JP4215495B2 - 配線構造およびその製造方法ならびに配線構造を備えた半導体装置と配線基板 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、配線構造およびその製造方法ならびに配線構造を備えた半導体装置と配線基板に関し、より特定的には、信号を伝送するための伝送線路としての配線構造およびその製造方法ならびに配線構造を備えた半導体装置と配線基板に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体装置の微細化および高速化に伴って、信号の周波数がギガヘルツ(GHz)帯に近くなってきている。そして、一部の半導体装置では、既に1GHzを超えている。周波数がGHz帯になると、半導体装置の設計に従来用いられてきた集中定数回路として信号配線を取り扱う手法が困難になるため、分布定数回路として信号配線を取り扱う必要がある。ここで、集中定数回路とは、インダクタンスや抵抗などが回路のいくつかの限られた場所にまとまった大きさで存在するものとして取り扱う回路をいう。また、分布定数回路とは、線路の単位長ごとの抵抗やインダクタンスなどが線路全体にわたって一様に分布しているものとして取り扱う回路をいう。この分布定数回路では、信号を伝送する経路は、伝送線路と呼ばれる。この伝送線路は、電磁波を伝送する線路となる。
【0003】
従来では、半導体装置のチップ内の配線は、配線長が短いため、集中定数回路として取り扱われている。このため、半導体装置のチップ内では、伝送線路構造は用いられていない。また、半導体装置を実装する配線基板では、配線長が長いため、既に伝送線路が採用されている場合が多い(たとえば、特許文献1参照)。
【0004】
図12〜図15は、従来の伝送線路構造の例を示した断面図である。図12には、絶縁膜103内に埋め込まれた信号線102と、絶縁膜103の下面上および上面上にそれぞれ形成されたシールド線(接地線)101および104とを含むストリップライン構造が示されている。また、図13には、絶縁膜113の一方の面上に形成されたシールド線(接地線)111と、絶縁膜113の他方の面上に形成された信号線112とを含むマイクロストリップライン構造が示されている。また、図14には、絶縁膜123の一方および他方の面に、それぞれ、互いの同じ幅と同じ厚みとを有する信号線121とシールド線(接地線)122とが形成されたスタックドペアライン構造が示されている。
【0005】
また、図15には、信号線131と、信号線131を絶縁物133を介して取り囲むように形成されたシールド線(接地線)132とを備えた同軸ケーブルが示されている。
【0006】
上記のように、従来の半導体装置を実装するための配線基板では、図12〜図15に示すような伝送線路が採用されている。
【0007】
【特許文献1】
特開2002−158227号公報
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体装置のチップ内の配線も、信号周波数がGHz帯になると、伝送線路として取り扱う必要がある。この場合、たとえば、図12に示したストリップライン構造を有する伝送線路構造を従来の半導体装置の製造工程を用いて形成しようとすると、シールド線101および104の形成と、信号線102の形成とで、合計3回、リソグラフィ工程、エッチング工程およびレジスト除去工程を含むパターニング工程を行う必要がある。このため、製造プロセスが複雑化するとともに、製造コストが上昇してしまうという問題点があった。また、図13および図14に示した構造を、半導体装置のチップ内の配線として形成する場合にも、信号線およびシールド線の形成時に、2回のパターニング工程(リソグラフィ工程、エッチング工程およびレジスト除去工程)が必要であるため、この場合も、製造プロセスが複雑化するとともに、製造コストが上昇してしまうという不都合があった。
【0008】
また、上記した半導体装置を実装するための配線基板において採用される図12〜図14に示した伝送線路構造では、シールド線によるシールド効果が不十分であるため、信号周波数の増大に伴って、信号の伝送が外部からの影響を受けやすくなる。このため、一方の信号系統の信号に他方の信号系統の信号が漏れてくるいわゆるクロストークを十分に抑制するのが困難であるという問題点もあった。
【0009】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、製造プロセスを簡略化することが可能な伝送線路構造を含む配線構造およびその製造方法ならびに配線構造を備えた半導体装置と配線基板を提供することである。
【0010】
この発明のもう1つの目的は、上記の配線構造およびその製造方法ならびに配線構造を備えた半導体装置と配線基板において、高いシールド効果を有する信頼性の高い伝送線路を得ることである。
【0011】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明の第1の局面による配線構造は、基板上の第1絶縁膜に形成された第1の溝と、第1の溝の内面の少なくとも一部に沿って第1の溝の延びる方向に形成された第1配線と、第1配線とともに信号を伝送するための伝送線路を構成し、第2絶縁膜を介して第1配線と対向するように形成された第2配線と、基板上の第1絶縁膜に形成され、第1の溝と所定の間隔を隔てて形成された第2の溝と、第2の溝を充填するように形成された第3配線とを備え、第1配線、第2絶縁膜および第2配線は、第1の溝内に埋め込まれている。
【0012】
