JP2013110231A - Wiring structure and manufacturing method for wiring structure - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wiring structure which uses two modes occurring in a wiring structure embedded between a first insulating layer and a second insulating layer and discharging from upper and lower corners of wiring as single mode, and has excellent dielectric breakdown resistance.SOLUTION: A wiring structure comprises: a first insulating layer 2; wirings 4' and 4" provided on the first insulating layer 2 and having a copper wiring part 4a composed of copper or copper alloy; a dielectric layer 5 provided on the first insulating layer 2 and extending in a belt like shape along the wirings in a state in which the dielectric layer is in contact with one side surface of the wirings; and a second insulating layer 3 provided on the first insulating layer 2 and coating the wirings and the dielectric layer 5. The dielectric layer 5 has a relative permittivity higher than the first insulating layer 2 and the second insulating layer 3.

Description

本発明は、配線構造および配線構造の製造方法に関する。   The present invention relates to a wiring structure and a manufacturing method of the wiring structure.

半導体素子を搭載するための多層配線回路基板、例えばパッケージ基板、ウエーハレベルパッケージ基板又はシリコンインタポーザ基板には、絶縁層中に銅配線を埋め込んだ構造の配線構造が多用されている。かかる配線構造は、半導体素子の多端子化および端子の狭ピッチ化に応じて微細化されるに伴い、配線間距離がより狭くなっている。このため、配線間の絶縁破壊に起因する信頼性の低下が懸念されている。   A multilayer wiring circuit board for mounting a semiconductor element, such as a package board, a wafer level package board, or a silicon interposer board, often uses a wiring structure in which copper wiring is embedded in an insulating layer. As the wiring structure is miniaturized as the number of terminals of the semiconductor element is increased and the pitch of the terminals is reduced, the distance between the wirings is further reduced. For this reason, there is a concern about a decrease in reliability due to dielectric breakdown between wirings.

微細な多層配線構造の製造には、微細配線を容易に作製することができるセミアディティブ法又はダマシン法がしばしば用いられる。セミアディティブ法では、下層絶縁層上面に配線を形成した後,その上を上層絶縁層で被覆する。また、ダマシン法では、下層絶縁層に埋め込まれた配線を形成した後、その上を上層絶縁層で被覆する。従って、これらの製造方法により作製された配線構造では、配線の下面又は上面の隅が、下層絶縁層と上層絶縁層との界面に近接して形成される。配線の隅には電界集中が起こりやすい。このため、配線の隅が上下層絶縁層の界面に近接するこれらの配線構造では、配線の隅から上下層絶縁層の界面に沿って放電が進行する絶縁破壊が発生するおそれがある。   For manufacturing a fine multilayer wiring structure, a semi-additive method or a damascene method that can easily produce a fine wiring is often used. In the semi-additive method, a wiring is formed on the upper surface of the lower insulating layer and then covered with an upper insulating layer. In the damascene method, a wiring embedded in a lower insulating layer is formed, and then the upper insulating layer is covered with the wiring. Therefore, in the wiring structure manufactured by these manufacturing methods, the corners of the lower surface or the upper surface of the wiring are formed close to the interface between the lower insulating layer and the upper insulating layer. Electric field concentration tends to occur at the corners of the wiring. For this reason, in these wiring structures in which the corners of the wiring are close to the interface between the upper and lower insulating layers, there is a possibility that a dielectric breakdown in which discharge proceeds from the corner of the wiring along the interface of the upper and lower insulating layers may occur.

かかる上下層絶縁層の界面に沿って進行する放電を抑制するために、配線間に延在する上下層絶縁層の界面を伸長する方法が提案された。この方法では、配線間に表出する下絶縁層を掘り下げる。これにより、上下絶縁層の界面は、掘り下げた深さを下降および上昇する距離の分だけ伸長される。このため、界面に沿う放電が抑制されると期待される。   In order to suppress the discharge that proceeds along the interface between the upper and lower insulating layers, a method of extending the interface between the upper and lower insulating layers extending between the wirings has been proposed. In this method, the lower insulating layer exposed between the wirings is dug down. As a result, the interface between the upper and lower insulating layers is extended by the distance that descends and rises the dug depth. For this reason, it is expected that the discharge along the interface is suppressed.

他方、上述した絶縁破壊は、銅の拡散が関与すると推測されている。このため、銅配線の外周面を銅の拡散防止膜で被覆して、絶縁破壊を抑制する提案がなされている。   On the other hand, it is estimated that the above-mentioned dielectric breakdown is related to copper diffusion. For this reason, the proposal which suppresses a dielectric breakdown by covering the outer peripheral surface of a copper wiring with a copper diffusion prevention film is made.

特開2008−232838号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2008-232828 特開2010−054456号公報JP 2010-045456 A 特開2008−215847号公報JP 2008-215847 A

上述したように、セミアディティブ法又はダマシン法により製造された銅配線を含む配線構造では、配線構造が微細になると、電界が集中する配線の隅から上下絶縁層の界面に沿って放電が進行する絶縁破壊を起こすおそれがある。このため、絶縁耐性が高い多層配線構造と、その絶縁耐性を担保することができる精密な信頼性試験が要望されている。   As described above, in a wiring structure including a copper wiring manufactured by a semi-additive method or a damascene method, when the wiring structure becomes fine, discharge proceeds from the corner of the wiring where the electric field is concentrated along the interface of the upper and lower insulating layers. There is a risk of dielectric breakdown. For this reason, a multilayer wiring structure having high insulation resistance and a precise reliability test capable of ensuring the insulation resistance are desired.

HAST試験(Highly-Accelerated Temprature and Humidity Stress Test)は、配線構造の絶縁破壊に対する信頼性を測定する試験として広く採用されている。HAST試験をセミアディティブ法により製造された配線構造に適用した結果、界面に近い配線の下隅から上下層絶縁層の界面に沿って放電する絶縁破壊と、界面から離れている配線の上隅から隣接する配線の上隅に向かい絶縁層中を貫通して放電する絶縁破壊と、2つのモードの絶縁破壊が観測された。   The HAST test (Highly-Accelerated Temprature and Humidity Stress Test) is widely adopted as a test for measuring the reliability of a wiring structure against dielectric breakdown. As a result of applying the HAST test to the wiring structure manufactured by the semi-additive method, dielectric breakdown that discharges from the lower corner of the wiring close to the interface along the interface of the upper and lower insulating layers, and adjacent to the upper corner of the wiring far from the interface Dielectric breakdown that discharges through the insulating layer toward the upper corner of the wiring to be connected and two modes of dielectric breakdown were observed.

この2つのモードの絶縁破壊は、いずれが先行するか事前に予測することができない。そのため、信頼性試験では2つのモードの絶縁破壊の事象が重なり、絶縁破壊に至るまでの時間のばらつきが大きくなるため、配線構造の信頼性が低下するという問題があった。また、2つのモードが重なる結果、絶縁耐性を劣化させる主因を特定することができず、配線構造の絶縁耐性を向上するうえでの妨げとなっていた。   It is impossible to predict in advance which of these two modes will break down. For this reason, in the reliability test, two modes of dielectric breakdown events overlap, resulting in a large variation in time until dielectric breakdown, resulting in a problem that the reliability of the wiring structure is lowered. Further, as a result of the overlap of the two modes, the main cause of the deterioration of the insulation resistance cannot be specified, which hinders the improvement of the insulation resistance of the wiring structure.

配線間に表出する下絶縁層を掘り下げて配線間に延在する上下絶縁層の界面を伸長した従来の配線構造は、HAST試験によると、掘り下げのない配線構造とほぼ同様の試験結果であった。このように、下絶縁層の掘り下げの効果は限定されている。また、銅配線の外周面を銅の拡散防止膜で被覆した従来の配線構造は、HAST試験結果によると改善効果があるものの、その絶縁破壊の抑止効果は十分ではない。   According to the HAST test, the conventional wiring structure in which the lower insulating layer exposed between the wirings is dug down to extend the interface between the upper and lower insulating layers is almost the same as the wiring structure without dug-down. It was. Thus, the effect of digging down the lower insulating layer is limited. Moreover, although the conventional wiring structure which coat | covered the outer peripheral surface of the copper wiring with the copper diffusion prevention film has an improvement effect according to a HAST test result, the suppression effect of the dielectric breakdown is not enough.

本発明は、絶縁層中に埋め込まれた銅配線を含む配線構造において、絶縁破壊耐性が高く、かつ、配線の上下隅の一方からのみ放電が進行するように制御された配線構造、およびその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention relates to a wiring structure including a copper wiring embedded in an insulating layer, having a high resistance to dielectric breakdown and controlled to discharge only from one of upper and lower corners of the wiring, and its manufacture It aims to provide a method.

上述した課題を解決するための本発明は、その一観点によれば、第1の絶縁層と、前記第1の絶縁層上に設けられ、銅又は銅合金からなる銅配線部を有する配線と、前記第1の絶縁層上に設けられ、1側面を前記配線に接して前記配線に沿い帯状に延在する誘電体層と、前記第1の絶縁層上に設けられ、前記配線および前記誘電体層を被覆する第2の絶縁層と、を有し、前記誘電体層は、前記第1および第2の絶縁層より高い比誘電率を有することを特徴とする配線構造として提供される。   According to one aspect of the present invention for solving the above-described problems, a wiring having a first insulating layer and a copper wiring portion provided on the first insulating layer and made of copper or a copper alloy; A dielectric layer provided on the first insulating layer and having a side surface in contact with the wiring and extending in a strip shape along the wiring; and provided on the first insulating layer, the wiring and the dielectric And a second insulating layer covering the body layer, wherein the dielectric layer has a higher dielectric constant than the first and second insulating layers.

本発明によれば、絶縁層中に埋め込まれた銅配線を含む配線構造であって、絶縁破壊耐性が高く、かつ配線の上下隅の一方からのみ放電が進行するように制御された配線構造が提供される。   According to the present invention, there is provided a wiring structure including a copper wiring embedded in an insulating layer, which has a high resistance to dielectric breakdown and is controlled so that discharge proceeds only from one of upper and lower corners of the wiring. Provided.

HAST試験用配線の平面図Plan view of HAST test wiring 従来の配線構造の断面図Cross-sectional view of conventional wiring structure 本発明の第1実施形態の配線構造の断面図Sectional drawing of the wiring structure of 1st Embodiment of this invention 本発明の第1実施形態のHAST試験結果HAST test result of the first embodiment of the present invention 本発明の第1実施形態の電界強度分布図Electric field intensity distribution diagram of the first embodiment of the present invention 従来の配線構造の電界強度分布図Electric field strength distribution diagram of conventional wiring structure 本発明の第1実施形態の配線構造の拡大断面図The expanded sectional view of the wiring structure of a 1st embodiment of the present invention. 本発明の配線構造のCu拡散経路を表す図The figure showing Cu diffusion path | route of the wiring structure of this invention 本発明の第1実施形態の配線構造の製造工程断面図(その1)Manufacturing process sectional drawing of the wiring structure of 1st Embodiment of this invention (the 1) 本発明の第1実施形態の配線構造の製造工程断面図(その2)Manufacturing process sectional drawing of the wiring structure of 1st Embodiment of this invention (the 2) 本発明の第1実施形態の配線構造の製造工程断面図(その3)Manufacturing process sectional drawing of the wiring structure of 1st Embodiment of this invention (the 3) 本発明の第1実施形態の配線構造の製造工程断面図(その4)Manufacturing process sectional drawing of the wiring structure of 1st Embodiment of this invention (the 4) 本発明の第2実施形態の配線構造の断面図Sectional drawing of the wiring structure of 2nd Embodiment of this invention 本発明の第2実施形態の配線構造の製造工程断面図(その1)Manufacturing process sectional drawing of the wiring structure of 2nd Embodiment of this invention (the 1) 本発明の第2実施形態の配線構造の製造工程断面図(その2)Manufacturing process sectional drawing of the wiring structure of 2nd Embodiment of this invention (the 2) 本発明の第3実施形態の配線構造の断面図Sectional drawing of the wiring structure of 3rd Embodiment of this invention 本発明の第3実施形態の配線構造の製造工程断面図(その1)Manufacturing process sectional drawing of the wiring structure of 3rd Embodiment of this invention (the 1) 本発明の第3実施形態の配線構造の製造工程断面図(その2)Manufacturing process sectional drawing of the wiring structure of 3rd Embodiment of this invention (the 2) 本発明の第4実施形態の配線構造の断面図Sectional drawing of the wiring structure of 4th Embodiment of this invention 本発明の第4実施形態の配線構造の製造工程断面図(その1)Manufacturing process sectional drawing of the wiring structure of 4th Embodiment of this invention (the 1) 本発明の第4実施形態の配線構造の製造工程断面図(その2)Manufacturing process sectional drawing of the wiring structure of 4th Embodiment of this invention (the 2) 本発明の第4実施形態の配線構造の製造工程断面図(その3)Manufacturing process sectional drawing of the wiring structure of 4th Embodiment of this invention (the 3)

本発明を説明する前に、回路基板に用いられる従来の配線構造と、その絶縁破壊について説明する。   Prior to describing the present invention, a conventional wiring structure used for a circuit board and its dielectric breakdown will be described.

図1はHAST試験用配線の平面図であり、HAST試験に供された配線の平面形状を表している。図2は従来の配線構造の断面図であり、セミアディティブ法により製造された配線の断面構造を表している。なお、図2は、図1のX−X’断面の一部を拡大した図であり、図2(a)は断面矩形に形成された配線を表し、図2(b)は上方向に配線幅が拡幅しするように変形して形成された配線を表している。   FIG. 1 is a plan view of a HAST test wiring, and shows a planar shape of the wiring subjected to the HAST test. FIG. 2 is a cross-sectional view of a conventional wiring structure, and shows a cross-sectional structure of a wiring manufactured by a semi-additive method. 2 is an enlarged view of a part of the XX ′ cross section of FIG. 1. FIG. 2 (a) shows wiring formed in a rectangular cross section, and FIG. 2 (b) shows wiring upward. A wiring formed by being deformed so that the width is increased is shown.

図1を参照して、HAST試験に供されるHAST試験用配線20は、互いに噛み合う2個の櫛歯状配線20’、20”から構成されている。櫛歯状配線20’、20”は、互いに平行に延在する接続部20A’、20A”と、接続部20A’、20A”の垂直方向にライン状に延在する配線4’、4”とを有する。これらの配線4’、4”は、それぞれ櫛歯状配線20’、20”の櫛歯部分を構成する。また、ライン状の配線4’、4”は、互いに交互にかつ平行に配置され、ラインアンドスペースを構成する。なお,配線4’は接続部20A’に接続されて櫛歯状配線20’を構成し、配線4”は接続部20A”に接続されて櫛歯状配線20”を構成する。   Referring to FIG. 1, a HAST test wiring 20 used for the HAST test is composed of two comb-shaped wirings 20 ′ and 20 ″ that mesh with each other. , Connecting portions 20A ′ and 20A ″ extending in parallel to each other, and wirings 4 ′ and 4 ″ extending in a line shape in a direction perpendicular to the connecting portions 20A ′ and 20A ″. These wirings 4 ′ and 4 ”. "Constitutes a comb-tooth portion of each of the comb-like wirings 20 'and 20". Also, the line-like wirings 4' and 4 "are arranged alternately and in parallel to form a line-and-space. The wiring 4 'is connected to the connecting portion 20A' to form a comb-like wiring 20 ', and the wiring 4 "is connected to the connecting portion 20A" to form a comb-like wiring 20 ".

