JP6361464B2 - 配線構造 - Google Patents
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Description
なお、均一な材料からなるシード膜やめっき下地層を工夫することで、平坦性を確保したり、エレクトロマイグレーションを防止したりする技術がある。また、絶縁膜と配線との間に均一な材料からなる応力緩和層を設けることで、配線の剥がれ等を防止する技術もある。また、複数の貫通導体が平面視で重なることによる応力を緩和すべく、一部の貫通導体を弾性率が低い錫を主成分とする均一な金属材料からなるものとして、クラック等の発生を抑制する技術もある。また、スルーホールに、銅などの均一な金属材料をめっきした後、その内部に発生した応力を吸収しうる他の金属材料を均一に埋め込むことで、クラック等が発生するのを防止する技術もある。
特に、温度が変化した際にビアと配線の界面に応力が集中し、断線不良等が生じることがわかった。
このように、温度が変化した際に断線不良等が生じてしまうと、信頼性を低下させることになる。
本配線構造は、第1配線と、第2配線と、第1配線と第2配線とを接続するビアとを備え、ビアは、第1配線及び第2配線の材料と同一の材料と、第1配線及び第2配線の材料と異なる材料とを含み、第1配線及び第2配線の材料と異なる材料の割合が第1配線の側及び第2配線の側で高くなっており、第1配線及び第2配線の材料と異なる材料は、第1配線及び第2配線の材料よりも熱膨張係数の大きい材料である。
本配線構造は、第1配線と、第2配線と、第1配線と第2配線とを接続するビアとを備え、ビアは、第1配線及び第2配線の材料と同一の材料と、第1配線及び第2配線の材料と異なる材料とを含み、第1配線及び第2配線の材料と異なる材料の割合が第1配線の側及び第2配線の側で高くなっており、第1配線及び第2配線の材料と異なる材料は、第1配線及び第2配線の材料よりもヤング率の小さい材料である。
本配線構造は、第1配線と、第2配線と、第1配線と第2配線とを接続するビアとを備え、ビアは、第1配線及び第2配線の材料と同一の材料と、第1配線及び第2配線の材料と異なる材料とを含み、第1配線及び第2配線の材料と異なる材料の割合が第1配線の側及び第2配線の側で高くなっており、第1配線及び第2配線の材料と異なる材料は、第1配線の側及び第2配線の側の外周部に位置する。
[第1実施形態]
まず、第1実施形態にかかる配線構造について、図1〜図4を参照しながら説明する。
本実施形態にかかる配線構造は、例えば半導体チップや半導体ウェハなどの半導体装置、あるいは、例えばパッケージ基板やビルドアップ基板などの基板に設けられる配線構造に適用するのが好ましい。
そして、ビア3は、第1配線1及び第2配線2の材料(配線材料)と同一の材料3Aと、第1配線1及び第2配線2の材料と異なる材料3Bとを含み、第1配線1及び第2配線2の材料と異なる材料3Bの割合が第1配線1の側及び第2配線2の側で高くなっている。つまり、第1配線1及び第2配線2の材料と同一の材料3Aに、第1配線1及び第2配線2の材料と異なる材料3Bを含ませた材料からなり、第1配線1及び第2配線2の材料と異なる材料3Bの割合(濃度)が第1配線1の側(ここでは上側部分)及び第2配線2の側(ここでは下側部分)で高くなるように分布しているビア3で、第1配線1と第2配線2とが接続されている。
これにより、例えば、後述の変形例のように、第1配線1及び第2配線2の材料と異なる材料3Bを、第1配線1の側及び第2配線2の側の外周部に位置するように設ける場合よりも、抵抗を増大させずに、温度が変化した際にビア3と配線1、2の界面に集中する応力を緩和することができ、特に、ビア3と配線1、2の界面に生じる最大応力を顕著に低減することができる。
なお、シード層は、設けても、設けなくても良い。シード層を設ける場合、シード層の膜厚は例えば約30nm〜約100nm程度で薄いため、温度変化時の応力に与える影響は小さい。
ここで、第1配線1及び第2配線2の材料は、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)などの金属材料である。
