(57)【要約】【課題】  半導体素子を集積した半導体装置で発生する熱を素早く移動させて、温度が上昇するのを防止する熱抵抗の小さい半導体装置を提供する。【解決手段】  半導体素子２を配置する層と絶縁層とを有する半導体装置１であって、前記絶縁層内に半導体素子２の配線に関与しないダミー用金属板１６が配置されている半導体装置１において、アスペクト比が１より大きく、配線１５に対してほぼ直交させて、または、配線１５の最長の長さを有する辺に直交させて配置されるダミー用金属板１６が設けられている半導体装置である。【選択図】      図２【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を配置する層と前記半導体素子に接続される配線を配置する絶縁層とを有する半導体装置であって、
前記絶縁層内に前記半導体素子の配線に関与しない金属板が配置され、
前記金属板は、アスペクト比が１より大きく、前記配線に対してほぼ直交させて配置されるダミー用金属板である
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記ダミー用金属板は、配線の最長の長さを有する辺に直交している
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置において、
前記ダミー用金属板は、Ｌ字型の配線の最長の長さを有する辺に直交している
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１、２に記載の半導体装置において、
前記ダミー用金属板は、配線層又はビア層に配置されている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１、２、４に記載の半導体装置において、
前記ダミー用金属板は、形状が長方形又は楕円である
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１、２、４、５に記載の半導体装置において、
前記ダミー用金属板は、一部又はすべてが接続されている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１、２、４、５、６に記載の半導体装置において、
前記絶縁層は、比誘電率が４以下である
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体装置において、
前記絶縁層は、ＳｉＯ２、ＳｉＯＣ、ＳｉＬＫ、ＮＣＳを主体として形成されている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項１、２、４、５、６、７に記載の半導体装置において、
前記ダミー用金属板は、配線と同じ材質を用いる
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の半導体装置において、
前記ダミー用金属板は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｌ合金、Ｃｕ合金のなから選択される１つを用いる
ことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数の半導体素子が集積された大規模な半導体集積回路（ＬＳＩ）等の半導体装置で使用時に発生する熱の放散を促進する半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、大規模集積回路（ＬＳＩ）の微細化、超集積化が進んでおり、ＬＳｉの半導体素子の数が増加している。しかし、この半導体素子を微細化しながら集積度を高くすると、これらを接続する追加の配線層が必要になり、その中で配線長が長くなり、この配線抵抗の増大によって配線からの発熱量の増大することになる。また、集積度を高くして半導体素子を微細化することで１個当たりの消費電力を抑えることができるが、半導体素子の数の増加により消費電力が増加し発熱量も増加する。【０００３】
