特許 6232845 配線接続構造およびこの配線接続構造を有する誘電体薄膜キャパシタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6232845

(24)【登録日】2017年11月2日

(45)【発行日】2017年11月22日

(54)【発明の名称】配線接続構造およびこの配線接続構造を有する誘電体薄膜キャパシタ

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3205 20060101AFI20171113BHJP

   H01L 21/768 20060101ALI20171113BHJP

   H01L 23/532 20060101ALI20171113BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/88 R

   H01L21/90 A

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-175465(P2013-175465)

(22)【出願日】2013年8月27日

(65)【公開番号】特開2015-46423(P2015-46423A)

(43)【公開日】2015年3月12日

【審査請求日】2016年4月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100105980

【弁理士】

【氏名又は名称】梁瀬 右司

(74)【代理人】

【識別番号】100105935

【弁理士】

【氏名又は名称】振角 正一

(72)【発明者】

【氏名】芦峰 智行

【審査官】 柴山 将隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−２６３５５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２３１６８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１８３３７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−０３０４２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１５４７５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０１０６３８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／７６８

Ｈ０１Ｌ ２３／５３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体基板の一方主面に設けられた第１の配線層と、
前記第１の配線層上に形成された導電性の拡散防止膜を有する第２の配線層と、
前記第２の配線層上に一方の開口が配置されるビア孔を有し、前記半導体基板の一方主面、前記第１の配線層および前記第２の配線層を被覆する樹脂層と、
前記樹脂層に積層された配線電極膜を有する第３の配線層とを備え、
前記第１の配線層は、Ａｕから成る第１金属で形成されるとともに、前記第３の配線層の前記配線電極膜は、ＣｕまたはＡｌのいずれかから成る第２金属で形成され、
前記第３の配線層は、前記ビア孔に覗く前記第２の配線層に接続される
ことを特徴とする配線接続構造。

【請求項2】

前記第２の配線層は、前記第１の配線層の表面に沿って形成されていることを特徴とする請求項１に記載の配線接続構造。

【請求項3】

前記第２の配線層は、前記ビア孔に覗く第１の部分、および、前記第１の部分以外の第２の部分のいずれもが、前記第１の配線層の表面に沿って形成されていることを特徴とする請求項２に記載の配線接続構造。

【請求項4】

前記第２の配線層の前記拡散防止膜は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ合金のいずれかにより形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の配線接続構造。

【請求項5】

前記第３の配線層が、前記配線電極膜と、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ合金のいずれかにより形成された密着膜とを有する多層構造で形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の配線接続構造。

【請求項6】

請求項１ないし５のいずれかに記載の配線接続構造を有する誘電体薄膜キャパシタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、異種金属で形成された電極同士の接続構造および該接続構造を有する誘電体薄膜キャパシタに関し、詳しくはＡｕ電極と、ＣｕまたはＡｌのいずれかで形成された電極間の相互拡散を防止する配線接続構造に関する。

【背景技術】

【0002】

電子部品や該電子部品が実装されたモジュール等に形成される各種配線電極には、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇなどの金属が用いられるのが一般的であり、これらの材料は、電子部品やモジュール等のコストや要求特性などを考慮して選択されている。したがって、電子部品やモジュール内に形成される各種配線電極の中には異種金属で形成されるものがあり、電子部品やモジュール内において、異種金属で形成された配線電極同士が直接接続される場合がある。

【0003】

しかしながら、例えば、Ａｌで形成された配線電極とＡｕで形成された配線電極同士を直接接続すると、ＡｌとＡｕとが相互拡散してＡｌとＡｕとの合金が生成し、この合金により、両電極間の接続界面での電気抵抗が上昇したり、接続強度が低下したりするため好ましくない。また、配線電極が薄膜で形成されているときには、配線電極が消失する場合もある。また、Ａｌに代えてＣｕやＡｇなどで配線電極が形成されている場合も同様に、Ａｕとの合金が生成する。

