wiring pattern is formed has been described. However, the formation of the CMP dummy pattern is not limited to the wiring layer. . Therefore, as a third embodiment, an example in which a CMP dummy pattern is provided in an STI (Shallow Trench Isolation) region which is an element isolation region provided in a semiconductor substrate will be described.
図7は、本発明の好ましい第3の実施形態による半導体装置300を説明するための図であり、図7(a)は略断面図、図7(b)は半導体装置300を上面から透過した平面図を示している。図7(a)では、簡略化のために、層間絶縁膜等は省略している。また、図7(b)では、ダミーパターンのみを示している。
7A and 7B are diagrams for explaining a
図7に示すように、本実施形態による半導体装置300は、半導体基板303上に設けられ、CMPによって平坦化された第1配線パターン301w及び第1配線パターン301wと同一材料からなる複数の第1ダミーパターン301dを含む第1層301と、半導体基板上の第1層301上に設けられ、CMPによって平坦化された第2配線パターン302w及び第2配線パターン302wと同一材料からなる複数の第2ダミーパターン302dを含む第2層と、半導体基板303の素子分離領域303i内に設けられた幅の広いSTI領域303tとSTI領域303t内に設けられた半導体基板303の一部からなる複数の第4ダミーパターン303dとを備えて構成されている。
As shown in FIG. 7, the
第1及び第2層301,302においては、配線パターン301w,302wが形成されない領域がダミーパターン生成可能領域30A,30Bとなり、また、半導体基板303においては、幅広のSTI領域303t内がダミーパターン生成可能領域30Aとなっている。そして、ダミーパターン301d〜303dがそれぞれ配置されている。本実施形態では、複数の第1ダミーパターン301dが第1層301におけるダミーパターン生成可能領域30Aに最密充填されるように配置されている。ダミーパターン生成可能領域30Aでは、破線で示すように、複数の第1ダミーパターン301dの各々と対応する複数の第2ダミーパターン302dの各々とが半導体基板303に垂直な方向において中心軸が一致するように、第2ダミーパターン302dが配置されている。また、同様に、複数の第3ダミーパターン303dも、複数の第1ダミーパターン301dの各々と対応する複数の第3ダミーパターン303dの各々とが半導体基板に垂直な方向において中心軸が一致するように配置されている。
In the first and
ダミーパターン生成可能領域30Bには、第1ダミーパターン101dは形成されないため、この領域においては、第2ダミーパターン302dが最密充填されるように配置されている。
Since the
このように、本実施形態によれば、図7(b)に示すように、各配線層に設けられるダミーパターン301d,302dだけでなく、半導体基板303に設けられるダミーパターン303dも、それぞれ上下に対応するダミーパターンの中心軸が一致している。したがって、本実施形態においても、第1及び第2の実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
Thus, according to the present embodiment, as shown in FIG. 7B, not only the
次に、図7及び図8を用いて、第3の実施形態による半導体装置300の製造方法につき説明する。
Next, a method for manufacturing the
図8は、第3の実施形態による半導体装置300の製造方法を説明するためのフローチャートであり、図7に示す半導体装置300における素子分離領域303iと第1及び第2層301,302形成する前に、各層のダミーパターン301d〜303dの数及び配置を決定するプロセスを示している。
FIG. 8 is a flowchart for explaining a manufacturing method of the
まず、ダミーパターン生成可能領域30A,30Bを抽出する(ステップS31)。次に、最密充填とすべき第1層301が含まれるダミーパターン生成可能領域30Aにおいて、第1ダミーパターン301dが最密充填となるように、その数及び配置を決定する(ステップS32)。続いて、第1ダミーパターン301dの配置に基づき、第2層302に形成する第2ダミーパターン302dの中心軸が半導体基板303に垂直な方向において第1ダミーパターン301dの中心軸とそれぞれ一致するように第2ダミーパターン302dの数及び配置を決定する(ステップS33)。次に、第1ダミーパターン301dの配置に基づき、半導体基板303に形成する第3ダミーパターン303dの中心軸が半導体基板303に垂直な方向において第1ダミーパターン301dの中心軸とそれぞれ一致するように第3ダミーパターン303dの数及び配置を決定する(ステップS34)。すなわち、図7(a)の領域30A内に矢印で示しているように、第1ダミーパターン301dの位置(中心軸)を第2層302にコピーしてその位置に第2ダミーパターン302dを置くことが可能であれば配置し、同様に、第1ダミーパターン301dの位置(中心軸)を半導体基板303にコピーしてその位置に第3ダミーパターン303dを置くことが可能であれば配置する。
First, dummy pattern generation
最後に、ダミーパターン生成可能領域10Bにおいて、第2ダミーパターン302dが最密充填となるように、その数及び配置を決定する(ステップS35)。
Finally, the number and arrangement of the
次に、本発明の第4の実施形態として、半導体基板上に非透過性膜を有する場合の例について、図9及び図10を用いて説明する。 Next, as a fourth embodiment of the present invention, an example in which an impermeable film is provided on a semiconductor substrate will be described with reference to FIGS.
