(57)【要約】【課題】本発明は、多層配線構造において、設計の自由度が向上する多層配線構造体を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の導電性を有する層と、導電性を有する層の一方の面に複数の配線層が積層された多層配線構造と、を有し、多層配線構造は、隣接する配線層を接続する複数のビアを含み、複数の配線層のうち少なくとも１の配線層は、信号線およびグランド線を含み、多層配線構造と前記導電性を有する層との間に、第１開口部を有する絶縁性の中間層が導電性を有する層の一方の面に直接設けられ、第１開口部に導電性を有する層およびグランド線を接続する導通部が設けられ、導電性を有する層の他方の面に絶縁層が設けられ、絶縁層は、前記複数のビアのうち少なくとも一つのビアと重畳して設けられている第２開口部を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性を有する層と、
前記導電性を有する層の一方の面に複数の配線層が積層された多層配線構造と、を有し、
前記多層配線構造は、隣接する配線層を接続する複数のビアを含み、
前記複数の配線層のうち少なくとも１の配線層は、信号線およびグランド線を含み、
前記多層配線構造と前記導電性を有する層との間に、第１開口部を有する絶縁性の中間層が前記導電性を有する層の一方の面に直接設けられ、前記第１開口部に前記導電性を有する層および前記グランド線を接続する導通部が設けられ、
前記導電性を有する層の他方の面に絶縁層が設けられ、
前記絶縁層は、前記複数のビアのうち少なくとも一つのビアと重畳して設けられている第２開口部を有している多層配線構造体。
【請求項２】
前記中間層は樹脂材料であることを特徴とする請求項１に記載の多層配線構造体。
【請求項３】
前記絶縁層は樹脂材料であることを特徴とする請求項１または２に記載の多層配線構造体。
【請求項４】
前記導通部と前記第２開口部とは、平面視において互いに重畳している請求項１乃至３のいずれか一に記載の多層配線構造体。
【請求項５】
前記複数のビアと前記第２開口部とは、平面視において互いに重畳している請求項４に記載の多層配線構造体。
【請求項６】
前記複数の配線層のうち少なくとも一つの配線層において、前記一つの配線層の少なくとも一部を覆う第１無機絶縁層を有する、請求項１乃至５のいずれか一に記載の多層配線構造体。
【請求項７】
前記第１無機絶縁層の少なくとも一部を覆う第２無機絶縁層を有する、請求項６に記載の多層配線構造体。
【請求項８】
導電性を有する層と、
前記導電性を有する層の一方の面に第１配線層、第２配線層および第３配線層が前記導電性を有する層の側から順に積層された多層配線構造を有し、
前記多層配線構造は、前記第１配線層と前記第２配線層とを接続する第１ビアと、前記第２配線層と前記第３配線層とを接続する第２ビアと、を含み、
前記第１配線層は、信号線およびグランド線を含み、
前記多層配線構造と前記導電性を有する層との間に、第１開口部を有し、前記導電性を有する層よりもヤング率が低い絶縁性の中間層が前記導電性を有する層の一方の面に直接設けられ、前記第１開口部に前記導電性を有する層および前記グランド線を接続する導通部が設けられ、
前記導電性を有する層の他方の面に絶縁層が設けられ、
前記絶縁層は、前記第１ビアが設けられた位置に重畳して設けられた第２開口部を有し、
前記第１配線層、前記第２配線層及び前記第３配線層のうち少なくとも一つの配線層において、前記一つの配線層の少なくとも一部を覆う第１無機絶縁層を有する、多層配線構造体。
【請求項９】
前記第１無機絶縁層の少なくとも一部を覆う第２無機絶縁層を有する、請求項８に記載の多層配線構造体。
【請求項１０】
導電性を有する層と、
前記導電性を有する層の一方の面に第１配線層、第２配線層および第３配線層が前記導電性を有する層の側から順に積層された多層配線構造を有し、
前記多層配線構造は、前記第１配線層と前記第２配線層とを接続する第１ビアと、前記第２配線層と前記第３配線層とを接続する第２ビアと、を含み、
前記第１配線層は、信号線およびグランド線を含み、
前記多層配線構造と前記導電性を有する層との間に、第１開口部を有し、前記導電性を有する層よりも熱膨張率が高い絶縁性の中間層が前記導電性を有する層の一方の面に直接設けられ、前記第１開口部に前記導電性を有する層および前記グランド線を接続する導通部が設けられ、
前記導電性を有する層の他方の面に絶縁層が設けられ、
前記絶縁層は、前記第１ビアが設けられた位置に重畳して設けられた第２開口部を有し、
前記第１配線層、前記第２配線層及び前記第３配線層のうち少なくとも一つの配線層において、前記一つの配線層の少なくとも一部を覆う第１無機絶縁層を有する、多層配線構造体。
【請求項１１】
前記第１無機絶縁層の少なくとも一部を覆う第２無機絶縁層を有する、請求項１０に記載の多層配線構造体。
【請求項１２】
前記第１ビアと前記導通部とは、平面視において異なる位置に配置されていることを特徴とする請求項８または１０に記載の多層配線構造体。
【請求項１３】
前記中間層は樹脂材料であることを特徴とする請求項８または１０に記載の多層配線構造体。
【請求項１４】
前記絶縁層は樹脂材料であることを特徴とする請求項８または１０に記載の多層配線構造体。
【請求項１５】
前記導通部と前記第２開口部とは、平面視において互いに重畳していることを特徴とする請求項８または１０に記載の多層配線構造体。
【請求項１６】
前記第１ビアおよび前記第２ビアと前記第２開口部とは、平面視において互いに重畳していることを特徴とする請求項８または１０に記載の多層配線構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多層配線構造体に関し、開示される一実施形態は基板と多層配線構造との積層構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、集積回路の高性能化に伴い、集積回路はより複雑化し、集積回路を構成するトランジスタなどの素子数は増加している。素子数の増加に伴い、素子間を接続する配線の配置も複雑になり、集積回路基板における配線の占める面積が増加している。そこで、集積回路基板において、配線の平面方向の占有面積をできる限り小さくするため、複数の配線を積層させ、立体的に配線を引き回す多層配線技術の開発が進められている。特に、配線密度の向上のためにビアを積層した、いわゆるスタックビア構造を有する多層配線技術が開発されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
スタックビア構造のような多層配線構造において、熱サイクル（熱処理工程）における各層の伸縮によって、積層された配線間を接続するビアや積層された配線同士を隔離する層間膜にクラックが発生したり、多層配線構造と基板とが剥離したりすることがある。このように、層間膜にクラックが発生すると、配線材料の金属原子がクラックを介して熱拡散して基板に到達し、配線と基板がショートしてしまうことがある。したがって、多層配線構造の最も基板の近くに配置されている配線層を信号線として使用することができない、という問題が発生する。
【０００４】
さらに、配線層を基板の一方の面に積層させるため、積層させた配線層や層間膜の応力によって、基板が歪むことがある。この応力を緩和させるために、積層させる膜の材料や成膜条件を調整する必要があるため、設計の自由度が制限されてしまう問題が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１７３３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑み、多層配線構造において、設計の自由度が向上する多層配線構造体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】
【０００７】
本発明の一実施形態に係る多層配線構造体は、導電性を有する基板と、基板の一方の面に複数の配線層が積層された多層配線構造と、を有し、多層配線構造は、隣接する配線層を接続し、平面視において互いに重畳する複数のビアを含み、複数の配線層のうち少なくとも１の配線層は、信号線およびグランド線を含み、多層配線構造と基板との間に、第１開口部を有する絶縁性の中間層が設けられ、第１開口部に基板およびグランド線を接続する導通部が設けられている。
【０００８】
この多層配線構造体によれば、多層配線構造において、最も基板に近い配線層を信号線として使用することができる。
【０００９】
また、別の好ましい態様において、少なくとも１の配線層は、Ｃｕを含む導電層を有し、基板よりも中間層の方が、Ｃｕの拡散速度が遅くてもよい。
【００１０】
この多層配線構造体によれば、Ｃｕが基板に拡散することを抑制することができる。
【００１１】
また、別の好ましい態様において、中間層は樹脂材料であってもよい。
