(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に配線溝が形成された第１の絶縁層と、
前記配線溝の途中まで前記配線溝中に埋め込まれた、銅又は銅合金からなる銅配線部を有する配線と、
前記配線の上方に位置する前記配線溝の側壁面上に形成され、下側面を前記配線の上面に接して前記配線に沿い帯状に延在する誘電体層と、
前記第１の絶縁層上に設けられ、前記配線および前記誘電体層を被覆する第２の絶縁層と、を有し、
前記誘電体層は、前記第１および第２の絶縁層より高い比誘電率を有することを特徴とする配線構造。
【請求項２】
前記配線は、前記銅配線部の側面に、前記配線溝の側壁面に密着する金属からなる密着層を有し、
前記誘電体層は、前記密着層を構成する金属の酸化物からなることを特徴とする請求項１記載の配線構造。
【請求項３】
基板上に第１の絶縁層、金属からなる密着層および銅シード層を順次形成する工程と、
前記銅シード層上に開口を有するレジスト層を形成する工程と、
前記銅シード層を一方の電極とする電解めっきを用いて、前記開口を途中の高さまで埋め込められた銅又は銅合金からなる銅めっき層を形成する工程と、
前記レジスト層を除去した後、前記銅めっき層をマスクとするエッチングにより、前記銅めっき層の外側に延在する前記銅シード層および前記密着層を除去する工程と、
次いで、前記密着層、前記銅シード層および前記銅めっき層の表出面を酸化し、前記密着層の両端部分を、前記密着層を構成する金属の酸化物からなり前記第１の絶縁層より高い比誘電率を有する誘電体層に変換する工程と、
前記銅めっき層および前記銅シード層の酸化された表面をエッチング除去する工程と、
前記第１の絶縁層上に、前記銅めっき層、前記銅シード層および前記誘電体層を被覆する、前記誘電体層より低い比誘電率を有する第２の絶縁層を形成する工程と、
を有することを特徴とする配線構造の製造方法。
【請求項４】
前記誘電体層に変換する工程に代えて、
銅の選択的エッチングにより、前記銅めっき層および前記銅シード層の表出面をエッチングして、エッチング後の前記銅シード層の外側に前記密着層の上面を表出する工程と、
前記密着層、前記銅めっき層および前記銅シード層の表出面を酸化して、前記銅シード層の外側に表出する前記密着層を、前記密着層を構成する前記金属の酸化物からなり前記第１の絶縁層より高い比誘電率を有する誘電体層に変換する工程と、
を有することを特徴とする請求項３記載の配線構造の製造方法。
【請求項５】
基板上に配線溝が設けられた第１の絶縁層を形成する工程と、
前記配線溝の内壁面を被覆し、前記第１の絶縁層の上面に延在する金属からなる密着層を形成する工程と、
次いで、前記配線溝を埋め込み前記第１の絶縁層上に延在する銅又は銅合金からなる銅層を形成する工程と、
前記銅層の上面から前記第１の絶縁層の上面まで平坦に研摩して、前記配線溝内に前記密着層および前記銅層を残す工程と、
前記研摩により研摩面に表出する前記密着層の上側面および前記銅層の上面を酸化して、前記密着層の上側部を前記第１の絶縁層より高い比誘電率を有する前記金属の酸化物からなる誘電体層に変換する工程と、
前記酸化により前記銅層の上面に形成された酸化物層をエッチングして除去する工程と、 
次いで、前記第１の絶縁層上に、前記誘電体層より低い比誘電率を有する第２の絶縁層を形成する工程と、
を有することを特徴とする配線構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線構造および配線構造の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子を搭載するための多層配線回路基板、例えばパッケージ基板、ウエーハレベルパッケージ基板又はシリコンインタポーザ基板には、絶縁層中に銅配線を埋め込んだ構造の配線構造が多用されている。かかる配線構造は、半導体素子の多端子化および端子の狭ピッチ化に応じて微細化されるに伴い、配線間距離がより狭くなっている。このため、配線間の絶縁破壊に起因する信頼性の低下が懸念されている。
【０００３】
微細な多層配線構造の製造には、微細配線を容易に作製することができるセミアディティブ法又はダマシン法がしばしば用いられる。セミアディティブ法では、下層絶縁層上面に配線を形成した後，その上を上層絶縁層で被覆する。また、ダマシン法では、下層絶縁層に埋め込まれた配線を形成した後、その上を上層絶縁層で被覆する。従って、これらの製造方法により作製された配線構造では、配線の下面又は上面の隅が、下層絶縁層と上層絶縁層との界面に近接して形成される。配線の隅には電界集中が起こりやすい。このため、配線の隅が上下層絶縁層の界面に近接するこれらの配線構造では、配線の隅から上下層絶縁層の界面に沿って放電が進行する絶縁破壊が発生するおそれがある。
【０００４】
かかる上下層絶縁層の界面に沿って進行する放電を抑制するために、配線間に延在する上下層絶縁層の界面を伸長する方法が提案された。この方法では、配線間に表出する下絶縁層を掘り下げる。これにより、上下絶縁層の界面は、掘り下げた深さを下降および上昇する距離の分だけ伸長される。このため、界面に沿う放電が抑制されると期待される。
【０００５】
他方、上述した絶縁破壊は、銅の拡散が関与すると推測されている。このため、銅配線の外周面を銅の拡散防止膜で被覆して、絶縁破壊を抑制する提案がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２３２８３８号公報
【特許文献２】特開２０１０−０５４４５６号公報
【特許文献３】特開２００８−２１５８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、セミアディティブ法又はダマシン法により製造された銅配線を含む配線構造では、配線構造が微細になると、電界が集中する配線の隅から上下絶縁層の界面に沿って放電が進行する絶縁破壊を起こすおそれがある。このため、絶縁耐性が高い多層配線構造と、その絶縁耐性を担保することができる精密な信頼性試験が要望されている。
【０００８】
ＨＡＳＴ試験（Highly-Accelerated Temprature and Humidity Stress Test）は、配線構造の絶縁破壊に対する信頼性を測定する試験として広く採用されている。ＨＡＳＴ試験をセミアディティブ法により製造された配線構造に適用した結果、界面に近い配線の下隅から上下層絶縁層の界面に沿って放電する絶縁破壊と、界面から離れている配線の上隅から隣接する配線の上隅に向かい絶縁層中を貫通して放電する絶縁破壊と、２つのモードの絶縁破壊が観測された。
【０００９】
この２つのモードの絶縁破壊は、いずれが先行するか事前に予測することができない。そのため、信頼性試験では２つのモードの絶縁破壊の事象が重なり、絶縁破壊に至るまでの時間のばらつきが大きくなるため、配線構造の信頼性が低下するという問題があった。また、２つのモードが重なる結果、絶縁耐性を劣化させる主因を特定することができず、配線構造の絶縁耐性を向上するうえでの妨げとなっていた。
【００１０】