この第1の局面による配線構造では、上記のように、第2絶縁膜を介して形成された第1配線および第2配線を、第1絶縁膜の第1の溝内に埋め込むように形成することによって、単一の第1絶縁膜内に埋め込まれた伝送線路構造を形成することができる。このような伝送線路構造では、リソグラフィ工程、エッチング工程およびレジスト除去工程は、第1の溝を形成する際の1回のみでよいので、その分、製造プロセスを簡略化することができるとともに、製造コストを低減することができる。また、第1の溝と所定の間隔を隔てて形成された第2の溝を充填するように第3配線を設けることによって、第1配線および第2配線を伝送線路として使用しながら、第3配線を通常配線として使用することができる。
【0013】
上記第1の局面による配線構造において、好ましくは、第1配線は、第1の溝の内面に沿って第1の溝の実質的に内面全域を覆うように形成されており、第2絶縁膜を介して第1配線に対向するように形成された第2配線は、第1の配線との対向面が、第1配線によって取り囲まれるように形成されている。このように構成すれば、第2配線を信号線として使用した場合に、第1配線によるシールド効果の高い構造を得ることができる。これにより、第2配線による信号の伝送が外部からの影響を受けにくくなるので、ギガヘルツ帯を超える高周波信号についても、クロストークを抑制しながら伝送することができる。その結果、信頼性の高い伝送線路として使用することができる。
【0014】
この場合、好ましくは、第1配線は、シールド線を含み、第2配線は、信号線を含む。このように構成すれば、信号線としての第2配線を取り囲むシールド線としての第1配線により、信号線としての第2配線をシールドする効果を高めることができる。
【0015】
また、第2配線が第1配線により取り囲まれた上記の配線構造において、第1の溝の底部のコーナ部は、丸形形状を有していてもよい。このように構成すれば、第1配線および第2配線を角部が存在しない形状に形成することができる。これにより、電界集中を抑制することができるので、第1配線と第2配線との間のリーク電流や絶縁破壊を抑制することができる。その結果、より良好な伝送線路特性を実現することができる。
【0016】
また、上記第1の局面による配線構造において、好ましくは、第3配線と第1配線とは、同一プロセスで形成された層からなる。このように構成すれば、第3配線と第1配線とを同時に形成することができるので、製造プロセスをより簡略化することができる。これにより、製造コストをさらに低減することができる。
【0017】
この発明の第2の局面による配線構造は、基板上の第1絶縁膜に形成され、上部に行くにしたがって溝幅が広くなるような台形形状を有する第1の溝と、第1の溝の内面の少なくとも一部に沿って第1の溝の延びる方向に形成された第1配線と、第1配線とともに信号を伝送するための伝送線路を構成し、第2絶縁膜を介して第1配線と対向するように形成された第2配線とを備え、第1配線、第2絶縁膜および第2配線は、第1の溝内に埋め込まれている。
【0018】
この第2の局面による配線構造では、上記のように、第2絶縁膜を介して形成された第1配線および第2配線を、第1絶縁膜の第1の溝内に埋め込むように形成することによって、単一の第1絶縁膜内に埋め込まれた伝送線路構造を形成することができる。このような伝送線路構造では、リソグラフィ工程、エッチング工程およびレジスト除去工程は、第1の溝を形成する際の1回のみでよいので、その分、製造プロセスを簡略化することができるとともに、製造コストを低減することができる。また、第1の溝を上部に行くにしたがって溝幅が広くなるような台形形状を有するように形成することによって、第1の溝の底部のコーナ部が鈍角になるので、第1の溝が矩形形状である場合に比べて、電界集中を緩和することができる。これにより、第1配線と第2配線との間のリーク電流や絶縁破壊を抑制することができるので、より良好な伝送線路特性を実現することができる。
【0019】
この発明の第3の局面による配線構造は、基板上の第1絶縁膜に形成され、底部のコーナ部が丸形形状を有する第1の溝と、第1の溝の内面の少なくとも一部に沿って第1の溝の延びる方向に形成された第1配線と、第1配線とともに信号を伝送するための伝送線路を構成し、第2絶縁膜を介して第1配線と対向するように形成された第2配線とを備え、第1配線、第2絶縁膜および第2配線は、第1の溝内に埋め込まれている。
【0020】
この第3の局面による配線構造では、上記のように、第2絶縁膜を介して形成された第1配線および第2配線を、第1絶縁膜の第1の溝内に埋め込むように形成することによって、単一の第1絶縁膜内に埋め込まれた伝送線路構造を形成することができる。このような伝送線路構造では、リソグラフィ工程、エッチング工程およびレジスト除去工程は、第1の溝を形成する際の1回のみでよいので、その分、製造プロセスを簡略化することができるとともに、製造コストを低減することができる。また、第1の溝を底部のコーナ部が丸形形状を有するように形成することによって、第1配線および第2配線を角部が存在しない形状に形成することができる。これにより、電界集中を抑制することができるので、第1配線と第2配線との間のリーク電流や絶縁破壊を抑制することができる。その結果、より良好な伝送線路特性を実現することができる。
【0021】
この発明の第4の局面による配線構造は、基板上の第1絶縁膜に形成され、上部に行くにしたがって溝幅が広くなるような円弧形状を有する第1の溝と、第1の溝の内面の少なくとも一部に沿って第1の溝の延びる方向に形成された第1配線と、第1配線とともに信号を伝送するための伝送線路を構成し、第2絶縁膜を介して第1配線と対向するように形成された第2配線とを備え、第1配線、第2絶縁膜および第2配線は、第1の溝内に埋め込まれている。
【0022】
