JPH11274154A - 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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JPH11274154A JP10075573A JP7557398A JPH11274154A JP H11274154 A JPH11274154 A JP H11274154A JP 10075573 A JP10075573 A JP 10075573A JP 7557398 A JP7557398 A JP 7557398A JP H11274154 A JPH11274154 A JP H11274154A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 信号線等微細配線の形成が要求され且つカッ
プリング容量の低減を行いたい領域の配線はその配線膜
厚を薄膜化し、同時に電源、GNDを供給する配線部は
配線抵抗を低減し、配線引き回しでの電圧ドロップを改
善するために厚膜化してLSI性能を改善することを目
的としている。 【解決手段】 配線膜厚を薄くする領域1と、反対に厚
くする領域2に対しSiO2 301、303、305
と、このSiO2 との選択比を有する例えばSiN30
2、304、306を層間絶縁膜として積みかさねる。
次に領域1ではViaパターンを、領域2では配線パタ
ーンを開口したレジストパターン308を形成し、層間
絶縁膜をエッチングする。次に領域1では配線パター
ン、領域2ではViaパターンを開口したレジストパタ
ーン308を形成し、層間絶縁膜をエッチングする。こ
のようにして、配線間容量の減少が要求される領域の配
線膜厚を抵抗低減が要求される領域に対し薄膜化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、多層配線構造を有
する半導体装置に関し、特にデュアルダマシン技術を用
いた配線の形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】LSIにおける多層配線の設計におい
て、近年の素子の微細化と共に、LSI中での素子の高
集積化を実現させ、LSIの高機能化、性能の改善のた
めに、素子同士をつなぐ配線の寸法微細化が求められて
いる。これに対応するために溝配線形成のための製造方
法が提案されている。
【0003】以下、図7〜図11を参照して従来技術の
溝配線形成方法を説明する。まず図7のようにSi基板
100上にMOSFET(101〜110)を形成後、
層間絶縁膜としてLP−CVD法でSiO2 111を1
000オングストローム堆積させる。さらにその上に層
間絶縁膜としてLP−CVD法によりBPSG(Bor
on Phosphorous Silicate G
lass)112を10000オングストローム堆積さ
せる。これを化学的機械的研磨(CMP:Chemic
al Mechanical Polishing)に
より、ソース・ドレイン拡散層上に残る絶縁膜厚が50
00オングストロームになるように研磨して、ゲート電
極105と対応した層間絶縁膜上の凹凸を平坦化する。
この上にBPSGとのエッチング選択比を有する(即ち
エッチング程度の違いにより選択的にエッチングでき
る)絶縁膜、例えば、SiN113をLP−CVD法に
より500オングストローム堆積させる。
【0004】さらにこのSiN113の上に、図8のよ
うに層間絶縁膜としてBPSG114を3000オング
ストローム、さらにSiN115をLP−CVD法によ
り500オングストローム堆積させる。この後に写真蝕
刻法によりMOSFETのソース・ドレイン・ゲートの
各電極と配線を結線させるためのコンタクト開口部をレ
ジストパターン116で図9のように形成する。このレ
ジストパターン116をマスクにしてSiN115を異
方性プラズマエッチングで除去後、SiNに対してエッ
チング選択比の取れる異方性プラズマエッチングでBP
SG114を開口する。
【0005】次にこのレジストパターン116をアッシ
ング処理等で除去した後、図10のように写真蝕刻法に
より配線パターンを開口したレジストパターン120を
形成する。この後、層間絶縁膜最上層のSiN115と
先に開口したコンタクトパターン底部のSiN113を
異方性プラズマエッチングで除去後、SiNに対してエ
