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JP3604482B2 - Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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JP3604482B2 - Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置の高密度化・微細化に伴い素子分離技術としてトレンチ分離技術の導入が試みられている。
【0003】
このようなトレンチ分離に伴うトレンチパターンの平坦化方法としては、トレンチパターンが形成された基板上に堆積された絶縁膜の段差を埋めるように平坦化材であるレジストを被膜して全面エッチングするレジストエッチバック法、あるいは、トレンチパターンが形成された基板上に堆積された絶縁膜を、化学研磨剤、パッドなどを使用して機械的に削って平坦化する化学機械研磨法(CMP法)がある。
【0004】
レジストエッチバック法による平坦化は、絶縁膜の段差に応じて平坦化材もその影響を受けざるを得ず、CMP法に比べて平坦性のパターン依存性が顕著であり、このため、CMP法は、絶縁膜の完全平坦化技術として注目を浴びている技術である。
【0005】
以下、CMP法を用いた従来例について、図16に基づいて説明する。
【0006】
先ず、図16(a)に示されるように、活性領域形成マスク51を用いてシリコン基板11上にドライエッチングにてトレンチパターン21を形成する。
【0007】
次に、図16(b)に示されるように、トレンチパターン21に絶縁膜として酸化珪素膜23を堆積する。ここで酸化珪素膜23は、トレンチパターン21の深さより厚く堆積する必要がある。
【0008】
そして、図16(c)に示されるように、化学研磨材および研磨パッド61を用いたCMP法により酸化珪素膜23を研磨する。この研磨は、シリコン基板表面が露出するまで研磨が続けられ、研磨終了時には、図16(d)に示される状態となる。
【0009】
次に、図16(e)に示されるように、周知の技術によりゲート電極31およびソース・ドレイン32などからなるトランジスタと配線41とを形成するのである。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来例では、図16(c)に示されるように、トレンチパターン21の幅が広い場合には、酸化珪素膜表面の凹部にも研磨パッド61が押し付けられることになる。そのため、酸化珪素膜表面の凸部だけでなく凹部も研磨されてしまい、研磨後も図16(d)に示されるように、中央の酸化珪素膜22の表面に凹みが生じることになる。特に、トレンチパターンの幅が数百μmにも及ぶ場合には、トレンチパターンの埋め込みに用いた酸化珪素膜が全て研磨されてしまうこともある。
【0011】
このように、CMP研磨後も段差が形成されてしまうため、リソグラフィー工程における焦点深度を確保することができず、素子の微細化に当たっての問題点となっている。
【0012】
これに対して、特開平3−278533号公報に記載されている半導体装置を、MOSデバイスに適用した図17に示される構成が考えられる。なお、図17において、図16に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【0013】
この図17のデバイスは、活性領域33周辺部にトレンチパターン21を形成するとともに、配線41下にも活性領域周辺部と同じ構造、すなわち、深さと幅が同じであるトレンチパターン25を形成するものである。しかも、トレンチ25の幅は、配線41の幅よりも狭く、配線41とシリコン基板11を絶縁するために絶縁膜として酸化珪素膜75が形成されている。このように、配線下にトレンチパターン25を形成することにより、配線41とシリコン基板11間の容量を低減する効果を得ることができるものである。
【0014】
この図17に示される従来例では、トレンチパターンの幅がどこも同じであって、図16の従来例のように広い幅を持つトレンチパターンは存在しなくなるため、CMP研磨の際に、絶縁膜表面の凹部の研磨を防ぐことができる。
【0015】
しかしながら、CMP法による平坦化技術においては、凸部の表面積が広いほど研磨に要する時間が長くなるために、図17の従来例では、凸部の表面積が狭い領域のトレンチパターン内の絶縁膜が必要以上に研磨されることになり、表面の平坦性が損なわれることになる。
【0016】
また、半導体マスクの合せずれが存在しない場合には、半導体装置の断面構造は図18(a)に示されるようになり、配線41と基板11間の容量は最小となるが、配線の微細化に伴い、図18(b)に示されるようにマスクの合せずれにより配線下にトレンチパターン25が存在しなくなる割合が増大し、容量が増大するという問題が発生する。これは加工寸法の微細化に対し、リソグラフィー工程における半導体マスクの合せずれ精度の向上は困難であるためであり、例えば、0.4μmの加工寸法に対し、加工寸法の30〜50%にも及ぶ合せずれが発生する。
【0017】
本発明は、上述の技術的課題に鑑みて為されたものであって、CMP法あるいはエッチバック法によるトレンチの平坦性を高めてリソグラフィー工程における焦点深度の問題を解消することを主たる目的とし、さらには、半導体マスクの合せずれによる配線と基板間の容量増大を防ぐことを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本発明は、トレンチパターンでそれぞれ分離された複数の素子領域に素子がそれぞれ形成される半導体装置において、前記素子領域以外の領域であって、かつ前記トレンチパターンを除いた領域に、溝または穴の配列パターンであるダミーパターンが形成され、該ダミーパターンによって区画形成された凸部は、規則性を有する繰り返しで存在するとともに、隣接する凸部間の距離は、10μm以下であって、かつ前記複数の素子領域の全素子領域における素子領域1つ当たりの平均の面積と、前記凸部の繰り返しの基本単位の面積との比が、0.5以上2以下であり、前記トレンチパターンおよび前記ダミーパターンは、絶縁膜で埋没されるものである。
【0019】
本発明の半導体装置によれば、素子領域外に、規則的な繰り返しの溝または穴の配列パターンであるダミーパターンを設け、このダミーパターンによって区画形成された凸部が規則的な繰り返しのパターンで配置されて凸部が一様に分布するように構成されているので、トレンチの平坦性のパターン依存性が低減されることになり、CMP法あるいはエッチバック法によるトレンチの平坦性を高めることができ、リソグラフィー工程における焦点深度の問題を解消することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
請求項1記載の本発明は、トレンチパターンでそれぞれ分離された複数の素子領域に素子がそれぞれ形成される半導体装置において、前記素子領域以外の領域であって、かつ前記トレンチパターンを除いた領域に、溝または穴の配列パターンであるダミーパターンが形成され、該ダミーパターンによって区画形成された凸部は、規則性を有する繰り返しで存在するとともに、隣接する凸部間の距離は、10μm以下であって、かつ前記複数の素子領域の全素子領域における素子領域1つ当たりの平均の面積と、前記凸部の繰り返しの基本単位の面積との比が、0.5以上2以下であり、前記トレンチパターンおよび前記ダミーパターンは、絶縁膜で埋没される構成としたものであり、このダミーパターンによって、トレンチの平坦性のパターン依存性を低減してCMP法あるいはエッチバック法によるトレンチの平坦性を高めることができ、これによって、リソグラフィー工程における焦点深度の問題を解消することができる。
【0021】
請求項2記載の本発明は、トレンチパターンでそれぞれ分離された複数の素子領域に素子がそれぞれ形成される半導体装置において、前記素子領域以外の領域であって、かつ前記トレンチパターンを除いた領域に、溝または穴の配列パターンであるダミーパターンが形成され、該ダミーパターンによって区画形成された凸部は、規則性を有する繰り返しで存在するとともに、隣接する凸部間の距離は、10μm以下であって、かつ前記複数の素子領域のうち最も形成頻度の高い素子における素子領域1つ当たりの平均の面積と、前記凸部の繰り返しの基本単位の面積との比が、0 . 5以上2以下であり、前記トレンチパターンおよび前記ダミーパターンは、絶縁膜で埋没される構成としたことにより所要の素子領域を、前記複数の素子領域の最も形成頻度の高い素子領域としており、ダミーパターンが、素子分離用のトレンチパターンに応じたものとなり、トレンチの平坦性を一層高めることができる。
【0022】
請求項記載の本発明は、前記ダミーパターンを、規則性のある格子状としており、比較的簡単な構成のダミーパターンによってトレンチの平坦性を高めることができる。
【0023】
請求項記載の本発明は、前記ダミーパターンが形成されている領域内のn−ウェルとp−ウェルとの境界に、ウェル分離用トレンチパターンが形成されるとともに、このウェル分離用トレンチパターンが、前記絶縁膜で埋没される構成としたものであり、これによって、n−ウエルとpウエルとが電気的に完全に分離され、不純物の拡散を防ぐことができ、デバイスの特性が向上する。
【0024】
請求項記載の本発明は、前記ダミーパターンが形成されている領域内に、配線下用トレンチパターンが形成されるとともに、この配線下用トレンチパターンが前記絶縁膜で埋没され、この絶縁膜上に、前記配線下用トレンチパターンよりも幅の狭い配線が形成されるものであり、配線と基板間の容量を低減することができるとともに、半導体マスクの合わせずれによる配線と基板間の容量増大を防ぐことができる。 請求項6記載の本発明は、前記絶縁膜を、積層膜としたものであり、例えば、ポリシリコン等の埋め込み特性に優れた積層膜を用いることにより、素子の微細化を図ることができる。
【0025】
請求項7記載の本発明は、前記絶縁膜を、積層膜としたものであり、例えば、ポリシリコン等の埋め込み特性に優れた積層膜を用いることにより、素子の微細化を図ることができる。
【0026】
請求項8記載の本発明は、複数の素子領域の周辺部をそれぞれ囲むトレンチパターンと、溝または穴の配列パターンであるダミーパターンとの少なくとも2つのパターンを同時に形成するためのマスクパターンを形成するマスクパターン形成工程と、前記マスクパターンをマスクにしてドライエッチングによって、少なくとも前記トレンチパターンおよび前記ダミーパターンを同時に形成するエッチング工程と、絶縁膜を堆積する絶縁膜堆積工程と、化学機械研磨法にて前記絶縁膜を研磨・平坦化する研磨工程と、前記素子領域に素子を形成する素子形成工程とを備え、
前記ダミーパターンは、前記素子領域以外の領域であって、かつ前記トレンチパターンを除いた領域に形成されるものであり、前記ダミーパターンは、該ダミーパターンによって区画形成される凸部が、規則性を有する繰り返しで存在するとともに、隣接する凸部間の距離は、10μm以下であって、かつ前記複数の素子領域の全素子領域における素子領域1つ当たりの平均の面積と、前記凸部の繰り返しの基本単位の面積との比が、0 . 5以上2以下となるものであり、所要の素子領域を、前記複数の素子領域の全素子領域としており、ダミーパターンが、素子分離用のトレンチパターンに応じたものとなり、CMP法あるいはエッチバック法によるトレンチの平坦性を一層高めることができる。
【0027】
請求項9記載の本発明の半導体装置の製造方法は、複数の素子領域の周辺部をそれぞれ囲むトレンチパターンと、溝または穴の配列パターンであるダミーパターンとの少なくとも2つのパターンを同時に形成するためのマスクパターンを形成するマスクパターン形成工程と、前記マスクパターンをマスクにしてドライエッチングによって、少なくとも前記トレンチパターンおよび前記ダミーパターンを同時に形成するエッチング工程と、絶縁膜を堆積する絶縁膜堆積工程と、化学機械研磨法にて前記絶縁膜を研磨・平坦化する研磨工程と、前記素子領域に素子を形成する素子形成工程とを備え、前記ダミーパターンは、前記素子領域以外の領域であって、かつ前記トレンチパターンを除いた領域に形成されるものであり、前記ダミーパターンは、該ダミーパターンによって区画形成される凸部が、規則性を有する繰り返しで存在するとともに、隣接する凸部間の距離は、10μm以下であって、かつ前記複数の素子領域のうち最も形成頻度の高い素子における素子領域1つ当たりの平均の面積と、前記凸部の繰り返しの基本単位の面積との比が、0 . 5以上2以下となるものであり、ダミーパターンが、素子分離用のトレンチパターンに応じたものとなり、CMP法あるいはエッチバック法によるトレンチの平坦性を一層高めることができる。
【0028】
請求項10記載の本発明の半導体装置の製造方法は、複数の素子領域の周辺部をそれぞれ囲むトレンチパターンと、溝または穴の配列パターンであるダミーパターンとの少なくとも2つのパターンを同時に形成するためのマスクパターンを形成するマスクパターン形成工程と、前記マスクパターンをマスクにしてドライエッチングによって、少なくとも前記トレンチパターンおよび前記ダミーパターンを同時に形成するエッチング工程と、絶縁膜を堆積する絶縁膜堆積工程と、平坦化材を形成する平坦化材形成工程と、ドライエッチング技術にて前記絶縁膜と前記平坦化材とをエッチバックするエッチバック工程と、前記素子領域に素子を形成する素子形成工程とを備え、前記ダミーパターンは、前記素子領域以外の領域であって、かつ前記トレンチパターンを除いた領域に形成されるものであり、前記ダミーパターンは、該ダミーパターンによって区画形成される凸部が、規則性を有する繰り返しで存在するとともに、隣接する凸部間の距離は、10μm以下であって、かつ前記複数の素子領域の全素子領域における素子領域1つ当たりの平均の面積と、前記凸部の繰り返しの基本単位の面積との比が、0 . 5以上2以下となるものであり、所要の素子領域を、前記複数の素子領域の全素子領域としており、ダミーパターンが、素子分離用のトレンチパターンに応じたものとなり、CMP法あるいはエッチバック法によるトレンチの平坦性を一層高めることができる。
