(57)【要約】【課題】シリコン基板中に配線層が埋め込まれて構成された配線構造において、熱サイクルの際の配線層が塑性変形して突出することを抑制する。【解決手段】このためには、熱サイクルに際しての配線層に加わる最大応力を小さくして配線層の塑性変形の抑制をするようにバリア層を設定することが有効である。具体的には、バリア層としてヤング率の小さな材料を用いることが好ましい。このような材料として、有機材料がある。図６は、バリア層をこの有機材料（厚さ０．５μｍ）の単層構造とした場合（１）、ならびに有機材料層の内側もしくは外側あるいは両側に硬質膜を配置して多層構造とした場合（２〜４）と、Ｔｉで構成されたバリア層を用いた場合（０）における、温度サイクル（１サイクル）を印加した場合の温度と配線層の突出量の関係を計算した結果である。この結果より、この有機材料をバリア層として用いた場合には、配線層の塑性変形が抑制されるために、熱サイクル印加後の突出量Ｐ１をほぼ零とすることができる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン（Ｓｉ）を主成分とし、孔部が形成された基板と、
前記孔部の中に埋め込まれて形成され、銅（Ｃｕ）を主成分として構成された配線層と、
前記孔部の深さ方向に沿った内面と前記配線層との間に形成され、ヤング率が１ＧＰａ以下、かつポアソン比が０．４０以下である軟質バリア層と、
を具備することを特徴とする配線構造。
【請求項２】
前記軟質バリア層のヤング率が１００ＭＰａ以下とされたことを特徴とする請求項１に記載の配線構造。
【請求項３】
前記軟質バリア層の熱膨張係数が１×１０−５／Ｋ以下とされたことを特徴とする請求項１又は２に記載の配線構造。
【請求項４】
前記軟質バリア層は有機材料で構成されたことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の配線構造。
【請求項５】
前記軟質バリア層は空孔を有することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の配線構造。
【請求項６】
前記内面と前記軟質バリア層との間、前記配線層と前記軟質バリア層との間の少なくともいずれかに、ヤング率が前記軟質バリア層よりも大きな硬質バリア層を具備することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の配線構造。
【請求項７】
前記硬質バリア層は金属材料で構成されたことを特徴とする請求項６に記載の配線構造。
【請求項８】
前記孔部は前記基板を貫通しないように形成され、
前記孔部の底面と前記配線層との間に前記軟質バリア層を具備することを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の配線構造。
【請求項９】
前記孔部は前記基板を貫通しないように形成され、
前記孔部の底面と前記配線層との間に前記硬質バリア層を具備することを特徴とする請求項６又は７に記載の配線構造。
【請求項１０】
前記孔部は前記基板を貫通して形成され、
前記配線層は、前記基板の両主面の間の電気的接続に使用されることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の配線構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンで構成された基板中に形成された孔部に、銅を主成分として構成された配線層が埋め込まれた構成を具備する配線構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路では、シリコン基板の表面において形成された半導体素子（トランジスタ等）同士を電気的に接続するための微細な配線が多く形成されている。一方、近年では、これとは異なり、シリコン基板を貫通しその厚さ方向の電流の経路となるシリコン貫通電極（ＴＳＶ：Ｔｒｏｕｇｈ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｖｉａ）も用いられている。ＴＳＶにより、ＴＳＶが形成されたシリコン基板の表面側と裏面側の素子やチップを電気的に接続することができる。
