(57)【要約】【課題】従来のめっき法による配線構造と比較して高周波特性を改善する。【解決手段】配線構造は、層間絶縁膜１上に形成されたシード層となる第一の金属層２と、第一の金属層２を覆うように第一の金属層２および層間絶縁膜１の上に形成された第二の金属層３とを備える。第二の金属層３の幅は第一の金属層２の幅よりも広く、第二の金属層３の導電率は第一の金属層２の導電率よりも高い。【選択図】  図１
2014236177.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
層間絶縁膜上に形成されたシード層となる第一の金属層と、
前記第一の金属層を覆うように前記第一の金属層および層間絶縁膜の上に形成された第二の金属層とを備え、
前記第二の金属層の幅は前記第一の金属層の幅よりも広く、前記第二の金属層の導電率は前記第一の金属層の導電率よりも高いことを特徴とする配線構造。
【請求項２】
請求項１に記載の配線構造において、
前記第二の金属層は、上面の角が丸みを帯びた形状を有することを特徴とする配線構造。
【請求項３】
請求項１または２に記載の配線構造において、
前記第一の金属層は、前記第二の金属層と比較して前記層間絶縁膜との密着性に優れた材料からなることを特徴とする配線構造。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の配線構造において、
前記第一の金属層は、Ｗ、ＷＳｉ、ＷＳｉＮ、Ｔｉ、Ｎｉのうち少なくとも一つを含む材料からなり、
前記第二の金属層は、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕのうち少なくとも一つを含む材料からなることを特徴とする配線構造。
【請求項５】
層間絶縁膜上にめっき用のシード層として第一の金属層を堆積する工程と、
形成しようとする配線より細い線幅となるよう、前記第一の金属層のパタニングを行う工程と、
前記第一の金属層を覆うように前記第一の金属層および層間絶縁膜の上に第２の金属層をめっき法により堆積する工程とを含み、
前記第二の金属層の幅は前記第一の金属層の幅よりも広く、前記第二の金属層の導電率は前記第一の金属層の導電率よりも高いことを特徴とする配線構造の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波信号を伝搬させるための配線構造、および配線構造の形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高周波信号を伝搬させるための配線構造は、信号伝搬時の損失を防ぐ目的から、導電率の高い材料を用いて、かつ実効的な配線抵抗が低減するよう、なるべく配線層の断面積を大きくする必要がある。配線層の断面積を大きくするには、配線幅を広げる手法が容易に考えられるが、配線幅を太くすると、微細化との両立が困難となる。このため、配線層の断面積を大きくする手法として、配線層をなるべく厚くする手法が取られる。配線層を厚くするには、めっき法によって配線を形成する手法が効果的であるため、これまで高周波信号用の配線を形成するためにはめっき法が用いられてきた。
【０００３】
しかしながら、めっき法を用いる場合、配線層を形成するためのシード層を予め形成する必要があり、また層間絶縁膜の上にシード層を形成するため、シード層と層間絶縁膜との良好な密着性が要求される。層間絶縁膜と密着性の高い、シード層の構成材料に適した金属は、一般に配線として用いられる導電率の高いＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ等とは異なる。したがって、厚膜配線は、導電率の低いシード層と導電率の高いめっき金属層との２層からなる構造を有することになる（非特許文献１、非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】佐々木康紘，稲谷裕史，宇波義春，小林一治，“微細両面ＦＰＣ”，株式会社フジクラ  フジクラ技報，Ｎｏ．１０７，  ｐｐ．４８−５１，２００４年
【非特許文献２】L.Dietrich，M.Toepper，O.Ehrmann，H.Reichl，“Conformance of ECD Wafer Bumping to Future Demands on CSP,3D Integration,and MEMS”，2006 Electronic Components and Technology Conference，pp.1050-1059，2006
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、伝搬信号が高周波の場合、配線の金属内部全体でなく、いわゆる表皮効果によって金属の表面部分にのみ電流が流れて高周波信号が伝搬するため、配線表層部の導電性が、配線の高周波特性に影響を与える。また、多層配線構造を用いて高周波信号を伝搬させる場合に一般的に用いられるマイクロストリップライン構造（図４）では、層間絶縁膜２０の上層側に設置される高周波信号伝達用配線２１，２２（上側配線）と層間絶縁膜２０の下層側に設置されるグラウンド用配線２３（下側配線）との電気的な結合は、高周波信号伝達用配線２１，２２の底面部とグラウンド用配線２３の上面部とで生じるため、これらの部分を構成する金属の導電性が高周波信号の伝達特性、すなわち配線の高周波特性に影響を及ぼす。