【0004】

そこで、従来では、図７に示すように、異種金属で形成された配線電極間の相互拡散を防止することができる配線接続構造が提案されている（特許文献１参照）。この配線接続構造によると、半導体基板１００（Ｓｉ）の一方主面に配線電極としてのＡｌ電極１０１が形成されるとともに、半導体基板１００の一方主面およびＡｌ電極１０１を被覆する保護膜１０２が形成される。このとき、保護膜１０２には、Ａｌ電極１０１の表面の一部が露出するような開口部１０２ａが設けられており、該開口部１０２ａの内壁と、開口部１０２ａの表面側の開口の周縁を被覆するＷ−Ｔｉ系の拡散防止膜１０３が形成される。そして、拡散防止膜１０３にＡｕ電極１０４が積層されて、異種金属で形成された配線電極１０１，１０４同士の接続構造が形成されている。このように、Ａｌ電極１０１とＡｕ電極１０４との間にＷ−Ｔｉ系の拡散防止膜１０３を介在させることで、Ａｌ電極１０１とＡｕ電極１０４との間の相互拡散を防止することができるため、両電極１０１，１０４間の相互拡散に起因する両電極１０１，１０４間の接続界面における抵抗値の上昇、接続強度の低下および電極消失を防止することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１２−８７３３５号公報（段落０００４、０００５、図２等参照）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、従来の配線接続構造では、Ｗ−Ｔｉ系の拡散防止膜１０３が保護膜１０２の開口部１０２ａの内壁に沿って薄く形成されており、当該開口部１０２ａ内において拡散防止膜１０３に屈曲部１０３ａが形成される。この場合、例えば、保護膜１０２の線膨張係数が、Ａｌ電極１０１、Ａｕ電極１０４、拡散防止膜１０３の線膨張係数と異なると、温度変化時に開口部１０２ａ内の拡散防止膜１０３が保護膜１０２に押されて、屈曲部１０３ａで拡散防止膜１０３が破断するおそれがある。そうすると、拡散防止膜１０３の破断箇所でＡｌ電極１０１とＡｕ電極１０４とが接触し、当該破断箇所から両電極１０１，１０４の相互拡散が進行するため、両電極１０１，１０４間の接続界面における抵抗値の上昇、接続強度の低下および電極消失の問題が発生する。

【0007】

本発明は、上記した課題に鑑みてなされたものであり、Ａｕで形成された配線電極と、Ａｕとは異なる金属で形成された配線電極とを接続する場合に、両配線電極間の相互拡散を確実に防止することができる配線接続構造を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記した目的を達成するために、本発明の配線接続構造は、半導体基板の一方主面に設けられた第１の配線層と、前記第１の配線層上に形成された導電性の拡散防止膜を有する第２の配線層と、前記第２の配線層上に一方の開口が配置されるビア孔を有し、前記半導体基板の一方主面、前記第１の配線層および前記第２の配線層を被覆する樹脂層と、前記樹脂層に積層された配線電極膜を有する第３の配線層とを備え、前記第１の配線層は、Ａｕから成る第１金属で形成されるとともに、前記第３の配線層の前記配線電極膜は、ＣｕまたはＡｌのいずれかから成る第２金属で形成され、前記第３の配線層は、前記ビア孔に覗く前記第２の配線層に接続されることを特徴としている。

【0009】

この場合、第１の配線層上に導電性の拡散防止膜を有する第２の配線層が形成されて、樹脂層に設けられたビア孔の一方の開口が第２の配線層上に配置される。すなわち、第１の配線層と第３の配線層との間の相互拡散を防止するための第２の配線層が、第１の配線層上に形成されることで、従来の配線接続構造の拡散防止膜のように、ビア孔の内壁に沿って薄く形成されることにより生じる屈曲部が形成されずに第２の配線層が平板状に形成される。このように、第２の配線層を屈曲部がない構造にすることで、線膨張係数の違いにより、温度変化時に第２の配線層が樹脂層から応力を受けた場合や、樹脂層が吸湿により膨張して第２の配線層が樹脂層から応力を受けた場合であっても、第２の配線層が破断するのを防止することができる。

【0010】

また、ＣｕまたはＡｌのいずれかから成る第２金属で形成された第３の配線層が、樹脂層のビア孔に覗く第２の配線層に接続されることで、第３の配線層が第２の配線層を介して第１金属および第２金属のうちの一方で形成された配線電極膜を有する第１の配線層に接続される。そのため、第２の配線層が破断すると、破断箇所で接触した第１の配線層と第３の配線層との間で相互拡散が進行し、接続部の電気抵抗の増加、接続強度の低下、並びに配線電極層の消失が生じるおそれがある。しかしながら、この構成によると、第２の配線層の破断を防止することができるため、第２の配線層が有する拡散防止膜により、第１の配線層と第３の配線層との間の相互拡散を確実に防止することができる。また、前記第２の配線層は、前記第１の配線層の表面に沿って形成されている。また、前記第２の配線層は、前記ビア孔に覗く第１の部分、および、前記第１の部分以外の第２の部分のいずれもが、前記第１の配線層の表面に沿って形成されている。この場合、線膨張係数の違いから、温度変化時に第２の配線層が樹脂層から応力を受けた場合であっても、第２の配線層が破断するのを防止することができる。

【0011】

また、前記第２の配線層の前記拡散防止膜は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ合金のいずれかにより形成されていてもよい。Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ合金のいずれも、第１の配線層を形成するＡｕ電極と、ＣｕまたはＡｌのいずれかにより形成された第３の配線層の配線電極膜との間の相互拡散および合金の生成を阻止する機能を有するため、第１の配線層と第３の配線層との間の相互拡散を防止する拡散防止膜を形成する材料として好適である。

