JP2555947B2 - 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

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JP2555947B2 JP5237269A JP23726993A JP2555947B2 JP 2555947 B2 JP2555947 B2 JP 2555947B2 JP 5237269 A JP5237269 A JP 5237269A JP 23726993 A JP23726993 A JP 23726993A JP 2555947 B2 JP2555947 B2 JP 2555947B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は多層配線構造の平坦化を
図った半導体装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】超LSLでは多層配線構造は必須のもの
とされているが、この多層配線構造においては上層配線
になるほど表面の平坦性が損なわれて絶対段差が大きく
なり、リソグラフィ工程における焦点深度のマージンが
小さくなり、微細配線の形成が困難になるという問題が
ある。そこで、4層以上の多層配線にはグローバルな完
全平坦化が必要不可欠であり、その解決法として絶縁膜
または金属膜を研磨する方法、即ちCMP(Chemical M
echanical Polish)法が注目されている。このCMP法
は、シリカ粒子を含む研磨液(スラリーという)を注ぎ
ながら定盤に貼付けた研磨パッドにウェハを押しつけ、
ウェハに荷重をかけながら定盤を回転させて、ウェハ表
面の凸部のみを選択的に研磨する方法である。この方法
では、研磨パッドの磨耗による研磨レートの劣化のた
め、研磨の終点を時間でコントロールすることは極めて
難しい。
【0003】その解決策としてさまざまな手法が考えら
れ、実用かされているが、その中の一つに被研磨材料よ
り研磨レートの遅い材料をストッパに用いることが考え
られている。そのストッパを用いた方法を図3を用いて
説明する。先ず、図4(a)のように、シリコン基板3
1の表面に設けた絶縁膜32上にアルミニウム系合金3
3をスパッタ法を用いて成膜し、通常のリソグラフィ工
程及びエッチング工程を用いてアルミニウム系合金33
をパターニングし、配線33Aを形成する。次いで、全
面にプラズマ窒化膜34をCVD法で成膜する。
【0004】その上で、図4(b)のように、層間絶縁
膜(SiO2 )35を全面に成膜する。そして、図4
(c)のように、CMP法を用いて前記層間絶縁膜35
を研磨し、配線33Aのプラズマ窒化膜34が露出する
まで研磨を行う。この露出したプラズマ窒化膜34の研
磨レートは層間絶縁膜35の約1/5であるため、研磨
のストッパとして働き、配線33Aと略同じ厚さの均一
な層間絶縁膜35を形成でき、多層配線構造の完全平坦
化に有効となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法では、基板面内での研磨ルートのばらつきを考えて多
少多めに研磨したときには、図5に示すように配線33
Aの間隔の比較的広い部分では、ストッパとしてのプラ
ズマ窒化膜34が存在していないため、この部分の研磨
が進行されて層間絶縁膜35にヘこみ35aが生じ、平
坦化を図る上で好ましくない状態となる。
【0006】また、図6(a)のように、配線33Aが
孤立している場合には、配線33A上のプラズマ窒化膜
34の面積が小さいため、ストッパとしての機能が低下
され、層間絶縁膜35と共に研磨され、配線33A自身
も研磨されてしまうことがある。即ち、CMP法は原理
上、ウェハの凸部分を選択的に研磨することから、層間
絶縁膜35を研磨していくと、プラズマ窒化膜34が露
出し、さらに研磨すると最初は1:5の割合で層間絶縁
膜35が速く研磨されるが、やがて配線33A上のプラ
ズマ窒化膜34が研磨され始め、図6(b)のように配
線33Aが研磨されてしまう。本発明の目的は、CMP
法による研磨に対して平坦化に有効な半導体装置を提供
することにある。また、本発明の他の目的はCMP法を
用いた平坦化を確実に実現可能とした半導体装置の製造
方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
絶縁膜上に所要パターンに形成された配線と、これら配
線間の領域に配線と同一材料で形成されたダミー配線
と、配線及びダミー配線の少なくとも上面に形成された
ストッパ膜と、配線とダミー配線との間に形成された層
間絶縁膜とで構成されており、ストッパ膜の研磨レート
が層間絶縁膜の研磨レートに比較して大きい構成とす
る。ここで、ストッパ膜は配線及びダミー配線の上面に
のみ形成されることが好ましい。また、本発明の製造方
法は、絶縁膜上に配線材料を成膜する工程と、この配線
材料をパターニングして配線とダミー配線を形成する工
程と、配線及びダミー配線を含む基板全面にストッパ膜
を成膜する工程と、ストッパ膜上に層間絶縁膜を成膜す
