(57)【要約】      （修正有）【課題】配線間の絶縁性に優れ信頼性の高い配線構造及びその製造方法を提供する。【解決手段】スピンコート法により、ベースポリマーがポリイミド樹脂である非感光性樹脂のワニスを塗布後、ベーク、キュアしてポリイミド樹脂を硬化、膜を形成する。これを第１絶縁膜１２とする。次いで、めっきシード層１８形成、フォトレジスト溝パターン２２形成、めっき、フォトレジスト溝パターン２２除去、配線下以外のめっきシード層１８除去に依り、第１の絶縁膜上に配線２６を形成する。そして、第１絶縁膜の表面上にシリカ粒子３０を分散し、散したシリカ粒子３０をマスクとして、ＣＦ４及びＯ２を混合したガスで、第１絶縁膜１２をドライエッチングすることに依り、段差が１００ｎｍ以上の凹凸３２を形成する。最後に前述と同様にして、スピンコート法により、第２絶縁膜としてのポリイミド樹脂膜３４を形成する。【選択図】図１
2013089831.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上に形成された配線と、
前記第１の絶縁膜上及び前記配線上に形成された第２の絶縁膜とを有し、
前記第１の絶縁膜と前記第２の絶縁膜との界面は、段差が１００ｎｍ以上の凹凸形状を有する
ことを特徴とする配線構造。
【請求項２】
請求項１記載の配線構造において、
前記凹凸形状は、前記第１の絶縁膜の表面に形成された複数の柱状構造体により形成されている
ことを特徴とする配線構造。
【請求項３】
請求項２記載の配線構造において、
複数の前記柱状構造体は、前記第１の絶縁膜の前記表面の１５％〜８５％の領域に形成されている
ことを特徴とする配線構造。
【請求項４】
請求項２又は３記載の配線構造において、
前記配線は、隣接して設けられた第１の配線パターン及び第２の配線パターンを有し、
前記柱状構造体の太さは、前記第１の配線パターンと前記第２の配線パターンとの間の間隔を１として、０．３以下である
ことを特徴とする配線構造。
【請求項５】
第１の絶縁膜上に配線を形成する工程と、
前記配線が形成されていない領域の前記第１の絶縁膜の表面に、段差が１００ｎｍ以上の凹凸形状を形成する工程と、
前記配線上及び前記凹凸形状が形成された前記第１の絶縁膜の前記表面上に、第２の絶縁膜を形成する工程と
を有することを特徴とする配線構造の製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の配線構造の製造方法において、
前記第１の絶縁膜の前記表面に前記凹凸形状を形成する工程は、
前記第１の絶縁膜の前記表面上に、前記第１の絶縁膜とはエッチング特性の異なる材料の粒子を分散させる工程と、
前記粒子をマスクとして前記第１の絶縁膜をエッチングし、前記第１の絶縁膜の表面に前記凹凸形状を形成する工程と
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、配線構造及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器に対する小型化、高性能化及び低価格化等の要求に伴い、半導体チップの微細化や多端子化とともに、半導体チップを搭載する回路基板の微細化、多層化及び電子部品の高密度実装化が進められている。特に、半導体チップの多端子化並びに端子の狭ピッチ化に伴い、多層回路基板にも微細配線化が求められている。
【０００３】
多層プリント基板、ＬＳＩパッケージ基板、ウェーハレベルパッケージ、マルチチップパッケージ等の配線構造には、配線層間を絶縁する絶縁膜として、安価な有機樹脂膜（ポリイミド、フェノール系樹脂、エポキシ樹脂など）が用いられている。また配線としては、サブトラクティブ法やセミアディティブ法等、特に、サブトラクティブ法より微細配線化が可能なセミアディティブ法により形成した銅配線が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−０３２８４１号公報
【特許文献２】特開２００５−３０３１８６号公報
【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、配線の狭ピッチ化に伴い、これまでには無かった絶縁耐圧などの問題が浮上してきている。本発明者等の検討により、ＨＡＳＴ試験（高温高湿度絶縁試験）において配線間の絶縁抵抗が低下する絶縁不良が生じることが判明した。
【０００６】
本発明の目的は、配線間の絶縁性に優れ信頼性の高い配線構造及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の一観点によれば、第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜上に形成された配線と、前記第１の絶縁膜上及び前記配線上に形成された第２の絶縁膜とを有し、前記第１の絶縁膜と前記第２の絶縁膜との界面は、段差が１００ｎｍ以上の凹凸形状を有する配線構造が提供される。
【０００８】
