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JP6536710B2 - Multilayer wiring structure - Google Patents

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JP6536710B2
JP6536710B2 JP2018085442A JP2018085442A JP6536710B2 JP 6536710 B2 JP6536710 B2 JP 6536710B2 JP 2018085442 A JP2018085442 A JP 2018085442A JP 2018085442 A JP2018085442 A JP 2018085442A JP 6536710 B2 JP6536710 B2 JP 6536710B2
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貴正 高野
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Description

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。   The present invention relates to a multilayer wiring structure, and one disclosed embodiment relates to a laminated structure of a substrate and a multilayer wiring structure.

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)。   In recent years, with the advancement of performance of integrated circuits, integrated circuits have become more complicated, and the number of elements such as transistors constituting the integrated circuit has increased. With the increase in the number of elements, the arrangement of interconnections connecting the elements is also complicated, and the area occupied by the interconnections in the integrated circuit substrate is increasing. Therefore, in the integrated circuit substrate, in order to reduce the occupied area in the plane direction of the wirings as much as possible, development of a multilayer wiring technology has been advanced in which a plurality of wirings are stacked and the wirings are drawn three-dimensionally. In particular, a multilayer wiring technology having a so-called stacked via structure in which vias are stacked in order to improve the wiring density has been developed (for example, Patent Document 1).

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。このクラックに配線材料が拡散すると、配線と基板との間にリーク電流が流れてしまう問題が発生する。また、ビアと配線層が剥離し、積層された配線間の導通が取れなくなってしまうことがある。   In a multilayer wiring structure such as a stack via structure, the expansion and contraction of each layer in a thermal cycle (heat treatment process) may cause a crack in a via connecting the stacked wirings and an interlayer film separating the stacked wirings. The multilayer wiring structure and the substrate may be peeled off. When the wiring material diffuses into the cracks, a problem occurs that a leak current flows between the wiring and the substrate. In addition, the via and the wiring layer may be separated, and the conduction between the stacked wirings may not be obtained.

特開2006−173333号公報JP, 2006-173333, A

本発明は、上記実情に鑑み、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を目的とする。   An object of the present invention is to provide a multilayer wiring structure having high resistance to a heat treatment process in view of the above-mentioned situation.

本発明の一実施形態に係る多層配線構造体は、基板上に、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配線層とを接続する第2ビアと、を含み、多層配線構造と基板とを隔離し、基板よりもヤング率が低い絶縁性の中間層を含む。   A multilayer wiring structure according to an embodiment of the present invention has a multilayer wiring structure in which a first wiring layer, a second wiring layer, and a third wiring layer are sequentially stacked from the substrate side on a substrate, and a multilayer wiring structure Includes a first via connecting the first wiring layer and the second wiring layer, and a second via connecting the second wiring layer and the third wiring layer, and isolates the multilayer wiring structure from the substrate. And an insulating intermediate layer having a Young's modulus lower than that of the substrate.

本発明の一実施形態に係る多層配線構造体は、基板上に、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配線層とを接続する第2ビアと、を含み、多層配線構造と基板とを隔離し、基板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絶縁性の中間層を含む。   A multilayer wiring structure according to an embodiment of the present invention has a multilayer wiring structure in which a first wiring layer, a second wiring layer, and a third wiring layer are sequentially stacked from the substrate side on a substrate, and a multilayer wiring structure Includes a first via connecting the first wiring layer and the second wiring layer, and a second via connecting the second wiring layer and the third wiring layer, and isolates the multilayer wiring structure from the substrate. And an insulating intermediate layer having a thermal expansion coefficient higher than that of the substrate and lower than that of the first wiring layer.

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。   According to this multilayer wiring structure, it is possible to relieve local stress due to expansion and contraction of each layer caused by the heat treatment process.

また、別の好ましい態様において、第1ビアと第2ビアとは、平面視において互いに重畳してもよい。   In another preferred embodiment, the first via and the second via may overlap with each other in plan view.

この多層配線構造体によれば、設計の自由度が高く、平面方向の占有面積を小さくすることができる。   According to this multilayer wiring structure, the degree of freedom in design is high, and the occupied area in the planar direction can be reduced.

また、別の好ましい態様において、第1配線層上に、第1無機絶縁層と第2無機絶縁層と第1有機絶縁層とを有してもよい。   In another preferred embodiment, the first inorganic insulating layer, the second inorganic insulating layer, and the first organic insulating layer may be provided on the first wiring layer.

また、別の好ましい態様において、第2配線層の上に、第3無機絶縁層と第4無機絶縁層と第2有機絶縁層とを有してもよい。   In another preferred embodiment, the third inorganic insulating layer, the fourth inorganic insulating layer, and the second organic insulating layer may be provided on the second wiring layer.

この多層配線構造体によれば、積層された配線層間の寄生容量を小さくすることができる。また、基板の反りを抑制することができる。   According to this multilayer wiring structure, parasitic capacitance between stacked wiring layers can be reduced. In addition, warpage of the substrate can be suppressed.

また、別の好ましい態様において、中間層は、樹脂層であってもよい。   In another preferred embodiment, the intermediate layer may be a resin layer.

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。   According to this multilayer wiring structure, it is possible to relieve local stress due to expansion and contraction of each layer caused by the heat treatment process.

また、別の好ましい態様において、第1配線層はCu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。   In another preferred embodiment, the first wiring layer may have Cu, and the diffusion rate of Cu may be slower in the intermediate layer than in the substrate.

この多層配線構造体によれば、第1配線層に含まれるCuが基板に拡散することを抑制することができる。   According to this multilayer wiring structure, diffusion of Cu contained in the first wiring layer to the substrate can be suppressed.

また、別の好ましい態様において、第1有機絶縁層の誘電率は、第1無機絶縁層および第2無機絶縁層の各々の誘電率よりも低く、第2有機絶縁層の誘電率は、第3無機絶縁層および第4無機絶縁層の各々の誘電率よりも低くてもよい。   In another preferred embodiment, the dielectric constant of the first organic insulating layer is lower than the dielectric constant of each of the first inorganic insulating layer and the second inorganic insulating layer, and the dielectric constant of the second organic insulating layer is The dielectric constant of each of the inorganic insulating layer and the fourth inorganic insulating layer may be lower.

この多層配線構造体によれば、積層された配線層間の寄生容量を小さくすることができる。   According to this multilayer wiring structure, parasitic capacitance between stacked wiring layers can be reduced.

また、別の好ましい態様において、第2配線層はCuを有し、第3無機絶縁層は、第4無機絶縁層および第2有機絶縁層に比べて、Cuの拡散速度が遅くてもよい。   In another preferable embodiment, the second wiring layer may have Cu, and the third inorganic insulating layer may have a slower diffusion rate of Cu as compared to the fourth inorganic insulating layer and the second organic insulating layer.

この多層配線構造体によれば、第2配線層に含まれるCuが拡散し、隔離された配線間がショートすることを抑制することができる。   According to this multilayer wiring structure, Cu contained in the second wiring layer can be diffused, and a short circuit between isolated wirings can be suppressed.

本発明の一実施形態に係る多層配線構造体は、基板と、基板上に配置された絶縁性の中間層と、中間層によって前記基板と隔離され、第1配線層と、第1無機絶縁層と、第2無機絶縁層と、第1有機絶縁層と、を含む第1配線構造と、第1配線構造の上方に配置され、第2配線層と、第2有機絶縁層と、を含む第2配線構造と、第1配線構造の上方に配置され、第3配線層と、第3無機絶縁層と、第4無機絶縁層と、第3有機絶縁層と、を含む第3配線構造と、第1配線層と第2配線層または第3配線層とを接続する第1ビアと、第2配線層と第3配線層とを接続する第2ビアと、を有する。   A multilayer wiring structure according to an embodiment of the present invention is separated from the substrate by a substrate, an insulating intermediate layer disposed on the substrate, and an intermediate layer, and a first wiring layer, a first inorganic insulating layer A first wiring structure including a second inorganic insulating layer and a first organic insulating layer; a second wiring layer disposed above the first wiring structure; and a second organic insulating layer A second wiring structure, and a third wiring structure disposed above the first wiring structure and including a third wiring layer, a third inorganic insulating layer, a fourth inorganic insulating layer, and a third organic insulating layer; It has a first via connecting the first wiring layer and the second wiring layer or the third wiring layer, and a second via connecting the second wiring layer and the third wiring layer.

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。また、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。   According to this multilayer wiring structure, it is possible to relieve local stress due to expansion and contraction of each layer caused by the heat treatment process. In addition, parasitic capacitance between the stacked wirings can be reduced.

また、別の好ましい態様において、第1ビアと第2ビアとは、平面視において互いに重畳してもよい。   In another preferred embodiment, the first via and the second via may overlap with each other in plan view.