る工程と、前記ストッパ膜が露出されるまで層間絶縁膜
を研磨法を用いて研磨する工程を含んでいる。また、本
発明の他の製造方法は、絶縁膜上に配線材料を成膜する
工程と、この配線材料の上にストッパ膜を成膜する工程
と、ストッパ膜と配線材料をパターニングして配線とダ
ミー配線を形成する工程と、絶縁膜上の全面に層間絶縁
膜を成膜する工程と、ストッパ膜が露出されるまで層間
絶縁膜を研磨法を用いて研磨する工程を含んでいる。
【0008】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図1は本発明の実施例1を工程順に示す断面図であ
り、図2はその平面図である。先ず、図1(a)に示す
ように、シリコン基板11上にCVD法によりシリコン
酸化膜等の絶縁膜12を成膜し、その上にアルミニウム
系合金13をスパッタ法にて0.5μmの厚さに成膜す
る。そして、通常のリソグラフィ工程及びエッチング工
程を用いてアルミニウム系合金13をパターニングし所
要パターンの配線13Aを形成する。その際、本発明に
おいては前記配線のみならず、配線間のスペースにダミ
ー配線13Bを同時にパターニングする。
【0009】このダミー配線13Bは配線の間隔が所定
寸法以上離れている場合には、必ずその間のスペースに
配置する。この実施例では、配線の間隔が2μm以上離
れている場合に、両配線の中間位置で、かつ配線13A
とダミー配線13Bとの間隔が0.5μm〜1μm程度
となるように形成する。また、このダミー配線13Bと
配線13Aとの間に寄生容量が生じないように、図2に
その平面パターン配置を示すようにダミー配線13Bを
島状に形成する。配線間のスペースが配線に沿って長い
場合には、複数個のダミー配線13Bをその長さ方向に
沿って離間配置しており、この場合にはダミー配線13
Bの相互の間隔も前記寸法となるように形成する。
【0010】その後、図1(b)のように、CVD法を
用いて全面にストッパ膜としてプラズマ窒化膜14を
0.1μmの厚さに成膜する。更に、その上にCVD法
を用いてシリコン酸化膜等の層間絶縁膜15を2μmの
厚さに成膜する。しかる上で、図1(c)のように、C
MP法を用いてプラズマ窒化膜14が露出されるまで層
間絶縁膜15を研磨する。このとき、ダミー配線13B
を設けることによってその上面に設けたプラズマ窒化膜
14の面積が増大されるため、CMP法を用いた研磨に
おけるストッパ機能が十分に発揮され、ストッパ時点が
明確なものとなる。したがって、配線13Aが存在しな
い領域での層間絶縁膜15のエッチングが進行されるこ
とが防止され、また、プラズマ窒化膜14が研磨されて
その下層の配線13Aやダミー配線13Bが研磨される
ことも防止される。これにより、層間絶縁膜15を配線
13A及びダミー配線13Bと均一な厚さに研磨するこ
とが可能となり、多層配線構造におけるグローバルな完
全平坦化が達成される。
【0011】図3は本発明の実施例2を製造工程順に示
す断面図である。先ず、図3(a)のように、シリコン
基板21上にシリコン酸化膜等の絶縁膜22をCVD法
を用いて成膜し、その上にアルミニウム系合金23をス
パッタ法にて0.5μmの厚さに成膜する。更に、その
上にプラズマ窒化膜24をCVD法で0.1μmの厚さ
に成膜する。そして、常法のリソグラフィ工程及びエッ
チング工程を用いて前記プラズマ窒化膜24とアルミニ
ウム系合金23を所要パターンにエッチングし、配線2
3Aとダミー配線23Bを形成する。このとき、最初に
図外のフォトレジストをマスクにしてプラズマ窒化膜2
4をパターニングし、次いでパターニングされたプラズ
マ窒化膜24をマスクにしてアルミニウム系合金23を
パターニングし、配線23Aを形成する。その際、配線
23Aのみならずダミー配線23Bも同時にパターニン
グする。
【0012】このダミー配線23Bは実施例1と同様で
あり、配線23Aの間隔が2μm以上離れている所には
必ず配置し、この実施例では配線23Aとダミー配線2
3Bの間隔が1μm程度になるようにする。また、この
ダミー配線23Bは島状に形成し、配線23Aにおける
寄生容量を防止し、かつダミー配線23Bの相互間隔も
1μm程度になるようにする。その上で、図3(b)の
ように、CVD法を用いてシリコン酸化膜等の層間絶縁
膜25を全面に2μmの厚さに成膜する。しかる上で、
図3(c)のように、CMP法を用いて層間絶縁膜25
をプラズマ窒化膜24が露出するまで研磨する。
【0013】この実施例2においても、配線23A間の
間隔が大きな領域にダミー配線23Bを設けることによ
ってその上面に設けたプラズマ窒化膜24の密度が高め
られるため、CMP法を用いた研磨におけるストッパ機
能が十分に発揮され、ストッパ時点が明確なものとな
り、配線23Aが存在しない領域での層間絶縁膜25の
エッチングが進行されることが防止され、また、プラズ
マ窒化膜24が研磨されてその下層の配線23Aやダミ
ー配線23Bが研磨されることも防止される。
【0014】また、この実施例2では、配線23Aの側
面に比誘電率の高いプラズマ窒化膜24が存在していな
いため、配線間容量を低減することが可能となる。更