図9は、本発明の好ましい第4の実施形態による半導体装置400の構造を説明するための図であり、図9(a)は略断面図、図9(b)は半導体装置400を上面から透過した平面図を示している。図9(a)では、簡略化のために、配線パターン及びCMP用のダミーパターンのみを示し、半導体基板や層間絶縁膜等は省略している。また、図9(b)では、ダミーパターンのみを示している。
9A and 9B are views for explaining the structure of the
図9に示すように、本実施形態による半導体装置400は、半導体基板(図示せず)上に設けられ、CMPによって平坦化された第1配線パターン401w及び第1配線パターン401wと同一材料からなる複数の第1ダミーパターン401dを含む第1層401と、半導体基板上の第1層401上に設けられ、CMPによって平坦化された第2配線パターン402w及び第2配線パターン402wと同一材料からなる複数の第2ダミーパターン402dを含む第2層と、半導体基板と第1層との間に設けられ、CMPによって平坦化された第3配線パターン403w及び第3配線パターン403wと同一材料からなる複数の第3ダミーパターン403dを含む第3層403と、第3層403と第1層401との間に設けられた非透過膜410とを備えて構成されている。ここで、非透過膜410としては、例えば、絶縁膜として用いられるアモルファスカーボンや、キャパシタのプレート電極として用いられる金属膜等があげられる。
As shown in FIG. 9, the
各層401〜403において、配線パターン401w〜403wが形成されない領域がダミーパターン生成可能領域40A,40Bとなり、ダミーパターン401d〜403dがそれぞれ配置されている。本実施形態では、複数の第1ダミーパターン401dが第1層401におけるダミーパターン生成可能領域40A,40Bに最密充填されるように配置されている。そして、ダミーパターン生成可能領域40A,40Bにおいて、破線で示すように、複数の第1ダミーパターン401dの各々と対応する複数の第2ダミーパターン402dの各々とが半導体基板に垂直な方向において中心軸が一致するように、第2ダミーパターン402dが配置されている。
In each of the
一方、非透過膜410の下層にある第3層403においては、第1ダミーパターン401d,402dの配置に基づかず、ダミーパターン生成可能領域40Aに最密充填されるように複数の第3ダミーパターン403dが配置されている。これは、光学的な欠陥検出において、検査光は非透過膜410を通過しないことから、非透過膜410より下層にあるものは検出結果に現れないためである。したがって、第3層403においては、第3ダミーパターン403dは、第1及び第2ダミーパターン401d,402dとは無関係に、独立してその数及び配置を決めることができる。
On the other hand, in the
したがって、図9(b)に示すように、第1ダミーパターン401dと第2ダミーパターン402dとは、上下に重なって配置されている箇所ではかならず中心軸が一致しているが、第3ダミーパターン403dは、第1ダミーパターン401dの各々と対応する(上下に少なくとも一部が重なる)第3ダミーパターン403dの各々とは、半導体基板に垂直な方向において中心軸がずれて配置された構成となる。かかる構成によれば、光学的な欠陥検出において、ダミーパターン起因のモアレの発生を防止することができるとともに、非透過膜410より下の層においては、CMPによる平坦性がより向上するようダミーパターンを配置することが可能となる。
Therefore, as shown in FIG. 9B, the
次に、図9及び図10を用いて、本発明の好ましい第4の実施形態による半導体装置400の製造方法につき説明する。
Next, a method for manufacturing the
図10は、第4の実施形態による半導体装置400の製造方法を説明するためのフローチャートであり、図9に示す半導体装置400における第1〜第3層401〜403を形成する前に、各層のダミーパターン401d〜403dの数及び配置を決定するプロセスを示している。
FIG. 10 is a flowchart for explaining a manufacturing method of the
まず、ダミーパターン生成可能領域40A,40Bを抽出する(ステップS41)。次に、最密充填とすべき第1層401が含まれるダミーパターン生成可能領域40A,40Bにおいて、第1ダミーパターン401dが最密充填となるように、その数及び配置を決定する(ステップS42)。続いて、第1ダミーパターン401dの配置に基づき、第2層402に形成する第2ダミーパターン402dの中心軸が半導体基板に垂直な方向において第1ダミーパターン401dの中心軸とそれぞれ一致するように第2ダミーパターン402dの数及び配置を決定する(ステップS43)。次に、第3層におけるダミーパターン生成可能領域40Aにおいて、第3ダミーパターン403dが最密充填となるように、その数及び配置を決定する(ステップS44)。
First, dummy pattern generation
最後に、残りのダミーパターン生成可能領域40Brに第2ダミーパターン402dが形成可能であるため、追加形成する(ステップS45)。
Finally, since the