この多層配線構造体によれば、設計の自由度が高く、平面方向の占有面積を小さくすることができる。   According to this multilayer wiring structure, the degree of freedom in design is high, and the occupied area in the planar direction can be reduced.

また、別の好ましい態様において、中間層は、基板よりもヤング率が小さくてもよい。   Also, in another preferred embodiment, the intermediate layer may have a smaller Young's modulus than the substrate.

また、別の好ましい態様において、中間層は、基板よりも熱膨張率が高く、第1配線層よりも熱膨張率が低くてもよい。   In another preferred embodiment, the intermediate layer may have a thermal expansion coefficient higher than that of the substrate and lower than that of the first wiring layer.

また、別の好ましい態様において、中間層は、樹脂層であってもよい。   In another preferred embodiment, the intermediate layer may be a resin layer.

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。   According to this multilayer wiring structure, it is possible to relieve local stress due to expansion and contraction of each layer caused by the heat treatment process.

また、別の好ましい態様において、第1配線層はCu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。   In another preferred embodiment, the first wiring layer may have Cu, and the diffusion rate of Cu may be slower in the intermediate layer than in the substrate.

この多層配線構造体によれば、第1配線層に含まれるCuが基板に拡散することを抑制することができる。   According to this multilayer wiring structure, diffusion of Cu contained in the first wiring layer to the substrate can be suppressed.

また、別の好ましい態様において、第1有機絶縁層の誘電率は、第1無機絶縁層および第2無機絶縁層の各々の誘電率よりも低く、第2有機絶縁層の誘電率は、第3無機絶縁層および第4無機絶縁層の各々の誘電率よりも低くてもよい。   In another preferred embodiment, the dielectric constant of the first organic insulating layer is lower than the dielectric constant of each of the first inorganic insulating layer and the second inorganic insulating layer, and the dielectric constant of the second organic insulating layer is The dielectric constant of each of the inorganic insulating layer and the fourth inorganic insulating layer may be lower.

この多層配線構造体によれば、積層された配線層間の寄生容量を小さくすることができる。   According to this multilayer wiring structure, parasitic capacitance between stacked wiring layers can be reduced.

また、別の好ましい態様において、第2配線層はCuを有し、第3無機絶縁層は、第4無機絶縁層および第2有機絶縁層に比べて、Cuの拡散速度が遅くてもよい。   In another preferable embodiment, the second wiring layer may have Cu, and the third inorganic insulating layer may have a slower diffusion rate of Cu as compared to the fourth inorganic insulating layer and the second organic insulating layer.

この多層配線構造体によれば、第2配線層に含まれるCuが拡散し、隔離された配線間がショートすることを抑制することができる。   According to this multilayer wiring structure, Cu contained in the second wiring layer can be diffused, and a short circuit between isolated wirings can be suppressed.

本発明によると、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。   According to the present invention, a multilayer wiring structure having high resistance to a heat treatment process can be provided.

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。FIG. 1 is a cross-sectional view of a multilayer wiring structure according to a first embodiment of the present invention. 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。FIG. 7 is a cross-sectional view of a substrate on which a first conductive material and a lower second conductive material are formed in the method for manufacturing a multilayer wiring structure according to the first embodiment of the present invention. 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。It is sectional drawing of the board | substrate with which the photoresist was formed on the lower 2nd conductive material in the manufacturing method of the multilayer wiring structure which concerns on 1st Embodiment of this invention. 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。It is sectional drawing of the board | substrate with which the upper 2nd conductive material was formed on the 2nd lower conductive material in the manufacturing method of the multilayer wiring structure which concerns on 1st Embodiment of this invention. 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。FIG. 7 is a cross-sectional view of the substrate from which the photoresist on the lower second conductive material has been removed in the method for manufacturing a multilayer wiring structure according to the first embodiment of the present invention. 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。FIG. 7 is a cross-sectional view of the substrate on which the pattern of the first wiring layer is formed by etching in the method for manufacturing a multilayer wiring structure according to the first embodiment of the present invention. 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。It is sectional drawing of the board | substrate with which the 1st inorganic insulating layer and the 2nd inorganic insulating layer were formed on the 1st wiring layer in the manufacturing method of the multilayer wiring structure concerning a 1st embodiment of the present invention. 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。It is sectional drawing of the board | substrate with which the 1st organic insulating layer was formed on the 2nd inorganic insulating layer in the manufacturing method of the multilayer wiring structure which concerns on 1st Embodiment of this invention. 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。FIG. 7 is a cross-sectional view of a substrate in which an opening is formed in the first inorganic insulating layer and the second inorganic insulating layer in the method for manufacturing a multilayer wiring structure according to the first embodiment of the present invention. 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。It is sectional drawing of the board | substrate with which the 3rd electrically conductive material was formed on the 1st organic insulating layer in the manufacturing method of the multilayer interconnection structure which concerns on 1st Embodiment of this invention. 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。It is sectional drawing of the board | substrate with which the lower 4th conductive material was formed on the 3rd conductive material in the manufacturing method of the multilayer wiring structure which concerns on 1st Embodiment of this invention. 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。It is sectional drawing of the board | substrate with which the photoresist was formed on the lower 4th conductive material in the manufacturing method of the multilayer wiring structure which concerns on 1st Embodiment of this invention. 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。It is sectional drawing of the board | substrate with which the upper 4th conductive material was formed on the lower 4th conductive material in the manufacturing method of the multilayer wiring structure which concerns on 1st Embodiment of this invention. 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。FIG. 13 is a cross-sectional view of the substrate from which the photoresist on the lower fourth conductive material has been removed in the method for manufacturing a multilayer wiring structure according to the first embodiment of the present invention. 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。FIG. 7 is a cross-sectional view of a substrate on which a pattern of a second wiring layer is formed by etching in the method of manufacturing a multilayer wiring structure according to the first embodiment of the present invention. 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。It is sectional drawing of the board | substrate with which the 3rd inorganic insulating layer and the 4th inorganic insulating layer were formed on the 2nd wiring layer in the manufacturing method of the multilayer wiring structure concerning a 1st embodiment of the present invention. 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。It is sectional drawing of the board | substrate with which the 2nd organic insulating layer was formed on the 4th inorganic insulating layer in the manufacturing method of the multilayer wiring structure which concerns on 1st Embodiment of this invention. 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。FIG. 7 is a cross-sectional view of a substrate in which an opening is formed in the third inorganic insulating layer and the fourth inorganic insulating layer in the method for manufacturing a multilayer wiring structure according to the first embodiment of the present invention. 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。FIG. 7 is a cross-sectional view of a substrate for describing the details of a method of etching a pattern of a wiring layer in the method of manufacturing a multilayer wiring structure according to the first embodiment of the present invention. 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。FIG. 7 is a cross-sectional view of a substrate for describing the details of a method of forming an organic insulating layer in the method of manufacturing a multilayer wiring structure according to the first embodiment of the present invention. 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。It is sectional drawing of the multilayer wiring structure which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 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。It is sectional drawing of the multilayer wiring structure which concerns on Example 1 of this invention.

<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。
First Embodiment
Hereinafter, a multilayer wiring structure according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments described below are merely examples of the embodiments of the present invention, and the present invention is not construed as being limited to these embodiments. In the drawings referred to in this embodiment, the same portions or portions having similar functions may be denoted by the same reference numerals or similar reference numerals, and repeated description thereof may be omitted. Further, the dimensional ratio of the drawings may be different from the actual ratio for convenience of explanation, or a part of the configuration may be omitted from the drawings.

[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。
[Configuration of multilayer wiring structure]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a multilayer wiring structure according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, as an example of the multilayer wiring structure, a cross-sectional view of a six-layer wiring structure will be described.

図1では、基板100上に第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。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、基板100と第1配線層110とを隔離する絶縁性の中間層101が形成され、第1配線層110と基板100とが電気的に絶縁されている。   In FIG. 1, first to fifth layers separating the first to sixth wiring layers (110, 120, 130, 140, 150, 160) and the first to sixth wiring layers on the substrate 100. The first to fourth vias (191, 191, 129, 139, 149, 159) connecting the adjacent wiring layers among the first to fifth wiring layers (110, 120, 130, 140, 150) , 192, 193, 194) are formed. Between the substrate 100 and the first wiring layer 110 which is the lowermost wiring layer of the multilayer wiring structure, an insulating intermediate layer 101 is formed to isolate the substrate 100 and the first wiring layer 110, and the first wiring is formed. Layer 110 and substrate 100 are electrically isolated.