また、実施形態の他の観点によれば、第１の絶縁膜上に配線を形成する工程と、前記配線が形成されていない領域の前記第１の絶縁膜の表面に、段差が１００ｎｍ以上の凹凸形状を形成する工程と、前記配線上及び前記凹凸形状が形成された前記第１の絶縁膜の前記表面上に、第２の絶縁膜を形成する工程とを有する配線構造の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
開示の配線構造及びその製造方法によれば、配線間の絶縁膜界面に形成した凹凸形状により、配線間の静電力によるイオンの移動を効果的に阻害することができる。これにより、配線間の絶縁性に優れ信頼性の高い配線構造を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第１実施形態による配線構造を示す概略断面図（その１）である。
【図２】図２は、第１実施形態による配線構造を示す概略断面図（その２）である。
【図３】図３は、第１実施形態による配線構造の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図４】図４は、第１実施形態による配線構造の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図５】図５は、第１実施形態による配線構造の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【図６】図６は、第２実施形態による配線構造を示す概略断面図である。
【図７】図７は、第２実施形態による配線構造の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図８】図８は、第２実施形態による配線構造の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図９】図９は、第３実施形態による配線構造を示す概略断面図である。
【図１０】図１０は、第３実施形態による配線構造の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図１１】図１１は、第３実施形態による配線構造の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図１２】図１２は、第３実施形態による配線構造の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【図１３】図１３は、界面形状の高低差とＨＡＳＴ試験の不良発生時間及びイオン化Ｃｕの移動距離比との関係を示すグラフである。
【図１４】図１４は、界面形状の高低差とイオン化Ｃｕの移動速度との関係を示すグラフである。
【図１５】図１５は、シリカ粒子の粒径率とイオン化Ｃｕの移動速度との関係を示すグラフである。
【図１６】図１６は、シリカ粒子の分散率とイオン化Ｃｕの移動速度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［第１実施形態］
第１実施形態による配線構造及びその製造方法について図１乃至図５を用いて説明する。
【００１２】
図１及び図２は、本実施形態による配線構造を示す概略断面図である。図３乃至図５は、本実施形態による配線構造の製造方法を示す工程断面図である。
【００１３】
はじめに、本実施形態による配線構造について図１及び図２を用いて説明する。
【００１４】
基板１０上には、絶縁膜１２が形成されている。絶縁膜１２上には、配線２６が形成されている。絶縁膜１２は、配線を形成する下地となる膜であり、基板１０上に形成された絶縁膜１２のほか、絶縁基板そのものでもよい。基板１０としては、特に限定されるものではないが、例えば、プリント基板、ＬＳＩパッケージ基板、半導体基板等が挙げられる。基板１０には、１層以上の配線層や機能素子が形成されていてもよい。絶縁膜１２としては、特に限定されるものではなく、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等の無機絶縁膜や、ポリイミド樹脂、フェノール系樹脂、エポキシ樹脂等の有機絶縁膜が挙げられる。配線２６は、特に限定されるものではないが、例えば、銅（Ｃｕ）等の低抵抗の金属材料により形成されている。
【００１５】
絶縁膜１２上及び配線２６上には、絶縁膜３２が形成されている。絶縁膜３２は、配線２６と更に上層に形成する配線（図示せず）との間を絶縁するための層間絶縁膜或いは配線２６を保護するための保護膜である。絶縁膜３２としては、特に限定されるものではなく、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等の無機絶縁膜や、ポリイミド樹脂、フェノール系樹脂、エポキシ樹脂等の有機絶縁膜が挙げられる。
【００１６】
絶縁膜１２の表面には、凹凸形状３２が形成されている。これにより、絶縁膜１２と絶縁膜２６との界面は、粗面化されている。凹凸形状３２は、例えば図２に示すように、絶縁膜１２の表面に形成された複数の柱状構造体３６により形成されている。