【0012】

また、前記第３の配線層が、前記配線電極膜と、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ合金のいずれかにより形成された密着膜とを有する多層構造で形成されていてもよい。ＣｕまたはＡｌのいずれも樹脂層との密着性が低いため、第３の配線層を、ＣｕまたはＡｌのいずれかにより形成された配線電極膜のみで構成すると、第３の配線層が樹脂層から剥がれるおそれがある。そこで、例えば、第３の配線層において、樹脂層に接する部分を樹脂層との密着性の優れたＴｉ、Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ合金のいずれかにより形成された密着膜と、この密着膜に積層された配線電極膜とで構成される多層構造とすることで、第３の配線層の樹脂層からの剥がれを防止することができる。

【0013】

また、上記した配線接続構造を誘電体薄膜キャパシタに用いてもよい。この場合、第１の配線層と第３の配線層との間に介在する第２の配線層の破断の防止により、第１の配線層と第３の配線層との間の相互拡散を確実に防止することができるため、第１の配線層と第３の配線層との間の相互拡散に起因する寄生抵抗の増大が生じず、等価直列抵抗（ＥＳＲ）が小さい誘電体薄膜キャパシタを提供することができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明の配線接続構造によれば、第１の配線層上に導電性の拡散防止膜を有する第２の配線層が形成されて、樹脂層に設けられたビア孔の一方の開口が第２の配線層上に配置される。すなわち、第１の配線層と第３の配線層との間の相互拡散を防止するための第２の配線層が、第１の配線層上に形成されることで、従来の配線接続構造の拡散防止膜のように、ビア孔の内壁に沿って薄く形成されることにより生じる屈曲部が形成されずに第２の配線層が平板状に形成される。このように、第２の配線層に屈曲部が形成されない構造にすることで、線膨張係数の違いにより、温度変化時に第２の配線層が樹脂層から応力を受けた場合であっても、第２の配線層が破断するのを防止することができる。

【0015】

また、第３の配線層が樹脂層のビア孔に覗く第２の配線層に接続されることで、第３の配線層が第２の配線層を介して第１の配線層に接続されるため、第２の配線層が破断すると、破断箇所で接触した第１の配線層と第３の配線層との間で相互拡散が進行し、これにより、接続部の電気抵抗の増加、接続強度の低下、並びに配線電極層の消失が生じるおそれがある。しかしながら、この構成によると、第２の配線層の破断を防止することができるため、第２の配線層が有する拡散防止膜により、第１の配線層と第３の配線層との間の相互拡散を確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の第１実施形態にかかる配線接続構造を有する誘電体薄膜キャパシタの概略断面図である。

【図2】図１の配線接続構造を説明するための図である。

【図3】図１の配線接続構造の製造方法を説明するための図である。

【図4】図１の配線接続構造の製造方法を説明するための図である。

【図5】本発明の第２実施形態にかかる配線接続構造を説明するための図である。

【図6】本発明の第３実施形態にかかる配線接続構造を説明するための図である。

【図7】従来の配線接続構造を説明するための断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態にかかる配線接続構造を有する電子部品の一例である誘電体薄膜キャパシタ１ついて、図１および図２を参照して説明する。なお、図１は第１実施形態にかかる配線接続構造を有する誘電体薄膜キャパシタの概略断面図、図２は図１のＡ領域の拡大図であり、誘電体薄膜キャパシタの配線接続構造を示す。

【0018】

この実施形態にかかる配線接続構造を有する誘電体薄膜キャパシタ１は、フォトダイオードに搭載されるものである。以下に、この誘電体薄膜キャパシタ１の製造方法の概略について、図１を参照して説明する。

【0019】

まず、低抵抗のＰ型半導体基板２を用意し、該半導体基板２の一方主面上に、熱酸化法によりＳｉＯ_２からなる拡散防止層３を形成する。拡散防止層３の厚みは、例えば７００ｎｍとする。

【0020】

次に、拡散防止層３上に、チタン酸バリウムストロンチウム（（Ｂｒ，Ｓｒ）ＴｉＯ_３；以下「ＢＳＴ」という）からなる密着層４、Ｐｔからなる下部電極層５、ＢＳＴからなる誘電体層６、Ｐｔからなる中間電極層７、ＢＳＴからなる誘電体層８、Ｐｔからなる上部電極層９、ＢＳＴからなる保護層１０を順に形成する。なお、層数はこれには限定されず、中間層７と誘電体層８とを省略して層数を減らしてもよく、逆に中間層７と誘電体層８とを更に追加して層数を増やしてもよい。

【0021】

密着層４は、例えば、拡散防止層３上に、Ｂａ：Ｓｒ：Ｔｉ＝７：３：１０のモル比からなるＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ；有機金属分解）原料をスピンコートし、乾燥させた後に、酸素雰囲気中、６５０℃で３０分間、高温昇温熱処理を行うことにより形成する。密着層４の厚みは、例えば５０ｎｍとする。

【0022】

下部電極層５は、例えば、Ｐｔをスパッタ法により成膜することにより形成する。下部電極層５の厚みは、例えば２００ｎｍとする。

【0023】

誘電体層６は、例えば、Ｂａ：Ｓｒ：Ｔｉ＝７：３：１０のモル比からなるＭＯＤ原料をスピンコートし、乾燥させた後に、酸素雰囲気中、６５０℃で１０分間、高温昇温熱処理を行うことにより形成する。誘電体層６の厚みは、例えば１００ｎｍとする。

