JP7367804B2

JP7367804B2 - 配線構造体

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Publication number: JP7367804B2
Application number: JP2022093148A
Authority: JP
Inventors: 寛工藤; 貴正高野; 佑美岡崎
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2018-04-17
Filing date: 2022-06-08
Publication date: 2023-10-24
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Also published as: JP2019186495A; JP2023179675A; JP7087618B2; JP2022120066A

Description

本開示は、モバイルフロントエンドモジュールなどに適した受動素子、ならびにその作製方法に関する。

無線通信機能を有する電子機器の急速な普及に伴い、極めて多数の無線通信において高周波数帯域が利用されるようになっている。このため、通信時における干渉を防ぎ、十分な通信距離を確保するために、様々なＲＦフロントエンドモジュールが開発されている。ＲＦフロントエンドモジュールには、マルチバンド・マルチスタンダードの通信においてフィルタリングを行うための種々の受動素子が組み込まれる。例えば非特許文献１では、ＲＦフロントエンドモジュールで使用されることを指向した３Ｄインダクタなどの集積型受動素子がガラス貫通配線基板上に形成できることが示されている。

タカノタカマサ（ＴａｋａｍａｓａＴａｋａｎｏ）、外２名「パネル製造技術を用いたガラス貫通配線基板上の３ＤＩＰＤ（３ＤＩＰＤｏｎＴｈｕｒＧｌａｓｓＶｉａＳｕｂｓｔｒａｔｅｕｓｉｎｇｐａｎｅｌＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」、ＩＭＡＰＳ２０１７－５０ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ（ＩＭＡＰＳ第５０回マイクロエレクトロニクスに関する国際会議）、（米国）、２０１７年１０月、ｐ．００００９７－０００１０２

本開示の課題の一つは、モバイルフロントエンドモジュールなどに適した受動素子、ならびにその作製方法を提供することである。

本開示の実施形態の一つは、受動素子である。この受動素子は、基板、基板上の第１の配線と、第１の配線上の第２の配線と、第１の配線と第２の配線の間に位置し、第１の配線と第２の配線と接する第１の絶縁膜と、第２の配線上の保護膜とを有する。保護膜は、窒化ケイ素を含む第１の無機膜と、第１の無機膜の上に位置し、第１の無機膜と接し、酸化ケイ素を含む第２の無機膜と、第２の無機膜の上に位置し、第２の無機膜と接し、窒化ケイ素を含む第３の無機膜とを含む。

本開示の実施形態の一つは、受動素子である。この受動素子は、互いに対向する第１の面と第２の面を有し、貫通孔を備える基板と、第１の面、第２の面、および貫通孔の側壁と重なる第１の配線と、第１の配線を介して第１の面上に位置する第２の配線と、第１の配線と第２の配線の間に位置し、第１の配線と第２の配線と接する第１の絶縁膜と、第２の配線上の保護膜とを有する。保護膜は、窒化ケイ素を含む第１の無機膜と、第１の無機膜の上に位置し、第１の無機膜と接し、酸化ケイ素を含む第２の無機膜と、第２の無機膜の上に位置し、第２の無機膜と接し、窒化ケイ素を含む第３の無機膜とを含む。

実施形態の一つに係る受動素子の模式的断面図。実施形態の一つに係る受動素子の模式的断面図。実施形態の一つに係る受動素子の模式的断面図。実施形態の一つに係る受動素子の模式的断面図。実施形態の一つに係る受動素子の模式的断面図。実施形態の一つに係る受動素子の作製方法を示す模式的断面図。実施形態の一つに係る受動素子の作製方法を示す模式的断面図。実施形態の一つに係る受動素子の作製方法を示す模式的断面図。

以下、本開示の各実施形態について、図面等を参照しつつ説明する。但し、本開示は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本開示の解釈を限定するものではない。本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省くことがある。

本明細書および特許請求の範囲において、ある構造体の上に他の構造体を配置する態様を表現するにあたり、単に「上に」と表記する場合、特に断りの無い限りは、ある構造体に接するように、直上に他の構造体を配置する場合と、ある構造体の上方に、さらに別の構造体を介して他の構造体を配置する場合との両方を含むものとする。