に、配線をパターニングするに際しては、フォトレジス
トとプラズマ窒化膜、プラズマ窒化膜とアルミニウム系
合金のエッチング選択比が取れることから、最初に薄い
フォトレジストをマスクにしてプラズマ窒化膜24をパ
ターニングし、次いでこのプラズマ窒化膜24をハード
マスクとしてアルミニウム系合金23をパターニングす
ることが可能となり、結果としてフォトレジストに薄膜
のものが利用でき、微細な配線パターンの形成が可能と
なる。因に、フォトレジストの膜厚が厚いと解像度の高
いマスクパターンを得ることが難しく、微細な配線パタ
ーンを得ることは困難である。
【0015】ここで、前記実施例ではアルミニウム系合
金で配線を形成した例を示しているが、多結晶シリコン
やその他の金属で配線を形成する場合でも本発明を同様
に適用することができる。また、ストッパ膜としてのプ
ラズマ窒化膜は、配線の材質や層間絶縁膜の材質によっ
て適宜のものが選択できる。更に、ダミー配線を配置す
る必要がある配線間の間隔は、配線の膜厚やストッパ膜
の膜厚やその材質等によって適切に設定することが好ま
しい。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、所要パタ
ーンに形成された配線間にダミー配線を設け、これら配
線及びダミー配線の少なくとも上面にストッパ膜を、ま
た両者の間に層間絶縁膜をそれぞれ形成し、ストッパ膜
の研磨レートが層間絶縁膜の研磨レートに比較して大き
い構成としているので、層間絶縁膜の研磨に際してはス
トッパ膜により終点が検出でき、平坦な層間絶縁膜を形
成できる。また、ストッパ膜を配線及びダミー配線の上
面にのみ形成することにより、配線間の容量を低減する
ことができる。
【0017】また、本発明の製造方法は、配線材料をパ
ターニングして配線とダミー配線を形成した後、配線及
びダミー配線の少なくとも上面にストッパ膜を成膜し、
かつ層間絶縁膜を成膜し、その後ストッパ膜が露出され
るまで層間絶縁膜を研磨法を用いて研磨するため、ダミ
ー配線の面積に相当するだけストッパ膜の面積を増大
し、ストッパ膜の機能を高め、層間絶縁膜や配線におけ
る過度の研磨を防止して平坦な配線構造を製造すること
が可能となる。また、配線材料にストッパ膜を形成した
上で、これらを所要パターンに形成し、層間絶縁膜を成
膜してこれを研磨することにより、配線やダミー配線の
パターニングに際してはストッパ膜をハードマスクとし
て利用でき、パターニングで使用されるフォトレジスト
の膜厚を低減でき、微細パターンの形成が可能になると
いう効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1を製造工程順に示す断面図で
ある。
【図2】実施例1の平面配置図である。
【図3】本発明の実施例2を製造工程順に示す断面図で
ある。
【図4】従来のCMP法による製造方法の一例を工程順
に示す断面図である。
【図5】従来の製造方法の問題点を説明するための断面
図である。
【図6】従来の製造方法の他の問題点を説明するための
断面図である。
【符号の説明】
11,21 シリコン基板 13,23 アルミニウム系合金 13A,23A 配線 13B,23B ダミー配線 14,24 プラズマ窒化膜 15,25 層間絶縁膜

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁膜上に所要パターンに形成された配
    線と、これら配線間の領域の前記絶縁膜上に前記配線と
    同一材料で形成されたダミー配線と、前記配線及びダミ
    ー配線の少なくとも上面に形成されたストッパ膜と、前
    記配線とダミー配線との間の領域の前記絶縁膜上に形成
    された前記配線及びダミー配線と略等しい厚さの層間絶
    縁膜とで構成され、前記ストッパ膜の研磨レートは前記
    層間絶縁膜の研磨レートに比較して大きいことを特徴と
    する半導体装置。
  2. 【請求項2】 ストッパ膜は配線及びダミー配線の上面
    にのみ形成されてなる請求項1の半導体装置。
  3. 【請求項3】 絶縁膜上に配線材料を成膜する工程と、
    この配線材料をパターニングして配線とダミー配線を形
    成する工程と、前記配線及びダミー配線を含む基板全面
    にストッパ膜を成膜する工程と、前記ストッパ膜上に層
    間絶縁膜を成膜する工程と、前記ストッパ膜が露出され
    るまで前記層間絶縁膜を研磨法を用いて研磨する工程を
    含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 絶縁膜上に配線材料を成膜する工程と、
    この配線材料の上にストッパ膜を成膜する工程と、前記
    ストッパ膜と配線材料をパターニングして配線とダミー
    配線を形成する工程と、前記絶縁膜上の全面に層間絶縁
    膜を成膜する工程と、前記ストッパ膜が露出されるまで
    前記層間絶縁膜を研磨法を用いて研磨する工程を含むこ
    とを特徴とする半導体装置の製造方法。
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