【0024】

中間電極層７は、下部電極層５と同じ形成方法で同じ厚みに形成する。

【0025】

誘電体層８は、誘電体層６と同じ形成方法で、同じ厚みに形成する。

【0026】

上部電極層９は、下部電極層５や中間電極層７と同じ形成方法で、同じ厚みに形成する。

【0027】

保護層１０は、例えば、Ｂａ：Ｓｒ：Ｔｉ＝７：３：１０のモル比からなるＭＯＤ原料をスピンコートし、乾燥させた後に、酸素雰囲気中、６５０℃で６０分間、高温昇温熱処理を行うことにより形成する。保護層１０の厚みは、例えば１００ｎｍとする。

【0028】

次に、フォトリソプロセスとイオンミリング法を用いて保護層１０と上部電極層９とを加工する。続いて、同じくフォトリソプロセスとイオンミリング法を用いて誘電体層８と中間電極層７とを加工する。更に続いて、同じくフォトリソプロセスとイオンミリング法を用いて誘電体層６と下部電極層５と密着層４を加工する。この結果、半導体基板２上に形成された拡散防止層３上に、キャパシタ部１１が形成される。

【0029】

続いて、キャパシタ部１１のＢＳＴからなる誘電体層６，８の結晶性を高め、誘電率を向上させるために、酸素雰囲気中、８５０℃で３０分間、熱処理を行う。

【0030】

次に、キャパシタ部１１が形成された半導体基板２の拡散防止層３上に、同じくＳｉＯ_２からなる無機絶縁層１２を形成する。無機絶縁層１２は、保護層と絶縁層の機能を有する。無機絶縁層１２は、例えば、スパッタ法により形成し、その厚みを、１０００ｎｍとする。

【0031】

続いて、無機絶縁層１２上に、感光性のＰＢＯ（ポジベンゾオキサゾール）を塗布、露光、現像し、例えば、窒素雰囲気中、３２０℃で硬化し、所望のパターン形状からなる第１の有機絶縁層１３を形成する。第１の有機絶縁層１３の厚みは、例えば６０００ｎｍとする。

【0032】

次に、上記した所望のパターン形状に形成された第１の有機絶縁層１３をマスクとして、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法を用いて、無機絶縁層１２と拡散防止層３とを加工し、半導体基板２に至る開口部１４ａを形成する。また、キャパシタ部１１部分の無機絶縁層１２と誘電体層６とを加工し、下部電極層５に至る開口部１４ｂを形成する。更に、キャパシタ部１１部分の無機絶縁層１２と保護層１０とを加工し、上部電極層９に至る開口部１４ｃを形成する。

【0033】

次に、無機絶縁層１２および第１の有機絶縁層１３上に、Ｃｕ／Ｔｉ層からなる第１の引き出し電極層１５を形成する。第１の引き出し電極層１５は、第１の有機絶縁層１３、無機絶縁層１２、誘電体層６を貫通して形成された開口部１４ｂ内にも形成され、キャパシタ部１１の下部電極層５と接続している。また、別の第１の引き出し電極層１５は、第１の有機絶縁層１３、無機絶縁層１２、保護層１０を貫通して形成された開口部１４ｃ内にも形成され、キャパシタ部１１の上部電極層９と接続している。具体的には、第１の引き出し電極層１５は、例えば、スパッタ装置で、１００ｎｍのＴｉ層、１０００ｎｍのＣｕ層の積層構造を形成し、フォトリソプロセスとウェットエッチングにより、所望のパターン形状に形成する。なお、図１では、見やすくするため、下層のＴｉ層と上層のＣｕ層を１層で示している。

【0034】

次に、開口部１４ａの底面にリフトオフ法を用いて、３００ｎｍのＡｕからなる第１の配線層１６を形成する。

【0035】

次に、第１の引き出し電極層１５及び第１の有機絶縁層１３上に、感光性のＰＢＯを塗布、露光、現像し、所望のパターン形状からなる第２の有機絶縁層１７（本発明の「樹脂層」に相当）を形成する。第２の有機絶縁層１７には、該第２の有機絶縁層１７を貫通して、第１の配線層１６に至る開口部１８ａと、第１の引き出し電極層１５に至る開口部１８ｂと、同じく第１の引き出し電極層１５に至る開口部１８ｃとが形成されている。第２の有機絶縁層１７の厚みは、例えば６０００ｎｍとする。

【0036】

次に、第２の有機樹脂層１７上に、Ｃｕからなる第３の配線層１９を形成する。第３の配線層１９は、第２の有機絶縁層１７を貫通して形成された開口部１８ｂ、１８ｃ内にも形成され、第１の引き出し電極層１５と接続している。また、第３の配線層１９は、開口部１８ａ内にも形成され、後述する第２の配線層２０を介して、第１の配線層１６に接続している。具体的には、第３の配線層１９は、例えば、スパッタ装置で、１０００ｎｍのＣｕからなる配線電極膜１９ａを形成し、フォトリソプロセスとウェットエッチングにより、所望のパターン形状に形成する。なお、本発明の第１実施形態にかかる配線接続構造である、第１、第２、第３の配線電極１６，２０，１９の接続構造については、その製造方法も含めて後に詳述する。