配線間に表出する下絶縁層を掘り下げて配線間に延在する上下絶縁層の界面を伸長した従来の配線構造は、ＨＡＳＴ試験によると、掘り下げのない配線構造とほぼ同様の試験結果であった。このように、下絶縁層の掘り下げの効果は限定されている。また、銅配線の外周面を銅の拡散防止膜で被覆した従来の配線構造は、ＨＡＳＴ試験結果によると改善効果があるものの、その絶縁破壊の抑止効果は十分ではない。
【００１１】
本発明は、絶縁層中に埋め込まれた銅配線を含む配線構造において、絶縁破壊耐性が高く、かつ、配線の上下隅の一方からのみ放電が進行するように制御された配線構造、およびその製造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】
【００１２】
上述した課題を解決するための本発明は、その一観点によれば、上面に配線溝が形成された第１の絶縁層と、前記配線溝の途中まで前記配線溝中に埋め込まれた、銅又は銅合金からなる銅配線部を有する配線と、前記配線の上方に位置する前記配線溝の側壁面上に形成され、下側面を前記配線の上面に接して前記配線に沿い帯状に延在する誘電体層と、前記第１の絶縁層上に設けられ、前記配線および前記誘電体層を被覆する第２の絶縁層と、を有し、前記誘電体層は、前記第１および第２の絶縁層より高い比誘電率を有することを特徴とする配線構造として提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、絶縁層中に埋め込まれた銅配線を含む配線構造であって、絶縁破壊耐性が高く、かつ配線の上下隅の一方からのみ放電が進行するように制御された配線構造が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ＨＡＳＴ試験用配線の平面図
【図２】従来の配線構造の断面図
【図３】本発明の第１実施形態の配線構造の断面図
【図４】本発明の第１実施形態のＨＡＳＴ試験結果
【図５】本発明の第１実施形態の電界強度分布図
【図６】従来の配線構造の電界強度分布図
【図７】本発明の第１実施形態の配線構造の拡大断面図
【図８】本発明の配線構造のＣｕ拡散経路を表す図
【図９】本発明の第１実施形態の配線構造の製造工程断面図（その１）
【図１０】本発明の第１実施形態の配線構造の製造工程断面図（その２）
【図１１】本発明の第１実施形態の配線構造の製造工程断面図（その３）
【図１２】本発明の第１実施形態の配線構造の製造工程断面図（その４）
【図１３】本発明の第２実施形態の配線構造の断面図
【図１４】本発明の第２実施形態の配線構造の製造工程断面図（その１）
【図１５】本発明の第２実施形態の配線構造の製造工程断面図（その２）
【図１６】本発明の第３実施形態の配線構造の断面図
【図１７】本発明の第３実施形態の配線構造の製造工程断面図（その１）
【図１８】本発明の第３実施形態の配線構造の製造工程断面図（その２）
【図１９】本発明の第４実施形態の配線構造の断面図
【図２０】本発明の第４実施形態の配線構造の製造工程断面図（その１）
【図２１】本発明の第４実施形態の配線構造の製造工程断面図（その２）
【図２２】本発明の第４実施形態の配線構造の製造工程断面図（その３）
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明を説明する前に、回路基板に用いられる従来の配線構造と、その絶縁破壊について説明する。
【００１６】
図１はＨＡＳＴ試験用配線の平面図であり、ＨＡＳＴ試験に供された配線の平面形状を表している。図２は従来の配線構造の断面図であり、セミアディティブ法により製造された配線の断面構造を表している。なお、図２は、図１のＸ−Ｘ’断面の一部を拡大した図であり、図２（ａ）は断面矩形に形成された配線を表し、図２（ｂ）は上方向に配線幅が拡幅しするように変形して形成された配線を表している。
【００１７】
図１を参照して、ＨＡＳＴ試験に供されるＨＡＳＴ試験用配線２０は、互いに噛み合う２個の櫛歯状配線２０’、２０”から構成されている。櫛歯状配線２０’、２０”は、互いに平行に延在する接続部２０Ａ’、２０Ａ”と、接続部２０Ａ’、２０Ａ”の垂直方向にライン状に延在する配線４’、４”とを有する。これらの配線４’、４”は、それぞれ櫛歯状配線２０’、２０”の櫛歯部分を構成する。また、ライン状の配線４’、４”は、互いに交互にかつ平行に配置され、ラインアンドスペースを構成する。なお，配線４’は接続部２０Ａ’に接続されて櫛歯状配線２０’を構成し、配線４”は接続部２０Ａ”に接続されて櫛歯状配線２０”を構成する。
【００１８】
ＨＡＳＴ試験では、櫛歯状配線２０’、２０”間に電圧が印加された状態で高温多湿の雰囲気中に放置され、ラインアンドスペースを構成する配線４’、４”間で絶縁破壊が発生するまでの時間が測定される。
【００１９】
図２（ａ）を参照して、従来の配線構造１５では、基板１上に形成された第１の絶縁層２（下層絶縁層）と、第１の絶縁層２上に形成された断面矩形の配線４’、４”と、さらに第１の絶縁層２上に配線４’、４”を被覆するように形成された第２の絶縁層３（上層絶縁層）と、が設けられている。
【００２０】
第１の絶縁層２の上面は、配線４’、４”の間が掘り下げられて凹部２ａが形成されている。即ち、第１の絶縁層２の上面は、図２の紙面に垂直に平行に延在する溝状の凹部２ａと、凹部２ａ間に形成されたメサストライプ状の凸部２ｂとがラインアンドスペース状に形成されている。配線４’、４”は、凸部２ｂの上面に配置される。従って、凹部２ａの内面、即ち、配線４’の下隅Ａ’から下隅Ａ’に接続する凹部２ａの壁面、凹部２ａの底面および配線４”の下隅Ａ”に接続する凹部２ａの壁面は、第１の絶縁層２と第２の絶縁層とが接する界面２１を構成する。
【００２１】
配線４’、４”は、第１の絶縁層２上面に密着して設けられた例えばチタン膜からなる密着層４ｂと、密着層４ｂ上に形成された銅又は銅合金からなる銅配線部４ａとを有する。
【００２２】
従来の配線構造１５のＨＡＳＴ試験では、しばしば２つのモードの絶縁破壊が観測された。第１のモードは、図２（ａ）中の破線Ａ’−Ｃ−Ａ”で示す経路で放電して絶縁破壊に至る。ここで、Ｃは凹部２ａの底面上の点Ｃである。即ち、第１のモードは、互いに隣接する配線４’および配線４”の下隅Ａ’、Ａ”（第１及び第２の絶縁層２、３の界面に近接する隅）の間を、第１及び第２の絶縁層２、３の界面２１に沿って放電する。
【００２３】
他方、第２のモードは、図２（ｂ）中の破線Ｂ’−Ｂ”で示す経路で放電して絶縁破壊に至る。即ち、隣接する配線４’および配線４”の互いに対向する上隅Ｂ’、Ｂ”の間を、第２の絶縁層３中を貫いて（凹部２ａの底面の平行方向に）放電する。なお、これら上隅Ｂ’、Ｂ”は、配線４’、４”の４隅のうち、第１及び第２の絶縁層２、３の界面２１から最も離れた２隅である。この第２のモードは、図２（ｂ）を参照して、製造条件のばらつきにより、配線４’、４”の上辺が下辺より幅広く変形して形成された場合に多く発生する。
【００２４】
これらの絶縁破壊は、以下のようにして起こると考えられている。配線４’、４”は断面矩形に形成される。そのため、配線４’、４”の隅、例えば下隅Ａ’、Ａ”又は上隅Ｂ’、Ｂ”に電界が集中しやすい。そして、これらの隅Ａ’、Ａ”、Ｂ’、Ｂ”に集中する強い電界により配線４’、４”中の銅成分が第２の絶縁層３中に引き出され、配線４’、４”の隅を結ぶ破線Ａ’−Ｃ−Ａ”又は破線Ｂ’−Ｂ”に沿って拡散し放電路を形成する。そして、銅が拡散して形成された放電路に沿って放電するためと推測されている。