HAST試験では、櫛歯状配線20’、20”間に電圧が印加された状態で高温多湿の雰囲気中に放置され、ラインアンドスペースを構成する配線4’、4”間で絶縁破壊が発生するまでの時間が測定される。   In the HAST test, a voltage is applied between the comb-like wirings 20 ′ and 20 ″ and the substrate is left in a high-temperature and high-humidity atmosphere, and dielectric breakdown occurs between the wirings 4 ′ and 4 ″ constituting the line and space. The time until is measured.

図2(a)を参照して、従来の配線構造15では、基板1上に形成された第1の絶縁層2(下層絶縁層)と、第1の絶縁層2上に形成された断面矩形の配線4’、4”と、さらに第1の絶縁層2上に配線4’、4”を被覆するように形成された第2の絶縁層3(上層絶縁層)と、が設けられている。   Referring to FIG. 2A, in the conventional wiring structure 15, a first insulating layer 2 (lower insulating layer) formed on the substrate 1 and a cross-sectional rectangle formed on the first insulating layer 2. And the second insulating layer 3 (upper insulating layer) formed on the first insulating layer 2 so as to cover the wirings 4 ′ and 4 ″. .

第1の絶縁層2の上面は、配線4’、4”の間が掘り下げられて凹部2aが形成されている。即ち、第1の絶縁層2の上面は、図2の紙面に垂直に平行に延在する溝状の凹部2aと、凹部2a間に形成されたメサストライプ状の凸部2bとがラインアンドスペース状に形成されている。配線4’、4”は、凸部2bの上面に配置される。従って、凹部2aの内面、即ち、配線4’の下隅A’から下隅A’に接続する凹部2aの壁面、凹部2aの底面および配線4”の下隅A”に接続する凹部2aの壁面は、第1の絶縁層2と第2の絶縁層とが接する界面21を構成する。   The upper surface of the first insulating layer 2 is dug down between the wirings 4 ′ and 4 ″ to form a recess 2a. That is, the upper surface of the first insulating layer 2 is parallel to the paper surface of FIG. A groove-like recess 2a extending in the shape of a line and a mesa stripe-like protrusion 2b formed between the recesses 2a are formed in a line-and-space shape. Placed in. Therefore, the inner surface of the recess 2a, that is, the wall surface of the recess 2a connected from the lower corner A ′ to the lower corner A ′ of the wiring 4 ′, the bottom surface of the recess 2a, and the wall surface of the recess 2a connected to the lower corner A ″ of the wiring 4 ″ An interface 21 where the first insulating layer 2 and the second insulating layer are in contact with each other is formed.

配線4’、4”は、第1の絶縁層2上面に密着して設けられた例えばチタン膜からなる密着層4bと、密着層4b上に形成された銅又は銅合金からなる銅配線部4aとを有する。   The wirings 4 ′ and 4 ″ include an adhesion layer 4b made of, for example, a titanium film provided in close contact with the upper surface of the first insulating layer 2, and a copper wiring portion 4a made of copper or a copper alloy formed on the adhesion layer 4b. And have.

従来の配線構造15のHAST試験では、しばしば2つのモードの絶縁破壊が観測された。第1のモードは、図2(a)中の破線A’−C−A”で示す経路で放電して絶縁破壊に至る。ここで、Cは凹部2aの底面上の点Cである。即ち、第1のモードは、互いに隣接する配線4’および配線4”の下隅A’、A”(第1及び第2の絶縁層2、3の界面に近接する隅)の間を、第1及び第2の絶縁層2、3の界面21に沿って放電する。   In the HAST test of the conventional wiring structure 15, two modes of breakdown are often observed. In the first mode, discharge is caused by a path indicated by a broken line A′-CA ′ in FIG. 2A to cause dielectric breakdown. Here, C is a point C on the bottom surface of the recess 2a. In the first mode, the first and second wirings 4 ′ and 4 ″ between the lower corners A ′ and A ″ (the corners close to the interface between the first and second insulating layers 2 and 3) are adjacent to each other. Discharge occurs along the interface 21 between the second insulating layers 2 and 3.

他方、第2のモードは、図2(b)中の破線B’−B”で示す経路で放電して絶縁破壊に至る。即ち、隣接する配線4’および配線4”の互いに対向する上隅B’、B”の間を、第2の絶縁層3中を貫いて(凹部2aの底面の平行方向に)放電する。なお、これら上隅B’、B”は、配線4’、4”の4隅のうち、第1及び第2の絶縁層2、3の界面21から最も離れた2隅である。この第2のモードは、図2(b)を参照して、製造条件のばらつきにより、配線4’、4”の上辺が下辺より幅広く変形して形成された場合に多く発生する。   On the other hand, in the second mode, discharge is caused by a path indicated by a broken line B′-B ″ in FIG. 2B to cause dielectric breakdown. That is, the adjacent upper corners of the adjacent wiring 4 ′ and the wiring 4 ″ facing each other. B ′ and B ″ are discharged through the second insulating layer 3 (in the direction parallel to the bottom surface of the recess 2a). These upper corners B ′ and B ″ are connected to the wirings 4 ′ and 4 ″. Are the two corners farthest from the interface 21 between the first and second insulating layers 2 and 3. This second mode is a variation in manufacturing conditions with reference to FIG. Therefore, it frequently occurs when the upper sides of the wirings 4 ′ and 4 ″ are deformed wider than the lower sides.

これらの絶縁破壊は、以下のようにして起こると考えられている。配線4’、4”は断面矩形に形成される。そのため、配線4’、4”の隅、例えば下隅A’、A”又は上隅B’、B”に電界が集中しやすい。そして、これらの隅A’、A”、B’、B”に集中する強い電界により配線4’、4”中の銅成分が第2の絶縁層3中に引き出され、配線4’、4”の隅を結ぶ破線A’−C−A”又は破線B’−B”に沿って拡散し放電路を形成する。そして、銅が拡散して形成された放電路に沿って放電するためと推測されている。   These dielectric breakdowns are considered to occur as follows. The wirings 4 ′ and 4 ″ are formed in a rectangular cross section. Therefore, the electric field tends to concentrate on the corners of the wirings 4 ′ and 4 ″, for example, the lower corners A ′ and A ″ or the upper corners B ′ and B ″. Then, a strong electric field concentrated on the corners A ′, A ″, B ′, B ″ causes the copper component in the wirings 4 ′, 4 ″ to be drawn into the second insulating layer 3, and the wirings 4 ′, 4 ″. Are diffused along a broken line A′-CA ′ or a broken line B′-B ″ connecting the corners of the two to form a discharge path. And it is estimated that it discharges along the discharge path formed by diffusion of copper.

なお、配線4’、4”の下隅A’、A”間の放電路は、第1及び第2の絶縁層2、3の界面に沿って形成される。これは、配線4’、4”の下隅A’、A”が界面に近接しているため、銅は欠陥密度が高い界面に沿って拡散するためと考察している。他方、界面から離れた上隅B’、B”間の放電路は、界面とは関係なく、ほぼ最短距離を結ぶ直線状に形成される。   A discharge path between the lower corners A ′ and A ″ of the wirings 4 ′ and 4 ″ is formed along the interface between the first and second insulating layers 2 and 3. This is considered because copper is diffused along the interface having a high defect density because the lower corners A ′ and A ″ of the wirings 4 ′ and 4 ″ are close to the interface. On the other hand, the discharge path between the upper corners B ′ and B ″ away from the interface is formed in a straight line connecting the shortest distance regardless of the interface.

上述した第1及び第2のモードの絶縁破壊は、いずれが先行するか予測が難しい。従って、従来の配線構造のHAST試験では、2つの絶縁破壊モードが混在して発生し、個々の絶縁破壊モードが関与する絶縁破壊の要因および絶縁耐性の信頼性を分離して解析することができなかった。そのため、絶縁破壊の要因の解析が容易でなく、配線構造の絶縁破壊耐性を改善するうえでの障害となっていた。本発明は、絶縁耐性が高く、かつ絶縁破壊モードが混在しない配線構造に関する。   It is difficult to predict which of the first and second mode dielectric breakdowns will precede. Therefore, in the HAST test of the conventional wiring structure, two breakdown modes occur in a mixed manner, and it is possible to analyze separately the cause of breakdown and the reliability of the insulation resistance in which each breakdown mode is involved. There wasn't. For this reason, it is not easy to analyze the cause of the dielectric breakdown, which is an obstacle to improving the dielectric breakdown resistance of the wiring structure. The present invention relates to a wiring structure having high insulation resistance and having no dielectric breakdown mode.

本発明の第1実施形態は、セミアディティブ法により作製された回路基板の配線構造に関する。   1st Embodiment of this invention is related with the wiring structure of the circuit board produced by the semi-additive method.

図3は本発明の第1実施形態の配線構造の断面図であり、セミアディティブ法を用いてビルドアップ工法により製造された多層配線基板のうち、HAST試験用として作製された部分の配線構造10を表している。このHAST試験用として作製された部分の配線構造10の平面形状は、図1に示すHAST試験用配線の平面形状と同様である。即ち、図1を参照して、2つの櫛歯状配線20’、20”から構成されている。   FIG. 3 is a cross-sectional view of the wiring structure according to the first embodiment of the present invention. Of the multilayer wiring board manufactured by the build-up method using the semi-additive method, the wiring structure 10 of the portion manufactured for the HAST test is shown. Represents. The planar shape of the portion of the wiring structure 10 produced for the HAST test is the same as the planar shape of the HAST test wiring shown in FIG. That is, referring to FIG. 1, it is composed of two comb-like wirings 20 'and 20 ".

図3を参照して、本発明の第1実施形態の配線構造10は、支持基板1上に第1の絶縁層2が形成され、その第1の絶縁層2上面に接して配線4’、4”が形成されている。さらに、その配線4’、4”の側面に接して配線4’、4”に沿い帯状に延在する誘電体層5が第1の絶縁層2上に設けられる。   Referring to FIG. 3, in the wiring structure 10 of the first embodiment of the present invention, the first insulating layer 2 is formed on the support substrate 1, and the wiring 4 ′ is in contact with the upper surface of the first insulating layer 2. In addition, a dielectric layer 5 is provided on the first insulating layer 2 so as to contact the side surfaces of the wirings 4 ′ and 4 ″ and extend in a strip shape along the wirings 4 ′ and 4 ″. .

基板1は、配線構造10を支持することができる剛性を有する基板であればとくに制限されない。例えば回路基板のコアとして通常用いられる樹脂基板、セラミック基板および金属基板、あるいはSiウエーハを用いることができる。本第1実施形態ではSiウエーハを用いた。   The board | substrate 1 will not be restrict | limited especially if it is a board | substrate which has the rigidity which can support the wiring structure 10. FIG. For example, a resin substrate, a ceramic substrate, a metal substrate, or a Si wafer, which is usually used as a core of a circuit board, can be used. In the first embodiment, a Si wafer is used.

第1及び第2の絶縁層2、3は、多層配線の層間絶縁層として、ビルドアップ工法を用いて多層配線を形成することができる絶縁材料であればよく、例えばフェノール系またはポリイミド系の樹脂を用いることができる。本第1実施形態では感光性のフェノール系樹脂を用いた。   The first and second insulating layers 2 and 3 may be any insulating material capable of forming a multilayer wiring using a build-up method as an interlayer insulating layer of the multilayer wiring. For example, a phenol-based or polyimide-based resin Can be used. In the first embodiment, a photosensitive phenolic resin is used.

配線4’、4”は、矩形断面に形成され、銅または銅合金からなる銅配線部4aと、銅配線部4aの下面に設けられた密着層4bとを有する。配線4’、4”は、底面を第1の絶縁層2上面に密着させて形成され、密着層4bは、第1の絶縁層2と銅配線部4aとの間に挟まれて、第1の絶縁層2と銅配線部4aとの密着性を向上させる。   The wirings 4 ′ and 4 ″ are formed in a rectangular cross section, and include a copper wiring part 4a made of copper or a copper alloy, and an adhesion layer 4b provided on the lower surface of the copper wiring part 4a. The bottom surface is formed in close contact with the top surface of the first insulating layer 2, and the close contact layer 4b is sandwiched between the first insulating layer 2 and the copper wiring portion 4a, and the first insulating layer 2 and the copper wiring The adhesiveness with the part 4a is improved.

銅配線部4aは、銅または銅合金からなる矩形断面を有する配線部材であり、例えば幅2000nm、高さ2000nmの矩形断面に形成される。この銅配線部4aは、例えば、スパッタにより密着層4b上に形成された銅または銅合金からなるシード層4cと、シード層4c上に形成された銅めっき層14aとの積層構造として形成される。なお、この銅配線部4aは、めっき以外の他の方法で作製されてもよく、また、シード層4cと銅めっき層14aとの積層以外の他の構造を有するものであってもよい。   The copper wiring portion 4a is a wiring member having a rectangular cross section made of copper or a copper alloy, and is formed in a rectangular cross section having a width of 2000 nm and a height of 2000 nm, for example. The copper wiring portion 4a is formed, for example, as a stacked structure of a seed layer 4c made of copper or a copper alloy formed on the adhesion layer 4b by sputtering and a copper plating layer 14a formed on the seed layer 4c. . In addition, this copper wiring part 4a may be produced by methods other than plating, and may have other structures other than the lamination of the seed layer 4c and the copper plating layer 14a.

密着層4bは、第1の絶縁層2と銅配線部4aとの密着性を高めるものであればよく、例えばTi、Ta、W、Zr、Crの金属またはこれらの金属の合金からなる金属膜、またはこれらの金属の窒化物からなる膜を用いることができる。本第1実施形態では、厚さ50nmのTi膜を用いた。   The adhesion layer 4b only needs to improve the adhesion between the first insulating layer 2 and the copper wiring portion 4a. For example, a metal film made of a metal of Ti, Ta, W, Zr, Cr or an alloy of these metals. Alternatively, a film made of a nitride of these metals can be used. In the first embodiment, a Ti film having a thickness of 50 nm is used.