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。   In FIG. 1, the first wiring layer 110 has a first conductive layer 111 and a second conductive layer 112. As the second conductive layer 112, a metal material having low electrical resistance is preferable. For example, copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), aluminum (Al) or the like can be used. In addition, aluminum alloys such as aluminum-neodymium alloy (Al-Nd) and aluminum-copper alloy (Al-Cu) can be used. As the first conductive layer 111, it is preferable to use a material having adhesiveness or a barrier property to the second conductive layer 112. For example, when Cu is used as the second conductive layer 112, titanium (Ti), titanium nitride (TiN), tantalum (Ta), tantalum nitride (TaN), Cr (chromium) or the like may be used as the first conductive layer 111. It can be used. Although FIG. 1 exemplifies a laminated structure of two conductive layers as the wiring layer, the present invention is not limited to this structure, and may have a single layer structure of one conductive layer, and three or more conductive layers. It may be a laminated structure according to

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。   In FIG. 1, the first interlayer film 119 has a first inorganic insulating layer 113, a second inorganic insulating layer 114, and a first organic insulating layer 115. The first inorganic insulating layer 113 is formed to cover the first conductive layer 111, the second conductive layer 112, and the exposed intermediate layer 101. In addition, the second inorganic insulating layer 114 is formed to cover the first inorganic insulating layer 113, and the first organic insulating layer 115 is further formed thereon. Here, the dielectric constant of the first organic insulating layer 115 is preferably lower than the dielectric constant of each of the first inorganic insulating layer 113 and the second inorganic insulating layer 114. The first interlayer film 119 is not limited to the above three-layer structure, and may be configured to include at least one or more organic insulating layers or inorganic insulating layers.

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(Al23)、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。 The first inorganic insulating layer 113 is preferably made of a material having a barrier property to the second conductive layer 112. In other words, it is preferable that the first inorganic insulating layer 113 be a material whose diffusion speed of the second conductive layer 112 is slower than that of the second inorganic insulating layer 114 or the first organic insulating layer 115. For example, when Cu is used as the second conductive layer 112, silicon nitride (SiN), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), silicon carbide (SiC) as the first inorganic insulating layer 113 Silicon nitride carbide (SiCN), carbon-doped silicon oxide (SiOC), etc. can be used. Further, the first inorganic insulating layer 113 is preferably formed under film forming conditions with good coverage. When Cu is used as the second conductive layer 112 and SiN is used as the first inorganic insulating layer 113, it is preferable that the film thickness be a certain thickness or more in order to obtain the diffusion preventing function of Cu, and SiN is a specific dielectric Since the ratio is as high as 7.5, in order to suppress parasitic capacitance between wiring layers, it is preferable to set the film thickness to a certain value or less. Specifically, the film thickness of the SiN film is preferably 10 nm or more and 200 nm or less. More preferably, the thickness is 50 nm or more and 100 nm or less.

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。   It is preferable that the first inorganic insulating layer 113 does not generate a crack in the first inorganic insulating layer 113 or a region having a rough film in the step portion formed by the first wiring layer 110. For example, it is desirable that the first inorganic insulating layer 113 be deposited under conditions where the deposition temperature is high, and preferably 200 ° C. or higher. More preferably, the temperature is 300 ° C. or higher. Further, in order to improve the coverage of the first inorganic insulating layer 113, the end face of the first wiring layer 110 may have a forward tapered shape inclined with respect to the surface of the intermediate layer 101. The taper angle of the first wiring layer 110 is preferably 30 degrees or more and 90 degrees or less. More preferably, 30 degrees or more and 60 degrees or less. Here, both of the first conductive layer 111 and the second conductive layer 112 included in the first wiring layer 110 may not be in the forward tapered shape, and either one may be in the forward tapered shape.

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(Al23)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。 The second inorganic insulating layer 114 is preferably made of a material having good adhesion to the first inorganic insulating layer 113 and the first organic insulating layer 115 formed thereon. For example, as the second inorganic insulating layer 114, silicon oxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), or the like can be used. In addition, the second inorganic insulating layer 114 is preferably formed under film formation conditions with good coverage. Further, the SiO 2 film is preferably a predetermined thickness or more in order to adjust the warpage of the substrate and to improve the reliability, and if the thickness is too large, the balance with the stress of PI can not be balanced. It is preferably thick. Specifically, the film thickness of the SiO 2 film is preferably 1 μm to 8 μm. More preferably, the thickness is 2 μm or more and 5 μm or less.

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。   The first organic insulating layer 115 relieves or planarizes the step formed by the first wiring layer 110, and is a material having a dielectric constant lower than that of the first inorganic insulating layer 113 and the second inorganic insulating layer 114. Preferably, it is formed of, for example, a resin material such as photosensitive polyimide. The film thickness of the first organic insulating layer 115 is preferably at least the film thickness formed by the first wiring layer 110 or more. In order to reduce the parasitic capacitance between the wiring layers, the coating process can be performed. It is preferable to form as thick as possible. Specifically, the film thickness of the first organic insulating layer is preferably 4 μm or more and 24 μm or less. More preferably, it is 8 μm or more and 20 μm or less. Moreover, photosensitive acrylic, photosensitive siloxane, etc. can be used instead of photosensitive polyimide. Besides, benzocyclobutene having a low dielectric constant and a barrier property to Cu may be used. Moreover, you may use not only photosensitive resin but non-photosensitive resin.

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。   As non-photosensitive resin, epoxy resin, polyimide resin, benzocyclobutene resin, polyamide, phenol resin, silicone resin, fluorine resin, liquid crystal polymer, polyamide imide, polybenzoxazole, cyanate resin, aramid, polyolefin, polyester, BT resin , FR-4, FR-5, polyacetal, polybutylene terephthalate, syndiotactic polystyrene, polyphenylene sulfide, polyetheretherketone, polyether nitrile, polycarbonate, polyphenylene ether polysulfone, polyether sulfone, polyarylate, polyether imide, etc. Can be used. The above resins may be used alone or in combination of two or more resins. In addition, an inorganic filler such as glass, talc, mica, silica, alumina or the like may be used in combination with the above resin.

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。   An opening 181 is provided in the first interlayer film 119, and the inside of the opening 181 is filled with the first via 191. Although FIG. 1 illustrates the structure in which the first via 191 is formed by filling the opening 181 with a part of the second wiring layer 120, the present invention is not limited to this structure. For example, as the first via 191 The conductive layer different from the second wiring layer 120 may be used. Although FIG. 1 illustrates the structure in which the opening 181 and the first via 191 have a shape perpendicular to the substrate, the present invention is not limited to this structure, and the opening 181 and the first via 191 may It may have a forward taper shape, and the opening 181 and the first via 191 may have a reverse taper shape with respect to the substrate. Although FIG. 1 exemplifies a structure in which the opening 181 is filled with the conductive layer, the vias may be connected to adjacent wiring layers, and a part of the opening 181 may be hollow.

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。   When the second wiring layer 120 is used as the first via 191 as shown in FIG. 1, copper (Cu), silver (Ag), and the like having low electric resistance as the second conductive layer 112 are used as the fourth conductive layer 122. Gold (Au), aluminum (Al) or the like can be used. In addition, aluminum alloys such as aluminum-neodymium alloy (Al-Nd) and aluminum-copper alloy (Al-Cu) can be used. Further, as the third conductive layer 121, it is preferable to use a material having a barrier property to the fourth conductive layer 122 as in the first conductive layer 111. For example, when the fourth conductive layer 122 contains Cu, titanium (Ti), titanium nitride (TiN), tantalum (Ta), tantalum nitride (TaN), Cr (chromium) or the like is used as the third conductive layer 121. can do.

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。   The first via 191 is in contact with the second conductive layer 112 of the first wiring layer 110 at the bottom thereof, and the first wiring layer 110 and the second wiring layer 120 are electrically connected. Although the second wiring layers 126 and 127 are not connected to the upper and lower wiring layers in FIG. 1, they may be connected to the upper and lower wiring layers at places different from the cross section shown in FIG.

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。   A second interlayer film 129 is formed on the second wiring layer 120. The second interlayer film 129 has the same structure as the first interlayer film 119, and includes a third inorganic insulating layer 123, a fourth inorganic insulating layer 124, and a second organic insulating layer 125. In FIG. 1, since the material used for each layer of the second interlayer film 129 is the same material as each layer of the first interlayer film 119, the detailed description is omitted here. However, the material used for each layer of the second interlayer film 129 is not limited to the same material as each layer of the first interlayer film 119, and can be appropriately selected according to the purpose of the interlayer film.

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。   Thereafter, the third to fifth wiring layers (130, 140, 150) can be formed in the same manner as the second wiring layer 120. The fifth conductive layer 131 of the third wiring layer 130, the seventh conductive layer 141 of the fourth wiring layer 140, and the ninth conductive layer 151 of the fifth wiring layer 150 may be formed of the same material as the first conductive layer 111, respectively. it can. Also, the sixth conductive layer 132 of the third wiring layer 130, the eighth conductive layer 142 of the fourth wiring layer 140, and the tenth conductive layer 152 of the fifth wiring layer 150 are formed of the same material as the second conductive layer 112, respectively. be able to. However, these conductive layers do not necessarily have to be the same as the first conductive layer 111 or the second conductive layer 112, and can be appropriately selected according to the purpose of the wiring layer.

