JP2005150389A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 多孔質の低誘電率膜を用いる半導体装置において、埋め込み配線形成の化学機械研磨で発生する低誘電率膜の剥離や亀裂の発生を抑えると共に、化学機械研磨のエロージョン等による配線のシート抵抗や配線間容量のばらつきを低減する。
【解決手段】 ビア絶縁膜上に形成した高密度配線１３と孤立配線１４の間に、互いに直交する少なくとも二つのラインパターンからなるＴ字型の直交パターンを少なくとも一つ含むようにダミーパターンを配置し、高密度配線パターン１３、孤立配線１４、およびダミーパターン１６とを合わせた全体のパターン密度を半導体基板上で均一化することにより、埋め込み配線形成の化学機械研磨において、低誘電率膜に加わるせん断応力に起因する剥離や亀裂を抑え、かつ、配線および層間絶縁膜の膜厚のばらつきを低減する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、半導体装置に関するものであり、特に多層配線構造を有する半導体装置に関する。

半導体装置の代表として知られているマイクロプロセッサやメモリなどのＬＳＩ（大規模集積回路）の高集積化に伴い、トランジスタのゲート長などの素子寸法、各素子を構成する膜厚は微細化されてきた。また、これらの微細化により配線ピッチや配線を接続するためのビアのサイズも縮小化されてきている。

しかし、単純な微細化を行えば配線幅の縮小や配線膜厚の薄膜化により配線抵抗が増加し、また配線ピッチが縮小化されることにより配線間寄生容量が大きくなってしまう。これらの配線抵抗や配線間寄生容量の増加は、ともに信号伝達遅延を大きくするため、半導体装置の高速化に対して大きな障害となる。従って、近年の多層配線化技術においては、回避策として様々な方法が取られている。

まず、配線抵抗に関しては、従来のアルミニウム配線よりも抵抗の低い銅配線への移行が検討されている。銅を従来と同様にドライエッチングして配線形状に加工することは現状の技術では極めて困難なため、層間絶縁膜に配線用溝を形成し、その溝の中に銅配線を形成する、いわゆるダマシン配線と呼ばれる埋め込み配線構造が製品で使用されるようになった（例えば、特許文献１参照）。

ここで、一般的な埋め込み配線の形成方法は、層間絶縁膜に配線用の溝を形成し、この溝を埋め込むように銅膜などの金属膜を全面に形成し、配線用溝の外部に形成した金属膜を化学機械研磨（Chemical Mechanical Polishing;以下、ＣＭＰと称する）により除去することにより行う。

しかしながら、ＣＭＰの被研磨速度が銅膜と層間絶縁膜で大きく異なるため、配線密度が大きい箇所ではエロージョンと呼ばれる、配線膜厚や層間絶縁膜が局所的に薄膜化する現象が発生しやすい。一方、隣接する配線パターンの間隔が大きく、配線密度が小さい箇所では、ディッシングと呼ばれる、層間絶縁膜が薄膜化する現象が発生しやすい。
これらのことから、配線密度や配線幅により、配線膜厚や層間絶縁膜の分布が不均一になり、配線抵抗を増加させたり、配線間寄生容量を増加させてしまうという欠点があった。上述の欠点を除去するため、配線密度の疎密差を小さくするようにダミーパターンを形成する技術が提供されるに至っている（例えば、特許文献２参照）。

一方、配線間寄生容量の低減に関しては、層間絶縁膜の材料として、従来のシリコン酸化膜に代わり、シリコン酸化膜よりも比誘電率が低い、いわゆる低誘電率膜の導入が不可欠となっている。
その中でも、特に比誘電率の低い多孔質膜は機械的強度や密着性が従来のシリコン酸化膜よりも低いため、ＣＭＰ中の摩擦により膜が剥離したり、膜に亀裂が入ったりするという問題が避けられない。しかしながら、従来のダミーパターン形成技術では、このような低誘電率膜へのダメージを低減することに関しての対策は十分ではなかった（例えば、特許文献２参照）。
特開平１０−２８４６００号公報 特開平１０−０２７７９９号公報

上述のように、低誘電率膜を層間絶縁膜として用いる半導体装置において、埋め込み配線構造を形成するとき、配線溝の外部に形成した金属膜を除去するためにＣＭＰを行う。 このとき、配線密度の疎密差や配線幅により、ＣＭＰ後の配線膜厚や層間絶縁膜が不均一になったり、層間絶縁膜として用いた低誘電率膜の剥離や亀裂が発生するという課題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、低誘電率膜を層間絶縁膜として用いる半導体装置において、埋め込み配線形成後の配線膜厚や層間絶縁膜の膜厚のばらつきを抑え、且つ、低誘電率膜の剥離や亀裂が発生しないようにした、優れた半導体装置を提供することを目的とする。

本発明に係る半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の主面に形成した第一の絶縁膜と、前記第一の絶縁膜の中に前記第一の絶縁膜と同じ高さで形成したダミーパターンとを備え、前記ダミーパターンは、互いに交わるラインパターン部分を有する交差パターンを少なくとも一つ含むことを特徴とするものである。