【００１７】
このように、本実施形態による配線構造では、絶縁膜１２と絶縁膜３２との界面を粗面化している。絶縁膜１２と絶縁膜３２との界面を粗面化しているのは、隣接する配線２６間の絶縁耐圧を向上するためである。
【００１８】
配線２６間の絶縁耐圧を低下する原因としては、大きく分けて２つの絶縁不良モードが挙げられる。一つは、配線間の電界強度が強い領域においてなだれ放電が生じ、爆発的に絶縁破壊が生じるモードである。もう一つは、配線間の電界強度が低い領域において、配線間の印加電圧により誘導された静電力により、イオン化した配線材料（イオン化Ｃｕ）が絶縁膜界面を拡散して導通経路として振る舞うモードである。このような絶縁不良モードは、信頼性試験として実施される高温・加湿雰囲気かでの電圧印加試験（ＨＡＳＴ試験）等において観察される。環境中に水分や電解質が存在すると、配線から金属イオンが溶出し、イオンマイグレーションに至ることがある。
【００１９】
本願発明者等がこれら絶縁破壊モードと絶縁膜界面の形状との関係について鋭意検討を行ったところ、絶縁膜１２と絶縁膜３２との界面を所定の凹凸形状３２に粗面化することで、配線２６間の絶縁不良、特に後者の絶縁不良モードを低減できることが判明した。
【００２０】
配線２６間の絶縁耐圧の向上に好適な凹凸形状３２としては、まず、段差（凹部と凸部との間の高低差）が１００ｎｍ以上であることが望ましい。これは、凹凸の高低差が１００ｎｍ未満の小さい段差で形成された凹凸形状では、配線間の距離方向の静電力によるイオン移動の阻害性が小さいためである（後述の実施例１、図１３及び図１４を参照）。
【００２１】
凹凸の高低差の上限は、特に限定されるものではないが、高低差を大きくしすぎると、柱状構造体３６のアスペクト比が大きくなりすぎ、絶縁膜３４を形成する際に倒れるなど構造的な不具合が生じることが想定される。凹凸の高低差の上限は、柱状構造体３６の太さや絶縁膜１２の下層構造等に応じて適宜設定することが望ましい。
【００２２】
また、イオンが凹凸形状３２の高低差を越えにくくする観点から、絶縁膜１２と絶縁膜２６との界面が、配線間の距離方向に対して交差する方向を向いていることが望ましい。特に、絶縁膜１２と絶縁膜２６との界面と配線間の距離方向とのなす角度が浅いと配線間の距離方向の静電力によるイオン移動の阻害性が小さくなるため、絶縁膜１２と絶縁膜２６との界面と配線間の距離方向とのなす角度は６０度以上であることが望ましい。
【００２３】
このような凹凸形状３２は、例えば、絶縁膜１２の表面に複数の柱状構造体３６を形成することにより実現することができる。  実製品や信頼性試験において、電気的に独立した配線間に加わる電圧は、配線パターンの設計等により必ずしも一定の方向を向いていない。多方向からの電圧印加に対してイオン移動の阻害効果を持たせるためには、平面的に見て点対称の構造体である柱状構造体を複数設けることが望ましい。
【００２４】
なお、本明細書において柱状構造体３６とは、太さの均一な柱状の構造体のみならず、場所によって太さが異なる構造体、例えば、錐状の構造体や錐台状の構造体をも含むものである。柱状構造体３６の頭頂部の平面形状は、特に限定されるものではなく、円形であってもよいし、多角形であってもよい。柱状構造体３６は、平面形状が円形の場合には円柱、円錐、円錐台が該当し、平面形状が多角形の場合には多角柱、多角錐、多角錐台が該当する。なお、柱状構造体３６の形状は、上記効果を実現しうる範囲内であれば特に限定されるものではなく、適宜変更してもよい。
【００２５】
柱状構造体３６の太さは、隣接する配線２６間の間隔を１として、０．３以下であることが望ましい（後述の実施例１及び図１５を参照）。柱状構造体３６の太さが０．３を越えると、配線２６間に形成される柱状構造体３６の数が少なくなりすぎ、イオン移動を効果的に阻害できないからである。
【００２６】
また、柱状構造体３６は、絶縁膜１２の表面の１５％〜８５％の領域に形成されていることが望ましい（後述の実施例１及び図１６を参照）。柱状構造体３６を形成する領域が少なすぎるとイオン移動を効果的に阻害できず、多すぎると柱状構造体３６を形成しない場合と違いが無くなるからである。
【００２７】
また、凹凸形状３２を形成する柱状構造体３６は、不規則に配列されていることが望ましい。これは、一定の規則的は配列で形成された凹凸形状においては、構造体間の絶縁膜をホッピングにより電子やイオンが透過して、配線間のリークパスとなる可能性があるからである。柱状構造体３６の不規則な配列は、特に限定されるものではないが、例えば後述する製造方法により実現することができる。
【００２８】
次に、本実施形態による配線構造の製造方法について図３至図５を用いて説明する。
【００２９】