【００１２】
この多層配線構造体によれば、熱処理工程によって起きる各層の伸縮による局所的な応力を緩和することができる。
【００１３】
また、別の好ましい態様において、基板の他方の面にパターニングされた絶縁層を有してもよい。
【００１４】
また、別の好ましい態様において、絶縁層は樹脂材料であってもよい。
【００１５】
また、別の好ましい態様において、絶縁層は第２開口部を有してもよい。
【００１６】
また、別の好ましい態様において、導通部と第２開口部とは、平面視において互いに重畳してもよい。
【００１７】
また、別の好ましい態様において、複数のビアと第２開口部とは、平面視において互いに重畳してもよい。
【００１８】
この多層配線構造体によれば、基板の一方の面に積層された中間層または多層配線構造によって発生する応力を緩和することができる。
【００１９】
また、別の好ましい態様において、基板と中間層との間に金属層を有してもよい。
【００２０】
この多層配線構造体によれば、グランド線と基板との接触抵抗を下げることができ、より安定したグランド特性を確保することができる。
【００２１】
本発明の一実施形態に係る多層配線構造体は、導電性を有する基板と、基板の一方の面に第１配線層、第２配線層および第３配線層が基板側から順に積層された多層配線構造を有し、多層配線構造は、第１配線層と第２配線層とを接続する第１ビアと、第２配線層と第３配線層とを接続し、平面視において前記第１ビアと重畳する第２ビアと、を含み、第１配線層は、信号線およびグランド線を含み、多層配線構造と基板との間に、第１開口部を有し、基板よりもヤング率が低い絶縁性の中間層が設けられ、第１開口部に基板およびグランド線を接続する導通部が設けられている。
【００２２】
本発明の一実施形態に係る多層配線構造体は、導電性を有する基板と、基板の一方の面に第１配線層、第２配線層および第３配線層が基板側から順に積層された多層配線構造を有し、多層配線構造は、第１配線層と第２配線層とを接続する第１ビアと、第２配線層と第３配線層とを接続し、平面視において前記第１ビアと重畳する第２ビアと、を含み、第１配線層は、信号線およびグランド線を含み、多層配線構造と基板との間に、第１開口部を有し、基板よりも熱膨張率が高く、前記第１配線層よりも熱膨張率が低い絶縁性の中間層が設けられ、第１開口部に基板およびグランド線を接続する導通部が設けられている。
【００２３】
この多層配線構造体によれば、多層配線構造において、最も基板に近い配線層を信号線として使用することができる。また、熱処理工程によって起きる各層の伸縮による局所的な応力を緩和することができる。
【００２４】
また、別の好ましい態様において、第１ビアと導通部とは、平面視において異なる位置に配置されてもよい。
【００２５】
また、別の好ましい態様において、第１配線層は、Ｃｕを含む導電層を有し、基板よりも中間層の方が、Ｃｕの拡散速度が遅くてもよい。
【００２６】
この多層配線構造体によれば、Ｃｕが基板に拡散することを抑制することができる。
【００２７】
また、別の好ましい態様において、中間層は樹脂材料であってもよい。
【００２８】
この多層配線構造体によれば、熱処理工程によって起きる各層の伸縮による局所的な応力を緩和することができる。
【００２９】
また、別の好ましい態様において、基板の他方の面にパターニングされた絶縁層を有してもよい。
【００３０】
また、別の好ましい態様において、絶縁層は樹脂材料であってもよい。
【００３１】
また、別の好ましい態様において、絶縁層は第２開口部を有してもよい。
【００３２】
また、別の好ましい態様において、導通部と第２開口部とは、平面視において互いに重畳してもよい。
【００３３】
また、別の好ましい態様において、第１ビアおよび第２ビアと第２開口部とは、平面視において互いに重畳してもよい。
【００３４】
この多層配線構造体によれば、基板の一方の面に積層された中間層または多層配線構造によって発生する応力を緩和することができる。
【００３５】
また、別の好ましい態様において、基板と中間層との間に金属層を有してもよい。
【００３６】
この多層配線構造体によれば、グランド線と基板との接触抵抗を下げることができ、より安定したグランド特性を確保することができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によると、多層配線構造において、設計の自由度が向上する多層配線構造体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る多層配線構造体の断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る多層配線構造体の製造方法において、開口部を有する中間層が形成された基板の断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る多層配線構造体の製造方法において、第１導電材料および下部第２導電材料が形成された基板の断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る多層配線構造体の製造方法において、下部第２導電材料上にフォトレジストが形成された基板の断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る多層配線構造体の製造方法において、下部第２導電材料上に上部第２導電材料が形成された基板の断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る多層配線構造体の製造方法において、下部第２導電材料上のフォトレジストが除去された基板の断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る多層配線構造体の製造方法において、エッチングにより第１配線層のパターンが形成された基板の断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態に係る多層配線構造体の製造方法において、第１配線層上に第１無機絶縁層および第２無機絶縁層が形成された基板の断面図である。
【図９】本発明の第１実施形態に係る多層配線構造体の製造方法において、第２無機絶縁層上に第１有機絶縁層が形成された基板の断面図である。
【図１０】本発明の第１実施形態に係る多層配線構造体の製造方法において、第１無機絶縁層および第２無機絶縁層に開口部が形成された基板の断面図である。
【図１１】本発明の第１実施形態に係る多層配線構造体の製造方法において、第１有機絶縁層上に第３導電材料が形成された基板の断面図である。
【図１２】本発明の第１実施形態に係る多層配線構造体の製造方法において、第３導電材料上に下部第４導電材料が形成された基板の断面図である。
【図１３】本発明の第１実施形態に係る多層配線構造体の製造方法において、下部第４導電材料上にフォトレジストが形成された基板の断面図である。
【図１４】本発明の第１実施形態に係る多層配線構造体の製造方法において、下部第４導電材料上に上部第４導電材料が形成された基板の断面図である。
【図１５】本発明の第１実施形態に係る多層配線構造体の製造方法において、下部第４導電材料上のフォトレジストが除去された基板の断面図である。
【図１６】本発明の第１実施形態に係る多層配線構造体の製造方法において、エッチングにより第２配線層のパターンが形成された基板の断面図である。
【図１７】本発明の第１実施形態に係る多層配線構造体の製造方法において、第２配線層上に第３無機絶縁層および第４無機絶縁層が形成された基板の断面図である。
【図１８】本発明の第１実施形態に係る多層配線構造体の製造方法において、第４無機絶縁層上に第２有機絶縁層が形成された基板の断面図である。
【図１９】本発明の第１実施形態に係る多層配線構造体の製造方法において、第３無機絶縁層および第４無機絶縁層に開口部が形成された基板の断面図である。
【図２０】本発明の第１実施形態に係る多層配線構造体の製造方法において、配線層のパターンをエッチングする方法の詳細を説明する基板の断面図である。
【図２１】本発明の第１実施形態に係る多層配線構造体の製造方法において、有機絶縁層を形成する方法の詳細を説明する基板の断面図である。
【図２２】本発明の第２実施形態に係る多層配線構造体の断面図である。
【図２３】本発明の第３実施形態に係る多層配線構造体の断面図である。
【図２４】本発明の第４実施形態に係る多層配線構造体の断面図である。
【図２５】本発明の第４実施形態の変形例に係る多層配線構造体の断面図である。
【図２６】本発明の第５実施形態に係る多層配線構造体の断面図である。