ッチング選択比の取れる異方性プラズマエッチングでそ
の直下のBPSG114、112及びSiO2 111を
除去する。これにより配線パターンは、SiN113を
底面としてその深さが決まり、コンタクト部は配線を形
成するための溝の中で、ゲート・ソース・ドレイン電極
に達するスルーホールが形成される。
【0006】次いで配線パターン形成のマスク材とした
レジストパターン120をアッシング等で除去し、例え
ばTi/TiNをそれぞれ200オングストローム,7
00オングストロームスパッタ法で堆積後、300℃以
上に加熱した状態でAlをスパッタする。このときAl
は流動性をもった状態でその堆積が進行し、先に開口し
たスルーホール及び配線パターンの中にAlを埋め込む
ことが出来る。次にCMPの研磨材として、メタル材、
即ちAlとSiNで研磨選択比が取れる材料を用いるこ
とにより、配線溝以外のメタルを除去し、図11のよう
にメタル117の溝配線を形成することができる。この
後、所定の配線工程としてここで述べたプロセスを繰り
返し、最終のパッシベーション工程を経る事によりLS
Iが提供できる。
【0007】上記方法は今後の配線技術の中心技術とし
て考えられている。なぜなら、従来の微細配線の形成に
おいて配線材料とレジストのエッチング選択比をとるこ
とが技術的に難しく、微細配線形成のためのレジスト材
料の薄膜化がエッチングプロセスと整合しなくなってき
たこと、及び微小間隔を持つ配線の加工で、レジストパ
ターンをマスクにしてメタルをエッチングする場合に比
べ、ゴミ等のパーティクル混入が少なく、歩留まりが良
いからである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】近年の微細プロセス技
術の進歩は、素子寸法を微細化すると共により多くの素
子をLSI上に集積化させるため、素子間を接続する配
線の配線間隔を狭め、隣接する配線間の距離の縮小を進
行させている。一方で、配線レイヤー間の距離、即ち配
線層間の絶縁膜厚に関しては、その結線に用いるコンタ
クトホールの埋めこみ技術の発展により、配線の線間距
離に比べ減少度が相対的に小さい。これは、配線の線間
距離はLSIチップ上にどれだけ多くの素子を集積化で
きるかということに影響を及ぼすが、配線絶縁膜の膜厚
は集積度に影響は与えないので、膜厚は薄くしないほう
が、配線層間の容量を削減出来、高速化に対してメリッ
トが得られるためである。この結果、近年の微細化技術
の進歩は特に配線間のカップリング容量の増大をもたら
している。これに対し、加工性と容量低減の両面から配
線膜厚の減少を図った場合には、配線抵抗の増大、EM
(エレクトロマイグレーション)に対する信頼性低下の
点でLSIとしての特性を悪化させてしまう。
【0009】これを解決する手段としては、例えば配線
層数を従来に対して増大させ、下層の配線層は薄膜で微
小な配線ピッチでローカル配線を形成し、上層にいくに
従って配線ピッチを緩和し、その膜厚を増大させたグロ
ーバル配線を形成することにより、集積化のみならず抵
抗と容量に関する問題を解決し、LSIの性能を高める
方法が考えられる。しかしこの方法では、配線層数の増
大により、コストが大幅に増えるだけでなく配線層数の
増大による欠陥密度の増大を招き、高い歩留まりで製造
する事を困難にしてしまうという欠点があった。
【0010】本発明は、上記欠点を解決すべくなされた
もので、信号線等微細配線の形成が要求され且つカップ
リング容量の低減を行いたい領域の配線はその配線膜厚
を薄膜化し、同時に電源・GND電位を供給する配線部
等では、配線抵抗を低減し、配線引き回しでの電圧ドロ
ップを改善するために厚膜化して、ひいてはLSI性能
を改善することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の半導体装置は、半導体上に形成されたダマ
シン配線を具備する半導体装置であって、同一レベルの
前記ダマシン配線が互いに異なる複数の配線膜厚を有す
るように形成されていることを特徴とする。即ち同じ配
線層であっても電源線・GND線のように配線抵抗を下
げる必要のある配線部と微細配線のカップリング容量を
抑えたい領域の配線膜厚を異ならせて、前者に対しては
厚膜化により抵抗をさげることが出来、配線幅増大によ
る高集積化の疎外要因を発生することなく性能改善が図
られる。
【0012】又、本発明の半導体装置は、メモリセル部
の配線膜厚が周辺回路部における同一レベルの配線膜厚
