特許 7390323 多層配線構造体及び多層配線構造体を用いた半導体装置

(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】

(24)【登録日】2023-11-22

(45)【発行日】2023-12-01

(54)【発明の名称】多層配線構造体及び多層配線構造体を用いた半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H05K 3/46 20060101AFI20231124BHJP

   H01L 23/12 20060101ALI20231124BHJP

【ＦＩ】

H05K3/46 T

H05K3/46 Z

H01L23/12 N

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021003112

(22)【出願日】2021-01-12

(62)【分割の表示】P 2019144914の分割

【原出願日】2015-07-01

(65)【公開番号】P2021061446

(43)【公開日】2021-04-15

【審査請求日】2021-01-12

【審判番号】

【審判請求日】2022-12-01

(73)【特許権者】

【識別番号】000002897

【氏名又は名称】大日本印刷株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000408

【氏名又は名称】弁理士法人高橋・林アンドパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】高野 貴正

(72)【発明者】

【氏名】工藤 寛

【合議体】

【審判長】山澤 宏

【審判官】野崎 大進

【審判官】山内 裕史

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－２４６１４４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

H05K 3/46

H01L 23/12

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の配線層及び前記複数の配線層の各々を絶縁する複数の絶縁層を含み、第１領域及び前記第１領域に隣接する第２領域を備え、前記第１領域に設けられた多層配線回路を備えた多層配線構造体であって、
前記複数の絶縁層は、前記第１領域から前記第２領域に延びており、
前記複数の配線層のうち一部の複数の配線層は、前記第１領域に設けられ、前記第２領域には存在せず、前記複数の配線層のうち他の複数の配線層は、前記第１領域及び前記第２領域に設けられ、前記一部の複数の配線層は前記第１領域と前記第２領域との境界付近に端部を有し、前記第２領域の前記配線層の層数は前記第１領域の前記配線層の層数よりも少なく、
前記第２領域において、前記一部の前記配線層の上下に位置する前記複数の絶縁層の各々は接している、多層配線構造体。

【請求項2】

複数の配線層及び前記複数の配線層の各々を絶縁する複数の絶縁層を含み、第１領域及び前記第１領域によって囲まれた第２領域を備え、前記第１領域に設けられた多層配線回路を備えた多層配線構造体であって、
前記複数の絶縁層は、前記第１領域から前記第２領域に延びており、
前記複数の配線層のうち一部の複数の配線層は、前記第１領域に設けられ、前記第２領域には存在せず、前記複数の配線層のうち他の複数の配線層は、前記第１領域及び前記第２領域に設けられ、前記一部の複数の配線層は前記第１領域と前記第２領域との境界付近に端部を有し、前記第２領域の前記配線層の層数は前記第１領域の前記配線層の層数よりも少なく、
前記第２領域において、前記一部の前記配線層の上下に位置する前記複数の絶縁層の各々は接している、多層配線構造体。

【請求項3】

前記複数の絶縁層の少なくとも一部の絶縁層は、有機絶縁層を含む、請求項１又は２に記載の多層配線構造体。

【請求項4】

前記複数の絶縁層の少なくとも一部の絶縁層は、無機絶縁層を含む、請求項１乃至３のいずれか一に記載の多層配線構造体。

【請求項5】

請求項１乃至４のいずれか一に記載の多層配線構造体を有する半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は多層配線構造体に関し、開示される一実施形態は基板と多層配線構造体との積層構造に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、集積回路の高性能化に伴い、集積回路はより複雑化し、集積回路を構成するトランジスタなどの素子数は増加している。素子数の増加に伴い、素子間を接続する配線の配置も複雑になり、集積回路基板における配線の占める面積が増加している。そこで、集積回路基板において、配線の平面方向の占有面積をできる限り小さくするため、複数の配線を積層させ、立体的に配線を引き回す多層配線技術の開発が進められている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００６－１７３３３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、配線が積層された領域と、配線が配置されず、積層された配線間を絶縁する絶縁層のみが積層された領域と、では、熱サイクル（熱処理工程）における各層の熱膨張率に差が生じる。この熱膨張率の差によって、上記の配線が積層された領域と絶縁層のみが積層された領域との境界付近に内部応力が集中し、その内部応力によってクラックが生じる課題があった。