まず、配線を形成する下地となる絶縁膜１２が形成された基板１０を用意する。基板１０は、特に限定されるものではないが、例えば、プリント基板、ＬＳＩパッケージ基板、半導体基板等を適用することができる。基板１０には、１層以上の配線層や機能素子が形成されていてもよい。絶縁膜１２は、特に限定されるものではないが、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等の無機絶縁膜、ポリイミド樹脂、フェノール系樹脂、エポキシ樹脂等の有機絶縁膜等を適用することができる。絶縁膜１２が形成された基板１０の代わりに、絶縁基板を用いてもよい。ここでは一例として、ポリイミド樹脂の絶縁膜１２が形成された基板１０を用いるものとする。
【００３０】
次いで、絶縁膜１２上に、例えばスパッタ法又は真空蒸着法により、例えばチタン（Ｔｉ）の導電性密着層１６と、例えば銅（Ｃｕ）のめっきシード層１８とを形成する（図３（ａ））。導電性密着層１６は、特に限定されるものではないが、例えば、チタン、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）等の金属や、これら金属のうち少なくとも１つを含む合金や金属化合物を適用することができる。めっきシード層１８は、特に限定されるものではないが、抵抗値の低い材料、例えば、銅や銀（Ａｇ）を適用することができる。
【００３１】
次いで、めっきシード層１６上に、例えばスピンコート法やロールコート法等により、フォトレジスト２０を形成する。
【００３２】
次いで、フォトレジストを露光・現像し、配線を形成しようとする領域のフォトレジスト２０に、めっきシード層１６に達する開口部２２を形成する。
【００３３】
次いで、電気めっき法により、めっきシード層１８をシードとして、開口部２２内にＣｕ等のめっき金属を成長し、開口部２２内に埋め込まれ、めっきシード層１８に接続された配線導体層２４を形成する（図３（ｂ））。
【００３４】
次いで、例えば、アセトン、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）等の薬液を用いて洗浄を行い、フォトレジスト２０を除去する。なお、フォトレジスト１８は、アッシング等のドライプロセスを用いて除去してもよい。
【００３５】
次いで、フォトレジスト２０により覆われていた部分の余分なめっきシード層１８及び導電性密着層１６を除去し、導電性密着層１６、めっきシード層１８及び配線導体層２４の積層構造体よりなる配線２６を形成する（図４（ａ））。めっきシード層１８の除去には、例えば、過硫酸アンモニウム、硫酸カリウム等の薬液を用いたウェットエッチングを適用することができる。また、導電性密着層１６の除去には、例えば、弗化アンモニウムを用いたウェットエッチングを適用することができる。なお、めっきシード層１８及び導電性密着層１６は、ドライエッチングにより除去してもよい。
【００３６】
次いで、配線２６を形成した絶縁膜１２の表面上に、平均粒径が例えば２００ｎｍ程度のシリカ粒子３０を分散する。なお、絶縁膜１２上に分散する粒子は、絶縁膜１２とはエッチング特性の異なる材料の粒子であれば、特に限定されるものではない。
【００３７】
シリカ粒子３０の粒径及び分散密度は、    配線２６の間隔を１としてシリカ粒子の粒径率が０．３以下になるように、また、シリカ粒子の分散率が１５％〜８５％の範囲になるように、配線２６の間隔等に応じて適宜設定する。
【００３８】
次いで、このシリカ粒子３０をマスクとしてドライエッチングを行い、絶縁膜１２の表面を粗面化し、凹凸形状３４を形成する（図５（ａ））。例えば、シリカ粒子３０をマスクとして、ＣＦ４及びＯ２を混合したガスにより異方性エッチングを行い、シリカ粒子３０が形成されていない領域の絶縁膜１２を１００ｎｍ程度エッチングする。なお、シリカ粒子３０の粒径及び分散密度は、形成しようとする柱状構造体３６の太さ及び平面密度に対応する。
【００３９】
次いで、必要に応じて洗浄処理を行い、シリカ粒子３０を除去する。
【００４０】
次いで、配線２６及び凹凸形状３２が形成された絶縁膜１２上に、配線２６を覆う絶縁膜３４を形成する（図５（ｂ））。例えば、スピンコート法等により絶縁膜形成用組成物を塗布した後、ホットプレート又はオーブンにより硬化処理前熱処理及び硬化処理を行い、絶縁膜３４を形成する。熱処理及び硬化処理において、処理中の雰囲気は必要に応じて適宜選択することができ、例えば、大気雰囲気、窒素雰囲気、真空雰囲気等を適用することができる。絶縁膜３４の厚さは、必要に応じて適宜設定することができる。
【００４１】
絶縁膜３４の構成材料は、配線間の絶縁性を維持できる材料であれば、有機系材料であっても無機系材料であってもよい。絶縁膜３４の構成材料としては、例えば、ポリイミド樹脂、フェノール系樹脂、エポキシ樹脂等を適用することができる。
【００４２】
絶縁膜形成用組成物の塗布方法も、特に限定されるものではなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、スピンコート法、ディップコート法、ニーダーコート法、カーテンコート法、ブレードコート法等を適用することができる。
【００４３】
こうして、本実施形態による配線構造を形成する。
【００４４】