に対し薄く形成されていることを特徴とする。一般に半
導体メモリにおいては、メモリ部では高集積化に伴い素
子密度を高めるため素子が微細化されておりその消費電
流が少ないが、周辺回路では素子密度に対する制約はメ
モリセルに比べ厳しくない一方、高速動作のために消費
する電流は大きい。従って配線膜厚を周辺回路で厚くす
ることによりIRドロップによる電圧低下を改善でき
る。
【0013】更に半導体メモリにおいて、ビット線はメ
モリセル部での素子密度向上のため、その配線ピッチが
最も厳しく、隣接するビット線とのカップリングによる
影響を受けやすいため、この膜厚を薄くすることによ
り、このカップリング容量を低減できる。あるいはワー
ド線は電位の伝搬の役割を担っており、メモリセル中で
は配線ピッチが厳しくなるが、薄膜化により隣接配線と
のカップリング容量の低減を図ることができる。
【0014】上記半導体装置を製造するために本発明の
半導体製造方法は、半導体上にダマシン配線を形成する
半導体装置の製造方法において、素子形成後、第1の絶
縁膜を堆積して平坦化を施す工程と、前記第1の絶縁膜
上に第1の絶縁膜とのエッチング選択比を有する第2の
絶縁膜を堆積する工程と、前記第2の絶縁膜上に前記第
1及び第2の絶縁膜とそれぞれ同種材料の第3及び第4
の絶縁膜を堆積する工程と、前記第4の絶縁膜上に前記
第1及び第2の絶縁膜とそれぞれ同種材料の第5及び第
6の絶縁膜を堆積する工程と、第1領域は第1のコンタ
クトパターン、第2領域は第1の配線パターンを開口し
た抜きパターンを有する第1のマスクを用い前記第6乃
至第3の絶縁膜を前記第1のコンタクトパターン及び第
1の配線パターンに対応して順次エッチングする工程
と、前記第1領域は第2の配線パターン、第2領域は第
2のコンタクトパターンを開口した抜きパターンを有す
る第2のマスクを用い前記第1領域では前記第6及び第
5の絶縁膜を前記第2の配線パターンに対応して、なら
びに前記第2及び第1の絶縁膜を前記第1のコンタクト
パターンに対応してエッチング除去すると共に、前記第
2領域では、前記第2及び第1の絶縁膜を前記第2のコ
ンタクトパターンに対応してエッチング除去する工程
と、メタル材を前記第1、第2領域における前記第1乃
至第6の絶縁膜にそれぞれ形成された配線パターン及び
コンタクトパターン内に埋めこむ工程とを具備すること
を特徴とする。
【0015】この方法により、従来はそれぞれ膜厚を最
適化するため例えば複数の層で形成していた配線中の信
号線、電源・GND線を、同一レイヤで形成することが
可能となり、性能の大幅な改善、若しくは工程の大幅な
短縮を実現することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の実施の形態について詳細に説明する。図1〜図5
は、本発明の第1の実施例の半導体装置の製造工程を示
す断面図である。
【0017】まず図1のようにSi基板200上にMO
SFET(201〜210)を形成する。具体的には、
例えばp型のSi基板200に、STI(Shallo
wTrench Isolation)構造の素子分離
領域204を形成した後、nMOSが形成されるp−w
ell202及びpMOSFETが形成されるn−we
ll203の不純物を写真蝕刻法を利用して順次Si基
板200内にイオン注入する。次いでSi基板200の
表面を熱酸化してゲート絶縁膜201としてのSiO2
膜を形成し、更にゲート絶縁膜201上にポリシリコン
などからなるnMOSFET及びpMOSFETのゲー
ト電極205を加工する。引き続いてゲート電極205
と自己整合的に、MOSFET側でn- 領域206、p
MOSFET側でp- 領域307形成用の不純物を順次
イオン注入する。更にSi基板200面上にSiNをC
VD法により堆積させた後、異方性エッチングでゲート
電極205の側面にSiN側壁208を形成し、こうし
てSiN側壁208の形成されたゲート電極205と自
己整合的にソース・ドレイン形成用のn型及びp型不純
物をnMOSFET側、pMOSFET側にそれぞれイ
オン注入し、N+/P+ のソース・ドレイン領域を得
る。次に、層間絶縁膜としてLP−CVD法でSiO2
211を、上述したように形成したMOSFET上に1
000オングストローム堆積させる。さらにその上に層
間絶縁膜としてLP−CVD法によりBPSG212を
10000オングストローム堆積させる。これをCMP