また、本発明に係る別の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の主面に形成した第一の絶縁膜と、前記第一の絶縁膜の中に前記第一の絶縁膜と同じ高さで形成した少なくとも一つの第一パターンと、前記第一の絶縁膜および前記第一パターンの上に形成したビア絶縁膜と、前記ビア絶縁膜の上に形成した第二の絶縁膜と、前記第二の絶縁膜の中で前記第二の絶縁膜と同じ高さで形成した少なくとも一つの第二パターンと、前記ビア絶縁膜の中で前記ビア絶縁膜と同じ高さで形成され、前記第一パターンの少なくとも一つと前記第二パターンの少なくとも一つとを接続するダミービアとを備え、前記第一パターンおよび第二パターンの少なくとも一方は、互いに交わるラインパターン部分を有する交差パターンを少なくとも一つ含むダミーパターンであることを特徴とするものである。
本発明のその他の特徴については、以下において詳細に説明する。

本発明によれば、低誘電率膜を層間絶縁膜として用いる半導体装置において、埋め込み配線形成後の配線膜厚や層間絶縁膜の膜厚のばらつきを抑え、低誘電率膜の剥離や亀裂が発生しないようにした、優れた半導体装置を得ることができる。

実施の形態１．
図１〜３は、本発明の実施の形態１による半導体装置の製造方法を、半導体装置の断面により、順を追って説明する工程説明図である。

まず、図１に示すように、半導体基板１の主面に、ＳＴＩ法（Shallow Trench Isolation）により、３００ｎｍ〜４００ｎｍの深さの素子分離２を形成する。
次に、半導体基板１の主面上に、窒化酸化シリコン膜などからなるゲート絶縁膜３を２〜３ｎｍ程度の膜厚で形成する。次に、ゲート絶縁膜３の上に、多結晶シリコンなどからなるゲート電極４を１００ｎｍ程度の膜厚で形成する。さらに、ゲート電極４およびゲート絶縁膜３をマスクとして、拡散層５を形成する。

次に、素子分離２、拡散層５、およびゲート電極４の上に、即ち全面に下層絶縁膜６を形成する。さらに、後に形成する金属配線と拡散層５を接続するため、下層絶縁膜６にタングステンなどからなるコンタクトプラグ７を形成する。

次に、図２に示すように、下層絶縁膜６およびコンタクトプラグ７の上に、ＳｉＣからなる第一ストッパー膜８をプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により５０ｎｍ程度の膜厚で形成する。さらに、第一ストッパー膜８の上に、有機シロキサン膜など、低誘電率膜からなる第一中間膜９をＳＯＤ（Spin On Dielectrics）法により２００ｎｍ程度の膜厚で形成する。さらに、第一中間膜９の上に、シリコン酸化膜からなる第一キャップ膜１０をプラズマＣＶＤにより、５０ｎｍ程度の膜厚で形成する。

このとき、第一ストッパー膜８は、後に形成する金属配線に含まれる金属の拡散防止のための膜として用いる。
また、第一中間膜９は、配線間寄生容量低減のため、層間絶縁膜として広く用いられているシリコン酸化膜より比誘電率が低い、いわゆる多孔質の低誘電率膜を用いる。ここで用いた膜の比誘電率は約２．２であり、シリコン酸化膜の３．９と比較して十分に低い値である。
配線間寄生容量を低減するためには、比誘電率は低いほど良いが、低くしすぎると機械的強度が弱くなるため、両者のバランスを取って、比誘電率が３．０以下となるような低誘電率膜を用いることが好ましい。
さらに、第一キャップ膜１０は、後に形成する埋め込み配線の形成において、ＣＭＰを行うときに第一中間膜９が剥離したり、亀裂が入ったりするのを防止するための膜である。
なお、本実施の形態においては、第一ストッパー膜８、第一中間膜９、および第一キャップ膜１０の三つの膜の積層膜（複数層の膜）を、全体として第一の絶縁膜と称することとする。

次に、図示しないが、第一キャップ膜１０の上にレジストパターンを形成し、これをマスクとして第一キャップ膜１０、第一中間膜９、および第一ストッパー膜８、すなわち第一の絶縁膜をドライエッチングして、配線溝を形成する。

次に、図２に示すように、前述の配線溝の内面にＴａＮまたはＴｉＮからなるバリアメタル膜１１をＣＶＤ法または原子化学気相成長法（Atomic Layer Deposition；以下、ＡＬＤ法と称する）により２０〜３０ｎｍの膜厚で形成する。このとき、バリアメタル膜１１は溝を残している。
さらに、バリアメタル膜１１で形成した溝の内面に、３００〜５００ｎｍ程度の膜厚で銅膜１２を埋め込む。

次に、図３に示すように、配線溝の外部に形成したバリアメタル膜１１、銅膜１２（図２参照）をＣＭＰにより除去し、バリアメタル１１ａおよび銅配線１２ａからなる高密度配線１３、孤立配線１４、通常配線１５、およびダミーパターン１６を形成する。このとき、ダミーパターン１６及び配線１３、１４、１５は第１の絶縁膜と同じ高さに形成される。