本明細書および請求項において、「ある構造体が他の構造体から露出するという」という表現は、ある構造体の一部が他の構造体によって覆われていない態様を意味し、この他の構造体によって覆われていない部分は、さらに別の構造体によって覆われる態様も含む。

（第１実施形態）
本実施形態では、本開示の実施形態の一つに係る受動素子１００について説明を行う。

１．基本構造
受動素子１００の断面模式図を図１に示す。受動素子１００は、基板１０１、基板１０１上に位置する第１の配線１０２、第１の配線１０２上に位置し、第１の配線１０２と接する第１の絶縁膜１０４、第１の絶縁膜１０４上の第２の配線１０６、および第２の配線１０６の上に位置する保護膜１１０を有する。第１の絶縁膜１０４は第１の配線１０２と第２の配線１０６によって挟まれ、この構造によって容量素子１０８が形成される。保護膜１１０は、第１の配線１０２の一部、第１の絶縁膜１０４の一部、および第２の配線１０６の一部を覆う。保護膜１１０には第１の配線１０２や第２の配線１０６と重なる開口が設けられ、この開口を介して外部回路（図示しない）などとの電気的接続が行われる。図１に示すように、第１の配線１０２や保護膜１１０は基板１０１と接してもよい。図示しないが、基板１０１上にはさらに別の配線を設けてもよい。また、第１の配線１０２も他の外部回路などと電気的に接続してもよい。

基板１０１は、この上に設けられる容量素子１０８や保護膜１１０、および各種配線を支持する機能を有する。基板１０１に用いられる材料としては、ガラスやシリコン、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、セラミックス、あるいはガラスと樹脂の複合材料などが挙げられる。樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステルなどが例示される。図示していないが、基板１０１上には、基板１０１に接するアンダーコートを設けてもよい。アンダーコートは基板１０１から金属イオンなどの不純物が容量素子１０８などへ拡散することを防止する機能を有する膜であり、例えば酸化ケイ素や窒化ケイ素などのケイ素含有無機化合物を含む。アンダーコートは単層構造を有してもよく、異なる材料を含む複数の膜によって構成されてもよい。アンダーコートを設ける場合、第１の配線１０２や保護膜１１０は基板１０１とは直接接せず、アンダーコートを介して基板１０１上に設けられる。

第１の配線１０２は、チタン、アルミニウム、銅、ニッケル、タングステン、モリブデン、金、銀、鉄、クロムなどの金属やこれらの合金を含むことができ、典型的には銅を含む。第１の配線１０２は単層構造を有していてもよく、あるいは図１に示すように複数の層を含んでもよい。後述するように、第１の配線１０２は電解めっき法で形成することができ、この場合、第１の層としてシード層１０２ａ、およびシード層１０２ａ上に位置し、シード層１０２ａと接する第２の層１０２ｂを含むように第１の配線１０２を構成することができる。第２の層１０２ｂは上述した金属や合金を含む。シード層１０２ａは、チタン、ニッケル、クロム、銅、金などの金属、あるいはこれらの合金などを含み、典型的には銅を含む。シード層１０２ａと第２の層１０２ｂは同一の組成を有していてもよい。

第１の絶縁膜１０４は容量素子１０８の誘電体膜として機能するため、誘電率の高い材料を含有することが好ましい。例えば窒化ケイ素、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化チタン、チタン酸バリウム、ハフニウムシリケートなどの高誘電体が例示され、成膜の容易さから窒化ケイ素が典型的な材料として挙げられる。窒化ケイ素を用いる場合、プラズマ存在下、化学気相堆積法（プラズマＣＶＤ法）を適用して第１の絶縁膜１０４を形成することができる。