このように、本実施形態によれば、配線間の絶縁膜界面に凹凸形状を形成することにより、配線間の静電力によるイオンの移動を効果的に阻害することができる。これにより、配線間の絶縁耐圧を向上することができる。
【００４５】
［第２実施形態］
第２実施形態による配線構造及びその製造方法について図６乃至図８を用いて説明する。図１乃至図５に示す第１実施形態による配線構造及びその製造方法と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
【００４６】
図６は、本実施形態による配線構造を示す概略断面である。図７及び図８は、本実施形態による配線構造の製造方法を示す工程断面図である。
【００４７】
はじめに、本実施形態による配線構造について図６を用いて説明する。
【００４８】
本実施形態による配線構造は、図６に示すように、凹凸形状３２の上端部が、絶縁膜１２と配線２６との界面よりも低くなっているほかは、図１に示す第１実施形態による配線構造と同様である。凹凸形状３２の上端部を絶縁膜１２と配線２６との界面よりも低くすることにより、絶縁膜１２と絶縁膜３４との界面を通る配線２６間のパスを長くすることができる。これにより、界面に沿っての誘導電子などの影響によりリークする現象を効率よく防止することができ、絶縁耐圧を更に向上することができる。
【００４９】
次に、本実施形態による配線構造の製造方法について図７及び図８を用いて説明する。
【００５０】
まず、図３（ａ）乃至図４（ａ）に示す第１実施形態による配線構造の製造方法と同様にして、絶縁膜１２上に、配線２６を形成する。
【００５１】
次いで、配線２６をマスクとしてドライエッチングを行い、絶縁膜１２の表面部に、深さが例えば５００ｎｍ程度の溝２８を形成する（図７（ａ））。
【００５２】
次いで、溝２８の底面上に、平均粒径が例えば２００ｎｍ程度のシリカ粒子３０を分散する（図７（ｂ））。
【００５３】
次いで、このシリカ粒子３０をマスクとしてドライエッチングを行い、絶縁膜１２の表面を粗面化し、凹凸形状３２を形成する（図８（ａ））。
【００５４】
次いで、必要に応じて洗浄処理を行い、シリカ粒子３０を除去する。
【００５５】
次いで、配線２６及び凹凸形状３２が形成された絶縁膜１２上に、配線２６を覆う絶縁膜３４を形成する（図８（ｂ））。
【００５６】
こうして、本実施形態による配線構造を形成する。
【００５７】
このように、本実施形態によれば、配線間の絶縁膜界面に凹凸形状を形成することにより、配線間の静電力によるイオンの移動を効果的に阻害することができる。これにより、配線間の絶縁耐圧を向上することができる。
【００５８】
［第３実施形態］
第３実施形態による配線構造及びその製造方法について図９乃至図１２を用いて説明する。図１乃至図８に示す第１及び第２実施形態による配線構造及びその製造方法と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
【００５９】
図９は、本実施形態による配線構造を示す概略断面である。図１０乃至図１１は、本実施形態による配線構造の製造方法を示す工程断面図である。
【００６０】
はじめに、本実施形態による配線構造について図９を用いて説明する。
【００６１】
本実施形態による配線構造は、配線２６が、絶縁膜１２に埋め込まれたいわゆるダマシン配線であるほかは、第１実施形態による配線構造と同様である。凹凸形状３２は、配線２６が埋め込まれた絶縁膜１２の表面に形成されている。
【００６２】
次に、本実施形態による配線構造の製造方法について図１０至図１２を用いて説明する。
【００６３】
まず、配線を形成する下地となる絶縁膜１２が形成された基板１０を用意する。
【００６４】
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、配線を形成しようとする領域の絶縁膜１２に、配線溝１４を形成する（図１０（ａ））。
【００６５】
次いで、配線溝１４が形成された絶縁膜１２上に、例えばスパッタ法又は真空蒸着法により、例えばＴｉの導電性密着層１６と、例えばＣｕのめっきシード層１８とを形成する。
【００６６】
次いで、電気めっき法により、めっきシード層１８をシードとして、Ｃｕ等のめっき金属を成長し、配線導体層２４を形成する（図１０（ｂ））。
【００６７】
次いで、例えば化学的機械的研磨（ＣＭＰ）法により、絶縁膜１２上の配線導体層２４、めっきシード層１８及び導電性密着層１６を除去し、溝１４内に導電性密着層１６、めっきシード層１８及び配線導体層２４を選択的に残存させる。これにより、溝１４内に埋め込まれ、導電性密着層１６、めっきシード層１８及び配線導体層２４よりなる配線２６を形成する（図１１（ａ））。
【００６８】
次いで、配線２６が埋め込まれた絶縁膜１２の表面上に、平均粒径が例えば２００ｎｍ程度のシリカ粒子３０を分散する（図１１（ｂ））。
【００６９】
次いで、このシリカ粒子３０をマスクとしてドライエッチングを行い、絶縁膜１２の表面を粗面化し、凹凸形状３２を形成する（図１２（ａ））。