【００２５】
なお、配線４’、４”の下隅Ａ’、Ａ”間の放電路は、第１及び第２の絶縁層２、３の界面に沿って形成される。これは、配線４’、４”の下隅Ａ’、Ａ”が界面に近接しているため、銅は欠陥密度が高い界面に沿って拡散するためと考察している。他方、界面から離れた上隅Ｂ’、Ｂ”間の放電路は、界面とは関係なく、ほぼ最短距離を結ぶ直線状に形成される。
【００２６】
上述した第１及び第２のモードの絶縁破壊は、いずれが先行するか予測が難しい。従って、従来の配線構造のＨＡＳＴ試験では、２つの絶縁破壊モードが混在して発生し、個々の絶縁破壊モードが関与する絶縁破壊の要因および絶縁耐性の信頼性を分離して解析することができなかった。そのため、絶縁破壊の要因の解析が容易でなく、配線構造の絶縁破壊耐性を改善するうえでの障害となっていた。本発明は、絶縁耐性が高く、かつ絶縁破壊モードが混在しない配線構造に関する。
【００２７】
本発明の第１実施形態は、セミアディティブ法により作製された回路基板の配線構造に関する。
【００２８】
図３は本発明の第１実施形態の配線構造の断面図であり、セミアディティブ法を用いてビルドアップ工法により製造された多層配線基板のうち、ＨＡＳＴ試験用として作製された部分の配線構造１０を表している。このＨＡＳＴ試験用として作製された部分の配線構造１０の平面形状は、図１に示すＨＡＳＴ試験用配線の平面形状と同様である。即ち、図１を参照して、２つの櫛歯状配線２０’、２０”から構成されている。
【００２９】
図３を参照して、本発明の第１実施形態の配線構造１０は、支持基板１上に第１の絶縁層２が形成され、その第１の絶縁層２上面に接して配線４’、４”が形成されている。さらに、その配線４’、４”の側面に接して配線４’、４”に沿い帯状に延在する誘電体層５が第１の絶縁層２上に設けられる。
【００３０】
基板１は、配線構造１０を支持することができる剛性を有する基板であればとくに制限されない。例えば回路基板のコアとして通常用いられる樹脂基板、セラミック基板および金属基板、あるいはＳｉウエーハを用いることができる。本第１実施形態ではＳｉウエーハを用いた。
【００３１】
第１及び第２の絶縁層２、３は、多層配線の層間絶縁層として、ビルドアップ工法を用いて多層配線を形成することができる絶縁材料であればよく、例えばフェノール系またはポリイミド系の樹脂を用いることができる。本第１実施形態では感光性のフェノール系樹脂を用いた。
【００３２】
配線４’、４”は、矩形断面に形成され、銅または銅合金からなる銅配線部４ａと、銅配線部４ａの下面に設けられた密着層４ｂとを有する。配線４’、４”は、底面を第１の絶縁層２上面に密着させて形成され、密着層４ｂは、第１の絶縁層２と銅配線部４ａとの間に挟まれて、第１の絶縁層２と銅配線部４ａとの密着性を向上させる。
【００３３】
銅配線部４ａは、銅または銅合金からなる矩形断面を有する配線部材であり、例えば幅２０００ｎｍ、高さ２０００ｎｍの矩形断面に形成される。この銅配線部４ａは、例えば、スパッタにより密着層４ｂ上に形成された銅または銅合金からなるシード層４ｃと、シード層４ｃ上に形成された銅めっき層１４ａとの積層構造として形成される。なお、この銅配線部４ａは、めっき以外の他の方法で作製されてもよく、また、シード層４ｃと銅めっき層１４ａとの積層以外の他の構造を有するものであってもよい。
【００３４】
密着層４ｂは、第１の絶縁層２と銅配線部４ａとの密着性を高めるものであればよく、例えばＴｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｒ、Ｃｒの金属またはこれらの金属の合金からなる金属膜、またはこれらの金属の窒化物からなる膜を用いることができる。本第１実施形態では、厚さ５０ｎｍのＴｉ膜を用いた。
【００３５】
誘電体層５は、第１及び第２の絶縁層２、３より比誘電率が高い絶縁材料から構成される。この誘電体層５は、一定幅を有する帯状誘電体板、例えば幅８０ｎｍ、厚さ５０ｎｍの誘電体板からなり、第１の絶縁層２の上面に密着して形成される。さらに、この誘電体層５は、その一側面が配線４’、４”の側面に接触した状態で配線４’、４”と平行に延在するように形成される。従って、誘電体層５は、その一側面が配線４’、４”の下隅（配線の側面下部）に接し、他側面が配線４’、４”の下隅から水平方向に突出するように設けられる。
【００３６】
上述した第１絶縁層２の上面は、配線４’、４”および誘電体層５が配置される領域が凸部２ｂに、それ以外の領域が凹部２ａに形成されている。即ち、配線４’、４”および誘電体層５の外側（即ち、隣接する配線４’、４”の対向する側面に接して配置された誘電体層５の間）に延在する第１の絶縁層２の上面は、堀り下げられて凹部２ａに形成されている。その結果、凹部２ａの間はメサ状の凸部２ｂに形成される。配線４’、４”および誘電体層５は、この凸部２ｂ上面に設けられる。なお、配線４’、４”および誘電体層５は、凸部２ｂ上面の全面を被覆するように設けられてもよく、また、上面の一部を被覆するように設けられてもよい。
【００３７】
本第１実施形態では、隣接する配線４’、４”間の距離を２０００ｎｍとし、凹部２ａの深さを８００ｎｍとした。従って、凸部２ｂの上面の幅は２１６０ｎｍ、凹部２ａの幅は１８４０ｎｍ、凸部２ｂの高さは８００ｎｍとなる。なお、ＨＡＳＴ試験用の配線領域では、凸部２ｂ上面からシリコン基板１上面までの距離を５０００ｎｍとした。
【００３８】
加えて、銅拡散防止膜６が、銅配線部４ａを被覆するように設けられる。この銅拡散防止膜６は、銅拡散防止膜６が無ければ、後述する第２絶縁層３が接するであろう銅配線部４ａの表面（銅配線部４ａの上面および側面）を、被覆するように設けられる。銅拡散防止膜６は、銅の拡散を防止する材料であればよく、とくに制限されない。例えば、銅の拡散防止材料として周知のＣｏまたはＮｉ、あるいはＣｏまたはＮｉ合金またはそれらの燐化合物からなる無電解めっき膜を用いることができる。また、ＣＶＤ法（化学的気相堆積法）により形成されたシリコン窒化膜、シリコン酸化膜またはシリコン酸窒化膜、あるいはこれらの複合膜、および、ＣＶＤ法で形成されたＴｉ、Ｔａ、ＷまたはＺｒからなる金属膜、あるいはこれらの金属の化合物または窒化物を用いることもできる。なお、銅拡散防止膜６は、必要なければ設けなくてもよい。本第１実施形態では、無電解めっきにより銅配線４’、４”の表出面に厚さ２０ｎｍのＣｏＷＰ膜を形成し、これを銅拡散防止膜６とした。
【００３９】
さらに、第２の絶縁層３が、配線４’、４”および誘電体層５を被覆し、配線４’、４”および誘電体層５の外側に延在する第１の絶縁層２の上面を被覆するように設けられている。この第２の絶縁層３は、第２の絶縁層３が設けられていない状態で露出する、配線４’、４”および誘電体層５の表面およびそれらの外側に延在する第１の絶縁層２の上面に密着して第２の絶縁層３との間に界面を形成するように設けられる。従って、凹部４ａの表面は、第１及び第２の絶縁層２、３の界面となる。
【００４０】