第２の配線１０６も第１の配線１０２で使用可能な金属や合金を含み、典型的には銅を含む。また、第１の配線１０２と同様、第２の配線１０６も第１の層としてシード層１０６ａ、およびシード層１０６ａ上に位置し、シード層１０６ａと接する第２の層１０６ｂを有していてもよい。シード層１０６ａと第２の層１０６ｂはそれぞれ、第１の配線１０２のシード層１０２ａ、第２の層１０２ｂで使用可能な金属を含む。シード層１０６ａを設けない場合には、第２の層１０６ｂは第１の絶縁膜１０４に接する。

図示していないが、受動素子１００はさらに、シード層１０６ａと基板１０１の間、および／またはシード層１０６ａと第１の絶縁膜１０４との間にバリア層を有していてもよい。バリア層に含まれる材料は、チタンやタンタル、モリブデン、タングステンなどの金属やその合金、あるいはこれらの窒化物から選択され、第１の配線１０２や第２の配線１０６に含まれる金属よりも高い融点を有する導電性材料であることが好ましい。バリア層を設けることで、第１の配線１０２や第２の配線１０６に含まれる金属が拡散することを防ぐことができる。

保護膜１１０の構造は任意に選択することができ、例えば三層構造を有することができる。三層構造を有する場合、保護膜１１０は、第１の無機膜１１０ａ、第１の無機膜１１０ａ上に位置し、第１の無機膜１１０ａと接する第２の無機膜１１０ｂ、および第２の無機膜１１０ｂ上に位置し、第２の無機膜１１０ｂと接する第３の無機膜１１０ｃによって構成される。保護膜１１０は第２の配線１０６と接するように設けられる。

第２の無機膜１１０ｂの誘電率は、第１の無機膜１１０ａや第３の無機膜１１０ｃのそれよりも小さいことが好ましい。より具体的には、第１の無機膜１１０ａと第３の無機膜１１０ｃは窒化ケイ素、あるいは炭化ケイ素（シリコンカーバイド）を含む。すなわち、第１の無機膜１１０ａと第３の無機膜１１０ｃは、ケイ素と窒素、あるいはケイ素と炭素を主な構成元素として含む。一方、第２の無機膜１１０ｂは酸化ケイ素あるいは酸化窒化ケイ素を含む。すなわち、第２の無機膜１１０ｂはケイ素と酸素を構成元素として含み、さらに窒素を含有してもよい。窒素を含む場合、その組成は酸素の組成よりも小さい。これらの第１の無機膜１１０ａ、第２の無機膜１１０ｂ、第３の無機膜１１０ｃは、プラズマＣＶＤ法によって形成される。

第３の無機膜１１０ｃは、その厚さが第１の無機膜１１０ａの厚さよりも大きく、第２の無機膜１１０ｂの厚さよりも小さくなるよう構成することができる。すなわち、第１の無機膜１１０ａ、第２の無機膜１１０ｂ、第３の無機膜１１０ｃの厚さをそれぞれＴ₁、Ｔ₂、Ｔ₃とすると、以下の関係が成立するように保護膜１１０を構成することができる。
Ｔ₁＜Ｔ₃＜Ｔ₂

例えば第１の無機膜１１０ａの厚さは、０．０５μｍ以上０．３μｍ以下、典型的には０．２μｍとすることができる。第２の無機膜１１０ｂの厚さは、０．５μｍ以上１０μｍ以下、あるいは１μｍ以上５μｍ以下とすることができる。第３の無機膜１１０ｃの厚さは０．２μｍ以上１μｍ以下、あるいは０．３μｍ以上０．７μｍ以下、典型的には０．５μｍとすることができる。

第２の無機膜１１０ｂに含まれる酸化ケイ素は比較的親水性が高い。したがって、第３の無機膜１１０ｃを設けない場合、外部から水などの不純物が侵入し、不純物は第１の無機膜１１０ａへ拡散する。第１の無機膜１１０ａは親水性が低く、かつ、不純物に対するブロッキング性が高い窒化ケイ素を含有するものの、厚さが小さい場合、不純物が一部透過する。このため、水やそれに含まれる不純物によって第１の配線１０２や第２の配線１０６の表面が酸化され、その結果、第１の配線１０２と第１の絶縁膜１０４との間、第２の配線１０６と第１の絶縁膜の間の密着性が低下し、これらの間で剥離が生じる。このような剥離が生じるとリーク電流が発生し、容量素子１０８の機能が大幅に低下する。