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。   Further, in the same manner as the second interlayer film 129, third to fifth interlayer films (139, 149, 159) can be formed. The fifth inorganic insulating layer 133 of the third interlayer film 139, the seventh inorganic insulating layer 143 of the fourth interlayer film 149, and the ninth inorganic insulating layer 153 of the fifth interlayer film 159 are the same materials as the first inorganic insulating layer 113, respectively. It can be formed. The sixth inorganic insulating layer 134 of the third interlayer film 139, the eighth inorganic insulating layer 144 of the fourth interlayer film 149, and the tenth inorganic insulating layer 154 of the fifth interlayer film 159 are the same as the second inorganic insulating layer 114, respectively. It can be formed of a material. The third organic insulating layer 135 of the third interlayer film 139, the fourth organic insulating layer 145 of the fourth interlayer film 149, and the fifth organic insulating layer 155 of the fifth interlayer film 159 are the same as the first organic insulating layer 115, respectively. It can be formed of a material. However, these insulating layers are not necessarily the same as the first inorganic insulating layer 113, the second inorganic insulating layer 114, or the first organic insulating layer 115, and may be appropriately selected according to the purpose of the insulating layer. it can.

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。   The first to fourth vias (191, 192, 193, 194) have a so-called stacked via structure stacked at the same plane coordinates. In other words, the first to fourth vias (191, 192, 193, 194) overlap each other in plan view. Here, the overlapping vias are not limited to the completely overlapping structure in plan view, and include, for example, a structure in which a part of the vias is overlapped. In the stacked via structure shown in FIG. 1, a structure in which all the stacked vias overlap each other in plan view is exemplified, but the present invention is not limited to this structure, and at least vias formed above and below a certain wiring layer can be viewed in plan It only needs to overlap each other. For example, the first via 191 under the second wiring layer 120 and the upper second via 192 may overlap at least partially in plan view.

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。   Although FIG. 1 illustrates a structure in which all of the first to fourth vias (191, 192, 193, 194) have the same diameter, the present invention is not limited to this structure, and even if the diameter of the via differs depending on the layer. Good. For example, the via (for example, the fourth via 194) in the upper layer may have a larger diameter than the via (for example, the first via 191) in the lower layer. Also, the diameter of the via of a particular layer may be different from the diameter of the via of another layer.

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。   In FIG. 1, the fifth wiring layer 150 is connected to the uppermost sixth wiring layer 160 through the opening 185 provided in the fifth interlayer film 159. The sixth wiring layer 160 includes an eleventh conductive layer 161, a twelfth conductive layer 162, and a thirteenth conductive layer 163. As the eleventh conductive layer 161, it is preferable to use a material having low electric resistance and good adhesion to the tenth conductive layer 152. For example, the same material as the tenth conductive layer 152 may be used, and Cu, Ag, Au, Al, Al-Nd, Al-Cu, or the like can be used.

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)などを使用することができる。   Further, as the thirteenth conductive layer 163, it is preferable to use a material that has high corrosion resistance, is not easily oxidized, and has low contact resistance with an external element. For example, Au, platinum (Pt), etc. can be used. Further, as the twelfth conductive layer 162, a material having good adhesion to the eleventh conductive layer 161 and the thirteenth conductive layer 163 is preferable. Further, for example, when the thirteenth conductive layer 163 is formed by plating, it is preferable to use a material suitable as a seed layer of the thirteenth conductive layer 163. For example, Ti, nickel (Ni) or the like can be used.

上記の多層配線構造と基板との間には、多層配線構造と基板とを隔離する絶縁性の中間層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、中間層は樹脂層であることが望ましい。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層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。   Between the multilayer wiring structure described above and the substrate, an insulating intermediate layer 101 is formed which separates the multilayer wiring structure from the substrate. It is desirable that the intermediate layer 101 be softer than the substrate 100, that is, have a smaller Young's modulus, in order to reduce the transfer of the stress caused by the multilayer wiring structure to the substrate. In addition, the intermediate layer 101 is more easily expanded and contracted than the substrate 100 in order to reduce the transfer of the thermal expansion of the substrate to the multilayer wiring structure, and the intermediate layer 101 is easier than the first conductive layer 111 and the second conductive layer 112 of the first wiring layer 110. It is desirable that it is difficult to stretch. That is, it is desirable that the thermal expansion coefficient be higher than that of the substrate 100 and the thermal expansion coefficient be lower than that of the first wiring layer. Here, when the film thickness of the second conductive layer 112 is, for example, five or more times larger than the film thickness of the first conductive layer 111, the stress caused by the thermal expansion coefficient is dominated by the stress caused by the second conductive layer 112 In order to become transparent, the thermal expansion coefficient of the intermediate layer 101 may be lower than the thermal expansion coefficient of the second conductive layer 112. The intermediate layer is preferably a resin layer. The intermediate layer 101 is preferably made of a material having a barrier property to the second conductive layer 112. In other words, it is preferable that the intermediate layer 101 be a material whose diffusion rate of the second conductive layer 112 is slower than that of the substrate 100. For example, when the second conductive layer 112 contains Cu, a resin layer such as polyimide can be used as the intermediate layer 101. Although FIG. 1 illustrates a structure in which one intermediate layer is sandwiched between the multilayer wiring structure and the substrate, the present invention is not limited to this structure, and the intermediate layer and the multilayer wiring structure, or the intermediate layer and the substrate Other layers may be sandwiched between.

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。   Here, in FIG. 1, in order to provide a multilayer wiring structure having a high degree of freedom in design and also to provide a multilayer wiring structure having a small occupied area in the planar direction, a plurality of vias overlap each other in plan view. Stack via structures are disclosed. The degree of expansion and contraction due to the heat treatment step in the process differs between the organic insulating layer and the wiring layer or between the organic insulating layer and the substrate. Therefore, in the stack via structure, the degree of expansion and contraction due to the heat treatment process occurs in the region AB line in which the wiring layer and the via overlap and in the region CD line in which the organic insulating layer is formed between the wiring layers. The stresses that occur are very different.

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。   In particular, in the region A-B line in which the wiring layer having a higher Young's modulus, which is harder than the organic insulating layer, is stacked, D2 (three-dimensional) compared to the region C-D line in which the organic insulating layer is disposed between the wiring layers. A large stress is generated in the direction. In addition, stress in the D1 (planar) direction is also generated on the entire surface of the substrate between the organic insulating layer and the substrate due to the degree of expansion and contraction due to the heat treatment process.

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、基板100と積層された配線層との間に中間層101を設けることで、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。   If a stack via structure is formed without providing an intermediate layer on the substrate as in the prior art, the generation of a crack in the via or the inorganic insulating layer or the via and the wiring due to the stress in the D1 direction or D2 direction described above. Problems such as peeling occur. However, according to the structure shown in FIG. 1, the stress in the D1 direction or the D2 direction can be relaxed by providing the intermediate layer 101 between the substrate 100 and the stacked wiring layer, and the via or the inorganic material can be relaxed. It is possible to suppress problems such as the occurrence of a crack in the insulating layer and the separation of the via and the wiring.

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。   Further, as in the conventional structure in which the multilayer wiring structure is formed without providing the intermediate layer on the substrate, particularly when the second conductive layer 112 of the first wiring layer 110 contains Cu, the first conductive layer 111 and the first conductive layer Even when a material having a barrier property to Cu is used as the inorganic insulating layer 113, Cu may be diffused to the substrate through the cracks generated in the first inorganic insulating layer 113 in the heat treatment step. For example, in the case of using a conductive or semiconductor material for the substrate 100, a problem occurs in which the first wiring layer 110 and the substrate 100 are shorted.

上記のように、基板と多層配線構造との間に、基板と多層配線構造とを隔離し、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。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。つまり、上記の問題が抑制され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。   As described above, by separating the substrate and the multilayer wiring structure between the substrate and the multilayer wiring structure and providing the insulating intermediate layer having the above features, the wiring layer and the via are overlapped by the heat treatment process. It is possible to relieve the three-dimensional stress generated in the region. Further, by providing the intermediate layer, the stress in the planar direction generated on the entire surface of the substrate by the heat treatment step can be relaxed. As a result, it is possible to suppress problems such as generation of cracks in the via and the inorganic insulating layer, and separation of the via and the wiring. Further, by providing an insulating intermediate layer having the above-described characteristics between the substrate and the multilayer wiring structure, it is possible to suppress the diffusion of Cu to the substrate in the heat treatment step. As a result, the problem of short circuit between the first wiring layer and the substrate can be suppressed. That is, it is possible to obtain a multilayer wiring structure of stacked via structure in which the above-mentioned problems are suppressed.