誘電体層5は、第1及び第2の絶縁層2、3より比誘電率が高い絶縁材料から構成される。この誘電体層5は、一定幅を有する帯状誘電体板、例えば幅80nm、厚さ50nmの誘電体板からなり、第1の絶縁層2の上面に密着して形成される。さらに、この誘電体層5は、その一側面が配線4’、4”の側面に接触した状態で配線4’、4”と平行に延在するように形成される。従って、誘電体層5は、その一側面が配線4’、4”の下隅(配線の側面下部)に接し、他側面が配線4’、4”の下隅から水平方向に突出するように設けられる。   The dielectric layer 5 is made of an insulating material having a relative dielectric constant higher than that of the first and second insulating layers 2 and 3. The dielectric layer 5 is composed of a strip-shaped dielectric plate having a certain width, for example, a dielectric plate having a width of 80 nm and a thickness of 50 nm, and is formed in close contact with the upper surface of the first insulating layer 2. Furthermore, the dielectric layer 5 is formed so as to extend in parallel with the wirings 4 ′, 4 ″ with one side surface in contact with the side surfaces of the wirings 4 ′, 4 ″. Accordingly, the dielectric layer 5 is provided such that one side surface thereof is in contact with the lower corners of the wirings 4 ′ and 4 ″ (lower side surfaces of the wirings), and the other side surface projects horizontally from the lower corners of the wirings 4 ′ and 4 ″. .

上述した第1絶縁層2の上面は、配線4’、4”および誘電体層5が配置される領域が凸部2bに、それ以外の領域が凹部2aに形成されている。即ち、配線4’、4”および誘電体層5の外側(即ち、隣接する配線4’、4”の対向する側面に接して配置された誘電体層5の間)に延在する第1の絶縁層2の上面は、堀り下げられて凹部2aに形成されている。その結果、凹部2aの間はメサ状の凸部2bに形成される。配線4’、4”および誘電体層5は、この凸部2b上面に設けられる。なお、配線4’、4”および誘電体層5は、凸部2b上面の全面を被覆するように設けられてもよく、また、上面の一部を被覆するように設けられてもよい。   On the upper surface of the first insulating layer 2 described above, a region where the wirings 4 ′, 4 ″ and the dielectric layer 5 are disposed is formed in the convex portion 2b, and the other region is formed in the concave portion 2a. Of the first insulating layer 2 extending to the outside of the dielectric layer 5 (that is, between the dielectric layers 5 disposed in contact with the opposing side surfaces of the adjacent wirings 4 ′ and 4 ″). The upper surface is dug down and formed in the recess 2a. As a result, the mesa-shaped protrusion 2b is formed between the recesses 2a. The wirings 4 ′, 4 ″ and the dielectric layer 5 are formed in this protrusion. Provided on the upper surface of the portion 2b. The wirings 4 ′, 4 ″ and the dielectric layer 5 may be provided so as to cover the entire upper surface of the convex portion 2 b or may be provided so as to cover a part of the upper surface.

本第1実施形態では、隣接する配線4’、4”間の距離を2000nmとし、凹部2aの深さを800nmとした。従って、凸部2bの上面の幅は2160nm、凹部2aの幅は1840nm、凸部2bの高さは800nmとなる。なお、HAST試験用の配線領域では、凸部2b上面からシリコン基板1上面までの距離を5000nmとした。   In the first embodiment, the distance between the adjacent wirings 4 ′ and 4 ″ is 2000 nm, and the depth of the concave portion 2a is 800 nm. Therefore, the width of the upper surface of the convex portion 2b is 2160 nm, and the width of the concave portion 2a is 1840 nm. The height of the convex portion 2b is 800 nm, and the distance from the upper surface of the convex portion 2b to the upper surface of the silicon substrate 1 is set to 5000 nm in the wiring region for the HAST test.

加えて、銅拡散防止膜6が、銅配線部4aを被覆するように設けられる。この銅拡散防止膜6は、銅拡散防止膜6が無ければ、後述する第2絶縁層3が接するであろう銅配線部4aの表面(銅配線部4aの上面および側面)を、被覆するように設けられる。銅拡散防止膜6は、銅の拡散を防止する材料であればよく、とくに制限されない。例えば、銅の拡散防止材料として周知のCoまたはNi、あるいはCoまたはNi合金またはそれらの燐化合物からなる無電解めっき膜を用いることができる。また、CVD法(化学的気相堆積法)により形成されたシリコン窒化膜、シリコン酸化膜またはシリコン酸窒化膜、あるいはこれらの複合膜、および、CVD法で形成されたTi、Ta、WまたはZrからなる金属膜、あるいはこれらの金属の化合物または窒化物を用いることもできる。なお、銅拡散防止膜6は、必要なければ設けなくてもよい。本第1実施形態では、無電解めっきにより銅配線4’、4”の表出面に厚さ20nmのCoWP膜を形成し、これを銅拡散防止膜6とした。   In addition, a copper diffusion preventing film 6 is provided so as to cover the copper wiring portion 4a. If there is no copper diffusion prevention film 6, this copper diffusion prevention film 6 covers the surface of the copper wiring part 4 a (the upper surface and the side surface of the copper wiring part 4 a) that will be in contact with the second insulating layer 3 described later. Is provided. The copper diffusion preventing film 6 may be any material that prevents copper diffusion and is not particularly limited. For example, it is possible to use an electroless plating film made of Co or Ni known as a copper diffusion preventing material, or Co or Ni alloy or a phosphorus compound thereof. In addition, a silicon nitride film, a silicon oxide film or a silicon oxynitride film formed by CVD (chemical vapor deposition), or a composite film thereof, and Ti, Ta, W, or Zr formed by CVD It is also possible to use a metal film made of or a compound or nitride of these metals. Note that the copper diffusion preventing film 6 may be omitted if not necessary. In the first embodiment, a CoWP film having a thickness of 20 nm is formed on the exposed surface of the copper wirings 4 ′, 4 ″ by electroless plating, and this is used as the copper diffusion prevention film 6.

さらに、第2の絶縁層3が、配線4’、4”および誘電体層5を被覆し、配線4’、4”および誘電体層5の外側に延在する第1の絶縁層2の上面を被覆するように設けられている。この第2の絶縁層3は、第2の絶縁層3が設けられていない状態で露出する、配線4’、4”および誘電体層5の表面およびそれらの外側に延在する第1の絶縁層2の上面に密着して第2の絶縁層3との間に界面を形成するように設けられる。従って、凹部4aの表面は、第1及び第2の絶縁層2、3の界面となる。   Further, the second insulating layer 3 covers the wirings 4 ′, 4 ″ and the dielectric layer 5, and the upper surface of the first insulating layer 2 extending outside the wirings 4 ′, 4 ″ and the dielectric layer 5. It is provided so that it may coat | cover. The second insulating layer 3 is exposed in a state where the second insulating layer 3 is not provided, and is exposed to the surfaces of the wirings 4 ′, 4 ″ and the dielectric layer 5, and the first insulating layer extending to the outside thereof. It is provided in close contact with the upper surface of the layer 2 so as to form an interface with the second insulating layer 3. Therefore, the surface of the recess 4a becomes the interface between the first and second insulating layers 2 and 3. .

第2の絶縁層3は、多層配線の層間絶縁層として用いられ、ビルドアップ工法により多層配線を形成することができる絶縁材料であればよく、例えばフェノール系またはポリイミド系の樹脂を用いることができる。本第1実施形態では、第1の絶縁層2と同じ感光性のフェノール系樹脂を用いた。なお、第1及び第2の絶縁層2、3は、同一材料であっても異なる材料であっても差し支えない。   The second insulating layer 3 may be any insulating material that can be used as an interlayer insulating layer of a multilayer wiring and can form a multilayer wiring by a build-up method. For example, a phenol-based or polyimide-based resin can be used. . In the first embodiment, the same photosensitive phenolic resin as that of the first insulating layer 2 is used. The first and second insulating layers 2 and 3 may be made of the same material or different materials.

上述した配線構造10の説明では、HAST試験用の配線部分について説明した。しかし、上述した配線構造10、即ち、第1の絶縁層2の上面は凹部2aおよび凸部2bに形成され、その凸部2b上面に配線4’、4”および誘電体層5が配置され、第2の絶縁層3により配線4’、4”、誘電体層5および凹部2bが埋め込まれる構造は、第1実施形態の回路基板の他の配線についても同様である。   In the description of the wiring structure 10 described above, the wiring portion for the HAST test has been described. However, the wiring structure 10 described above, that is, the upper surface of the first insulating layer 2 is formed in the concave portion 2a and the convex portion 2b, and the wirings 4 ′, 4 ″ and the dielectric layer 5 are disposed on the upper surface of the convex portion 2b. The structure in which the wirings 4 ′, 4 ″, the dielectric layer 5 and the recess 2b are embedded by the second insulating layer 3 is the same for other wirings of the circuit board of the first embodiment.

即ち、第1実施形態の回路基板に用いられる配線のうち、HAST試験用の配線部分以外の領域に形成された配線、例えば半導体素子間を接続する配線または電子回路を構成する配線についても、平面形状が異なる他は同様の断面構造を有するように形成される。もちろん、一部に異なる構造の配線が設けられても差し支えない。   That is, among the wirings used in the circuit board of the first embodiment, wirings formed in regions other than the HAST test wiring part, for example, wirings connecting between semiconductor elements or wirings constituting an electronic circuit are also planar. Other than the different shapes, they are formed to have the same cross-sectional structure. Of course, a part of the wiring having a different structure may be provided.

上述した第1実施形態の回路基板をHAST試験に供し、絶縁耐性を測定した。HAST試験は、配線4’に3.5Vの電圧を印加し、配線4’に隣接する配線4”および基板1を0Vとした状態で、温度132℃、湿度85%の環境下に放置し、絶縁破壊に至るまでの時間を測定した。   The circuit board of the first embodiment described above was subjected to a HAST test, and insulation resistance was measured. In the HAST test, a voltage of 3.5 V was applied to the wiring 4 ′, and the wiring 4 ″ adjacent to the wiring 4 ′ and the substrate 1 were set to 0 V, and left in an environment with a temperature of 132 ° C. and a humidity of 85%. The time until dielectric breakdown was measured.

図4は本発明の第1実施形態のHAST試験結果であり、第1実施形態の配線構造10が絶縁破壊に至るまでの時間を表している。なお、比較例として、図1に示した従来の配線構造15の試験結果をあわせて表記した。   FIG. 4 shows the HAST test results of the first embodiment of the present invention, and shows the time until the wiring structure 10 of the first embodiment reaches dielectric breakdown. As a comparative example, the test results of the conventional wiring structure 15 shown in FIG. 1 are also shown.

ここで用いられた従来の配線構造15は、図1(a)を参照して、互いに2000nmの間隔をおいて配置された幅2000nm、高さ2000nmの矩形断面を有する配線4’、4”と、配線4’、4”間の第1の絶縁層2の上面に形成された幅2000nm、深さ800nmの凹部2aとを有する。また、銅配線部4aの表面には、厚さ20nmのCoWPからなる銅拡散防止膜(図示していない)が形成されている。また、配線4’、4”と基板1上面の距離は5000nmである。従って、第1実施形態と比較例とは、誘電体層5の有無が相違し、それに伴い凹部2bおよび凸部2aの幅が相違する以外は、材料および寸法とも同様である。   Referring to FIG. 1A, the conventional wiring structure 15 used here is a wiring 4 ′, 4 ″ having a rectangular cross section with a width of 2000 nm and a height of 2000 nm arranged at a spacing of 2000 nm. And a recess 2a having a width of 2000 nm and a depth of 800 nm formed on the upper surface of the first insulating layer 2 between the wirings 4 ′ and 4 ″. Further, a copper diffusion prevention film (not shown) made of CoWP with a thickness of 20 nm is formed on the surface of the copper wiring portion 4a. Further, the distance between the wirings 4 ′ and 4 ″ and the upper surface of the substrate 1 is 5000 nm. Therefore, the first embodiment and the comparative example are different in the presence or absence of the dielectric layer 5, and accordingly, the concave portions 2b and the convex portions 2a are formed. The materials and dimensions are the same except that the widths are different.

図4を参照して、本発明の第1実施形態の配線構造10では、試料番号1〜9の全ての試料について、絶縁破壊に至るまでの時間は150時間以上であった。また、絶縁破壊した全ての試料が、第1及び第2の絶縁層2、3の界面に沿って放電する第1のモードにより絶縁破壊した。   With reference to FIG. 4, in the wiring structure 10 of the first embodiment of the present invention, the time to dielectric breakdown was 150 hours or more for all the samples of sample numbers 1 to 9. Moreover, all the samples subjected to dielectric breakdown were broken down in the first mode in which discharge was performed along the interface between the first and second insulating layers 2 and 3.

一方、比較例の配線構造15では、試料番号11〜19を参照して、絶縁破壊に至るまでの時間は、92.2時間〜150.0時間とばらつきが大きく、かつ最長でも150.0時間と第1実施形態に比べて短い。また、絶縁破壊は、第1及び第2の絶縁層2、3の界面に沿って放電する第1のモードと、配線4’、4”の上隅間を第2の絶縁層3中を貫通して放電する第2のモードとが混在していた。   On the other hand, in the wiring structure 15 of the comparative example, referring to the sample numbers 11 to 19, the time until the dielectric breakdown reaches 92.2 hours to 150.0 hours varies widely, and the maximum is 150.0 hours. And shorter than the first embodiment. In addition, the dielectric breakdown is caused by the first mode in which discharge occurs along the interface between the first and second insulating layers 2 and 3 and the second corners of the wirings 4 ′ and 4 ″ penetrate through the second insulating layer 3. And the second mode of discharging.

この試験結果は、本第1実施形態の配線構造10が従来の配線構造15より優れた絶縁破壊耐性を有すること、および、本第1の実施形態の配線構造が第1のモードでのみ絶縁破壊することを明らかにしている。   This test result shows that the wiring structure 10 of the first embodiment has better dielectric breakdown resistance than the conventional wiring structure 15 and that the wiring structure of the first embodiment is dielectric breakdown only in the first mode. To make it clear.

かかる試験結果を生じる理由は未だ明確にされていない。しかし、本発明の発明者は以下に述べるように、配線4’、4”周囲の第1及び第2の絶縁層2、3中に生ずる電界の集中位置が移動することに起因すると推考している。   The reason for this test result has not yet been clarified. However, the inventor of the present invention speculates that the concentration position of the electric field generated in the first and second insulating layers 2 and 3 around the wirings 4 ′ and 4 ″ moves as described below. Yes.

図5は本発明の第1実施形態の電界強度分布図であり、配線4’、4”(図3に示す配線4’、4”)に垂直な面内における配線構造10周囲の電界強度の、シミュレート結果を表している。なお、図5中の配線4’に3.5Vを、その両側に隣接する配線4”おらび基板1に0Vを印加している。図6は従来の配線構造15の電界強度分布図であり、配線4’、4”に垂直な面内における比較例として用いた従来の配線構造15周囲の電界強度のシミュレート結果を表している。   FIG. 5 is an electric field intensity distribution diagram of the first embodiment of the present invention, showing the electric field intensity around the wiring structure 10 in a plane perpendicular to the wirings 4 ′ and 4 ″ (wirings 4 ′ and 4 ″ shown in FIG. 3). Represents the simulated result. Note that 3.5 V is applied to the wiring 4 ′ in FIG. 5 and 0 V is applied to the wiring 4 ″ adjacent to both sides and the substrate 1. FIG. 6 is a field intensity distribution diagram of the conventional wiring structure 15. 7 shows a simulation result of the electric field intensity around the conventional wiring structure 15 used as a comparative example in a plane perpendicular to the wirings 4 ′ and 4 ″.