しかしながら、受動素子１００は、第２の無機膜１１０ｂ上に、第１の無機膜１１０ａよりも大きな厚さを有し、窒化ケイ素を含有する第３の無機膜１１０ｃを備えることができる。このような構成では、第２の無機膜１１０ｂを通して第１の無機膜１１０ａに不純物が浸入する速度を大幅に低減させることができ、その結果、第１の配線１０２と第１の絶縁膜１０４間の剥離や第１の絶縁膜１０４と第２の配線１０６間の剥離を効果的に防止することができる。

上述したように、保護膜１１０は必ずしも三層構造を有する必要は無く、例えば水分濃度が低い大気中で使用される場合には、保護膜１１０は第３の無機膜１１０ｃによって構成される単層構造を有してもよい。この場合、第３の無機膜１１０ｃは第２の配線１０６と接するように設けられる。

２．変形例
上述した構造的特徴は、様々な態様の受動素子にも適用することができる。以下、本実施形態に係る受動素子として、受動素子１００と構造が異なる受動素子１２０、１３０、１４０について述べる。

図２（Ａ）に示す受動素子１２０は、第２の絶縁膜１２２、および第３の配線１２４をさらに有している点、および、第２の絶縁膜１２２に第２の配線１０６と重なる開口が設けられ、この開口を介して第２の配線１０６と第３の配線１２４が電気的に接続される点で受動素子１００と構造が異なる。保護膜１１０に設けられる開口は第３の配線１２４を露出し、この開口を介して他の外部回路などとの電気的接続が行われる。

第２の絶縁膜１２２は、第２の配線１０６と保護膜１１０の間にその一部が挟まれ、第１の配線１０２、第２の配線１０６、および第１の絶縁膜１０４を埋め込むように設けられる。すなわち、第２の絶縁膜１２２は、第１の絶縁膜１０４の上面や第２の配線１０６の上面と接するように形成される。

第２の絶縁膜１２２は有機化合物を含む。用いられる有機化合物は誘電率と誘電正接が低いことが好ましく、例えば誘電率が２．０以上４．０以下であり、誘電正接が１×１０^-4以上１×１０^-2以下、あるいは１×１０^-3以上１×１０^-2以下の有機化合物を第２の絶縁膜１２２として使用することができる。このような有機化合物は典型的にはポリイミドを基本骨格とする高分子（以下、単にポリイミドと記す）であり、ポリイミドは鎖状でも良く、分子間で架橋していてもよい。第２の絶縁膜１２２に対し、エポキシ樹脂や酸化ケイ素の微粒子、ガラスファイバーなどを混合してもよい。第２の絶縁膜１２２は可撓性を有してもよい。

第３の配線１２４は、第１の配線１０２や第２の配線１０６で使用可能な金属や合金を含む。第１の配線１０２や第２の配線１０６と同様、第３の配線１２４も多層構造を有してもよい。例えば図２（Ａ）に示すように、第３の配線１２４は、第１の層としてシード層１２４ａ、およびシード層１２４ａの上に位置し、シード層１２４ａと接する第２の層１２４ｂを含んでもよい。シード層１２４ａと第２の層１２４ｂは、第１の配線１０２や第２の配線１０６のシード層１０２ａ、１０６ａ、および第２の層１０２ｂ、１０６ｂとそれぞれ同様の構成を有することができる。図示していないが、シード層１２４ａと第２の配線１０６の間にバリア層を設けてもよい。

第１の絶縁膜１０４は、図２（Ｂ）に示すように、一部が第１の配線１０２の側面や基板１０１の上面と接してもよい。アンダーコートを設ける場合、第１の絶縁膜１０４はアンダーコートと接してもよい。

図３に示す受動素子１２８は、第２の絶縁膜１２２を有し、かつ、保護膜１１０の少なくとも一部を覆うように第２の配線１０６が配置されている点で受動素子１００と構造が異なる。第２の配線１０６は、保護膜１１０と第２の絶縁膜１２２に設けられる開口において第１の絶縁膜１０４と接する。