したがって、図1に一例を示した第1実施形態によると、熱処理工程によるクラックや剥離の抑制、また、Cuの基板への拡散などを抑制することができるため、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、設計の自由度が高い多層配線構造体を提供することができる。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。   Therefore, according to the first embodiment, an example of which is shown in FIG. 1, it is possible to suppress cracking and peeling in the heat treatment step and to suppress the diffusion of Cu into the substrate and the like. A structure can be provided. In addition, since a multilayer wiring structure having a stack via structure can be obtained, a multilayer wiring structure having a high degree of freedom in design can be provided. Also, a multilayer wiring structure with a small area occupied in the planar direction can be provided. In addition, by using a material having a dielectric constant lower than that of the inorganic insulating layer as the organic insulating layer, parasitic capacitance between the stacked wirings can be reduced, so that delay of a signal transmitted through the wirings can be suppressed. It is possible to provide a multilayer wiring structure that can be

[多層配線構造体の製造方法]
次に、図2乃至18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18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。
[Method of manufacturing multilayer wiring structure]
Next, a method of manufacturing a multilayer wiring structure according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In FIGS. 2 to 18, the same elements as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

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、スパッタリング法により、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。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。   FIG. 2 is a cross-sectional view of a substrate on which a first conductive material and a lower second conductive material are formed in the method for manufacturing a multilayer wiring structure according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, an insulating intermediate layer 101 using a resin material such as polyimide is formed on a substrate 100 such as a silicon substrate using a coating method. Next, the first conductive material 211 is deposited by sputtering, and the lower second conductive material 212 is deposited thereon. It is preferable to use low resistance Cu as the lower second conductive material 212, and in that case, it is preferable to use Ti having a barrier property to Cu as the first conductive material 211. The intermediate layer 101 and the first conductive material 211 play a role as a barrier layer for suppressing Cu from diffusing into the substrate 100 and shorting the first conductive material 211 and the substrate 100. The lower second conductive material 212 also serves as a seed layer for growing Cu by electrolytic plating. Here, TiN or a refractory metal such as Ta, TaN, or Cr may be used as the material of the barrier layer other than Ti.

次に、図3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4に示すように上部第2導電材料213を形成する。図4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。   Next, as shown in FIG. 3, after a photoresist is applied on the lower second conductive material 212, exposure and development are performed to form a wiring pattern resist pattern 310. After that, the same material as the lower second conductive material 212 is grown on the lower second conductive material 212 exposed from the wiring formation resist pattern 310 using electrolytic plating, as shown in FIG. 2 form a conductive material 213; Although FIG. 4 illustrates the manufacturing method of growing the same material as the lower second conductive material 212 as the upper second conductive material 213, the present invention is not limited to this method, and the upper second conductive material 213 may be used as the lower second conductive material. Materials different from 212 may be grown.

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5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。   Next, after the upper second conductive material 213 is formed, the photoresist for forming the wiring pattern forming resist pattern 310 is removed by an organic solvent to obtain the structure of FIG. Note that instead of using an organic solvent, ashing with oxygen plasma can also be used to remove the photoresist.

次に、図6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。   Next, as shown in FIG. 6, a portion of the lower second conductive material 212 and a portion of the first conductive material 211 which were covered by the wiring formation resist pattern 310 are etched with an acidic chemical solution, The conductive layer 111 and the second conductive layer 112 are formed. Since the film thickness of the upper second conductive material 213 becomes thin by this etching, it is preferable to set the film thickness of the upper second conductive material 213 in consideration of the influence of the thin film formation. In addition, ion milling, dry etching, or the like can be used instead of the above-described etching with a chemical solution.

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19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。   In the case of using an acidic aqueous solution, if the first conductive layer 111 has a faster etching rate than the second conductive layer 112, an undercut 301 is formed as shown in FIG. In particular, when the width of the wiring is 5 μm or less, sufficient adhesion between the first conductive layer 111 and the underlying intermediate layer 101 can not be obtained, and the first conductive layer 111 is peeled off by its own stress or the like. Sometimes. On the other hand, in the case of using ion milling or dry etching, such an undercut hardly occurs, and therefore, fine wiring can be formed.

次に、図7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。 Next, as shown in FIG. 7, a first inorganic insulating layer 113 such as a SiN film and a second inorganic insulating layer 114 such as a SiO 2 film are formed on the second conductive layer 112 by plasma CVD. Do. In forming the SiN film, SiH 4 can be used as a Si source and NH 3 can be used as a nitrogen source. In addition, SiH 4 can be used as a Si source and N 2 O can be used as an oxygen source for forming a SiO 2 film. Also, tetraethoxysilane (TEOS) can be used as a Si source. In addition, O 2 can also be used as an oxygen source.

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。 SiO 2 film, in terms of suppressing the warp of the substrate 100, it is preferable to adjust the film stress in -100Mpa following compressive stress than -300 MPa. In particular, the film stress is preferably adjusted to -200 Mpa or more and -150 Mpa or less.

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。 In the case where the second conductive layer 112 contains Cu, if copper oxide is present on the surface of Cu, the adhesion between the first inorganic insulating layer 113 and Cu decreases, so before the film formation of the first inorganic insulating layer 113. It is preferable to wash the Cu surface with dilute sulfuric acid or the like. Alternatively, before the film formation of the first inorganic insulating layer 113, the Cu surface can be exposed to NH 3 plasma in the same chamber to remove copper oxide.

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。   When the second conductive layer 112 contains Cu, it is preferable to use a SiN film having a barrier property to Cu as the first inorganic insulating layer 113, and Cu atoms, Cu molecules, and Cu ions of the second conductive layer 112 are used. Acts as a barrier insulating layer that prevents heat diffusion from the side surface and the top surface of the second conductive layer 112 to the second inorganic insulating layer 114 and also prevents diffusion due to an electric field between adjacent wiring layers. Here, instead of using the SiN film as the barrier insulating layer, a SiC film (which may contain several percent to 10% of oxygen) can be used. A SiC film can also be formed by plasma CVD, and has an effect of preventing diffusion of Cu atoms, Cu molecules, and Cu ions of the second conductive layer 112.

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。 Further, instead of the SiO 2 film, a SiOC film, a SiOF film, or the like may be used as the second inorganic insulating layer 114. The SiOC film and the SiOF film can also be formed by plasma CVD. The SiOC film or the SiOF film has a dielectric constant lower than that of the SiO 2 film, and the parasitic capacitance between the stacked wirings can be reduced.

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。   Next, a first organic insulating layer 115 such as polyimide is applied on the second inorganic insulating layer 114 by spin coating. Instead of polyimide, benzocyclobutene or the like may be used. Moreover, you may use not only photosensitive resin but non-photosensitive resin.

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。   As non-photosensitive resin, epoxy resin, polyimide resin, benzocyclobutene resin, polyamide, phenol resin, silicone resin, fluorine resin, liquid crystal polymer, polyamide imide, polybenzoxazole, cyanate resin, aramid, polyolefin, polyester, BT resin , FR-4, FR-5, polyacetal, polybutylene terephthalate, syndiotactic polystyrene, polyphenylene sulfide, polyetheretherketone, polyether nitrile, polycarbonate, polyphenylene ether polysulfone, polyether sulfone, polyarylate, polyether imide, etc. Can be used. The above resins may be used alone or in combination of two or more resins. In addition, an inorganic filler such as glass, talc, mica, silica, alumina or the like may be used in combination with the above resin.

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。   However, in the case of using a non-photosensitive resin, it is necessary to further apply a photosensitive resin and perform patterning by lithography. Therefore, the use of a non-photosensitive resin may increase the number of processes. In the first embodiment, a manufacturing method using photosensitive polyimide as the first organic insulating layer 115 will be described.

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8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。   In the case where the first organic insulating layer 115 is applied, development is performed after exposure using a photo mask, and as shown in FIG. 8, a recess 281 is formed at a necessary position above the second conductive layer 112. . Here, the “required position” refers to a position where it is necessary to arrange a via for connecting the second conductive layer 112 to a wiring formed thereabove.

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。   A thermal curing process is performed to cure the first organic insulating layer 115 applied after the formation of the recess 281. The heat curing treatment is preferably set to a temperature equal to or less than the glass transition temperature of the organic insulating layer used. When the curing is performed at a temperature exceeding the glass transition temperature, the shape of the concave portion 281 is deformed, and a problem such as an opening diameter larger than the designed size occurs. For example, when polyimide is used as the first organic insulating layer 115, heat treatment is preferably performed at 250 ° C. if the glass transition temperature of the polyimide is 280 ° C. For example, heat treatment under a nitrogen atmosphere at 250 ° C. for 1 hour It is good to do. In addition, it is preferable to perform not only the process of thermosetting, but the heat processing after this process so that the glass transition temperature of a polyimide may not be exceeded.