上記第1〜第4の実施形態においては、各層のダミーパターンの中心軸を一致させる例を示したが、必ずしも中心軸を一致させなくても構わない。そこで、第5の実施形態として、中心軸が他の層と一致していないダミーパターンを含む半導体装置につき説明する。 In the first to fourth embodiments, the example in which the central axes of the dummy patterns of the respective layers are matched is shown, but the central axes need not necessarily be matched. Therefore, as a fifth embodiment, a semiconductor device including a dummy pattern whose central axis does not coincide with other layers will be described.
図11は、本発明の好ましい第5の実施形態による半導体装置500の構造を説明するための図であり、図11(a)は略断面図、図11(b)は半導体装置500を上面から透過した平面図を示している。図11(a)では、簡略化のために、配線パターン及びCMP用のダミーパターンのみを示し、半導体基板や層間絶縁膜等は省略している。また、図11(b)では、ダミーパターンのみを示している。
11A and 11B are views for explaining the structure of a
図11に示すように、本実施形態による半導体装置500は、半導体基板(図示せず)上に設けられ、CMPによって平坦化された第1配線パターン501w及び第1配線パターン501wと同一材料からなる複数の第1ダミーパターン501dを含む第1層501と、半導体基板上の第1層501上に設けられ、CMPによって平坦化された第2配線パターン502w及び第2配線パターン502wと同一材料からなる複数の第2ダミーパターン502dを含む第2層と、半導体基板上の第2層502上に設けられ、CMPによって平坦化された第3配線パターン503w及び第3配線パターン503wと同一材料からなる複数の第3ダミーパターン503dを含む第3層503とを備えて構成されている。
As shown in FIG. 11, the
各層501〜503において、配線パターン501w〜503wが形成されない領域がダミーパターン生成可能領域50A,50Bとなり、ダミーパターン501d〜503dがそれぞれ配置されている。ダミーパターン生成可能領域50Aでは、複数の第1ダミーパターン501dが第1層501におけるダミーパターン生成可能領域50Aに最密充填されるように配置されている。そして、本実施形態においては、第2層502におけるダミーパターン生成可能領域50Aには、長方形状の第2ダミーパターン502dが配置されている。この第2ダミーパターン502dの中心軸(点線で表示)と第1ダミーパターン501dの中心軸(破線で表示)とは一致していない。すなわち、2つの第1ダミーパターン501dに対応して一つの長方形状の第2ダミーパターン502dが設けられている。2つの第1ダミーパターン501dと一つの長方形状の第2ダミーパターン502dとは、点線の左側の第1ダミーパターン501dの中心軸と第2ダミーパターン502dの中心軸との距離L1と点線の右側の第1ダミーパターン501dの中心軸と第2ダミーパターン502dの中心軸との距離L2とが同じ距離となっているという関係になっている。
In each of the
ダミーパターン生成可能領域50Aにおける第3ダミーパターン503dについては、上記第1〜第4の実施形態と同様、複数の第1ダミーパターン501dの各々と対応する複数の第3ダミーパターン503dの各々とが半導体基板に垂直な方向において中心軸が一致するように配置されている。
As for the
ダミーパターン生成可能領域50Bには、第1ダミーパターン501dは形成されないため、この領域においては、第3ダミーパターン503dが最密充填されるように配置されている。そして第2層502におけるダミーパターン生成可能領域50Bには、長方形状の第2ダミーパターン502dが配置されている。このダミーパターン502dの中心軸(点線で表示)と第3ダミーパターン503dの中心軸(破線で表示)とは一致していない。すなわち、2つの第3ダミーパターン503dに対応して一つの長方形状の第2ダミーパターン502dが設けられている。2つの第3ダミーパターン503dと一つの長方形状の第2ダミーパターン502dとは、点線の左側の第3ダミーパターン503dの中心軸と第2ダミーパターン502dの中心軸との距離L3と点線の右側の第3ダミーパターン503dの中心軸と第2ダミーパターン502dの中心軸との距離L4とが同じ距離となっているという関係にある。
Since the
このような構成によっても、上下層のダミーパターン間に上述のような所定の関係性があることから、光学的に欠陥検出を行う際に、ダミーパターン起因のモアレの発生を抑制する、ことができる。これにより、微細なパーティクルや欠陥のみを検出することが可能となり、歩留まりを向上させることができる。 Even with such a configuration, since there is a predetermined relationship as described above between the upper and lower dummy patterns, it is possible to suppress the occurrence of moire due to the dummy pattern when optically detecting defects. it can. As a result, only fine particles and defects can be detected, and the yield can be improved.