図４に示す受動素子１３０は、第３の配線１２４と保護膜１１０の上限関係が相違する点で受動素子１２０と異なる。より具体的には、受動素子１３０では、第３の配線１２４は保護膜１１０の上に位置し、保護膜１１０と接する。さらに第３の配線１２４は、保護膜１１０に設けられる開口において第２の配線１０６と接する。任意の構成として、受動素子１３０は、第３の配線１２４上に位置し、第３の配線１２４と接する第３の絶縁膜１２６を有してもよい。第３の絶縁膜１２６も開口を有しており、この開口において第３の配線が露出し、他の配線との接続が行われる。第３の絶縁膜１２６も有機化合物を含み、この有機化合物は第２の絶縁膜１２２に含まれる有機化合物と同一の組成を有していてもよい。

上述したように、第２の絶縁膜１２２や第３の絶縁膜１２６には有機化合物が含まれるため、その熱膨張率は５０ｐｐｍ以上である。また、第１の配線１０２や第２の配線１０６、第３の配線１２４を構成する金属の熱膨張率も１０ｐｐｍ以上であるため、受動素子の製造工程における熱処理によって第１の絶縁膜１０４内には応力が残留する。一方、第１の絶縁膜１０４の熱膨張率は０．１ｐｐｍから０．５ｐｐｍであり、保護膜１１０のそれと同程度である。したがって、本実施形態で示した構造のように、第２の絶縁膜１２２、第２の配線１０６、あるいは第３の配線１２４上に保護膜１１０を配置することにより、第１の絶縁膜１０４内の残留応力を低減することが可能となる。その結果、第１の絶縁膜１０４と第１の配線１０２間の剥離、および第１の絶縁膜１０４と第２の配線１０６間の剥離を防止することができ、リーク電流の発生が抑制され、安定した特性を有する容量素子１０８を得ることができる。

図５に示す受動素子１４０は、基板１０１に貫通孔１４２が一つ、あるいは複数設けられている点、および第１の配線１０２が基板１０１の上面（第１の面）の一部、上面に対向する下面（第２の面）の一部、および貫通孔１４２の側壁の少なくとも一部を覆う点で受動素子１２０と構造が異なる。第１の配線１０２は、基板１０１を貫通する貫通配線として機能する。貫通孔１４２には、第１の配線１０２だけでなく、貫通電極１４４が設けられる。第１の配線１０２や第２の配線１０６と同様、貫通電極１４４も第１の層としてシード層１４４ａ、およびシード層１４４ａと重なる第２の層１４４ｂを有することができる。貫通孔１４２にはさらに、エポキシ樹脂やアクリル樹脂、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステルなどの有機化合物、あるいはチタンや銅を含む充填材１４６が配置されていてもよい。有機化合物を充填する場合、有機化合物にシリカなどの無機材料を混合してもよい。図示しないが、充填材１４６を配置せず、貫通孔１４２を第１の配線１０２の第２の層１０２ｂで充填するよう、受動素子１４０を構成してもよい。また、シード層１０２ａと基板１０１の間に、ポリイミドやポリアミドなどの有機化合物、あるいは酸化ケイ素や窒化ケイ素などの無機化合物を含む絶縁膜を一層、あるいは複数層設けてもよい。この絶縁膜は、アンダーコートとしても機能する。

さらに任意の構成として、第２の保護膜１４８を基板１０１の第２の面上に設けてもよい。第２の保護膜１４８は第２の絶縁膜１２２と同様の材料を含むことができる。第２の保護膜１４８を設ける場合、第２の保護膜１４８には第１の配線１０２を露出する開口や、貫通電極１４４の一部を露出する開口が設けられる。