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20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。   When the first organic insulating layer 115 is thermally cured, a step 302 as shown in FIG. 20 may occur in the region other than the concave portion 281 due to the step due to the first wiring layer 110. Such a step becomes larger as the wiring layers are stacked, and causes a focus shift at the time of pattern exposure. For this reason, it becomes difficult to form a wiring pattern based on the design dimensions, and a problem of shorting adjacent wires or a problem of disconnection of wires occurs. In order to reduce the level difference 302 of the first organic insulating layer 115, it is preferable to use an organic material such as polyimide having a small thermal shrinkage (preferably, a thermal shrinkage of 15% or less). Moreover, in order to remove the unevenness | corrugation of the surface of a polyimide with high precision, a fly cutter can also be used.

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。 Next, plasma etching is performed using the first organic insulating layer 115 as a mask to etch the first inorganic insulating layer 113 and the second inorganic insulating layer 114 at the bottom of the recess 281. Here, an etching method in the case where a SiN film is used as the first inorganic insulating layer 113, an SiO 2 film is used as the second inorganic insulating layer 114, and polyimide is used as the first organic insulating layer 115 will be described in detail.

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CH22を用いることができる。 As an etching gas for the SiO 2 film, a mixed gas of CF 4 (flow rate 20 sccm) and H 2 (flow rate 5 sccm) can be used. By changing the flow ratio of the mixed gas, it is possible to adjust the ratio of the etching rate of the cured polyimide and the SiO 2 film. Here, it is preferable to adjust the ratio of the etching rate of the polyimide to the SiO 2 film to be small. The etching gas is not limited to that described above, and CHF 3 or CH 2 F 2 can be used instead of CF 4 .

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。 As an etching gas for the SiN film, a mixed gas of CF 4 (flow rate 20 sccm) and O 2 (flow rate 2 sccm) can be used. Also in the etching of the SiN film, it is possible to adjust the ratio of the etching rate of the cured polyimide and the SiN film by changing the flow ratio of the mixed gas. As in the case of SiO 2 , it is preferable to adjust the ratio of the etching rate of polyimide to the SiN film to be small.

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。   As described above, an opening for filling the first via 191 electrically connecting the first wiring layer 110 and the second wiring layer 120 by etching the first inorganic insulating layer 113 and the second inorganic insulating layer 114. The part 181 is formed. Immediately after the opening 181 is formed, a carbon compound containing Si or F may be attached to the side wall or the bottom of the opening 181. In order to remove this carbon compound, it may be washed with an organic solvent. In addition, the surface of the second conductive layer 112 exposed at the bottom of the opening 181 may be oxidized by plasma etching. In order to remove the oxide on the surface, washing with dilute sulfuric acid may be performed.

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9に示す構造を得ることができる。   The surface of the first organic insulating layer 115 may receive plasma damage due to plasma etching of the first inorganic insulating layer 113 and the second inorganic insulating layer 114, and the heat resistance inherent to the first organic insulating layer 115 may be impaired. . In this case, the damaged layer on the surface can be removed by performing heat treatment, for example, at a temperature equal to or lower than the glass transition temperature of the first organic insulating layer 115. Thus, the structure shown in FIG. 9 can be obtained.

次に、図10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。   Next, as shown in FIG. 10, a third conductive material 221 is deposited by sputtering. When the second conductive layer 112 contains Cu, as the third conductive material 221, by using Ti, TiN, Ta, TaN, Cr, etc. as in the first conductive layer 111, Cu atoms, Cu molecules, Cu, etc. It can function as a barrier metal that prevents ions from diffusing.

次に、図11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。   Next, as shown in FIG. 11, the lower fourth conductive material 222 is deposited by sputtering. It is preferable to use low resistance Cu as the lower fourth conductive material 222. The lower fourth conductive material 222 also serves as a seed layer for growing Cu by electrolytic plating.

次に、図12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13に示すように上部第4導電材料223を形成する。図13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。   Next, as shown in FIG. 12, a photoresist is applied on the lower fourth conductive material 222, and then exposure and development are performed to form a wiring pattern resist pattern 320. Thereafter, the same material as the lower fourth conductive material 222 is grown on the lower fourth conductive material 222 exposed from the wiring formation resist pattern 320 using electrolytic plating, as shown in FIG. 4 form a conductive material 223; Although FIG. 13 exemplifies a manufacturing method of growing the same material as the lower fourth conductive material 222 as the upper fourth conductive material 223, the present invention is not limited to this method, and the upper fourth conductive material 223 may be a lower fourth conductive material. Materials different from 222 may be grown.

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14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。   Next, after the upper fourth conductive material 223 is formed, the photoresist for forming the wiring pattern forming resist pattern 320 is removed by an organic solvent to obtain the structure of FIG. Note that instead of using an organic solvent, ashing with oxygen plasma can also be used to remove the photoresist.

次に、図15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、イオンミリングなどを用いることもできる。   Next, as shown in FIG. 15, a portion of the lower fourth conductive material 222 and a portion of the third conductive material 221 covered by the resist pattern 320 for wiring formation are etched with an acidic chemical solution, The conductive layer 121 and the fourth conductive layer 122 are formed. Since the film thickness of the upper fourth conductive material 223 is reduced by this etching, it is preferable to set the film thickness of the upper fourth conductive material 223 in consideration of the influence of the thin film formation. In addition, ion milling or the like can be used instead of the above-mentioned etching with a chemical solution.

次に、図16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。 Next, as shown in FIG. 16, the third inorganic insulating layer 123 and the fourth inorganic insulating layer 124 are formed on the fourth conductive layer 122. For example, when the fourth conductive layer 122 contains Cu, it is preferable to use, as the third inorganic insulating layer 123, a SiN film having a barrier property to Cu as in the case of the first inorganic insulating layer 113, and As the layer 124, it is preferable to use an SiO 2 film as in the case of the second inorganic insulating layer 114. Instead of using a SiN film as the barrier insulating layer as the third inorganic insulating layer 123, a SiC film (which may contain several percent to 10% of oxygen) can be used. Further, instead of the SiO 2 film, a SiOC film, an SiOF film, or the like may be used as the fourth inorganic insulating layer 124.

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。   Next, a second organic insulating layer 125 such as polyimide is applied on the fourth inorganic insulating layer 124 by spin coating. Instead of polyimide, benzocyclobutene or the like may be used. Moreover, you may use not only photosensitive resin but non-photosensitive resin.

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。   As non-photosensitive resin, epoxy resin, polyimide resin, benzocyclobutene resin, polyamide, phenol resin, silicone resin, fluorine resin, liquid crystal polymer, polyamide imide, polybenzoxazole, cyanate resin, aramid, polyolefin, polyester, BT resin , FR-4, FR-5, polyacetal, polybutylene terephthalate, syndiotactic polystyrene, polyphenylene sulfide, polyetheretherketone, polyether nitrile, polycarbonate, polyphenylene ether polysulfone, polyether sulfone, polyarylate, polyether imide, etc. Can be used. The above resins may be used alone or in combination of two or more resins. In addition, an inorganic filler such as glass, talc, mica, silica, alumina or the like may be used in combination with the above resin.

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。   In the first embodiment, a manufacturing method using photosensitive polyimide as the second organic insulating layer 125 will be described.

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17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。   In the case where the second organic insulating layer 125 is applied, development is carried out after exposure using a photomask, and as shown in FIG. 17, a recess 282 is formed at a necessary position above the fourth conductive layer 122. . Here, the “required position” refers to a position where it is necessary to arrange a via for connecting the fourth conductive layer 122 to the wiring formed in the upper layer.

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。   After the formation of the recess 281, in order to cure the second organic insulating layer 125, a thermosetting process is performed at a temperature equal to or lower than the glass transition temperature of the second organic insulating layer 125. For example, in the case of using polyimide as the second organic insulating layer 125, if the glass transition temperature of the polyimide is 280 ° C., the temperature is 250 ° C. as described above. In addition, it is preferable to perform not only the process of thermosetting, but the heat processing after this process, as it does not exceed the glass transition temperature of a polyimide.

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18に示す構造を得ることができる。   Next, by plasma etching using the second organic insulating layer 125 as a mask, the third inorganic insulating layer 123 and the fourth inorganic insulating layer 124 at the bottom of the recess 282 are etched. As a method of plasma etching, a method similar to the method of etching the first inorganic insulating layer 113 and the second inorganic insulating layer 114 can be used. By etching the third inorganic insulating layer 123 and the fourth inorganic insulating layer 124, an opening 182 for filling the second via 192 electrically connecting the second wiring layer 120 and the third wiring layer 130 is formed. Ru. Thus, the structure shown in FIG. 18 can be obtained.