【０００６】
めっき法を適用して配線を形成する場合、めっきのためのシード層（図４の配線２１）は、配線構造の底面に必ず位置することになるため、シード層を構成する金属の導電率が低いと配線の高周波特性が悪化することになる。シード層を構成する金属の種類は、作製工程上、層間絶縁膜との密着性を優先しているために、その選択に制限が生じ、導電率の高い材料を必ずしも用いることができない。その結果として、導電性の高い材料を用いてめっき金属層（図４の配線２２）を形成しても、配線の高周波特性の向上につながらない、という課題があった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、従来のめっき法による配線構造と比較して高周波特性を改善することができる配線構造とその形成方法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】
【０００８】
本発明の配線構造は、層間絶縁膜上に形成されたシード層となる第一の金属層と、前記第一の金属層を覆うように前記第一の金属層および層間絶縁膜の上に形成された第二の金属層とを備え、前記第二の金属層の幅は前記第一の金属層の幅よりも広く、前記第二の金属層の導電率は前記第一の金属層の導電率よりも高いことを特徴とするものである。
また、本発明の配線構造の１構成例において、前記第二の金属層は、上面の角が丸みを帯びた形状を有することを特徴とするものである。
また、本発明の配線構造の１構成例において、前記第一の金属層は、前記第二の金属層と比較して前記層間絶縁膜との密着性に優れた材料からなる。
また、本発明の配線構造の１構成例において、前記第一の金属層は、Ｗ、ＷＳｉ、ＷＳｉＮ、Ｔｉ、Ｎｉのうち少なくとも一つを含む材料からなり、前記第二の金属層は、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕのうち少なくとも一つを含む材料からなる。
【０００９】
また、本発明の配線構造の形成方法は、層間絶縁膜上にめっき用のシード層として第一の金属層を堆積する工程と、形成しようとする配線より細い線幅となるよう、前記第一の金属層のパタニングを行う工程と、前記第一の金属層を覆うように前記第一の金属層および層間絶縁膜の上に第２の金属層をめっき法により堆積する工程とを含み、前記第二の金属層の幅は前記第一の金属層の幅よりも広く、前記第二の金属層の導電率は前記第一の金属層の導電率よりも高いことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、配線層の底面部（層間絶縁膜との接触部）の一部のみ導電性の低い第一の金属層が配され、他の領域では導電性の高い第二の金属層が配されているために、従来のめっき法による配線構造と比較して、配線の高周波特性を改善することができる。
【００１１】
また、本発明では、第二の金属層を、上面の角が丸みを帯びた形状とすることにより、配線の高周波特性を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る配線構造を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る配線構造を示す断面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る配線構造の形成方法を説明する工程断面図である。
【図４】従来のマイクロストリップラインの構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、多層に形成した配線層間の絶縁を確保するために配線層間に堆積された層間絶縁膜上に、第一の金属層を有し、当該第一の金属層を覆うように堆積された第二の金属層からなる配線構造を形成することで、配線層の表面における、導電率の高い金属材料の占有率を高め、配線の高周波特性を改善する。
【００１４】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る配線構造を示す断面図である。本実施の形態の配線構造では、多層に形成した配線層間の絶縁を確保するために配線層間に堆積する層間絶縁膜１として例えばＳｉＯ2膜を用いる。そして、この層間絶縁膜１の上に形成する第一の金属層２を、層間絶縁膜１の上に形成された厚さ３５ｎｍのＷ（タングステン）層と、このＷ層の上に形成された厚さ２００ｎｍのＡｕ（金）層との積層構造からなるものとする。第一の金属層２の幅（図１左右方向の寸法）は例えば０．５μｍである。
【００１５】