この第4の局面による配線構造では、上記のように、第2絶縁膜を介して形成された第1配線および第2配線を、第1絶縁膜の第1の溝内に埋め込むように形成することによって、単一の第1絶縁膜内に埋め込まれた伝送線路構造を形成することができる。このような伝送線路構造では、リソグラフィ工程、エッチング工程およびレジスト除去工程は、第1の溝を形成する際の1回のみでよいので、その分、製造プロセスを簡略化することができるとともに、製造コストを低減することができる。また、第1の溝を上部に行くにしたがって溝幅が広くなるような円弧形状を有するように形成することによって、第1の溝の内面が全体的に丸形形状になるので、第1配線および第2配線を角部が存在しない形状に形成することができる。これにより、電界集中を抑制することができるので、第1配線と第2配線との間のリーク電流や絶縁破壊を抑制することができる。その結果、より良好な伝送線路特性を実現することができる。
【0023】
この発明の第5の局面による配線構造は、基板上の第1絶縁膜に形成された第1の溝と、第1の溝の底面の少なくとも一部に沿って第1の溝の延びる方向に、ほぼ全域に渡って実質的に平坦な上面を有するように形成された第1配線と、第1配線とともに信号を伝送するための伝送線路を構成し、第2絶縁膜を介して第1配線と対向するように形成された第2配線とを備え、第1配線、第2絶縁膜および第2配線は、第1の溝内に埋め込まれている。
【0024】
この第5の局面による配線構造では、上記のように、第2絶縁膜を介して形成された第1配線および第2配線を、第1絶縁膜の第1の溝内に埋め込むように形成することによって、単一の第1絶縁膜内に埋め込まれた伝送線路構造を形成することができる。このような伝送線路構造では、リソグラフィ工程、エッチング工程およびレジスト除去工程は、第1の溝を形成する際の1回のみでよいので、その分、製造プロセスを簡略化することができるとともに、製造コストを低減することができる。また、第1の溝の底面上に第1配線をほぼ全域に渡って実質的に平坦な上面を有するように形成するとともに、第1の溝内に第2絶縁膜を介して第1配線と対向するように第2配線を形成することによって、マイクロストリップライン構造が第1の溝に埋め込まれた構造を得ることができる。
【0025】
上記第1〜第5の局面のいずれかの配線構造が半導体基板上に形成された半導体装置であってもよい。このように構成すれば、単一の第1絶縁膜内に埋め込まれた伝送線路構造を形成することができるので、半導体基板上の他の層に影響を及ぼすことなく、容易に、伝送線路構造を形成することができる。これにより、半導体装置内の配線を、容易に、高周波信号の伝送に耐えることが可能な伝送線路として使用することができるとともに、自由度の高い配線設計が可能になる。また、上記の配線構造にすることによって、従来の半導体装置の配線の形成プロセスを用いて、容易に、単一の第1絶縁膜内に埋め込まれた伝送線路構造を形成することができる。このような伝送線路構造では、リソグラフィ工程、エッチング工程およびレジスト除去工程は、第1の溝を形成する際の1回のみでよいので、その分、半導体装置の製造プロセスを簡略化することができるとともに、半導体装置の製造コストを低減することができる。また、第1の溝と所定の間隔を隔てて形成された第2の溝を充填するように第3配線を設けることによって、第1配線および第2配線を伝送線路として使用しながら、第3配線を半導体装置内の通常配線として使用することができる。
【0026】
上記第1〜第5の局面のいずれかの配線構造を含む配線基板であってもよい。このように構成すれば、単一の第1絶縁膜内に埋め込まれた伝送線路構造および通常配線を配線基板に形成することができる。
【0027】
この発明の第6の局面による配線構造の形成方法は、基板上に形成された第1絶縁膜の表面に、第1の溝を形成する工程と、第1の溝の内部および第1絶縁膜上に、第1配線となる第1導電膜を形成する工程と、第1導電膜上に、第2絶縁膜を形成する工程と、第2絶縁膜上に、第2配線となる第2導電膜を形成する工程と、第1導電膜、第2絶縁膜および第2導電膜のうちの第1の溝の内部以外に形成された部分を除去することによって、それぞれ、第1配線、第2絶縁膜および第2配線を形成する工程と、基板上の第1絶縁膜に、第1の溝と所定の間隔を隔てて第2の溝を形成する工程と、第2の溝を充填するように第3配線を形成する工程とを備える。
【0028】
この第6の局面による配線構造の形成方法では、上記のように、第1の溝の内部および第1絶縁膜上に第1導電膜、第2絶縁膜および第2導電膜を形成した後、これらの膜のうちの第1の溝の内部以外に形成された部分を除去することにより、それぞれ、第1配線、第2絶縁膜および第2配線を形成することによって、簡単な形成プロセスにより、単一の第1絶縁膜内に埋め込まれた伝送線路構造を形成することができる。また、この配線構造の形成方法では、リソグラフィ工程、エッチング工程およびレジスト除去工程は、第1の溝を形成する際の1回のみでよいので、その分、製造プロセスを簡略化することができるとともに、製造コストを低減することができる。また、基板上の第1絶縁膜に、第1の溝と所定の間隔を隔てて第2の溝を形成した後、第2の溝を充填するように第3配線を形成することによって、第1配線および第2配線を伝送線路として使用しながら、第3配線を通常配線として使用することができる。
【0029】
上記第6の局面による配線構造の形成方法において、好ましくは、第1配線、第2絶縁膜および第2配線を形成する工程は、第2導電膜が第1の溝の表面の中心部に所定の膜厚および線幅を有して残留するとともに、第1の溝の内部において、第1導電膜が第2絶縁膜を介して第2導電膜を所定の電気特性をもって取り囲むように、第1の溝の幅および深さと、第1導電膜、第2絶縁膜および第2導電膜の膜厚および材質とを決定する工程を含む。このように構成すれば、所望の電気特性(特性インピーダンスなど)を有する伝送線路を有する配線構造を容易に形成することができる。