ここで、高密度配線１３は、例えば集積回路（Integrated Circuit；以下、ＩＣと称する）の内部回路信号伝達などに用いられ、線幅０．１μｍ程度、隣接する配線間の距離が０．１μｍ程度で金属配線が高密度で配置されている。
一方、孤立配線１４は、例えばＩＣの特定箇所のウェル電圧印加などに用いられ、線幅が０．１μｍ程度、高密度配線１３までの距離が数μｍ〜数十μｍとなっている。
また、通常配線１５は、例えばＭＩＳ（Metal Insulator Semiconductor;金属絶縁膜半導体）型トランジスタのソースまたはドレインとなる拡散層５と接続されている。

ここで、図３において、高密度配線１３と孤立配線１４の間、および孤立配線１４の右側にダミーパターン１６を複数配置しており、高密度配線１３、孤立配線１４、通常配線１５、およびダミーパターン１６を合わせた全体の密度が半導体基板１上で均一化されるように配置されている。
すなわち、高密度配線１３、孤立配線１４、通常配線１５、およびダミーパターン１６を合わせた密度が、半導体基板１のどの箇所においてもほぼ一定となるようにダミーパターン１６を配置するようにしたので、埋め込み配線形成におけるＣＭＰのエロージョンやディッシングを抑えることができる。
以下、ダミーパターンの配置方法と、その効果について詳細に説明する。

ダミーパターン１６の平面構造を説明するため、高密度配線１３、孤立配線１４、通常配線１５、およびダミーパターン１６を形成した後（図３参照）の、高密度配線１３、孤立配線１４、およびダミーパターン１６の平面図を図４に示す。また、他の変形例を図５及び図６に示す。（なお、図３と、図４〜６の配線の幅や配線の本数は一致させていない。）ここでは、ダミーパターン１６の要素パターンとしてＴ字型のダミーパターン１６ｐを用い、各図では、複数のＴ字型のダミーパターン１６ｐを高密度配線１３と孤立配線１４の間、および孤立配線１４の右側に配置している。なお、図示したように互いに分離したＴ字型のダミーパターン１６ｐはダミーパターン１６の要素パターンであり、ダミーパターン１６は要素パターンの集合であるが、以下では便宜上いずれもパターンという用語を用いて説明する。

ここで、Ｔ字型のダミーパターンとは、一本の横方向のラインパターンの中間に、他の一本の縦方向のラインパターンの上端部が直角に接続しているパターンのことと定義する。すなわち、このＴ字型のダミーパターンは、横方向及び縦方向のラインパターン部分が互いに直交した交差パターンとなっている。

また、図示しないが、Ｌ字型のダミーパターンは、一本の横方向のラインパターンの左端に他の縦方向のラインパターンの下端が直角に接続しているパターンであり、互いに交わるラインパターン部分を有する交差パターンを含むパターンの一つである。
同様に、図示しないが、Ｈ型のダミーパターンは、一本の横方向のラインパターンの両端部にそれぞれ縦方向のラインパターンの中央が直角に接続しているパターンであり、互いに交わるラインパターン部分を有する交差パターンを含むパターンの一つである。

次に、図４〜６の各図のＴ字型ダミーパターンの配置について説明する。
まず、図４では、高密度配線１３と孤立配線１４の間、および孤立配線１４の右側に、複数の同一寸法のＴ字型ダミーパターンを同じ向きにした状態で配置している。
ここでは、一つのダミーパターンのＴ字の縦方向のラインパターンと、縦方向に隣接する他のダミーパターンの縦方向のラインパターンが同一直線上にある。
また、一つのダミーパターンのＴ字の横方向のラインパターンと、横方向に隣接する他のダミーパターンの横方向のラインパターンも同一直線上にあり、縦方向、横方向はそれぞれ等間隔に並んでいる。

次に、図５では、高密度配線１３と孤立配線１４の間、および孤立配線１４の右側に、複数の同一寸法のＴ字型ダミーパターンを同じ向きにした状態で配置している。
ここでは、一つのダミーパターンのＴ字の縦方向のラインパターンと、縦方向に隣接する他のダミーパターンの縦方向のラインパターンが同一直線上にある。
しかし、一つのダミーパターンのＴ字の横方向のラインパターンと、横方向に隣接する他のダミーパターンの横方向のラインパターンは同一直線上になく、一列おきに同一直線上にある。このように配列することを、ここでは、「横方向に入れ子状に配置する」と称する。
すなわち、図５では、ダミーパターンとしてＴ字型の直交パターンを複数有し、各直交パターンの横方向に隣接するダミーパターンを横方向に入れ子状に配置している。

なお、図示しないが、一つのダミーパターンのＴ字の横方向のラインパターンと、横方向に隣接する他のダミーパターンの横方向のラインパターンが同一直線上にあり、且つ、一つのダミーパターンのＴ字の縦方向のラインパターンと、縦方向に隣接する他のダミーパターンの縦方向のラインパターンは同一直線上になく、一列おきに同一直線上にあるように配置することを、ここでは、「縦方向に入れ子状に配置する」と称する。