次に、第一の金属層２をめっき用のシード層として用いて、第一の金属層２を覆うように第一の金属層２および層間絶縁膜１の上に厚さ２μｍのＡｕからなる第２の金属層３をめっき法により堆積する。第二の金属層３の幅は、第一の金属層２の幅よりも広く、例えば５μｍである。こうして、幅５μｍ、高さ２μｍの配線構造が得られる。
【００１６】
本実施の形態の配線の底面部（層間絶縁膜１との接触部）は、第一の金属層２のＷと第二の金属層３のＡｕで構成されるが、底面部におけるＷの幅が０．５μｍ、Ａｕの幅が４．５μｍであり、配線の底面部のほとんどを導電率が高いＡｕが占めることになるので、従来のめっき法による配線構造と比較して、配線の高周波特性を改善することができる。
【００１７】
なお、本実施の形態では、従来のめっき法と異なり、配線の底面部の一部において層間絶縁膜１とＡｕとが接する箇所が発生するが、層間絶縁膜１と配線との密着性は第一の金属層２のＷによって確保されているので、配線の剥がれが生じることはない。
【００１８】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図２は本発明の第２の実施の形態に係る配線構造を示す断面図である。本実施の形態は、第１の実施の形態の配線構造において、第二の金属層３がその表面に角部がない断面形状を有する場合について説明するものである。このような配線形状とすることで、本配線でコプレーナ線路を形成する場合、配線間のより均一かつ広面積の電気的な結合が実現されることから、配線の高周波特性の向上効果がより顕著になる。
【００１９】
つまり、本配線構成でコプレーナ線路を形成すると、第１の実施の形態では第二の金属層３の角に電気力線が集中することになり、他の配線との電気的結合に寄与する第二の金属層の表面積が実効的に小さくなる。一方、本実施の形態では、第二の金属層３の表面の角を丸めたことにより、他の配線との電気的結合を生じさせる電気力線が第二の金属層３の表面全体にわたって、第一の実施の形態に比べて均一性良く存在することになる。つまりこの場合、他の配線との電気的結合に寄与する第二の金属層の表面積が実効的に大きくなる。
【００２０】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１、第２の実施の形態の配線構造の形成方法を説明するものである。図３（Ａ）〜図３（Ｄ）は本実施の形態の配線構造の形成方法を説明する工程断面図である。
【００２１】
最初に、ＳｉＯ2膜からなる層間絶縁膜１上に第一の金属層となるＡｕ／Ｗ層１１を例えばスパッタ法により堆積する（図３（Ａ））。このＡｕ／Ｗ層１１は、層間絶縁膜１の上に形成された厚さ３５ｎｍのＷ層と、このＷ層の上に形成された厚さ２００ｎｍのＡｕ層との積層構造からなるものである。このとき、ＳｉＯ2との良好な密着性を確保するため、ＳｉＯ2と接する材料としてＷを選択した。
【００２２】
次に、当該Ａｕ／Ｗ層１１の上に、形成しようとする配線パタンに合わせて、例えば幅０．５μｍのレジスト１２（シード層パタニング用レジスト）を形成し、このレジスト１２をマスクとして当該Ａｕ／Ｗ層１１のパタニングを反応性イオンエッチング若しくはウェットエッチングにより行う（図３（Ｂ））。これにより、図１、図２に示した第一の金属層２が完成する。レジスト１２は、形成しようとする配線（第二の金属層３）よりも微細な幅を有する。したがって、エッチングによって完成する第一の金属層２は、形成しようとする配線よりも幅が狭くなる。
【００２３】
続いて、第一の金属層２の周囲の層間絶縁膜１の上に、配線形成用のレジスト１３を形成する（図３（Ｃ））。このとき、レジスト１３の開口部１４の幅は、第一の金属層２の幅よりも広く、例えば５μｍである。
【００２４】
そして、第一の金属層２をめっき用のシード層として用いて、第一の金属層２を覆うように第一の金属層２および層間絶縁膜１の上に厚さ２μｍのＡｕからなる第２の金属層３をめっき法により堆積する。こうして、レジスト１３で規定された幅５μｍを有する、高さ２μｍの配線構造が得られる（図３（Ｄ））。
【００２５】
以上のような形成方法を用いることで、例えば第二の金属層３の幅を５μｍとしておけば、配線の底面部（層間絶縁膜１との接触部）におけるＷの幅が０．５μｍ、Ａｕの幅が４．５μｍとなり、配線の底面部のほとんどを導電率が高いＡｕが占めることになるので、第１、第２の実施の形態で説明したとおりの効果を得ることができる。
【００２６】
なお、本実施の形態では、第１の実施の形態に示した配線構造を形成する場合の説明を行ったが、配線幅と配線厚を最適化することによって第２の実施の形態に示した配線構造を容易に得ることができる。配線構造の幅や厚みについては、本発明の効果の点では制限はなく、断面形状や配線電流容量などの要求条件や微細化技術の程度に基づいて決定すればよい。
【００２７】