以降、図10乃至18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。   Thereafter, the multilayer wiring structure shown in FIG. 1 can be obtained by repeating the method described in FIGS.

<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21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21は、図1と類似しているが、第2配線層120および第4配線層140は、それらの上に無機絶縁層が形成されておらず、有機絶縁層のみが形成されている点において、図1とは異なる。
Second Embodiment
Hereinafter, a multilayer wiring structure according to a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 21 is a cross-sectional view of a multilayer wiring structure according to a second embodiment of the present invention. FIG. 21 is similar to FIG. 1, but the second wiring layer 120 and the fourth wiring layer 140 have no inorganic insulating layer formed thereon, and only the organic insulating layer is formed. Is different from FIG.

図21に示す構造においては、少なくとも、無機絶縁層が形成されていない第2有機絶縁層125および第4有機絶縁層145は、第2配線層120および第4配線層140に含まれる導電材料に対するバリア性を有していることが好ましい。   In the structure shown in FIG. 21, at least the second organic insulating layer 125 and the fourth organic insulating layer 145 in which the inorganic insulating layer is not formed are for the conductive material included in the second wiring layer 120 and the fourth wiring layer 140. It is preferable to have barrier properties.

また、図21では、第2配線層120および第4配線層140がそれらの配線層上に無機絶縁層が形成されず、有機絶縁層のみが形成された構造を例示したが、この構造に限定されず、他の配線層も配線層上に無機絶縁層が形成されず、有機絶縁層のみが形成された構造であってもよい。例えば、第3配線層130上に形成された第5無機絶縁層133および第6無機絶縁層134が形成されず、第3配線層130上には第3有機絶縁層135のみが形成された構造であってもよい。ただし、図21に示す多層配線構造体の層間膜が全て有機絶縁層で形成されると、各層の応力の影響で基板が反ってしまう。したがって、少なくとも1層は無機絶縁層を含んでいることが望ましい。好ましくは、中間層101上の第1配線層110を覆う第1無機絶縁層113および第2無機絶縁層114以外に、第1層間膜119よりも上層の層間膜(図21においては、第2乃至4層間膜(129、139、149))に少なくとも1層の無機絶縁層を含んでいることが望ましい。   Further, FIG. 21 exemplifies a structure in which only the organic insulating layer is formed on the second wiring layer 120 and the fourth wiring layer 140 without forming the inorganic insulating layer on those wiring layers, but the structure is limited to this structure. Alternatively, other wiring layers may have a structure in which only an organic insulating layer is formed without forming an inorganic insulating layer on the wiring layer. For example, the fifth inorganic insulating layer 133 and the sixth inorganic insulating layer 134 formed on the third wiring layer 130 are not formed, and only the third organic insulating layer 135 is formed on the third wiring layer 130. It may be However, if all the interlayer films of the multilayer wiring structure shown in FIG. 21 are formed of the organic insulating layer, the substrate is warped due to the stress of each layer. Therefore, it is desirable that at least one layer includes an inorganic insulating layer. Preferably, in addition to the first inorganic insulating layer 113 and the second inorganic insulating layer 114 covering the first wiring layer 110 on the intermediate layer 101, an interlayer film above the first interlayer film 119 (in FIG. It is desirable that at least one inorganic insulating layer be included in the four interlayer films (129, 139, 149).

上記の構造を他の表現で説明すると、第2実施形態の多層配線構造体は、基板100と、その上に配置された絶縁性の中間層101と、中間層101上に配置された第1配線層110および第1層間膜119を含む第1配線構造と、第1配線構造の上方に配置され、第2配線層120および第2層間膜129を含む第2配線構造と、第1配線構造の上方に配置され、第3配線層130および第3層間膜139を含む第3配線構造とを有している。   The multilayer wiring structure of the second embodiment includes the substrate 100, the insulating intermediate layer 101 disposed thereon, and the first structure disposed on the intermediate layer 101. A first wiring structure including the wiring layer 110 and the first interlayer film 119, a second wiring structure disposed above the first wiring structure and including the second wiring layer 120 and the second interlayer film 129, and a first wiring structure And a third wiring structure including the third wiring layer 130 and the third interlayer film 139.

ここで、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を有している。また、第2層間膜129は、第2有機絶縁層125を有している。また、第3層間膜139は、第5無機絶縁層133、第6無機絶縁層134および第3有機絶縁層135を有している。第1配線層110と第2配線層120は第1ビア191によって接続され、第2配線層120と第3配線層130は第2ビア192によって接続されている。   Here, the first interlayer film 119 includes the first inorganic insulating layer 113, the second inorganic insulating layer 114, and the first organic insulating layer 115. In addition, the second interlayer film 129 has a second organic insulating layer 125. In addition, the third interlayer film 139 has a fifth inorganic insulating layer 133, a sixth inorganic insulating layer 134, and a third organic insulating layer 135. The first wiring layer 110 and the second wiring layer 120 are connected by the first via 191, and the second wiring layer 120 and the third wiring layer 130 are connected by the second via 192.

図21では、第1配線構造、第2配線構造、第3配線構造が順に積層された構造を例示したが、この構造に限定されず、例えば、第1配線構造、第3配線構造、第2配線構造の順で積層されていてもよい。また、第1配線構造、第2配線構造、第2配線構造、第3配線構造の順で積層されるように、第2配線構造と第3配線構造が交互に積層されていなくてもよい。   Although FIG. 21 illustrates a structure in which the first wiring structure, the second wiring structure, and the third wiring structure are sequentially stacked, the present invention is not limited to this structure. For example, the first wiring structure, the third wiring structure, and the second It may be laminated in the order of the wiring structure. Further, the second wiring structure and the third wiring structure may not be alternately stacked so as to be stacked in the order of the first wiring structure, the second wiring structure, the second wiring structure, and the third wiring structure.

上記の構造を有することで、第1実施形態と同様の効果を得ると共に、第1実施形態に比べて無機絶縁層の層数が少ないため、無機絶縁層の成膜工程および無機絶縁層のプラズマエッチング工程を削減することができるため、工程数を少なくすることで低コスト化の効果が得られる。   By having the above-described structure, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the number of inorganic insulating layers is smaller than that of the first embodiment. Since the number of etching steps can be reduced, the cost can be reduced by reducing the number of steps.

以下、本発明を図22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22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。   Hereinafter, the present invention will be specifically described based on Example 1 shown in FIG. 22, but the present invention is not limited to only these examples. FIG. 22 is a cross-sectional view of a multilayer wiring structure according to Embodiment 1 of the present invention. In the first embodiment, an example in which two wiring layers are further added to the multilayer wiring structure of the first embodiment to fabricate an eight-layer wiring structure will be described.

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のポリイミドを形成した。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。   First, a silicon substrate with a thickness of 400 μm was prepared as the substrate 100. Next, a 10 μm polyimide was formed as an insulating intermediate layer 101 on the substrate 100 by spin coating. The Young's modulus of the polyimide is 3 to 3.5 GPa, and the Young's modulus of the silicon substrate is about 185 GPa. That is, the intermediate layer 101 has a Young's modulus lower than that of the substrate 100. In other words, the intermediate layer 101 is softer than the substrate 100. In addition, polyimide has a barrier property to Cu used in a wiring layer described later. That is, polyimide has a slower diffusion rate of Cu than a silicon substrate.

中間層101上には、第1配線層110が形成される。第1配線層110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。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。   The first wiring layer 110 is formed on the intermediate layer 101. The first wiring layer 110 is formed by stacking Ti of 50 nm in thickness as the first conductive layer 111 and Cu of 4 μm in thickness as the second conductive layer 112. Here, Ti of the first conductive layer 111 has a barrier property to Cu of the second conductive layer 112. Also, the wiring pattern of the first wiring layer 110 can be formed with a line width of 10 to 100 μm.

図22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。   In Example 1 shown in FIG. 22, the second to seventh wiring layers (120, 130, 140, 150, 160, 170) are also formed with the same layered structure and pattern line width as the first wiring layer 110. That is, the third, fifth, seventh, ninth, eleventh, and thirteenth conductive layers (121, 131, 141, 151, 161, and 171) are formed of the same Ti as the first conductive layer 111, and fourth, sixth, eighth, and tenth , 12, 14 conductive layers (122, 132, 142, 152, 162, 172) are formed of the same Cu as the second conductive layer 112.