次に、図６では、高密度配線１３と孤立配線１４の間、および孤立配線１４の右側に、複数の同一寸法のＴ字型ダミーパターンを配置している。
ここでは、一つのダミーパターンのＴ字の縦方向のラインパターンと、縦方向に隣接する他のダミーパターンの縦方向のラインパターンは同じ向きで、同一直線上にある。
これに対し、一つのＴ字型ダミーパターンの横方向に隣接する他のダミーパターンは、１８０°回転させた状態（上下反転させた状態）で配置し、かつ、一つのＴ字の横方向のラインパターンと、横方向に隣接する他のダミーパターンの横方向のラインパターンは同一直線上になく、一列おきに同一直線上にあるように配置する。このように配列することを、ここでは、「横方向に入れ子状に反転配置する」と称する。
すなわち、図６では、ダミーパターンとしてＴ字型の直交パターンを複数有し、各直交パターンの横方向に隣接するダミーパターンを横方向に入れ子状に反転配置している。
なお、本実施の形態においては、１８０°回転させて配置することを反転配置すると称するが、それ以外の所定の角度回転させた状態で配置することも可能である。

なお、図示しないが、ここでは、一つのダミーパターンのＴ字の横方向のラインパターンと、横方向に隣接する他のダミーパターンの横方向のラインパターンは同じ向きで、同一直線上にあり、且つ、一つのＴ字型ダミーパターンの縦方向に隣接する他のダミーパターンは、１８０°回転させた状態（上下反転させた状態）で配置し、かつ、一つのＴ字の縦方向のラインパターンと、縦方向に隣接する他のダミーパターンの縦方向のラインパターンは同一直線上になく、一列おきに同一直線上にあるように配置する。このように配列することを、ここでは、「縦方向に入れ子状に反転配置する」と称する。

このとき、ダミーパターンの平面形状は、図４〜６に示したＴ字型のように、互いに直交する少なくとも二つのラインパターン部分からなる直交パターンであるとき、ＣＭＰにおける、低誘電率膜に対するせん断応力による剥離や亀裂を効果的に抑えることができる。

これは、以下の理由によるものと考えられる。埋め込み配線形成のＣＭＰにおいて、埋め込み配線溝の外部に形成した金属膜がＣＭＰにより除去され、層間絶縁膜が露出するとき、埋め込み配線パターンの外周部に接する層間絶縁膜（低誘電率膜）に、ＣＭＰの研磨パッドによるせん断応力が加わる。このとき、層間絶縁膜の剥離や亀裂は、主に埋め込み配線の外周部から外側に向かう法線方向の応力により引き起こされると考えられる。

図１７は、Ｔ字型のダミーパターンを１８０°反転させて配置したときの平面図であり、辺ａと辺ｂは互いに直交している。埋め込み配線形成のＣＭＰにおいて、Ｔ字型ダミーパターンの外側にある金属が除去されると、この部分に層間絶縁膜が露出する。ＣＭＰの研磨パッドにより辺ａからダミーパターンの外側に向かって辺ａの法線方向にせん断応力αが加わるとき、αの方向に層間絶縁膜を剥離しようとする応力が大きくなるが、αの方向と平行方向にある辺ｂの埋め込み金属膜の外周部が、層間絶縁膜と密着しているため、層間絶縁膜のα方向の剥離や亀裂が抑えられる。
このように、せん断応力αと平行方向にあるパターンの存在により、層間絶縁膜、すなわち低誘電率膜の剥離や亀裂が生じ難くなると考えられる。

従って、ダミーパターンはＴ字に限らず、互いに直交する少なくとも二つのラインパターンからなる直交パターンであるとき、例えば、Ｌ字型、Ｈ字型であっても同様の効果を得ることが可能であると考えられる。

また、図１８、図１９のように、網目状、梯子状のパターンであっても、同様の効果を得ることも可能である。
図１８に示した網目状のパターンは、多数のラインパターンからなる直交パターンを有し、例えば、寸法Ｇ＝１μｍ、寸法Ｈ＝１μｍで形成し、ダミーパターンとして配置する。
また、図１９に示した梯子状パターンは、一本の長いラインパターンに、多数の短いラインパターンが直交したパターンであり、例えば、ライン幅Ｉ＝１μｍ、ライン間隔Ｊ＝１μｍで形成し、ダミーパターンとして配置する。

なお、本実施の形態では、ダミーパターンとして、互いに直交する少なくとも二つのラインパターン部分からなる直交パターンの例を示した。しかし、図１７において、辺ａと辺ｂの成す角度が直角以外の角度、例えば４５°や６０°であっても、辺ｂの埋め込み金属膜の外周部が絶縁膜と密着しているため、せん断応力による層間絶縁膜のα方向の剥離や亀裂を起こり難くする効果を有すると考えられる。すなわち、互いに交わるラインパターン部分を有する交差パターンをダミーパターンとして用いれば同様の効果を有すると言える。すなわち、この実施の形態におけるダミーパターン１６の要素パターンとしては、互いに交わるラインパターン部分を有する交差パターンとするのが好適であり、また、この交差パターンを一つ以上含むようにするのがよい。