また、本発明の効果は第１〜第３の実施の形態で挙げた金属材料に限定されるものではない。第二の金属層３の導電率は、第一の金属層２の導電率よりも高ければよい。また、第一の金属層２は、第二の金属層３と比較して層間絶縁膜１との密着性に優れた材料からなるようにすればよい。例えば第一の金属層２の材料としては、Ｗ、ＷＳｉ、ＷＳｉＮ、Ｔｉ、Ｎｉのうち少なくとも一つを含む材料であればよい。また、第二の金属層３の材料としては、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕのうち少なくとも一つを含む材料であればよい。また、第１〜第３の実施の形態では、層間絶縁膜１の材料としてＳｉＯ2を例に挙げて説明しているが、これに限るものではなく、例えばＳｉＮなどの他の絶縁材料を用いてもよいことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、高周波信号を伝搬させるための配線構造に適用することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１…層間絶縁膜、２…第一の金属層、３…第二の金属層、１１…Ａｕ／Ｗ層、１２，１３…レジスト、１４…開口部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2014236177.tif 000005
【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年9月12日(2014.9.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
層間絶縁膜上に形成されたシード層となる第一の金属層と、
前記第一の金属層を覆うように前記第一の金属層および層間絶縁膜の上に形成された第二の金属層とを備え、
配線の底面部における前記第二の金属層の幅は前記第一の金属層の幅よりも広く、前記第二の金属層の導電率は前記第一の金属層の導電率よりも高いことを特徴とする配線構造。
【請求項２】
請求項１に記載の配線構造において、
前記第二の金属層は、上面の角が丸みを帯びた形状を有することを特徴とする配線構造。
【請求項３】
請求項１または２に記載の配線構造において、
前記第一の金属層は、前記第二の金属層と比較して前記層間絶縁膜との密着性に優れた材料からなることを特徴とする配線構造。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の配線構造において、
前記第一の金属層は、Ｗ、ＷＳｉ、ＷＳｉＮ、Ｔｉ、Ｎｉのうち少なくとも一つを含む材料からなり、
前記第二の金属層は、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕのうち少なくとも一つを含む材料からなることを特徴とする配線構造。
【請求項５】
層間絶縁膜上にめっき用のシード層として第一の金属層を堆積する工程と、
形成しようとする配線より細い線幅となるよう、前記第一の金属層のパタニングを行う工程と、
前記第一の金属層を覆うように前記第一の金属層および層間絶縁膜の上に第２の金属層をめっき法により堆積する工程とを含み、
配線の底面部における前記第二の金属層の幅は前記第一の金属層の幅よりも広く、前記第二の金属層の導電率は前記第一の金属層の導電率よりも高いことを特徴とする配線構造の形成方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明の配線構造は、層間絶縁膜上に形成されたシード層となる第一の金属層と、前記第一の金属層を覆うように前記第一の金属層および層間絶縁膜の上に形成された第二の金属層とを備え、配線の底面部における前記第二の金属層の幅は前記第一の金属層の幅よりも広く、前記第二の金属層の導電率は前記第一の金属層の導電率よりも高いことを特徴とするものである。
また、本発明の配線構造の１構成例において、前記第二の金属層は、上面の角が丸みを帯びた形状を有することを特徴とするものである。
また、本発明の配線構造の１構成例において、前記第一の金属層は、前記第二の金属層と比較して前記層間絶縁膜との密着性に優れた材料からなる。
また、本発明の配線構造の１構成例において、前記第一の金属層は、Ｗ、ＷＳｉ、ＷＳｉＮ、Ｔｉ、Ｎｉのうち少なくとも一つを含む材料からなり、前記第二の金属層は、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕのうち少なくとも一つを含む材料からなる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
また、本発明の配線構造の形成方法は、層間絶縁膜上にめっき用のシード層として第一の金属層を堆積する工程と、形成しようとする配線より細い線幅となるよう、前記第一の金属層のパタニングを行う工程と、前記第一の金属層を覆うように前記第一の金属層および層間絶縁膜の上に第２の金属層をめっき法により堆積する工程とを含み、配線の底面部における前記第二の金属層の幅は前記第一の金属層の幅よりも広く、前記第二の金属層の導電率は前記第一の金属層の導電率よりも高いことを特徴とするものである。