第２の絶縁層３は、多層配線の層間絶縁層として用いられ、ビルドアップ工法により多層配線を形成することができる絶縁材料であればよく、例えばフェノール系またはポリイミド系の樹脂を用いることができる。本第１実施形態では、第１の絶縁層２と同じ感光性のフェノール系樹脂を用いた。なお、第１及び第２の絶縁層２、３は、同一材料であっても異なる材料であっても差し支えない。
【００４１】
上述した配線構造１０の説明では、ＨＡＳＴ試験用の配線部分について説明した。しかし、上述した配線構造１０、即ち、第１の絶縁層２の上面は凹部２ａおよび凸部２ｂに形成され、その凸部２ｂ上面に配線４’、４”および誘電体層５が配置され、第２の絶縁層３により配線４’、４”、誘電体層５および凹部２ｂが埋め込まれる構造は、第１実施形態の回路基板の他の配線についても同様である。
【００４２】
即ち、第１実施形態の回路基板に用いられる配線のうち、ＨＡＳＴ試験用の配線部分以外の領域に形成された配線、例えば半導体素子間を接続する配線または電子回路を構成する配線についても、平面形状が異なる他は同様の断面構造を有するように形成される。もちろん、一部に異なる構造の配線が設けられても差し支えない。
【００４３】
上述した第１実施形態の回路基板をＨＡＳＴ試験に供し、絶縁耐性を測定した。ＨＡＳＴ試験は、配線４’に３．５Ｖの電圧を印加し、配線４’に隣接する配線４”および基板１を０Ｖとした状態で、温度１３２℃、湿度８５％の環境下に放置し、絶縁破壊に至るまでの時間を測定した。
【００４４】
図４は本発明の第１実施形態のＨＡＳＴ試験結果であり、第１実施形態の配線構造１０が絶縁破壊に至るまでの時間を表している。なお、比較例として、図１に示した従来の配線構造１５の試験結果をあわせて表記した。
【００４５】
ここで用いられた従来の配線構造１５は、図１（ａ）を参照して、互いに２０００ｎｍの間隔をおいて配置された幅２０００ｎｍ、高さ２０００ｎｍの矩形断面を有する配線４’、４”と、配線４’、４”間の第１の絶縁層２の上面に形成された幅２０００ｎｍ、深さ８００ｎｍの凹部２ａとを有する。また、銅配線部４ａの表面には、厚さ２０ｎｍのＣｏＷＰからなる銅拡散防止膜（図示していない）が形成されている。また、配線４’、４”と基板１上面の距離は５０００ｎｍである。従って、第１実施形態と比較例とは、誘電体層５の有無が相違し、それに伴い凹部２ｂおよび凸部２ａの幅が相違する以外は、材料および寸法とも同様である。
【００４６】
図４を参照して、本発明の第１実施形態の配線構造１０では、試料番号１〜９の全ての試料について、絶縁破壊に至るまでの時間は１５０時間以上であった。また、絶縁破壊した全ての試料が、第１及び第２の絶縁層２、３の界面に沿って放電する第１のモードにより絶縁破壊した。
【００４７】
一方、比較例の配線構造１５では、試料番号１１〜１９を参照して、絶縁破壊に至るまでの時間は、９２．２時間〜１５０．０時間とばらつきが大きく、かつ最長でも１５０．０時間と第１実施形態に比べて短い。また、絶縁破壊は、第１及び第２の絶縁層２、３の界面に沿って放電する第１のモードと、配線４’、４”の上隅間を第２の絶縁層３中を貫通して放電する第２のモードとが混在していた。
【００４８】
この試験結果は、本第１実施形態の配線構造１０が従来の配線構造１５より優れた絶縁破壊耐性を有すること、および、本第１の実施形態の配線構造が第１のモードでのみ絶縁破壊することを明らかにしている。
【００４９】
かかる試験結果を生じる理由は未だ明確にされていない。しかし、本発明の発明者は以下に述べるように、配線４’、４”周囲の第１及び第２の絶縁層２、３中に生ずる電界の集中位置が移動することに起因すると推考している。
【００５０】
図５は本発明の第１実施形態の電界強度分布図であり、配線４’、４”（図３に示す配線４’、４”）に垂直な面内における配線構造１０周囲の電界強度の、シミュレート結果を表している。なお、図５中の配線４’に３．５Ｖを、その両側に隣接する配線４”おらび基板１に０Ｖを印加している。図６は従来の配線構造１５の電界強度分布図であり、配線４’、４”に垂直な面内における比較例として用いた従来の配線構造１５周囲の電界強度のシミュレート結果を表している。
【００５１】
ここで、図５および図６中の小数の数値を付した曲線は等電界強度面を表す。また、付された数値は、その等電界強度面上の電界強度Ｅｘを、基準電界強度Ｅｏで規格化した強度の対数、ｌｏｇ（Ｅｘ／Ｅｏ）として表示したものである。なお、図を見やすくするために、配線４’、４”周囲近傍の点線で囲まれた領域については、電界強度を表示していない（この領域の規格化された電界強度は６．２以下である。）。
【００５２】
図５および図６を参照して、電界強度が最大となる領域（以下「最大電界強度領域２２’、２２”、２３’、２３”」という。）は、規格された電界強度が６．４の等電界強度面で囲まれた領域であり、図５中に黒塗りの領域として表示した。この最大電界強度領域２２’、２２”、２３’、２３”は、断面矩形の配線４’、４”の外側（第１及び第２の絶縁層２、３の中）にあって、配線４’、４”の上隅Ｂ’、Ｂ”および下隅Ａ’、Ａ”の近くに形成される。
【００５３】
配線４’、４”の上隅Ｂ’、Ｂ”近くに形成された最大電界強度領域２２’、２２”は、本第１実施形態および比較例のいずれも、配線４’、４”の外側の第２の絶縁層３中に、配線４’、４”の上隅Ｂ’、Ｂ”に接してないし上隅Ｂ’、Ｂ”の極く近傍に形成される。一般的に、最大電界強度領域２２’、２２”、２３’、２３”の大きさは、その領域内の最大電界強度を表すとしてよい。図５および図６の上隅Ｂ’、Ｂ”近傍の最大電界強度領域２２’、２２”の大きさはほぼ同程度であるから，第１実施形態と比較例とで、上隅Ｂ’、Ｂ”近傍の最大電界強度は大きな違いはない。なおこの点については後述する。
【００５４】
これに対して、配線４’、４”の下隅Ａ’、Ａ”近くに形成された最大電界強度領域２３’、２３”は、図５を参照して第１実施形態では、配線４’、４”との間により弱い電界強度の領域（規格化された電界強度が６．２および６．０の領域）を挟み、配線４’、４”の下隅Ａ’、Ａ”から離れた位置に形成される。一方、図６を参照して、比較例では、配線４’の下隅Ａ’、Ａ”近くに形成された最大電界強度領域２３’は、配線４’の下隅Ａ’の極く近傍に形成される。なお、比較例では、配線４”の下隅Ａ”近傍には最大電界強度領域は形成されない。以下に、この様子をより詳細に説明する。
【００５５】
図７は本発明の第１実施形態の拡大断面図であり、配線４’の下隅Ａ’近傍を表している。なお、図７（ａ）は図３に示す第１実施形態の配線４’を、図７（ｂ）は図２に示す比較例の配線４’を表している。
【００５６】
図７（ａ）を参照して、本発明の第１実施形態では、配線４’の下部を構成する密着層４ｂの側面に接して、帯状（板状）の誘電体層５が設けられる。図中、Ａ’は配線４’の下隅４’を表し、Ａ’−１は銅配線部４ａと密着層４ｂとの界面が配線４’側面に表出する点Ａ’−１を表し、Ｄ’およびＤ’−１は誘電体層５の配線４’に接しない側の側面の下隅Ｄ’および上隅Ｄ’−１を表している。
【００５７】