【図２７】本発明の実施例１に係る多層配線構造体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態に係る多層配線構造体について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。なお、本実施形態で参照する図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号または類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。
【００４０】
［多層配線構造体の構成］
図１は、本発明の第１実施形態に係る多層配線構造体の断面図である。図１では、多層配線構造体の一例として、６層の配線構造体の断面図を用いて説明する。
【００４１】
図１では、導電性を有する基板１００の一方の面に第１乃至第６配線層（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０）と、第１乃至第６配線層の各配線層を隔離する第１乃至第５層間膜（１１９、１２９、１３９、１４９、１５９）と、第１乃至第５配線層（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）のうち隣接する配線層を接続する第１乃至第４ビア（１９１、１９２、１９３、１９４）と、を有する多層配線構造が形成されている。ここで、第１乃至第４ビア（１９１、１９２、１９３、１９４）は、平面視において互いに重畳している。
【００４２】
図１では、第１乃至第６配線層はそれぞれ信号線８００およびグランド線９００を有している。また、基板１００と多層配線構造の最下層の配線層である第１配線層１１０との間には、開口部１８０を有する絶縁性の中間層１０１が設けられ、開口部１８０に基板１００とグランド線９００の第１配線層１１０とを接続する導通部１９０が形成されている。図１では、第１配線層１１０の一部が開口部１８０に充填されることで、導通部１９０を形成する構造を例示したが、この構造に限定されず、例えば、導通部１９０として、第１配線層１１０とは異なる導電層を使用してもよい。
【００４３】
図１では、第１配線層１１０は第１導電層１１１および第２導電層１１２を有する。第２導電層１１２としては、電気抵抗が低い金属材料が好ましい。例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）などを使用することができる。また、アルミニウム−ネオジウム合金（Ａｌ−Ｎｄ）やアルミニウム−銅合金（Ａｌ−Ｃｕ）などのアルミニウム合金を使用することができる。第１導電層１１１としては、密着性や、第２導電層１１２に対するバリア性を有する材料を使用することが好ましい。例えば、第２導電層１１２としてＣｕを使用した場合、第１導電層１１１としては、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、Ｃｒ（クロム）などを使用することができる。なお、図１では、配線層として２つの導電層の積層構造を例示したが、この構造に限定されず、１つの導電層の単層構造であってもよく、また、３つ以上の導電層による積層構造であってもよい。
【００４４】
図１では、第１層間膜１１９は第１無機絶縁層１１３、第２無機絶縁層１１４および第１有機絶縁層１１５を有する。第１無機絶縁層１１３は、第１導電層１１１、第２導電層１１２および露出された中間層１０１を覆うように形成されている。また、第２無機絶縁層１１４は第１無機絶縁層１１３を覆うように形成されており、さらにその上に第１有機絶縁層１１５が形成されている。ここで、第１有機絶縁層１１５の誘電率は、第１無機絶縁層１１３および第２無機絶縁層１１４の各々の誘電率よりも低いことが望ましい。なお、第１層間膜１１９は上記３層構造に限るものではなく、有機絶縁層又は無機絶縁層を少なくとも１層以上含むように構成されていてもよい。
【００４５】
第１無機絶縁層１１３は、第２導電層１１２に対するバリア性を有している材料を使用することが好ましい。換言すると、第１無機絶縁層１１３は、第２無機絶縁層１１４や第１有機絶縁層１１５に比べて、第２導電層１１２の拡散速度が遅い材料であることが好ましい。例えば、第２導電層１１２としてＣｕを使用した場合、第１無機絶縁層１１３としては、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）、窒化シリコンカーバイト（ＳｉＣＮ）、炭素添加シリコンオキサイド（ＳｉＯＣ）などを使用することができる。また、第１無機絶縁層１１３は被覆性の良い成膜条件で成膜することが好ましい。また、第２導電層１１２としてＣｕを使用し、第１無機絶縁層１１３としてＳｉＮを使用した場合、Ｃｕの拡散防止機能を得るために一定以上の膜厚であることが好ましく、ＳｉＮは比誘電率が７．５と高いため配線層間の寄生容量を抑制するために一定以下の膜厚にすることが好ましい。具体的には、ＳｉＮ膜の膜厚は、好ましくは１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であるとよい。また、より好ましくは、５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であるとよい。
【００４６】
第１無機絶縁層１１３は、第１配線層１１０によって形成された段差部において、第１無機絶縁層１１３のひび割れや、膜が粗な領域が発生しないようにすることが好ましい。例えば、第１無機絶縁層１１３は、成膜温度が高い条件で成膜することが望ましく、好ましくは２００℃以上であるとよい。より好ましくは、３００℃以上であるとよい。また、第１無機絶縁層１１３の被覆性を良くするために、第１配線層１１０の端面を中間層１０１の表面に対して傾斜した順テーパ形状にしてもよい。第１配線層１１０のテーパ角度は、好ましくは３０度以上９０度以下であるとよい。より好ましくは、３０度以上６０度以下であるとよい。ここで、第１配線層１１０に含まれる第１導電層１１１と第２導電層１１２の両方が順テーパ形状でなくてもよく、いずれか一方が順テーパ形状であればよい。
【００４７】
第２無機絶縁層１１４は、第１無機絶縁層１１３およびその上に形成される第１有機絶縁層１１５との密着性がよい材料を使用することが好ましい。例えば、第２無機絶縁層１１４としては、酸化シリコン（ＳｉＯ2）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）などを使用することができる。また、第２無機絶縁層１１４は被覆性の良い成膜条件で成膜することが好ましい。また、ＳｉＯ2膜は、基板の反りを調整及び信頼性向上のために一定以上の膜厚であることが好ましく、膜厚が厚すぎるとＰＩの応力との釣り合いが取れなくなるため一定以下の膜厚であることが好ましい。具体的には、ＳｉＯ2膜の膜厚は、好ましくは１μｍ以上８μｍ以下であるとよい。また、より好ましくは２μｍ以上５μｍ以下であるとよい。
【００４８】
第１有機絶縁層１１５は、第１配線層１１０によって形成された段差を緩和または平坦化し、また、誘電率が第１無機絶縁層１１３および第２無機絶縁層１１４よりも低い材料であることが好ましく、例えば感光性ポリイミドなどの樹脂材料で形成されるとよい。第１有機絶縁層１１５の膜厚は、少なくとも第１配線層１１０によって形成される段差以上の膜厚であることが好ましく、また、配線層間の寄生容量を小さくするために、塗布工程の可能な限り厚く形成することが好ましい。具体的には、第１有機絶縁層の膜厚は、好ましくは４μｍ以上２４μｍ以下であるとよい。また、より好ましくは８μｍ以上２０μｍ以下であるとよい。また、感光性ポリイミドの代わりに、感光性アクリルや感光性シロキサンなどを使用することができる。その他にも、誘電率が低く、Ｃｕに対するバリア性を有するベンゾシクロブテンを使用してもよい。また、感光性樹脂に限らず、非感光性樹脂を使用してもよい。
【００４９】
非感光性樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、液晶ポリマー、ポリアミドイミド、ポリベンゾオキサゾール、シアネート樹脂、アラミド、ポリオレフィン、ポリエステル、ＢＴレジン、ＦＲ−４、ＦＲ−５、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、シンジオタクチック・ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルニトリル、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテルポリサルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリエーテルイミドなどを用いることができる。上記の樹脂は単体で用いられてもよく、２種類以上の樹脂を組み合わせて用いられてもよい。また、上記の樹脂に、ガラス、タルク、マイカ、シリカ、アルミナ等、無機フィラーを併用して用いてもよい。
【００５０】