次に、図５に示したように、Ｔ字型のダミーパターンを横方向に入れ子状に配置する効果について説明する。図４のようにＴ字型ダミーパターンを配列するとき、１６ａの点線で囲んだ部分は、一つのＴ字のダミーパターンの横方向パターンと、横方向に隣接する他のダミーパターンの横方向のパターンが最も近接している箇所であり、リソグラフィおよびエッチングにおいて加工し難い箇所である。このような加工し難い箇所が存在すると、所望のダミーパターン密度を得ることが困難になってしまう。

上記問題を回避するため、図５に示したように、すなわち横方向に入れ子状に配列することにより、図４の１６ａの点線で囲んだ部分は、横方向に隣接する二つのＴ字型ダミーパターンの横方向パターンの間隔が広がるため、リソグラフィおよびエッチングにおいて、加工が容易となる。従って、図４の場合と比較して、所望のダミーパターン密度を得ることが容易となる。

また、図６においては、ダミーパターンを横方向に入れ子状に反転配置することにより、図５と同様の効果を得ることができる。さらに、図６に示すように、ダミーパターンの密度を上げることができるので、図５の場合と比較して、より高密度のダミーパターンを得ることが可能となる。

ここで、図６に示すようにＴ字型ダミーパターンを横方向に入れ子状に反転配置したとき、図７に示すように、例えばＴ字型のダミーパターンの間隔Ａ＝６μｍ、間隔Ｂ＝２μｍで形成する。
また、Ｔ字型のダミーパターンを１８０°回転（反転）させた状態の拡大図を図８に示す。例えば、ダミーパターンのライン幅Ｃ＝２μｍ、ライン長Ｄ＝１０μｍで形成する。

なお、本実施の形態では、第一の絶縁膜の一部である第一中間膜９が多孔質の低誘電率膜である例を示した。しかし、第一の絶縁膜は比誘電率が３以下の低誘電率膜からなる単層膜であるか、または、前記低誘電率膜を少なくとも一つ含む積層膜（複数層の膜）であれば、配線形成のＣＭＰに対しては効果を発揮する。
また、前記低誘電率膜が多孔質膜であるとき、低誘電率膜の機械的強度がさらに弱くなるため、前述のダミーパターンを配置することは埋め込み配線形成におけるＣＭＰのエロージョンやディッシングの防止に対して効果的であるといえる。

以上、詳細に説明したように高密度配線１３と孤立配線１４の間、および孤立配線１４の右側にダミーパターンを配置することにより、埋め込み配線形成におけるＣＭＰのエロージョンやディッシングを抑えることができ、且つ、低誘電率膜の剥離や亀裂の発生を低減させることが可能となる。

この後、図示しないが、高密度配線１３、孤立配線１４、通常配線１５、およびダミーパターン１６の上に、必要に応じてビア、配線層などを形成する。これらの工程は、この分野で既知であるので、詳細な説明は省略する。

以上説明したように、本実施の形態では、高密度配線パターンと孤立配線の間に、互いに直交ないし交差する少なくとも二つのラインパターンからなる交差パターンを少なくとも一つ含むようにダミーパターンを配置し、他の配線とダミーパターンを合わせた全体の密度が半導体基板上で均一化されるようにした。
なお、以上ではダミーパターン１６の要素パターンとしては、ラインパターン部分が直交する直交パターンとして説明したが、ラインパターン部分が直交するものに限られず一定の角度をもって交差する交差パターンであってもよい。また、この交差パターンを一つ以上含むようにするのがよい。

このように形成することにより、埋め込み配線形成のＣＭＰにおいて、埋め込み配線形成におけるＣＭＰのエロージョンやディッシングを抑えることができるので、配線密度や配線幅により、配線膜厚や層間絶縁膜の分布が不均一となることにより、配線抵抗を増加させたり、配線間寄生容量を増加させてしまうという問題が解消される。さらに、低誘電率膜中へのせん断応力による層間絶縁膜の剥離や亀裂を抑制することができる。従って、信頼性の優れた半導体装置を得ることができる。

実施の形態２
本発明の実施の形態２による半導体装置の製造方法について、実施の形態１で用いた図１〜図３を援用して説明する。
実施の形態２においては、半導体基板１の主面に素子分離２を形成する工程から、ＣＭＰにより高密度配線１３、孤立配線１４、通常配線１５、およびダミーパターン１６を形成するまでの工程を、実施の形態１で示した工程と同一の方法により形成する。

このとき、実施の形態１と同様に、高密度配線１３と孤立配線１４の間、および孤立配線１４の右側にダミーパターン１６（図３参照）を配置することにより、これらの埋め込み配線形成におけるＣＭＰのエロージョンやディッシングを抑えることができ、且つ、低誘電率膜の剥離や亀裂を抑制する効果がある。

次に、図９に示すように、第一キャップ膜１０の上にビア絶縁膜１７を形成する。次に、ビア絶縁膜１７の表面から、高密度配線１３、孤立配線１４、通常配線１５の上面に達するビア１８を形成する。また、同時にダミーパターン１６（図３参照）の上面に達するダミービア１８ａを形成する。