なお、本実施形態は、設計基準によって第2ダミーパターン502dの幅(平面形状における長辺)が第1ダミーパターン501dの幅の2倍及び第3ダミーパターン503dの幅の2倍よりも大きく設定されている場合の例である。ここで、仮に、ダミーパターン生成可能領域50Aにおいて、上記第1〜第4の実施形態のように、第1ダミーパターン501dの中心軸と第2ダミーパターンの中心軸を一致させるように第2ダミーパターン502dcを配置したとすると、図11に長破線で示すように、片側の配線502wの方に偏った配置となり、反対側にダミーパターンの形成されない領域が広く残ってしまうこととなり、ディッシング等の原因となり得る。したがって、ダミーパターンを最密充填すべき層のダミーパターンのサイズよりも2倍、3倍・・というような大きいサイズのダミーパターンを他の層に設けなければならない場合は、本実施形態のような構成とすることが好ましい。
In the present embodiment, the width of the
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。 The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Needless to say, it is included in the range.
例えば、第1の実施形態では、全てのダミーパターンの平面サイズが同一である例を示し、第2〜第4の実施形態では、各層によってダミーパターンの平面サイズが異なる例を示したが、これらに限るものではなく、複数層のうち、少なくとも2層におけるダミーパターンの平面サイズを同一とし、それ以外の層ではそれぞれ平面サイズが異なる構成であっても構わない。 For example, in the first embodiment, an example in which the plane sizes of all the dummy patterns are the same is shown, and in the second to fourth embodiments, an example in which the plane sizes of the dummy patterns are different for each layer is shown. However, the present invention is not limited to this, and the planar sizes of the dummy patterns in at least two of the plurality of layers may be the same, and the other layers may have different planar sizes.
また、第1〜第4の実施形態に示したように、基本的には、上下層で対応するダミーパターンは全て中心軸が一致していることが好ましいが、欠陥検査において、微細なパーティクルや欠陥を検出することが可能な範囲であれば、一部中心軸が一致していないダミーパターンが存在しても問題ない。 In addition, as shown in the first to fourth embodiments, basically, it is preferable that the central axes of all the dummy patterns corresponding to the upper and lower layers coincide with each other. As long as a defect can be detected, there is no problem even if there is a dummy pattern whose central axes do not coincide with each other.
上記各実施形態においては、いずれかの層がダミーパターンを最密充填すべき層である場合について説明したが、最初に図1を用いて説明したように、必ずしもいずれかの層を最密充填しなければならないわけではなく、最密充填すべき層がない場合には、あらかじめ定められた優先順位の高い層においてダミーパターンが最密充填されるようにすればよい。 In each of the above embodiments, the case where any one of the layers is a layer that should be filled with the dummy pattern has been described. However, as described with reference to FIG. However, if there is no layer to be closely packed, the dummy pattern may be packed in the layer having a predetermined high priority.