【0029】
請求項11記載の本発明の半導体の製造方法は、前記マスクパターン形成工程の前記マスクパターンは、前記ダミーパターンが形成される領域内のn−ウェルとp−ウェルとのウェル分離用トレンチパターンを同時に形成するためのものであり、前記エッチング工程は、ドライエッチングによって、少なくとも前記トレンチパターン、前記ダミーパターンおよび前記ウェル分離用トレンチパターンを同時に形成するものであり、これによって、n−ウェルとp−ウェルとが電気的に完全に分離され、不純物の拡散を防ぐことができ、デバイスの特性が向上する。
【0030】
請求項12記載の本発明の半導体装置の製造方法は、前記マスクパターン形成工程の前記マスクパターンは、前記ダミーパターンが形成される領域内に、配線下用トレンチパターンを同時に形成するためのものであり、前記エッチング工程は、ドライエッチングによって、少なくとも前記トレンチパターン、前記ダミーパターンおよび前記配線下用トレンチパターンを同時に形成するものであり、前記配線下用トレンチパターンを埋没させた前記絶縁膜上に、該配線下用トレンチパターンの幅よりも狭い幅の配線を形成する配線形成工程を備えるものであり、これによって、配線と基板間の容量を低減することができるとともに、半導体マスクの合わせずれによる配線と基板間の容量増大を防ぐことができる。
【0031】
請求項13記載の本発明の半導体装置の製造方法は、前記トレンチパターンおよび前記ダミーパターン内に、異なる膜からなる積層膜を形成する積層膜形成工程を備えており、例えば、ポリシリコン等の埋め込み特性に優れた積層膜を用いることにより、素子の微細化を図ることができる。
【0032】
以下、図面によって本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【0033】
(実施の形態1)
図1は、本発明の一つの実施の形態に係る半導体装置を上方から見た平面図であり、図2は、図1におけるダミーパターンを取り除いた要部の平面図であり、また、図3は、図2の要部を拡大して示す構造断面図および平面図である。
【0034】
この実施の形態では、ゲート電極32およびソース・ドレイン領域32から形成されている素子領域としての活性領域33外の領域には、配線41、素子分離用のトレンチパターン21、配線下用のトレンチパターン25、n−ウェル34とp−ウェル35を分離するウェル分離用のトレンチパターン26、溝の配列パターンが格子状に形成されたダミーパターン27が形成されており、これらのパターンは、酸化珪素膜22で埋没されている。以下各構成について具体的に説明する。
【0035】
活性領域33の周辺部のトレンチパターン21は、活性領域33をリング状に取り囲むように一定の幅を持って存在し、酸化珪素膜22で埋め込まれている。このトレンチパターン21は、素子分離として機能するものであり、そのため、このトレンチパターン21の幅は、素子分離として機能可能な最小幅以上であればよい。なお、前記最小幅は、半導体デバイスの世代や特性、半導体製造プロセス条件により決定されるのは言うまでもない。
【0036】
一方、最大幅は、CMP法による研磨で掘れ下がりが発生しない限界で決定される。若しくはトレンチパターン上に形成される配線が、掘れ下がりが発生しても焦点深度上問題ない範囲で決定される。この最大幅は、CMP法における研磨条件、例えば、圧力、回転数、パッド材質、研磨材の種類などによって変わることは言うまでもない。
【0037】
ダミーパターン27は、後述の図12(a)にも示されるように、CMP法あるいはエッチバック法によるトレンチの平坦化のパターン依存性を低減するためのものであり、所要の単位面積当たりのパターンの面積密度をほぼ一定にするために、すなわち、凸部の分布が一様になるようにするために、この実施の形態では、規則正しく配列された格子状になっており、さらに、ダミーパターン27によって区画形成された凸部である島状パターン36は、隣接する島状パターン36との間の距離が、CMP法による研磨で掘れ下がりが発生しない距離である10μm以下とされている。
【0038】
また、一般に、CMP法による平坦化技術においては、表面の凸部を構成している面積が狭いほど研磨速度が速くなる。表面の凸部を構成している面積が広いパターンほど研磨に要する時間が長くなるために、凸部面積の狭い領域部では、トレンチパターン内の絶縁膜が必要以上に研磨されることになり、表面の平坦性が損なわれることになる。
【0039】
そのため、本発明におけるトレンチパターンの平坦化にCMP法を適用することを考慮すれば、ダミーパターン27により区画形成された繰り返しの基本単位となる矩形の島状パターン36の一つの面積は、最も繰り返し多く使われているような半導体素子の素子領域を選び、その半導体素子のソース・ドレイン領域の面積にほぼ等しくすることが望ましい。さらに平坦性のパターン依存性を小さくするためには、所要の単位面積当りのパターン面積密度をほぼ一定に保つようにするとよい。
【0040】
ところが、ロジックLSIでは、同一チップ内の半導体素子の大きさは、一定ではなく、また配列も一定でないために、単位面積当たりのパターン面積密度を一定に保つのは困難である。そこで、ソース・ドレイン領域の一つ当たりの平均の面積と、ダミーパターンの繰り返しの基本単位である島状パターンの一つの面積がほぼ一定になるようにする。
【0041】
一方でCMP法における上記のような平坦性のパターン依存性は、CMPの研磨条件、例えば、圧力、回転数、パッド材質、研磨材の種類などによって変わるので、ソース・ドレイン領域一つ当たりの平均の面積とダミーパターンにより区画形成された島状パターンの一つの面積との比率に幅を持たせることが可能である。実際には、上記面積の比率は、0.5以上2以下であれば問題ない。
【0042】
すなわち、本発明では、素子領域の平均面積とダミーパターンによる凸部の繰り返しの基本単位の面積との比率を、0.5以上2以下とするものであり、この実施の形態では、ソース・ドレイン領域32の平均の面積と島状パターン36の一つの面積との比率を、0.5以上2以下にすればよい。
【0043】
なお、全素子領域の平均面積に代えて、最も形成頻度の高い素子の素子領域の平均面積を用いてもよい。
【0044】
また、半導体メモリーにおいては、メモリーセル部が半導体チップ内で最も占有面積が大きくなるため、島状パターンの面積は、メモリーセルを構成するソース・ドレイン領域部とほぼ同じ面積とすることで、単位面積当たりのパターン面積密度はほぼ一定になる。
【0045】
この実施の形態では、トレンチパターン26の存在により、n−ウェル34とp−ウェル35とを電気的に分離するものであり、n−ウェル34とp−ウェル35の境界のトレンチパターン26の幅は、ウェル間分離として機能可能な最小幅以上であればよい。なお、前記最小幅は、半導体デバイスの世代や特性、半導体製造プロセス条件により決定されるのは言うまでもない。一方、最大幅は、CMP法による研磨で掘れ下がりが発生しない限界で決定される。若しくは、トレンチパターン上に形成される配線が、掘れ下がりが発生しても焦点深度上問題ない範囲で決定される。この最大幅は、CMP法における研磨条件、例えば、圧力、回転数、パッド材質、研磨材の種類などによって変わることは言うまでもない。
【0046】
配線41下のトレンチパターン25は、配線41と酸化珪素膜22が直接接している場合には、シリコン基板との絶縁体として機能する。そのため、トレンチパターン25の特徴として、図3(a)の半導体装置の構造断面図に示すように、配線パターン41とトレンチパターン25とのマスクの合せずれ、配線41とシリコン基板間のオーバーラップ容量を考慮して、トレンチパターン25の幅は配線41の幅より広くなっている。
【0047】
配線パターン41とトレンチパターン25の合わせマージンは、片側で、マスクの最大合わせずれ量以上の幅を持っていればよい。つまりトレンチパターン25の幅は、{(配線幅)+(最大合せずれ量の2倍)}以上であれば、図4のように合せずれが発生しても、配線41とシリコン基板11が接触することはない。なお、合わせマージンも半導体製造プロセス条件等によって変わることは言うまでもない。
【0048】
なお、この実施の形態においてはトレンチパターンへの埋め込み膜に酸化珪素膜を用いているが、窒化珪素膜のような他の絶縁膜を用いてもよい。また、CVD酸化膜と熱酸化膜のように異なった膜を積層化して用いても構わない。
【0049】
以上のような構成を有する半導体装置では、次のような作用効果を奏する。
【0050】
すなわち、凸部の分布が一様となってパターン面積密度が一定となるような規則性を有するダミーパターンが存在するという構成により、トレンチの平坦化にCMP法を適用した場合に、研磨速度のパターン依存性を低減し、埋め込みに用いている酸化珪素膜22の研磨時のオーバーエッチング量を減らせるという効果を奏することができる。
【0051】
また、CMP法に代わりレジストエッチバック法などのドライエッチング技術を用いた平坦化でも平坦性のパターン依存性を低減することが可能となる。平坦性のパターン依存性低減により、トレンチの完全平坦化が可能となり、リソグラフィー工程における焦点深度確保の問題が解決可能となる。
【0052】
さらに、n−ウェルとp−ウェルの境界にトレンチパターン26が存在するという構成により、n−ウェルとp−ウェル間が電気的に完全に分離され、不純物の拡散を防ぐことができ、デバイス特性が向上するという効果を奏することができる。
【0053】
また、配線下のトレンチパターン25は、半導体マスクの合せずれ、配線とシリコン基板間のオーバーラップ容量を考慮して配線幅より広くなっており、配線とトレンチパターンの間に絶縁膜がなくても合せずれによる配線とシリコン基板の接触はなく、さらに、従来例のように合せずれにより配線直下にトレンチパターンが存在しなくなり、容量が増大するというようなことはない。
【0054】
この実施の形態では、ダミーパターン27が溝の配列パターンであって、凸部が島状で、かつ格子状に形成されたけれども、規則的な繰り返しのパターンであって、凸部間の距離および面積比率が上述の条件を満足すれば、ダミーパターンの形状や配列は問わない。また凹凸逆の状態、つまりダミーパターン27が、穴状に点在する穴の配列パターンである場合も同様に実施可能である。この場合は、ダミーパターンによって区画形成される凸部が連続することになるが、繰り返しの基本単位は、図12に示されるL字状の部分Aとなる。
【0055】
(実施の形態2)
図5は、本発明の実施の形態2に係る半導体装置の要部の構造断面図であり、上述の実施の形態1に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【0056】
上述の実施の形態1では、トレンチパターンの埋め込みに酸化珪素膜を用いたけれども、この実施の形態2では、酸化珪素膜に代えてポリシリコンを用いたものである。
【0057】
すなわち、トレンチパターン21,25,26およびダミーパターン27は、ポリシリコン72と酸化珪素膜71により埋め込まれており、さらにトレンチパターン上部が酸化珪素膜73で覆われており、ポリシリコン72と配線41が直接接することはない。その他の構成は、上述の実施の形態1と同様である。
【0058】
このようにポリシリコン72のまわりに酸化珪素膜71、73が存在するのは、ポリシリコン中の不純物拡散による素子の特性劣化を防ぎ、絶縁性を高めるためである。
【0059】
さらにポリシリコンは酸化珪素膜より埋め込み特性に優れており、より高いアスペクト比を持つ溝を埋め込むことが可能である。よって、トレンチパターン埋め込みにポリシリコンを用いることでトレンチパターンの幅を狭くすることが可能となり、素子の微細化を一層進めることが可能になる。
【0060】
(実施の形態3)
図6は、本発明の実施の形態3に係る半導体装置の要部の断面図であり、上述の実施の形態1に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【0061】
この実施の形態3は、トレンチパターンおよび活性領域33からなる半導体基板と配線42との間に絶縁膜層が存在するものである。
【0062】
すなわち、半導体基板11と配線42との間に絶縁膜として酸化珪素膜74が形成されている。その他の構成は、上述の実施の形態1と同様である。
【0063】
この実施の形態3では、配線形成前に半導体基板11上に酸化珪素膜層74を形成するため、上述の実施の形態に比べて、活性領域周辺を迂回することなく活性領域33上を配線42が横切ることが可能となり、素子の高集積化が可能となるという効果が生まれる。
【0064】
(実施の形態4)
次に、上述の実施の形態1に係る半導体装置の製造方法について、図面に基づいて説明する。
【0065】
先ず、半導体装置を得るために必要な半導体マスクの作製方法について図7〜図13に基づいて、説明する。
【0066】
この実施の形態では、活性領域形成マスク、ゲート電極パターン形成マスク、配線パターン形成マスク、n−ウェル形成マスク、格子状ダミーパターン形成用データを利用して、計算機を用いて自動的にトレンチパターン形成マスクを作製し、1枚の半導体マスクですべてのトレンチパターンを一度に形成できるようにするものである。
【0067】
トレンチパターン形成マスクは、図7(a)の活性領域形成マスク、図7(b)のゲート電極パターン形成マスクおよび図7(c)の配線パターン形成マスクの3枚の半導体マスクデータに対して、次のような手順で計算機処理することにより自動的に得られるものである。
【0068】