このような構成を採用することにより、受動素子１４０と外部回路などとの電気的接続が容易に達成される。

高周波素子などの高い動作周波数が要求される受動素子では、信号の伝送損失や遅延を防止するため、受動素子の配線を取り囲む絶縁膜には低い誘電率と誘電正接が求められる。このような性能を満足する材料を用いて絶縁膜（例えば、受動素子１００における第２の絶縁膜１２２）を形成した場合でも、受動素子の形成後、外部から水や酸素、金属イオンなどの不純物が絶縁膜に侵入し、絶縁膜の誘電率や誘電正接が徐々に増大する。その結果、信号の伝送損失や遅延が生じ、受動素子としての特性に大きな影響を及ぼす。

一方、受動素子１２０や１３０、１４０では、第１の配線１０２や第２の配線１０６を覆う第２の絶縁膜１２２の上面は、三層構造を有する保護膜１１０によって覆われる。上述したように、第３の無機膜１１０ｃが存在しない場合、第２の無機膜１１０ｂに含まれる酸化ケイ素は比較的親水性が高いため、外部から水などの不純物が侵入すると不純物は第１の無機膜１１０ａ内部へ拡散する。第１の無機膜１１０ａの厚さが小さい場合、不純物が一部透過する。このため、不純物が第２の絶縁膜１２２へ侵入し、第２の絶縁膜１２２の誘電率や誘電正接が増大する。

しかしながら上述したように、保護膜１１０には比較的大きな厚さを有する第３の無機膜１１０ｃが備えられるため、第２の無機膜１１０ｂを経由して第１の無機膜１１０ａや第２の絶縁膜１２２に不純物が浸入する速度を大幅に低下させることができ、第２の絶縁膜１２２の誘電率や誘電正接の増大を抑制することができる。このため、受動素子１００は高い周波数で駆動する高周波装置として機能することが可能となる。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態で述べた受動素子の作製方法について、受動素子１４０を例示して説明する。第１実施形態で述べた構成と同様、あるいは類似する構成については説明を割愛することがある。

まず、基板１０１に貫通孔１４２を形成する（図６（Ａ））。ガラス基板を基板１０１として用いる場合、貫通孔１４２はプラズマエッチングやウェットエッチングなどのエッチング、レーザ照射、あるいはサンドブラストや超音波ドリルなどの機械的な加工によって形成すればよい。貫通孔１４２の数や大きさは受動素子１４０の設計に従って任意に決定することができる。その後貫通孔１４２の側壁の少なくとも一部、および基板１０１の両面（第１の面、第２の面）の一部を覆うようにシード層１０２ａ、１４４ａを形成する。シード層１０２ａ、１４４ａはスパッタリング法やＣＶＤ法、無電解めっき、あるいは蒸着法などによって形成することができる。特にスパッタリング法を適用することで、効率よくシード層１０２ａ、１４４ａが形成される。図示しないが、シード層１０２ａ、１４４ａの形成の前に、貫通孔１４２の側壁や基板１０１の両面にポリイミドやポリアミドなどの有機化合物、あるいは酸化ケイ素や窒化ケイ素などの無機化合物を含む絶縁膜を一層、あるいは複数層形成してもよい。

次に、第１の配線１０２や貫通電極１４４を形成しない領域を保護するためのレジストマスク１５０を基板１０１の第１の面と第２の面に形成する（図６（Ａ））。レジストマスク１５０は、液体のレジストを塗布、硬化することで形成しても良いが、基板１０１が貫通孔１４２を有しているため、フィルム状のレジストを第１の面と第２の面に貼り付け、その後露光と現像を行うことで効率よく形成することができる。

その後、シード層１０２ａ、１４４ａに給電して電解めっきを行い、レジストマスク１５０に覆われていないシード層１０２ａ、１４４ａ上に金属膜を形成し、第１の配線１０２の第２の層１０２ｂ、および貫通電極１４４の第２の層１４４ｂが形成される。その後、レジストマスク１５０を除去し（図６（Ｂ））、第２の層１０２ｂ、１４４ｂから露出したシード層１０２ａ、１４４ｂをエッチングによって除去することで、第１の配線１０２と貫通電極１４４が形成される（図６（Ｃ））。エッチャントとしては、硫酸などの酸を含むエッチャントを使用することができる。図示しないが、貫通孔１４２や第１の配線１０２、貫通電極１４４を形成するに先立って、他の配線を基板１０１の第１の面、あるいは第２の面に形成してもよい。