【０００３】
一般的に、ＴＳＶは、シリコン基板中に形成された貫通孔中に導電性の材料で構成された配線層がめっき等の方法によって埋め込まれて形成される。この配線層を構成する材料としては、電気抵抗率が低い銅が主に用いられる。また、銅のシリコン基板への拡散を防止するため、あるいはこの配線層とシリコン基板との間の絶縁性を確保するために、銅で形成された配線層と貫通孔の内面との間には、配線層とは異なる材料で構成されたバリア層が形成される。ＴＳＶの大きさ（例えば貫通孔の内径）は、一般的な集積回路上の配線のサイズと比べると大きく、その製造方法や構成はＴＳＶ特有のものが用いられ、その製造方法、具体的構成については、例えば特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１３８１１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に、ＴＳＶは、例えばシリコン基板の表面と配線層の表面とが同一平面上にある、あるいはシリコン基板の表面からの配線層の突出量がある小さな値に制御されるように製造され、この状態で、この配線層がシリコン基板の表面側、裏面側でそれぞれ他の配線と接続される。
【０００６】
ここで、シリコン基板を構成するシリコン（Ｓｉ）の熱膨張係数は例えば４×１０−６／Ｋ程度であるのに対して、ＴＳＶの配線層を主として構成する銅（Ｃｕ）の熱膨張係数は例えば１５×１０−６／Ｋ程度であり、これらの値は大きく異なる。このため、ＴＳＶに熱サイクルが加わった場合には、高温時に配線層がシリコン基板よりも大きく膨張した後に低温で収縮する。この際、高温から低温となる際に配線層がシリコン基板の表面から突出した状態に塑性変形する、あるいはその突出量が大きくなるように塑性変形する場合があった。更に、ＴＳＶを形成する際には、銅の粒径制御等のために熱処理が行われるため、上記のような状況は、ＴＳＶの製造後だけでなく、ＴＳＶの製造工程の途中にも発生した。
【０００７】
このように、ＴＳＶにおいて、配線層がシリコン基板の表面から突出した場合、あるいは、この突出量が大きくなるように変化した場合には、シリコン基板の表面側と裏面側の配線との間のこの配線層を介した接続が不良となる場合があった。更に、このようにシリコン基板を貫通する配線層を具備する場合だけでなく、シリコン基板を貫通はしないが同様にシリコン基板の厚さ方向に埋め込まれて形成された配線層においても、同様であった。このため、シリコン基板中に配線層が埋め込まれて構成された配線構造において、熱サイクルの際に配線層が塑性変形して突出することを抑制することが望まれた。
【０００８】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の配線構造は、シリコン（Ｓｉ）を主成分とし、孔部が形成された基板と、前記孔部の中に埋め込まれて形成され、銅（Ｃｕ）を主成分として構成された配線層と、前記孔部の深さ方向に沿った内面と前記配線層との間に形成され、ヤング率が１ＧＰａ以下、かつポアソン比が０．４０以下である軟質バリア層と、を具備することを特徴とする。
本発明の配線構造において、前記軟質バリア層のヤング率が１００ＭＰａ以下とされたことを特徴とする。
本発明の配線構造は、前記軟質バリア層の熱膨張係数が１×１０−５／Ｋ以下とされたことを特徴とする。
本発明の配線構造において、前記軟質バリア層は有機材料で構成されたことを特徴とする。
本発明の配線構造において、前記軟質バリア層は空孔を有することを特徴とする。
本発明の配線構造は、前記内面と前記軟質バリア層との間、前記配線層と前記軟質バリア層との間の少なくともいずれかに、ヤング率が前記軟質バリア層よりも大きな硬質バリア層を具備することを特徴とする。
本発明の配線構造において、前記硬質バリア層は金属材料で構成されたことを特徴とする。
本発明の配線構造において、前記孔部は前記基板を貫通しないように形成され、前記孔部の底面と前記配線層との間に前記軟質バリア層を具備することを特徴とする。