先ず、手順1として、図8(a)に示されるように、活性領域101を図形的に一定幅で拡大して第1の中間マスク領域102を形成する。このときの拡大幅は、素子分離が可能な最小幅以上で、かつ最大幅はCMP法による研磨で掘れ下がりが発生する限界以下に設定する。なお、前記最小幅は、半導体デバイスの世代や特性、半導体製造プロセス条件により決定されるのは言うまでもない。
【0069】
次に、手順2として、図8(b)に示されるように、ゲート電極パターン201を図形的に一定幅で拡大して第2の中間マスク領域202を形成する。このときの拡大幅は、発生しうるマスクの最大合せずれ量以上に設定する。
【0070】
手順3として、図8(c)に示されるように、配線パターン301を図形的に一定幅で拡大して第3の中間マスク領域302を形成する。このときの拡大幅は、発生しうるマスクの最大合せずれ量以上に設定する。
【0071】
手順4として、図9(a)に示されるように、活性領域101を図形的に単純に反転させ第4の中間マスク領域103を形成する。
【0072】
なお、手順1、手順2、手順3、手順4の実施順序は問わない。
【0073】
次に、手順5として、図9(b)に示されるように、第1の中間マスク領域102、第2の中間マスク領域202、第3の中間マスク領域302の論理和をとり、第5の中間マスク領域401を形成する。
【0074】
次に、手順6として、図10(b)に示されるように、図10(a)のn−ウェル領域501を図形的に一定幅で拡大して第6の中間マスク領域502を形成する。
【0075】
手順7として、図11(a)に示されるように、第6の中間マスク領域502から、n−ウェル領域501を図形的に一定幅で縮小して得られた第7の中間マスク領域503を引いて第8の中間マスク領域504を形成する。
【0076】
ここで、図10(b)、図11(a)における拡大幅、縮小幅は、n−ウェルとp−ウェルが電気的に分離が可能な最小幅以上で、かつ最大幅はCMP法による研磨で掘れ下がりが発生する限界以下に設定する。なお、前記最小幅は、半導体デバイスの世代や特性、半導体製造プロセス条件により決定されるのは言うまでもない。
【0077】
手順8として、図11(b)に示されるように、図9(b)で形成した第5の中間マスク領域401と第8の中間マスク領域504の論理和をとり、第9の中間マスク領域411を形成する。
【0078】
次に手順9として、図12(a)に示されるように、ダミー領域602を格子状に配した格子状ダミーパターン601のマスクデータを用意する。ここで斜線で覆われた領域が図形的に囲まれた領域である。なお、Aは上述の他の実施の形態の繰り返しの基本単位である。CMPの研磨速度のパターン依存性を防ぐためにダミーパターンのパターン面積密度は一定である。さらにダミー領域602、すなわち、凸部となる島状パターンの面積は、図7(a)に示した活性領域パターン101の面積と同じにすることが望ましい。
【0079】
手順10として、図12(b)に示されるように、図11(b)で形成した第9の中間マスク領域411と格子状ダミーパターン601の論理和をとり、第10の中間マスク領域421を形成する。
【0080】
次に手順11として、図13(a)に示されるように、図9(a)で形成した第4の中間マスク領域103と第12の中間マスク領域421の論理積をとり第11の中間マスク領域422を形成する。
【0081】
手順12として、図13(b)に示されるように、第11の中間マスク領域422を図形的に単純に反転させる。このとき得られる半導体マスクデータがトレンチパターン形成マスクとなり、図面の白抜き部であるパターン424がトレンチパターン形成部となる。
【0082】
ここでは、n−ウェル形成用のマスクデータを用いた場合を想定して説明したが、p−ウェル形成用のマスクデータを用いても同様に実施可能である。
【0083】
なお、ここで述べた半導体マスクの作製方法は特定のマスク処理論理式にしたがってマスク作製を行った一例であって、同様の論理式で与えられるならば手順の変更をしても同様の構成の半導体マスクを作製することが可能である。
【0084】
上記のようにして作製された半導体マスクを用いて、実際の半導体装置の製造工程について説明する。
【0085】
先ず、図14(a)に示されるように、上述のようにして作製したトレンチパターン形成マスクを用いてシリコン基板11上にレジストパターン81を形成し、ドライエッチングにてトレンチパターン21,25、ダミーパターン27、ウェル分離用トレンチパターン26を形成する。
【0086】
トレンチパターン形成マスクには、活性領域周辺部に配置される素子分離用トレンチパターン21、配線下に配置されるトレンチパターン25、n−ウェルとp−ウェル境界部に形成されるウェル分離用トレンチパターン26、格子状トレンチパターンであるダミーパターン27の全てが描かれているために、1度で所望のトレンチパターンが形成される。また、この時形成されるトレンチパターン25は、後に形成される配線41の幅より広くなっている。
【0087】
次に、図14(b)に示されるように、トレンチパターン21,25,27に絶縁膜として酸化珪素膜23を堆積する。ここで酸化珪素膜23は、トレンチパターンの深さより厚く堆積する必要がある。
【0088】
そして、図14(c)に示されるように、CMP法により酸化珪素膜23を研磨する。シリコン基板表面が露出するまで研磨を続け、図14(d)に示される状態とする。
【0089】
次に、図14(e)に示されるように、周知の技術によりゲート電極31およびソース・ドレイン領域32などからなるトランジスタと配線41を形成し、上述の実施の形態の半導体装置を得るものである。
【0090】
この実施の形態の製造方法によれば、格子状のダミーパターンがパターン面積密度がほぼ一定になるように配置されているために、従来例のようなCMP法によるトレンチパターンの凹部の掘れ下がりというような平坦性のパターン依存性を防ぐことができるとともに、研磨速度のパターン依存性を防ぎ、埋め込みに用いている絶縁膜の研磨時のオーバーエッチング量を減らすことができるため、研磨後には段差のない表面状態が得られる。したがって、リソグラフィー工程における焦点深度を十分に確保でき、素子の微細化を容易にする。
【0091】
なお、この実施の形態におけるトレンチパターン形成マスクは、活性領域形成マスク、ゲート電極パターン形成マスク、配線パターン形成マスク、ウェル形成マスク等のマスクデータおよび格子状ダミーパターンデータから自動的に作製される。よってトレンチパターン形成用に新たにマスク入力を行う必要はない。そのため、従来から所有している半導体マスクデータに対してもそのまま適用することができ、過去の資産を有効に活用できる。
【0092】
また、本発明の半導体装置を製造するにあたっては、従来の活性領域形成マスクをトレンチパターン形成マスクに置き換えるだけでよく、新たに工程が増えることはない。
【0093】
なお、図5に示した実施の形態の半導体装置の製造方法に関しては、この実施の形態における製造方法に、ポリシリコンと酸化珪素膜の積層膜堆積工程、ポリシリコン上の酸化膜形成工程を加えるだけで実施可能であり、また、図6に示した実施の形態の半導体装置の製造方法に関しては、この実施の形態における製造方法に、絶縁膜堆積工程を加えるだけで実施可能であり、共に、この実施の形態と同様の効果を奏することが可能である。
【0094】
(実施の形態5)
次に、本発明の他の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について、図面を用いて説明する。
【0095】
先ず、上述の実施の形態4と同様にして、半導体マスク、すなわち、トレンチパターン形成マスクを作製する。
【0096】
次に、図15(a)に示されるように、作製したトレンチパターン形成マスクを用いてシリコン基板11上にレジストパターン81を形成し、ドライエッチングにてトレンチパターン21,25、ダミーパターン27、ウェル分離用トレンチパターン26を形成する。トレンチパターン形成マスクには、活性領域周辺部に配置される素子分離用トレンチパターン21、配線下に配置されるトレンチパターン25、n−ウェルとp−ウェル境界部に形成されるウェル分離用トレンチパターン26、格子状トレンチパターンであるダミーパターン27の全てが描かれているために、1度で所望のトレンチパターンが形成される。また、この時形成されるトレンチパターン25は、後に形成される配線41の幅より広くなっている。
【0097】
次に、図15(b)に示されるように、トレンチパターン21,25,26,27に絶縁膜として酸化珪素膜23を堆積する。ここで酸化珪素膜23は、トレンチパターンの深さより厚く堆積する必要がある。
【0098】
そして、図15(c)に示されるように、表面を平坦化するために平坦化レジスト82を塗布する。トレンチパターンの最大幅が1〜1.5μmであれば酸化珪素膜堆積条件、レジスト塗布条件だけで完全平坦化が可能である。仮に2μm以上の広大な幅のトレンチパターンが存在する場合は、平坦化レジストを塗布する前に、表面凹部にレジストブロックを形成しておけばよい。
【0099】
次に、図15(d)に示されるように、酸化珪素膜23と平坦化レジスト82のエッチングレートが等しくなるドライエッチング技術を用いてエッチバックする。
【0100】
そして、図15(e)に示されるように、周知の技術によりゲート電極31およびソース・ドレイン領域32などからなるトランジスタと配線41を形成して、上述の実施の形態の半導体装置を得るものである。
【0101】
この実施の形態の製造方法によれば、格子状のダミーパターンがパターン面積密度がほぼ一定となるように配置されているために、酸化珪素膜23、平坦化レジスト82の膜厚ばらつきを無くすことができ、また、単位面積当りのパターン開口率が半導体基板面内で一定であるために、エッチングレートのパターン開口率依存性を防ぐことができる。
【0102】
したがって、ドライエッチング技術を用いたエッチバック法でも、パターン依存性のない完全平坦化を実現でき、リソグラフィー工程における焦点深度を十分に確保でき、素子の微細化を容易にする。
【0103】
なお、図5に示した実施の形態の半導体装置の製造方法に関しては、この実施の形態における製造方法に、ポリシリコンと酸化珪素膜の積層膜堆積工程、ポリシリコン上の酸化膜形成工程を加えるだけで実施可能であり、また、図6に示した実施の形態の半導体装置の製造方法に関しては、この実施の形態における製造方法に、絶縁膜堆積工程を加えるだけで実施可能であり、共に、この実施の形態と同様の効果を奏することが可能である。
【0104】
なお、上述の各実施の形態では、MOSトランジスタに適用して説明したけれども、本発明は、MOSトランジスタに限らず、他の素子にも同様に適用できるのは勿論である。
【0105】
【発明の効果】
以上のように本発明では、凸部の分布が一様となってパターン面積密度がほぼ一定になるような規則性の繰り返しパターンであるダミーパターンを設けることにより研磨速度のパターン依存性を低減することができ、表面に段差の無い完全平坦化が実現されたトレンチパターンを形成することができ、リソグラフィー工程における焦点深度を向上させるとともに素子の微細化に寄与するものであり、平坦化にドライエッチング技術を適用した場合にもパターン依存性の無い完全平坦化が実現できる。
【0106】
また、配線下のトレンチパターンにおいては、半導体マスクの合せずれが発生しても配線下には必ずトレンチパターンが存在するため、配線と基板間の寄生容量を小さくすることができ、半導体装置の高速化にも寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1に係る半導体装置の平面図である。
【図2】図1の半導体装置からダミーパターンを除いた要部の平面図である。
【図3】図2の要部を拡大した構造断面図および平面図である。
【図4】半導体マスクの合わせずれを示す構造断面図である。
【図5】本発明の実施の形態2に係る半導体装置の構造断面図である。
【図6】本発明の実施の形態3に係る半導体装置の構造断面図である。
【図7】本発明の半導体装置の製造方法における半導体マスクの作製方法を示す図である。
【図8】本発明の半導体装置の製造方法における半導体マスクの作製方法を示す図である。
【図9】本発明の半導体装置の製造方法における半導体マスクの作成方法を示す図である。
【図10】本発明の半導体装置の製造方法における半導体マスクの作成方法を示す図である。
【図11】本発明の半導体装置の製造方法における半導体マスクの作成方法を示す図である。
【図12】本発明の半導体装置の製造方法における半導体マスクの作成方法を示す図である。
【図13】本発明の半導体装置の製造方法における半導体マスクの作成方法を示す図である。
【図14】本発明の実施の形態4に係る半導体装置の製造方法を示す構造断面図である。
【図15】本発明の実施の形態5に係る半導体装置の製造方法を示す構造断面図である。
【図16】従来例の製造方法を示す構造断面図である。
【図17】従来例の半導体装置の構造断面図である。
【図18】半導体マスクの合わせずれを示す構造断面図である。
【符号の説明】
11 シリコン基板
21,25,26 トレンチパターン
27 ダミーパターン
22〜24、71、73〜75 酸化珪素膜
31 ゲート電極
32 ソース・ドレイン
33 活性領域
34 n−ウェル
35 p−ウェル
36 島状パターン
41,42 配線
61 研磨パッド
81 レジストパターン
82 平坦化レジスト
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
With the increase in density and miniaturization of semiconductor devices, introduction of a trench isolation technique as an element isolation technique has been attempted.