【００７０】
次いで、必要に応じて洗浄処理を行い、シリカ粒子３０を除去する。
【００７１】
次いで、配線２６が埋め込まれ表面に凹凸形状３２が形成された絶縁膜１２上に、配線２６を覆う絶縁膜３４を形成する（図１２（ｂ））。
【００７２】
こうして、本実施形態による配線構造を形成する。
【００７３】
このように、本実施形態によれば、配線間の絶縁膜界面に凹凸形状を形成することにより、配線間の静電力によるイオンの移動を効果的に阻害することができる。これにより、配線間の絶縁耐圧を向上することができる。
【００７４】
［変形実施形態］
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【００７５】
例えば、上記実施形態では、１層の配線層を有する配線構造を示したが、配線層の層数は１層に限定されるものではなく、２層以上であってもよい。
【００７６】
また、上記第１実施形態では、配線２６をいわゆるセミアディティブ法により形成する例を示したが、配線２６の形成方法はこれに限定されるものではない。配線２６は、セミアディティブ法のみならず、サブトラクティブ法等の他の方法により形成してもよい。
【００７７】
また、上記実施形態に記載した構成材料、製造条件等は、一例を示したものにすぎず、当業者の技術常識等に応じて適宜修正や変更が可能である。
【実施例】
【００７８】
［実施例１］
６インチのＳｉウェーハ上に、スピンコート法により、ベースポリマーがポリイミド樹脂である非感光性樹脂のワニスを塗布した後、プリベークして、３００℃、１時間でキュアすることによりポリイミド樹脂を硬化した。これにより、第１絶縁膜として、膜厚が約１５μｍのポリイミド樹脂膜を形成した。
【００７９】
次いで、第１絶縁膜の表面に逆スパッタを行った後、膜厚０．１μｍのＴｉと膜厚０．３μｍのＣｕとをスパッタし、導電性密着層及びめっきシード層を形成した。
【００８０】
次いで、めっきシード層上に、ノボラック型のフォトレジスト膜を形成後、φ８０μｍのランドパターンと幅１μｍのトレンチ配線パターンとを有するガラスマスクを用いてコンタクトアライナーで露光し、フォトレジスト膜を現像した。これにより、φ８０μｍのランドパターン及び幅１μｍのトレンチ配線パターンを有するフォトレジスト膜を形成した。
【００８１】
次いで、めっきシード層をシートとして電気Ｃｕめっきを行い、フォトレジスト膜のランドパターン内及びトレンチ配線パターン内に、Ｃｕの配線導体層を形成した。このとき、電気Ｃｕめっきは高さが１．５μｍ〜２．０μｍ程度になるようにした。
【００８２】
次いで、ＮＭＰを用いてフォトレジスト膜を剥離した後、フォトレジスト膜の被覆によってめっきされなかった部分のめっきシード層及び導電性密着層を、過硫酸アンモニウム及びフッ化アンモニウムにより順次エッチングし、配線導体層間を分離して金属配線を形成した。
【００８３】
次いで、第１絶縁膜の表面上に平均粒径が２００ｎｍのシリカ粒子を分散した。このときのシリカ粒子の分散率は、露出した第１絶縁膜の表面積に対するシリカ粒子が付着した部分の投影面積の割合として計算され、４１．５７％であった。
【００８４】
次いで、分散したシリカ粒子をマスクとして、ＣＦ４及びＯ２を混合したガスを用いて、第１絶縁膜をドライエッチングした。エッチングの際の出力、圧力、時間等の条件を振ることにより、第１絶縁膜に形成する表面形状の高低差を調整した。
【００８５】
次いで、スピンコート法により、ベースポリマーがポリイミド樹脂である非感光性樹脂のワニスを塗布した後、プリベークして、３００℃、１時間でキュアすることによりポリイミド樹脂を硬化した。これにより、第２絶縁膜として、膜厚が約５μｍのポリイミド樹脂膜を形成した。
【００８６】
次いで、信頼性試験のための導通を確保するために、レーザ照射によってランドパターン上のポリイミド樹脂を除去した。
【００８７】
このようにして形成した配線構造について、信頼性試験（ＨＡＳＴ試験）として、１３０℃、８５％ＲＨの環境下で、独立した２つの配線間にランドパターンを介して３．５Ｖの電圧を最大１５０時間印加し、配線間の絶縁性の評価を行った。２つの配線間の配線間隔は、１μｍである。試験結果を図１３乃至図１６に示す。
【００８８】
図１３は、界面形状の高低差と、ＨＡＳＴ試験の不良発生時間及びイオン化Ｃｕの移動距離比との関係を示すグラフである。
【００８９】
横軸の界面形状の高低差とは、第１絶縁膜の表面に形成された凹凸形状の低い部分と高い部分との間の高低差であり、柱状構造体の高さに対応する。左側縦軸のＨＡＳＴ試験の不良発生時間とは、２つの配線間の絶縁膜に絶縁破壊が生じるまでの時間である。右側縦軸のイオン化Ｃｕの移動距離比とは、２つの配線間の距離を１としたときの、Ｃｕイオンの移動距離の割合である。イオン化Ｃｕの移動距離比が１に近いほど、Ｃｕイオンの移動距離が大きく、絶縁性が低下していることを表す。
【００９０】