したがって、これらの不具合を解消するために、例えば、特許文献１では、配線層にはそれぞれ配線膜と共にダミーの配線膜が形成され、これらダミーの配線膜が前記各配線層を絶縁するための各層間絶縁膜に設けられたダミーのスルーホールを介して上下の配線層間で相互に接続されている半導体装置が開示されている。また、特許文献２では、所定の層に設けられた配線から前記所定の層の下層に位置する半導体基板に、電気的に非接続の状態の放熱用配線を設けた半導体集積回路が開示されている。
また、特許文献３では、端子が配設された配線基板と、前記配線基板上にフェイスダウンにより実装され、裏面上に引出配線が配設された第１の半導体素子と、前記第１の半導体素子の裏面上にフェイスダウンにより実装された半導体装置で、その第１の半導体素子の裏面上には、さらに放熱用ダミー配線が配設されている半導体装置が開示されている。また、特許文献４では、第１の基板と、前記第１の基板の表面に裏面が接合される第１の放熱板と、前記第１の放熱板の表面に裏面が接合される第２の基板と、前記第２の基板の表面に表面を対向させて搭載される半導体チップと、前記半導体チップの裏面に接合される第２の放熱板と、を備える半導体装置が開示されている。【０００４】
とくに、大規模集積回路では、消費電力が大きくなっており配線に電流を流すと、発熱した熱によって、ＬＳＩの温度が高くなり誤動作の原因にもなる。とくに、低誘電率絶縁膜を用いるＬＳＩでは、温度上昇の度合いが大きくなる。これまで、放熱のためのダミー用金属板をビア層に設けられていたが、半導体装置中の絶縁膜中の金属板の占有率が大きくなるという問題がある。
これは、こうした多層配線を有する半導体装置では、信号遅延の支配的要因の１つになりつつある。信号遅延は配線抵抗値と配線容量の積に比例しており、従って配線遅延の改善のためには、配線抵抗値や配線容量を軽減することが重要である【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１９９８８２号公報
【特許文献２】特開平１１−２３８７３４号公報
【特許文献３】特開２００２−１１０９０２号公報
【特許文献４】特開２００４−１４０２８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、半導体装置を実装する基板に対する放熱板、フィンであって半導体素子自身の放熱を考慮したものではない。また、単にダミー用金属板を設けただけでは、絶縁膜中の金属板の占有率が大きくなるという問題が解消されない。
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、半導体素子を集積した半導体装置で発生する熱を素早く移動させて、温度が上昇するのを防止する熱抵抗の小さい半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する手段である本発明の特徴を以下に挙げる。
本発明の半導体装置では、半導体素子を配置する層と絶縁層とを有する半導体装置であって、前記絶縁層内に半導体素子の配線に関与しない金属板が配置されている半導体装置において、前記半導体装置は、アスペクト比が１より大きく、配線に対してほぼ直交させて、または、配線の最長の長さを有する辺に直交させて配置されるダミー用金属板が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、上記解決するための手段によって、本発明の半導体装置では、アスペクト比の大きいダミー用金属板を配線と同じ層に設けることで、絶縁層の比誘電率を大きくすることなく、熱抵抗を小さくして配線から発生する熱の移動を容易にして、半導体装置の動作時における温度上昇を抑えることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における最良の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。【００１０】
図１は、本発明の半導体装置の金属板の配置を示す平面概略図である。図２は、図１に示すＡ−Ａ’線で切断した断面図であり、そのときの熱の移動を示す概略図である。図３は、従来のダミー用金属板の配置を示す断面図であり、そのときの熱の移動を示す概略図である。