[0003]
As a method of flattening a trench pattern accompanying such trench isolation, a resist which is a flattening material is coated so as to fill a step of an insulating film deposited on a substrate on which the trench pattern is formed, and a resist is etched over the entire surface. There is an etch back method, or a chemical mechanical polishing method (CMP method) in which an insulating film deposited on a substrate on which a trench pattern is formed is mechanically shaved using a chemical polishing agent, a pad, or the like to flatten the insulating film. .
[0004]
In the planarization by the resist etch-back method, the planarizing material must be affected by the step of the insulating film, and the pattern dependence of the planarity is more remarkable than the CMP method. Is a technology that has attracted attention as a technology for completely planarizing an insulating film.
[0005]
Hereinafter, a conventional example using the CMP method will be described with reference to FIG.
[0006]
First, as shown in FIG. 16A, a trench pattern 21 is formed on a silicon substrate 11 by dry etching using an active region forming mask 51.
[0007]
Next, as shown in FIG. 16B, a silicon oxide film 23 is deposited on the trench pattern 21 as an insulating film. Here, the silicon oxide film 23 needs to be deposited thicker than the depth of the trench pattern 21.
[0008]
Then, as shown in FIG. 16C, the silicon oxide film 23 is polished by the CMP method using the chemical polishing material and the polishing pad 61. This polishing is continued until the silicon substrate surface is exposed, and at the end of the polishing, the state shown in FIG. 16D is obtained.
[0009]
Next, as shown in FIG. 16E, a wiring 41 is formed with a transistor including the gate electrode 31 and the source / drain 32 by a known technique.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional example, as shown in FIG. 16C, when the width of the trench pattern 21 is large, the polishing pad 61 is pressed against the concave portion on the surface of the silicon oxide film. Therefore, not only the projections but also the depressions on the surface of the silicon oxide film are polished, and after polishing, the surface of the silicon oxide film 22 at the center is dented as shown in FIG. In particular, when the width of the trench pattern is as large as several hundred μm, the silicon oxide film used for embedding the trench pattern may be completely polished.
[0011]
As described above, since the steps are formed even after the CMP polishing, the depth of focus cannot be secured in the lithography process, which is a problem in miniaturizing the element.
[0012]
On the other hand, a configuration shown in FIG. 17 in which the semiconductor device described in JP-A-3-278533 is applied to a MOS device can be considered. In FIG. 17, parts corresponding to those in FIG. 16 are denoted by the same reference numerals.
[0013]
The device shown in FIG. 17 forms the trench pattern 21 around the active region 33 and forms the same structure as the periphery of the active region below the wiring 41, that is, the trench pattern 25 having the same depth and width. It is. Moreover, the width of the trench 25 is smaller than the width of the wiring 41, and a silicon oxide film 75 is formed as an insulating film to insulate the wiring 41 from the silicon substrate 11. Thus, by forming the trench pattern 25 under the wiring, the effect of reducing the capacitance between the wiring 41 and the silicon substrate 11 can be obtained.
[0014]
In the conventional example shown in FIG. 17, the width of the trench pattern is the same everywhere, and a trench pattern having a wide width as in the conventional example of FIG. 16 does not exist. Can be prevented from being polished.
[0015]
However, in the planarization technique by the CMP method, the polishing time becomes longer as the surface area of the convex portion becomes larger. Therefore, in the conventional example of FIG. 17, the insulating film in the trench pattern in the region where the surface area of the convex portion is small is formed. It will be polished more than necessary, and the flatness of the surface will be impaired.
[0016]
If there is no misalignment of the semiconductor mask, the cross-sectional structure of the semiconductor device is as shown in FIG. 18A, and the capacitance between the wiring 41 and the substrate 11 is minimized. As a result, as shown in FIG. 18B, the rate at which the trench pattern 25 does not exist under the wiring due to misalignment of the mask increases, which causes a problem that the capacitance increases. This is because it is difficult to improve the misalignment accuracy of the semiconductor mask in the lithography process with respect to the miniaturization of the processing size. Misalignment occurs.
[0017]
The present invention has been made in view of the above technical problems, and has a main object to solve the problem of the depth of focus in a lithography process by increasing the flatness of a trench by a CMP method or an etch-back method, Still another object is to prevent an increase in capacitance between the wiring and the substrate due to misalignment of the semiconductor mask.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is directed to a semiconductor device in which elements are formed in a plurality of element regions each separated by a trench pattern, in a region other than the element region, and in a region excluding the trench pattern, a groove or a hole is formed. A dummy pattern that is an array pattern is formed, and the convex sections defined by the dummy pattern are present with regular repetition, the distance between adjacent convex sections is 10 μm or less, andPer element region in all of the plurality of element regionsThe ratio between the average area and the area of the basic unit of the repetition of the protrusion is 0.5 or more and 2 or less, and the trench pattern and the dummy pattern are buried with an insulating film.