第１層間膜１１９には、開口部１８１が設けられており、開口部１８１の内部には第１ビア１９１が充填されている。図１では、第２配線層１２０の一部が開口部１８１に充填されることで、第１ビア１９１を形成する構造を例示したが、この構造に限定されず、例えば、第１ビア１９１として、第２配線層１２０とは異なる導電層を使用してもよい。また、図１では、開口部１８１および第１ビア１９１は基板に対して直角の形状を有する構造を例示したが、この構造に限定されず、開口部１８１および第１ビア１９１が基板に対して順テーパ形状を有していてもよく、また、開口部１８１および第１ビア１９１が基板に対して逆テーパ形状を有していてもよい。また、図１では、開口部１８１が導電層で満たされた構造を例示したが、ビアは隣接する配線層間を接続すればよく、開口部１８１の一部が空洞であってもよい。
【００５１】
図１のように、第２配線層１２０を第１ビア１９１として使用する場合、第４導電層１２２として、第２導電層１１２と同様に電気抵抗が低い銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）などを使用することができる。また、アルミニウム−ネオジウム合金（Ａｌ−Ｎｄ）やアルミニウム−銅合金（Ａｌ−Ｃｕ）などのアルミニウム合金を使用することができる。また、第３導電層１２１として、第１導電層１１１と同様に第４導電層１２２に対するバリア性を有する材料を使用することが好ましい。例えば、第４導電層１２２がＣｕを含む場合、第３導電層１２１としては、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、Ｃｒ（クロム）などを使用することができる。
【００５２】
第１ビア１９１は、その底部において第１配線層１１０の第２導電層１１２と接しており、第１配線層１１０と第２配線層１２０とが電気的に接続される。なお、図１では、第２配線層１２６、１２７は上下の配線層と接続されていないが、図１に示す断面とは異なる箇所で上下の配線層と接続されていてもよい。
【００５３】
第２配線層１２０上には第２層間膜１２９が形成されている。第２層間膜１２９は、第１層間膜１１９と同じ構造を有しており、第３無機絶縁層１２３、第４無機絶縁層１２４および第２有機絶縁層１２５を有する。図１では、第２層間膜１２９の各々の層に使用される材料は、第１層間膜１１９の各々の層と同じ材料を使用しているため、ここでは詳細な説明は省略する。ただし、第２層間膜１２９の各々の層に使用する材料は、第１層間膜１１９の各々の層と同じ材料に限定されず、その層間膜の目的に応じて適宜選択することができる。
【００５４】
以降、第２配線層１２０と同様にして、第３乃至第５配線層（１３０、１４０、１５０）を形成することができる。第３配線層１３０の第５導電層１３１、第４配線層１４０の第７導電層１４１、第５配線層１５０の第９導電層１５１はそれぞれ第１導電層１１１と同じ材料で形成することができる。また、第３配線層１３０の第６導電層１３２、第４配線層１４０の第８導電層１４２、第５配線層１５０の第１０導電層１５２はそれぞれ第２導電層１１２と同じ材料で形成することができる。ただし、これらの導電層は、必ずしも第１導電層１１１または第２導電層１１２と同じでなくてもよく、その配線層の目的に応じて適宜選択することができる。
【００５５】
また、第２層間膜１２９と同様にして、第３乃至第５層間膜（１３９、１４９、１５９）を形成することができる。第３層間膜１３９の第５無機絶縁層１３３、第４層間膜１４９の第７無機絶縁層１４３、第５層間膜１５９の第９無機絶縁層１５３はそれぞれ第１無機絶縁層１１３と同じ材料で形成することができる。また、第３層間膜１３９の第６無機絶縁層１３４、第４層間膜１４９の第８無機絶縁層１４４、第５層間膜１５９の第１０無機絶縁層１５４はそれぞれ第２無機絶縁層１１４と同じ材料で形成することができる。また、第３層間膜１３９の第３有機絶縁層１３５、第４層間膜１４９の第４有機絶縁層１４５、第５層間膜１５９の第５有機絶縁層１５５はそれぞれ第１有機絶縁層１１５と同じ材料で形成することができる。ただし、これらの絶縁層は、必ずしも第１無機絶縁層１１３、第２無機絶縁層１１４または第１有機絶縁層１１５と同じでなくてもよく、その絶縁層の目的に応じて適宜選択することができる。
【００５６】
第１乃至第４ビア（１９１、１９２、１９３、１９４）はそれぞれ同じ平面座標で積層された、いわゆる、スタックビア構造を有している。換言すると、第１乃至第４ビア（１９１、１９２、１９３、１９４）は平面視において互いに重畳している。ここで、重畳するビアは平面視において完全に重畳する構造に限定されず、例えば、ビアの一部が重畳した構造を含む。図１に示すスタックビア構造において、積層された全てのビアが平面視において互いに重畳した構造を例示したが、この構造に限定されず、少なくともある配線層の上下に形成されたビアが平面視においた互いに重畳していればよい。例えば、第２配線層１２０の下の第１ビア１９１と上の第２ビア１９２とが、平面視において少なくとも一部で重畳していればよい。
【００５７】
また、図１では、第１乃至第４ビア（１９１、１９２、１９３、１９４）は全て同じ径である構造を例示したが、この構造に限定されず、層によってビアの径が異なっていてもよい。例えば、下の層のビア（例えば第１ビア１９１）に比べて、上の層のビア（例えば第４ビア１９４）の方が径が大きい構造であってもよい。また、特定の層のビアの径が他の層のビアの径と異なる構造であってもよい。
【００５８】
図１において、第５配線層１５０は、第５層間膜１５９に設けられた開口部１８５を介して、最上層の第６配線層１６０に接続される。第６配線層１６０は、第１１導電層１６１、第１２導電層１６２および第１３導電層１６３を有する。第１１導電層１６１としては、電気抵抗が低く、第１０導電層１５２との密着性がよい材料を使用することが好ましい。例えば、第１０導電層１５２と同じ材料を使用するとよく、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ａｌ−Ｎｄ、Ａｌ−Ｃｕなどを使用することができる。
【００５９】
また、第１３導電層１６３としては、耐食性が高く、酸化しにくく、外部素子との接触抵抗が低い材料を使用することが好ましい。例えば、Ａｕ、白金（Ｐｔ）などを使用することができる。また、第１２導電層１６２としては、第１１導電層１６１および第１３導電層１６３と密着性がよい材料が好ましい。また、例えば、第１３導電層１６３をめっきで形成する場合は、第１３導電層１６３のシード層として適した材料を使用することが好ましい。例えば、Ｔｉ、ニッケル（Ｎｉ）、ＴｉＮ、Ｃｒなどを使用することができる。
【００６０】
上記の多層配線構造と基板との間には、絶縁性の中間層１０１が形成されている。中間層１０１は、多層配線構造に起因する応力が基板に伝わることを緩和するために、基板１００よりも柔らかい、つまりヤング率が小さいことが望ましい。また、中間層１０１は、基板の熱膨張が多層配線構造に伝わることを緩和するために、基板１００よりも伸縮しやすく、第１配線層１１０の第１導電層１１１および第２導電層１１２よりも伸縮しにくいことが望ましい。つまり、基板１００よりも熱膨張率が高く、第１配線層よりも熱膨張率が低いことが望ましい。ここで、第２導電層１１２の膜厚が、例えば第１導電層１１１の膜厚に比べて５倍以上厚い場合、熱膨張率に起因する応力は第２導電層１１２に起因する応力が支配的になるため、中間層１０１の熱膨張率は第２導電層１１２の熱膨張率よりも低ければよい。また、中間層１０１は樹脂材料を含むことが望ましい。また、中間層１０１は、第２導電層１１２に対するバリア性を有している材料を使用することが好ましい。換言すると、中間層１０１は、基板１００に比べて、第２導電層１１２の拡散速度が遅い材料であることが好ましい。例えば、第２導電層１１２がＣｕを含む場合、中間層１０１としては、ポリイミド等の樹脂材料を使用することができる。図１では、多層配線構造と基板との間に１層の中間層が挟まれた構造を例示したが、この構造に限定されず、中間層と多層配線構造、または、中間層と基板との間に他の層が挟まれていてもよい。
【００６１】
ここで、図１では、設計の自由度が高い多層配線構造体を提供するため、また、平面方向の占有面積の小さい多層配線構造体を提供するために、複数のビアが平面視において互いに重畳したスタックビア構造が開示されている。プロセス中の熱処理工程による伸縮の度合いは、有機絶縁層と配線層との間、または、有機絶縁層と基板との間で異なる。そのため、スタックビア構造では、配線層およびビアが重畳した領域Ａ−Ｂ線と、各配線層間に有機絶縁層が形成された領域Ｃ−Ｄ線とでは、熱処理工程による伸縮の度合いおよび内部に発生する応力は大きく異なる。
【００６２】
特に、有機絶縁層に比べて硬い、つまりヤング率が大きい配線層が積層された領域Ａ−Ｂ線では、配線層間に有機絶縁層が配置された領域Ｃ−Ｄ線に比べてＤ２（立体）方向に大きい応力が発生する。また、有機絶縁層と基板との間にも、熱処理工程による伸縮の度合いに起因したＤ１（平面）方向の応力が基板全面で発生する。