【0030】
上記第6の局面による配線構造の形成方法において、好ましくは、第1導電膜および第2導電膜の少なくとも一方の形成を電解めっき法および無電解めっき法のいずれかによって行う。このように構成すれば、第1導電膜および第2導電膜の少なくとも一方を形成する際に、所望の形状および膜厚で形成することができる。
【0031】
上記第6の局面による配線構造の形成方法において、好ましくは、第1配線、第2絶縁膜および第2配線を形成する工程は、化学機械研磨(ChemicalMechanical Polishing:CMP)を用いて、第1導電膜、第2絶縁膜および第2導電膜のうちの第1の溝の内部以外に形成された部分を除去することによって、第1配線、第2絶縁膜および第2配線を形成する工程を含む。このように構成すれば、第1導電膜、第2絶縁膜および第2導電膜のうちの第1の溝の内部以外に形成された部分を除去する際に、配線構造の上面を良好に平坦化することができる。その結果、良好な平坦性を有する配線構造を容易に形成することができる。また、1回のリソグラフィ工程、エッチング工程およびレジスト除去工程と、1回のCMP工程とによって、配線構造を形成することができるので、リソグラフィ工程、エッチング工程およびレジスト除去工程が2回以上必要な従来の製造プロセスに比べて、製造プロセスを簡略化することができるとともに、製造コストを低減することができる。
【0032】
上記第6の局面による配線構造の形成方法において、好ましくは、第3配線を形成する工程は、第1配線を構成する第1導電膜を第2の溝内に充填することにより第3配線を形成する工程を含む。このように構成すれば、第3配線と第1配線とを同時に形成することができるので、製造プロセスをより簡略化することができる。これにより、製造コストをより低減することができる。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【0034】
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態による配線構造を含む半導体装置を示した斜視図である。図1を参照して、まず、第1実施形態による配線構造を含む半導体装置の構造について説明する。
【0035】
この第1実施形態による半導体装置では、図1に示すように、半導体基板10上に、SiO2膜からなる下地層11が形成されている。下地層11上には、約2μm〜約20μmの膜厚を有する絶縁膜12が形成されている。この絶縁膜12は、本発明の「第1絶縁膜」の一例である。
【0036】
ここで、第1実施形態では、絶縁膜12の表面に、所定の間隔を隔てて、矩形状の溝13aおよび溝13bが形成されている。溝13aは、約1μm〜約10μmの幅と、約1μm〜約10μmの深さとを有する。溝13bは、溝13aよりも小さい幅と、溝13aと同じ深さとを有する。溝13a内には、銅からなる外側配線14、SiO2膜からなる絶縁膜15、および、銅からなる内側配線16が埋め込まれている。具体的には、外側配線14は、矩形状の溝13aの底面および側面に沿って凹状に形成されている。また、絶縁膜15は、外側配線14の内面に沿って凹状に形成されている。さらに、内側配線16は、絶縁膜15の凹状部を充填するように形成されている。
【0037】
なお、溝13aは、本発明の「第1の溝」の一例であり、溝13bは、本発明の「第2の溝」の一例である。外側配線14は、本発明の「第1配線」の一例であり、絶縁膜15は、本発明の「第2絶縁膜」の一例である。また、内側配線16は、本発明の「第2配線」の一例である。
【0038】
また、外側配線14は、内側配線16の底面および両側面を取り囲むように形成されている。外側配線14は、シールド線として機能し、内側配線16は、信号線として機能する。外側配線14と内側配線16とによって、伝送線路となる配線対17が構成されている。
【0039】
また、溝13b内には、溝13a内に埋め込まれた外側配線14と同じ導電層から形成された単一配線18が充填されている。この単一配線18は、伝送線路ではなく通常の配線層として機能する。なお、単一配線18は、本発明の「第3配線」の一例である。
【0040】
第1実施形態による半導体装置では、上記のように、絶縁膜15を介して形成された外側配線14および内側配線16を、絶縁膜12内の溝13aに埋め込むように形成することによって、単一の絶縁膜12内に埋め込まれた伝送線路構造を形成することができる。このような伝送線路構造では、後述する製造プロセスにおいて、溝13aを形成する際の1回のリソグラフィ工程、エッチング工程およびレジスト除去工程と、1回のCMP工程とによって、配線構造を形成することができるので、リソグラフィ工程、エッチング工程およびレジスト除去工程が2回以上必要な従来の製造プロセスに比べて、製造プロセスを簡略化することができるとともに、製造コストを低減することができる。
【0041】
また、第1実施形態では、外側配線14を、内側配線16の底面のみならず両側面を取り囲むように形成することによって、信号線としての内側配線16をシールドする効果を高めることができる。つまり、第1実施形態では、同軸ケーブルの下半分の構造に似た構造を得ることができる。これにより、内側配線16による信号の伝送が外部からの影響を受けにくくなるので、ギガヘルツ帯を超える高周波信号についても、クロストークを抑制しながら伝送することができる。その結果、信頼性の高い伝送線路として使用することができる。
【0042】
また、第1実施形態では、単一の絶縁膜12内に埋め込まれた伝送線路構造を形成することができるので、半導体基板10上の他の層に影響を及ぼすことなく、容易に、伝送線路構造を形成することができる。その結果、半導体装置内の配線を容易に高周波信号の伝達に耐えることが可能な伝送経路として使用することができるとともに、自由度の高い配線設計が可能になる。