次に、図１０に示すように、ビア絶縁膜１７、ビア１８、およびダミービア１８ａの上に、ＳｉＣからなる第二ストッパー膜１９をプラズマＣＶＤ法により５０ｎｍ程度の膜厚で形成する。さらに、第二ストッパー膜１９の上に、有機シロキサン膜など、低誘電率膜からなる第二中間膜２０をＳＯＤ法により２００ｎｍ程度の膜厚で形成する。さらに、第二中間膜２０の上に、シリコン酸化膜からなる第二キャップ膜２１をプラズマＣＶＤにより、５０ｎｍ程度の膜厚で形成する。

このとき、第二ストッパー膜１９は、後に形成する金属配線に含まれる金属の拡散防止のための膜として用いる。
また、第二中間膜２０は、配線間寄生容量低減のため、層間絶縁膜として広く用いられているシリコン酸化膜より比誘電率が低い、いわゆる多孔質の低誘電率膜を用いる。ここで用いた膜の比誘電率は約２．２であり、シリコン酸化膜の３．９と比較して十分に低い値である。
配線間寄生容量を低減するためには、比誘電率は低いほど良いが、低くしすぎると機械的強度が弱くなるため、両者のバランスを取って、比誘電率が３．０以下となるような低誘電率膜を用いることが好ましい。
さらに、第二キャップ膜２１は、後に形成する埋め込み配線の形成において、ＣＭＰを行うときに第二中間膜２０が剥離したり、亀裂が入ったりするのを防止するための膜である。
なお、本実施の形態においては、第二ストッパー膜１９、第二中間膜２０、および第二キャップ膜２１の三つの膜の積層膜（複数層の膜）を、全体として第二の絶縁膜と称することとする。

次に、図示しないが、第二キャップ膜２１の上にレジストパターンを形成し、これをマスクとして第二キャップ膜２１、第二中間膜２０、および第二ストッパー膜１９、すなわち第二の絶縁膜をドライエッチングして、配線溝を形成する。

次に、図１０に示すように、前述の配線溝の内面にＴａＮまたはＴｉＮからなるバリアメタル膜２２をＣＶＤ法またはＡＬＤ法により２０〜３０ｎｍの膜厚で形成する。このとき、バリアメタル膜２２は溝を残している。
さらに、バリアメタル膜２２で形成した溝の内面に、３００〜５００ｎｍ程度の膜厚で銅膜２３を埋め込む。

次に、図１１に示すように、前述の配線溝の外部に形成したバリアメタル膜２２、銅膜２３（図１０参照）をＣＭＰにより除去し、バリアメタル２２ａおよび銅配線２３ａからなる高密度配線２４、孤立配線２５、通常配線２６、およびダミーパターン２７を形成する。ここで、ダミーパターン２７及び配線２４、２５、２６は第２の絶縁膜と同じ高さに形成される。

なお、本実施の形態では、下層絶縁膜６の上に形成したダミーパターン１６と、ビア絶縁膜１７の上に形成したダミーパターン２７を、ダミービア１８ａにより接続するようにした（図３、１１参照）。また、ここで述べるダミーパターン１６およびダミーパターン２７は、いずれも、互いに交わるラインパターン部分を有する交差パターンを少なくとも一つ含んでいる。
この組み合わせ以外にも、ダミービア１８ａにより接続可能な例として、高密度配線１３とダミーパターン２７、孤立配線１４とダミーパターン２７、通常配線１５とダミーパターン２７、ダミーパターン１６と高密度配線２４、ダミーパターン１６と孤立配線２５、ダミーパターン１６と通常配線２６という組み合わせが挙げられる。
すなわち、ダミービア１８ａと下層絶縁膜６上で接続するパターンを第一パターン、ビア絶縁膜１７上で接続するパターンを第二パターンと定義すると、第一パターンおよび第二パターンの少なくとも一方がダミーパターンであれば良い。
これらの組み合わせにより、ダミービア１８ａの上に形成する高密度配線２４、孤立配線２５、および通常配線２６を補強することが可能である。

このとき、ダミーパターン２７を配置した効果により、ビア絶縁膜１７の表面上に形成した高密度配線２４、孤立配線２５、通常配線２６、およびダミーパターン２７を形成するＣＭＰの際に、ＣＭＰのエロージョンやディッシングを抑えることができ、且つ、低誘電率膜の剥離や亀裂を抑制する効果がある。

また、第一パターンと第二パターンが、ダミービアによって接続されているので、図１１で示したように、高密度配線２４、孤立配線２５、通常配線２６、およびダミーパターン２７を形成するときのＣＭＰにおいて、ダミービアが第二パターンを補強することができるので、第二の絶縁膜の剥離や亀裂を抑制する効果をさらに大きくすることができる。