【００６３】
従来のように、基板上に中間層を設けずにスタックビア構造を形成すると、上記のＤ１方向またはＤ２方向の応力に起因して、ビアや無機絶縁層へのクラック発生や、ビアと配線の剥離などの問題が発生する。しかし、図１に示した構造によると、少なくとも第１配線層１１０と基板１００との間に中間層１０１が設けられている領域においては、上記のＤ１方向またはＤ２方向の応力を緩和することができ、ビアや無機絶縁層へのクラック発生や、ビアと配線の剥離などの問題を抑制することができる。
【００６４】
また、従来のように、基板上に中間層を設けずに多層配線構造を形成した構造において、特に第１配線層１１０の第２導電層１１２がＣｕを含む場合、第１導電層１１１および第１無機絶縁層１１３としてＣｕに対するバリア性を有する材料を使用した場合であっても、熱処理工程によって第１無機絶縁層１１３に発生したクラックを介して、Ｃｕが基板まで拡散することがある。例えば基板１００に導電性または半導体の材料を用いた場合、第１配線層１１０と基板１００がショートしてしまう問題が発生する。このような問題が発生すると、少なくとも第１配線層１１０を信号線に使用することはできず、設計の自由度が制限されてしまう。
【００６５】
上記のように、基板と多層配線構造との間に上記の特徴を有する絶縁性の中間層を設けることで、熱処理工程によって配線層およびビアが重畳した領域で発生する立体方向の応力を緩和することができる。また、中間層を設けることで、熱処理工程によって基板全面で発生する平面方向の応力も緩和することができる。その結果、ビアや無機絶縁層へのクラック発生や、ビアと配線の剥離などの問題を抑制することができる。
【００６６】
また、基板と多層配線構造との間に上記の特徴を有する絶縁性の中間層を設けることで、熱処理工程によってＣｕが基板まで拡散することを抑制することができる。その結果、第１配線層と基板がショートする問題を抑制することができるため、第１配線層１１０を信号線８００に使用することができ、特性インピーダンスを整合させた配線を配置することができる。また、グランド線９００を導電性の基板１００に接続させることで、より安定したグランド特性を得ることができる。
【００６７】
したがって、図１に一例を示した第１実施形態によると、多層配線構造において、設計の自由度が向上する多層配線構造体を提供することができる。また、熱処理工程に対する耐性の高い多層配線構造体を提供することができる。また、スタックビア構造の多層配線構造体を得ることができることから、平面方向の占有面積の小さい多層配線構造体を提供することができる。また、有機絶縁層として、無機絶縁層よりも誘電率が低い材料を使用することで、積層された各配線間の寄生容量を小さくすることができるため、配線を伝達する信号の遅延を抑制することができる多層配線構造体を提供することができる。また、すべての配線層において、特性インピーダンスが整合された配線が配置可能となり、高速伝送を可能とする多層配線構造体を提供することができる。
【００６８】
［多層配線構造体の製造方法］
次に、図２乃至１９を用いて、本発明の第１実施形態に係る多層配線構造体の製造方法を説明する。図２乃至１９において、図１に示す要素と同じ要素には同じ符号を付した。
【００６９】
図２は、本発明の第１実施形態に係る多層配線構造体の製造方法において、第１導電材料および下部第２導電材料が形成された基板の断面図である。図２に示すように、シリコン基板などの基板１００上に、塗布法を用いて、ポリイミドなどの樹脂材料を用いた絶縁性の中間層１０１を形成する。次に、フォトマスクを用いて露光をした後に現像を行い、図２に示すように、開口部１８０を形成する。
【００７０】
次に、図３に示すように、スパッタリング法により、中間層１０１上および開口部１８０内部に第１導電材料２１１を成膜し、その上に下部第２導電材料２１２を成膜することで、導通部１９０の一部を形成する。下部第２導電材料２１２としては、低抵抗なＣｕを使用することが好ましく、その場合、第１導電材料２１１としては、Ｃｕに対してバリア性を有するＴｉを使用することが好ましい。中間層１０１および第１導電材料２１１は、基板１００にＣｕが拡散し、第１導電材料２１１と基板１００とがショートすることを抑制するためのバリア層としての役割を果たす。また、下部第２導電材料２１２は、電解めっき法によりＣｕを成長させるためのシード層としての役割を果たす。なお、ここでは、Ｔｉ以外のバリア層の材料として、ＴｉＮや高融点金属のＴａ、ＴａＮ、Ｃｒなどを用いることも可能である。
【００７１】
次に、図４に示すように、下部第２導電材料２１２の上にフォトレジストを塗布した後に、露光及び現像を行うことにより配線形成用レジストパターン３１０を形成する。その後、電解めっき法を用いて配線形成用レジストパターン３１０より露出している下部第２導電材料２１２上に下部第２導電材料２１２と同じ材料を成長させることで、図５に示すように上部第２導電材料２１３を形成する。これらの工程によって、開口部１８０内に導通部１９０を充填する。図５では、上部第２導電材料２１３として、下部第２導電材料２１２と同じ材料を成長させる製造方法を例示したが、この方法に限定されず、上部第２導電材料２１３を下部第２導電材料２１２と異なる材料を成長させてもよい。
【００７２】
次に、上部第２導電材料２１３を形成した後に、配線形成用レジストパターン３１０を形成するフォトレジストを有機溶媒により除去し、図６の構造を得る。なお、フォトレジストの除去には、有機溶媒を用いる代わりに、酸素プラズマによるアッシングを用いることもできる。
【００７３】
次に、図７に示すように、配線形成用レジストパターン３１０により覆われていた下部第２導電材料２１２の一部および第１導電材料２１１の一部を、酸性の薬液によってエッチングし、第１導電層１１１および第２導電層１１２を形成する。このエッチングによって、上部第２導電材料２１３の膜厚は薄くなるため、この薄膜化の影響を考慮して上部第２導電材料２１３の膜厚を設定することが好ましい。また、上記の薬液によるエッチングの代わりに、イオンミリングやドライエッチングなどを用いることもできる。
【００７４】
酸性の水溶液を用いる場合、第２導電層１１２よりも第１導電層１１１の方がエッチング速度が速いと、図２０に示すようにアンダーカット３０１が形成されてしまう。特に、配線の幅が５μｍ以下になると、第１導電層１１１と下地の中間層１０１との間での十分な密着性が取れなくなり、第１導電層１１１が自身の応力などによって剥離してしまうことがある。一方、イオンミリングやドライエッチングを用いる場合には、このようなアンダーカットが起こり難いので、微細な配線形成が可能となる。
【００７５】
次に、図８に示すように、第２導電層１１２の上にプラズマＣＶＤ法を用いて、ＳｉＮ膜などの第１無機絶縁層１１３およびＳｉＯ2膜などの第２無機絶縁層１１４を成膜する。ＳｉＮ膜の成膜には、ＳｉＨ4をＳｉ源とし、ＮＨ3を窒素源として使用することができる。また、ＳｉＯ2膜の成膜には、ＳｉＨ4をＳｉ源とし、Ｎ2Ｏを酸素源とすることができる。また、Ｓｉ源としてテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を用いることができる。また、酸素源として、Ｏ2を用いることもできる。
【００７６】
ＳｉＯ2膜は、基板１００の反りを抑制する点で、膜応力を−３００ＭＰａ以上、−１００ＭＰａ以下の圧縮応力に調整することが好ましい。特に膜応力は−２００ＭＰａ以上、−１５０ＭＰａ以下に調整することが好ましい。
【００７７】
なお、第２導電層１１２がＣｕを含む場合、Ｃｕの表面に酸化銅が存在すると、第１無機絶縁層１１３とＣｕとの密着力が低下するので第１無機絶縁層１１３の成膜前にＣｕ表面を希硫酸などで洗浄するのが好ましい。また、第１無機絶縁層１１３の成膜前に同一チャンバ内でＣｕ表面をＮＨ3プラズマに晒して酸化銅の除去を行うこともできる。
【００７８】
また、第２導電層１１２がＣｕを含む場合、第１無機絶縁層１１３としてはＣｕに対するバリア性を有するＳｉＮ膜を使用することが好ましく、第２導電層１１２のＣｕ原子やＣｕ分子、Ｃｕイオンが第２導電層１１２の側面および上面から第２無機絶縁層１１４に熱拡散するのを防止し、さらに、隣接する配線層間の電界に起因する拡散を防止するバリア絶縁層としての役割を果たす。ここで、ＳｉＮ膜をバリア絶縁層として用いる代わりに、ＳｉＣ膜（酸素を数％から１０％含んでいてもよい）を用いることができる。ＳｉＣ膜もプラズマＣＶＤにより成膜することが可能であり、第２導電層１１２のＣｕ原子やＣｕ分子、Ｃｕイオンの拡散を防止する効果がある。
【００７９】
また、第２無機絶縁層１１４としてＳｉＯ2膜の代わりに、ＳｉＯＣ膜、ＳｉＯＦ膜などを用いてもよい。ＳｉＯＣ膜やＳｉＯＦ膜もプラズマＣＶＤによって成膜することができる。ＳｉＯＣ膜やＳｉＯＦ膜はＳｉＯ2膜よりも誘電率が低く、積層された各配線間の寄生容量を小さくすることができる。