図１に示すように、本発明の半導体装置１における配線１５は、電流の供給又は信号の導通のために設けられ、その中で半導体装置１を動作させる電気の導通に関与しないダミー用金属板１６が設けられている。半導体装置１の動作により電流が流れると半導体装置１内の半導体素子２の劣化現象を加速する要因となる。具体的には、半導体装置１内のトランジスタ等の半導体素子２の動作速度が遅くなり、それによって誤動作が発生する。
そこで、配線１５が設けられる層に熱伝導率の高い材料によるダミー用金属板１６を設けて、この配線１５からの熱を配線周辺から移動させることで熱抵抗を小さくして、半導体装置１全体に移動させることで半導体装置１の局所的な温度の上昇を防止しする。金属等の導線性の高い材料は、大まかには導電率が高いほど熱伝導性が高い。したがって、配線１５で発生した熱をダミー用金属板１６で移動させて、局所的に温度が上昇するのを防止し、あわせて、熱を分散させて放熱することで熱の放散を促進する。このときに、ダミー用金属板１６は、幅と長さの比ｍ（以下、「アスペクト比」と記す。）を１より大きくする。これは、アスペクト比が１では四方に均等に熱移動が生ずるために熱の放散を促進する効果が小さい。ダミー用金属板１６のアスペクト比を１より大きくすることで、所定方向への熱移動を促進して熱抵抗を小さくして配線周辺の温度を低下させる。【００１１】
このときに、ダミー用金属板１６の長手方向は、図１及び２に示すように、配線１５に対して直交方向にする。これによって、配線１５の周囲は同質の絶縁体でかこまれているの、熱は各方向に同じ早さで移動する。しかし、ダミー用金属板１６に達すると、このダミー用金属板１６は熱伝導率が高いために同一の温度になり、さらに、熱の傾斜によって熱が入った方向とその方向にある端部からすぐに熱が移動する。従って、ダミー用金属板１６からダミー用金属板１６への熱移動も早くなり、配線の温度を低下させる速度も速くなる。さらに、配線１５から遠いほど温度が低いために熱の傾斜が大きくなり、熱の移動が早くなり熱抵抗を小さくすることができる。このために、配線１５から温度の低い遠い位置までの熱移動が早くなり、配線１５の温度を低下させる。【００１２】
このダミー用金属板１６のアスペクト比が１の場合は、図３に示すように、配線１５から発生した熱は周囲の絶縁性物質に対して周囲全体に均一に移動し、ダミー用金属板１６に達する。しかし、その後、ダミー用金属板１６はすぐに同一温度になるが、ダミー用金属板１６のアスペクト比が小さいために、ダミー金属坂１６内の熱傾斜も小さいために、図３では縦方向の側面側の端部からも熱が移動する。しかも、熱傾斜が小さいために、ダミー用金属板１６のいずれの方向にも熱の移動速度が小さく、配線１５の温度を低下させる効果が小さい。このために、半導体装置１の温度を低下させる効果が小さい。【００１３】
また、図４は、半導体装置の配線がＬ字型の場合のダミー用金属板の配置を示す概略構成図である。本発明の半導体装置１では、ダミー用金属板１６が配線１５の最長の長さを有する辺に直交している。とくに、半導体装置１の配線１５が長方形でなく、Ｌ字型、Ｔ字型等に曲がっている場合は、図４に示すように、配線１５の最も長い方の辺に対してダミー用金属板１６を直交する方向に配置する。これは、配線１５で発生した熱量は、短い辺よりも長い辺の方から多く配線周囲に移動するので、長い辺に対してダミー用金属板１６を配置する方が熱の移動・放散を促進して熱抵抗を小さくすることができ、半導体装置１の温度を低下させることができる。【００１４】
図５は、本発明の半導体装置の楕円形のダミー用金属板の形状を示す概略構成図であ。ここで用いられるダミー用金属板１６は、幅と長さの比であるアスペクト比が１より大きければ、その形状はとくに限定しない。例えば、長方形、楕円、菱形でもよい。とくに、配線１５と直交する方向に配置することから、配線１５に対向する面が広い方が熱を多く受けることから長方形がもっとも好ましい。さらに、このダミー用金属板１６のアスペクト比は、１より大きければよく、その大きさは半導体装置１内で他の配線、半導体装置１、コンタクトホールの配置で決定することができる。
また、図６は、半導体装置におけるダミー用金属板を接続させた配置を示す概略構成図である。本発明の半導体装置１では、ダミー用金属板１６を接続させる。接続させるダミー用金属板１６は一部又はすべてを接続させてもよい。これによって、熱伝導率の低い絶縁材に周囲を囲まれるとダミー用金属板１６から次のダミー用金属板１６への熱の移動速度は遅くなるが、ここでダミー用金属板同士を接続させることで、熱移動の障害をなくすことで熱の移動速度を早くすることができ、熱抵抗を小さくすることができる。【００１５】