本発明の配線構造において、前記孔部は前記基板を貫通しないように形成され、前記孔部の底面と前記配線層との間に前記硬質バリア層を具備することを特徴とする。
本発明の配線構造において、前記孔部は前記基板を貫通して形成され、前記配線層は、前記基板の両主面の間の電気的接続に使用されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は以上のように構成されているので、シリコン基板中に配線層が埋め込まれて構成された配線構造において、熱サイクルの際に配線層が塑性変形して突出することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】計算において想定された配線構造の基本的構成を示す平面図（上）、断面図（下）である。
【図２】熱サイクルが印加された場合における配線層の突出量の変化を模式的に示す図である。
【図３】計算において用いられた各種材料の物性値である。
【図４】従来の配線構造の熱サイクル（１サイクル）に際しての配線層の突出量の変化を算出した結果である。
【図５】従来の配線構造の熱サイクル（１０サイクル）に際しての配線層の突出量の変化を算出した結果である。
【図６】本発明の実施の形態に係るバリア層（単層構造、多層構造）を用いた配線構造と従来の配線構造の、熱サイクルに際しての配線層の突出量の変化を比較した図である。
【図７】本発明の実施の形態に係るバリア層（単層構造、多層構造）を用いた配線構造と従来の配線構造における高温時の配線層の突出量Ｐ０の印加熱サイクル数依存性を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態に係るバリア層（単層構造、多層構造）を用いた配線構造と従来の配線構造における室温時の配線層の突出量Ｐ１の印加熱サイクル数依存性を示す図である。
【図９】配線層の突出量Ｐ０（ａ）、Ｐ１（ｂ）のポアソン比依存性をヤング率毎に算出した結果（熱膨張係数＝１×１０−６／Ｋの場合）である。
【図１０】配線層の突出量Ｐ０（ａ）、Ｐ１（ｂ）のポアソン比依存性をヤング率毎に算出した結果（熱膨張係数＝５×１０−６／Ｋの場合）である。
【図１１】配線層の突出量Ｐ０（ａ）、Ｐ１（ｂ）のポアソン比依存性をヤング率毎に算出した結果（熱膨張係数＝１×１０−５／Ｋの場合）である。
【図１２】配線層の突出量Ｐ０（ａ）、Ｐ１（ｂ）のポアソン比依存性をヤング率毎に算出した結果（熱膨張係数＝５×１０−５／Ｋの場合）である。
【図１３】配線層の突出量Ｐ０（ａ）、Ｐ１（ｂ）のポアソン比依存性をヤング率毎に算出した結果（熱膨張係数＝１×１０−４／Ｋの場合）である。
【図１４】配線層の突出量Ｐ０（ａ）、Ｐ１（ｂ）のポアソン比依存性をヤング率毎に算出した結果（熱膨張係数＝３．３×１０−４／Ｋの場合）である。
【図１５】配線層の突出量Ｐ０（ａ）、Ｐ１（ｂ）のヤング率依存性を熱膨張係数毎に算出した結果（ポアソン比＝０．３４の場合）である。
【図１６】配線層の突出量Ｐ０（ａ）、Ｐ１（ｂ）の熱膨張係数依存性をヤング率毎に算出した結果（ポアソン比＝０．３４の場合）である。
【図１７】配線層の突出量Ｐ０（ａ）、Ｐ１（ｂ）のヤング率、熱膨張係数（ＣＴＥ）依存性を算出した結果（ポアソン比＝０．３４の場合）の３次元プロットである。
【図１８】単層構造の軟質バリア層を用いる場合の配線構造の第１の例である。
【図１９】多層構造（第２の例：２層構造）のバリア層を用いる場合の配線構造の例である。
【図２０】多層構造（第３の例：２層構造）のバリア層を用いる場合の配線構造の例である。
【図２１】多層構造（第４の例：３層構造）のバリア層を用いる場合の配線構造の例である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態に係る配線構造について説明する。この配線構造においては、配線層とシリコン基板との間に設けられるバリア層、特にその物性値の設定に特徴を有する。この配線構造の構造を示す平面図（上）及びその中心軸に沿った断面図（下）である。この配線構造においては、シリコン（Ｓｉ）で構成された基板（シリコン基板）１０中に形成された孔部１０Ａ中に、薄いバリア層２０を介して、銅（Ｃｕ）で構成された配線層３０が埋め込まれている。