【0043】
また、第1実施形態では、溝13a内に形成される外側配線14と溝13b内に形成される単一配線18とを同一の導電層から形成することによって、後述する製造プロセスにおいて、外側配線14と単一配線18とを同時に形成することができるので、製造プロセスをより簡略化することができる。これにより、製造コストをより低減することができる。
【0044】
図2〜図6は、図1に示した第1実施形態による配線構造を含む半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図2〜図6を参照して、図1に示した第1実施形態による配線構造を含む半導体装置の製造プロセスについて説明する。
【0045】
まず、図2に示すように、半導体基板10上に、下地層11を形成する。下地層11上に、絶縁膜12を約2μm〜約20μmの膜厚で形成する。その後、通常のリソグラフィ技術およびドライエッチング技術を用いて、絶縁膜12の表面に、溝13aおよび溝13bを形成する。溝13aの開口幅Wは、約1μm〜約10μmであり、溝13aの深さDは、約1μm〜約10μmである。この場合、溝13aの深さDの値は、絶縁膜12の膜厚を超えないようにする。なお、溝13bは、溝13aと同じ深さで、かつ、溝13aの開口幅よりも小さい開口幅を有するように形成する。
【0046】
次に、図3に示すように、電解めっき法または無電解めっき法を用いて、絶縁膜12の溝13aおよび13b内と、絶縁膜12の上面上とに、銅からなる外側配線膜14aを形成する。この外側配線膜14aの膜厚は、溝13aおよび13bの深さDの値を超えないようにする。また、開口幅の小さい溝13bが、外側配線膜14aにより完全に充填されるような膜厚に外側配線膜14aを設定する。なお、外側配線膜14aは、本発明の「第1導電膜」の一例である。
【0047】
次に、図4に示すように、外側配線膜14aの上面上に、SiO2膜からなる絶縁膜15aを形成する。この絶縁膜15aの厚みは、絶縁膜15aにより溝13a内が完全に充填されないような厚みに設定する。
【0048】
次に、図5に示すように、電解めっき法または無電解めっき法を用いて絶縁膜15aの上面上に、銅からなる内側配線膜16aを形成する。これにより、溝13a内には、外側配線膜14a、絶縁膜15aおよび内側配線膜16aが充填された状態になる。なお、内側配線膜15aは、本発明の「第2導電膜」の一例である。
【0049】
この後、外側配線14a、絶縁膜15aおよび内側配線膜16aのうちの溝13aの内部以外に形成された部分を、CMP法を用いて研磨することにより除去する。これにより、図6に示されるような、平坦化された上面を有する外側配線14、絶縁膜15および内側配線16の3層が溝13a内に埋め込まれた構造が得られる。また、溝13b内には、外側配線膜14a(図5参照)からなる単一配線18が充填された構造が得られる。
【0050】
ここで、第1実施形態の製造プロセスでは、溝13aの開口幅Wおよび深さDと、溝13a内に堆積される外側配線膜14a、絶縁膜15aおよび内側配線膜16aの膜厚および材質とを適宜調整することによって、配線対17の電気特性(たとえば、特性インピーダンスなど)を容易にかつ高精度に設定することができる。
【0051】
また、第1実施形態の製造プロセスでは、上記のように、電解めっき法または無電解めっき法を用いて外側配線膜14aおよび内側配線膜16aを形成することによって、外側配線膜14aおよび内側配線膜16aを所望の形状および膜厚で形成することができる。
【0052】
また、第1実施形態の製造プロセスでは、外側配線膜14a、絶縁膜15aおよび内側配線膜16aをCMP法により研磨することにより平坦化することによって、絶縁膜12の平坦化を良好に行うことができる。その結果、容易に、良好な平坦性を有する配線構造を得ることができる。
【0053】
図7は、図1に示した第1実施形態の第1変形例による配線構造を含む半導体装置を示した断面図である。図8は、図1に示した第1実施形態の第2変形例による配線構造を含む半導体装置を示した断面図である。図9は、図1に示した第1実施形態の第3変形例による配線構造を含む半導体装置を示した断面図である。図10は、図1に示した第1実施形態の第4変形例による配線構造を含む半導体装置を示した断面図である。次に、図7〜図10を参照して、第1実施形態による配線構造を含む半導体装置の第1変形例〜第4変形例について説明する。
【0054】
まず、図7を参照して、この第1実施形態の第1変形例では、下地層11上に形成された絶縁膜22の表面に、上部に行くにしたがって溝幅が広くなるような台形形状を有する溝23aと、第1実施形態と同様の矩形状の溝13bとが形成されている。この第1実施形態の第1変形例では、台形状の溝23aの内面に沿って、外側配線24が凹状に形成されている。外側配線24の内面に沿って絶縁膜25が凹状に形成されている。絶縁膜25の凹形状部を充填するように、内側配線26が形成されている。この内側配線26は、上部に行くにしたがって幅が広くなるような台形状の断面形状を有する。なお、台形状の溝23aは、ドライエッチングを用いて容易に形成することができる。
【0055】
なお、絶縁膜22は、本発明の「第1絶縁膜」の一例であり、溝23aは、本発明の「第1の溝」の一例である。また、外側配線24は、本発明の「第1配線」の一例であり、絶縁膜25は、本発明の「第2絶縁膜」の一例である。また、内側配線26は、本発明の「第2配線」の一例である。また、外側配線24と内側配線26とによって、伝送線路となる配線対27が構成されている。内側配線26は、信号線として機能するとともに、外側配線24は、シールド線として機能する。このように溝23aを台形状に形成することによって、溝23aの底部のコーナ部が鈍角になるので、溝が矩形形状である場合に比べて、電界集中を緩和することができる。なお、この第1実施形態の第1変形例のその他の効果は、上記した第1実施形態と同様である。