次に、貫通孔１４２の内部を充填材１４６を用いて充填する（図６（Ｃ））。例えばエポキシ樹脂やアクリル樹脂、ポリイミドやその前駆体をインクジェット法、印刷法、スピンコート法などを用いて貫通孔１４２を充填するように塗布し、その後硬化することで充填材１４６を形成することができる。

引き続き、第１の配線１０２上に第１の絶縁膜１０４を形成する（図６（Ｄ））。上述したように、第１の絶縁膜１０４は典型的には窒化ケイ素を含み、プラズマＣＶＤ法を適用して形成することができる。その後、貫通電極１４４、充填材１４６、第１の配線１０２、第１の絶縁膜１０４を覆うようにシード層１０６ａを形成する（図６（Ｄ））。図示していないが、シード層１０６ａを形成する前にバリア層を形成してもよい。この場合、例えばチタンを含むバリア層を０．１μｍの厚さで、銅を含むシード層１０６ａを０．２μｍの厚さで形成することができる。シード層１０６ａやバリア層はＣＶＤ法やスパッタリング法、無電解めっき法、蒸着法などを用いて形成される。

次に、第２の配線１０６を形成しない領域にレジストマスク１５２を形成し、シード層１０６ａに給電を行い、電解めっきによって第２の配線１０６の第２の層１０６ｂを形成する（図７（Ａ））。その後レジストマスク１５２を除去し、第２の層１０６ｂから露出したシード層１０６ａをエッチングによって除去する（図７（Ｂ））。

引き続き、第１の配線１０２、第１の絶縁膜１０４、および第２の配線１０６の一部を覆うように第２の絶縁膜１２２を形成する（図７（Ｃ））。具体的には、第１実施形態で述べたポリイミドなどの感光性高分子、あるいはその前駆体の溶液や懸濁液を基板１０１上に塗布し、その後フォトマスクを用いる露光、現像、焼成を行うことで、第２の配線１０６を露出する開口を有する第２の絶縁膜１２２を形成する。あるいは上記高分子のフィルムを張り付け、フォトマスクを用いる露光、現像、焼成を行うことで第２の絶縁膜１２２を形成してもよい。第２の絶縁膜１２２の厚さは０．５μｍから５μｍの範囲で適宜調整される。

この後、シード層１０６ａや第２の層１０６ｂの形成と同様の方法により、シード層１２４ａを介して第２の層１２４ｂを形成し、これにより第３の配線１２４が形成される（図８（Ａ））。

引き続き、保護膜１１０が形成される。保護膜１１０は、プラズマＣＶＤ法を用い、第１の無機膜１１０ａ、第２の無機膜１１０ｂ、第３の無機膜１１０ｃを順次形成することで形成される（図８（Ｂ））。その後、保護膜１１０に対してプラズマエッチングを行い、第３の配線１２４と重なる開口を形成する。これにより、第３の配線１２４の一部が保護膜１１０から露出する（図８（Ｃ））。プラズマエッチングは、例えばＣＦ₄やＣＨＦ₄などのフッ素含アルカンやアルケンを用いればよい。

本実施例では、第１実施形態の受動素子に対して信頼性試験を行った結果について述べる。用いた受動素子は受動素子１４０であり（図５参照）、シード層１０２ａは無電解めっき法を用い、厚さが０．１μｍとなるように形成した。第１の絶縁膜１０４の厚さは０．１μｍであった。第１の絶縁膜１０４の上には、チタンを含むバリア層（厚さ０．１μｍ）、および銅を含むシード層１０６ａ（厚さ０．２μｍ）をスパッタリング法を用いて形成した。同様に、第２の配線１０６上にもチタンを含むバリア層（厚さ０．１μｍ）、および銅を含むシード層１２４ａ（厚さ０．２μｍ）を形成した。保護膜１１０の第１の無機膜１１０ａ、第２の無機膜１１０ｂ、および第３の無機膜１１０ｃはいずれもプラズマＣＶＤ法によって形成し、これらの厚さはそれぞれ０．２μｍ、１．０μｍ、０．４μｍであった。