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22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。 When the first wiring layer 110 is formed on the intermediate layer 101, a first interlayer film 119 is formed to cover them. The first interlayer film 119 is a 10 nm thick SiN film as the first inorganic insulating layer 113, a 2 μm thick SiO 2 film as the second inorganic insulating layer 114, and a 12 μm thick polyimide as the first organic insulating layer 115. And a stack of layers. Here, the SiN film of the first inorganic insulating layer 113 and the SiO 2 film of the second inorganic insulating layer 114 are formed using a plasma CVD method. Further, the polyimide of the first organic insulating layer 115 relieves or planarizes the step formed by the first wiring layer 110. That is, the polyimide film thickness 115 b of the first organic insulating layer 115 on the first wiring layer 110 is smaller than the polyimide film thickness 115 a of the first organic insulating layer 115 on the intermediate layer 101 where the first wiring layer 110 does not exist. It will be formed thin. In Example 1 shown in FIG. 22, the film thickness 115 a was 12 μm, and the film thickness 115 b was 8 μm, which is approximately the thickness of the first wiring layer 110.

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。 Subsequently, an opening 181 is formed in the first interlayer film 119. The opening 181 has a diameter of 15 μm. First, the opening 181 is coated with photosensitive polyimide as the first organic insulating layer 115, exposed using a photomask, and then developed to form the lower second inorganic insulating layer 114 at the position where the opening 181 is provided. Form a recess that exposes the The photosensitive polyimide of the first organic insulating layer 115 was used as a mask to form the second inorganic insulating layer 114 exposed in the concave portion and the lower first inorganic insulating layer 113 by plasma etching. In etching the SiO 2 film of the second inorganic insulating layer 114, a mixed gas of CF 4 (flow rate 20 sccm) and H 2 (flow rate 5 sccm) was used. In addition, a mixed gas of CF 4 (flow rate 20 sccm) and O 2 (flow rate 2 sccm) was used to etch the SiN film of the first inorganic insulating layer 113.

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。   Subsequently, the second wiring layer 120 and the first via 191 are formed in the same step on the first interlayer film 119 and in the opening 181. Similarly to the first wiring layer 110, the second wiring layer 120 and the first via 191 are a stack of Ti of 50 nm in thickness as the third conductive layer 121 and Cu of 4 μm in thickness as the fourth conductive layer 122. Form. Here, Ti of the third conductive layer 121 has a barrier property to Cu of the fourth conductive layer 122. The inside of the opening 181 is covered with Ti of the third conductive layer 121, and is formed so as to isolate Cu of the fourth conductive layer 122 and the inside of the opening 181 of the first interlayer film 119.

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。   The diameter 191 a of the first via 191 is 15 μm, which is the same as the diameter of the opening 181, and the diameter 191 b of the land located above the first via 191 is 30 μm. Also, the via pitch indicating the distance between the centers of adjacent vias is 40 μm where the pitch is the smallest.

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。   As described above, the first wiring layer, the first interlayer film, and the first via are formed. Similarly to these, second to seventh wiring layers, an interlayer film, and second to sixth vias are formed. Then, the uppermost eighth wiring layer 380 and the seventh via 197 are formed in the same step in the opening 187 provided on the seventh interlayer film 179 and in the seventh interlayer film 179. The eighth wiring layer 380 is formed by laminating Cu with a thickness of 3 μm as the fifteenth conductive layer 381, Ni with a thickness of 1 μm as a sixteenth conductive layer 382, and Au with a thickness of 1 μm as a seventeenth conductive layer 383. Be done.

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、基板と多層配線構造とを隔離し、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。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。つまり、上記の問題が抑制され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。   As described above, according to the first embodiment, the heat treatment process is performed by isolating the substrate and the multilayer wiring structure between the substrate and the multilayer wiring structure and providing the insulating intermediate layer having the above-described features. Stress in a three-dimensional direction generated in the region where the wiring layer and the via overlap can be relaxed. Further, by providing the intermediate layer, the stress in the planar direction generated on the entire surface of the substrate by the heat treatment step can be relaxed. As a result, it is possible to suppress problems such as generation of cracks in the via and the inorganic insulating layer, and separation of the via and the wiring. Further, by providing an insulating intermediate layer having the above-described characteristics between the substrate and the multilayer wiring structure, it is possible to suppress the diffusion of Cu to the substrate in the heat treatment step. As a result, the problem of short circuit between the first wiring layer and the substrate can be suppressed. That is, it is possible to obtain a multilayer wiring structure of stacked via structure in which the above-mentioned problems are suppressed.

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。   In addition, this invention is not limited to said embodiment, It is possible to change suitably in the range which does not deviate from the meaning.

100:基板
101:中間層
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
181、182、185:開口部
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
100: substrate 101: intermediate layer 110: first wiring layer 111: first conductive layer 112: second conductive layer 113: first inorganic insulating layer 114: second inorganic insulating layer 115: first organic insulating layer 119: first Interlayer films 120, 126, 127: second wiring layer 121: third conductive layer 122: fourth conductive layer 123: third inorganic insulating layer 124: fourth inorganic insulating layer 125: second organic insulating layer 129: second layer Film 130: third wiring layer 131: fifth conductive layer 132: sixth conductive layer 133: fifth inorganic insulating layer 134: sixth inorganic insulating layer 135: third organic insulating layer 139: third interlayer film 140: fourth Wiring layer 141: seventh conductive layer 142: eighth conductive layer 143: seventh inorganic insulating layer 144: eighth inorganic insulating layer 145: fourth organic insulating layer 149: fourth interlayer film 150: fifth wiring layer 151: fifth 9 conductive layer 152: tenth conductive layer 153: ninth inorganic Edge layer 154: tenth inorganic insulating layer 155: fifth organic insulating layer 159: fifth interlayer film 160: sixth wiring layer 161: eleventh conductive layer 162: twelfth conductive layer 163: thirteenth conductive layer 181, 182, 185: Opening 191: first via 192: second via 193: third via 194: fourth via 211: first conductive material 212: lower second conductive material 213: upper second conductive material 221: third conductive material 222: lower fourth conductive material 223: upper fourth conductive material 281, 282: recess 301: undercut 302: step 310, 320: resist pattern for forming wiring

Claims (5)

基板上に、複数の配線層が積層された多層配線構造を有し、
前記多層配線構造は、隣接する配線層間を接続する複数のアを含み、
前記多層配線構造と前記基板とを隔離し、前記基板上に直接配置され、前記基板よりもヤング率が低い絶縁性の中間層を含み、
前記複数のビアは、平面視において互いに重畳し、
前記多層配線構造は、無機絶縁層に接し、かつ、覆われた配線層と、有機絶縁層に接し、かつ、覆われた配線層が交互に積層される多層配線構造体。
On a substrate having a multilayer wiring structure in which a plurality of wiring layers are the product layer,
The multilayer interconnection structure includes a plurality of vias that connect the adjacent wiring layers,
Separates the multilayer wiring structure from the substrate and includes an insulating intermediate layer disposed directly on the substrate and having a lower Young's modulus than the substrate;
Wherein the plurality of vias, and superposition with each other in a plan view,
The multilayer interconnection structure is in contact with the non-machine insulating layer, and the covered wiring layer, an organic insulating layer in contact with, and covered with a multilayer wiring structure in which the wiring layers are stacked alternately.
基板上に、複数の配線層が積層された多層配線構造を有し、
前記多層配線構造は、隣接する配線層間を接続する複数のアを含み、
前記多層配線構造と前記基板とを隔離し、前記基板上に直接配置され、前記基板よりも熱膨張率が高い絶縁性の中間層を含み、
前記複数のビアは、平面視において互いに重畳し、
前記多層配線構造は、無機絶縁層に接し、かつ、覆われた配線層と、有機絶縁層に接し、かつ、覆われた配線層が交互に積層される多層配線構造体。
On a substrate having a multilayer wiring structure in which a plurality of wiring layers are the product layer,
The multilayer interconnection structure includes a plurality of vias that connect the adjacent wiring layers,
Separates the multilayer wiring structure from the substrate and includes an insulating intermediate layer disposed directly on the substrate and having a thermal expansion coefficient higher than that of the substrate,
Wherein the plurality of vias, and superposition with each other in a plan view,
The multilayer interconnection structure is in contact with the non-machine insulating layer, and the covered wiring layer, an organic insulating layer in contact with, and covered with a multilayer wiring structure in which the wiring layers are stacked alternately.
前記複数のビアの径のうち、少なくとも何れか二つのビアの径は異なる請求項1または請求項2に記載の多層配線構造体。 The multilayer wiring structure according to claim 1, wherein the diameters of at least any two of the plurality of vias are different. 前記中間層は、ポリイミドを材料として設けられる請求項1乃至請求項の何れか一項に記載の多層配線構造体。 The multilayer wiring structure according to any one of claims 1 to 3 , wherein the intermediate layer is provided using polyimide as a material. 前記複数の配線層のうち、最下層の配線層は前記中間層に接する請求項1乃至請求項の何れか一項に記載の多層配線構造体。
The multilayer wiring structure according to any one of claims 1 to 4 , wherein a lowermost wiring layer of the plurality of wiring layers is in contact with the intermediate layer.
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