この第１実施形態の最大電界強度領域２３’は、誘電体層５の配線４’に接しない側の側面Ｄ’〜Ｄ’−１（下隅Ｄ’および上隅Ｄ’−１を結ぶ側面）近くに形成される。他方、配線４’の下隅Ａ’に高誘電率の誘電体層５が密接するため、下隅Ａ’近傍の電界強度は緩和される。このため、最大電界強度領域２３’は、配線４’から離れた位置にある誘電体層５の側面Ｄ’〜Ｄ’−１近くに形成される。
【００５８】
一方、図７（ｂ）を参照して、比較例では、配線４’の下隅Ａ’は、第１及び第２の絶縁層２、３と直接に接している。このため、配線４’の下隅Ａ’の近傍に電界が集中して、下隅Ａ’近傍に最大電界強度領域２３’が形成される。
【００５９】
配線４’に含まれるＣｕは、強い電界の下で第１及び第２の絶縁層２、３中に引き出され拡散する。かかるＣｕの拡散は、とくに表面ないし界面のような構造欠陥密度が高い領域で加速される。そのため、電界集中が生じた場所の近くに界面が存在すると、界面に沿ってＣｕが拡散して界面の欠陥を増加させ、界面に沿う放電路が容易に形成される。その結果、界面に沿って放電する第１のモードの絶縁破壊に至る。
【００６０】
図８は本発明の第１実施形態のＣｕ拡散経路を表す図であり、図８（ａ）はＨＡＳＴ試験開始から１５０時間経過した後の配線付近の断面のオージェ像を、図８（ｂ）は図８（ａ）中に示す場所ａ（白線の円で囲んだ領域）、場所ｂ（第２の絶縁層３の断面）および場所ｃ（配線４’の断面）のＥＥＬＳ分析結果を表している。
【００６１】
図８（ａ）を参照して、配線４’の左下隅から、始め左へ、ついで下方へ、最後に再び左へ、即ち、第１及び第２の絶縁層２、３の界面２１に沿ってＣｕが拡散したことが観測された（図８（ａ）の白い線状の図形）。図８（ｂ）中の線ａを参照して、場所ａのＥＥＬＳ分析結果は、拡散したＣｕが絶縁性のＣｕＯになることを示している。従って、Ｃｕの拡散は、界面２１の導電性を高めるものではない。本発明の発明者は、Ｃｕの拡散が放電を直接誘発するのではなく、Ｃｕが欠陥密度の高い界面を拡散し、界面２１に更なる欠陥が導入される結果、界面２１がより放電路になり易く変質するためと推定している。なお、界面のある場所ａから５０ｎｍ上方の第２の絶縁層３中（図８（ａ）中に示した場所ｂ）ではＣｕは観測されず、Ｃｕは界面２１に沿って拡散することが明らかにされている。なお、線ｃは、酸化していないＣｕのスペクトルを参考のため示している。
【００６２】
このＣｕが界面２１に沿って拡散することを考慮して、再び図５および図７（ａ）を参照すると、第１実施形態の配線構造１０では、最大の電界集中は誘電体層５の側面Ｄ’〜Ｄ’−１に接した外側に発生し、最大電界強度領域２３’を形成する。しかし、配線４’の下隅Ａ’から、最大電界強度領域２３’が形成される誘電体層５の側面Ｄ’〜Ｄ’−１までの間は、規格化された電界強度が６．０程度と最大電界強度領域２３’と比べて弱い。
【００６３】
上述したように、Ｃｕは配線４’の下隅Ａ’（正確には銅配線部４ａの下隅Ａ’−１）から電界により引き出され、誘電体層５の上下面（第１及び第２の絶縁層２、３との界面）に沿って拡散し、誘電体層５の側面Ｄ’〜Ｄ’−１まで拡散する。しかし、配線４’の下隅Ａ’および誘電体層５の上下面の電界強度は弱いため、拡散速度は比較的遅い。このため、最大電界強度領域２３’の強い電界により拡散速度が加速されるまで、長い拡散時間を必要とする。その結果、絶縁破壊に至る時間が長くなると、本発明の発明者は考察している。
【００６４】
これに比べて比較例では、図６および図７（ｂ）を参照して、最大の電界集中は配線４’の下隅Ａ’に接してその外側に発生し、最大電界強度領域２３’を形成する。この最大電界強度領域２３’は、配線４’に接しているので、配線４’（正確には銅配線部４ａの下隅Ａ’−１）から容易にＣｕが引き出される。しかも、引き出されたＣｕは、最大電界強度領域２３’内の強い電界により加速され、薄い密着層４ｂの側面（Ａ’−１とＡ’の間）を短時間で拡散し、界面２１に到達する。このように比較例では、配線４’と最大電界強度領域２３’との間に、第１実施形態で形成されるような弱い電界領域が介在しないため、配線４’から界面まで最大電界強度領域２３’の強い電界によりＣｕ拡散が加速され、短い時間で絶縁破壊が進行する、と本発明の発明者は考察している。
【００６５】
言い換えると、第１実施形態での絶縁破壊に至る時間が比較例と比べて長いのは、電界集中により生ずる最大電界強度領域２３’が移動したことに起因すると考えている。即ち、最大電界強度領域２３’が、比較例では配線４’に接して形成されるのに対し、第１実施形態では配線４’から離れて形成される。そのため、その間（誘電体層５の上下面を拡散する間）の拡散時間が長くなり、ひいては絶縁破壊を遅延させると考察している。
【００６６】
次に、本発明の第１実施形態では、絶縁破壊が界面を放電路とする第１のモードに限定される理由について、本発明の発明者は以下のように推測している。
【００６７】
再度図５および図６を参照して、第２の絶縁破壊モードは、隣接する配線４’、４”の上隅Ｂ’、Ｂ”間の放電として発生する。かかる第２のモードの絶縁破壊は、断面矩形であるべき配線４’、４”が、製造途中で図２（ｂ）に示すように上方が拡幅して形成されることで生ずると推測される。即ち、配線４’、４”の上方が拡幅すると、上隅Ｂ’、Ｂ”の内角が鋭角になり、強い電界集中が生じ易い。また、隣接する配線の上隅Ｂ’Ｂ”の間隔も狭くなる。このため、Ｃｕの拡散が生じ易くなり、短時間での絶縁破壊に至ると考えられる。
【００６８】
なお、後述するように、かかる配線断面形状の変形は、例えば、銅配線部ａを構成する銅めっき層１４ａを電界めっきで形成する際、銅めっき層１４ａを画定するレジストの開口が、開口上部が広がるように変形することで生ずる。従って、レジスト開口の下部の変形は小さく、開口下部で画定される配線４’、４”底部の形状は殆ど変形しない。また、配線４’、４”底部の間隔もほぼ一定に形成される。
【００６９】
本第１実施形態では、配線４’、４”の下隅Ａ’、Ａ”に接して、誘電体層５が設けられる。しかし、誘電体層５の体積は、配線４’、４”間の第１及び第２の絶縁層２、３の体積と比較して極めて少ない。このため、配線４’と、隣接する配線４”および基板１との間の浮遊容量は、誘電体層５の設置によっては殆ど変化せず、通常は製造工程のばらつきに起因して生ずる浮遊容量の変動より小さい。従って、電界強度のシミュレーションでは、配線４’から放出される電気力線の総数は、誘電体層５の有無により変わらないと見做してよい。
【００７０】
一方、配線４’の下隅Ａ’から放出される電気力線の数は、最大電界強度領域２３’の大きさ（表面積）にほぼ比例するから、最大電界強度領域２３’が大きな第１実施形態では多く、小さな比較例では少ない。従って、配線４’の上隅Ｂ’から放出する電気力線の数（密度）は、第１実施形態で少なく、比較例ではこれより大きくなる。簡潔にいえば、電気力線の本数は一定であり、その電気力線が、第１実施形態では比較例より配線４’下隅Ａ’に集中するため、配線４’上隅Ｂ’で疎になり、上隅Ｂ’の電界強度が比較例より小さくなる。このため、配線４’、４”上隅Ｂ’、Ｂ”間の絶縁破壊モードが抑制されると、本発明の発明者は考察している。
【００７１】