図１に示された構成自身は、周知の配線構造と同様である。この構造は、例えば、周知のように、基板１０に孔部１０Ａを形成した後で、バリア層２０を構成する材料、配線層３０を構成する材料（銅）を連続して成膜した後で、ＣＭＰ（化学機械研磨）等を行うことによって、製造することができる。この場合、図１における断面図（下側）に示されるように、基板１０の表面（上面）と配線層３０の表面（上面）とが同一平面上にある形態とすることができる。実際には配線層３０は図１の構造の上面側に設けられた他の配線（図示せず）と接するように形成され、図１の状態でこの接触が行われるように構成される。ただし、これらが完全に同一平面上にある必要はなく、実際には配線層３０の基板１０の表面からの突出量が予め定まった一定値以下であればよい。
【００１３】
ここで、基板１０を構成するＳｉの熱膨張係数は４×１０−６／Ｋ程度であるのに対して、配線層３０を構成するＣｕの熱膨張係数は１５×１０−６／Ｋ程度であり、これらの値は大きく異なる。このため、図１の配線構造に熱サイクル（低温→高温→低温）を印加した際の状況を図２に模式的に示す。ここで、図２（ｄ）は、時間経過に対する温度変化の状況を模式的に示す図であり、この中におけるＡ、Ｂ、Ｃの時点の状況が図２（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ模式的に示されている。図２（ａ）〜（ｃ）は図１下側に対応する図であり、ここでは、バリア層２０の記載は省略されている。
【００１４】
まず、初期状態である図２（ａ）（図２（ｄ）におけるＡ）においては、図１下側に示されるように、配線層３０と基板１０の表面は同一平面を構成している（配線層３０の突出量が零である）ものとする。この状態で温度が上昇した図２（ｂ）（図２（ｄ）におけるＢ）においては、上記のように配線層３０の熱膨張率が基板１０の熱膨張率よりも大きいために、配線層３０が基板１０の表面から大きく突出する（突出量Ｐ０）。その後、温度が低下した場合には、配線層３０は図２（ｂ）の状態から収縮をするためにこの突出量は減少する。バリア層２０が存在せず配線層３０の外側が自由な表面となっている場合には、配線層３０の膨張、収縮は弾性変形の範囲で行われるため、温度が再び室温となった場合（図２（ｄ）におけるＣ）には、図２（ａ）の状態、すなわち、配線層３０の突出量は零となる。
【００１５】
しかしながら、図１の構造においては、配線層３０の膨張、収縮の際には、その外側の構造（材料）の影響を受ける。特に、この膨張の際に、配線層３０はバリア層２０の存在により応力を受け、この応力が銅（配線層３０を構成する材料）の降伏応力を超えた場合には、配線層３０が塑性変形をする。このように配線層３０がバリア層２０の存在により熱サイクルに際して塑性変形をする場合には、再び低温となった図２（ｄ）におけるＣの状態では図２（ｃ）に示されたように、一般的には配線層３０の突出量Ｐ１は零とはならない。
【００１６】
図２においては、低温→高温→低温の熱サイクルが１回のみである場合について示されたが、このような熱サイクルが複数回印加される場合には、配線層３０が突出した図２（ｃ）の状態が次の熱サイクルに際しての初期状態となるため、図２（ｃ）における配線層３０の突出量Ｐ１が熱サイクルの印加回数に応じて累積され、増大する。実際にこの配線構造が使用された半導体装置の使用時においてこのような熱サイクルが印加されることもあるが、それ以前の段階の製造時において使用された各種の熱処理工程がこのような熱サイクルとなる場合もある。
【００１７】
このため、配線の接続の信頼性を高めるためには、特に図２（ｃ）の状態における突出量Ｐ１を零に近づける（図２（ａ）の状態に近づける）ことが必要である。以下に、このような熱サイクルに際しての配線層３０の突出量と、バリア層２０の物性値の関係について有限要素法（ＦＥＭ）によって調べた結果について説明する。ここで、基板１０を構成する材料はＳｉ、配線層３０を構成する材料はＣｕでそれぞれ固定し、これらに対応した物性値が用いられた。
【００１８】