[0019]
According to the semiconductor device of the present invention, a dummy pattern which is an arrangement pattern of regularly repeated grooves or holes is provided outside the element region, and the projections defined by the dummy pattern are formed in a regularly repeated pattern. Since the projections are arranged so that the projections are uniformly distributed, the pattern dependence of the flatness of the trench is reduced, and the flatness of the trench by the CMP method or the etch-back method can be improved. Thus, the problem of the depth of focus in the lithography process can be solved.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The present invention according to claim 1, wherein in a semiconductor device in which elements are respectively formed in a plurality of element regions separated by a trench pattern, in a region other than the element region and in a region excluding the trench pattern. A dummy pattern, which is an array pattern of grooves or holes, is formed, and the convex sections defined by the dummy pattern are present with regular repetition, and the distance between adjacent convex sections is 10 μm or less. AndPer element region in all of the plurality of element regionsThe ratio between the average area and the area of the basic unit of the repetition of the convex portion is 0.5 or more and 2 or less, and the trench pattern and the dummy pattern are configured to be buried with an insulating film. The dummy pattern can reduce the pattern dependency of the flatness of the trench and increase the flatness of the trench by the CMP method or the etch-back method, thereby solving the problem of the depth of focus in the lithography process. it can.
[0021]
Claim2 notesThe invention described above isIn a semiconductor device in which an element is formed in each of a plurality of element regions separated by a trench pattern, an array pattern of grooves or holes is formed in a region other than the element region and excluding the trench pattern. A dummy pattern is formed, and the convex sections defined by the dummy pattern are present with regular repetition, the distance between adjacent convex sections is 10 μm or less, and the plurality of The ratio of the average area per element region of the element with the highest frequency of formation to the area of the basic unit of the repetition of the convex portion is 0. . 5 or more and 2 or less, wherein the trench pattern and the dummy pattern are configured to be buried with an insulating film.The required element area isThe plurality of element regionsMostIs also an element region with a high frequency of formation,The dummy pattern corresponds to the trench pattern for element isolation, and the flatness of the trench can be further improved.
[0022]
Claim3In the present invention described above, the dummy pattern is formed in a regular lattice shape, and the flatness of the trench can be improved by the dummy pattern having a relatively simple configuration.
[0023]
Claim4According to the present invention, a trench pattern for well isolation is formed at a boundary between an n-well and a p-well in a region where the dummy pattern is formed, and the trench pattern for well isolation is The structure is buried with a film, whereby the n-well and the p-well are completely electrically separated from each other, diffusion of impurities can be prevented, and device characteristics are improved.
[0024]
Claim5According to the present invention, the under-wiring trench pattern is formed in a region where the dummy pattern is formed, and the under-wiring trench pattern is buried with the insulating film. Wiring narrower than the trench pattern for under wiring is formed, and the capacitance between the wiring and the substrate can be reduced, and the capacitance between the wiring and the substrate due to misalignment of the semiconductor mask can be prevented. it can.According to a sixth aspect of the present invention, the insulating film is a laminated film. For example, by using a laminated film having excellent filling characteristics such as polysilicon, the element can be miniaturized.
[0025]
According to a seventh aspect of the present invention, the insulating film is a laminated film. For example, by using a laminated film having excellent filling characteristics such as polysilicon, the element can be miniaturized.
[0026]
According to the present invention, a mask pattern for simultaneously forming at least two patterns of a trench pattern surrounding each of the peripheral portions of the plurality of element regions and a dummy pattern which is an array pattern of grooves or holes is formed. A mask pattern forming step, an etching step of simultaneously forming at least the trench pattern and the dummy pattern by dry etching using the mask pattern as a mask, an insulating film depositing step of depositing an insulating film, and a chemical mechanical polishing method. A polishing step of polishing and flattening the insulating film; and an element forming step of forming an element in the element region,
The dummy pattern is a region other than the element region and is formed in a region excluding the trench pattern, and the dummy pattern has a regular section formed by the dummy pattern. And the distance between adjacent convex portions is 10 μm or less,In addition, the ratio of the average area per element region in all the element regions of the plurality of element regions to the area of the basic unit of the repetition of the projection is 0. . 5 or more and 2 or less, and the required element region is the entire element region of the plurality of element regions, and the dummy pattern corresponds to the trench pattern for element isolation. Can further enhance the flatness of the trench.
[0027]
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the ninth aspect of the present invention, at least two patterns, that is, a trench pattern surrounding each of a plurality of element regions and a dummy pattern which is an array pattern of grooves or holes are simultaneously formed. A mask pattern forming step of forming a mask pattern, an etching step of simultaneously forming at least the trench pattern and the dummy pattern by dry etching using the mask pattern as a mask, and an insulating film depositing step of depositing an insulating film,A polishing step of polishing and flattening the insulating film by a chemical mechanical polishing method, and an element forming step of forming an element in the element region, wherein the dummy pattern is a region other than the element region,In addition, the dummy pattern is formed in a region excluding the trench pattern, and the dummy pattern has convex portions defined and formed by the dummy pattern in a repetition having regularity, and a distance between adjacent convex portions. Is 10 μm or less, andThe ratio between the average area per element region of the element with the highest frequency of formation among the plurality of element regions and the area of the basic unit of the repetition of the convex portion is 0. . The dummy pattern is in accordance with the trench pattern for element isolation, and the flatness of the trench by the CMP method or the etch-back method can be further improved.
[0028]
Claim10The method of manufacturing a semiconductor device of the present invention describedA mask pattern forming step of forming a mask pattern for simultaneously forming at least two patterns of a trench pattern each surrounding a periphery of a plurality of element regions and a dummy pattern which is an array pattern of grooves or holes; An etching step of simultaneously forming at least the trench pattern and the dummy pattern by dry etching using a mask as a mask, an insulating film depositing step of depositing an insulating film, a planarizing material forming step of forming a planarizing material, and dry etching. An etch back step of etching back the insulating film and the planarizing material by technology, and an element forming step of forming an element in the element region, wherein the dummy pattern is a region other than the element region. And formed in a region excluding the trench pattern. In the dummy pattern, the projections defined by the dummy pattern are present in a repetition having regularity, the distance between adjacent projections is 10 μm or less, and the The ratio of the average area per element region in all the element regions to the area of the basic unit of the repetition of the projection is 0. . 5 or more and 2 or less, and the required element region is the entire element region of the plurality of element regions, and the dummy pattern corresponds to the trench pattern for element isolation. Can further enhance the flatness of the trench.
[0029]
Claim11In the method for manufacturing a semiconductor according to the present invention, the mask pattern in the mask pattern forming step simultaneously forms a trench pattern for separating an n-well and a p-well in a region where the dummy pattern is formed. The etching step is to simultaneously form at least the trench pattern, the dummy pattern and the well separating trench pattern by dry etching, whereby the n-well and the p-well are formed. It is electrically separated completely, diffusion of impurities can be prevented, and device characteristics are improved.
[0030]
Claim12In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the mask pattern in the mask pattern forming step is for simultaneously forming an under-wiring trench pattern in a region where the dummy pattern is formed, In the etching step, at least the trench pattern, the dummy pattern, and the trench pattern for under-wiring are simultaneously formed by dry etching, and the under-wiring trench pattern is formed on the insulating film in which the under-wiring trench pattern is buried. And a wiring forming step of forming a wiring having a width smaller than the width of the trench pattern for use. This makes it possible to reduce the capacitance between the wiring and the substrate, and to reduce the misalignment of the semiconductor mask between the wiring and the substrate. Can be prevented from increasing.
[0031]
ClaimThirteenThe method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a stacked film forming step of forming a stacked film made of different films in the trench pattern and the dummy pattern. By using the laminated film, the element can be miniaturized.
[0032]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0033]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a plan view of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention as viewed from above, FIG. 2 is a plan view of a main part of FIG. 1 from which a dummy pattern is removed, and FIG. FIG. 3 is an enlarged structural cross-sectional view and a plan view showing a main part of FIG. 2.
[0034]
In this embodiment, in a region outside the active region 33 as an element region formed by the gate electrode 32 and the source / drain region 32, a wiring 41, a trench pattern 21 for element isolation, and a trench pattern 25, a well separating trench pattern 26 for separating the n-well 34 and the p-well 35, and a dummy pattern 27 in which a groove arrangement pattern is formed in a lattice pattern, are formed by a silicon oxide film. 22 buried. Hereinafter, each configuration will be specifically described.
[0035]
The trench pattern 21 around the active region 33 has a certain width so as to surround the active region 33 in a ring shape, and is buried with the silicon oxide film 22. The trench pattern 21 functions as element isolation. Therefore, the width of the trench pattern 21 only needs to be equal to or larger than the minimum width capable of functioning as element isolation. Needless to say, the minimum width is determined by the generation and characteristics of the semiconductor device and the semiconductor manufacturing process conditions.
[0036]
On the other hand, the maximum width is determined by a limit at which no digging occurs by polishing by the CMP method. Alternatively, the wiring formed on the trench pattern is determined within a range where there is no problem in the depth of focus even if the trench is dug. It goes without saying that the maximum width varies depending on the polishing conditions in the CMP method, for example, the pressure, the number of revolutions, the pad material, the type of the abrasive, and the like.
[0037]
The dummy pattern 27 is for reducing the pattern dependence of the planarization of the trench by the CMP method or the etch-back method, as shown in FIG. In this embodiment, in order to make the area density of each of them substantially constant, that is, to make the distribution of the convex portions uniform, the lattice pattern is regularly arranged. The distance between adjacent island patterns 36, which are convex portions defined by the above, is set to 10 μm or less, which is a distance at which no digging occurs by polishing by the CMP method.
[0038]
In general, in the planarization technique by the CMP method, the polishing rate increases as the area of the convex portion on the surface decreases. Since the time required for polishing becomes longer as the pattern constituting the area of the convex portion on the surface becomes longer, the insulating film in the trench pattern is polished more than necessary in the region where the convex portion area is small, The flatness of the surface will be impaired.
[0039]
Therefore, considering the application of the CMP method to the planarization of the trench pattern in the present invention, one area of the rectangular island pattern 36 which is a basic unit of repetition defined by the dummy pattern 27 is the most repetitive. It is desirable to select an element region of a semiconductor element that is often used, and make the area substantially equal to the area of the source / drain region of the semiconductor element. In order to further reduce the pattern dependence of the flatness, it is preferable to keep the required pattern area density per unit area substantially constant.
[0040]
However, in the logic LSI, it is difficult to keep the pattern area density per unit area constant because the size of the semiconductor elements in the same chip is not constant and the arrangement is not constant. Therefore, the average area per source / drain region and the area of one island pattern, which is a basic unit for repeating the dummy pattern, are made substantially constant.
[0041]
On the other hand, the above-described pattern dependence of the flatness in the CMP method varies depending on the polishing conditions of the CMP, for example, pressure, rotation speed, pad material, type of abrasive, and the like. It is possible to give a width to the ratio of the area of the island pattern and the area of one of the island-shaped patterns defined by the dummy pattern. Actually, there is no problem if the ratio of the area is 0.5 or more and 2 or less.