ここで、図5および図6中の小数の数値を付した曲線は等電界強度面を表す。また、付された数値は、その等電界強度面上の電界強度Exを、基準電界強度Eoで規格化した強度の対数、log(Ex/Eo)として表示したものである。なお、図を見やすくするために、配線4’、4”周囲近傍の点線で囲まれた領域については、電界強度を表示していない(この領域の規格化された電界強度は6.2以下である。)。   Here, the curves with decimal numbers in FIGS. 5 and 6 represent the surface of the equal electric field strength. Further, the attached numerical value is the logarithm of the intensity normalized by the reference electric field intensity Eo, log (Ex / Eo), of the electric field intensity Ex on the surface of the equal electric field intensity. In order to make the figure easy to see, the electric field strength is not displayed for the region surrounded by the dotted lines in the vicinity of the wirings 4 ′ and 4 ″ (the normalized electric field strength of this region is 6.2 or less). is there.).

図5および図6を参照して、電界強度が最大となる領域(以下「最大電界強度領域22’、22”、23’、23”」という。)は、規格された電界強度が6.4の等電界強度面で囲まれた領域であり、図5中に黒塗りの領域として表示した。この最大電界強度領域22’、22”、23’、23”は、断面矩形の配線4’、4”の外側(第1及び第2の絶縁層2、3の中)にあって、配線4’、4”の上隅B’、B”および下隅A’、A”の近くに形成される。   Referring to FIGS. 5 and 6, the region where the electric field strength is maximum (hereinafter referred to as “maximum electric field strength regions 22 ′, 22 ″, 23 ′, 23 ″”) has a standardized electric field strength of 6.4. These are areas surrounded by the surface of the equal electric field strength, and are shown as black areas in FIG. The maximum electric field strength regions 22 ′, 22 ″, 23 ′, and 23 ″ are outside the wirings 4 ′ and 4 ″ having a rectangular cross section (in the first and second insulating layers 2 and 3). “4” is formed near upper corners B ′ and B ″ and lower corners A ′ and A ″.

配線4’、4”の上隅B’、B”近くに形成された最大電界強度領域22’、22”は、本第1実施形態および比較例のいずれも、配線4’、4”の外側の第2の絶縁層3中に、配線4’、4”の上隅B’、B”に接してないし上隅B’、B”の極く近傍に形成される。一般的に、最大電界強度領域22’、22”、23’、23”の大きさは、その領域内の最大電界強度を表すとしてよい。図5および図6の上隅B’、B”近傍の最大電界強度領域22’、22”の大きさはほぼ同程度であるから,第1実施形態と比較例とで、上隅B’、B”近傍の最大電界強度は大きな違いはない。なおこの点については後述する。   The maximum electric field intensity regions 22 ′ and 22 ″ formed near the upper corners B ′ and B ″ of the wirings 4 ′ and 4 ″ are outside the wirings 4 ′ and 4 ″ in both the first embodiment and the comparative example. The second insulating layer 3 is formed in contact with the upper corners B ′ and B ″ of the wirings 4 ′ and 4 ″ or in the vicinity of the upper corners B ′ and B ″. The magnitudes of the intensity regions 22 ′, 22 ″, 23 ′, 23 ″ may represent the maximum electric field strength in that region. The maximum electric field strength region 22 near the upper corners B ′, B ″ of FIGS. Since the sizes of ', 22 "are substantially the same, the maximum electric field strength in the vicinity of the upper corners B', B" is not significantly different between the first embodiment and the comparative example. This point will be described later.

これに対して、配線4’、4”の下隅A’、A”近くに形成された最大電界強度領域23’、23”は、図5を参照して第1実施形態では、配線4’、4”との間により弱い電界強度の領域(規格化された電界強度が6.2および6.0の領域)を挟み、配線4’、4”の下隅A’、A”から離れた位置に形成される。一方、図6を参照して、比較例では、配線4’の下隅A’、A”近くに形成された最大電界強度領域23’は、配線4’の下隅A’の極く近傍に形成される。なお、比較例では、配線4”の下隅A”近傍には最大電界強度領域は形成されない。以下に、この様子をより詳細に説明する。   On the other hand, the maximum electric field strength regions 23 ′ and 23 ″ formed near the lower corners A ′ and A ″ of the wirings 4 ′ and 4 ″ correspond to the wirings 4 ′ and 4 ″ in the first embodiment with reference to FIG. 4 ″, a region having a weaker electric field strength (regions with normalized electric field strengths of 6.2 and 6.0) is sandwiched between the lower corners A ′ and A ″ of the wirings 4 ′ and 4 ″. It is formed. On the other hand, referring to FIG. 6, in the comparative example, the maximum electric field strength region 23 ′ formed near the lower corners A ′ and A ″ of the wiring 4 ′ is formed very close to the lower corner A ′ of the wiring 4 ′. In the comparative example, the maximum electric field strength region is not formed in the vicinity of the lower corner A ″ of the wiring 4 ″. This state will be described in more detail below.

図7は本発明の第1実施形態の拡大断面図であり、配線4’の下隅A’近傍を表している。なお、図7(a)は図3に示す第1実施形態の配線4’を、図7(b)は図2に示す比較例の配線4’を表している。   FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of the first embodiment of the present invention, showing the vicinity of the lower corner A ′ of the wiring 4 ′. 7A shows the wiring 4 ′ of the first embodiment shown in FIG. 3, and FIG. 7B shows the wiring 4 ′ of the comparative example shown in FIG. 2.

図7(a)を参照して、本発明の第1実施形態では、配線4’の下部を構成する密着層4bの側面に接して、帯状(板状)の誘電体層5が設けられる。図中、A’は配線4’の下隅4’を表し、A’−1は銅配線部4aと密着層4bとの界面が配線4’側面に表出する点A’−1を表し、D’およびD’−1は誘電体層5の配線4’に接しない側の側面の下隅D’および上隅D’−1を表している。   With reference to FIG. 7A, in the first embodiment of the present invention, a strip-shaped (plate-shaped) dielectric layer 5 is provided in contact with the side surface of the adhesion layer 4b constituting the lower portion of the wiring 4 '. In the figure, A ′ represents the lower corner 4 ′ of the wiring 4 ′, A′-1 represents a point A′-1 where the interface between the copper wiring portion 4a and the adhesion layer 4b appears on the side surface of the wiring 4 ′, and D 'And D'-1 represent the lower corner D' and the upper corner D'-1 of the side surface of the dielectric layer 5 that is not in contact with the wiring 4 '.

この第1実施形態の最大電界強度領域23’は、誘電体層5の配線4’に接しない側の側面D’〜D’−1(下隅D’および上隅D’−1を結ぶ側面)近くに形成される。他方、配線4’の下隅A’に高誘電率の誘電体層5が密接するため、下隅A’近傍の電界強度は緩和される。このため、最大電界強度領域23’は、配線4’から離れた位置にある誘電体層5の側面D’〜D’−1近くに形成される。   The maximum electric field strength region 23 ′ of the first embodiment has side surfaces D ′ to D′-1 (side surfaces connecting the lower corner D ′ and the upper corner D′-1) of the dielectric layer 5 on the side not contacting the wiring 4 ′. Formed nearby. On the other hand, since the dielectric layer 5 having a high dielectric constant is in close contact with the lower corner A ′ of the wiring 4 ′, the electric field intensity near the lower corner A ′ is relaxed. Therefore, the maximum electric field strength region 23 ′ is formed near the side surfaces D ′ to D′−1 of the dielectric layer 5 at a position away from the wiring 4 ′.

一方、図7(b)を参照して、比較例では、配線4’の下隅A’は、第1及び第2の絶縁層2、3と直接に接している。このため、配線4’の下隅A’の近傍に電界が集中して、下隅A’近傍に最大電界強度領域23’が形成される。   On the other hand, referring to FIG. 7B, in the comparative example, the lower corner A ′ of the wiring 4 ′ is in direct contact with the first and second insulating layers 2 and 3. Therefore, the electric field concentrates in the vicinity of the lower corner A ′ of the wiring 4 ′, and the maximum electric field strength region 23 ′ is formed in the vicinity of the lower corner A ′.

配線4’に含まれるCuは、強い電界の下で第1及び第2の絶縁層2、3中に引き出され拡散する。かかるCuの拡散は、とくに表面ないし界面のような構造欠陥密度が高い領域で加速される。そのため、電界集中が生じた場所の近くに界面が存在すると、界面に沿ってCuが拡散して界面の欠陥を増加させ、界面に沿う放電路が容易に形成される。その結果、界面に沿って放電する第1のモードの絶縁破壊に至る。   Cu contained in the wiring 4 ′ is extracted and diffused into the first and second insulating layers 2 and 3 under a strong electric field. The diffusion of Cu is accelerated particularly in a region having a high structure defect density such as a surface or an interface. Therefore, if an interface exists near the place where the electric field concentration occurs, Cu diffuses along the interface to increase defects at the interface, and a discharge path along the interface is easily formed. This results in a first mode dielectric breakdown that discharges along the interface.

図8は本発明の第1実施形態のCu拡散経路を表す図であり、図8(a)はHAST試験開始から150時間経過した後の配線付近の断面のオージェ像を、図8(b)は図8(a)中に示す場所a(白線の円で囲んだ領域)、場所b(第2の絶縁層3の断面)および場所c(配線4’の断面)のEELS分析結果を表している。   FIG. 8 is a view showing the Cu diffusion path of the first embodiment of the present invention. FIG. 8A shows an Auger image of a cross section near the wiring after 150 hours have elapsed from the start of the HAST test. Represents an EELS analysis result of a location a (a region surrounded by a white circle), a location b (a cross section of the second insulating layer 3), and a location c (a cross section of the wiring 4 ′) shown in FIG. Yes.

図8(a)を参照して、配線4’の左下隅から、始め左へ、ついで下方へ、最後に再び左へ、即ち、第1及び第2の絶縁層2、3の界面21に沿ってCuが拡散したことが観測された(図8(a)の白い線状の図形)。図8(b)中の線aを参照して、場所aのEELS分析結果は、拡散したCuが絶縁性のCuOになることを示している。従って、Cuの拡散は、界面21の導電性を高めるものではない。本発明の発明者は、Cuの拡散が放電を直接誘発するのではなく、Cuが欠陥密度の高い界面を拡散し、界面21に更なる欠陥が導入される結果、界面21がより放電路になり易く変質するためと推定している。なお、界面のある場所aから50nm上方の第2の絶縁層3中(図8(a)中に示した場所b)ではCuは観測されず、Cuは界面21に沿って拡散することが明らかにされている。なお、線cは、酸化していないCuのスペクトルを参考のため示している。   Referring to FIG. 8A, from the lower left corner of the wiring 4 ′ to the beginning left, then to the bottom, and finally to the left again, that is, along the interface 21 between the first and second insulating layers 2 and 3. It was observed that Cu was diffused (white line figure in FIG. 8A). Referring to the line a in FIG. 8B, the EELS analysis result at the location a indicates that the diffused Cu becomes insulating CuO. Therefore, the diffusion of Cu does not increase the conductivity of the interface 21. The inventor of the present invention does not directly induce the discharge of Cu, but Cu diffuses at the interface having a high defect density and further defects are introduced into the interface 21. As a result, the interface 21 becomes more in the discharge path. It is presumed to be easily altered. Note that Cu is not observed in the second insulating layer 3 50 nm above the interface location a (location b shown in FIG. 8A), and it is clear that Cu diffuses along the interface 21. Has been. The line c shows the spectrum of unoxidized Cu for reference.

このCuが界面21に沿って拡散することを考慮して、再び図5および図7(a)を参照すると、第1実施形態の配線構造10では、最大の電界集中は誘電体層5の側面D’〜D’−1に接した外側に発生し、最大電界強度領域23’を形成する。しかし、配線4’の下隅A’から、最大電界強度領域23’が形成される誘電体層5の側面D’〜D’−1までの間は、規格化された電界強度が6.0程度と最大電界強度領域23’と比べて弱い。   Considering that this Cu diffuses along the interface 21, referring to FIGS. 5 and 7A again, in the wiring structure 10 of the first embodiment, the maximum electric field concentration is the side surface of the dielectric layer 5. Occurs outside in contact with D ′ to D′−1 to form a maximum electric field strength region 23 ′. However, the normalized electric field strength is about 6.0 between the lower corner A ′ of the wiring 4 ′ and the side surfaces D ′ to D′−1 of the dielectric layer 5 where the maximum electric field strength region 23 ′ is formed. And weaker than the maximum electric field strength region 23 '.

上述したように、Cuは配線4’の下隅A’(正確には銅配線部4aの下隅A’−1)から電界により引き出され、誘電体層5の上下面(第1及び第2の絶縁層2、3との界面)に沿って拡散し、誘電体層5の側面D’〜D’−1まで拡散する。しかし、配線4’の下隅A’および誘電体層5の上下面の電界強度は弱いため、拡散速度は比較的遅い。このため、最大電界強度領域23’の強い電界により拡散速度が加速されるまで、長い拡散時間を必要とする。その結果、絶縁破壊に至る時間が長くなると、本発明の発明者は考察している。   As described above, Cu is extracted by the electric field from the lower corner A ′ of the wiring 4 ′ (more precisely, the lower corner A′-1 of the copper wiring portion 4a), and the upper and lower surfaces (first and second insulating layers) of the dielectric layer 5 are used. Diffused along the interface between the layers 2 and 3 and diffused to the side surfaces D ′ to D′−1 of the dielectric layer 5. However, since the electric field strength at the lower corner A 'of the wiring 4' and the upper and lower surfaces of the dielectric layer 5 is weak, the diffusion rate is relatively slow. For this reason, a long diffusion time is required until the diffusion speed is accelerated by the strong electric field in the maximum electric field strength region 23 '. As a result, the inventor of the present invention considers that the time to dielectric breakdown becomes longer.