図３は、上記の構造における各構成要素を構成する材料と、各材料において想定された物性値を示す表である。この計算で用いられた物性値としては、密度、比熱、ヤング率、ポアソン比、熱膨張係数、熱伝導率、降伏強度、接線弾性係数がある。この表において、一つの項目で複数の値が記載されているもの（銅の比熱等）においては、温度（単位℃）毎の値が温度（左側に記載）と共に右側に記載されている。表におけるｒｅｆｅｒｅｎｃｅは、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｚｏｍ．ｃｏｍに基づいた値であることを意味し、ＮＡは該当物質が塑性変形しない（弾性変形のみが可能である）ことを意味する。また、計算において、図１の円筒形状の基板１０における厚さＴ＝２００μｍ、直径Ｄ１＝１００μｍ（円筒径）、円筒形状の配線層３０においてＨ＝１００μｍ、Ｄ２＝２０μｍとされた。また、この計算において想定される熱サイクルは、図２（ｄ）におけるＡ、Ｃの温度を室温（２５℃）、Ｂの温度（高温）を３００℃とした。
【００１９】
シリコンの集積回路等において、一般的には配線に対するバリア層として、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、ジルコニウム（Ｚｒ）の金属材料やこれらの合金が広く用いられている。図４は、上記の条件において、バリア層２０として厚さ３μｍのチタンが用いられた場合における、上記の温度サイクル（１サイクル）を印加した場合の温度と配線層３０の突出量の関係を計算した結果である。この特性において、突出量の初期値（初めの室温時における値）は零であり、温度が最大（３００℃）となる点の突出量が図２（ｂ）におけるＰ０であり、再び温度が室温となった点の突出量が図２（ｃ）におけるＰ１である。突出量の時間経過は図中矢印で示されている。Ｐ１が零とならない、あるいは突出量にヒステリシス特性があるのは、温度上昇に伴う配線層３０の膨張時に配線層３０に加わった応力が銅の降伏強度を超えたために、配線層３０が塑性変形したためである。この結果においては、Ｐ０＝０．２７μｍ、Ｐ１＝０．２０８μｍとなる。
【００２０】
また、図５は、この熱サイクルを１０回連続して印加した場合における突出量の変化を同様に示す。この場合においては、熱サイクル印加前の突出量（初期値）が零であるが、上記のように１サイクル後の突出量Ｐ１＞０となった状態が次のサイクル印加の初期値に対応するため、Ｎサイクル印加後のＰ０、Ｐ１をそれぞれＰ０（Ｎ）、Ｐ１（Ｎ）とすると、Ｐ０（１）＜Ｐ０（２）＜  −−−  ＜Ｐ０（１０）、Ｐ１（１）＜Ｐ１（２）＜  −−−  ＜Ｐ１（１０）となり、単純な積算とはならないものの、印加された熱サイクルのサイクル数に応じてＰ０、Ｐ１は増大する。この結果においては、Ｐ０（１０）＝０．３８μｍ、Ｐ１（１０）＝０．３２５μｍとなり、１サイクルの結果（図４）よりも大きくなる。Ｐ０、Ｐ１を共に小さくする（零に近づける）ことが好ましいが、例えば図５の結果より、１回の温度サイクル後のＰ１を低減することによって、複数回の温度サイクル印加後あるいは印加途中での突出量を低減できることは明らかである。このため、１回の熱サイクル印加後の突出量Ｐ１を低減することが特に重要である。配線層３０の塑性変形に起因して発生する突出量Ｐ１は、バリア層２０の設定によって低減することが可能である。このため、本願発明の目的は、特にＰ１を小さくする（零に近づける）ことである。
【００２１】
このためには、熱サイクルに際しての配線層３０に加わる最大応力を小さくし、配線層３０の塑性変形の抑制をするようにバリア層２０を設定することが有効である。具体的には、バリア層２０としてヤング率の小さな材料を用いることが好ましい。このような材料として、図３中に示された有機材料がある。具体的には、ここで示されたような特性をもつ有機材料としては、パワー半導体素子の封止材料（製品名：ナノテクレジンＫＡ−１００、（株）ＡＤＥＫＡ製）がある。
【００２２】