さらに、半導体装置１は配線網が配置された層を複数の有する多層配線構造になっており、上下に設けられている層間絶縁膜２１に伝達される。とくに、最上層に電源からの配線１５Ａが設けられる半導体装置１では、大気中の熱の放散よりも、半導体装置１内で熱移動する割合が高い。これは、大気中への熱移動は、空気への熱伝導率が低いために、大気の流れが大きく対流が激しくなければ大気中への熱の放散は小さい。したがって、配線で発生した熱は、金属等の導電性物質に比較すると熱伝導率が小さい絶縁性物質の中を移動する割合が多くなる。そのために、配線で発生した熱は半導体装置１内の横方向、さらに、下方向に移動する。【００１６】
本発明の半導体装置１では、ダミー用金属板１６を配線１５が配置された層間絶縁膜（以下、「配線層」と記す。）又はビアホール１４が形成された層間絶縁膜（以下、「ビア層」と記す。）に配置する。配線網を配置した層では、ダミー用金属板１６を設ける場所が少ない、さらに、配線網から発生する熱は、半導体素子２からその層の周囲に移動するより、導電性の配線を移動する速度は大きいことから、配線層にダミー用金属板１６を設けることで配線網で発生した熱を容易に移動させ、放散させることができる。
また、ダミー用金属板１６をビア層に配置する。配線層と同様に、ビアホール１４も半導体素子２、配線１５等に接続しており、熱伝導性が高い導電性材料を設けていることで熱の移動速度が高いために、このビア層にダミー用金属板１６を設けることで、配線網から発生した熱を容易に移動させ、放散させることができる。【００１７】
また、本発明の半導体装置１では、ダミー用金属板１６を電源配線１５Ａの下だけに設ける。半導体装置１の配線の中で最も大きい電流が流れるために、電源配線１５Ａが最も発熱量が多い。また、その大きい電流のために発生する信号等の遅延が生ずることがある。これらの半導体素子２等への影響を避けるために電源配線１５Ａは最上部又はその近傍に設けられる。このときに、電源配線１５Ａの下の層にダミー用金属板１６を設けることで、発生する熱の移動を容易にし、電源配線１５Ａの配線層の温度の上昇を防止する。【００１８】
また、本発明の半導体装置１では、このダミー用金属板１６を配置する層間絶縁膜の絶縁物は、比誘電率が４以下の絶縁材料によって構成される。
ＬＳＩ等の半導体装置１の微細化・高集積化の進展に伴い、配線層のＲＣ遅延による動作速度の低下と、配線間容量の増大による消費電力が増大する。このために、配線抵抗の小さい金属材料と層間絶縁膜に比誘電率の低い絶縁材を用いることで、半導体素子２の動作速度の低下を防止することができる。このときに、絶縁材の比誘電率は４以下、とくに、３．６以下が好ましく、さらには、２．７以下がより一層好ましい。
低比誘電率の材料としては、ＳｉＯ２、ＦドープＳｉＯ２、ＣドープＳｉＯ２（ＳｉＯＣ）、ＢドープＳｉＯ２、多孔質ＳｉＯ２（NCS）等の酸化物、水素等を含有したポリシロキサン、ポリイミド、ポリアリルエーテル（SiLK：登録商標）、フッ素樹脂（テフロン：登録商標）等の高分子から選択することができる。【００１９】
また、本発明の半導体装置１では、ダミー用金属板１６が配線１５と同じ材質の金属を用いる。これは、ダミー用金属板１６を配線層又はビア層に設けるときに、配線１５と異なる金属を用いると製造工程が複雑になり、製造コストを低減させることが困難である。したがって、ダミー用金属板１６は、配線１５と同一の金属を用いる。さらに、本発明の半導体装置１では、配線の金属として、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ又はＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ等のＡｌ合金、Ｃｕ、ＣｕーＰ又はＣｕ−Ｚｎ等のＣｕ合金の中から選択する。Ｃｕ、Ｃｕ合金はエレクトロマイミグレーション現象の発生が少なく、また、Ｃｕは電気的な導電率が高く、また、熱伝導性も高いため、配線からの発熱量が小さく、また、熱の放散にも優れている。また、Ａｌ、Ａｌ合金は、絶縁材であるＳｉＯ２との密着性に優れている。これらの合金等は、半導体装置１内の使用する位置によって使い分けてもよい。また、ダミー用金属板１６、配線１６はスパッタリング法の真空蒸着法等で形成し、平坦化処理を行うことで、多層配線構造を有する半導体装置１を形成する。【００２０】