[0042]
That is, in the present invention, the ratio between the average area of the element region and the area of the basic unit of repeating the convex portion by the dummy pattern is set to 0.5 or more and 2 or less. The ratio between the average area of the region 32 and one area of the island pattern 36 may be set to 0.5 or more and 2 or less.
[0043]
Note that instead of the average area of all the element regions, the average area of the element region of the element that is most frequently formed may be used.
[0044]
In a semiconductor memory, since the memory cell portion occupies the largest area in a semiconductor chip, the area of the island-shaped pattern is set to be approximately the same as the source / drain region portion forming the memory cell. The pattern area density per area becomes almost constant.
[0045]
In the present embodiment, the n-well 34 and the p-well 35 are electrically separated by the presence of the trench pattern 26, and the width of the trench pattern 26 at the boundary between the n-well 34 and the p-well 35 Should be at least the minimum width that can function as inter-well separation. Needless to say, the minimum width is determined by the generation and characteristics of the semiconductor device and the semiconductor manufacturing process conditions. On the other hand, the maximum width is determined by a limit at which no digging occurs by polishing by the CMP method. Alternatively, the wiring formed on the trench pattern is determined within a range where there is no problem in the depth of focus even if the digging occurs. It goes without saying that the maximum width varies depending on the polishing conditions in the CMP method, for example, the pressure, the number of revolutions, the material of the pad, the type of the abrasive, and the like.
[0046]
When the wiring 41 and the silicon oxide film 22 are in direct contact, the trench pattern 25 below the wiring 41 functions as an insulator with respect to the silicon substrate. Therefore, as a feature of the trench pattern 25, as shown in the structural sectional view of the semiconductor device in FIG. 3A, misalignment of the mask between the wiring pattern 41 and the trench pattern 25, the overlap capacitance between the wiring 41 and the silicon substrate. In consideration of the above, the width of the trench pattern 25 is wider than the width of the wiring 41.
[0047]
The alignment margin between the wiring pattern 41 and the trench pattern 25 only needs to have a width equal to or greater than the maximum mask misalignment amount on one side. That is, if the width of the trench pattern 25 is {(wiring width) + (twice the maximum misalignment amount)} or more, even if misalignment occurs as shown in FIG. I will not. Needless to say, the alignment margin also changes depending on the semiconductor manufacturing process conditions and the like.
[0048]
In this embodiment, a silicon oxide film is used as a film for filling the trench pattern, but another insulating film such as a silicon nitride film may be used. Further, different films such as a CVD oxide film and a thermal oxide film may be laminated and used.
[0049]
The semiconductor device having the above configuration has the following functions and effects.
[0050]
In other words, the configuration in which there is a dummy pattern having a regularity such that the distribution of the projections is uniform and the pattern area density is constant is present. The effect of reducing the pattern dependency and reducing the amount of over-etching during polishing of the silicon oxide film 22 used for filling can be obtained.
[0051]
Further, the pattern dependency of the flatness can be reduced by flattening using a dry etching technique such as a resist etch-back method instead of the CMP method. By reducing the pattern dependence of the flatness, the trench can be completely flattened, and the problem of securing the depth of focus in the lithography process can be solved.
[0052]
Further, with the configuration in which the trench pattern 26 exists at the boundary between the n-well and the p-well, the n-well and the p-well are completely electrically separated from each other, and diffusion of impurities can be prevented. Can be achieved.
[0053]
Also, the trench pattern 25 under the wiring is wider than the wiring width in consideration of misalignment of the semiconductor mask and the overlap capacitance between the wiring and the silicon substrate, so that even if there is no insulating film between the wiring and the trench pattern. There is no contact between the wiring and the silicon substrate due to misalignment. Further, unlike the conventional example, the trench pattern does not exist immediately below the wiring due to misalignment, and the capacitance does not increase.
[0054]
In this embodiment, the dummy pattern 27 is an array pattern of grooves, and the convex portions are formed in an island shape and in a lattice shape. As long as the area ratio satisfies the above condition, the shape and arrangement of the dummy patterns are not limited. In addition, the present invention can be similarly implemented in a state where the unevenness is reversed, that is, when the dummy pattern 27 is an array pattern of holes scattered in a hole shape. In this case, the convex sections defined by the dummy patterns are continuous, but the basic unit of repetition is the L-shaped portion A shown in FIG.
[0055]
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a structural sectional view of a main part of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention, and portions corresponding to the above-described first embodiment are denoted by the same reference numerals.
[0056]
In the above-described first embodiment, a silicon oxide film is used for embedding a trench pattern. However, in the second embodiment, polysilicon is used instead of a silicon oxide film.
[0057]
That is, the trench patterns 21, 25, 26 and the dummy pattern 27 are buried with the polysilicon 72 and the silicon oxide film 71, and the upper portion of the trench pattern is covered with the silicon oxide film 73. There is no direct contact. Other configurations are the same as those in the first embodiment.
[0058]
The reason why the silicon oxide films 71 and 73 are present around the polysilicon 72 is to prevent deterioration of the characteristics of the device due to diffusion of impurities in the polysilicon and to enhance insulation.
[0059]
Further, polysilicon has better filling characteristics than a silicon oxide film, and can fill grooves having a higher aspect ratio. Therefore, by using polysilicon for embedding the trench pattern, the width of the trench pattern can be reduced, and the miniaturization of the element can be further promoted.
[0060]
(Embodiment 3)
FIG. 6 is a sectional view of a main part of a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention, and portions corresponding to the above-described first embodiment are denoted by the same reference numerals.
[0061]
In the third embodiment, an insulating film layer exists between a wiring 42 and a semiconductor substrate including a trench pattern and an active region 33.
[0062]
That is, the silicon oxide film 74 is formed between the semiconductor substrate 11 and the wiring 42 as an insulating film. Other configurations are the same as those in the first embodiment.
[0063]
In the third embodiment, since the silicon oxide film layer 74 is formed on the semiconductor substrate 11 before forming the wiring, the wiring 42 is formed on the active region 33 without bypassing the periphery of the active region as compared with the above-described embodiment. Can be traversed, and an effect that high integration of elements can be achieved is produced.
[0064]
(Embodiment 4)
Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to the drawings.
[0065]
First, a method for manufacturing a semiconductor mask required to obtain a semiconductor device will be described with reference to FIGS.
[0066]
In this embodiment, a trench pattern is automatically formed using a computer by using an active region forming mask, a gate electrode pattern forming mask, a wiring pattern forming mask, an n-well forming mask, and grid-like dummy pattern forming data. A mask is manufactured so that all the trench patterns can be formed at once with one semiconductor mask.
[0067]
The trench pattern formation mask is formed by three semiconductor mask data of the active region formation mask of FIG. 7A, the gate electrode pattern formation mask of FIG. 7B, and the wiring pattern formation mask of FIG. 7C. It is obtained automatically by computer processing in the following procedure.
[0068]
First, as a procedure 1, as shown in FIG. 8A, a first intermediate mask region 102 is formed by enlarging the active region 101 graphically by a certain width. At this time, the enlarged width is set to be equal to or larger than the minimum width at which element isolation is possible, and the maximum width is set to be equal to or smaller than a limit at which digging occurs by polishing by the CMP method. Needless to say, the minimum width is determined by the generation and characteristics of the semiconductor device and the semiconductor manufacturing process conditions.
[0069]
Next, as a procedure 2, as shown in FIG. 8B, the second intermediate mask region 202 is formed by enlarging the gate electrode pattern 201 graphically with a constant width. The enlargement width at this time is set to be equal to or larger than the maximum misalignment amount of the mask that can occur.
[0070]
As a procedure 3, as shown in FIG. 8C, the third intermediate mask region 302 is formed by enlarging the wiring pattern 301 graphically with a constant width. The enlargement width at this time is set to be equal to or larger than the maximum misalignment amount of the mask that can occur.
[0071]
As a procedure 4, as shown in FIG. 9A, the active region 101 is simply inverted graphically to form a fourth intermediate mask region 103.
[0072]
It should be noted that the execution order of the procedure 1, the procedure 2, the procedure 3, and the procedure 4 does not matter.
[0073]
Next, as a procedure 5, as shown in FIG. 9B, the logical sum of the first intermediate mask area 102, the second intermediate mask area 202, and the third intermediate mask area 302 is calculated, and the fifth An intermediate mask area 401 is formed.
[0074]
Next, as a procedure 6, as shown in FIG. 10B, the sixth intermediate mask region 502 is formed by enlarging the n-well region 501 of FIG.
[0075]
As a procedure 7, as shown in FIG. 11A, from the sixth intermediate mask region 502, a seventh intermediate mask region 503 obtained by reducing the n-well region 501 graphically by a constant width is obtained. Then, an eighth intermediate mask region 504 is formed.
[0076]
Here, the enlarged width and the reduced width in FIGS. 10B and 11A are equal to or larger than the minimum width at which the n-well and the p-well can be electrically separated, and the maximum width is polishing by the CMP method. Is set below the limit at which digging occurs. Needless to say, the minimum width is determined by the generation and characteristics of the semiconductor device and the semiconductor manufacturing process conditions.
[0077]
As a procedure 8, as shown in FIG. 11B, the logical sum of the fifth intermediate mask area 401 and the eighth intermediate mask area 504 formed in FIG. 411 are formed.
[0078]
Next, as a procedure 9, as shown in FIG. 12A, mask data of a grid-like dummy pattern 601 in which the dummy regions 602 are arranged in a grid pattern is prepared. Here, the area covered with oblique lines is the area graphically enclosed. A is a basic unit of repetition of the other embodiments described above. The pattern area density of the dummy pattern is constant in order to prevent the CMP polishing rate from being dependent on the pattern. Further, it is desirable that the area of the dummy region 602, that is, the area of the island-shaped pattern serving as a protrusion is the same as the area of the active region pattern 101 shown in FIG.
[0079]
In step 10, as shown in FIG. 12B, the ninth intermediate mask area 411 formed in FIG. 11B and the grid-like dummy pattern 601 are logically ORed to form the tenth intermediate mask area 421. Form.
[0080]
Next, as a procedure 11, as shown in FIG. 13A, the logical product of the fourth intermediate mask area 103 and the twelfth intermediate mask area 421 formed in FIG. A region 422 is formed.
[0081]
As step 12, as shown in FIG. 13B, the eleventh intermediate mask region 422 is simply inverted graphically. The semiconductor mask data obtained at this time serves as a trench pattern forming mask, and the pattern 424, which is a blank portion in the drawing, serves as a trench pattern forming portion.
[0082]
Here, the description has been made on the assumption that mask data for forming an n-well is used. However, the present invention can be similarly implemented using mask data for forming a p-well.
[0083]
Note that the method of manufacturing a semiconductor mask described here is an example in which a mask is manufactured in accordance with a specific mask processing logical expression, and if given by a similar logical expression, the same configuration can be obtained even if the procedure is changed. A semiconductor mask can be manufactured.