これに比べて比較例では、図6および図7(b)を参照して、最大の電界集中は配線4’の下隅A’に接してその外側に発生し、最大電界強度領域23’を形成する。この最大電界強度領域23’は、配線4’に接しているので、配線4’(正確には銅配線部4aの下隅A’−1)から容易にCuが引き出される。しかも、引き出されたCuは、最大電界強度領域23’内の強い電界により加速され、薄い密着層4bの側面(A’−1とA’の間)を短時間で拡散し、界面21に到達する。このように比較例では、配線4’と最大電界強度領域23’との間に、第1実施形態で形成されるような弱い電界領域が介在しないため、配線4’から界面まで最大電界強度領域23’の強い電界によりCu拡散が加速され、短い時間で絶縁破壊が進行する、と本発明の発明者は考察している。   In contrast, in the comparative example, referring to FIG. 6 and FIG. 7B, the maximum electric field concentration occurs on the outer side of the lower corner A ′ of the wiring 4 ′ and forms the maximum electric field strength region 23 ′. To do. Since the maximum electric field strength region 23 ′ is in contact with the wiring 4 ′, Cu is easily extracted from the wiring 4 ′ (precisely, the lower corner A′- 1 of the copper wiring portion 4 a). Moreover, the extracted Cu is accelerated by a strong electric field in the maximum electric field strength region 23 ′, diffuses on the side surface (between A′- 1 and A ′) of the thin adhesion layer 4 b in a short time, and reaches the interface 21. To do. Thus, in the comparative example, since the weak electric field region as formed in the first embodiment is not interposed between the wiring 4 ′ and the maximum electric field strength region 23 ′, the maximum electric field strength region is formed from the wiring 4 ′ to the interface. The inventor of the present invention considers that Cu diffusion is accelerated by a strong electric field of 23 'and dielectric breakdown proceeds in a short time.

言い換えると、第1実施形態での絶縁破壊に至る時間が比較例と比べて長いのは、電界集中により生ずる最大電界強度領域23’が移動したことに起因すると考えている。即ち、最大電界強度領域23’が、比較例では配線4’に接して形成されるのに対し、第1実施形態では配線4’から離れて形成される。そのため、その間(誘電体層5の上下面を拡散する間)の拡散時間が長くなり、ひいては絶縁破壊を遅延させると考察している。   In other words, it is considered that the time until the dielectric breakdown in the first embodiment is longer than that in the comparative example is due to the movement of the maximum electric field strength region 23 ′ caused by electric field concentration. That is, the maximum electric field strength region 23 ′ is formed in contact with the wiring 4 ′ in the comparative example, whereas it is formed apart from the wiring 4 ′ in the first embodiment. For this reason, it is considered that the diffusion time during that period (while the upper and lower surfaces of the dielectric layer 5 are diffused) becomes longer, thereby delaying the dielectric breakdown.

次に、本発明の第1実施形態では、絶縁破壊が界面を放電路とする第1のモードに限定される理由について、本発明の発明者は以下のように推測している。   Next, in the first embodiment of the present invention, the inventor of the present invention speculates why the dielectric breakdown is limited to the first mode in which the interface is a discharge path as follows.

再度図5および図6を参照して、第2の絶縁破壊モードは、隣接する配線4’、4”の上隅B’、B”間の放電として発生する。かかる第2のモードの絶縁破壊は、断面矩形であるべき配線4’、4”が、製造途中で図2(b)に示すように上方が拡幅して形成されることで生ずると推測される。即ち、配線4’、4”の上方が拡幅すると、上隅B’、B”の内角が鋭角になり、強い電界集中が生じ易い。また、隣接する配線の上隅B’B”の間隔も狭くなる。このため、Cuの拡散が生じ易くなり、短時間での絶縁破壊に至ると考えられる。   Referring to FIGS. 5 and 6 again, the second breakdown mode is generated as a discharge between the upper corners B ′ and B ″ of the adjacent wirings 4 ′ and 4 ″. Such second mode dielectric breakdown is presumed to occur when the wirings 4 ′ and 4 ″, which should be rectangular in cross section, are formed with the upper portion widened as shown in FIG. 2B during the manufacturing process. That is, when the upper part of the wirings 4 ′ and 4 ″ is widened, the inner corners of the upper corners B ′ and B ″ become acute, and strong electric field concentration is likely to occur. Becomes narrower. For this reason, diffusion of Cu is likely to occur, and it is considered that dielectric breakdown occurs in a short time.

なお、後述するように、かかる配線断面形状の変形は、例えば、銅配線部aを構成する銅めっき層14aを電界めっきで形成する際、銅めっき層14aを画定するレジストの開口が、開口上部が広がるように変形することで生ずる。従って、レジスト開口の下部の変形は小さく、開口下部で画定される配線4’、4”底部の形状は殆ど変形しない。また、配線4’、4”底部の間隔もほぼ一定に形成される。   As will be described later, for example, when the copper plating layer 14a constituting the copper wiring portion a is formed by electroplating, the resist cross-sectional shape that defines the copper plating layer 14a is the upper part of the opening. It is caused by deforming to spread. Accordingly, the deformation of the lower portion of the resist opening is small, and the shape of the bottom of the wiring 4 ', 4 "defined by the lower portion of the opening is hardly deformed. Further, the interval between the bottom of the wiring 4', 4" is formed almost constant.

本第1実施形態では、配線4’、4”の下隅A’、A”に接して、誘電体層5が設けられる。しかし、誘電体層5の体積は、配線4’、4”間の第1及び第2の絶縁層2、3の体積と比較して極めて少ない。このため、配線4’と、隣接する配線4”および基板1との間の浮遊容量は、誘電体層5の設置によっては殆ど変化せず、通常は製造工程のばらつきに起因して生ずる浮遊容量の変動より小さい。従って、電界強度のシミュレーションでは、配線4’から放出される電気力線の総数は、誘電体層5の有無により変わらないと見做してよい。   In the first embodiment, the dielectric layer 5 is provided in contact with the lower corners A ′ and A ″ of the wirings 4 ′ and 4 ″. However, the volume of the dielectric layer 5 is extremely small compared to the volume of the first and second insulating layers 2 and 3 between the wirings 4 ′ and 4 ″. For this reason, the wiring 4 ′ and the adjacent wiring 4 The stray capacitance between the substrate 1 and the substrate 1 hardly changes depending on the installation of the dielectric layer 5, and is usually smaller than the fluctuation of the stray capacitance caused by the variation in the manufacturing process. Therefore, in the simulation of the electric field strength, the total number of lines of electric force emitted from the wiring 4 ′ may be regarded as not changing depending on the presence or absence of the dielectric layer 5.

一方、配線4’の下隅A’から放出される電気力線の数は、最大電界強度領域23’の大きさ(表面積)にほぼ比例するから、最大電界強度領域23’が大きな第1実施形態では多く、小さな比較例では少ない。従って、配線4’の上隅B’から放出する電気力線の数(密度)は、第1実施形態で少なく、比較例ではこれより大きくなる。簡潔にいえば、電気力線の本数は一定であり、その電気力線が、第1実施形態では比較例より配線4’下隅A’に集中するため、配線4’上隅B’で疎になり、上隅B’の電界強度が比較例より小さくなる。このため、配線4’、4”上隅B’、B”間の絶縁破壊モードが抑制されると、本発明の発明者は考察している。   On the other hand, since the number of electric field lines emitted from the lower corner A ′ of the wiring 4 ′ is substantially proportional to the size (surface area) of the maximum electric field strength region 23 ′, the first embodiment has a large maximum electric field strength region 23 ′. In many cases, there are few in a small comparative example. Therefore, the number (density) of electric lines of force emitted from the upper corner B 'of the wiring 4' is small in the first embodiment and larger in the comparative example. To put it simply, the number of lines of electric force is constant, and in the first embodiment, the lines of electric force are concentrated in the lower corner A ′ of the wiring 4 ′ than in the comparative example. Thus, the electric field strength at the upper corner B ′ is smaller than that of the comparative example. For this reason, the inventors of the present invention consider that the dielectric breakdown mode between the wirings 4 ′ and 4 ″ upper corners B ′ and B ″ is suppressed.

上述したように、誘電体層5は、配線4’下隅A’の電界を緩和すると同時に、誘電体層5の配線4’から遠い位置にある側面D’〜D’−1に電界集中を生じさせる。これにより、配線構造10の絶縁破壊耐性が向上し、かつ絶縁破壊モードは1つに制限される。かかる絶縁破壊耐性の向上および破壊モードの制限が有効になされるには、配線4’下隅A’の十分な電界緩和および誘電体層5側面D’〜D’−1への十分な電界集中がなければならない。かかる観点から、誘電体層5の誘電率および形状が設計される。   As described above, the dielectric layer 5 relaxes the electric field at the lower corner A ′ of the wiring 4 ′, and at the same time, generates electric field concentration on the side surfaces D ′ to D′−1 far from the wiring 4 ′ of the dielectric layer 5. Let Thereby, the dielectric breakdown resistance of the wiring structure 10 is improved, and the dielectric breakdown mode is limited to one. In order to effectively improve the dielectric breakdown resistance and limit the breakdown mode, sufficient electric field relaxation in the lower corner A ′ of the wiring 4 ′ and sufficient electric field concentration on the side surfaces D ′ to D′−1 of the dielectric layer 5 are required. There must be. From this point of view, the dielectric constant and shape of the dielectric layer 5 are designed.

具体的には、誘電体層5の誘電率は大きいことが望ましく、少なくとも第1及び第2の絶縁層2、3の誘電率より大きくなければならない。通常、第1及び第2の絶縁層2、3は3〜8程度の誘電率の絶縁材料が多く用いられる。従って、誘電率が20以上の絶縁材料、例えばTi、Ta、W、Zr叉はCrの金属酸化物を用いることが好ましい。本第1実施形態では、Ti酸化物を誘電体層5の材料とした。後述するように、誘電体層5を、密着層4bの一部を酸化して形成することができる。これにより、誘電体層5を容易に形成することができる。なお、その他の方法により、誘電体層5を形成してもよい。   Specifically, the dielectric constant of the dielectric layer 5 is desirably large and should be at least larger than the dielectric constant of the first and second insulating layers 2 and 3. Usually, an insulating material having a dielectric constant of about 3 to 8 is used for the first and second insulating layers 2 and 3. Therefore, it is preferable to use an insulating material having a dielectric constant of 20 or more, for example, a metal oxide of Ti, Ta, W, Zr or Cr. In the first embodiment, Ti oxide is used as the material of the dielectric layer 5. As will be described later, the dielectric layer 5 can be formed by oxidizing a part of the adhesion layer 4b. Thereby, the dielectric material layer 5 can be formed easily. The dielectric layer 5 may be formed by other methods.

誘電体層5は、薄い板状の形状を有し、その上下の主面がそれぞれ第1および第2の絶縁層2に接するように配設されることが好ましい。薄い板状とすることで、配線4’から十分離れた位置(配線4’から離れた側の誘電体層の側面D’〜D’−1)に強い電界集中を起こさせることができる。   The dielectric layer 5 preferably has a thin plate shape, and is disposed so that the upper and lower main surfaces thereof are in contact with the first and second insulating layers 2, respectively. By forming the thin plate shape, strong electric field concentration can be caused at a position sufficiently separated from the wiring 4 ′ (side surfaces D ′ to D′−1 of the dielectric layer on the side far from the wiring 4 ′).

誘電体層4の好ましい形状および寸法は、誘電体層5の誘電率により異なり、誘電率に応じて適切に設計されねばならない。例えば、酸化チタンからなる誘電体層4では、厚さ10〜50nm、幅が厚さの1.5倍以上とすることが好ましく、さらに、厚さ10〜20nm、幅50〜100nmとすることが好ましい。なお、誘電体層4が薄すぎると、配線4’下隅の電界緩和が不十分になり、優れた放電破壊耐性が得られない。厚すぎると、側面D’〜D’−1近傍の電界強度が十分に強くならず、放電破壊モードの混在を防止することができない。また、誘電体層4の幅が狭すぎると、電界集中位置が配線に近くなり、放電破壊耐性が劣化する。広すぎると、隣接する配線4’、4”に密接する誘電体層4間の間隔が狭くなり、放電破壊耐性が劣化する。   The preferred shape and dimensions of the dielectric layer 4 depend on the dielectric constant of the dielectric layer 5 and must be appropriately designed according to the dielectric constant. For example, the dielectric layer 4 made of titanium oxide preferably has a thickness of 10 to 50 nm and a width that is 1.5 times or more of the thickness, and further has a thickness of 10 to 20 nm and a width of 50 to 100 nm. preferable. If the dielectric layer 4 is too thin, the electric field relaxation at the lower corner of the wiring 4 'becomes insufficient, and excellent discharge breakdown resistance cannot be obtained. If it is too thick, the electric field strength in the vicinity of the side surfaces D 'to D'-1 will not be sufficiently strong, and it will not be possible to prevent a mixture of discharge breakdown modes. On the other hand, if the width of the dielectric layer 4 is too narrow, the electric field concentration position is close to the wiring, and the discharge breakdown resistance deteriorates. If it is too wide, the distance between the dielectric layers 4 in close contact with the adjacent wirings 4 ′, 4 ″ becomes narrow, and the discharge breakdown resistance deteriorates.

以下、上述した第1実施形態の配線構造10の製造工程を説明する。   Hereinafter, the manufacturing process of the wiring structure 10 of the first embodiment described above will be described.

図9〜図12は本発明の第1実施形態の配線構造の製造工程断面図(その1)〜(その4)であり、製造途中の配線構造を表している。   9 to 12 are sectional views (No. 1) to (No. 4) of a manufacturing process of the wiring structure according to the first embodiment of the present invention, and show the wiring structure in the middle of manufacturing.

図9(a)を参照して、まず、支持基体となる基板1、例えばシリコン基板を準備する。次いで、基板1上面に、第1の絶縁層2、密着層4bおよびシード層4cを順次積層した。第1の絶縁層2には、ポジ型の感光性フェノール系樹脂(JSR(株)の製品名WPRseries)を用いた。なお、非感光性の樹脂、例えばポリイミドを用いても良い。密着層4bには、スパッタにより形成された厚さ50nmのTi膜を用いた。なお、薄い誘電体層5を形成するために、厚さ5〜20nmのTi膜を密着層4bとすることがより好ましい。シード層4cには、スパッタにより形成された厚さ20〜100nmのCu層を用いた。なお、密着層4bおよびシード層4cを他の方法、例えばCVD法または無電界めっきにより形成してもよい。さらに、密着層4bを、Ta、W、Zr並びにCrまたはそれらの合金並びに窒化物から形成することもできる。   Referring to FIG. 9A, first, a substrate 1 serving as a support base, for example, a silicon substrate is prepared. Next, the first insulating layer 2, the adhesion layer 4 b and the seed layer 4 c were sequentially laminated on the upper surface of the substrate 1. For the first insulating layer 2, a positive type photosensitive phenolic resin (product name WPRseries of JSR Corporation) was used. A non-photosensitive resin such as polyimide may be used. For the adhesion layer 4b, a 50 nm thick Ti film formed by sputtering was used. In order to form the thin dielectric layer 5, it is more preferable to use a Ti film having a thickness of 5 to 20 nm as the adhesion layer 4b. As the seed layer 4c, a Cu layer having a thickness of 20 to 100 nm formed by sputtering was used. In addition, you may form the contact | adherence layer 4b and the seed layer 4c by other methods, for example, CVD method or electroless plating. Furthermore, the adhesion layer 4b can also be formed from Ta, W, Zr and Cr or their alloys and nitrides.