このため、例えば、第1配線1及び第2配線2の材料が銅(Cu)の場合、第1配線1及び第2配線2の材料と異なる材料3B、即ち、第1配線及び第2配線の材料よりも熱膨張係数の大きい材料3BXとして、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、錫(Sn)のいずれかを用いることができる。つまり、第1配線1及び第2配線2の材料が銅(Cu)の場合、ビア3を、第1配線1及び第2配線2の材料と同一の材料3Aである銅(Cu)の中に、第1配線1及び第2配線2の材料と異なる材料3B、即ち、第1配線1及び第2配線2の材料よりも熱膨張係数の大きい材料3BXとして、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、錫(Sn)のいずれかを含ませたものとすれば良い。例えば、ビア3を、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、錫(Sn)のいずれかの割合が第1配線1及び第2配線2との界面の近傍で高くなるように、銅(Cu)の中にアルミニウム(Al)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、錫(Sn)のいずれかを分散させたものとすれば良い。この場合、銅(Cu)と、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、錫(Sn)のいずれかとは、合金化していても良い。例えば、第1配線1及び第2配線2との界面の近傍で、アルミニウム(Al)リッチになっているCu−Al合金、銀(Ag)リッチになっているCu−Ag合金、亜鉛(Zn)リッチになっているCu−Zn合金、錫(Sn)リッチになっているCu−Sn合金であっても良い。
例えば、第1配線1及び第2配線2の材料として銅(Cu)を用い、第1配線1及び第2配線2の材料と異なる材料3B、即ち、第1配線1及び第2配線2の材料よりも熱膨張係数の大きい材料3BXとして亜鉛(Zn)を用い、絶縁膜4として樹脂絶縁膜を用いる場合、配線構造は、例えば、以下のようにして作製することができる。
つまり、ビアの微細化が進むにつれて、温度が変化した際の応力の影響が大きくなり、ビアと配線の間で応力による断線不良等が生じてくることがわかった。特に、温度が変化した際にビアと配線の界面に応力が集中し、断線不良等が生じることがわかった。このように、温度が変化した際に断線不良等が生じてしまうと、信頼性を低下させることになる。
そこで、温度が変化した際にビア3と配線1、2の界面に集中する応力を緩和できるようにし、信頼性の高い配線構造を実現すべく、上述のような構成を採用している。これにより、温度変化時にビア3と配線1、2の界面に集中する応力を緩和し、最大応力を顕著に低減することで、低コストで、信頼性の高い微細配線構造を実現することができる。
なお、上述の実施形態では、第1配線1及び第2配線2の材料と異なる材料3Bが、第1配線1及び第2配線2の材料と同一の材料3Aの中に分散しているものとして構成しているが、これに限られるものではない。
[第2実施形態]
まず、第2実施形態にかかる配線構造について、図7、図8を参照しながら説明する。
つまり、上述の第1実施形態では、第1配線1及び第2配線2の材料と異なる材料3Bは、第1配線1及び第2配線2の材料よりも熱膨張係数の大きい材料3BXであるのに対し、本実施形態では、第1配線1及び第2配線2の材料と異なる材料3Bは、第1配線1及び第2配線2の材料よりもヤング率の小さい材料3BYである点が異なる。また、上述の第1実施形態では、第1配線1及び第2配線2の材料と異なる材料3Bは、絶縁膜4の材料よりも熱膨張係数の小さい材料3BXであるのに対し、本実施形態では、第1配線1及び第2配線2の材料と異なる材料3Bは、絶縁膜4の材料よりもヤング率が大きい材料3BYである点が異なる。
これにより、例えば、後述の変形例のように、第1配線1及び第2配線2の材料と異なる材料3Bを、第1配線1の側及び第2配線2の側の外周部に位置するように設ける場合よりも、抵抗を増大させずに、温度が変化した際にビア3と配線1、2の界面に集中する応力を緩和することができ、特に、ビア3と配線1、2の界面に生じる最大応力を顕著に低減することができる。