[0084]
Using the semiconductor mask manufactured as described above, an actual manufacturing process of a semiconductor device will be described.
[0085]
First, as shown in FIG. 14A, a resist pattern 81 is formed on the silicon substrate 11 using the trench pattern forming mask manufactured as described above, and the trench patterns 21 and 25 and the dummy pattern are formed by dry etching. A pattern 27 and a well isolation trench pattern 26 are formed.
[0086]
The trench pattern forming mask includes an element isolation trench pattern 21 disposed in the periphery of the active region, a trench pattern 25 disposed under the wiring, and a well isolation trench pattern formed at the boundary between the n-well and the p-well. 26, a desired trench pattern is formed at one time because all of the dummy patterns 27, which are lattice-like trench patterns, are drawn. The trench pattern 25 formed at this time is wider than the width of the wiring 41 formed later.
[0087]
Next, as shown in FIG. 14B, a silicon oxide film 23 is deposited as an insulating film on the trench patterns 21, 25, 27. Here, the silicon oxide film 23 needs to be deposited thicker than the depth of the trench pattern.
[0088]
Then, as shown in FIG. 14C, the silicon oxide film 23 is polished by the CMP method. Polishing is continued until the silicon substrate surface is exposed, and a state shown in FIG.
[0089]
Next, as shown in FIG. 14E, a transistor including the gate electrode 31 and the source / drain region 32 and the wiring 41 are formed by a known technique to obtain the semiconductor device of the above-described embodiment. is there.
[0090]
According to the manufacturing method of this embodiment, since the lattice-shaped dummy patterns are arranged so that the pattern area density is substantially constant, the recess of the trench pattern is dug down by the CMP method as in the conventional example. In addition to preventing such pattern dependence of the flatness, the pattern dependence of the polishing rate can be prevented, and the amount of over-etching during polishing of the insulating film used for filling can be reduced. No surface condition is obtained. Therefore, the depth of focus in the lithography process can be sufficiently ensured, and the miniaturization of the device can be facilitated.
[0091]
The trench pattern forming mask in this embodiment is automatically produced from mask data such as an active region forming mask, a gate electrode pattern forming mask, a wiring pattern forming mask, a well forming mask, and grid-like dummy pattern data. Therefore, it is not necessary to newly input a mask for forming a trench pattern. Therefore, the present invention can be directly applied to the semiconductor mask data that has been conventionally owned, and past assets can be effectively used.
[0092]
Further, in manufacturing the semiconductor device of the present invention, it is only necessary to replace the conventional active region forming mask with a trench pattern forming mask, and there is no additional process.
[0093]
As for the method of manufacturing the semiconductor device of the embodiment shown in FIG. 5, a stacked film deposition process of polysilicon and a silicon oxide film and an oxide film formation process on polysilicon are added to the manufacturing method of this embodiment. The method of manufacturing the semiconductor device according to the embodiment shown in FIG. 6 can be performed only by adding an insulating film deposition step to the method of manufacturing the semiconductor device of this embodiment. An effect similar to that of this embodiment can be obtained.
[0094]
(Embodiment 5)
Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0095]
First, a semiconductor mask, that is, a trench pattern forming mask is manufactured in the same manner as in the fourth embodiment.
[0096]
Next, as shown in FIG. 15A, a resist pattern 81 is formed on the silicon substrate 11 using the formed trench pattern forming mask, and the trench patterns 21 and 25, the dummy pattern 27, and the well are formed by dry etching. An isolation trench pattern 26 is formed. The trench pattern forming mask includes an element isolation trench pattern 21 disposed in the periphery of the active region, a trench pattern 25 disposed under the wiring, and a well isolation trench pattern formed at the boundary between the n-well and the p-well. 26, a desired trench pattern is formed at one time because all of the dummy patterns 27, which are lattice-like trench patterns, are drawn. The trench pattern 25 formed at this time is wider than the width of the wiring 41 formed later.
[0097]
Next, as shown in FIG. 15B, a silicon oxide film 23 is deposited as an insulating film on the trench patterns 21, 25, 26, 27. Here, the silicon oxide film 23 needs to be deposited thicker than the depth of the trench pattern.
[0098]
Then, as shown in FIG. 15C, a flattening resist 82 is applied to flatten the surface. If the maximum width of the trench pattern is 1 to 1.5 μm, complete planarization can be achieved only by the conditions for depositing a silicon oxide film and applying the resist. If there is a trench pattern having a large width of 2 μm or more, a resist block may be formed in a concave portion on the surface before applying a flattening resist.
[0099]
Next, as shown in FIG. 15D, the silicon oxide film 23 and the flattening resist 82 are etched back using a dry etching technique in which the etching rates are equal.
[0100]
Then, as shown in FIG. 15E, a transistor including the gate electrode 31 and the source / drain region 32 and the wiring 41 are formed by a known technique to obtain the semiconductor device of the above-described embodiment. is there.
[0101]
According to the manufacturing method of this embodiment, since the lattice-shaped dummy patterns are arranged so that the pattern area density is almost constant, the thickness variation of the silicon oxide film 23 and the planarization resist 82 is eliminated. In addition, since the pattern aperture ratio per unit area is constant within the semiconductor substrate surface, the dependence of the etching rate on the pattern aperture ratio can be prevented.
[0102]
Therefore, even in an etch-back method using a dry etching technique, complete planarization without pattern dependence can be realized, a sufficient depth of focus can be secured in a lithography process, and miniaturization of elements can be facilitated.
[0103]
As for the method of manufacturing the semiconductor device of the embodiment shown in FIG. 5, a stacked film deposition process of polysilicon and a silicon oxide film and an oxide film formation process on polysilicon are added to the manufacturing method of this embodiment. The method of manufacturing the semiconductor device according to the embodiment shown in FIG. 6 can be performed only by adding an insulating film deposition step to the method of manufacturing the semiconductor device of this embodiment. An effect similar to that of this embodiment can be obtained.
[0104]
In each of the above-described embodiments, the description has been made by applying the present invention to a MOS transistor. However, the present invention is not limited to the MOS transistor, but may be applied to other elements.
[0105]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, the pattern dependency of the polishing rate is reduced by providing a dummy pattern that is a repetitive pattern of regularity such that the distribution of the protrusions becomes uniform and the pattern area density becomes almost constant. It is possible to form a trench pattern that has been completely flattened with no steps on the surface, and to improve the depth of focus in the lithography process and contribute to miniaturization of the element. Even when the technology is applied, complete flattening without pattern dependence can be realized.
[0106]
Also, in the trench pattern under the wiring, even if misalignment of the semiconductor mask occurs, the trench pattern always exists under the wiring, so that the parasitic capacitance between the wiring and the substrate can be reduced, and the speed of the semiconductor device can be reduced. It can also contribute to the development.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of a main part of the semiconductor device of FIG. 1 excluding a dummy pattern.
3 is an enlarged structural sectional view and a plan view of a main part of FIG. 2;
FIG. 4 is a structural sectional view showing misalignment of a semiconductor mask.
FIG. 5 is a structural sectional view of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a structural sectional view of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention;
FIG. 7 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor mask in a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor mask in a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating a method of forming a semiconductor mask in a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating a method of forming a semiconductor mask in a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
FIG. 11 is a diagram illustrating a method of forming a semiconductor mask in a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
FIG. 12 is a diagram illustrating a method of forming a semiconductor mask in a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
FIG. 13 is a diagram illustrating a method of forming a semiconductor mask in a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
FIG. 14 is a structural sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a structural sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a structural sectional view showing a manufacturing method of a conventional example.
FIG. 17 is a structural sectional view of a conventional semiconductor device.
FIG. 18 is a structural sectional view showing misalignment of a semiconductor mask.
[Explanation of symbols]
11 Silicon substrate
21,25,26 Trench pattern
27 Dummy pattern
22-24, 71, 73-75 Silicon oxide film
31 Gate electrode
32 source / drain
33 Active area
34 n-well
35 p-well
36 island pattern
41, 42 Wiring
61 polishing pad
81 resist pattern
82 Planarization resist

Claims (13)

トレンチパターンでそれぞれ分離された複数の素子領域に素子がそれぞれ形成される半導体装置において、
前記素子領域以外の領域であって、かつ前記トレンチパターンを除いた領域に、溝または穴の配列パターンであるダミーパターンが形成され、該ダミーパターンによって区画形成された凸部は、規則性を有する繰り返しで存在するとともに、隣接する凸部間の距離は、10μm以下であって、かつ前記複数の素子領域の全素子領域における素子領域1つ当たりの平均の面積と、前記凸部の繰り返しの基本単位の面積との比が、0.5以上2以下であり、前記トレンチパターンおよび前記ダミーパターンは、絶縁膜で埋没されることを特徴とする半導体装置。
In a semiconductor device in which elements are respectively formed in a plurality of element regions separated by a trench pattern,
In a region other than the element region, and in a region other than the trench pattern, a dummy pattern that is an array pattern of grooves or holes is formed, and the projections defined by the dummy pattern have regularity. While being present repeatedly, the distance between adjacent convex portions is 10 μm or less, and the average area per element region in all the element regions of the plurality of element regions , and the basis of the repetition of the convex portions. A semiconductor device, wherein a ratio to a unit area is 0.5 or more and 2 or less, and the trench pattern and the dummy pattern are buried with an insulating film.
トレンチパターンでそれぞれ分離された複数の素子領域に素子がそれぞれ形成される半導体装置において、In a semiconductor device in which elements are respectively formed in a plurality of element regions separated by trench patterns,
前記素子領域以外の領域であって、かつ前記トレンチパターンを除いた領域に、溝または穴の配列パターンであるダミーパターンが形成され、該ダミーパターンによって区画形成された凸部は、規則性を有する繰り返しで存在するとともに、隣接する凸部間の距離は、10μm以下であって、かつ前記複数の素子領域のうち最も形成頻度の高い素子における素子領域1つ当たりの平均の面積と、前記凸部の繰り返しの基本単位の面積との比が、0In a region other than the element region, and in a region excluding the trench pattern, a dummy pattern that is an array pattern of grooves or holes is formed, and the projections defined by the dummy pattern have regularity. The distance between adjacent protrusions is 10 μm or less, and the average area per one element region in the most frequently formed element among the plurality of element regions, Is 0. The ratio of the repeating unit to the area of the basic unit is 0. .. 5以上2以下であり、前記トレンチパターンおよび前記ダミーパターンは、絶縁膜で埋没されることを特徴とする半導体装置。The semiconductor device, wherein the number is 5 or more and 2 or less, and the trench pattern and the dummy pattern are buried in an insulating film.