図１３に示すように、界面形状の高低差が５０ｎｍ以下では不良発生時間が十数時間程度であるのに対し、界面形状の高低差が５０ｎｍを超えると急激に増加し、界面形状の高低差が１００ｎｍ以上になると１５０時間経過後も不良は発生しなかった。なお、界面形状の高低差が１００ｎｍ以上では１５０時間経過しても不良が発生しなかったため、グラフ上では仮に１５０時間にプロットしている。
【００９１】
また、界面形状の高低差が１００ｎｍ未満ではイオン化Ｃｕの移動距離比が０．５を超えているのに対し、界面形状の高低差が１００ｎｍ以上になると急激に減少して０．１５以下になる。
【００９２】
図１４は、図１３の試験結果から算出した界面形状の高低差とイオン化Ｃｕの移動速度との関係を示すグラフである。
【００９３】
図１４に示すように、界面形状の高低差を１００ｎｍ以上とすることにより、イオン化Ｃｕの移動速度が大幅に減少している。このことは、界面形状の高低差が１００ｎｍ以上においてはイオン化Ｃｕの移動を効果的に阻害し、配線間の絶縁耐圧を向上できることを示している。
【００９４】
図１５は、シリカ粒子の粒径率とイオン化Ｃｕの移動速度との関係を示すグラフである。シリカ粒子の粒径率とは、２つの配線間の距離を１としたときの、シリカ粒子の径の割合である。
【００９５】
図１５に示すように、シリカ粒子の粒径率を０．３以下にすることにより、イオン化Ｃｕの移動速度が大幅に減少している。このことは、シリカ粒子の粒径率が０．３以下においてはイオン化Ｃｕの移動を効果的に阻害し、配線間の絶縁耐圧を向上できることを示している。
【００９６】
図１６は、シリカ粒子の分散率とイオン化Ｃｕの移動速度との関係を示すグラフである。
【００９７】
図１６に示すように、シリカ粒子の分散率を１５％〜８５％の範囲にすることにより、イオン化Ｃｕの移動速度が大幅に減少している。このことは、シリカ粒子の分散率が１５％〜８５％の範囲においてはイオン化Ｃｕの移動を効果的に阻害し、配線間の絶縁耐圧を向上できることを示している。
【００９８】
図１５及び図１６の結果から、シリカ粒子の粒径率を０．３以下、分散率を１５％〜８５％の範囲に設定することにより、配線間の絶縁耐圧を向上できることが検証できた。
【００９９】
［実施例２］
６インチのＳｉウェーハ上に、スピンコート法により、ベースポリマーがポリイミド樹脂である非感光性樹脂のワニスを塗布した後、プリベークして、３００℃、１時間でキュアすることによりポリイミド樹脂を硬化した。これにより、第１絶縁膜として、膜厚が約１５μｍのポリイミド樹脂膜を形成した。
【０１００】
次いで、第１絶縁膜上に、ノボラック型のフォトレジスト膜を形成後、φ８０μｍのランドパターンと幅１μｍのトレンチ配線パターンとを有するガラスマスクを用いてコンタクトアライナーで露光し、フォトレジスト膜を現像した。これにより、φ８０μｍのランドパターン及び幅１μｍのトレンチ配線パターンを有するフォトレジスト膜を形成した。
【０１０１】
次いで、フォトレジスト膜をマスクとして、ＣＦ４及びＯ２を混合したガスを用いて第１絶縁膜をドライエッチングし、第１絶縁膜にランドパターン及びトレンチ配線パターンを転写した。
【０１０２】
次いで、Ｏ２ガスを用いたアッシングにより、第１絶縁膜上のフォトレジスト膜を除去した。
【０１０３】
次いで、第１絶縁膜の表面に逆スパッタを行った後、膜厚０．１μｍのＴｉと膜厚０．３μｍのＣｕとをスパッタし、導電性密着層及びめっきシード層を形成した。
【０１０４】
次いで、めっきシード層をシートとして電気Ｃｕめっきを行い、めっきシード層上に、Ｃｕの配線導体層を形成した。このとき、電気Ｃｕめっきは高さが２．５μｍ〜３．０μｍ程度になるようにした。
【０１０５】
次いで、ＣＭＰ法により、第１絶縁膜上に堆積した不要な配線導体層、めっきシード層及び導電性密着層を除去し、金属配線を形成した。このとき、金属配線の高さは約１．５μｍ〜２．０μｍ程度であった。
【０１０６】
次いで、第１絶縁膜の表面上にシリカ粒子を分散した。このとき、シリカ粒子の粒径及び分散条件を変化し、シリカ粒子の粒径率及び分散率の異なる種々の試料を形成した。なお、シリカ粒子の粒径率及び分散率は、それぞれ、配線間距離に対する粒径の割合と、露出した第１絶縁膜表面積に対するシリカ粒子が付着した部分の投影面積の割合として計算される。
【０１０７】
次いで、分散したシリカ粒子をマスクとして、ＣＦ４及びＯ２を混合したガスを用いて、第１絶縁膜をドライエッチングした。ここでは、第１絶縁膜に形成する表面形状の高低差が２００ｎｍとなるように、エッチングの際の出力、圧力、時間等の条件を設定した。
【０１０８】
次いで、スピンコート法により、ベースポリマーがポリイミド樹脂である非感光性樹脂のワニスを塗布した後、プリベークして、３００℃、１時間でキュアすることによりポリイミド樹脂を硬化した。これにより、第２絶縁膜として、膜厚が約５μｍのポリイミド樹脂膜を形成した。
【０１０９】
次いで、信頼性試験のための導通を確保するために、レーザ照射によってランドパターン上のポリイミド樹脂を除去した。
【０１１０】