【0005】

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、クラックの発生を抑制し、高い生産歩留まりが得られる多層配線構造体を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一実施形態に係る多層配線構造体は、基板上に設けられた複数の第１配線層と複数の第１配線層の各々を絶縁する複数の第１絶縁層とを含む第１領域と、第１領域に隣接し、複数の第１配線層の体積密度よりも小さい第２配線層と、複数の第１絶縁層の各々と同一層である複数の第２絶縁層とを含む第２領域と、第２領域及び前記基板の端部に隣接し、複数の第１絶縁層の各々と同一層であり、各々が接して積層されている複数の第３絶縁層とを含む第３領域とを含む。

【0007】

このような構造とすることで、配線層間の絶縁層中の応力が緩和され、クラックの発生を抑制し、高い生産歩留まりが得られる多層配線構造体を提供することができる。

【0008】

本発明の一実施形態に係る多層配線構造体の第２配線層は、第１領域から延長された第１配線を含む。

【0009】

このような構造とすることで、配線層間の絶縁層中の応力が緩和され、クラックの発生を抑制し、高い生産歩留まりが得られる多層配線構造体を提供することができる。

【0010】

本発明の一実施形態に係る多層配線構造体の第２配線層は、多層配線回路と電気的に独立し、複数の第１配線層のうち少なくとも１層と同一層に配置される疑似配線層を更に含む。

【0011】

このような構造とすることで、配線層間の絶縁層中の応力が緩和され、クラックの発生を抑制し、高い生産歩留まりが得られる多層配線構造体を提供することができる。

【0012】

本発明の一実施形態に係る多層配線構造体の第２配線層は、多層配線回路と電気的に独立し、複数の第１配線層のうち少なくとも１層と同一層に配置される疑似配線層である。

【0013】

このような構造とすることで、配線層間の絶縁層中の応力が緩和され、クラックの発生を抑制し、高い生産歩留まりが得られる多層配線構造体を提供することができる。

【0014】

また、別の好ましい態様において、疑似配線層は、複数の離散的に配置された配線であってもよい。

【0015】

このような構造とすることで、配線層間の絶縁層中の応力を更に緩和しやすくなる。

【0016】

また、別の好ましい態様において、複数の離散的に配置された複数の配線層の占有面積率は、１０％以上８０％以下であってもよい。

【0017】

このような構造とすることで、配線層間の絶縁層中の応力を更に緩和しやすくなる。

【0018】

また、別の好ましい態様において、第１絶縁層、第２絶縁層、及び第３絶縁層は、有機絶縁層を含んでもよい。

【0019】

このような構造とすることで、配線層間の絶縁層の平坦性が良好となり、配線層間の絶縁層と配線間の剥離に対する耐性が向上する。

【0020】

また、別の好ましい態様において、第１絶縁層、第２絶縁層及び第３絶縁層は、無機絶縁層を含んでもよい。

【0021】

このような構造とすることで、配線層の導電材料の拡散を抑えることができる。

【0022】

また、別の好ましい態様において、第２領域は、第１領域との境界から５μｍの領域を含んでもよい。

【0023】

このような構造とすることで、配線層間の絶縁層中の応力を効率的に緩和することができる。

【0024】

また、別の好ましい態様において、第１配線層、第２配線層及び疑似配線層は、複数の導電層による積層構造であってもよい。

【0025】

このような構造とすることで、電気抵抗の低い金属材料を選択して配線全体の抵抗を低く抑えることができ、更に当該電気抵抗の低い金属材料に対するバリア性を有する金属材料を組み合わせることで、多層配線構造体内での金属の拡散を防止することができる。