前記ダミーパターンは、規則性のある格子状である請求項1または2記載の半導体装置。The dummy patterns A semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein a lattice shape having regularity. 前記ダミーパターンが形成されている領域内のn−ウェルとp−ウェルとの境界に、ウェル分離用トレンチパターンが形成されるとともに、このウェル分離用トレンチパターンが、前記絶縁膜で埋没される請求項1ないしのいずれかに記載の半導体装置。A well isolation trench pattern is formed at a boundary between an n-well and a p-well in a region where the dummy pattern is formed, and the well isolation trench pattern is buried with the insulating film. Item 4. The semiconductor device according to any one of Items 1 to 3 . 前記ダミーパターンが形成されている領域内に、配線下用トレンチパターンが形成されるとともに、この配線下用トレンチパターンが前記絶縁膜で埋没され、この絶縁膜上に、前記配線下用トレンチパターンよりも幅の狭い配線が形成される請求項1ないしのいずれかに記載の半導体装置。An under-wiring trench pattern is formed in the region where the dummy pattern is formed, and the under-wiring trench pattern is buried with the insulating film. the semiconductor device according to any one of claims 1 to 4 also narrow wiring width is formed. 前記絶縁膜は、積層膜である請求項1ないしのいずれかに記載の半導体装置。The insulating layer, the semiconductor device according to any one of claims 1 is a laminated film 5. 複数の素子領域の周辺部をそれぞれ囲むトレンチパターンと、溝または穴の配列パターンであるダミーパターンとの少なくとも2つのパターンを同時に形成するためのマスクパターンを形成するマスクパターン形成工程と、前記マスクパターンをマスクにしてドライエッチングによって、少なくとも前記トレンチパターンおよび前記ダミーパターンを同時に形成するエッチング工程と、絶縁膜を堆積する絶縁膜堆積工程と、化学機械研磨法にて前記絶縁膜を研磨・平坦化する研磨工程と、前記素子領域に素子を形成する素子形成工程とを備え、A mask pattern forming step of forming a mask pattern for simultaneously forming at least two patterns of a trench pattern each surrounding a periphery of a plurality of element regions and a dummy pattern which is an array pattern of grooves or holes; An etching step of simultaneously forming at least the trench pattern and the dummy pattern by dry etching using a mask as a mask, an insulating film depositing step of depositing an insulating film, and polishing and flattening the insulating film by a chemical mechanical polishing method. Polishing step, comprising an element forming step of forming an element in the element region,
前記ダミーパターンは、前記素子領域以外の領域であって、かつ前記トレンチパターンを除いた領域に形成されるものであり、前記ダミーパターンは、該ダミーパターンによって区画形成される凸部が、規則性を有する繰り返しで存在するとともに、隣接する凸部間の距離は、10μm以下であって、かつ前記複数の素子領域の全素子領域における素子領域1つ当たりの平均の面積と、前記凸部の繰り返しの基本単位の面積との比が、0The dummy pattern is a region other than the element region and is formed in a region excluding the trench pattern, and the dummy pattern has a regularity defined by the dummy pattern. And the distance between adjacent convex portions is 10 μm or less, and the average area per one element region in all the device regions of the plurality of element regions, and the repetition of the convex portions The ratio of the basic unit to the area is 0 .. 5以上2以下となるものであることを特徴とする半導体装置の製造方法。A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the number is 5 or more and 2 or less.
複数の素子領域の周辺部をそれぞれ囲むトレンチパターンと、溝または穴の配列パターンであるダミーパターンとの少なくとも2つのパターンを同時に形成するためのマスクパターンを形成するマスクパターン形成工程と、前記マスクパターンをマスクにしてドライエッチングによって、少なくとも前記トレンチパターンおよび前記ダミーパターンを同時に形成するエッチング工程と、絶縁膜を堆積する絶縁膜堆積工程と、化学機械研磨法にて前記絶縁膜を研磨・平坦化する研磨工程と、前記素子領域に素子を形成する素子形成工程とを備え、
前記ダミーパターンは、前記素子領域以外の領域であって、かつ前記トレンチパターンを除いた領域に形成されるものであり、前記ダミーパターンは、該ダミーパターンによって区画形成される凸部が、規則性を有する繰り返しで存在するとともに、隣接する凸部間の距離は、10μm以下であって、かつ前記複数の素子領域のうち最も形成頻度の高い素子における素子領域1つ当たりの平均の面積と、前記凸部の繰り返しの基本単位の面積との比が、0.5以上2以下となるものであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A mask pattern forming step of forming a mask pattern for simultaneously forming at least two patterns of a trench pattern each surrounding a periphery of a plurality of element regions and a dummy pattern which is an array pattern of grooves or holes; An etching step of simultaneously forming at least the trench pattern and the dummy pattern by dry etching using a mask as a mask, an insulating film depositing step of depositing an insulating film, and polishing and flattening the insulating film by a chemical mechanical polishing method. Polishing step, comprising an element forming step of forming an element in the element region,
The dummy pattern is a region other than the element region and is formed in a region excluding the trench pattern, and the dummy pattern has a regular section formed by the dummy pattern. And the distance between adjacent protrusions is 10 μm or less, and the average area per element region in the element with the highest frequency of formation among the plurality of element regions ; and A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the ratio of the area of the basic unit of the repetition of the projection to the area is 0.5 or more and 2 or less.
複数の素子領域の周辺部をそれぞれ囲むトレンチパターンと、溝または穴の配列パターンであるダミーパターンとの少なくとも2つのパターンを同時に形成するためのマスクパターンを形成するマスクパターン形成工程と、前記マスクパターンをマスクにしてドライエッチングによって、少なくとも前記トレンチパターンおよび前記ダミーパターンを同時に形成するエッチング工程と、絶縁膜を堆積する絶縁膜堆積工程と、平坦化材を形成する平坦化材形成工程と、ドライエッチング技術にて前記絶縁膜と前記平坦化材とをエッチバックするエッチバック工程と、前記素子領域に素子を形成する素子形成工程とを備え、
前記ダミーパターンは、前記素子領域以外の領域であって、かつ前記トレンチパターンを除いた領域に形成されるものであり、前記ダミーパターンは、該ダミーパターンによって区画形成される凸部が、規則性を有する繰り返しで存在するとともに、隣接する凸部間の距離は、10μm以下であって、かつ前記複数の素子領域の全素子領域における素子領域1つ当たりの平均の面積と、前記凸部の繰り返しの基本単位の面積との比が、0.5以上2以下となるものであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A mask pattern forming step of forming a mask pattern for simultaneously forming at least two patterns of a trench pattern each surrounding a periphery of a plurality of element regions and a dummy pattern which is an array pattern of grooves or holes; An etching step of simultaneously forming at least the trench pattern and the dummy pattern by dry etching using a mask as a mask, an insulating film depositing step of depositing an insulating film, a planarizing material forming step of forming a planarizing material, and dry etching. An etch back step of etching back the insulating film and the planarizing material by a technique, and an element forming step of forming an element in the element region,
The dummy pattern is a region other than the element region and is formed in a region excluding the trench pattern, and the dummy pattern has a regular section formed by the dummy pattern. And the distance between adjacent convex portions is 10 μm or less, and the average area per one element region in all the device regions of the plurality of element regions , and the repetition of the convex portions Wherein the ratio of the basic unit to the area of the basic unit is 0.5 or more and 2 or less.
複数の素子領域の周辺部をそれぞれ囲むトレンチパターンと、溝または穴の配列パターンであるダミーパターンとの少なくとも2つのパターンを同時に形成するためのマスクパターンを形成するマスクパターン形成工程と、前記マスクパターンをマスクにしてドライエッチングによって、少なくとも前記トレンチパターンおよび前記ダミーパターンを同時に形成するエッチング工程と、絶縁膜を堆積する絶縁膜堆積工程と、平坦化材を形成する平坦化材形成工程と、ドライエッチング技術にて前記絶縁膜と前記平坦化材とをエッチバックするエッチバック工程と、前記素子領域に素子を形成する素子形成工程とを備え、A mask pattern forming step of forming a mask pattern for simultaneously forming at least two patterns of a trench pattern each surrounding a periphery of a plurality of element regions and a dummy pattern which is an array pattern of grooves or holes; An etching step of simultaneously forming at least the trench pattern and the dummy pattern by dry etching using a mask as a mask, an insulating film depositing step of depositing an insulating film, a planarizing material forming step of forming a planarizing material, and dry etching. An etch back step of etching back the insulating film and the planarizing material by a technique, and an element forming step of forming an element in the element region,
前記ダミーパターンは、前記素子領域以外の領域であって、かつ前記トレンチパターンを除いた領域に形成されるものであり、前記ダミーパターンは、該ダミーパターンによって区画形成される凸部が、規則性を有する繰り返しで存在するとともに、隣接する凸部間の距離は、10μm以下であって、かつ前記複数の素子領域のうち最も形成頻度の高い素子における素子領域1つ当たりの平均の面積と、前記凸部の繰り返しの基本単位の面積との比が、0The dummy pattern is a region other than the element region and is formed in a region excluding the trench pattern, and the dummy pattern has a regularity defined by the dummy pattern. And the distance between adjacent protrusions is 10 μm or less, and the average area per element region in the element with the highest frequency of formation among the plurality of element regions; and The ratio of the area of the basic unit of the repetition of the convex portion to 0 .. 5以上2以下となるものであることを特徴とする半導体装置の製造方法。A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the number is 5 or more and 2 or less.
前記マスクパターン形成工程の前記マスクパターンは、前記ダミーパターンが形成される領域内のn−ウェルとp−ウェルとのウェル分離用トレンチパターンを同時に形成するためのものであり、前記エッチング工程は、ドライエッチングによって、少なくとも前記トレンチパターン、前記ダミーパターンおよび前記ウェル分離用トレンチパターンを同時に形成するものである請求項7ないし10のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。The mask pattern in the mask pattern forming step is for simultaneously forming a well-separating trench pattern of an n-well and a p-well in a region where the dummy pattern is to be formed. 11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7 , wherein at least the trench pattern, the dummy pattern, and the well separating trench pattern are simultaneously formed by dry etching. 前記マスクパターン形成工程の前記マスクパターンは、前記ダミーパターンが形成される領域内に、配線下用トレンチパターンを同時に形成するためのものであり、前記エッチング工程は、ドライエッチングによって、少なくとも前記トレンチパターン、前記ダミーパターンおよび前記配線下用トレンチパターンを同時に形成するものであり、
前記配線下用トレンチパターンを埋没させた前記絶縁膜上に、該配線下用トレンチパターンの幅よりも狭い幅の配線を形成する配線形成工程を備える請求項7ないし11のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
The mask pattern in the mask pattern forming step is for simultaneously forming an under-wiring trench pattern in a region where the dummy pattern is formed, and the etching step is performed by dry etching at least the trench pattern. Forming the dummy pattern and the under-wiring trench pattern simultaneously,
12. The semiconductor according to claim 7, further comprising a wiring forming step of forming a wiring having a width smaller than the width of the wiring-underlying trench pattern on the insulating film in which the wiring-underlying trench pattern is buried. Device manufacturing method.
前記トレンチパターンおよび前記ダミーパターン内に、異なる膜からなる積層膜を形成する積層膜形成工程を備える請求項7ないし10のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 7 to 10, further comprising a stacked film forming step of forming a stacked film made of different films in the trench pattern and the dummy pattern.
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