【００８０】
次に、第２無機絶縁層１１４の上にスピンコート法によりポリイミドなどの第１有機絶縁層１１５を塗布する。ポリイミドの代わりに、ベンゾシクロブテンなどを使用してもよい。また、感光性樹脂に限らず、非感光性樹脂を使用してもよい。
【００８１】
非感光性樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、液晶ポリマー、ポリアミドイミド、ポリベンゾオキサゾール、シアネート樹脂、アラミド、ポリオレフィン、ポリエステル、ＢＴレジン、ＦＲ−４、ＦＲ−５、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、シンジオタクチック・ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルニトリル、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテルポリサルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリエーテルイミドなどを用いることができる。上記の樹脂は単体で用いられてもよく、２種類以上の樹脂を組み合わせて用いられてもよい。また、上記の樹脂に、ガラス、タルク、マイカ、シリカ、アルミナ等、無機フィラーを併用して用いてもよい。
【００８２】
ただし、非感光性の樹脂を用いる場合には、さらに感光性の樹脂を塗布しリソグラフィーによりパターンニングを行う必要がある。このため、非感光性の樹脂を用いると工程が増加する場合がある。第１実施形態では、第１有機絶縁層１１５として感光性ポリイミドを使用した製造方法を説明する。
【００８３】
第１有機絶縁層１１５を塗布した場合には、フォトマスクを用いて露光をした後に現像を行い、図９に示すように、第２導電層１１２の上方の必要な位置に凹部２８１を形成する。ここで、「必要な位置」とは、第２導電層１１２をそれよりも上層に形成される配線と接続するビアを配置する必要のある位置を指す。
【００８４】
凹部２８１の形成後に塗布した第１有機絶縁層１１５を硬化させるために熱硬化処理を行う。熱硬化処理は、使用する有機絶縁層のガラス転移温度以下に設定することが好ましい。ガラス転移温度を越す温度で硬化させると、凹部２８１の形状が変形してしまい、設計寸法よりも開口径が大きくなるなどの問題が発生するからである。例えば、第１有機絶縁層１１５としてポリイミドを使用した場合、ポリイミドのガラス転移温度が２８０℃であれば、２５０℃で熱処理を行うことが好ましく、例えば、２５０℃、１時間、窒素雰囲気下で熱処理を行うとよい。なお、熱硬化の処理に限らず、この工程以降の熱処理は、ポリイミドのガラス転移温度を越えないようにして、行うのが好ましい。
【００８５】
なお、第１有機絶縁層１１５を熱硬化させると、第１配線層１１０による段差の影響で、凹部２８１以外の領域において、図２１に示すような段差３０２が発生することがある。このような段差は、配線層を積層するにしたがって大きくなり、パターン露光時のフォーカスずれを発生させる。このため、設計寸法に基づく配線パターンの形成が困難となり、隣接する配線がショートする問題や、逆に配線が断線する問題が発生する。このような第１有機絶縁層１１５の段差３０２を低減させるために、ポリイミドのような熱収縮率の小さな（好ましくは、熱収縮率が１５％以下）有機材料を使用することが好ましい。また、高精度でポリイミドの表面の凹凸を除去するには、フライカッターを用いることもできる。
【００８６】
次に、第１有機絶縁層１１５をマスクとしてプラズマエッチングすることで、凹部２８１の底部の第１無機絶縁層１１３および第２無機絶縁層１１４をエッチングする。ここでは、第１無機絶縁層１１３としてＳｉＮ膜を使用し、第２無機絶縁層１１４としてＳｉＯ2膜を使用し、第１有機絶縁層１１５としてポリイミドを使用した場合のエッチング方法について詳しく説明する。
【００８７】
ＳｉＯ2膜のエッチングガスとしては、ＣＦ4（流量２０ｓｃｃｍ）とＨ2（流量５ｓｃｃｍ）との混合ガスを用いることができる。混合ガスの流量比を変化させることで、硬化したポリイミドとＳｉＯ2膜のエッチング速度の比率を調整することが可能である。ここで、ＳｉＯ2膜に対するポリイミドのエッチング速度の比率が小さくなるように調整することが好ましい。なお、エッチングガスは、上述したものに限らず、ＣＦ4の代わりにＣＨＦ３やＣＨ2Ｆ2を用いることができる。
【００８８】
ＳｉＮ膜のエッチングガスとしては、ＣＦ4（流量２０ｓｃｃｍ）とＯ2（流量２ｓｃｃｍ）との混合ガスを用いることができる。ＳｉＮ膜のエッチングにおいても、混合ガスの流量比を変化させることで、硬化したポリイミドとＳｉＮ膜のエッチング速度の比率を調整することが可能である。ＳｉＯ2と同様に、ＳｉＮ膜に対するポリイミドのエッチング速度の比率が小さくなるように調整することが好ましい。
【００８９】
上記のように、第１無機絶縁層１１３および第２無機絶縁層１１４のエッチングによって、第１配線層１１０と第２配線層１２０とを電気的に接続する第１ビア１９１を充填するための開口部１８１が形成される。この開口部１８１が形成された直後は、開口部１８１の側壁や底部にＳｉやＦを含む炭素化合物が付着している場合がある。この炭素化合物を除去するために、有機溶剤で洗浄を行ってもよい。また、開口部１８１の底部において露出した第２導電層１１２の表面はプラズマエッチングによって酸化している場合がある。この表面の酸化物を除去するために、希硫酸による洗浄を行ってもよい。
【００９０】
第１無機絶縁層１１３および第２無機絶縁層１１４に対するプラズマエッチングにより、第１有機絶縁層１１５の表面はプラズマダメージを受け、第１有機絶縁層１１５固有の耐熱性が損なわれている場合がある。この場合には、例えば第１有機絶縁層１１５のガラス転移温度以下で熱処理を行うことで、表面のダメージ層を除去することができる。このようにして、図１０に示す構造を得ることができる。
【００９１】
次に、図１１に示すように、スパッタリング法によって第３導電材料２２１を成膜する。第２導電層１１２がＣｕを含む場合、第３導電材料２２１としては、第１導電層１１１と同様にＴｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｃｒなどを使用することで、Ｃｕ原子やＣｕ分子、Ｃｕイオンが拡散しないようにするバリアメタルとして機能させることができる。
【００９２】
次に、図１２に示すように、スパッタリング法によって下部第４導電材料２２２を成膜する。下部第４導電材料２２２としては、低抵抗なＣｕを使用することが好ましい。また、下部第４導電材料２２２は、電解めっき法によりＣｕを成長させるためのシード層としての役割を果たす。
【００９３】
次に、図１３に示すように、下部第４導電材料２２２の上にフォトレジストを塗布した後に、露光及び現像を行うことにより配線形成用レジストパターン３２０を形成する。その後、電解めっき法を用いて配線形成用レジストパターン３２０より露出している下部第４導電材料２２２上に下部第４導電材料２２２と同じ材料を成長させることで、図１４に示すように上部第４導電材料２２３を形成する。図１４では、上部第４導電材料２２３として、下部第４導電材料２２２と同じ材料を成長させる製造方法を例示したが、この方法に限定されず、上部第４導電材料２２３を下部第４導電材料２２２と異なる材料を成長させてもよい。
【００９４】
次に、上部第４導電材料２２３を形成した後に、配線形成用レジストパターン３２０を形成するフォトレジストを有機溶媒により除去し、図１５の構造を得る。なお、フォトレジストの除去には、有機溶媒を用いる代わりに、酸素プラズマによるアッシングを用いることもできる。
【００９５】
次に、図１６に示すように、配線形成用レジストパターン３２０により覆われていた下部第４導電材料２２２の一部および第３導電材料２２１の一部を、酸性の薬液によってエッチングし、第３導電層１２１および第４導電層１２２を形成する。このエッチングによって、上部第４導電材料２２３の膜厚は薄くなるため、この薄膜化の影響を考慮して上部第４導電材料２２３の膜厚を設定することが好ましい。また、上記の薬液によるエッチングの代わりに、イオンミリングやドライエッチングなどを用いることもできる。
【００９６】
次に、図１７に示すように、第４導電層１２２の上に第３無機絶縁層１２３および第４無機絶縁層１２４を成膜する。例えば、第４導電層１２２がＣｕを含む場合、第３無機絶縁層１２３としては、第１無機絶縁層１１３と同様にＣｕに対するバリア性を有するＳｉＮ膜を使用することが好ましく、第４無機絶縁層１２４としては、第２無機絶縁層１１４と同様にＳｉＯ2膜を使用することが好ましい。第３無機絶縁層１２３としてＳｉＮ膜をバリア絶縁層として用いる代わりに、ＳｉＣ膜（酸素を数％から１０％含んでいてもよい）を用いることができる。また、第４無機絶縁層１２４としてＳｉＯ2膜の代わりに、ＳｉＯＣ膜、ＳｉＯＦ膜などを用いてもよい。