100,100m,200,300,400,500 半導体装置
101,101m,201,301,401,501 第1層
102,102m、202,302,402,502 第2層
103,103m,203,403,503 第3層
10A,10B,10Br,20A,20B,30A,30B,40A,40B,40Br,50A,50B ダミーパターン生成可能領域
101d,101md,201d,301d,401d,501d 第1ダミーパターン
102d,102md,202d,302d,402d,502d,502dc 第2ダミーパターン
103d,103md,203d,303d,403d,503d 第3ダミーパターン
101w,201w,301w,401w,501w 第1配線パターン
102w,202w,302w,402w,502w 第2配線パターン
103w,203w,403w,503w 第3配線パターン
303 半導体基板
303i 素子分離領域
303t STI領域
410 非透過膜
100, 100m, 200, 300, 400, 500
Claims (20)
前記第1の配線構造体に対し前記基板の前記主面と垂直な方向に積層され、第2のギャップを持って配置された第3及び第4の配線パターンと、前記第2のギャップに配置された第3のダミーパターンと、前記第3及び第4の配線パターンと前記第3のダミーパターンを覆う第2の絶縁層と、を含む第2の配線構造体と、を備え、
前記第2の配線構造体の前記第3のダミーパターンは、前記第1の配線構造体の前記第1及び第2のダミーパターンの両方と連続的に重なるよう、前記基板の前記主面と水平な方向に延在する、半導体装置。 First and second wiring patterns provided on the main surface of the substrate and arranged with a first gap, and first and second dummy patterns arranged in the first gap and separated from each other, A first wiring structure including the first and second wiring patterns and a first insulating layer covering the first and second dummy patterns;
Third and fourth wiring patterns stacked in a direction perpendicular to the main surface of the substrate with respect to the first wiring structure and disposed with a second gap, and disposed in the second gap A second wiring structure including a third dummy pattern formed, a third insulating pattern covering the third and fourth wiring patterns, and the third dummy pattern,
The third dummy pattern of the second wiring structure is level with the main surface of the substrate so as to continuously overlap both the first and second dummy patterns of the first wiring structure. Semiconductor device extending in various directions.
前記第3の配線構造体の前記第4及び第5のダミーパターンは、それぞれ前記第1の配線構造体の前記第1及び第2のダミーパターンの中心軸と一致している、請求項2の半導体装置。 The fifth and sixth wiring patterns stacked on the second wiring structure and arranged with a third gap, and the fourth and fifth wiring patterns arranged in the third gap and separated from each other. A third wiring structure including a dummy pattern, a fifth insulating pattern covering the fifth and sixth wiring patterns, and a fourth insulating layer covering the fourth and fifth dummy patterns;
3. The fourth and fifth dummy patterns of the third wiring structure coincide with central axes of the first and second dummy patterns of the first wiring structure, respectively. 4. Semiconductor device.
前記第2の配線構造体の前記第3のダミーパターンは、前記少なくとも1つの追加的なダミーパターンとは重なりを持たない、請求項2の半導体装置。 The first wiring structure further includes at least one additional dummy pattern provided in the first gap and forming a straight line with the first and second dummy patterns,
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the third dummy pattern of the second wiring structure does not overlap with the at least one additional dummy pattern.
前記第1の配線構造体の前記第1のギャップに設けられたダミーパターンの数は、前記第3の配線構造体の前記第3のギャップに設けられたダミーパターンの数よりも多い、請求項3の半導体装置。 The first wiring structure further includes at least one additional dummy pattern provided in the first gap,
The number of dummy patterns provided in the first gap of the first wiring structure is greater than the number of dummy patterns provided in the third gap of the third wiring structure. 3. A semiconductor device.
前記第3のダミーパターンの中心軸と前記第4のダミーパターンの中心軸との距離は、前記第3のダミーパターンの中心軸と前記第5のダミーパターンの中心軸との距離と実質的に等しい、請求項3の半導体装置。 The distance between the central axis of the third dummy pattern and the central axis of the first dummy pattern is substantially equal to the distance between the central axis of the third dummy pattern and the central axis of the second dummy pattern. equally,
The distance between the central axis of the third dummy pattern and the central axis of the fourth dummy pattern is substantially the same as the distance between the central axis of the third dummy pattern and the central axis of the fifth dummy pattern. The semiconductor device of claim 3, which is equal.