上述したように、誘電体層５は、配線４’下隅Ａ’の電界を緩和すると同時に、誘電体層５の配線４’から遠い位置にある側面Ｄ’〜Ｄ’−１に電界集中を生じさせる。これにより、配線構造１０の絶縁破壊耐性が向上し、かつ絶縁破壊モードは１つに制限される。かかる絶縁破壊耐性の向上および破壊モードの制限が有効になされるには、配線４’下隅Ａ’の十分な電界緩和および誘電体層５側面Ｄ’〜Ｄ’−１への十分な電界集中がなければならない。かかる観点から、誘電体層５の誘電率および形状が設計される。
【００７２】
具体的には、誘電体層５の誘電率は大きいことが望ましく、少なくとも第１及び第２の絶縁層２、３の誘電率より大きくなければならない。通常、第１及び第２の絶縁層２、３は３〜８程度の誘電率の絶縁材料が多く用いられる。従って、誘電率が２０以上の絶縁材料、例えばＴｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｒ叉はＣｒの金属酸化物を用いることが好ましい。本第１実施形態では、Ｔｉ酸化物を誘電体層５の材料とした。後述するように、誘電体層５を、密着層４ｂの一部を酸化して形成することができる。これにより、誘電体層５を容易に形成することができる。なお、その他の方法により、誘電体層５を形成してもよい。
【００７３】
誘電体層５は、薄い板状の形状を有し、その上下の主面がそれぞれ第１および第２の絶縁層２に接するように配設されることが好ましい。薄い板状とすることで、配線４’から十分離れた位置（配線４’から離れた側の誘電体層の側面Ｄ’〜Ｄ’−１）に強い電界集中を起こさせることができる。
【００７４】
誘電体層４の好ましい形状および寸法は、誘電体層５の誘電率により異なり、誘電率に応じて適切に設計されねばならない。例えば、酸化チタンからなる誘電体層４では、厚さ１０〜５０ｎｍ、幅が厚さの１．５倍以上とすることが好ましく、さらに、厚さ１０〜２０ｎｍ、幅５０〜１００ｎｍとすることが好ましい。なお、誘電体層４が薄すぎると、配線４’下隅の電界緩和が不十分になり、優れた放電破壊耐性が得られない。厚すぎると、側面Ｄ’〜Ｄ’−１近傍の電界強度が十分に強くならず、放電破壊モードの混在を防止することができない。また、誘電体層４の幅が狭すぎると、電界集中位置が配線に近くなり、放電破壊耐性が劣化する。広すぎると、隣接する配線４’、４”に密接する誘電体層４間の間隔が狭くなり、放電破壊耐性が劣化する。
【００７５】
以下、上述した第１実施形態の配線構造１０の製造工程を説明する。
【００７６】
図９〜図１２は本発明の第１実施形態の配線構造の製造工程断面図（その１）〜（その４）であり、製造途中の配線構造を表している。
【００７７】
図９（ａ）を参照して、まず、支持基体となる基板１、例えばシリコン基板を準備する。次いで、基板１上面に、第１の絶縁層２、密着層４ｂおよびシード層４ｃを順次積層した。第１の絶縁層２には、ポジ型の感光性フェノール系樹脂（ＪＳＲ（株）の製品名ＷＰＲｓｅｒｉｅｓ）を用いた。なお、非感光性の樹脂、例えばポリイミドを用いても良い。密着層４ｂには、スパッタにより形成された厚さ５０ｎｍのＴｉ膜を用いた。なお、薄い誘電体層５を形成するために、厚さ５〜２０ｎｍのＴｉ膜を密着層４ｂとすることがより好ましい。シード層４ｃには、スパッタにより形成された厚さ２０〜１００ｎｍのＣｕ層を用いた。なお、密着層４ｂおよびシード層４ｃを他の方法、例えばＣＶＤ法または無電界めっきにより形成してもよい。さらに、密着層４ｂを、Ｔａ、Ｗ、Ｚｒ並びにＣｒまたはそれらの合金並びに窒化物から形成することもできる。
【００７８】
次いで、図９（ｂ）を参照して、シード層４ｃ上に例えば厚さ３０００ｎｍのレジスト４１を塗布し、露光、現像して幅２１６０ｎｍの溝状の開口４１ａを４０００ｎｍピッチで開設した。露光はステッパまたはコンタクトアライナを用い、現像はＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）を用いた。必要ならば、その後、レジスト４１表面の親水化処理を行う。その後、レジストのポストベーキングを行った。
【００７９】
このポストベーキング工程により、レジスト４１の開口４１ａ上部が拡幅するように変形することがある。かかる変形が大きいと，図２（ｂ）に示すように、上部が広がった配線４’、４”が形成されやすい。その結果、配線４’、４”上隅Ｂ’、Ｂ”間を放電路とする絶縁破壊を誘致しやすい。他方、開口４１ａの底面の幅は、露光現像により形成された幅から殆ど変形しない。従って、配線４’、４”の底面の幅の変動は僅かで、その変動が絶縁破壊耐性に及ぼす影響は小さい。
【００８０】
次いで、図１０（ｃ）を参照して、シード層４ｃを一方の電極とする電解めっきにより、レジスト４１の開口４１ａを埋め込む厚さほぼ２０００ｎｍの銅めっき層１４ａを形成した。電解めっき液として、硫酸銅めっき浴を用いた。なお、銅めっき層１４ａは、開口４１ａを銅層で埋め込む他の方法、例えば無電解めっきにより形成することもできる。
【００８１】
次いで、図１０（ｄ）を参照して、レジスト４１を、例えはＮＭＰ（ｎ−メチル−2-ピロリドン）またはアセトン等の有機溶剤を用いて除去する。次いで、レジスト４１を除去した領域に表出するシード層４ｃ、およびその直下の密着層４ｂを、銅メッキ層１４ａをマスクとしてエッチング除去した。シード層４ｃは、硫酸カリウム溶液をエッチャントとするエッチングにより除去した。他に、シード層４ｃのエッチャントとして、塩化鉄または過硫酸アンモニウム溶液を用いることができる。密着層４ｂは、フッ化アンモニウム溶液をエッチャントとするエッチングにより除去した。他に、密着層４ｂの除去には、例えは４フッ化メタンをエッチングガスとするドライエッチングを用いることもできる。
【００８２】
次いで、酸素ガスをエッチングガスとするドライエッチングを用いて、銅めっき層１４ａの間に表出する第１の絶縁層２の表面を深さ８００ｎｍエッチングした。その結果、図１１（ｅ）を参照して、第１の絶縁層２は、銅めっき層１４ａの間に表出する表面が掘り下げられて、凹部２ａが形成される。同時に、銅めっき層１４ａ直下の表面はそのまま残され、凸部２ｂとなる。従って、第１の絶縁層２の表面に、幅１８４０ｎｍの凹部２ａおよび幅２１６０ｎｍの凸部２ｂが交互にラインアンドスペース状に形成される。
【００８３】
次いで、図１１（ｆ）を参照して、硫酸カリウム溶液をエッチャントするウエットエッチングにより、銅めっき層１４ａおよびシード層４ｃの表出面をエッチングした。エッチング量はほぼ誘電体層４の幅であり、例えは８０ｎｍとした。その結果、銅めっき層１４ａおよびシード層４ｃの積層からなる、幅２０００ｎｍの銅配線部４ａが形成された。このとき、銅配線部４ａの両側面の外側に、密着層４ｂの一部が表出する。
【００８４】
次いで、図１２（ｇ）を参照して、酸素ガスをエッチングガスとするドライエッチングを用いて、銅配線部４ａの表出面および銅配線部４ａの外側に表出する密着層４ｂを酸化する。これにより、密着層４ｂの銅配線部４ａの外側に表出する部分が酸化され、例えば酸化チタンからなる誘電体層５へ変換される。また、銅配線部４ａの表出面（上面および側面）が酸化され、銅の酸化物層４ｏｘが形成される。
【００８５】