【0037】

次に、フォトリソプロセスによりレジストを形成して、第３の配線層１９の配線電極膜１９ａ上に、めっきにより、２００ｎｍの下層Ｎｉ、１００ｎｍの上層Ａｕの２層構造からなる外部電極２１を形成する。

【0038】

次に、外部電極２１の表面を外部に露出させた状態で、第３の配線層１９の配線電極膜１９ａおよび第２の有機絶縁層１７上に、ＰＢＯからなる第３の有機絶縁層２２を形成する。具体的には、第２の有機絶縁層１７上に感光性のＰＢＯを塗布、露光、現像し、例えば、窒素雰囲気中、３２０℃で硬化し、所望のパターン形状からなる第３の有機絶縁層２２を形成する。

【0039】

最後に、半導体基板２の他方主面に、裏面電極２３を形成して誘電体薄膜キャパシタ１を製造する。なお、裏面電極２３は、例えば蒸着により形成された３００ｎｍのＡｕ層からなる。

【0040】

（配線接続構造）
次に、図１のＡ領域に示す第１の配線層１６と第３の配線層１９との接続配線構造について、図１および図２を参照して説明する。

【0041】

この実施形態では、上記したように、第１の配線層１６がＡｕ（本発明の「第１金属」に相当）で形成されるとともに、第３の配線層１９の配線電極膜１９ａがＣｕにより形成されている。ところで、ＡｕとＣｕは相互拡散係数が高いため、第１の配線層１６と第３の配線層１９とを直接接続すると、その接続界面でＡｕとＣｕとが相互拡散してＡｕとＣｕとの合金が生成し、この合金により、前記接続界面で電気抵抗が上昇したり、接続強度が低下したりする。また、誘電体薄膜キャパシタ１においては、この合金の生成によりＥＳＲが増大したり、所望の容量が得られにくくなるため好ましくない。そこで、この実施形態では、第１の配線層１６と第３の配線層１９との間の配線接続構造に関し、両配線層１６，１９の相互拡散を防止することで、誘電体薄膜キャパシタ１のＥＳＲ特性や容量特性などを高精度に設計することができるように構成されている。

【0042】

この配線接続構造は、図２に示すように、半導体基板２の一方主面上にＴｉ、Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ合金のいずれか（この実施形態ではＴｉ）により形成された導電性の基板側密着層２４と、該基板側密着層２４上に形成された第１の配線層１６と、該第１の配線層１６上に形成された第２の配線層２０と、該第２の配線層２０上に一方の開口が配置される開口部１８ａ（本発明の「ビア孔」に相当）を有し、半導体基板２の一方主面、第１の配線層１６および第２の配線層２０を被覆する第２の有機絶縁層１７と、第２の有機絶縁層１７に積層された第３の配線層１９とを備え、第１の配線層１６が第２の配線層２０を介して第３の配線層１９に接続される構造である。

【0043】

具体的には、半導体基板２の一方主面に形成された基板側密着層２４は、半導体基板２と第１の配線層１６の密着強度を向上する層として機能する。

【0044】

また、第１の配線層１６上に形成された第２の配線層２０は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ合金のいずれか（この実施形態ではＴｉ）により形成された導電性の拡散防止膜２０ａからなり、この実施形態では、拡散防止膜２０ａが第１の配線層１６からはみ出さずに、平面視で第１の配線層１６に収まる範囲内に形成されている。このとき、第２の配線層２０の拡散防止膜２０ａは、第１の配線層１６上に形成されることで平板状になるため、図７に示す従来の配線接続構造の拡散防止膜１０３のような屈曲部１０３ａが形成されない。なお、拡散防止膜２０ａは、第１の配線層１６と第３の配線層１９との間の相互拡散を防止する膜として機能する。また、第３の配線層１９の配線電極膜１９ａを、Ａｌ（Ｃｕ、Ａｌが本発明の「第２金属」に相当）で形成してもよく、この場合も、拡散防止膜２０ａは、第１の配線層１６のＡｕと、Ａｌとの相互拡散を防止する膜として機能する。なお、拡散防止膜２０ａは、必ずしも、平面視で第１の配線層１６に収まる範囲内に形成する必要はなく、第１の配線層１６および基板側密着層２４を被覆するように、半導体基板２に跨って形成されていてもよい。