図７は、シミュレーションの用いたＣＭＯＳ半導体装置の構造を示す概略図である。このＣＭＯＳ半導体装置１は、９層に配置されており、下層４層が、絶縁材としてＳｉＬＫを用い、Ｃａｐ膜と併せて２８００ｎｍ、中間層３層が、絶縁材としてＳｉＯＣを用い、Ｃａｐ膜と併せて３８００ｎｍ、上層２層が、絶縁材としてＳｉＬＫを用い、Ｃａｐ膜と併せて３０００ｎｍからなっている。
配線１５、ダミー用金属板１６はＣｕを用いた。また、ダミー用金属板１６の形状は長方形で、配線１５に対して直交する方向に配置した。また、温度解析は有限要素法を用いた。この有限要素法では、各素材の熱抵抗は直列接続として、各素材の熱伝導率を代入することで計算することができる。また、電源配線１５Ａには、３×１０５Ａ／ｃｍ２の電流を印加した。【００２１】
（シミュレーション１）
ダミー用金属板１６の間隔を一定にして、ダミー用金属板１６のアスペクト比を変化させて、また、配線１５の幅をパラメータにして、電源配線１５Ａと下部の半導体素子２のある層までの熱抵抗（Ｋ／Ｗ）を解析した。この熱抵抗は、下記の式（１）で定義される。
温度上昇（ｄｅｇ）＝発熱量（Ｗ）×熱抵抗（Ｋ／Ｗ）……式（１）
この熱抵抗が大きければ、同じ発熱量でも温度上昇が大きくなる。したがって、熱抵抗が小さければ、配線で発熱した熱の移動が早く、半導体装置１の温度が均一になる。
図８は、配線の幅をパラメータにして、最下層から最上層までの間で、ダミー用金属板のアスペクト比に対する熱抵抗のシミュレーションの結果を示すグラフである。配線の幅を１μｍ、５μｍ、１５μｍにおける結果を示している。
また、このときのシミュレーションの結果を表１にまとめる。【００２２】
【表１】
2006061871.tif 000002
この図８から明らかなように、配線幅が小さくなるにつれて熱抵抗が大きくなり、発熱量が大きくなる。また、表１からダミー用金属板１６のアスペクト比を大きくすると、熱抵抗が大きく低下して、温度上昇が小さくなっている。したがって、アスペクト比１の半導体装置１の電源配線１５Ａにおける温度を基準としたときの温度上昇を示しているが、アスペクト比を大きくすることで半導体装置１の温度上昇を大きな効果を持って抑えることができることがわかる。【００２３】
（シミュレーション２）
図９は、配線の幅をパラメータにして、ダミー用金属板の占有する面積を一定にしたときの、ダミー用金属板のアスペクト比に対する熱抵抗のシミュレーションの結果を示すグラフである。
また、このときのシミュレーションの結果を表２にまとめる。
【表２】
2006061871.tif 000003
図９及び表２から明らかなように、ダミー用金属板１６のアスペクト比を大きくすると、熱抵抗が大きく低下しているのがわかる。また、同様に、アスペクト比を大きくすることで半導体装置１の温度上昇を大きく抑えることができることがわかる。【００２４】
（シミュレーション３）
図１０は、配線の幅をパラメータにして、ビア層にダミー用金属板の占有する面積を一定にしたときの、ダミー用金属板のアスペクト比に対する熱抵抗のシミュレーションの結果を示すグラフである。
また、このときのシミュレーションの結果を表３にまとめる。
【表３】
2006061871.tif 000004
図１０及び表３から明らかなように、ダミー用金属板１６のアスペクト比を大きくすると、熱抵抗が大きく低下しているのがわかる。また、同様に、アスペクト比を大きくすることで半導体装置１の温度上昇を大きく抑えることができることがわかる。
【実施例】
【００２５】