なお、シード層は、設けても、設けなくても良い。シード層を設ける場合、シード層の膜厚は例えば約30nm〜約100nm程度で薄いため、温度変化時の応力に与える影響は小さい。
ここで、第1配線1及び第2配線2の材料は、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)などの金属材料である。
例えば、第1配線1及び第2配線2の材料として銅(Cu)を用い、第1配線1及び第2配線2の材料と異なる材料3B、即ち、第1配線1及び第2配線2の材料よりもヤング率の小さい材料3BYとしてニオブ(Nb)を用い、絶縁膜4として樹脂絶縁膜を用いる場合、配線構造は、例えば、以下のようにして作製することができる。
なお、上述の実施形態では、第1配線1及び第2配線2の材料と異なる材料3Bが、第1配線1及び第2配線2の材料と同一の材料3Aの中に分散しているものとして構成しているが、これに限られるものではなく、例えば、上述の第1実施形態の変形例の場合と同様に、第1配線1及び第2配線2の材料と異なる材料3Bは、第1配線1の側及び第2配線2の側の外周部に位置するように構成しても良い。この場合、ビア3は、第1配線1の側の上側部分及び第2配線2の側の下側部分の外周部が、第1配線1及び第2配線2の材料と異なる材料3Bによって構成されており、それ以外の部分が、第1配線1及び第2配線2の材料と同一の材料3Aによって構成されているものとなる。これにより、温度が変化した際にビア3と配線1、2の界面に集中する応力を緩和でき、信頼性の高い配線構造を実現することができる。この場合も、ビア3は、第1配線1及び第2配線2の材料と同一の材料3Aと、第1配線1及び第2配線2の材料と異なる材料3Bとを含み、第1配線1及び第2配線2の材料と異なる材料3Bの割合が第1配線1の側及び第2配線2の側で高くなっていることになる。また、第1配線1及び第2配線2の材料と異なる材料3Bは、第1配線1及び第2配線2の材料よりもヤング率の小さい材料3BYである。また、第1配線1及び第2配線2の材料と異なる材料3Bは、絶縁膜4の材料よりもヤング率が大きい材料3BYである。
(付記1)
第1配線と、
第2配線と、
前記第1配線と前記第2配線とを接続するビアとを備え、
前記ビアは、前記第1配線及び前記第2配線の材料と同一の材料と、前記第1配線及び前記第2配線の材料と異なる材料とを含み、前記第1配線及び前記第2配線の材料と異なる材料の割合が前記第1配線の側及び前記第2配線の側で高くなっていることを特徴とする配線構造。
前記第1配線及び前記第2配線の材料と異なる材料は、前記第1配線及び前記第2配線の材料と同一の材料の中に分散していることを特徴とする、付記1に記載の配線構造。
(付記3)
前記第1配線及び前記第2配線の材料と異なる材料は、前記第1配線及び前記第2配線の材料よりも熱膨張係数の大きい材料であることを特徴とする、付記1又は2に記載の配線構造。
前記第1配線、前記第2配線及び前記ビアの周囲に設けられた絶縁膜を備え、
前記第1配線及び前記第2配線の材料と異なる材料は、前記絶縁膜の材料よりも熱膨張係数の小さい材料であることを特徴とする、付記3に記載の配線構造。
(付記5)
前記第1配線及び前記第2配線の材料と異なる材料は、前記第1配線及び前記第2配線の材料よりもヤング率の小さい材料であることを特徴とする、付記1又は2に記載の配線構造。
前記第1配線、前記第2配線及び前記ビアの周囲に設けられた絶縁膜を備え、
前記第1配線及び前記第2配線の材料と異なる材料は、前記絶縁膜の材料よりもヤング率が大きい材料であることを特徴とする、付記5に記載の配線構造。
(付記7)
前記第1配線及び前記第2配線の材料と異なる材料は、前記第1配線の側及び前記第2配線の側の外周部に位置することを特徴とする、付記1に記載の配線構造。
前記第1配線及び前記第2配線の材料と異なる材料は、前記第1配線及び前記第2配線の材料よりも熱膨張係数の大きい材料であることを特徴とする、付記7に記載の配線構造。
(付記9)
前記第1配線、前記第2配線及び前記ビアの周囲に設けられた絶縁膜を備え、
前記第1配線及び前記第2配線の材料と異なる材料は、前記絶縁膜の材料よりも熱膨張係数の小さい材料であることを特徴とする、付記8に記載の配線構造。