次いで、図１２（ｈ）を参照して、希硫酸をエッチャントとするエッチングにより、銅配線部４ａの表面に形成された酸化物層４ｏｘを除去した。この酸化物層４ｏｘは薄く、通常は、酸化物層４ｏｘの形成による銅配線部４ａの寸法変化を無視することができる。次いで、無電解めっきにより、銅配線部４ａの表出面に厚さ２０ｎｍのＣｏＷＰからなる銅拡散防止膜６を形成した。なお、銅拡散防止膜６として、ＮｉＰ無電解めっき膜を用いてもよく、さらに窒化シリコン系のＣＶＤ膜を用いてもよい。
【００８６】
次いで、第１の絶縁層２上に、感光性フェノール系樹脂からなる第２の絶縁層３を形成した。上記工程を経て、図３を参照して説明した本発明の第１実施形態の配線構造１０が製造された。
【００８７】
本発明の第２実施形態は、第１の絶縁層の表面が平坦な配線構造に関する。
【００８８】
図１３は本発明の第２実施形態の配線構造の断面図であり、セミアディティブ法を用いたビルドアップ工法により製造された多層配線基板の配線構造のうち、ＨＡＳＴ試験用として作製された部分の配線構造１１を表している。この部分の配線構造１０の平面形状は、図１に示すＨＡＳＴ試験用配線の平面形状と同様である。
【００８９】
図１３を参照して、本第２実施形態の配線構造１１は、第１の絶縁層２上面が平坦であることを除き、他は第１実施形態の配線構造１０と同様である。即ち、第１の絶縁層２上面に、第１の実施形態の配線構造１０ような凹部２ａ及び凸部２ｂが形成されない。
【００９０】
この配線構造１１では、配線４’、４”の形状およびその周囲の誘電率（第１及び第２の絶縁層２、３から構成される）は第１実施形態と同様である。従って、配線構造１１における電界強度分布は、図５に示す第１実施形態の電界強度分布と同じになる。このため、第１実施形態と同様に、優れた絶縁破壊耐性と単一の絶縁破壊モードとが実現される。
【００９１】
しかし、本第２実施形態では、第１及び第２の絶縁層２、３の界面２１は平坦に形成されているから、界面２１が凹部２ａ表面を含む第１実施形態に比べて配線４’、４”間に延在する界面２１が短い。この界面の短い分だけ、絶縁破壊耐性が劣化する。それにもかかわらず、この劣化は多くの場合、誘電体層５の設置による絶縁破壊耐性の向上分より小さい。従って、従来例に比べて優れた絶縁破壊耐性が実現される。
【００９２】
以下、本第２実施形態の配線構造の製造工程を説明する。
【００９３】
図１４〜図１５は本発明の第２実施形態の配線構造の製造工程断面図（その１）〜（その２）であり、製造途中の配線構造を表している。
【００９４】
本第２実施形態の配線構造１１の製造工程は、途中まで図９〜図１０（ｄ）に示す第１実施形態の配線構造１０の製造工程と同一である。即ち、図１０（ｄ）を参照して、図１０（ｄ）までの工程により幅２１６０ｎｍのライン状に製造された密着層４ｂ、シード層４ｃおよび銅めっき層１４ａの積層構造が第１の絶縁層２上に形成される。
【００９５】
次いで、硫酸カリウム溶液をエッチャントするウエットエッチングにより、銅めっき層１４ａおよびシード層４ｃの表出面をエッチングして厚さ８０ｎｍを除去した。これにより、図１４（ａ）を参照して、シード層４ｃおよび銅めっき層１４ａの積層からなる幅２０００ｎｍの銅配線部４ａが形成された。この銅配線部４ａの両側外側に、幅８０ｎｍの密着層４ｂが表出する。
【００９６】
次いで、図１４（ｂ）を参照して、酸素ガスをエッチングガスとするドライエッチングを用いて、銅配線部４ａの表出面および銅配線部４ａの外側に表出する密着層４ｂを酸化した。その結果、銅配線部４ａの外側に表出する密着層４ｂは酸化されて酸化チタンからなる誘電体層５へ変換され、同時に銅配線部４ａの表出面に銅の酸化物層４ｏｘが形成される。
【００９７】
次いで、図１５（ｃ）を参照して、酸化物層４ｏｘ（図１４（ｃ）参照）をエッチングして除去する。その後、図１５（ｄ）を参照して、第１実施形態と同様に、銅配線部４ａの表出面に厚さ２０ｎｍのＣｏＷＰ無電解めっき膜からなる銅拡散防止膜６を形成した。次いで、第１の絶縁層２上に第２の絶縁層３を形成して、図１３に示した第２実施形態の配線構造１１を製造した。
【００９８】
本第２実施形態では、凹部２ａの形成工程がないので、製造工程が簡略である。一方、第１実施形態とほぼ同様の絶縁破壊耐性と、単一の絶縁破壊モードが実現される。
【００９９】
本発明の第３実施形態は銅配線部４ａのエッチング工程を省略して製造された配線構造１２に関する。
【０１００】
図１６は本発明の第３実施形態の配線構造の断面図であり、図１６（ａ）は配線構造２の配線４’、４”に垂直な断面構造を、図１６（ｂ）は図１６（ａ）の配線４’の一部を拡大して表している。
【０１０１】
図１６を参照して、本第３実施形態の配線構造１２は、誘電体層５の幅が狭いこと、誘電体層５および密着層４ｂが薄いことを除き、他は第２実施形態と同様である。即ち、第３実施形態の配線構造１２では、第２実施形態の配線構造１１と比べて、誘電体層５の幅が狭く、例えば幅３０ｎｍである。また、誘電体層５の厚さも薄く、例えば１０ｎｍとする。同様に、密着層４ｂの厚さも誘電体層５と同じく例えば１０ｎｍとされる。
【０１０２】
かかる構造の配線構造１２は、第１及び第２実施形態と同様に、優れた絶縁破壊耐性と、単一の絶縁破壊モード特性を有する。
【０１０３】
図１７〜図１８は本発明の第３実施形態の配線構造の製造工程断面図（その１）〜（その２）であり、製造途中の第３実施形態の配線構造１２の断面構造を表している。
【０１０４】
本第３実施形態の配線構造１２の製造工程は、途中までは第１実施形態の図９〜図１０（ｄ）に示した工程と同様である。ただし、図１０（ｄ）を参照して、銅めっき層１４ａおよびシード層４ｃの幅を、例えば２０６０ｎｍと第１実施形態より狭く形成する。その結果、図１７（ａ）を参照して、平坦な第１絶縁層２の上面に、密着層４ｂを介して積層された銅めっき層１４ａおよびシード層４ｃからなる幅２０６０ｎｍの積層体が形成される。
【０１０５】
次いで、図１７（ｂ）を参照して、例えば酸素プラズマに暴露して、銅メッキ層１４ａおよびシード層の表出面を酸化して、例えば厚さ３０ｎｍの銅の酸化物層４ｏｘを形成する。同時に、密着層４ｂの両側面が酸化され、例えば幅３０ｎｍ、厚さ１０ｎｍの密着層の酸化物、例えば酸化チタンからなる誘電体層５が形成される。この工程で、銅めっき層１４ａおよびシード層４ｃの積層体は、幅２０００ｎｍの銅配線部４ａに形成される。この銅配線部４ａは、その底面の密着層４ｂとともに配線４’、４”を構成する。
【０１０６】
次いで、図１８（ｃ）を参照して、銅配線部４ａの表面に形成された酸化物層４ａをエッチングして除去した。次いで、図１８（ｄ）を参照して、銅配線部４ａの表出面に、例えば無電解めっきにより厚さ２０ｎｍのＣｏＷＰからなる銅拡散防止膜を形成した。
【０１０７】
この第３実施形態では、第１および第２実施形態で必要とされる銅配線部４ａのエッチング工程が不要なので、工程が簡素化される。
【０１０８】
本発明の第４実施形態は、ダマシン法により形成される配線構造１３に関する。
【０１０９】
図１９は本発明の第４実施形態の配線構造の断面図であり、図１９（ａ）はダマシン法を用いたビルドアップ工法により製造された多層配線基板の配線構造１３のうち、ＨＡＳＴ試験用として作製された部分を表している。図１９（ｂ）は図１９（ａ）に示す配線４’の上隅近傍の拡大断面を表している。