【0045】

また、この実施形態における第２の有機絶縁層１７に形成された開口部１８ａは、その一方の開口である下側開口１８ａ１が、拡散防止膜２０ａ上に配置される。すなわち、開口部１８ａの下側開口１８ａ１は、その輪郭が平面視で拡散防止膜２０ａに収まる範囲内に形成される。また、開口部１８ａの他方の開口である上側開口１８ａ２は、その径が下側開口１８ａ１の径よりも大きく形成されており、第２の有機絶縁層１７の開口部１８ａが紙面下側に向けて先細りのテーパ状に形成され、この開口部１８ａにより、拡散防止膜２０ａの一部が露出している。なお、開口部１８ａの下側開口１８ａ１の径は、平面視で拡散防止膜２０ａに収まる範囲内であれば、適宜、変更可能である。

【0046】

第３の配線層１９の配線電極膜１９ａは、第２の有機絶縁層１７の開口部１８ａに覗く拡散防止膜２０ａに接続される。このとき、開口部１８ａ内の配線電極膜１９ａは、図２に示すように、当該開口部１８ａの内壁および開口部１８ａから露出した拡散防止膜２０ａに沿うように屈曲形成される。そして、配線電極膜１９ａの上面が第３の有機絶縁層２２により被覆される。

【0047】

このように構成された配線接続構造では、拡散防止膜２０ａが、従来の構造の拡散防止膜１０３のような屈曲部１０３ａがない平板状に形成されるため、線膨張係数の違いから、温度変化時に拡散防止膜２０ａが第２の有機絶縁層１７から応力を受けた場合であっても、拡散防止膜２０ａが破断（例えば、図７の拡散防止膜１０３の屈曲部１０３ａでの破断）するのを防止することができる。

【0048】

（配線接続構造の製造方法）
次に、上記した配線接続構造の製造方法について、図３および図４を参照して説明する。なお、図３および図４それぞれは、この配線接続構造の製造方法を説明するための図であり、図３（ａ）〜（ｆ）はその各工程、図４（ａ）および（ｂ）は図３（ｆ）に続く各工程を示す。

【0049】

まず、図３（ａ）に示すように、Ｓｉを主成分とする低抵抗の半導体基板２を用意して、該半導体基板２の一方主面の所定領域（基板側密着層２４および第１の配線層１６の形成領域）が露出するように開口したリフトオフ用レジストパターン２５ａをフォトリソグラフィ技術などを用いて形成する。

【0050】

次に、図３（ｂ）に示すように、リフトオフ用レジストパターン２５ａの上側に、真空蒸着法によりＴｉ電極を成膜し、その後、同じく真空蒸着法によりこのＴｉ電極上にＡｕ電極を成膜する。

【0051】

次に、図３（ｃ）に示すように、リフトオフ用レジストパターン２５ａを除去することで、リフトオフにより、Ｔｉ電極からなる基板側密着層２４およびＡｕ電極からなる第１の配線層１６を形成する。

【0052】

次に、図３（ｄ）に示すように、半導体基板２の一方主面、基板側密着層２４および第１の配線層１６を被覆するようにリフトオフ用レジストパターン２５ｂをフォトリソフラフィ技術などを用いて形成する。このとき、リフトオフ用レジストパターン２５ｂに、平面視（上面視）で第１の配線層１６の上面（基板側密着層２４との対向面の反対面）に収まる範囲内で開口部２５ｂ１を形成する。なお、第２の配線層２０を第１の配線層１６の上面の範囲を超えて形成する場合は、第１の配線層１６の上面の全体が露出するように、開口部２５ｂ１の径を広げて形成するとよい。

【0053】

次に、図３（ｅ）に示すように、図３（ｂ）および（ｃ）と同じ要領で、真空蒸着法によりＴｉ電極を成膜して、リフトオフにより、Ｔｉ電極からなる第２の配線層２０の拡散防止膜２０ａを形成する。このとき、拡散防止膜２０ａの膜厚を８０ｎｍ程度に形成する。

【0054】

次に、図３（ｆ）に示すように、半導体基板２、基板側密着層２４、第１の配線層１６、拡散防止膜２０ａを被覆する第２の有機絶縁層１７を形成する。このとき、第２の有機絶縁層１７に、その一方の開口である下側開口１８ａ１が拡散防止膜２０ａ上に配置された開口部１８ａをフォトリソグラフィ技術などを用いて形成する。なお、第２の有機絶縁層１７を形成する材料としてＰＢＯ樹脂を使用する。また第２の有機絶縁層１７形成時の硬化処理は、例えば、３２０℃、３０分の環境下で行う。

【0055】

このように形成された第２の有機絶縁層１７の開口部１８ａは、他方の開口である上側開口１８ａ２の径が、下側開口１８ａ１の径よりも大きく形成されることで、紙面下側に向かうに連れて先細りしたテーパ状に形成される。そして、拡散防止膜２０ａは、その上面（第１の配線層１６との対向面の反対面）の周縁が第２の有機絶縁層１７により被覆された状態で、残りの部分が第２の有機絶縁層１７から露出する。