【0056】
次に、図8を参照して、この第1実施形態の第2変形例では、下地層11上に形成された絶縁膜32の表面に、円弧状(半円形状)の溝33aと、第1実施形態と同様の矩形状の溝13bとが形成されている。そして、半円形状の溝33aの内面に沿って外側配線34が凹状に形成されている。また、外側配線34の内面に沿って絶縁膜35が凹状に形成されている。また、絶縁膜35の凹形状部を充填するように、半円形状の内側配線36が形成されている。外側配線34と内側配線36とによって配線対37が構成されている。内側配線36は、信号線として機能し、外側配線34は、シールド線として機能する。
【0057】
なお、絶縁膜32は、本発明の「第1絶縁膜」の一例であり、溝33aは、本発明の「第1の溝」の一例である。また、外側配線34は、本発明の「第1配線」の一例であり、絶縁膜35は、本発明の「第2絶縁膜」の一例である。また、内側配線36は、本発明の「第2配線」の一例である。
【0058】
この第1実施形態の第2変形例では、上記のように、溝33aを半円形状に形成することによって、溝33aの内面が全体的に丸形形状になるので、外側配線34および内側配線36を角部が存在しない形状に形成することができる。これにより、電界集中を抑制することができる。その結果、外側配線34と内側配線36との間のリーク電流や絶縁破壊を抑制することができるので、より良好な伝送線路特性を実現することができる。なお、この第1実施形態の第2変形例のその他の効果は、上記した第1実施形態と同様である。
【0059】
次に、図9を参照して、この第1実施形態の第3変形例では、下地層11上に形成された絶縁膜42の表面に、矩形状の溝43aと、第1実施形態と同様の矩形状の溝13bとが形成されている。溝43aの底面の全面上には、外側配線44が平坦な上面を有するように形成されている。外側配線44上には、絶縁膜45が凹部45aを有するように形成されている。また、絶縁膜45の凹部45a内を充填するように、内側配線46が形成されている。外側配線44と内側配線46とによって、伝送線路としての配線対47が構成されている。内側配線46は、信号線として機能し、外側配線44は、シールド線として機能する。また、内側配線46は、外側配線44よりも小さい幅で形成されている。なお、内側配線46の幅と外側配線44の幅とが実質的に同じになるように形成してもよい。
【0060】
なお、絶縁膜42は、本発明の「第1絶縁膜」の一例であり、溝43aは、本発明の「第1の溝」の一例である。また、外側配線44は、本発明の「第1配線」の一例であり、絶縁膜45は、本発明の「第2絶縁膜」の一例である。また、内側配線46は、本発明の「第2配線」の一例である。
【0061】
この第1実施形態の第3変形例では、図13に示したマイクロストリップライン構造を絶縁膜42の溝43a内に埋め込むように形成することができる。この第1実施形態の第3変形例のその他の効果は、上記した第1実施形態と同様である。
【0062】
次に、図10を参照して、この第1実施形態の第4変形例では、図7に示した第1実施形態の第1変形例における溝の底面コーナ部の角部をなくした構造について説明する。すなわち、この第1実施形態の第4変形例では、下地層11上に形成された絶縁膜52の表面に、台形状で、かつ、底面コーナ部が丸型形状を有する溝53aと、第1実施形態と同様の矩形状の溝13bとが形成されている。そして、溝53aの内面に沿って角部が丸められた外側配線24aが凹状に形成されている。外側配線24aの内面に沿って絶縁膜25aが凹状に形成されている。また、絶縁膜25aの凹形状部を充填するように、角部が丸められた台形状の内側配線26aが形成されている。内側配線26aと外側配線24aとによって、伝送線路としての配線対27aが構成されている。内側配線26aは、信号線として機能する。また、外側配線24aは、シールド線として機能する。
【0063】
なお、絶縁膜52は、本発明の「第1絶縁膜」の一例であり、溝53aは、本発明の「第1の溝」の一例である。また、外側配線24aは、本発明の「第1配線」の一例であり、絶縁膜25aは、本発明の「第2絶縁膜」の一例である。また、内側配線26aは、本発明の「第2配線」の一例である。
【0064】
この第1実施形態の第4変形例では、溝53aを、台形状で、かつ、底面コーナ部が丸型形状を有するように形成することによって、外側配線24aおよび内側配線26aが角部がない形状になるので、電界集中を抑制することができる。これにより、外側配線24aと内側配線26aとの間のリーク電流や絶縁破壊を抑制することができるので、より良好な伝送線路特性を実現することができる。
【0065】
なお、図10に示した第1実施形態の第4変形例による底面のコーナ部が丸められた台形形状の溝53aは、ウェットエッチングを用いて容易に形成することができる。
【0066】
(第2実施形態)
図11は、本発明の第2実施形態による配線構造を含む配線基板を示した斜視図である。図11を参照して、この第2実施形態では、上記第1実施形態と異なり、集積回路装置(半導体装置)が実装される配線基板に本発明を適用した場合の例について説明する。
【0067】