前記第1の配線構造体の前記第2のダミーパターンは、前記第3の配線構造体の前記第5のダミーパターンよりも面積が大きい、請求項3の半導体装置。 The first dummy pattern of the first wiring structure has a larger area than the fourth dummy pattern of the third wiring structure,
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the second dummy pattern of the first wiring structure has a larger area than the fifth dummy pattern of the third wiring structure.
前記第2の配線構造体の前記第3のダミーパターンが前記第3の配線構造体の前記第5の配線パターン上に位置するよう、前記第2の配線構造体が前記第3の配線構造体上に積層されている、請求項10の半導体装置。 A fifth wiring pattern; a fourth dummy pattern provided adjacent to the fifth wiring pattern; and a third insulating layer covering the fifth wiring pattern and the fourth dummy pattern. A third wiring structure including:
The second wiring structure is the third wiring structure so that the third dummy pattern of the second wiring structure is positioned on the fifth wiring pattern of the third wiring structure. The semiconductor device according to claim 10, which is stacked on the semiconductor device.
前記第1層配線構造体上に前記基板の前記主面と垂直な方向に積層され、第2のギャップを持って配置された第3及び第4の配線パターンと、前記第2のギャップに配置された少なくとも1つの第2のダミーパターンと、前記第3及び第4の配線パターンと前記少なくとも1つの第2のダミーパターンを覆う第2の絶縁層と、を含む第2層配線構造体と、
前記第2層配線構造体上に前記基板の前記主面と垂直な方向に積層され、第3のギャップを持って配置された第5及び第6の配線パターンと、前記第3のギャップに配置された少なくとも2つの第3のダミーパターンと、前記第5及び第6の配線パターンと前記少なくとも2つの第3のダミーパターンを覆う第3の絶縁層と、を含む第3層配線構造体と、を備え、
前記少なくとも1つの第2のダミーパターンは、前記第1層配線構造体の前記2以上の第1のダミーパターンの少なくとも2つと連続的に重なるよう前記基板の前記主面と水平な方向に延在する延在ダミーパターンを構成し、
前記少なくとも2つの第3のダミーパターンは、いずれも前記延在ダミーパターン上に配置され、且つ、前記2以上の第1のダミーパターンの前記少なくとも2つとそれぞれ中心軸が一致している、半導体装置。 First and second wiring patterns provided on the main surface of the substrate and disposed with a first gap, two or more first dummy patterns disposed in the first gap, and the first A first layer wiring structure including first and second wiring patterns and a first insulating layer covering the two or more first dummy patterns;
Third and fourth wiring patterns stacked on the first layer wiring structure in a direction perpendicular to the main surface of the substrate and arranged with a second gap, and arranged in the second gap A second layer wiring structure including at least one second dummy pattern formed, a third and fourth wiring pattern, and a second insulating layer covering the at least one second dummy pattern;
Fifth and sixth wiring patterns stacked on the second layer wiring structure in a direction perpendicular to the main surface of the substrate and disposed with a third gap, and disposed in the third gap A third layer wiring structure including at least two third dummy patterns formed, a fifth insulating pattern covering the fifth and sixth wiring patterns, and a third insulating layer covering the at least two third dummy patterns; With
The at least one second dummy pattern extends in a direction horizontal to the main surface of the substrate so as to continuously overlap at least two of the two or more first dummy patterns of the first layer wiring structure. Configure an extended dummy pattern,
The semiconductor device, wherein the at least two third dummy patterns are both arranged on the extended dummy pattern and have a central axis coinciding with the at least two of the two or more first dummy patterns. .
前記第3層配線構造体は、前記第5の配線パターンから見て前記少なくとも2つの第3のダミーパターンの反対側に設けられた少なくとも2つの第5のダミーパターンをさらに含み、
前記少なくとも2つの第5のダミーパターンは、いずれも前記第2層配線構造体の前記第4のダミーパターン上に位置している、請求項13の半導体装置。 The second layer wiring structure further includes a fourth dummy pattern provided on the opposite side of the at least one second dummy pattern when viewed from the third wiring pattern,
The third layer wiring structure further includes at least two fifth dummy patterns provided on the opposite side of the at least two third dummy patterns when viewed from the fifth wiring pattern,
14. The semiconductor device according to claim 13, wherein each of the at least two fifth dummy patterns is located on the fourth dummy pattern of the second layer wiring structure.
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