【0026】

本発明の一実施形態に係る半導体装置は本発明の一実施形態に係る多層配線構造体を有する。

【0027】

配線層と配線層間の絶縁層との間で剥離が生じにくくなり、信頼性の向上した多層配線構造体を有する半導体装置を提供することができる。

【発明の効果】

【0028】

本発明によると、クラックの発生を抑制し、高い生産歩留まりが得られる多層配線構造体を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】本発明の一実施形態に係る多層配線構造体の上面を示す模式図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る多層配線構造体の断面を示す模式図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る多層配線構造体の断面を示す模式図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る多層配線構造体の断面を示す模式図である。

【図5】本発明の一実施形態に係る多層配線構造体の断面を示す模式図である。

【図6】本発明の一実施形態に係る多層配線構造体の断面を示す模式図である。

【図7】本発明の一実施形態に係る多層配線構造体の断面を示す模式図である。

【図8】本発明の一実施形態に係る多層配線構造体の平面を示す模式図である。

【図9】本発明の一実施形態に係る多層配線構造体の平面を示す模式図である。

【図10】本発明の一実施形態に係る多層配線構造体の平面を示す模式図である。

【図11】本発明の多層配線構造体における第２領域に配置される疑似的な配線の配置例である。

【図12】比較例による多層配線構造体の上面を示す模式図である。

【図13】比較例による多層配線構造体において、配線層と絶縁層との剥離を示す平面写真である。

【図14A】比較例による多層配線構造体において、配線層と絶縁層との剥離を示す断面写真である。

【図14B】図１４Ａの断面写真の拡大した写真である。

【図15】多層配線構造体における第１領域に配置される配線の配置例である。

【図16】本発明に係る実験に用いた多層配線構造体の構造を説明する図である。

【図17】本発明に係る実験結果を説明するグラフである。

【図18】本発明に係る実験に用いた多層配線構造体の、疑似的な破線のパターンを説明する図である。

【図19】本発明に係る実験結果を説明するグラフである。

【図20】本発明に係る実験結果を説明するグラフである。

【図21】本発明に係る実験結果を説明するグラフである。

【図22】本発明に係る実験に用いた多層配線構造体を説明する図である。

【図23】本発明に係る実験に用いた多層配線構造体を説明する図である。

【図24】本発明に係る実験結果を説明するグラフである。

【図25】本発明に係る実験結果を説明するグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下、図面を参照して、本発明の多層配線構造を詳細に説明する。なお、本発明の多層配線構造は以下の実施形態に限定されることはなく、種々の変形を行ない実施することが可能である。全ての実施形態においては、同じ構成要素には同一符号を付して説明する。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なったり、構成の一部が図面から省略されたりする場合がある。

【0031】

＜第１実施形態＞
以下、図１乃至図３を参照して、本発明の第１実施形態に係る多層配線構造体の構成について説明する。

【0032】

［多層配線構造体の構成］
図１は、本発明の第１実施形態に係る多層配線構造体の平面図であり、基板１００の端部付近を示している。本実施形態による多層配線構造体は、基板１００平面上に３つの領域が配置されることを特徴とし、それぞれの領域を第１領域３０１、第２領域３０２及び第３領域３０３と呼ぶ。第２領域３０２は第１領域に隣接し、第３領域は第２領域及び基板１００の端部に隣接している。換言すると、第２領域３０２は、第１領域３０１及び第３領域３０３の間に配置され、第１領域３０１及び第３領域３０３を隔てている。更に換言すると、第２領域３０２は、第１領域３０１及び第３領域３０３の間に配置され、第１領域３０１及び第３領域３０３を画定し、第１領域３０１及び第３領域３０３を分離している。

【0033】

第１領域３０１には、多層配線回路が配置される。第２領域３０２には、第１領域に配置された多層配線回路の配線層の一部が延長されて配置されている。第３領域３０３には、配線層は配置されておらず、第１領域３０１と同一層である複数の絶縁層の各々が接して積層されている。