すなわち、この第2実施形態では、配線基板61上に、絶縁膜62が形成されている。絶縁膜62の表面には、矩形状の溝63aおよび63bが形成されている。この溝63aおよび63bは、それぞれ、図1に示した第1実施形態の溝13aおよび13bと同様の寸法および形状を有する。矩形状の溝63aの内面に沿って、外側配線64が凹状に形成されている。外側配線64の内面に沿って、絶縁膜65が凹状に形成されている。絶縁膜65の凹形状部を充填するように、内側配線66が形成されている。内側配線66と外側配線64とによって、伝送線路としての配線対67が構成されている。内側配線66は、信号線として機能する。また、外側配線64は、シールド線として機能する。
【0068】
なお、絶縁膜62は、本発明の「第1絶縁膜」の一例であり、溝63aは、本発明の「第1の溝」の一例である。また、溝63bは、本発明の「第2の溝」の一例である。また、外側配線64は、本発明の「第1配線」の一例であり、絶縁膜65は、本発明の「第2絶縁膜」の一例である。また、内側配線66は、本発明の「第2配線」の一例である。また、溝63b内には、外側配線64と同一の導電層から形成される単一配線68が埋め込まれている。単一配線68は、本発明の「第3配線」の一例である。
【0069】
なお、第2実施形態による配線構造の製造プロセスは、図2〜図6に示した第1実施形態の製造プロセスと同様である。
【0070】
第2実施形態では、上記のように、配線基板61上の絶縁膜62の表面に、溝63aを形成するとともに、その溝63a内に、外側配線64、絶縁膜65および内側配線66からなる伝送線路構造を埋め込むことによって、容易に、単一の絶縁膜62内に埋め込まれた伝送線路構造を配線基板61に形成することができる。このような伝送線路構造では、溝63aを形成する際の1回のリソグラフィ工程、エッチング工程およびレジスト除去工程と、1回のCMP工程とによって、配線構造を形成することができるので、リソグラフィ工程、エッチング工程およびレジスト除去工程が2回以上必要な従来の製造プロセスに比べて、配線基板61の製造プロセスを簡略化することができるとともに、配線基板61の製造コストを低減することができる。
【0071】
また、第2実施形態においても、上記第1実施形態と同様、溝63aの幅および深さと、外側配線64、絶縁膜65および内側配線66の膜厚および材質とを適切に設定することによって、配線基板61として所望の特性インピーダンスなどの電気特性を得ることができる。
【0072】
また、第2実施形態では、外側配線64を、内側配線66の底面のみならず両側面を取り囲むように形成することによって、信号線としての内側配線66をシールドする効果を高めることができる。これにより、内側配線66による信号の伝送が外部からの影響を受けにくくなるので、ギガヘルツ帯を超える高周波信号についても、クロストークを抑制しながら伝送することができる。その結果、信頼性の高い伝送線路を含む配線基板61を得ることができる。
【0073】
また、第2実施形態では、溝63a内に形成される外側配線64と溝63b内に形成される単一配線68とを同一の導電層から形成することによって、外側配線64と単一配線68とを同時に形成することができるので、製造プロセスを簡略化することができる。これにより、製造コストをより低減することができる。
【0074】
第2実施形態のその他の効果は、上記した第1実施形態と同様である。
【0075】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【0076】
たとえば、上記実施形態では、外側配線膜および内側配線膜を、電解めっき法または無電解めっき法を用いて形成する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、スパッタ法やCVD法などを用いて、または、複数の成膜方法を組み合わせて、外側配線膜および内側配線膜を形成するようにしてもよい。
【0077】
また、図7〜図10に示した第1実施形態の第1〜第4変形例による半導体装置の伝送線路構造を、図11に示した第2実施形態による配線基板の伝送線路構造の変形例として用いてもよい。
【0078】
また、図10に示した第1実施形態の第4変形例では、図7に示した第1実施形態の第1変形例による台形状の溝の底面コーナ部を丸形形状にしたが、本発明はこれに限らず、図1に示した第1実施形態による矩形状の溝の底面コーナ部を丸形形状にしてもよい。
【0079】
また、上記実施形態では、内側配線および外側配線を銅によって形成したが、本発明はこれに限らず、タングステン(W)やチタン(Ti)などの他の金属または合金あるいは積層膜を用いても良い。
【0080】
また、上記実施形態では、内側配線と外側配線との間に配置される絶縁膜として、SiO2膜を用いたが、本発明はこれに限らず、SiO2膜よりも比誘電率の高い他の材料からなる絶縁膜でもよい。たとえば、SiN膜も使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態による配線構造を含む半導体装置を示した斜視図である。
【図2】図1に示した第1実施形態による配線構造を含む半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図3】図1に示した第1実施形態による配線構造を含む半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図4】図1に示した第1実施形態による配線構造を含む半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図5】図1に示した第1実施形態による配線構造を含む半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図6】図1に示した第1実施形態による配線構造を含む半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図7】図1に示した第1実施形態の第1変形例による配線構造を含む半導体装置を示した断面図である。