次いで、図9(b)を参照して、シード層4c上に例えば厚さ3000nmのレジスト41を塗布し、露光、現像して幅2160nmの溝状の開口41aを4000nmピッチで開設した。露光はステッパまたはコンタクトアライナを用い、現像はTMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)を用いた。必要ならば、その後、レジスト41表面の親水化処理を行う。その後、レジストのポストベーキングを行った。   Next, referring to FIG. 9B, a resist 41 having a thickness of, for example, 3000 nm is applied on the seed layer 4c, exposed and developed, and groove-shaped openings 41a having a width of 2160 nm are formed at a pitch of 4000 nm. A stepper or contact aligner was used for exposure, and TMAH (tetramethylammonium hydroxide) was used for development. If necessary, thereafter, the surface of the resist 41 is hydrophilized. Thereafter, resist was post-baked.

このポストベーキング工程により、レジスト41の開口41a上部が拡幅するように変形することがある。かかる変形が大きいと,図2(b)に示すように、上部が広がった配線4’、4”が形成されやすい。その結果、配線4’、4”上隅B’、B”間を放電路とする絶縁破壊を誘致しやすい。他方、開口41aの底面の幅は、露光現像により形成された幅から殆ど変形しない。従って、配線4’、4”の底面の幅の変動は僅かで、その変動が絶縁破壊耐性に及ぼす影響は小さい。   By this post-baking process, the upper part of the opening 41a of the resist 41 may be deformed so as to be widened. If the deformation is large, as shown in FIG. 2B, wirings 4 ′ and 4 ″ whose upper portions are widened are easily formed. As a result, a discharge occurs between the wirings 4 ′ and 4 ″ upper corners B ′ and B ″. On the other hand, the width of the bottom surface of the opening 41a is hardly deformed from the width formed by exposure and development. Therefore, the variation in the width of the bottom surface of the wirings 4 ′ and 4 ″ is slight. The effect of the fluctuation on dielectric breakdown resistance is small.

次いで、図10(c)を参照して、シード層4cを一方の電極とする電解めっきにより、レジスト41の開口41aを埋め込む厚さほぼ2000nmの銅めっき層14aを形成した。電解めっき液として、硫酸銅めっき浴を用いた。なお、銅めっき層14aは、開口41aを銅層で埋め込む他の方法、例えば無電解めっきにより形成することもできる。   Next, with reference to FIG. 10C, a copper plating layer 14a having a thickness of about 2000 nm for embedding the opening 41a of the resist 41 was formed by electrolytic plating using the seed layer 4c as one electrode. A copper sulfate plating bath was used as the electrolytic plating solution. Note that the copper plating layer 14a can also be formed by another method of filling the opening 41a with a copper layer, for example, electroless plating.

次いで、図10(d)を参照して、レジスト41を、例えはNMP(n−メチル−2-ピロリドン)またはアセトン等の有機溶剤を用いて除去する。次いで、レジスト41を除去した領域に表出するシード層4c、およびその直下の密着層4bを、銅メッキ層14aをマスクとしてエッチング除去した。シード層4cは、硫酸カリウム溶液をエッチャントとするエッチングにより除去した。他に、シード層4cのエッチャントとして、塩化鉄または過硫酸アンモニウム溶液を用いることができる。密着層4bは、フッ化アンモニウム溶液をエッチャントとするエッチングにより除去した。他に、密着層4bの除去には、例えは4フッ化メタンをエッチングガスとするドライエッチングを用いることもできる。   Next, referring to FIG. 10D, the resist 41 is removed using an organic solvent such as NMP (n-methyl-2-pyrrolidone) or acetone. Next, the seed layer 4c exposed in the region from which the resist 41 was removed, and the adhesion layer 4b immediately below the seed layer 4c were removed by etching using the copper plating layer 14a as a mask. The seed layer 4c was removed by etching using a potassium sulfate solution as an etchant. In addition, an iron chloride or ammonium persulfate solution can be used as an etchant for the seed layer 4c. The adhesion layer 4b was removed by etching using an ammonium fluoride solution as an etchant. In addition, for the removal of the adhesion layer 4b, for example, dry etching using tetrafluoromethane as an etching gas can be used.

次いで、酸素ガスをエッチングガスとするドライエッチングを用いて、銅めっき層14aの間に表出する第1の絶縁層2の表面を深さ800nmエッチングした。その結果、図11(e)を参照して、第1の絶縁層2は、銅めっき層14aの間に表出する表面が掘り下げられて、凹部2aが形成される。同時に、銅めっき層14a直下の表面はそのまま残され、凸部2bとなる。従って、第1の絶縁層2の表面に、幅1840nmの凹部2aおよび幅2160nmの凸部2bが交互にラインアンドスペース状に形成される。   Next, the surface of the first insulating layer 2 exposed between the copper plating layers 14a was etched by a depth of 800 nm using dry etching using oxygen gas as an etching gas. As a result, referring to FIG. 11E, the surface of the first insulating layer 2 exposed between the copper plating layers 14a is dug down to form the recesses 2a. At the same time, the surface immediately below the copper plating layer 14a is left as it is, and becomes a convex portion 2b. Accordingly, the recesses 2a having a width of 1840 nm and the protrusions 2b having a width of 2160 nm are alternately formed in a line and space pattern on the surface of the first insulating layer 2.

次いで、図11(f)を参照して、硫酸カリウム溶液をエッチャントするウエットエッチングにより、銅めっき層14aおよびシード層4cの表出面をエッチングした。エッチング量はほぼ誘電体層4の幅であり、例えは80nmとした。その結果、銅めっき層14aおよびシード層4cの積層からなる、幅2000nmの銅配線部4aが形成された。このとき、銅配線部4aの両側面の外側に、密着層4bの一部が表出する。   Next, with reference to FIG. 11F, the exposed surfaces of the copper plating layer 14a and the seed layer 4c were etched by wet etching in which a potassium sulfate solution was etched. The etching amount is approximately the width of the dielectric layer 4, for example, 80 nm. As a result, a copper wiring portion 4a having a width of 2000 nm composed of a laminate of the copper plating layer 14a and the seed layer 4c was formed. At this time, a part of the adhesion layer 4b is exposed outside the both side surfaces of the copper wiring portion 4a.

次いで、図12(g)を参照して、酸素ガスをエッチングガスとするドライエッチングを用いて、銅配線部4aの表出面および銅配線部4aの外側に表出する密着層4bを酸化する。これにより、密着層4bの銅配線部4aの外側に表出する部分が酸化され、例えば酸化チタンからなる誘電体層5へ変換される。また、銅配線部4aの表出面(上面および側面)が酸化され、銅の酸化物層4oxが形成される。   Next, referring to FIG. 12G, the adhesion layer 4b exposed on the exposed surface of the copper wiring portion 4a and the outside of the copper wiring portion 4a is oxidized by dry etching using oxygen gas as an etching gas. As a result, the portion of the adhesion layer 4b that appears outside the copper wiring portion 4a is oxidized and converted to the dielectric layer 5 made of, for example, titanium oxide. In addition, the exposed surface (upper surface and side surface) of the copper wiring portion 4a is oxidized to form a copper oxide layer 4ox.

次いで、図12(h)を参照して、希硫酸をエッチャントとするエッチングにより、銅配線部4aの表面に形成された酸化物層4oxを除去した。この酸化物層4oxは薄く、通常は、酸化物層4oxの形成による銅配線部4aの寸法変化を無視することができる。次いで、無電解めっきにより、銅配線部4aの表出面に厚さ20nmのCoWPからなる銅拡散防止膜6を形成した。なお、銅拡散防止膜6として、NiP無電解めっき膜を用いてもよく、さらに窒化シリコン系のCVD膜を用いてもよい。   Next, referring to FIG. 12H, the oxide layer 4ox formed on the surface of the copper wiring portion 4a was removed by etching using dilute sulfuric acid as an etchant. The oxide layer 4ox is thin, and normally, the dimensional change of the copper wiring portion 4a due to the formation of the oxide layer 4ox can be ignored. Next, a copper diffusion prevention film 6 made of CoWP having a thickness of 20 nm was formed on the exposed surface of the copper wiring portion 4a by electroless plating. As the copper diffusion preventing film 6, a NiP electroless plating film may be used, and further a silicon nitride CVD film may be used.

次いで、第1の絶縁層2上に、感光性フェノール系樹脂からなる第2の絶縁層3を形成した。上記工程を経て、図3を参照して説明した本発明の第1実施形態の配線構造10が製造された。   Next, a second insulating layer 3 made of a photosensitive phenol resin was formed on the first insulating layer 2. Through the above steps, the wiring structure 10 according to the first embodiment of the present invention described with reference to FIG. 3 is manufactured.

本発明の第2実施形態は、第1の絶縁層の表面が平坦な配線構造に関する。   The second embodiment of the present invention relates to a wiring structure in which the surface of the first insulating layer is flat.

図13は本発明の第2実施形態の配線構造の断面図であり、セミアディティブ法を用いたビルドアップ工法により製造された多層配線基板の配線構造のうち、HAST試験用として作製された部分の配線構造11を表している。この部分の配線構造10の平面形状は、図1に示すHAST試験用配線の平面形状と同様である。   FIG. 13 is a cross-sectional view of the wiring structure according to the second embodiment of the present invention. Of the wiring structure of the multilayer wiring board manufactured by the build-up method using the semi-additive method, the portion manufactured for the HAST test is shown. The wiring structure 11 is shown. The planar shape of the wiring structure 10 in this portion is the same as the planar shape of the HAST test wiring shown in FIG.

図13を参照して、本第2実施形態の配線構造11は、第1の絶縁層2上面が平坦であることを除き、他は第1実施形態の配線構造10と同様である。即ち、第1の絶縁層2上面に、第1の実施形態の配線構造10ような凹部2a及び凸部2bが形成されない。   Referring to FIG. 13, the wiring structure 11 of the second embodiment is the same as the wiring structure 10 of the first embodiment except that the upper surface of the first insulating layer 2 is flat. That is, the concave portion 2a and the convex portion 2b are not formed on the upper surface of the first insulating layer 2 as in the wiring structure 10 of the first embodiment.

この配線構造11では、配線4’、4”の形状およびその周囲の誘電率(第1及び第2の絶縁層2、3から構成される)は第1実施形態と同様である。従って、配線構造11における電界強度分布は、図5に示す第1実施形態の電界強度分布と同じになる。このため、第1実施形態と同様に、優れた絶縁破壊耐性と単一の絶縁破壊モードとが実現される。   In this wiring structure 11, the shape of the wirings 4 ′, 4 ″ and the surrounding dielectric constant (comprising the first and second insulating layers 2, 3) are the same as those in the first embodiment. The electric field strength distribution in the structure 11 is the same as the electric field strength distribution of the first embodiment shown in Fig. 5. Therefore, as in the first embodiment, excellent dielectric breakdown resistance and a single dielectric breakdown mode are obtained. Realized.

しかし、本第2実施形態では、第1及び第2の絶縁層2、3の界面21は平坦に形成されているから、界面21が凹部2a表面を含む第1実施形態に比べて配線4’、4”間に延在する界面21が短い。この界面の短い分だけ、絶縁破壊耐性が劣化する。それにもかかわらず、この劣化は多くの場合、誘電体層5の設置による絶縁破壊耐性の向上分より小さい。従って、従来例に比べて優れた絶縁破壊耐性が実現される。   However, in the second embodiment, the interface 21 between the first and second insulating layers 2 and 3 is formed flat, so that the interface 4 includes the wiring 4 ′ as compared with the first embodiment in which the interface 21 includes the surface of the recess 2a. The interface 21 extending between 4 ″ is short. The breakdown resistance is deteriorated by the short part of the interface. Nevertheless, this deterioration is often caused by the breakdown resistance due to the installation of the dielectric layer 5. Therefore, the dielectric breakdown resistance superior to that of the conventional example is realized.

以下、本第2実施形態の配線構造の製造工程を説明する。   Hereinafter, the manufacturing process of the wiring structure of the second embodiment will be described.

図14〜図15は本発明の第2実施形態の配線構造の製造工程断面図(その1)〜(その2)であり、製造途中の配線構造を表している。   14 to 15 are sectional views (No. 1) to (No. 2) of the manufacturing process of the wiring structure according to the second embodiment of the present invention, and show the wiring structure during the manufacturing.

本第2実施形態の配線構造11の製造工程は、途中まで図9〜図10(d)に示す第1実施形態の配線構造10の製造工程と同一である。即ち、図10(d)を参照して、図10(d)までの工程により幅2160nmのライン状に製造された密着層4b、シード層4cおよび銅めっき層14aの積層構造が第1の絶縁層2上に形成される。   The manufacturing process of the wiring structure 11 of the second embodiment is the same as the manufacturing process of the wiring structure 10 of the first embodiment shown in FIGS. That is, referring to FIG. 10D, the laminated structure of the adhesion layer 4b, the seed layer 4c, and the copper plating layer 14a manufactured in a line shape having a width of 2160 nm by the steps up to FIG. Formed on layer 2.

次いで、硫酸カリウム溶液をエッチャントするウエットエッチングにより、銅めっき層14aおよびシード層4cの表出面をエッチングして厚さ80nmを除去した。これにより、図14(a)を参照して、シード層4cおよび銅めっき層14aの積層からなる幅2000nmの銅配線部4aが形成された。この銅配線部4aの両側外側に、幅80nmの密着層4bが表出する。   Next, the exposed surfaces of the copper plating layer 14a and the seed layer 4c were etched by wet etching in which a potassium sulfate solution was etched to remove the thickness of 80 nm. As a result, referring to FIG. 14A, a copper wiring portion 4a having a width of 2000 nm made of a laminate of the seed layer 4c and the copper plating layer 14a was formed. An adhesion layer 4b having a width of 80 nm is exposed on both sides outside of the copper wiring portion 4a.

次いで、図14(b)を参照して、酸素ガスをエッチングガスとするドライエッチングを用いて、銅配線部4aの表出面および銅配線部4aの外側に表出する密着層4bを酸化した。その結果、銅配線部4aの外側に表出する密着層4bは酸化されて酸化チタンからなる誘電体層5へ変換され、同時に銅配線部4aの表出面に銅の酸化物層4oxが形成される。   Next, referring to FIG. 14B, the adhesion layer 4 b exposed on the exposed surface of the copper wiring portion 4 a and the outside of the copper wiring portion 4 a was oxidized by dry etching using oxygen gas as an etching gas. As a result, the adhesion layer 4b exposed outside the copper wiring portion 4a is oxidized and converted into the dielectric layer 5 made of titanium oxide, and at the same time, a copper oxide layer 4ox is formed on the exposed surface of the copper wiring portion 4a. The

次いで、図15(c)を参照して、酸化物層4ox(図14(c)参照)をエッチングして除去する。その後、図15(d)を参照して、第1実施形態と同様に、銅配線部4aの表出面に厚さ20nmのCoWP無電解めっき膜からなる銅拡散防止膜6を形成した。次いで、第1の絶縁層2上に第2の絶縁層3を形成して、図13に示した第2実施形態の配線構造11を製造した。   Next, referring to FIG. 15C, the oxide layer 4ox (see FIG. 14C) is removed by etching. Thereafter, referring to FIG. 15D, as in the first embodiment, a copper diffusion prevention film 6 made of a CoWP electroless plating film having a thickness of 20 nm was formed on the exposed surface of the copper wiring portion 4a. Next, the second insulating layer 3 was formed on the first insulating layer 2 to manufacture the wiring structure 11 of the second embodiment shown in FIG.