により、ソース・ドレイン拡散層上に残る絶縁膜厚が5
000オングストロームになるように研磨して、ゲート
電極205と対応した層間絶縁膜上の凹凸を平坦化す
る。この上にBPSGとのエッチング選択比を有する絶
縁膜、例えば、SiN213をLP−CVD法により5
00オングストローム堆積させる。
【0018】さらにこの上に図2のように層間絶縁膜と
してBPSG214を3000オングストローム、さら
にSiN215をLP−CVD法により500オングス
トローム堆積させる。さらにこの上に層間絶縁膜として
BPSG218を3000オングストローム、さらにS
iN219をLP−CVD法により500オングストロ
ーム堆積させる。
【0019】この後図3のように、写真蝕刻法によりM
OSFETのドレイン・ゲート等の各電極に結線される
配線中、カップリング容量低減のため配線膜厚を薄くす
る領域1ではコンタクトパターンを、電源・GNDのよ
うに容量がさほど影響しない配線部(領域2)では配線
パターンを開口したレジストパターン216を形成す
る。次いで、このレジストパターン216をマスクにし
て、SiN219/BPSG218/SiN215を異
方性プラズマエッチングで除去後、SiNに対してエッ
チング選択比の取れる異方性プラズマエッチングでBP
SG214をエッチング除去する。
【0020】次にこのレジストパターン216をアッシ
ング処理等で除去した後、図4のように写真蝕刻法によ
り領域1では配線パターンを、領域2ではコンタクトパ
ターンを開口したレジスト220を形成する。この後、
露出している層間絶縁膜SiN219及び213の最上
層を異方性プラズマエッチングで除去後、SiN/Si
に対してエッチング選択比の取れる異方性プラズマエッ
チングでその直下のBPSG218、212、及びSi
2 211を除去する。これにより、領域1の配線パタ
ーンは、SiN215及び219間の膜厚、領域2の配
線パターンはSiN213及び219間の膜厚でそれぞ
れその深さが決まり、領域2のコンタクト部は配線を形
成するための溝の中で、ゲート・ソース・ドレイン電極
に達するスルーホールが形成される。
【0021】続いて、配線パターン形成のマスク材とし
たレジスト材料220をアッシング等で除去し、例えば
Ti/TiNをスパッタ法でそれぞれ200オングスト
ローム、700オングストローム堆積後、300℃以上
に加熱した状態でAlを350nmスパッタする。この
ときAlは流動性をもった状態でその堆積が進行し、先
に開口したスルーホール及び配線パターンの中にAlを
埋めこみながら形成することが出来る。次にCMPの研
磨材として、メタル材、即ちAlとSiNで研磨選択比
が取れる材料を用いることにより、図5のように配線溝
以外のメタルを除去し、メタル217の溝配線を形成す
ることができる。この後、所定の配線工程としてここで
述べたプロセスを繰り返し、最終のパッシベーション工
程を経る事によりLSIが提供できる。
【0022】このような本発明の第1の実施例において
は、例えば領域1の配線をビット線等メモリセル部にお
ける信号線、領域2の配線をメモリセル部への電位供給
線等他の配線に適用して、高集積度で高速動作の半導体
メモリを製造することができる。又、半導体メモリにお
けるメモリセル部全体に領域1の配線、周辺回路部に領
域2の配線が用いられてもよい。
【0023】次に本発明の第2の実施例を図6を参照し
て説明する。図6はメタルパターン300上に形成され
たSiO2 301上に信号線及び電源線を本発明に従っ
て形成する場合の製造工程を示す断面図である。
【0024】図6(a)に示すように配線膜厚を薄くす
る領域1と、反対に厚くする領域2に対し、SiO2
03、305及びこのSiO2 との選択比を有する例え
ばSiN302、304、306を交互に積みかさね
る。これに対し、領域1ではViaパターンを、領域2
では電源線の配線パターンを開口したレジストパターン
307を形成し、第1の実施例と同様に層間絶縁膜をエ
ッチングする。
【0025】次に図6(b)のように、領域1では信号
線の線配線パターンを、領域2ではViaパターンを開
口したレジストパターン308を形成し、第1の実施例
と同様に層間絶縁膜を更にエッチングする。このとき領
域1ではメタル300に通じるViaホールも形成され
る。
【0026】この後、第1の実施例と同様にTi/Ti
Nをスパッタ法で堆積後、Alをスパッタすると、先に
開口したViaホール及び配線パターンの中にAlを埋