図１２は、本実施の形態のダミーパターン２７と、ダミービア１８ａの配置を示す平面図である。また、他の変形例を図１３および１４に示す。（なお、図１１と、図１２〜１４の配線の幅や配線の本数は一致させていない。）ここでは、ダミーパターン２７の要素パターンとしてＴ字型のダミーパターン２７ｐを用い、各図では、複数のＴ字型のダミーパターン２７ｐを高密度配線２４と孤立配線２５の間、および孤立配線２５の右側に配置している。なお、図示したように互いに分離したＴ字型のダミーパターン２７ｐはダミーパターン２７の要素パターンであり、ダミーパターン２７は要素パターンの集合であるが、以下では便宜上いずれもパターンという用語を用いて説明する。
各図は、それぞれ実施の形態１の図４〜６におけるＴ字型ダミーパターンの上層に、ビア絶縁膜１７を介して同一のＴ字型パターンを重ねあわせるように形成したもので、下層絶縁膜上に形成したダミーパターンと、ビア絶縁膜上に形成したダミーパターンが、ダミービア１８ａによって接続されている。
各図のダミーパターンを入れ子状に配置する効果、上下反転した状態で配置する効果については、実施の形態１と同様であるので、説明は省略する。

ここで、図１４に示すようにＴ字型ダミーパターンを横方向に入れ子状に反転配置したとき、図１５に示すように、例えばＴ字型のダミーパターンの間隔Ａ＝６μｍ、間隔Ｂ＝２μｍで形成する。
また、Ｔ字型のダミーパターンを１８０°回転（反転）させた状態の拡大図を図１６に示す。例えば、ダミーパターンのライン幅Ｃ＝２μｍ、ライン長Ｄ＝１０μｍ、ビア径Ｅ＝１μｍ、ビア間隔Ｆ＝１．５μｍで形成する。
なお、ここではＴ字型のダミーパターンについて説明したが、実施の形態１と同様に、Ｔ字のみではなく、Ｌ字型、Ｈ字型であっても同様の効果を得ることが可能である。

また、図１８、図１９のように、網目状、梯子状のパターンであっても、同様の効果を得ることが可能である。
図１８に示した網目状のパターンは、多数のラインパターンからなる直交パターンを有し、例えば、寸法Ｇ＝１μｍ、寸法Ｈ＝１μｍで形成し、ダミーパターンとして配置する。
また、図１９に示した梯子状パターンは、一本の長いラインパターンに、多数の短いラインパターンが直交したパターンであり、例えば、ライン幅Ｉ＝１μｍ、ライン間隔Ｊ＝１μｍで形成し、ダミーパターンとして配置する。

なお、本実施の形態では、第一の絶縁膜の一部である第一中間膜、および第二の絶縁膜の一部である第二中間膜が多孔質の低誘電率膜である例を示したが、第一の絶縁膜、第二の絶縁膜、またはビア絶縁膜のいずれかの膜に低誘電率膜、または多孔質の低誘電率膜が含まれていれば、埋め込み配線形成におけるＣＭＰのエロージョンやディッシングを抑える効果を得ることが可能である。

この後、図示しないが、高密度配線２４、孤立配線２５、通常配線２６、およびダミーパターン２７の上に、必要に応じてビア、配線層などを形成する。これらの工程は、この分野で既知であるので、詳細な説明は省略する。

以上説明したように、本実施の形態では、下層絶縁膜上に形成した高密度配線パターンと孤立配線の間に、互いに直交する少なくとも二つのラインパターンからなる直交パターンを少なくとも一つ含むようにダミーパターンを配置し、下層絶縁膜上に形成した他の配線とダミーパターンを合わせた全体の密度が半導体基板上で均一化されるようにした。
このように形成することにより、下層絶縁膜の表面上に高密度配線、孤立配線、通常配線、およびダミーパターンを形成するときのＣＭＰにおいて、ＣＭＰのエロージョンやディッシングを抑えることができ、且つ、低誘電率膜の剥離や亀裂の発生を抑制することが可能となる。

また、ビア絶縁膜上に形成した高密度配線パターンと孤立配線の間に、互いに直交する少なくとも二つのラインパターンからなる直交パターンを少なくとも一つ含むようにダミーパターンを配置し、ビア絶縁膜上に形成した他の配線とダミーパターンを合わせた全体の密度が半導体基板上で均一化されるようにした。
このように形成することにより、ビア絶縁膜の表面上に高密度配線、孤立配線、通常配線、およびダミーパターンを形成するときのＣＭＰにおいて、ＣＭＰのエロージョンやディッシングを抑えることができ、且つ、低誘電率膜の剥離や亀裂を低減させることが可能となる。

さらに、下層絶縁膜上に形成した第一パターンと、ビア絶縁膜上に形成した第二パターンをダミービアによって接続するようにした。
このように形成することにより、ビア絶縁膜の表面上に高密度配線、孤立配線、通常配線、およびダミーパターンを形成するときのＣＭＰにおいて、第二の絶縁膜の剥離や亀裂を低減させる効果をさらに大きくすることができる。
なお、以上ではダミーパターン２７の要素パターンとしては、ラインパターン部分が直交する直交パターンとして説明したが、これは実施の形態１で説明したのと同様に、ラインパターン部分が直交するものに限られず一定の角度をもって交差する交差パターンであってもよい。また、この交差パターンを一つ以上含むようにするのがよい。