以下に、このようなヤング率の小さな材料で構成されたバリア層（軟質バリア層）を用いた場合について、同様の計算を行った結果について説明する。ここで、このように軟質バリア層を用いる場合の形態として、第１の例（１）として図１におけるバリア層２０をこの軟質バリア層単体で構成する場合と、バリア層２０を軟質バリア層を含む多層構造とした場合がある。多層構造とする場合においては、第２の例（２）となる、図１における径方向内側に金属で構成された硬質バリア層、外側に軟質バリア層を設けた２層構造とした場合と、第３の例（３）となる、図１における径方向内側に軟質バリア層、外側に硬質バリア層を設けた２層構造とした場合と、第４の例（４）となる、軟質バリア層の内側と外側にそれぞれ硬質バリア層を設けた３層構造とした場合がある。
【００２３】
ここで、軟質バリア層としては、上記の有機材料（厚さ０．５μｍ）を用い、（２）における内側の硬質バリア層は厚さ１μｍのＡｌ、（３）における外側の硬質バリア層は厚さ１μｍのタングステン（Ｗ）、（４）における内側の硬質バリア層は厚さ０．５μｍのＡｌ、外側の硬質バリア層は厚さ０．５μｍのＷとした。図６は、このように軟質バリア層を用いた場合（（１）〜（４））における図４に対応した計算結果を示す。ここで、バリア層２０としてＴｉ単層を用いた場合の１０サイクル印加の場合の図５の結果も図６において（０）として示されている。（１）〜（４）の結果は１サイクルのみについて示されているが、後述するように、これらの特性は実際には複数サイクルにおいてもほぼ重複する。
【００２４】
この結果より、少なくとも部分的に軟質バリア層が用いられた（１）〜（４）の場合には、いずれもＴｉ単層のバリア層２０が用いられた（０）の特性とは異なり、突出量にヒステリシス特性が見られないために、Ｐ１が無視できる程度に小さくなる。また、図６においては，（１）（３）の結果、（２）（４）の結果にはそれぞれ有意差がなく、かつ（１）（３）の結果と（２）（４）の結果の差異も小さい。すなわち、軟質バリア層を用いることによるこうした特性は、その形態によらず主に軟質バリア層のみによって定まる。図６においてはいずれも（１）〜（４）は１サイクルの結果が示されているが、Ｐ１はほぼ零となるため、複数サイクルを印加した場合でもＰ１はほぼ零となり、Ｐ０はほぼ一定値となる。
【００２５】
上記の突出量Ｐ０、Ｐ１の印加サイクル数依存性を上記の（０）〜（４）毎に示した結果が図７（Ｐ０）、図８（Ｐ１）である。図８より、軟質バリア層が用いられた上記の（１）〜（４）の場合には、印加サイクル数によらずにＰ１をほぼ零とすることができる。また、図７より、（１）〜（４）の場合には、印加サイクル数が小さな場合には（０）と比べてＰ０は大きくなるものの、印加サイクル数が大きな場合には、Ｐ０を（０）の場合よりも小さくすることもできる。すなわち、軟質バリア層を用いることは、印加サイクル数が多い場合にはＰ０を小さくすることにも寄与する。
【００２６】
以上の結果は、図３に示された各材料の物性値を用いた有限要素法によって得られた。次に、具体的な材料についての比較ではなく、単層構造のバリア層２０における物性値の上記の特性に対する依存性について、上記と同様の手法により調べた。ここで着目した物性値は、図３の項目の中で上記の特性（配線層３０の突出量）に特に大きな影響を与える量として、バリア層２０のヤング率、ポアソン比、熱膨張係数である。図９（ａ）は突出量Ｐ０、図９（ｂ）は突出量Ｐ１のポアソン比依存性を、熱膨張係数を１×１０−６／Ｋとした場合にヤング率毎に算出した結果であり、図１０（ａ）、図１０（ｂ）は熱膨張係数を５×１０−６／Ｋとした場合、図１１（ａ）、図１１（ｂ）は熱膨張係数を１×１０−５／Ｋとした場合、図１２（ａ）、図１２（ｂ）は熱膨張係数を５×１０−５／Ｋとした場合、図１３（ａ）、図１３（ｂ）は熱膨張係数を１×１０−４／Ｋとした場合、図１４（ａ）、図１４（ｂ）は熱膨張係数を３．３×１０−４／Ｋとした場合の同様の結果である。これらの図においては、グラフ中の各特性に付記された数字がヤング率である。
【００２７】
図１５（ａ）、図１５（ｂ）は、図９〜１４の結果において、ポアソン比を０．３４と固定して、突出量Ｐ０、Ｐ１のヤング率依存性を熱膨張係数毎に示した結果である。この図においては、グラフ中の各特性に付記された数字が熱膨張係数（１／Ｋ）である。図１６（ａ）、図１６（ｂ）は、図９〜１４の結果において、ポアソン比を０．３４と固定して、Ｐ０、Ｐ１の熱膨張係数依存性をヤング率毎に示した結果である。この図においては、グラフ中の各特性に付記された数字がヤング率である。図１７（ａ）、図１７（ｂ）は、図１５（ａ）と図１６（ａ）、図１５（ｂ）と図１６（ｂ）の結果を３次元プロットした結果である。