以下に、ダミー用金属板１６を配置された本発明の半導体装置１の構造について説明する。図７に示すように、半導体基板１０上には、複数の半導体素子２領域が設けられている。半導体素子２領域の周縁部には、素子分離膜１１が設けられている。半導体基板１０上に、例えばＳＴＩ法により、素子領域を画定する素子分離膜１１を形成する。図７に示すように、素子分離膜１１が形成された半導体基板１０上には、ゲート電極１２及びソース／ドレイン拡散層１３を有する半導体素子２としてＭＯＳトランジスタが形成されている。素子分離膜１１が形成された半導体基板１０上に、通常のＭＯＳトランジスタの形成方法と同様にして、ゲート電極１２とソース／ドレイン拡散層１３を有するＭＯＳトランジスタを形成する。ＭＯＳトランジスタが形成された半導体基板１０上には、コンタクトプラグが埋め込まれたシリコン酸化膜よりなる層間絶縁膜としてビア層２１が形成されている。これは、例えば、ＣＭＰ法により、絶縁膜の表面を研磨し、絶縁膜の表面を平坦化する。次いで、フォトリソグラフィー及びドライエッチングによりビア層２１を開口し、金属としてＷを用いる場合はＣＶＤ法又は金属としてＣｕを用いる場合はメッキ法で、層間絶縁膜に半導体基板１０に達するビアホール１４を有するビア層２１を形成する。【００２６】
このビア層２１上には、ＳｉＣ膜／ＳｉＬＫ膜／ＳｉＣ膜の積層構造よりなる層間絶縁膜２２が形成されている。これは、例えば、ＣＶＤ法により、膜厚１５ｎｍのＴｉ（チタン）膜と、例えば膜厚１０ｎｍのＴｉＮ（窒化チタン）膜と、例えば膜厚２５０ｎｍのＷ（タングステン）膜とを形成する。次いで、ＣＭＰ法により、絶縁膜の表面が露出するまで、Ｗ膜、ＴｉＮ膜及びＴｉ膜を平坦に除去し、ビアホール内に埋め込まれ、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜及びＷ膜よりなるコンタクトプラグを形成する。次いで、コンタクトプラグが埋め込まれた層間絶縁膜２１上に、例えばＣＶＤ法により、例えば膜厚３０ｎｍのＳｉＣ膜を堆積する。次いで、ＳｉＣ膜上に、例えばスピンコート法により、例えば膜厚４５０ｎｍのＳｉＬＫ膜を形成する。次いで、ＳｉＬＫ膜上に、例えばＣＶＤ法により、例えば、膜厚３０ｎｍのＳｉＣ膜を形成する。こうして、ＳｉＣ膜／ＳｉＬＫ膜／ＳｉＣ膜の積層構造を有する層間絶縁膜２２を形成する。Ｃａｐ層のＳｉＣ膜は、エッチングストッパ膜として、さらに、Ｃｕの拡散防止膜として機能する。【００２７】
この層間絶縁膜２２には、内部回路領域に配線１５と、またその周辺にはダミー用金属板１６とがそれぞれ埋め込まれている。配線１５とダミー用金属板１６とは、同一の層に形成されている。この層間絶縁膜２２上には、層間絶縁膜２２と同様の積層構造よりなる層間絶縁膜の３層２３、２４、２５が形成されている。これらの併せて層間絶縁膜２３、２４、２５には、配線１５、ダミー用金属板１６、ビアホール１４が埋め込まれている。【００２８】
さらに、この３層の層間絶縁膜２３、２４、２５上には、ＳｉＯＣ膜／ＳｉＣ膜／ＳｉＯＣ膜／ＳｉＣ膜の積層構造よりなる層間絶縁膜３１が形成されている。この層間絶縁膜３１は、例えば、ＣＶＤ法により、膜厚５０ｎｍのＳｉＣ膜と、膜厚５００ｎｍのＳｉＯＣ膜と、膜厚５０ｎｍのＳｉＣ膜と、膜厚４００ｎｍのＳｉＯＣ膜と、膜厚５０ｎｍのＳｉＣ膜とを順次堆積し、ＳｉＣ膜／ＳｉＯＣ膜／ＳｉＣ膜／ＳｉＯＣ膜／ＳｉＣ膜の積層構造を有する絶縁膜を形成する。【００２９】
次いで、フォトリソグラフィーにより、ビアホール１４の形成予定領域を露出するフォトレジスト膜を形成する。このときに、ビアホール１４の周囲には、ダミー用金属板を形成するようにパターンを作製する。次いで、フォトレジスト膜を除去する。次いで、例えば、スピンコート法により非感光性樹脂を塗布した後、ビアホール内に非感光性樹脂が残存するように、層間絶縁膜３１上の非感光性樹脂を溶解・除去する。次いで、非感光性樹脂が埋め込まれた層間絶縁膜３１上に、フォトリソグラフィーにより、層間絶縁膜３１に形成される配線層１５、ダミー金属板１６の形成予定領域を露出するフォトレジスト膜を形成する。次いで、フォトレジスト膜をマスクとして、ＳｉＣ膜をストッパとして、ＳｉＣ膜及びＳｉＯＣ膜を異方性エッチングし、ＳｉＯＣ膜及びＳｉＣ膜に、配線１５を埋め込むための配線溝、ダミー用金属板１６を埋め込むための溝を形成する。次いで、フォトレジスト膜とともに非感光性樹脂を除去した後、ＳｉＣ膜を異方性エッチングし、ＳｉＣ膜を除去するとともに、ビアホール、配線１５、ダミー用金属板１６を形成する。次いで、この工程を繰り返し、層間絶縁膜３２、３３、３４に埋め込まれた配線１５、ダミー用金属板１６を形成する。このようにして、この層間絶縁膜３１上には、下層の層間絶縁膜の場合と同様に、配線１５、ダミー用金属板１６、ビアホール１４とが埋め込まれていて、積層構造よりなる３層の層間絶縁膜３２、３３、３４が中間層として形成されている。【００３０】