前記第1配線及び前記第2配線の材料と異なる材料は、前記第1配線及び前記第2配線の材料よりもヤング率の小さい材料であることを特徴とする、付記7に記載の配線構造。
(付記11)
前記第1配線、前記第2配線及び前記ビアの周囲に設けられた絶縁膜を備え、
前記第1配線及び前記第2配線の材料と異なる材料は、前記絶縁膜の材料よりもヤング率が大きい材料であることを特徴とする、付記10に記載の配線構造。
2 第2配線(下層配線;下部配線層)
3 ビア
3A 第1配線及び第2配線の材料と同一の材料
3B 第1配線及び第2配線の材料と異なる材料
3BX 第1配線及び第2配線の材料よりも熱膨張係数の大きい材料
3BY 第1配線及び第2配線の材料よりもヤング率の小さい材料
4 絶縁膜
Claims (10)
- 第1配線と、
第2配線と、
前記第1配線と前記第2配線とを接続するビアとを備え、
前記ビアは、前記第1配線及び前記第2配線の材料と同一の材料と、前記第1配線及び前記第2配線の材料と異なる材料とを含み、前記第1配線及び前記第2配線の材料と異なる材料の割合が前記第1配線の側及び前記第2配線の側で高くなっており、
前記第1配線及び前記第2配線の材料と異なる材料は、前記第1配線及び前記第2配線の材料と同一の材料の中に分散していることを特徴とする配線構造。 - 第1配線と、
第2配線と、
前記第1配線と前記第2配線とを接続するビアとを備え、
前記ビアは、前記第1配線及び前記第2配線の材料と同一の材料と、前記第1配線及び前記第2配線の材料と異なる材料とを含み、前記第1配線及び前記第2配線の材料と異なる材料の割合が前記第1配線の側及び前記第2配線の側で高くなっており、
前記第1配線及び前記第2配線の材料と異なる材料は、前記第1配線及び前記第2配線の材料よりも熱膨張係数の大きい材料であることを特徴とする配線構造。 - 前記第1配線及び前記第2配線の材料と異なる材料は、前記第1配線及び前記第2配線の材料よりも熱膨張係数の大きい材料であることを特徴とする、請求項1に記載の配線構造。
- 前記第1配線、前記第2配線及び前記ビアの周囲に設けられた絶縁膜を備え、
前記第1配線及び前記第2配線の材料と異なる材料は、前記絶縁膜の材料よりも熱膨張係数の小さい材料であることを特徴とする、請求項2又は3に記載の配線構造。 - 第1配線と、
第2配線と、
前記第1配線と前記第2配線とを接続するビアとを備え、
前記ビアは、前記第1配線及び前記第2配線の材料と同一の材料と、前記第1配線及び前記第2配線の材料と異なる材料とを含み、前記第1配線及び前記第2配線の材料と異なる材料の割合が前記第1配線の側及び前記第2配線の側で高くなっており、
前記第1配線及び前記第2配線の材料と異なる材料は、前記第1配線及び前記第2配線の材料よりもヤング率の小さい材料であることを特徴とする配線構造。 - 前記第1配線及び前記第2配線の材料と異なる材料は、前記第1配線及び前記第2配線の材料よりもヤング率の小さい材料であることを特徴とする、請求項1に記載の配線構造。
- 前記第1配線、前記第2配線及び前記ビアの周囲に設けられた絶縁膜を備え、
前記第1配線及び前記第2配線の材料と異なる材料は、前記絶縁膜の材料よりもヤング率が大きい材料であることを特徴とする、請求項5又は6に記載の配線構造。 - 第1配線と、
第2配線と、
前記第1配線と前記第2配線とを接続するビアとを備え、
前記ビアは、前記第1配線及び前記第2配線の材料と同一の材料と、前記第1配線及び前記第2配線の材料と異なる材料とを含み、前記第1配線及び前記第2配線の材料と異なる材料の割合が前記第1配線の側及び前記第2配線の側で高くなっており、
前記第1配線及び前記第2配線の材料と異なる材料は、前記第1配線の側及び前記第2配線の側の外周部に位置することを特徴とする配線構造。 - 前記第1配線及び前記第2配線の材料と異なる材料は、前記第1配線及び前記第2配線の材料よりも熱膨張係数の大きい材料であることを特徴とする、請求項8に記載の配線構造。
- 前記第1配線及び前記第2配線の材料と異なる材料は、前記第1配線及び前記第2配線の材料よりもヤング率の小さい材料であることを特徴とする、請求項8に記載の配線構造。
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