以上、実施の形態１および２で説明したように形成することにより、埋め込み配線形成のＣＭＰにおいて、埋め込み配線形成におけるＣＭＰのエロージョンやディッシングを抑えることができるので、配線密度や配線幅により、配線膜厚や層間絶縁膜の分布が不均一となることにより、配線抵抗を増加させたり、配線間寄生容量を増加させてしまうという問題が解消される。さらに、低誘電率膜中へのせん断応力による層間絶縁膜の剥離や亀裂を抑制することができる。従って、信頼性の優れた半導体装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１の半導体装置の製造方法を示す断面図。 本発明の実施の形態１の半導体装置の製造方法を示す断面図。 本発明の実施の形態１の半導体装置の製造方法を示す断面図。 本発明の実施の形態１のダミーパターンの配置を示す平面図。 本発明の実施の形態１のダミーパターンの配置を示す平面図。 本発明の実施の形態１のダミーパターンの配置を示す平面図。 本発明の実施の形態１のダミーパターンの配置を示す平面図。 本発明の実施の形態１のダミーパターンの配置を示す平面図。 本発明の実施の形態２の半導体装置の製造方法を示す断面図。 本発明の実施の形態２の半導体装置の製造方法を示す断面図。 本発明の実施の形態２の半導体装置の製造方法を示す断面図。 本発明の実施の形態２のダミーパターンの配置を示す平面図。 本発明の実施の形態２のダミーパターンの配置を示す平面図。 本発明の実施の形態２のダミーパターンの配置を示す平面図。 本発明の実施の形態２のダミーパターンの配置を示す平面図。 本発明の実施の形態２のダミーパターンの配置を示す平面図。 本発明の実施の形態１および２のダミーパターンの配置を示す平面図。 本発明の実施の形態１および２のダミーパターンの配置を示す平面図。 本発明の実施の形態１および２のダミーパターンの配置を示す平面図。

符号の説明

１ 半導体基板、２ 素子分離、６ 下層絶縁膜、７ コンタクトプラグ、８ 第一ストッパー膜、９ 第一中間膜、１０ 第一キャップ膜、１１ａ バリアメタル、１２ａ 銅配線、１３ 高密度配線、１４ 孤立配線、１５ 通常配線、１６ ダミーパターン、１７ ビア絶縁膜、１８ ビア、１９ 第二ストッパー膜、２０ 第二中間膜、２１ 第二キャップ膜、２２ａ バリアメタル、２３ａ 銅配線、２４ 高密度配線、２５ 孤立配線、２６ 通常配線、２７ ダミーパターン、Ａ ダミー配線間隔ａ、Ｂ ダミー配線間隔ｂ、Ｃ ダミー配線幅、Ｄ ダミー配線長、Ｅ ダミービア径、Ｆ ダミービア間隔、Ｇ ダミーパターン幅、Ｈ ダミーパターン開口径、Ｉ ダミーパターン幅、Ｊ ダミーパターン間隔。

Claims (8)

1. 半導体基板と、
   前記半導体基板の主面に形成した第一の絶縁膜と、
   前記第一の絶縁膜の中に前記第一の絶縁膜と同じ高さで形成したダミーパターンとを備え、
   前記ダミーパターンは、互いに交わるラインパターン部分を有する交差パターンを少なくとも一つ含むことを特徴とする半導体装置。
2. 半導体基板と、
   前記半導体基板の主面に形成した第一の絶縁膜と、
   前記第一の絶縁膜の中に前記第一の絶縁膜と同じ高さで形成した少なくとも一つの第一パターンと、
   前記第一の絶縁膜および前記第一パターンの上に形成したビア絶縁膜と、
   前記ビア絶縁膜の上に形成した第二の絶縁膜と、
   前記第二の絶縁膜の中で前記第二の絶縁膜と同じ高さで形成した少なくとも一つの第二パターンと、
   前記ビア絶縁膜の中で前記ビア絶縁膜と同じ高さで形成され、前記第一パターンの少なくとも一つと前記第二パターンの少なくとも一つとを接続するダミービアとを備え、
   前記第一パターンおよび第二パターンの少なくとも一方は、互いに交わるラインパターン部分を有する交差パターンを少なくとも一つ含むダミーパターンであることを特徴とする半導体装置。
3. 前記交差パターンは、Ｔ字型、またはＬ字型、またはＨ字型であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 前記ダミーパターンは、前記交差パターンを複数含み、且つ、少なくとも一つの方向に、互いに隣接する交差パターンが入れ子状に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
5. 前記交差パターンは、隣接する交差パターンに対して所定の角度だけ回転した状態で入れ子状に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
6. 前記第一の絶縁膜は、比誘電率が３以下の低誘電率膜である単層膜か、または、比誘電率が３以下の低誘電率膜を少なくとも一つ含む複数層の膜であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
7. 前記第一の絶縁膜、前記ビア絶縁膜、および前記第二の絶縁膜のうちいずれかの膜は、比誘電率が３以下の低誘電率膜である単層膜か、または、比誘電率が３以下の低誘電率膜を少なくとも一つ含む複数層の膜であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
8. 前記低誘電率膜は、多孔質膜であることを特徴とする請求項６または７に記載の半導体装置。

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