【００２８】
これらの結果より、Ｐ１を小さくするためには、熱膨張係数によらず、ヤング率、ポアソン比は小さいことが好ましい。特に、どの結果を見ても、ヤング率が１０ＧＰａと１ＧＰａの間の差異は大きいため、ヤング率を１ＧＰａ以下とすることが特に好ましい。また特に図１６、１７より、Ｐ０，Ｐ１は熱膨張係数が大きな場合に顕著であるものの、ヤング率を１００ＭＰａ以下とすることにより、熱膨張係数によらずにＰ１、更にはＰ０も小さくすることができる。このため、特に好ましいのは、ヤング率が１００ＭＰａ以下、ポアソン比が０．４０以下の範囲である。また、図１６より、Ｐ１、更にはＰ０も小さくするためには、バリア層２０の熱膨張係数は小さいことが好ましく、特に熱膨張係数を１×１０−５／Ｋ以下とすることが好ましい。
【００２９】
図３に示されるように、通常の配線材料でバリア層として用いられる金属材料（チタン、タングステン等）のヤング率は１０ＧＰａ以上と大きい。これに対して、前記の有機材料のヤング率は上記のように低いため、特にこれをバリア層２０あるいは軟質バリア層として好ましく用いることができる。
【００３０】
また、バリア層２０を構成する材料の微細構造によって、同様のヤング率、ポアソン比等を実現し、これを軟質バリア層とすることもできる。例えば、緻密な状態では高いヤング率を有する材料を、微細な空孔を多数有する形態（多孔質）の薄膜として成膜することによって、実質的に上記のような低いヤング率、ポアソン比を実現することができる。これによって、上記のような有機材料以外の材料を用いた軟質バリア層を実現することができる。
【００３１】
このようなヤング率が小さなバリア層２０（軟質バリア層）を使用する際の形態は、配線層の基板中における形態に応じて設定することができる。まず、バリア層２０を上記のような軟質バリア層からなる単層構造とした場合の形態の代表的な例の断面構造を図１８（ａ）〜（ｃ）に示す。図１８（ａ）、図１８（ｂ）においては、孔部１０Ａは基板１０を貫通せず、図１８（ｃ）においては、孔部１０Ａは基板１０を貫通する。図１に示された通り、図６等の特性は、図１８（ａ）の形態を仮定して算出された。しかしながら、上記のような配線層３０の塑性変形に本質的に影響を及ぼすのは、配線層３０とその側面における孔部１０Ａの内面との間のバリア層２０である。このため、この部分に上記のバリア層２０が形成された他の形態として、図１８（ｂ）のように、配線層３０の底面側にはバリア層２０を設けない構造をとることができる。また、ＴＳＶとして上記の配線構造を用いる場合には、孔部１０Ａを基板１０を貫通するように形成し、孔部１０Ａの内面（側面）に上記のバリア層２０を形成した図１８（ｃ）の構造をとることもできる。
【００３２】
また、図６に示されたように、バリア層２０として多層構造（２層以上）を用いた場合において、上記の効果はこの中に上記のようなヤング率の低い軟質バリア層を含ませれば得られる。この場合には、多層構造における軟質バリア層以外の層を、ヤング率の大きな材料で構成してもよい。これらの層（硬質バリア層））を構成する材料は、目的に応じて適宜設定することができる。例えば、軟質バリア層と配線層３０又は基板１０との間の密着性を向上させるための介在層として、あるいは配線層３０周囲の絶縁耐圧確保のために絶縁層として、この硬質バリア層を用いることができる。
【００３３】
図１９〜図２１は、このようにバリア層２０を多層構造とした場合における形態の例を図１８と同様に示す。図１９、図２０においては、バリア層２０が２層構造とされ、上記のヤング率が低いバリア層（軟質バリア層２０１）の内側（図１９）又は外側（図２０）に金属等のヤング率の高い材料で構成された層（硬質バリア層：内側バリア層２０３、外側バリア層２０２）が設けられている。
【００３４】