さらに、この中間層３２、３３、３４の上に上層として、ＳｉＯ２膜／ＳｉＣ膜／ＳｉＯ２膜／ＳｉＣ膜の積層構造よりなる層間絶縁膜４１、４２、４３、４４が形成されている。次いで、ＳｉＯＣ膜の代わりにＳｉＯ膜を用い、上述の工程を繰り返し、絶縁膜に埋め込まれた配線１５、ダミー用金属板１６，ビアホール１４を形成する。次いで、層間絶縁膜４１には、例えば、ＣＶＤ法により、膜厚５０ｎｍのＳｉＣ膜と、膜厚５００ｎｍのＳｉＯ膜とを形成し、ＳｉＯ膜／ＳｉＣ膜の積層構造を有する層間絶縁膜４２を形成する。次いで、この絶縁膜４３には、ビアホール１４が埋め込まれていてビア層を形成している。この絶縁膜４３上には、コンタクトプラグに接続された電源配線１５Ａが形成されている。コンタクトプラグが埋め込まれた層間絶縁膜４３上に、例えば、スパッタ法により、膜厚１００ｎｍのＴｉＮ膜と、膜厚９００ｎｍのＣｕ膜と、膜厚５０ｎｍのＴｉＮ膜とを堆積する。次いで、フォトリソグラフィー及びドライエッチングにより、ＴｉＮ膜／Ｃｕ膜／ＴｉＮ膜の積層膜をパターニングし、配線１５等を形成する。【００３１】
次いで、この絶縁膜４４上に、例えばＣＶＤ法により、膜厚１２００ｎｍのＳｉＯ膜と、膜厚４００ｎｍのＳｉＮ膜とを堆積し、ＳｉＮ膜／ＳｉＯ膜の積層構造よりなるカバー膜５１を形成する。
ダミー用金属板１６は、配線と同一の材質のＣｕを用い、デュアルダマシンプロセスにより形成される。
ここで、本発明の半導体装置１は、層厚方向に隣接するダミー用金属板が接続させることによって、周辺の層間絶縁膜の機械的強度、特に層厚方向の強度が増加する。さらに、配線１５、ビア１７からの層厚方向への熱抵抗を小さくして熱の移動を容易にする。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の半導体装置の金属板の配置を示す平面概略図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ’線で切断した断面図であり、そのときの熱の移動を示す概略図である。
【図３】従来のダミー用金属板の配置を示す断面図であり、そのときの熱の移動を示す概略図である。
【図４】半導体装置の配線がＬ字型の場合のダミー用金属板の配置を示す概略構成図である。
【図５】本発明の半導体装置の楕円形のダミー用金属板の形状を示す概略構成図であ。
【図６】半導体装置におけるダミー用金属板を接続させた配置を示す概略構成図である。
【図７】シミュレーションの用いたＣＭＯＳ半導体装置の構造を示す概略図である。
【図８】配線の幅をパラメータにして、ダミー用金属板のアスペクト比に対する熱抵抗のシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図９】配線の幅をパラメータにして、ダミー用金属板の占有する面積を一定にしたときの、ダミー用金属板のアスペクト比に対する熱抵抗のシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図１０】配線の幅をパラメータにして、ビア層にダミー用金属板の占有する面積を一定にしたときの、ダミー用金属板のアスペクト比に対する熱抵抗のシミュレーションの結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３３】
１  半導体装置
１０  半導体素子
１１  素子分離膜
１２  ゲート電極
１３  ソース／ドレイン領域
１５  配線
１５Ａ  電源配線
１６  ダミー用金属板
１７  ビアホール
２１、２２、２３、２４  層間絶縁膜
３１、３２、３３、３４  層間絶縁膜
４１、４２  ４３  層間絶縁膜
５１  ガード膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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