【００９７】
次に、第４無機絶縁層１２４の上にスピンコート法によりポリイミドなどの第２有機絶縁層１２５を塗布する。ポリイミドの代わりに、ベンゾシクロブテンなどを使用してもよい。また、感光性樹脂に限らず、非感光性樹脂を使用してもよい。
【００９８】
非感光性樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、液晶ポリマー、ポリアミドイミド、ポリベンゾオキサゾール、シアネート樹脂、アラミド、ポリオレフィン、ポリエステル、ＢＴレジン、ＦＲ−４、ＦＲ−５、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、シンジオタクチック・ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルニトリル、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテルポリサルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリエーテルイミドなどを用いることができる。上記の樹脂は単体で用いられてもよく、２種類以上の樹脂を組み合わせて用いられてもよい。また、上記の樹脂に、ガラス、タルク、マイカ、シリカ、アルミナ等、無機フィラーを併用して用いてもよい。
【００９９】
第１実施形態では、第２有機絶縁層１２５として感光性ポリイミドを使用した製造方法を説明する。
【０１００】
第２有機絶縁層１２５を塗布した場合には、フォトマスクを用いて露光をした後に現像を行い、図１８に示すように、第４導電層１２２の上方の必要な位置に凹部２８２を形成する。ここで、「必要な位置」とは、第４導電層１２２をそれよりも上層に形成される配線と接続するビアを配置する必要のある位置を指す。
【０１０１】
凹部２８１の形成後に、第２有機絶縁層１２５を硬化させるため、第２有機絶縁層１２５のガラス転移温度以下の温度で熱硬化処理を行う。例えば、第２有機絶縁層１２５としてポリイミドを使用した場合、ポリイミドのガラス転移温度が２８０℃であれば、上述のように２５０℃とする。なお、熱硬化の処理に限らず、この工程以降の熱処理は、ポリイミドのガラス転移温度を越えないようにして、行うのが好ましい。
【０１０２】
次に、第２有機絶縁層１２５をマスクとしてプラズマエッチングすることで、凹部２８２の底部の第３無機絶縁層１２３および第４無機絶縁層１２４をエッチングする。プラズマエッチングの方法は、第１無機絶縁層１１３および第２無機絶縁層１１４のエッチング方法と同様の方法を使用することができる。第３無機絶縁層１２３および第４無機絶縁層１２４のエッチングによって、第２配線層１２０と第３配線層１３０とを電気的に接続する第２ビア１９２を充填するための開口部１８２が形成される。このようにして、図１９に示す構造を得ることができる。
【０１０３】
以降、図１１乃至１９で説明した方法を繰り返すことで、図１に示す多層配線構造体を得ることができる。
【０１０４】
＜第２実施形態＞
以下、本発明の第２実施形態に係る多層配線構造体について、図面を参照しながら詳細に説明する。図２２は、本発明の第２実施形態に係る多層配線構造体の断面図である。図２２は、基板１００の一方の面に多層配線構造が形成される点においては図１と類似しているが、基板１００の他方の面にパターニングされた裏面絶縁層１０２を有する点において、図１とは異なる。
【０１０５】
裏面絶縁層１０２は、平面視において、中間層１０１に形成された開口部１８０と同じ平面座標に開口部１０３を有している。換言すると、中間層１０１に形成された開口部１８０または導通部１９０と、裏面絶縁層１０２に形成された開口部１０３とは、平面視において互いに重畳している。裏面絶縁層１０２は中間層１０１と同じ材料であってもよく、例えばポリイミド等の樹脂材料を使用することができる。また、裏面絶縁層１０２の平面形状は開口部１８０と同様の形状（例えば、ドット状）であってもよい。
【０１０６】
上記の構造によれば、熱処理工程によって多層配線構造および中間層１０１に発生する応力による基板の歪みを緩和することができる。さらに、裏面絶縁層１０２が、平面視において開口部１８０と重畳するように開口部１０３が配置されることで、中間層１０１によって発生する応力をより効果的に緩和することができる。その結果、基板の歪みが抑制された多層配線構造体を提供することができる。また、基板１００は、裏面絶縁層１０２に形成された開口部１０３を介して外部の接地部材に接続することができ、より安定したグランド特性を得ることができる。
【０１０７】
＜第３実施形態＞
以下、本発明の第３実施形態に係る多層配線構造体について、図面を参照しながら詳細に説明する。図２３は、本発明の第３実施形態に係る多層配線構造体の断面図である。図２３は、図１と類似しているが、中間層１０１に形成された開口部１８０および導通部１９０が、その上層に形成される複数のビアと異なる平面座標に配置される点において、図１とは異なる。換言すると、導通部１９０と第１乃至第４ビア（１９１、１９２、１９３、１９４）とは、平面視において互いに異なる位置に配置されている。また、換言すると、少なくとも、導通部１９０と第１ビア１９１とは平面視において互いに異なる位置に配置されている。また、換言すると、導通部１９０と第１ビア１９１とはクランク構造である。
【０１０８】
上記の構造によれば、グランド線９００のスタックビア構造においても、熱処理工程によって発生する立体方向の応力を中間層１０１によって緩和することができる。その結果、グランド線９００付近においても、ビアや無機絶縁層へのクラック発生や、ビアと配線の剥離などの問題を抑制することができる。
【０１０９】
＜第４実施形態＞
以下、本発明の第４実施形態に係る多層配線構造体について、図面を参照しながら詳細に説明する。図２４は、本発明の第４実施形態に係る多層配線構造体の断面図である。図２４は、基板１００の一方の面に多層配線構造が形成される点においては図２３と類似しているが、基板１００の他方の面にパターニングされた裏面絶縁層１０２を有する点において、図２３とは異なる。
【０１１０】
裏面絶縁層１０２は、平面視において、積層された複数のビアおよび中間層１０１に形成された開口部１８０と同じ平面座標に開口部１０３を有している。換言すると、複数のビアおよび開口部１８０と、裏面絶縁層１０２に形成された開口部１０３とは、平面視において互いに重畳している。裏面絶縁層１０２は中間層１０１と同じ材料であってもよく、例えばポリイミド等の樹脂材料を使用することができる。また、裏面絶縁層１０２の平面形状は中間層１０１の開口部１８０や多層配線構造の開口部１８１乃至１８４と同様の形状（例えば、ドット状）であってもよい。
【０１１１】
また、図２５は、本発明の第４実施形態の変形例に係る多層配線構造体の断面図である。図２５は、積層された複数のビアが異なる平面座標に配置されている点において、図２４と異なる。換言すると、図２５では、積層された複数のビアが平面視において互いに異なる位置に配置されている。また、換言すると、積層された複数のビアはクランク構造を有している。また、図２５では、裏面絶縁層１０２には複数のビアおよび開口部１８０と平面視において重畳するように開口部１０３が設けられた構造を例示するが、この構造に限定されず、少なくとも一箇所に基板１００との導通を取ることができる開口部を有していればよい。
【０１１２】
上記の構造によれば、熱処理工程によって多層配線構造および中間層１０１に発生する応力による基板の歪みを緩和することができる。さらに、平面視において中間層１０１の開口部１８０および多層配線構造の開口部１８１乃至１８４と重畳するように裏面絶縁層１０２に開口部１０３が配置されることで、裏面絶縁層１０２が中間層１０１および多層配線構造の複数の層間膜（１１９、１２９、１３９、１４９、１５９）によって発生する応力をより効果的に緩和することができる。その結果、基板の歪みが抑制された多層配線構造体を提供することができる。また、基板１００は、裏面絶縁層１０２に形成された開口部１０３を介して外部の接地部材に接続することができ、より安定したグランド特性を得ることができる。
【０１１３】
＜第５実施形態＞
以下、本発明の第５実施形態に係る多層配線構造体について、図面を参照しながら詳細に説明する。図２６は、本発明の第５実施形態に係る多層配線構造体の断面図である。図２６は、図１と類似しているが、基板１００と中間層１０１との間にグランド補助層１０４を有する点において、図１とは異なる。グランド補助層１０４は、少なくとも導電性の基板１００よりも固有抵抗が低く、さらに導通部１９０との接触抵抗が低い材料が好ましい。つまり、グランド補助層１０４は金属層であることが好ましい。