【0056】

次に、図４（ａ）に示すように、スパッタ法により、第２の有機絶縁層１７の上面の全面（開口部１８ａ内を含む）に渡ってＣｕ電極を成膜し、フォトリソグラフィ技術を用いて、第３の配線層１９を形成する配線電極膜１９ａのパターンニングを行う。このとき、Ｃｕ電極の膜厚を１０００ｎｍ程度に形成する。このように配線電極膜１９ａを形成することで、第３の配線層１９（配線電極膜１９ａ）が、第２の有機絶縁層１７の開口部１８ａに覗く第２の配線層２０（拡散防止膜２０ａ）に接続される。

【0057】

次に、図４（ｂ）に示すように、配線電極膜１９ａを被覆する第３の有機絶縁層２２をフォトリソグラフィ技術などを用いて形成し、３２０℃、３０分の環境下で第３の有機絶縁層２２の樹脂を硬化させて本実施形態の配線接続構造を得る。このとき、第３の有機絶縁層２２を形成する材料として、第２の有機絶縁層１７と同じＰＢＯ樹脂を使用する。

【0058】

したがって、上記した実施形態によれば、第１の配線層１６上に導電性の第２の配線層２０の拡散防止膜２０ａが形成されて、第２の有機絶縁層１７に設けられた開口部１８ａの一方の下側開口１８ａ１が拡散防止膜２０ａ上に配置される。すなわち、第１の配線層１６と第３の配線層１９の配線電極膜１９ａとの間の相互拡散を防止するための拡散防止膜２０ａが、第２の有機絶縁層１７の形成前に、第１の配線層１６上に形成されることで、図７に示した従来の配線接続構造の拡散防止膜１０３のように、ビア孔（開口部１０２ａ）の内壁に沿って薄く形成されることにより生じる屈曲部１０３ａが形成されずに拡散防止膜２０ａが平板状に形成される。このように、第２の配線層２０の拡散防止膜２０ａに屈曲部がない構造にすることで、線膨張係数の違いにより、温度変化時に第２の配線層２０が第２の有機絶縁層１７から応力を受けた場合や、第２の有機絶縁層１７が吸湿により膨張して第２の配線層２０が第２の有機絶縁層１７から応力を受けた場合であっても、第２の配線層２０が破断するのを防止することができる。

【0059】

また、第３の配線層１９の配線電極膜１９ａが第２の有機絶縁層１７の開口部１８ａに覗く第２の配線層２０の拡散防止膜２０ａに接続されることで、配線電極膜１９ａが拡散防止膜２０ａを介して第１の配線層１６に接続されるため、拡散防止膜２０ａが破断すると、その破断箇所で第１の配線層１６のＡｕと第３の配線層１９の配線電極膜１９ａのＣｕとの間の相互拡散が進行して、接続部の電気抵抗の増加、接続強度の低下、並びに配線電極層の消失が生じるおそれがある。しかしながら、この実施形態にかかる配線接続構造によると、拡散防止膜２０ａを屈曲部のない平板状に形成することで、拡散防止膜２０ａの破断を防止することができるため、当該拡散防止膜２０ａにより、第１の配線層１６と第３の配線層１９の配線電極膜１９ａとの間の相互拡散を確実に防止することができる。

【0060】

また、第２の配線層２０の拡散防止膜２０ａは、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ合金のいすれかで形成されるが、これらの金属または合金はいずれも、第１の配線層１６を形成するＡｕ電極と、ＣｕまたはＡｌのいずれかにより形成された第３の配線層１９の配線電極膜１９ａとの間の相互拡散および合金の生成を阻止する機能を有するため、第１の配線層１６と第３の配線層１９の配線電極膜１９ａとの間の相互拡散を防止する拡散防止膜に用いる材料として好適である。

【0061】

また、本実施形態にかかる配線接続構造を誘電体薄膜キャパシタ１に用いることで、第１の配線層１６のＡｕと第３の配線層１９の配線電極膜１９ａのＣｕ（または、Ａｌ）との間の相互拡散を確実に防止することができるため、第１の配線層１６と第３の配線層１９との間の相互拡散による寄生抵抗の増大が生じず、等価直列抵抗（ＥＳＲ）が小さい誘電体薄膜キャパシタ１を提供することができる。

【0062】

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態にかかる配線接続構造について、図５を参照して説明する。なお、図５はこの実施形態にかかる配線接続構造を説明するための図であり、第１実施形態にかかる配線接続構造を説明するために参照した図２に対応する図である。

【0063】

この実施形態にかかる配線接続構造が、図１および図２を参照して説明した第１実施形態の配線接続構造と異なるところは、第３の配線層１９が、第２の有機絶縁層１７上（開口部１８ａ内を含む）に積層された下側密着層１９ｂと、該下側密着膜１９ｂ上に積層された配線電極膜１９ａと、該配線電極膜１９ａ上に積層された上側密着膜１９ｃとからなる多層構造で形成されている点である。その他の構成は、第１実施形態の配線接続構造と同じであるため、同一符号を付すことにより説明を省略する。なお、上側密着膜１９ｃおよび下側密着膜１９ｂそれぞれが、本発明における「密着膜」に相当する。