【０１１０】
図１９（ａ）を参照して、第４実施形態の配線構造１３では、基板１上面に設けられた第１の絶縁層２の上面に配線溝３１が形成され、その配線溝３１を埋め込む例えば幅２０００ｎｍ、厚さ（高さ）２０００ｎｍの配線４’、４”が形成されている。配線４’、４”は、銅または銅合金からなる銅配線部４ａと、銅配線部４ａの側面および底面を被覆する密着層４ｂとから構成される。密着層４ｂは第１実施形態と同じ材料からなる、例えば厚さ１０ｎｍのＴｉ膜とすることができる。
【０１１１】
図１９（ｂ）を参照して、配線４’の上面（銅配線部４ａの上面）は、配線溝３１の開口面（配線溝３１の外側に延在する第１及び第２の絶縁層２、３の界面２１）より例えば３０ｎｍ低く形成されている。また、密着層４ｂの上側面（図中のＢ’〜Ｂ’−１間を結ぶ平面）も配線４’の上面とおなじ高さに位置する。なお、図１９（ｂ）中、符号Ｂ’、Ｂ’−１は、それぞれ配線４’の上隅Ｂ’（即ち、密着層４ｂの銅配線部４ａから離れた側の上隅）および銅配線部４ａの上隅Ｂ’−１（即ち、密着層４ｂの銅配線層４ａと接する側の上隅）を表している。
【０１１２】
さらに、密着層４ｂの上側面に接して、その上方に延在する配線溝３１の側壁面上に、誘電体層５が設けられる。この誘電体層５は、配線４’に沿って帯状に延在する板状の誘電体から構成される。また、誘電体層５の厚さ、幅および材料は、第１〜第３実施形態と同様である。
【０１１３】
銅配線部４ａの上面に、第１実施形態と同様の材料および厚さを有する銅拡散防止膜６が形成される。なお、必要なければ、銅拡散防止膜６はなくてもよい。さらに、配線４’、誘電体層５および銅拡散防止膜６を被覆し、配線溝３１の外側に延在する第１の絶縁層２の上面を被覆する第２の絶縁層３が設けられる。この第２の絶縁層３は、第２の絶縁層３がなければ表出する銅拡散防止膜６の上面（または銅配線部４’の上面）、第２の絶縁層３がなければ表出する誘電体層５の主面並びに上側面、第２の絶縁層３がなければ表出する第１の絶縁層２の上面に接して被覆し、これらの面に界面を形成するように設けられる。なお、ここまで配線４’に関する構造について説明したが、配線４”についても同様である。また、第１及び第２の絶縁層２、３、密着層４ｂおよび基板１の材料も第１実施形態と同様としてよい。
【０１１４】
本第４実施形態の配線構造１３では、電界集中が、配線４’、４”から離れた位置、即ち誘電体層の上側面（Ｅ’〜Ｅ’−１を結ぶ面）近傍に生ずる。このため、配線構造１３は、第１実施形態と同様の優れた絶縁破壊耐性を有するとともに、絶縁破壊モードも配線４’、４”の上隅Ｂ’、Ｂ”間を放電路とするものに制限される。
【０１１５】
以下、第４実施形態の配線構造１３の製造工程を説明する。
【０１１６】
図２０〜図２２は本発明の第４実施形態の配線構造の製造工程断面図（その１）〜（その３）であり、ダマシン工程により製造される途中の配線構造１３を表している。
【０１１７】
図２０（ａ）を参照して、第４実施形態の配線構造１３では、初めに、基板１上に感光性樹脂からなる第１の絶縁層２を形成し、その後、第１の絶縁層２を露光・現像して、配線４’、４”を画定する深さ２０３０ｎｍの配線溝３１を形成する。
【０１１８】
次いで、図２０（ｂ）を参照して、配線溝３１の内壁面および第１の絶縁層２の上面を被覆する、例えば厚さ１０ｎｍのＴｉ膜からなる密着層４ｂを形成する。この密着層４ｂは、例えばスパッタまたはＣＶＤにより形成することができる。また、Ｔｉに限らず、銅叉は銅合金との密着性を向上させる材料、例えばＴｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｒ、Ｃｒからなる金属膜またはそれらの金属の合金膜、あるいはこれらの金属または合金の窒化膜をもちいることができる。次いで、配線溝３１を埋め込み、第１の絶縁層２の上面に延在する銅層３２を形成する。この銅層３２は、例えばＣＶＤ法、無電解めっきまたは第１〜第３実施形態と同様に電解めっきにより形成することができる。
【０１１９】
次いで、図２１（ｃ）を参照して、ＣＭＰ（化学機械的研摩）を用いて、第１の絶縁層の上面が表出するまで銅層３２を研摩する。その結果、配線溝３１内に埋め込まれた銅層３２からなる銅配線部４ａが形成され、銅配線部４ａとその側面および底面を被覆する密着層４ｂとからなる配線４’、４”が形成される。
【０１２０】
次いで、図２１（ｄ）を参照して、酸素ガスをエッチングガスとするドライエッチングを用いて、配線４’、４”の上面（表出面）を酸化する。これにより、銅配線部４ａの上面が例えば３０ｎｍの深さまで酸化され、酸化物層４ｏｘに変換される。同時に、密着層４ｂの上端から深さ３０ｎｍまでの間が酸化され、例えば酸化チタンからなる誘電体層５に変換される。
【０１２１】
次いで、図２２（ｅ）を参照して、酸化物層４ｏｘをエッチングで除去する。次いで、図２２（ｆ）を参照して、酸化物層４ｏｘを除去した領域に表出する銅配線部４ａの上面に、例えば厚さ２０ｎｍのＣｏＷＰからなる銅拡散防止層６を形成した。次いで、図１９を参照して、この上に第２の絶縁層３を形成して、本発明の第４実施形態の配線構造１３が製造される。
【０１２２】
上述した第４実施形態の配線構造１３の図２１に示す製造工程において、図２１（ｅ）に示す工程で配線４’、４”を形成した後、図２１（ｆ）に示す酸化物層４ｏｘおよび誘電体層５を形成する前に、銅配線部４ａの上面をエッチングして除去することもできる。その後、表出する銅配線部４ａおよび密着層４ｂを酸化して、酸化物層４ｏｘおよび誘電体層５を形成する。
【０１２３】
このように銅配線部４ａの上面を予めエッチングすることで、銅配線部４ａ上面を浅く酸化しても、広い幅の誘電体層５を確実に形成することができる。その結果、電界集中領域をより確実に配線４’、４”から遠ざけることができ、絶縁破壊耐性をより高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
本発明を半導体装置を搭載する回路基板の配線構造に適用することで、絶縁破壊耐性が優れかつ絶縁破壊モードが制限された信頼性の高い回路基板が提供される。
【符号の説明】
【０１２５】
１  基板
２  第１の絶縁層
２ａ  凹部
２ｂ  凸部
３  第２の絶縁層
４’、４”  配線
４ａ  銅配線部
４ｂ  密着層
４ｃ  シード層
４ｏｘ  酸化物層
５  誘電体層
６  銅拡散防止膜
１０、１１、１２、１３  配線構造
１５  従来の配線構造
１４ａ  銅めっき層
２０  ＨＡＳＴ試験用配線
２０’、２０”  櫛歯状配線
２０Ａ’、２０Ａ”  接続部
２１  界面
３１  配線溝
３２  銅層
４１  レジスト
４１ａ  開口
２２’、２２”、２３’、２３”  最大電界強度領域
【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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【図２２】
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