本第2実施形態では、凹部2aの形成工程がないので、製造工程が簡略である。一方、第1実施形態とほぼ同様の絶縁破壊耐性と、単一の絶縁破壊モードが実現される。   In the second embodiment, since there is no formation process of the recess 2a, the manufacturing process is simple. On the other hand, substantially the same breakdown resistance and a single breakdown mode as in the first embodiment are realized.

本発明の第3実施形態は銅配線部4aのエッチング工程を省略して製造された配線構造12に関する。   3rd Embodiment of this invention is related with the wiring structure 12 which abbreviate | omitted the etching process of the copper wiring part 4a.

図16は本発明の第3実施形態の配線構造の断面図であり、図16(a)は配線構造2の配線4’、4”に垂直な断面構造を、図16(b)は図16(a)の配線4’の一部を拡大して表している。   FIG. 16 is a cross-sectional view of a wiring structure according to the third embodiment of the present invention. FIG. 16A shows a cross-sectional structure perpendicular to the wirings 4 ′ and 4 ″ of the wiring structure 2, and FIG. A part of the wiring 4 ′ in FIG.

図16を参照して、本第3実施形態の配線構造12は、誘電体層5の幅が狭いこと、誘電体層5および密着層4bが薄いことを除き、他は第2実施形態と同様である。即ち、第3実施形態の配線構造12では、第2実施形態の配線構造11と比べて、誘電体層5の幅が狭く、例えば幅30nmである。また、誘電体層5の厚さも薄く、例えば10nmとする。同様に、密着層4bの厚さも誘電体層5と同じく例えば10nmとされる。   Referring to FIG. 16, the wiring structure 12 of the third embodiment is the same as that of the second embodiment except that the width of the dielectric layer 5 is narrow and the dielectric layer 5 and the adhesion layer 4b are thin. It is. That is, in the wiring structure 12 of the third embodiment, the width of the dielectric layer 5 is narrow, for example, 30 nm, compared to the wiring structure 11 of the second embodiment. The dielectric layer 5 is also thin, for example, 10 nm. Similarly, the thickness of the adhesion layer 4b is, for example, 10 nm as with the dielectric layer 5.

かかる構造の配線構造12は、第1及び第2実施形態と同様に、優れた絶縁破壊耐性と、単一の絶縁破壊モード特性を有する。   Similar to the first and second embodiments, the wiring structure 12 having such a structure has excellent dielectric breakdown resistance and a single dielectric breakdown mode characteristic.

図17〜図18は本発明の第3実施形態の配線構造の製造工程断面図(その1)〜(その2)であり、製造途中の第3実施形態の配線構造12の断面構造を表している。   17 to 18 are sectional views (No. 1) to (No. 2) of the manufacturing process of the wiring structure of the third embodiment of the present invention, showing the sectional structure of the wiring structure 12 of the third embodiment during the manufacturing. Yes.

本第3実施形態の配線構造12の製造工程は、途中までは第1実施形態の図9〜図10(d)に示した工程と同様である。ただし、図10(d)を参照して、銅めっき層14aおよびシード層4cの幅を、例えば2060nmと第1実施形態より狭く形成する。その結果、図17(a)を参照して、平坦な第1絶縁層2の上面に、密着層4bを介して積層された銅めっき層14aおよびシード層4cからなる幅2060nmの積層体が形成される。   The manufacturing process of the wiring structure 12 of the third embodiment is the same as the process shown in FIGS. 9 to 10D of the first embodiment until halfway. However, referring to FIG. 10D, the width of the copper plating layer 14a and the seed layer 4c is formed to be, for example, 2060 nm narrower than that of the first embodiment. As a result, with reference to FIG. 17A, a laminated body having a width of 2060 nm composed of the copper plating layer 14a and the seed layer 4c laminated via the adhesion layer 4b is formed on the flat upper surface of the first insulating layer 2. Is done.

次いで、図17(b)を参照して、例えば酸素プラズマに暴露して、銅メッキ層14aおよびシード層の表出面を酸化して、例えば厚さ30nmの銅の酸化物層4oxを形成する。同時に、密着層4bの両側面が酸化され、例えば幅30nm、厚さ10nmの密着層の酸化物、例えば酸化チタンからなる誘電体層5が形成される。この工程で、銅めっき層14aおよびシード層4cの積層体は、幅2000nmの銅配線部4aに形成される。この銅配線部4aは、その底面の密着層4bとともに配線4’、4”を構成する。   Next, referring to FIG. 17B, the exposed surface of the copper plating layer 14 a and the seed layer is oxidized by, for example, exposure to oxygen plasma to form a copper oxide layer 4 ox having a thickness of 30 nm, for example. At the same time, both side surfaces of the adhesion layer 4b are oxidized to form a dielectric layer 5 made of, for example, an oxide of the adhesion layer having a width of 30 nm and a thickness of 10 nm, for example, titanium oxide. In this step, the laminate of the copper plating layer 14a and the seed layer 4c is formed on the copper wiring portion 4a having a width of 2000 nm. The copper wiring portion 4a forms wirings 4 'and 4 "together with the adhesion layer 4b on the bottom surface.

次いで、図18(c)を参照して、銅配線部4aの表面に形成された酸化物層4aをエッチングして除去した。次いで、図18(d)を参照して、銅配線部4aの表出面に、例えば無電解めっきにより厚さ20nmのCoWPからなる銅拡散防止膜を形成した。   Next, referring to FIG. 18C, the oxide layer 4a formed on the surface of the copper wiring portion 4a was removed by etching. Next, referring to FIG. 18D, a copper diffusion preventing film made of CoWP having a thickness of 20 nm was formed on the exposed surface of the copper wiring portion 4a by, for example, electroless plating.

この第3実施形態では、第1および第2実施形態で必要とされる銅配線部4aのエッチング工程が不要なので、工程が簡素化される。   In the third embodiment, the etching process for the copper wiring portion 4a required in the first and second embodiments is not required, and therefore the process is simplified.

本発明の第4実施形態は、ダマシン法により形成される配線構造13に関する。   The fourth embodiment of the present invention relates to a wiring structure 13 formed by a damascene method.

図19は本発明の第4実施形態の配線構造の断面図であり、図19(a)はダマシン法を用いたビルドアップ工法により製造された多層配線基板の配線構造13のうち、HAST試験用として作製された部分を表している。図19(b)は図19(a)に示す配線4’の上隅近傍の拡大断面を表している。   FIG. 19 is a cross-sectional view of a wiring structure according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 19A shows a HAST test among the wiring structure 13 of the multilayer wiring board manufactured by the build-up method using the damascene method. Represents the produced part. FIG. 19B shows an enlarged cross section near the upper corner of the wiring 4 ′ shown in FIG.

図19(a)を参照して、第4実施形態の配線構造13では、基板1上面に設けられた第1の絶縁層2の上面に配線溝31が形成され、その配線溝31を埋め込む例えば幅2000nm、厚さ(高さ)2000nmの配線4’、4”が形成されている。配線4’、4”は、銅または銅合金からなる銅配線部4aと、銅配線部4aの側面および底面を被覆する密着層5とから構成される。密着層5は第1実施形態と同じ材料からなる、例えば厚さ10nmのTi膜とすることができる。   Referring to FIG. 19A, in the wiring structure 13 of the fourth embodiment, a wiring groove 31 is formed on the upper surface of the first insulating layer 2 provided on the upper surface of the substrate 1, and the wiring groove 31 is embedded, for example. Wirings 4 ′ and 4 ″ having a width of 2000 nm and a thickness (height) of 2000 nm are formed. The wirings 4 ′ and 4 ″ include a copper wiring portion 4a made of copper or a copper alloy, side surfaces of the copper wiring portion 4a, and It is comprised from the contact | adherence layer 5 which coat | covers a bottom face. The adhesion layer 5 may be a Ti film made of the same material as that of the first embodiment, for example, having a thickness of 10 nm.

図19(b)を参照して、配線4’の上面(銅配線部4aの上面)は、配線溝31の開口面(配線溝31の外側に延在する第1及び第2の絶縁層2、3の界面21)より例えば30nm低く形成されている。また、密着層4bの上側面(図中のB’〜B’−1間を結ぶ平面)も配線4’の上面とおなじ高さに位置する。なお、図19(b)中、符号B’、B’−1は、それぞれ配線4’の上隅B’(即ち、密着層4bの銅配線部4aから離れた側の上隅)および銅配線部4aの上隅B’−1(即ち、密着層4bの銅配線層4aと接する側の上隅)を表している。   Referring to FIG. 19B, the upper surface of the wiring 4 ′ (the upper surface of the copper wiring portion 4a) is the opening surface of the wiring groove 31 (the first and second insulating layers 2 extending outside the wiring groove 31). For example, 30 nm lower than the three interfaces 21). Further, the upper side surface (a plane connecting B ′ to B′−1 in the drawing) of the adhesion layer 4 b is also located at the same height as the upper surface of the wiring 4 ′. In FIG. 19B, symbols B ′ and B′−1 denote the upper corner B ′ of the wiring 4 ′ (that is, the upper corner of the adhesion layer 4b away from the copper wiring portion 4a) and the copper wiring, respectively. This represents the upper corner B′-1 of the portion 4a (that is, the upper corner of the adhesion layer 4b on the side in contact with the copper wiring layer 4a).

さらに、密着層4bの上側面に接して、その上方に延在する配線溝31の側壁面上に、誘電体層5が設けられる。この誘電体層5は、配線4’に沿って帯状に延在する板状の誘電体から構成される。また、誘電体層5の厚さ、幅および材料は、第1〜第3実施形態と同様である。   Furthermore, the dielectric layer 5 is provided on the side wall surface of the wiring groove 31 extending in contact with the upper side surface of the adhesion layer 4b. The dielectric layer 5 is composed of a plate-like dielectric material extending in a band shape along the wiring 4 '. The thickness, width and material of the dielectric layer 5 are the same as those in the first to third embodiments.

銅配線部4aの上面に、第1実施形態と同様の材料および厚さを有する銅拡散防止膜6が形成される。なお、必要なければ、銅拡散防止膜6はなくてもよい。さらに、配線4’、誘電体層5および銅拡散防止膜6を被覆し、配線溝31の外側に延在する第1の絶縁層2の上面を被覆する第2の絶縁層3が設けられる。この第2の絶縁層3は、第2の絶縁層3がなければ表出する銅拡散防止膜6の上面(または銅配線部4’の上面)、第2の絶縁層3がなければ表出する誘電体層5の主面並びに上側面、第2の絶縁層3がなければ表出する第1の絶縁層2の上面に接して被覆し、これらの面に界面を形成するように設けられる。なお、ここまで配線4’に関する構造について説明したが、配線4”についても同様である。また、第1及び第2の絶縁層2、3、密着層5および基板1の材料も第1実施形態と同様としてよい。   A copper diffusion preventing film 6 having the same material and thickness as in the first embodiment is formed on the upper surface of the copper wiring portion 4a. If not necessary, the copper diffusion prevention film 6 may be omitted. Furthermore, a second insulating layer 3 is provided which covers the wiring 4 ′, the dielectric layer 5 and the copper diffusion preventing film 6 and covers the upper surface of the first insulating layer 2 extending outside the wiring groove 31. The second insulating layer 3 is exposed when the second insulating layer 3 is not present, and the upper surface of the copper diffusion preventing film 6 (or the upper surface of the copper wiring portion 4 ′) that is exposed. The dielectric layer 5 is provided so as to cover the main surface and the upper side surface of the dielectric layer 5 and the upper surface of the first insulating layer 2 exposed if the second insulating layer 3 is not provided, and to form an interface on these surfaces. . The structure related to the wiring 4 ′ has been described so far, but the same applies to the wiring 4 ″. The materials of the first and second insulating layers 2 and 3, the adhesion layer 5 and the substrate 1 are also the first embodiment. The same as above.

本第4実施形態の配線構造13では、電界集中が、配線4’、4”から離れた位置、即ち誘電体層の上側面(E’〜E’−1を結ぶ面)近傍に生ずる。このため、配線構造13は、第1実施形態と同様の優れた絶縁破壊耐性を有するとともに、絶縁破壊モードも配線4’、4”の上隅B’、B”間を放電路とするものに制限される。   In the wiring structure 13 of the fourth embodiment, electric field concentration occurs at a position away from the wirings 4 ′ and 4 ″, that is, in the vicinity of the upper side surface (surface connecting E ′ to E′-1) of the dielectric layer. Therefore, the wiring structure 13 has the same excellent dielectric breakdown resistance as that of the first embodiment, and the dielectric breakdown mode is also limited to a discharge path between the upper corners B ′ and B ″ of the wirings 4 ′ and 4 ″. Is done.

以下、第4実施形態の配線構造13の製造工程を説明する。   Hereinafter, the manufacturing process of the wiring structure 13 of the fourth embodiment will be described.

図20〜図22は本発明の第4実施形態の配線構造の製造工程断面図(その1)〜(その3)であり、ダマシン工程により製造される途中の配線構造13を表している。   20 to 22 are sectional views (No. 1) to (No. 3) of the manufacturing process of the wiring structure according to the fourth embodiment of the present invention, and show the wiring structure 13 being manufactured by the damascene process.

図20(a)を参照して、第4実施形態の配線構造13では、初めに、基板1上に感光性樹脂からなる第1の絶縁層2を形成し、その後、第1の絶縁層2を露光・現像して、配線4’、4”を画定する深さ2030nmの配線溝31を形成する。   Referring to FIG. 20A, in the wiring structure 13 of the fourth embodiment, first, the first insulating layer 2 made of a photosensitive resin is formed on the substrate 1, and then the first insulating layer 2 is formed. Are exposed and developed to form a wiring groove 31 having a depth of 2030 nm for defining the wirings 4 ′ and 4 ″.