【0064】

この場合、上側、下側密着膜１９ｂ，１９ｃそれぞれは、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ合金のいずれかで形成される。ところで、第１実施形態では、第３の配線層１９の配線電極膜１９ａが、第２の有機絶縁層１７および第３の有機絶縁層２２に接触した状態で形成されているが、配線電極膜１９ａを形成するＣｕ（または、Ａｌ）は、第２、第３の有機絶縁層１７，２２を形成するＰＢＯ樹脂との密着性が比較的低いため、温度変化時に発生する内部応力などでＰＢＯ樹脂（第２、第３の有機絶縁層１７，２２）と配線電極膜１９ａの接触界面で剥離が生じる場合がある。これに対し、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ合金のいずれも、配線電極膜１９ａを形成する金属と比較して、第２、第３の有機絶縁層１７，２２を形成するＰＢＯ樹脂との密着性が高い。そこで、第３の配線層１９の第２の有機絶縁層１７に接触する部分に下側密着膜１９ｂを配置するとともに、第３の有機絶縁層２２に接触する部分に上側密着膜１９ｃを配置することで、第３の配線層１９と、第２または第３の有機絶縁層１７，２２の接触界面での剥離を防止することができる。

【0065】

＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態にかかる配線接続構造について、図６を参照して説明する。なお、図６はこの実施形態にかかる配線接続構造を説明するための図であり、第１実施形態にかかる配線接続構造を説明するために参照した図２に対応する図である。

【0066】

この実施形態にかかる配線接続構造が、図１および図２を参照して説明した第１実施形態の配線接続構造と異なるところは、図６に示すように、第２の配線層２０が、拡散防止膜２０ａと、該拡散防止膜２０ａ上に積層された酸化防止膜２０ｂとの多層構造で形成されている点である。その他の構成は、第１実施形態の配線接続構造と同じであるため、同一符号を付すことにより説明を省略する。

【0067】

この場合、第２の配線層２０の酸化防止膜２０ｂがＣｕで形成される。ところで、第１実施形態の第２の配線層２０は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ合金のいずれかで形成された拡散防止膜２０ａのみの単層構造で形成されているが、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ合金のいずれも、Ｃｕと比較して酸化しやすい。したがって、例えば、第２の有機絶縁層１７の硬化時の温度で、拡散防止膜２０ａにおける第２の有機絶縁層１７の開口部１８ａから露出した部分が酸化する場合があり、このような場合には、拡散防止膜２０ａの酸化した部分で寄生抵抗成分が生じて、誘電体薄膜キャパシタ１の特性に影響を及ぼすおそれがある。

【0068】

そこで、拡散防止膜２０ａが第２の有機絶縁層１７の開口部１８ａから露出しないように、拡散防止膜２０ａをＣｕからなる酸化防止膜２０ｂで被覆することで、前記寄生抵抗成分が発生するのを防止することができる。

【0069】

なお、この実施形態では、第２の配線層２０が、平面視（上面視）で第１の配線層１６からはみ出さないように注意する必要がある。第２の配線層２０が第１の配線層１６からはみ出した状態で形成されると、該第１の配線層１６の上面と半導体基板２の一方主面との段差により、第１の配線層１６の周縁付近の第２の配線層２０が不連続になり、第２の配線層２０の酸化防止膜２０ｂのＣｕと第１の配線層１６のＡｕとが接触して、両金属間の相互拡散が生じるおそれがあるからである。

【0070】

なお、本発明は上記した各実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、上記したもの以外に種々の変更を行なうことが可能であり、例えば、上記した第２実施形態の配線接続構造と第３実施形態の配線接続構造とを組み合わせてもかまわない。このようにすると、第３の配線層１９と、第２および第３の有機絶縁層１７，２２との密着性を向上しつつ、第２の配線層２０の拡散防止膜２０ａの酸化を防止することができる配線接続構造を提供することができる。

【0071】

また、上記した各実施形態では、第１の配線層１６をＡｕにより形成し、第３の配線層１９の配線電極膜１９ａをＣｕまたはＡｌのいずれかにより形成した場合について説明したが、第１の配線層１６を形成する金属および第３の配線層１９の配線電極膜１９ａを形成する金属の関係は、逆であってもかまわない。すなわち、第１の配線層１６を、ＣｕまたはＡｌのいずれかにより形成し、第３の配線層１９の配線電極膜１９ａをＡｕで形成するように構成してもかまわない。この場合も、各実施形態と同様の効果が得られる。

【0072】

また、本発明は、Ａｕ電極と、ＣｕまたはＡｌのいずれかで形成される電極とを接続する種々の配線接続構造に適用することができる。

【符号の説明】

【0073】

１ 誘電体薄膜キャパシタ
２ 半導体基板
１６ 第１の配線層
１７ 第２の有機絶縁層（樹脂層）
１８ａ 開口部（ビア孔）
１８ａ１ 下側開口（一方の開口）
１９ 第３の配線層
１９ａ 配線電極膜
１９ｂ 下側密着膜（密着膜）
１９ｃ 上側密着膜（密着膜）
２０ 第２の配線層
２０ａ 拡散防止膜

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】