このようにして形成した配線構造について、信頼性試験（ＨＡＳＴ試験）として、１３０℃、８５％ＲＨの環境下で、独立した２つの配線間にランドパターンを介して３．５Ｖの電圧を最大１５０時間印加し、配線間の絶縁性の評価を行った。
【０１１１】
この結果、実施例２の配線構造についても、実施例１の配線構造と同様の測定結果が得られた。
【０１１２】
以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０１１３】
（付記１）  第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上に形成された配線と、
前記第１の絶縁膜上及び前記配線上に形成された第２の絶縁膜とを有し、
前記第１の絶縁膜と前記第２の絶縁膜との界面は、段差が１００ｎｍ以上の凹凸形状を有する
ことを特徴とする配線構造。
【０１１４】
（付記２）  付記１記載の配線構造において、
前記凹凸形状は、前記第１の絶縁膜の表面に形成された複数の柱状構造体により形成されている
ことを特徴とする配線構造。
【０１１５】
（付記３）  付記２記載の配線構造において、
複数の前記柱状構造体は、前記第１の絶縁膜の前記表面の１５％〜８５％の領域に形成されている
ことを特徴とする配線構造。
【０１１６】
（付記４）  付記２又は３記載の配線構造において、
前記配線は、隣接して設けられた第１の配線パターン及び第２の配線パターンを有し、
前記柱状構造体の太さは、前記第１の配線パターンと前記第２の配線パターンとの間の間隔を１として、０．３以下である
ことを特徴とする配線構造。
【０１１７】
（付記５）  付記２乃至４のいずれか１項に記載の配線構造において、
複数の前記柱状構造体は、不規則に配列されている
ことを特徴とする配線構造。
【０１１８】
（付記６）  付記２乃至５のいずれか１項に記載の配線構造において、
前記柱状構造体の上端部は、前記第１の絶縁膜と前記配線との界面よりも低い
ことを特徴とする配線構造。
【０１１９】
（付記７）  付記１乃至６のいずれか１項に記載の配線構造において、
前記配線は、前記第１の絶縁膜に埋め込まれている
ことを特徴とする配線構造。
【０１２０】
（付記８）  付記１乃至７のいずれか１項に記載の配線構造において、
前記配線は、Ｃｕを主体とする配線材料により形成されている
ことを特徴とする配線構造。
【０１２１】
（付記９）  第１の絶縁膜上に配線を形成する工程と、
前記配線が形成されていない領域の前記第１の絶縁膜の表面に、段差が１００ｎｍ以上の凹凸形状を形成する工程と、
前記配線上及び前記凹凸形状が形成された前記第１の絶縁膜の前記表面上に、第２の絶縁膜を形成する工程と
を有することを特徴とする配線構造の製造方法。
【０１２２】
（付記１０）  付記９記載の配線構造の製造方法において、
前記第１の絶縁膜の前記表面に前記凹凸形状を形成する工程は、
前記第１の絶縁膜の前記表面上に、前記第１の絶縁膜とはエッチング特性の異なる材料の粒子を分散させる工程と、
前記粒子をマスクとして前記第１の絶縁膜をエッチングし、前記第１の絶縁膜の表面に前記凹凸形状を形成する工程と
を有することを特徴とする配線構造の製造方法。
【０１２３】
（付記１１）  付記１０記載の配線構造の製造方法において、
前記粒子を分散させる工程では、前記粒子の分散率が１５％〜８５％の範囲となるように、前記粒子を分散する
ことを特徴とする配線構造の製造方法。
【０１２４】
（付記１２）  付記１０又は１１記載の配線構造の製造方法において、
前記配線は、隣接して設けられた第１の配線パターン及び第２の配線パターンを有し、
前記粒子を分散させる工程では、前記第１の配線パターンと前記第２の配線パターンとの間の間隔を１として、粒径が０．３以下の前記粒子を分散する
ことを特徴とする配線構造の製造方法。
【０１２５】
（付記１３）  付記９乃至１２のいずれか１項に記載の配線構造の製造方法において、
前記絶縁膜の前記表面に前記凹凸形状を形成する工程の前に、前記配線をマスクとして前記第１の絶縁膜をエッチングする工程を更に有する
ことを特徴とする配線構造の製造方法。
【符号の説明】
【０１２６】
１０…基板
１２，３４…絶縁膜
１４…配線溝
１６…導電性密着層
１８…めっきシード層
２０…フォトレジスト膜
２２…開口部
２４…配線導体層
２６…配線
２８…溝
３０…シリカ粒子
３２…凹凸形状
３６…柱状構造体
【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】
2013089831.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2013089831.tif 000012
【図１１】
2013089831.tif 000013
【図１２】
2013089831.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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