次いで、図20(b)を参照して、配線溝31の内壁面および第1の絶縁層2の上面を被覆する、例えば厚さ10nmのTi膜からなる密着層4bを形成する。この密着層4bは、例えばスパッタまたはCVDにより形成することができる。また、Tiに限らず、銅叉は銅合金との密着性を向上させる材料、例えばTi、Ta、W、Zr、Crからなる金属膜またはそれらの金属の合金膜、あるいはこれらの金属または合金の窒化膜をもちいることができる。次いで、配線溝31を埋め込み、第1の絶縁層2の上面に延在する銅層32を形成する。この銅層32は、例えばCVD法、無電解めっきまたは第1〜第3実施形態と同様に電解めっきにより形成することができる。   Next, referring to FIG. 20B, an adhesion layer 4 b made of, for example, a 10 nm-thick Ti film that covers the inner wall surface of the wiring groove 31 and the upper surface of the first insulating layer 2 is formed. This adhesion layer 4b can be formed by sputtering or CVD, for example. In addition to Ti, a material that improves adhesion to copper or a copper alloy, for example, a metal film made of Ti, Ta, W, Zr, or Cr, an alloy film of these metals, or a metal or alloy of these metals or alloys A nitride film can be used. Next, the wiring trench 31 is buried, and a copper layer 32 extending on the upper surface of the first insulating layer 2 is formed. The copper layer 32 can be formed by, for example, CVD, electroless plating, or electrolytic plating as in the first to third embodiments.

次いで、図21(c)を参照して、CMP(化学機械的研摩)を用いて、第1の絶縁層の上面が表出するまで銅層32を研摩する。その結果、配線溝31内に埋め込まれた銅層32からなる銅配線部4aが形成され、銅配線部4aとその側面および底面を被覆する密着層4bとからなる配線4’、4”が形成される。   Next, referring to FIG. 21C, the copper layer 32 is polished by CMP (Chemical Mechanical Polishing) until the upper surface of the first insulating layer is exposed. As a result, a copper wiring portion 4a made of the copper layer 32 embedded in the wiring groove 31 is formed, and wirings 4 ′ and 4 ″ made of the copper wiring portion 4a and the adhesion layer 4b covering the side and bottom surfaces thereof are formed. Is done.

次いで、図21(d)を参照して、酸素ガスをエッチングガスとするドライエッチングを用いて、配線4’、4”の上面(表出面)を酸化する。これにより、銅配線部4aの上面が例えば30nmの深さまで酸化され、酸化物層4oxに変換される。同時に、密着層4bの上端から深さ30nmまでの間が酸化され、例えば酸化チタンからなる誘電体層5に変換される。   Next, referring to FIG. 21D, the upper surfaces (exposed surfaces) of the wirings 4 ′ and 4 ″ are oxidized by dry etching using oxygen gas as an etching gas. Thereby, the upper surface of the copper wiring part 4a. Is oxidized to a depth of 30 nm, for example, and converted to an oxide layer 4ox, and at the same time, the portion from the upper end of the adhesion layer 4b to a depth of 30 nm is oxidized and converted to a dielectric layer 5 made of, for example, titanium oxide.

次いで、図22(e)を参照して、酸化物層4oxをエッチングで除去する。次いで、図22(f)を参照して、酸化物層4oxを除去した領域に表出する銅配線部4aの上面に、例えば厚さ20nmのCoWPからなる銅拡散防止層6を形成した。次いで、図19を参照して、この上に第2の絶縁層3を形成して、本発明の第4実施形態の配線構造13が製造される。   Next, referring to FIG. 22E, the oxide layer 4ox is removed by etching. Next, referring to FIG. 22F, a copper diffusion prevention layer 6 made of, for example, CoWP having a thickness of 20 nm was formed on the upper surface of the copper wiring portion 4a exposed in the region where the oxide layer 4ox was removed. Next, referring to FIG. 19, the second insulating layer 3 is formed thereon, and the wiring structure 13 according to the fourth embodiment of the present invention is manufactured.

上述した第4実施形態の配線構造13の図21に示す製造工程において、図21(e)に示す工程で配線4’、4”を形成した後、図21(f)に示す酸化物層4oxおよび誘電体層5を形成する前に、銅配線部4aの上面をエッチングして除去することもできる。その後、表出する銅配線部4aおよび密着層4bを酸化して、酸化物層4oxおよび誘電体層5を形成する。   In the manufacturing process shown in FIG. 21 of the wiring structure 13 of the fourth embodiment described above, after the wirings 4 ′ and 4 ″ are formed in the process shown in FIG. 21E, the oxide layer 4ox shown in FIG. The upper surface of the copper wiring portion 4a can also be removed by etching before forming the dielectric layer 5. Thereafter, the exposed copper wiring portion 4a and the adhesion layer 4b are oxidized to form the oxide layer 4ox and The dielectric layer 5 is formed.

このように銅配線部4aの上面を予めエッチングすることで、銅配線部4a上面を浅く酸化しても、広い幅の誘電体層5を確実に形成することができる。その結果、電界集中領域をより確実に配線4’、4”から遠ざけることができ、絶縁破壊耐性をより高めることができる。   Thus, by etching the upper surface of the copper wiring portion 4a in advance, the wide dielectric layer 5 can be reliably formed even when the upper surface of the copper wiring portion 4a is oxidized shallowly. As a result, the electric field concentration region can be more reliably moved away from the wirings 4 ′ and 4 ″, and the dielectric breakdown resistance can be further increased.

本発明を半導体装置を搭載する回路基板の配線構造に適用することで、絶縁破壊耐性が優れかつ絶縁破壊モードが制限された信頼性の高い回路基板が提供される。   By applying the present invention to the wiring structure of a circuit board on which a semiconductor device is mounted, a highly reliable circuit board having excellent dielectric breakdown resistance and limited dielectric breakdown modes is provided.

1 基板
2 第1の絶縁層
2a 凹部
2b 凸部
3 第2の絶縁層
4’、4” 配線
4a 銅配線部
4b 密着層
4c シード層
4ox 酸化物層
5 誘電体層
6 銅拡散防止膜
10、11、12、13 配線構造
15 従来の配線構造
14a 銅めっき層
20 HAST試験用配線
20’、20” 櫛歯状配線
20A’、20A” 接続部
21 界面
31 配線溝
32 銅層
41 レジスト
41a 開口
22’、22”、23’、23” 最大電界強度領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Board | substrate 2 1st insulating layer 2a Concave part 2b Convex part 3 2nd insulating layer 4 ', 4 "wiring 4a Copper wiring part 4b Adhesion layer 4c Seed layer 4ox Oxide layer 5 Dielectric layer 6 Copper diffusion prevention film 10, 11, 12, 13 Wiring structure 15 Conventional wiring structure 14a Copper plating layer 20 Wiring for HAST test 20 ', 20 "Comb-shaped wiring 20A', 20A" Connection portion 21 Interface 31 Wiring groove 32 Copper layer 41 Resist 41a Opening 22 ', 22 ", 23', 23" Maximum field strength region

Claims (8)

第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層上に設けられ、銅又は銅合金からなる銅配線部を有する配線と、
前記第1の絶縁層上に設けられ、1側面を前記配線に接して前記配線に沿い帯状に延在する誘電体層と、
前記第1の絶縁層上に設けられ、前記配線および前記誘電体層を被覆する第2の絶縁層と、を有し、
前記誘電体層は、前記第1および第2の絶縁層より高い比誘電率を有することを特徴とする配線構造。
A first insulating layer;
A wiring provided on the first insulating layer and having a copper wiring portion made of copper or a copper alloy;
A dielectric layer provided on the first insulating layer and extending in a band along the wiring with one side contacting the wiring;
A second insulating layer provided on the first insulating layer and covering the wiring and the dielectric layer;
The wiring structure according to claim 1, wherein the dielectric layer has a higher dielectric constant than the first and second insulating layers.
前記配線は、前記銅配線部の下面に、前記第1の絶縁層と密着する金属からなる密着層を有し、
前記誘電体層は、前記密着層を構成する金属の酸化物からなることを特徴とする請求項1記載の配線構造。
The wiring has an adhesion layer made of a metal that adheres to the first insulating layer on a lower surface of the copper wiring portion,
The wiring structure according to claim 1, wherein the dielectric layer is made of a metal oxide constituting the adhesion layer.
前記銅配線部の上面および側面上に、前記誘電体層より低い比誘電率を有する絶縁物又は金属膜からなる銅拡散防止膜を設けたことを特徴とする請求項2記載の配線構造。   3. The wiring structure according to claim 2, wherein a copper diffusion preventing film made of an insulator or a metal film having a relative dielectric constant lower than that of the dielectric layer is provided on an upper surface and a side surface of the copper wiring portion. 上面に配線溝が形成された第1絶縁層と、
前記配線溝の途中まで前記配線溝中に埋め込まれた、銅又は銅合金からなる銅配線部を有する配線と、
前記配線の上方に位置する前記配線溝の側壁面上に形成され、下側面を前記配線の上面に接して前記配線に沿い帯状に延在する誘電体層と、
前記第1絶縁層上に設けられ、前記配線および前記誘電体層を被覆する第2の絶縁層と、を有し、
前記誘電体層は、前記第1および第2の絶縁層より高い比誘電率を有することを特徴とする配線構造。
A first insulating layer having a wiring groove formed on the upper surface;
Wiring having a copper wiring portion made of copper or a copper alloy embedded in the wiring groove to the middle of the wiring groove;
A dielectric layer formed on a side wall surface of the wiring groove located above the wiring and extending in a strip shape along the wiring with a lower surface in contact with the upper surface of the wiring;
A second insulating layer provided on the first insulating layer and covering the wiring and the dielectric layer;
The wiring structure according to claim 1, wherein the dielectric layer has a higher dielectric constant than the first and second insulating layers.
前記配線は、前記銅配線部の側面に、前記配線溝の側壁面に密着する金属からなる密着層を有し、
前記誘電体層は、前記密着層を構成する金属の酸化物からなることを特徴とする請求項4記載の配線構造。
The wiring has, on the side surface of the copper wiring portion, an adhesion layer made of a metal that is in close contact with the side wall surface of the wiring groove,
The wiring structure according to claim 4, wherein the dielectric layer is made of a metal oxide constituting the adhesion layer.
基板上に第1の絶縁層、金属からなる密着層および銅シード層を順次形成する工程と、
前記銅シード層上に開口を有するレジスト層を形成する工程と、
前記銅シード層を一方の電極とする電解めっきを用いて、前記開口を途中の高さまで埋合金からなる銅めっき層を形成する工程と、
前記レジスト層を除去した後、前記銅めっき層をマスクとするエッチングにより、前記銅めっき層の外側に延在する前記銅シード層および前記密着層を除去する工程と、
次いで、前記密着層、前記銅シード層および前記銅めっき層の表出面を酸化し、前記密着層の両端部分を、前記密着層を構成する金属の酸化物からなり前記第1の絶縁層より高い比誘電率を有する誘電体層に変換する工程と、
前記銅めっき層および前記銅シード層の酸化された表面をエッチング除去する工程と、
前記第1の絶縁層上に、前記銅めっき層、前記銅シード層および前記誘電体層を被覆する、前記誘電体層より低い比誘電率を有する第2の絶縁層を形成する工程と、
を有することを特徴とする配線構造の製造方法。
Sequentially forming a first insulating layer, a metal adhesion layer and a copper seed layer on a substrate;
Forming a resist layer having an opening on the copper seed layer;
Using electrolytic plating with the copper seed layer as one electrode, forming a copper plating layer made of a buried alloy up to a height of the opening; and
Removing the copper seed layer and the adhesion layer extending outside the copper plating layer by etching using the copper plating layer as a mask after removing the resist layer;
Next, the exposed surfaces of the adhesion layer, the copper seed layer, and the copper plating layer are oxidized, and both end portions of the adhesion layer are made of a metal oxide constituting the adhesion layer and are higher than the first insulating layer. Converting to a dielectric layer having a dielectric constant;
Etching away the oxidized surfaces of the copper plating layer and the copper seed layer;
Forming a second insulating layer having a relative dielectric constant lower than that of the dielectric layer covering the copper plating layer, the copper seed layer, and the dielectric layer on the first insulating layer;
A method for manufacturing a wiring structure, comprising:
前記誘電体層に変換する工程に代えて、
銅の選択的エッチングにより、前記銅めっき層および前記銅シード層の表出面をエッチングして、エッチング後の前記銅シード層の外側に前記密着層の上面を表出する工程と、
前記密着層、前記銅めっき層および前記銅シード層の表出面を酸化して、前記銅シード層の外側に表出する前記密着層を、前記密着層を構成する前記金属の酸化物からなり前記第1の絶縁層より高い比誘電率を有する誘電体層に変換する工程と、
を有することを特徴とする請求項6記載の配線構造の製造方法。
Instead of converting to the dielectric layer,
Etching the exposed surfaces of the copper plating layer and the copper seed layer by selective etching of copper, and exposing the upper surface of the adhesion layer outside the copper seed layer after etching;
The adhesion layer, the copper plating layer, and the exposed surface of the copper seed layer are oxidized, and the adhesion layer that is exposed to the outside of the copper seed layer is composed of an oxide of the metal constituting the adhesion layer. Converting to a dielectric layer having a higher dielectric constant than the first insulating layer;
The method for manufacturing a wiring structure according to claim 6, wherein:
基板上に配線溝が設けられた第1の絶縁層を形成する工程と、
前記配線溝の内壁面を被覆し、前記第1の絶縁層の上面に延在する金属からなる密着層を形成する工程と、
次いで、前記配線溝を埋め込み前記第1の絶縁層上に延在する銅又は銅合金からなる銅層を形成する工程と、
前記銅層の上面から前記第1の絶縁層の上面まで平坦に研摩して、前記配線溝内に前記密着層および前記銅層を残す工程と、
前記研摩により研摩面に表出する前記密着層の上側面および前記銅層の上面を酸化して、前記密着層の上側部を前記第1の絶縁層より高い比誘電率を有する前記金属の酸化物からなる誘電体層に変換する工程と、
前記酸化により前記銅層の上面に形成された酸化物層をエッチングして除去する工程と、
次いで、前記第1の絶縁層上に、前記誘電体層より低い比誘電率を有する第2の絶縁層を形成する工程と、
を有することを特徴とする配線構造の製造方法。
Forming a first insulating layer provided with a wiring groove on the substrate;
Covering the inner wall surface of the wiring groove and forming an adhesion layer made of metal extending on the upper surface of the first insulating layer;
Next, forming a copper layer made of copper or a copper alloy filling the wiring groove and extending on the first insulating layer;
Polishing from the upper surface of the copper layer to the upper surface of the first insulating layer to leave the adhesion layer and the copper layer in the wiring groove;
The upper surface of the adhesion layer exposed on the polished surface and the upper surface of the copper layer are oxidized by the polishing, and the upper portion of the adhesion layer is oxidized with the higher dielectric constant than the first insulating layer. Converting to a dielectric layer made of a material,
Etching and removing the oxide layer formed on the upper surface of the copper layer by the oxidation;
Next, forming a second insulating layer having a dielectric constant lower than that of the dielectric layer on the first insulating layer;
A method for manufacturing a wiring structure, comprising:
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