作製した受動素子を温度１３０℃、湿度８５％の条件下で９６時間静置し、その後走査型電子顕微鏡を用いて断面観察を行った。その結果、第１の配線１０２と第１の絶縁膜１０４の間、および第２の配線１０６と第１の絶縁膜１０４の間での剥離は観察されなかった。第１の配線１０２、第１の絶縁膜１０４、および第２の配線１０６によって形成される容量素子１０８の容量を測定した結果、設計値とほぼ同一の容量値が得られることが確認された。

これに対し、比較例として、受動素子１４０と同様の構造を有するものの保護膜１１０を持たない受動素子を用いた場合、第１の配線１０２と第１の絶縁膜１０４の間、および第２の配線１０６と第１の絶縁膜１０４の間で剥離が生じていることが分かった。また、第１の配線１０２や第２の配線１０６が酸化されていることが確認された。容量素子１０８の容量を測定した結果、リーク電流が非常に大きく、容量値を得ることができなかった。

以上の実施例で示したように、三層構造を有する保護膜１１０を適用することにより、信頼性の高い受動素子を提供することが可能になることが確認された。

本開示の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。また、各実施形態を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったものも、本開示の要旨を備えている限り、本開示の範囲に含まれる。

また、上述した各実施形態によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、又は、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本開示によりもたらされるものと理解される。

１００：受動素子、１０１：基板、１０２：第１の配線、１０２ａ：シード層、１０２ｂ：第２の層、１０４：第１の絶縁膜、１０６：第２の配線、１０６ａ：シード層、１０６ｂ：第２の層、１０８：容量素子、１１０：保護膜、１１０ａ：第１の無機膜、１１０ｂ：第２の無機膜、１１０ｃ：第３の無機膜、１２０：受動素子、１２２：第２の絶縁膜、１２４：第３の配線、１２４ａ：シード層、１２４ｂ：第２の層、１２６：第３の絶縁膜、１２８：受動素子、１３０：受動素子、１４０：受動素子、１４２：貫通孔、１４４：貫通電極、１４４ａ：シード層、１４４ｂ：第２の層、１４６：充填材、１４８：第２の保護膜、１５０：レジストマスク、１５２：レジストマスク、

Claims

第１の配線、
前記第１の配線上の第２の配線、
前記第１の配線と前記第２の配線の間に位置し、前記第１の配線と前記第２の配線と接する第１の絶縁膜、
前記第２の配線上の保護膜、および
前記第２の配線と前記保護膜の間に位置し、前記第２の配線と前記保護膜と接する第３の配線を有し、
前記第１の絶縁膜は窒化ケイ素を含み、
前記保護膜は、
窒化ケイ素を含む第１の無機膜、
前記第１の無機膜の上に位置し、前記第１の無機膜と接し、酸化ケイ素を含む第２の無機膜、および
前記第２の無機膜の上に位置し、前記第２の無機膜と接し、窒化ケイ素を含む第３の無機膜を含む配線構造体。
前記第１の配線と前記第２の配線はそれぞれ、
チタン、クロム、ニッケル、銅、および金から選択される金属を含む第１の層、ならびに
前記第１の層上に位置し、チタン、アルミニウム、銅、ニッケル、タングステン、モリブデン、金、銀、鉄、およびクロムから選択される金属を含む第２の層を有する、請求項１に記載の配線構造体。
前記第１の配線と前記第２の配線の少なくとも一つは、前記第１の層の下に位置し、前記第１の層と接し、チタン、タンタル、モリブデン、およびタングステンから選択される金属を含む第３の層をさらに有し、
前記第３の層に含まれる前記金属は、前記第２の層に含まれる前記金属よりも高い融点を有する、請求項２に記載の配線構造体。
前記第１の絶縁膜は、前記第１の配線の側面と接する、請求項１に記載の配線構造体。