【０１１４】
上記の構造によれば、導通部１９０と基板１００との接触抵抗をより低抵抗化することができる。また、基板１００に複数の導通部１９０を介して複数のグランド線が接続された場合に、複数のグランド線同士を低抵抗で接続することができる。したがって、さらに安定したグランド特性を得ることができる。
【実施例１】
【０１１５】
以下、本発明を図２７に示す実施例１に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。図２７は、本発明の実施例１に係る多層配線構造体の断面図である。実施例１では、第１実施形態の多層配線構造体に対して、さらに２層の配線層を追加して、８層の配線構造体を作製した例について説明する。
【０１１６】
まず、基板１００として、厚さ４００μｍのシリコン基板を用意した。次に、基板１００上に絶縁性の中間層１０１として、スピンコート法によって１０μｍの感光性ポリイミドを塗布し、フォトマスクを用いて露光をした後に現像を行い、直径２０μｍの開口部１８０を有する中間層１０１を形成する。ポリイミドのヤング率は３乃至３．５ＧＰａであり、シリコン基板のヤング率は約１８５ＧＰａである。つまり、中間層１０１は基板１００よりもヤング率が低い。換言すると、中間層１０１は基板１００よりも柔らかい。また、ポリイミドは後述する配線層に使用するＣｕに対するバリア性を有している。つまり、ポリイミドはシリコン基板に比べてＣｕの拡散速度が遅い。
【０１１７】
中間層１０１上および開口部１８０内部には、第１配線層１１０および導通部１９０が同一の工程で形成される。第１配線層１１０および導通部１９０は、第１導電層１１１として厚さ５０ｎｍのＴｉと、第２導電層１１２として厚さ４μｍのＣｕと、の積層で形成する。ここで、第１導電層１１１のＴｉは第２導電層１１２のＣｕに対するバリア性を有している。開口部１８０内部は、第１導電層のＴｉで覆われており、第２導電層のＣｕと中間層１０１の開口部１８０内部とを隔離するように形成されている。また、第１配線層１１０の配線パターンは線幅は１０乃至１００μｍで形成することができる。
【０１１８】
図２７に示す実施例１では、第２乃至第７配線層（１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０）も第１配線層１１０と同様の積層構造及びパターン線幅で形成される。つまり、第３、５、７、９、１１、１３導電層（１２１、１３１、１４１、１５１、１６１、１７１）は第１導電層１１１と同じＴｉで形成され、第４、６、８、１０、１２、１４導電層（１２２、１３２、１４２、１５２、１６２、１７２）は第２導電層１１２と同じＣｕで形成される。
【０１１９】
中間層１０１上に第１配線層１１０が形成されると、これらを覆って第１層間膜１１９が形成される。第１層間膜１１９は、第１無機絶縁層１１３として厚さ１０ｎｍのＳｉＮ膜と、第２無機絶縁層１１４として厚さ２μｍのＳｉＯ2膜と、第１有機絶縁層１１５として厚さ１２μｍのポリイミドと、の積層で形成する。ここで、第１無機絶縁層１１３のＳｉＮ膜および第２無機絶縁層１１４のＳｉＯ2膜はプラズマＣＶＤ法を用いて形成される。また、第１有機絶縁層１１５のポリイミドは、第１配線層１１０によって形成された段差を緩和または平坦化する。つまり、第１配線層１１０上の第１有機絶縁層１１５のポリイミド膜厚１１５ｂは、第１配線層１１０が存在しない、中間層１０１上の第１有機絶縁層１１５のポリイミド膜厚１１５ａに比べると薄く形成されることになる。図２７に示す実施例１では、膜厚１１５ａは１２μｍであり、膜厚１１５ｂはおおよそ第１配線層１１０の膜厚の分だけ薄い８μｍであった。
【０１２０】
続いて、第１層間膜１１９に開口部１８１を形成する。開口部１８１は直径が１５μｍである。開口部１８１は、まず、第１有機絶縁層１１５として感光性ポリイミドを塗布し、フォトマスクを用いて露光をした後に現像を行い、開口部１８１を設ける位置に、下層の第２無機絶縁層１１４を露出する凹部を形成する。第１有機絶縁層１１５の感光性ポリイミドをマスクとして、凹部において露出された第２無機絶縁層１１４およびその下層の第１無機絶縁層１１３をプラズマエッチングすることで形成した。第２無機絶縁層１１４のＳｉＯ2膜のエッチングには、ＣＦ4（流量２０ｓｃｃｍ）とＨ2（流量５ｓｃｃｍ）との混合ガスを用いた。また、第１無機絶縁層１１３のＳｉＮ膜のエッチングには、ＣＦ4（流量２０ｓｃｃｍ）とＯ2（流量２ｓｃｃｍ）との混合ガスを用いた。
【０１２１】
続いて、第１層間膜１１９上および開口部１８１内部に第２配線層１２０および第１ビア１９１が同一の工程で形成される。第２配線層１２０および第１ビア１９１は、第１配線層１１０と同様に、第３導電層１２１として厚さ５０ｎｍのＴｉと、第４導電層１２２として厚さ４μｍのＣｕと、の積層で形成する。ここで、第３導電層１２１のＴｉは第４導電層１２２のＣｕに対するバリア性を有している。開口部１８１内部は、第３導電層１２１のＴｉで覆われており、第４導電層１２２のＣｕと第１層間膜１１９の開口部１８１内部とを隔離するように形成されている。
【０１２２】
第１ビア１９１の直径１９１ａは開口部１８１の直径と同じ１５μｍであり、第１ビア１９１の上部に位置するランドの直径１９１ｂは３０μｍである。また、隣接するビアの中心間の距離を示すビアピッチは、最もピッチが小さいところで４０μｍである。
【０１２３】
上記のようにして、第１配線層、第１層間膜、第１ビアを形成する。これらと同様に第２乃至第７の配線層、層間膜、および第２乃至第６のビアが形成される。そして、第７層間膜１７９上および第７層間膜１７９に設けられた開口部１８７内部に、最上層の第８配線層３８０および第７ビア１９７が同一の工程で形成される。第８配線層３８０は、第１５導電層３８１として厚さ３μｍのＣｕと、第１６導電層３８２として厚さ１μｍのＮｉと、第１７導電層３８３として厚さ１μｍのＡｕと、の積層で形成される。
【０１２４】
以上のように、実施例１によれば、基板と多層配線構造との間に、上記の特徴を有する絶縁性の中間層を設けることで、熱処理工程によってＣｕが基板まで拡散することを抑制することができる。その結果、第１配線層と基板がショートする問題を抑制することができるため、第１配線層１１０を信号線８００に使用することができ、特性インピーダンスを整合させた配線を配置することができる。また、グランド線９００を導電性の基板１００に接続させることで、より安定したグランド特性を得ることができる。
【０１２５】
なお、本発明は上記の実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【０１２６】
１００：基板
１０１：中間層
１０２：裏面絶縁層
１０３：開口部
１０４：グランド補助層
１１０：第１配線層
１１１：第１導電層
１１２：第２導電層
１１３：第１無機絶縁層
１１４：第２無機絶縁層
１１５：第１有機絶縁層
１１９：第１層間膜
１２０、１２６、１２７：第２配線層
１２１：第３導電層
１２２：第４導電層
１２３：第３無機絶縁層
１２４：第４無機絶縁層
１２５：第２有機絶縁層
１２９：第２層間膜
１３０：第３配線層
１３１：第５導電層
１３２：第６導電層
１３３：第５無機絶縁層
１３４：第６無機絶縁層
１３５：第３有機絶縁層
１３９：第３層間膜
１４０：第４配線層
１４１：第７導電層
１４２：第８導電層
１４３：第７無機絶縁層
１４４：第８無機絶縁層
１４５：第４有機絶縁層
１４９：第４層間膜
１５０：第５配線層
１５１：第９導電層
１５２：第１０導電層
１５３：第９無機絶縁層
１５４：第１０無機絶縁層
１５５：第５有機絶縁層
１５９：第５層間膜
１６０：第６配線層
１６１：第１１導電層
１６２：第１２導電層
１６３：第１３導電層
１８０、１８１、１８２、１８５：開口部
１９０：導通部
１９１：第１ビア
１９２：第２ビア
１９３：第３ビア
１９４：第４ビア
２１１：第１導電材料
２１２：下部第２導電材料
２１３：上部第２導電材料
２２１：第３導電材料
２２２：下部第４導電材料
２２３：上部第４導電材料
２８１、２８２：凹部
３０１：アンダーカット
３０２：段差
３１０、３２０：配線形成用レジストパターン
８００：信号線
９００：グランド線
【図１】
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【図２】
2018133586.tif 000004
【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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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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