【図8】図1に示した第1実施形態の第2変形例による配線構造を含む半導体装置を示した断面図である。
【図9】図1に示した第1実施形態の第3変形例による配線構造を含む半導体装置を示した断面図である。
【図10】図1に示した第1実施形態の第4変形例による配線構造を含む半導体装置を示した断面図である。
【図11】本発明の第2実施形態による配線構造を含む配線基板を示した斜視図である。
【図12】従来の配線基板に用いられるストリップライン構造を示した断面図である。
【図13】従来の配線基板に用いられるマイクロストリップライン構造を示した断面図である。
【図14】従来の配線基板に用いられるスタックドペアライン構造を示した断面図である。
【図15】従来の同軸ケーブルを示した断面図である。
【符号の説明】
10 半導体基板
11 下地層
12、22、32、42、52、62 絶縁膜(第1絶縁膜)
13a、23a、33a、43a、53a、63a 溝(第1の溝)
13b、63b 溝(第2の溝)
14、24、24a、34、44、64 外側配線(第1配線)
14a 外側配線膜(第1導電膜)
15、25、25a、35、45、65 絶縁膜(第2絶縁膜)
16、26、26a、36、46、66 内側配線(第2配線)
16a 内側配線膜(第2導電膜)
17、27、27a、37、47、67 配線対
18、68 単一配線(第3配線)
Claims (12)
- 基板上の第1絶縁膜に形成された第1の溝と、
前記第1の溝の内面の少なくとも一部に沿って前記第1の溝の延びる方向に形成された第1配線と、
前記第1配線とともに信号を伝送するための伝送線路を構成し、第2絶縁膜を介して前記第1配線と対向するように形成された第2配線と、
前記基板上の前記第1絶縁膜に形成され、前記第1の溝と所定の間隔を隔てて形成された第2の溝と、
前記第2の溝を充填するように形成された第3配線とを備え、
前記第1配線、前記第2絶縁膜および前記第2配線は、前記第1の溝内に埋め込まれ、
前記第3配線は、その配線高さが前記第2配線の配線高さよりも高いことを特徴とする配線構造。 - 前記第1配線は、前記第1の溝の内面に沿って前記第1の溝の実質的に内面全域を覆うように形成されており、
前記第2絶縁膜を介して前記第1配線に対向するように形成された前記第2配線は、前記第1の配線との対向面が、前記第1配線によって取り囲まれるように形成されている、請求項1に記載の配線構造。 - 前記第1配線は、シールド線を含み、
前記第2配線は、信号線を含む、請求項2に記載の配線構造。 - 前記第1の溝の底部のコーナ部は、丸形形状を有する、請求項2または3に記載の配線構造。
- 前記第3配線と前記第1配線とは、同一プロセスで形成された層からなる、請求項1〜4のいずれか1項に記載の配線構造。
- 基板上の第1絶縁膜に形成され、上部に行くにしたがって溝幅が広くなるような台形形状を有する第1の溝と、
前記第1の溝の内面の少なくとも一部に沿って前記第1の溝の延びる方向に形成された第1配線と、
前記第1配線とともに信号を伝送するための伝送線路を構成し、第2絶縁膜を介して前記第1配線と対向するように形成された第2配線と、
前記基板上の前記第1絶縁膜に形成され、前記第1の溝と所定の間隔を隔てて形成された第2の溝と、
前記第2の溝を充填するように形成された第3配線とを備え、
前記第1配線、前記第2絶縁膜および前記第2配線は、前記第1の溝内に埋め込まれ、
前記第3配線は、その配線高さが前記第2配線の配線高さよりも高いことを特徴とする配線構造。 - 請求項1〜6のいずれかに記載の配線構造が半導体基板上に形成された半導体装置。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の配線構造を含む配線基板。
- 基板上に形成された第1絶縁膜の表面に、第1の溝と、前記第1の溝と所定の間隔を隔てて、前記第1の溝の開口幅よりも開口幅の狭い第2の溝とを形成する第1工程と、
前記第1の溝の内部、前記第2の溝の内部および前記第1絶縁膜上に、第1導電膜を形成する際、前記第1導電膜を、前記第1の溝の内面に沿って凹状に形成するとともに、前記第2の溝を充填するように形成する第2工程と、
前記第1導電膜上に、第2絶縁膜を形成する第3工程と、
前記第2絶縁膜上に、第2導電膜を形成する第4工程と、
前記第1導電膜、前記第2絶縁膜および前記第2導電膜のうちの各溝の内部以外に形成された部分を除去することによって、前記第1の溝の内部に、前記第1導電膜からなる第1配線、前記第2絶縁膜および前記第2導電膜からなる第2配線を形成するとともに、前記第2の溝の内部に、前記第1導電膜からなる第3配線を形成する第5工程と、
を備える、配線構造の形成方法。 - 前記第5工程は、
前記第2導電膜が、前記第1の溝の表面の中心部に所定の膜厚および線幅を有して残留するとともに、前記第1の溝の内部において、前記第1導電膜が前記第2絶縁膜を介して前記第2導電膜を所定の電気特性をもって取り囲むように、前記第1の溝の幅および深さと、前記第1導電膜、前記第2絶縁膜および前記第2導電膜の膜厚および材質とを決定する工程を含む、請求項9に記載の配線構造の形成方法。 - 前記第1導電膜および前記第2導電膜の少なくとも一方の形成を電解めっき法および無電解めっき法のいずれかによって行う、請求項9または10に記載の配線構造の形成方法。
- 前記第5工程は、
化学機械研磨を用いて、前記第1導電膜、前記第2絶縁膜および前記第2導電膜のうちの各溝の内部以外に形成された部分を除去することによって行う工程を含む、請求項9〜11のいずれか1項に記載の配線構造の形成方法。
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