めこみながら形成することが出来る。次にCMPを用い
て配線溝以外のメタルを除去することで図6(c)のよ
うに第2層目メタル309からなる溝配線を形成するこ
とができる。
【0027】このようにして、配線間容量低減が支配的
になる領域1の配線膜厚を、抵抗低減が支配的になる領
域2に対し薄膜化することができ、LSIの性能向上が
実現できる。
【0028】尚、本実施例ではMOSFET上の第1層
目メタル配線あるいは多層配線構造における第2層目メ
タル配線に関する実施例について述べてきたが、容易に
想像できるように、本発明はこれらの配線層メタルlだ
けでなく、すべての配線層において上記プロセスを適用
でき同一レベル内に異なる膜厚のメタル配線を形成でき
る。
【0029】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、同
じ配線層であっても配線抵抗を下げる必要のある配線部
と微細配線のカップリング容量を抑えたい領域の配線膜
厚を変えることにより、後者について容量上昇を招くこ
となく前者に対しては厚膜化により抵抗をさげることが
出来、配線幅増大による高集積化の疎外要因を発生する
ことなく性能改善が図られた半導体装置を提供すること
が可能となる。
【0030】又、配線を形成するための低抵抗のメタル
材料としてはAlに限られるものではなく、CuAg、
Auなどを用いてもよい。更に層間絶縁膜に関し、Si
2やBPSGは酸化膜系の同種材料、SiNについて
も酸化膜系材料とのエッチング選択比を有する同種だ材
料下の変更が可能であり、その他本発明の主旨を逸脱し
ない範囲内で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の半導体装置の製造工程
を説明するための断面図。
【図2】本発明の第1の実施例の半導体装置の製造工程
を説明するための断面図。
【図3】本発明の第1の実施例の半導体装置の製造工程
を説明するための断面図。
【図4】本発明の第1の実施例の半導体装置の製造工程
を説明するための断面図。
【図5】本発明の第1の実施例の半導体装置の製造工程
を説明するための断面図。
【図6】本発明の第2の実施例を説明するための断面
図。
【図7】従来技術の溝配線形成方法を説明するための断
面図。
【図8】従来技術の溝配線形成方法を説明するための断
面図。
【図9】従来技術の溝配線形成方法を説明するための断
面図。
【図10】従来技術の溝配線形成方法を説明するための
断面図。
【図11】従来技術の溝配線形成方法を説明するための
断面図。
【符号の説明】 100、200…Si基板 101、201…ゲート絶縁膜 102,202…pwe11 103,203…nwe11 104,204…STI(Shallow Trenc
h Isolation) 105,205…ゲート電極 106,206…n- 領域 107,207…p- 領域 108,208…SiN側壁 109,209…N+ ソース・ドレイン 110,210…P+ ソース・ドレイン 111,211、301、303、305…SiO2 112,114、118、212、214、218…B
PSG 113、115、119、213、215、219…S
iN 116、120、216、220、307、308、2
20…レジスト 117、217、300、309…メタル

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体上に形成されたダマシン配線を具
    備する半導体装置であって、同一レベルの前記ダマシン
    配線が互いに異なる複数の配線膜厚を有するように形成
    されていることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記複数の配線膜厚を有する各ダマシン
    配線は、配線膜厚を除いて互いに同一構造を有すること
    を特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記ダマシン配線を構成する最も低抵抗
    のメタル材が単層膜からなり、前記単層膜が互いに異な
    る複数の配線膜厚を有するように形成されていることを
    特徴とする請求項1又は請求項2記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 メモリセル部の配線膜厚が周辺回路部に
    おける同一レベルの配線膜厚に対し薄く形成されている
    ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項
    に記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 メモリセル部のビット線及びワード線の
    少なくとも一方の配線膜厚がメモリセル部の他の同一レ
    ベルの配線膜厚に対し薄く形成されてなることを特徴と
    する請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の半導
    体装置。
  6. 【請求項6】 信号線の配線膜厚が電源線及びGND線
    の少なくとも一方の配線膜厚に対し薄く形成されてなる
    ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項
    に記載の半導体装置。
  7. 【請求項7】 半導体上にダマシン配線を形成する半導
    体装置の製造方法において、 素子形成後、第1の絶縁膜を堆積して平坦化を施す工程
    と、 前記第1の絶縁膜上に第1の絶縁膜とのエッチング選択
    比を有する第2の絶縁膜を堆積する工程と、 前記第2の絶縁膜上に前記第1及び第2の絶縁膜とそれ
    ぞれ同種材料の第3及び第4の絶縁膜を堆積する工程
    と、 前記第4の絶縁膜上に前記第1及び第2の絶縁膜とそれ
    ぞれ同種材料の第5及び第6の絶縁膜を堆積する工程
    と、 第1領域は第1のコンタクトパターン、第2領域は第1
    の配線パターンを開口した抜きパターンを有する第1の
    マスクを用い前記第6乃至第3の絶縁膜を前記第1のコ
    ンタクトパターン及び第1の配線パターンに対応して順
    次エッチングする工程と、 前記第1領域は第2の配線パターン、第2領域は第2の
    コンタクトパターンを開口した抜きパターンを有する第
    2のマスクを用い前記第1領域では前記第6及び第5の
    絶縁膜を前記第2の配線パターンに対応して、ならびに
    前記第2及び第1の絶縁膜を前記第1のコンタクトパタ
    ーンに対応してエッチング除去すると共に、前記第2領
    域では、前記第2及び第1の絶縁膜を前記第2のコンタ
    クトパターンに対応してエッチング除去する工程と、 メタル材を前記第1、第2領域における前記第1乃至第
    6の絶縁膜にそれぞれ形成された配線パターン及びコン
    タクトパターン内に埋めこむ工程と、を具備することを
    特徴とする半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項8】 半導体上にダマシン配線を形成する半導
    体装置の製造方法において、 素子形成後、第1の絶縁膜を堆積して平坦化を施す工程
    と、 前記第1の絶縁膜上に第1の絶縁膜とのエッチング選択
    比を有する第2の絶縁膜を堆積する工程と、 前記第2の絶縁膜上に前記第1及び第2の絶縁膜とそれ
    ぞれ同種材料の第3及び第4の絶縁膜を堆積する工程
    と、 前記第4の絶縁膜上に前記第1及び第2の絶縁膜とそれ
    ぞれ同種材料の第5及び第6の絶縁膜を堆積する工程
    と、 第1領域は第1のViaパターン、第2領域は第1の配
    線パターンを開口した抜きパターンを有する第1のマス
    クを用い前記第6乃至第3の絶縁膜を前記第1のVia
    パターン及び第1の配線パターンに対応して順次エッチ
    ングする工程と、 前記第1領域は第2の配線パターン、第2領域は第2の
    Viaパターンを開口した抜きパターンを有する第2の
    マスクを用い前記第1領域では前記第6及び第5の絶縁
    膜を前記第2の配線パターンに対応して、ならびに前記
    第2及び第1の絶縁膜を前記第1のViaパターンに対
    応してエッチング除去すると共に、前記第2領域では、
    前記第2及び第1の絶縁膜を前記第2のViaパターン
    に対応してエッチング除去する工程と、 メタル材を前記第1、第2領域における前記第1乃至第
    6の絶縁膜にそれぞれ形成された配線パターン及びVi
    aパターン内に埋めこむ工程と、を具備することを特徴
    とする半導体装置の製造方法。
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