図１９には、バリア層２０が前記の軟質バリア層２０１と内側バリア層（硬質バリア層）２０３の２層構造とされ、図１９（ａ）においては軟質バリア層２０１と内側バリア層２０３が孔部１０Ａ中で一様に成膜され、図１９（ｂ）、（ｃ）においては、それぞれ孔部１０Ａの底面側で軟質バリア層２０１、内側バリア層２０３が形成されない形態とされている。図１９（ｄ）においては、孔部１０Ａの底面側で軟質バリア層２０１、内側バリア層２０３が共に形成されていない。図１９（ｅ）は、図１８（ｃ）と同様に、ＴＳＶに対応した構造を示す。
【００３５】
図２０には、バリア層２０が前記の軟質バリア層２０１と外側バリア層（硬質バリア層）２０２の２層構造とされ、図２０（ａ）においては軟質バリア層２０１と外側バリア層２０２が孔部１０Ａ中で一様に成膜され、図２０（ｂ）、（ｃ）においては、それぞれ孔部１０Ａの底面側で外側バリア層２０２、軟質バリア層２０１が形成されない形態とされている。図２０（ｄ）においては、孔部１０Ａの底面側で軟質バリア層２０１、外側バリア層２０２が共に形成されていない。図２０（ｅ）は、図１８（ｃ）と同様に、ＴＳＶに対応した構造を示す。
【００３６】
図２１には、バリア層２０が前記の軟質バリア層２０１、外側バリア層（硬質バリア層）２０２、内側バリア層（硬質バリア層）２０３からなる３層構造とされ、図２１（ａ）においては軟質バリア層２０１、外側バリア層２０２、内側バリア層２０３が全て孔部１０Ａ中で一様に成膜され、図２１（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）においては、それぞれ孔部１０Ａの底面側で外側バリア層２０２、軟質バリア層２０１、内側バリア層２０３が形成されない形態とされている。図２１（ｅ）においては孔部１０Ａの底面側で軟質バリア層２０１及び内側バリア層２０３が、図２１（ｆ）においては孔部１０Ａの底面側で外側バリア層２０２及び内側バリア層２０３が、図２１（ｇ）においては孔部１０Ａの底面側で外側バリア層２０２及び軟質バリア層２０１が、それぞれ形成されていない形態とされている。図２１（ｈ）においては、孔部１０Ａの底面側で軟質バリア層２０１、外側バリア層２０２、内側バリア層２０３が全て形成されていない。図２１（ｉ）は、図１８（ｃ）と同様に、ＴＳＶに対応した構造を示す。
【００３７】
前記のように、軟質バリア層２０１は、Ｃｕで構成された配線層３０とＳｉで構成された孔部１０Ａ内の内面との間に存在すれば効果を奏するため、程度の違いは存在するものの、図１９〜２１の全ての全ての構造において効果を奏する。この際、配線構造の目的や配線層３０の他の配線への接続等の状況に応じて、いずれかの構造を用いることができる。この際、外側バリア層２０２、内側バリア層２０３を構成する材料としては、ヤング率等によらず、金属や絶縁体を用いることができる。
【００３８】
なお、図１８〜２１に示された構造においては、配線層３０の側面と孔部１０Ａの内面の間の深さ方向の全域にわたり軟質バリア層２０１が形成されているものとした。しかしながら、その効果は小さくなるものの、深さ方向の一部においてのみ軟質バリア層２０１を設けてもよい。また、図１においては、孔部１０Ａ及び配線層３０の平面形状が円形であるものとした。しかしながら、この形状は任意であり、シリコンで構成された基板中の孔部に埋め込まれた配線層が用いられる限りにおいて、同様に上記のバリア層（軟質バリア層）を用いることができる。
【００３９】
また、上記の例では、配線層３０は銅（Ｃｕ）で構成されるものとした。しかしながら、配線層３０が純銅で構成されず銅を主成分とする銅合金で構成された場合であっても、その物性が銅と大差のない場合には、上記の構成が同様に有効であることは明らかである。
【符号の説明】
【００４０】
１０  基板（シリコン基板）
１０Ａ  孔部
２０  バリア層
３０  配線層
２０１  軟質バリア層
２０２  外側バリア層（硬質バリア層）
２０３  内側バリア層（硬質バリア層）
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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