【0034】

図２及び図３は、それぞれ、図１のＡ－Ｂ及びＣ－Ｄに沿った多層配線構造体の断面図である。図１のＡ－Ｂは第１領域３０１であり、Ｃ－Ｄは、第１領域３０１、第２領域３０２及び第３領域３０３に亘る。図２及び図３において、Ｄ１は基板平面内の一方向、Ｄ２はＤ１に直交する基板平面内の一方向、そして、Ｄ３は基板の厚さ方向である。

【0035】

図２に示すＡ－Ｂに沿った断面図を参照すると、基板１００上に第１乃至第５配線層（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）と、第１乃至第５配線層の各配線層を隔離する第１乃至第４絶縁層（１１９、１２９、１３９、１４９）と、第１乃至第５配線層（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）のうち隣接する配線層を接続する第１乃至第４ビア（１９１、１９２、１９３、１９４）と、を有する多層配線構造が形成されている。基板１００と多層配線構造の最下層の配線層である第１配線層１１０との間には、基板１００と第１配線層１１０とを隔離する絶縁性の下地層１０１が形成され、第１配線層１１０と基板１００とが電気的に絶縁されている。

【0036】

第５配線層１５０は、第５絶縁層１５９に設けられた開口部１８５を介して、最上層の第６配線層１６０に接続される。

【0037】

一方、図３は、図１のＣ－Ｄに沿った断面図を示しており、Ｃ－Ｄは基板１００の端部付近における第１領域３０１、第２領域３０２及び第３領域を通る。図２と図３の配線層及び絶縁層おいて、同一層には同じ符号を付与した。図３を参照すると、第１領域３０１には、第１乃至第５配線層（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）と、第１乃至第５配線層（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）の各々を隔離する第１乃至第４絶縁層（１１９、１２９、１３９、１４９）と、第５配線層１５０の上部に配置される第５絶縁層１５９とを有する多層配線回路が配置されている。第１乃至第５配線層（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）は、例えば電源電位や共通電位を供給するための配線である。本実施形態では各配線層の層構造の好ましい例として、配線材料としては銅（Ｃｕ）、絶縁層としては、ポリイミド／酸化ケイ素（ＳｉＯ）／窒化ケイ素（ＳｉＮ）の三層構造を用いている。

【0038】

第２領域３０２には、第１領域３０１の第１乃至第５配線層（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）の内、第１配線層１１０及び第２配線層１２０が延長されて配置されている。そして、第１領域３０１から延長された第１乃至第５絶縁層（１１９、１２９、１３９、１４９、１５９）が積層して配置され、第１絶縁層１１９は、延長された第１配線層１１０及び第２配線層１２０を隔離している。

【0039】

第３領域３０３には、配線層が配置されておらず、第１領域３０１の第１乃至第５絶縁層（１１９、１２９、１３９、１４９、１５９）の各々と同一層の絶縁層が接して積層されている。

【0040】

第２領域３０２においては、第１領域３０１よりも配線層の数が少ないことに起因して、最上層の第５絶縁層１５９の高さは第１領域３０１よりも低く形成されている。

【0041】

更に、第３領域３０３においては、配線層が配置されないため、最上層の第５絶縁層１５９の高さは第２領域３０２よりも低く形成されている。

【0042】

つまり、本実施形態によれば、多層配線回路が配置される第１領域３０１に隣接する第２領域３０２を設け、第１領域３０１よりも配線層の数が少なく、第１領域３０１から延長された配線層を配置することによって、第１領域３０１及び第３領域３０３の高低差による絶縁層の勾配を緩和することができる。

【0043】

これによって、絶縁層の勾配に伴って生じる応力を、第２領域３０２の両端付近又は第２領域３０２内に分散させ、緩和することができる。よって、配線層と絶縁層との間でクラックが生じにくくなり、高い生産歩留まりが得られる多層配線構造体及びそれを用いた半導体装置を提供することができる。

【0044】

ここで、確保すべき第２領域３０２としては、第１領域３０１との境界から５μｍの領域を含むことが好ましい。このような配置を採用することで、絶縁層中の応力を効果的に緩和することができる。

【0045】

尚、本実施形態における第１領域３０１に配置された多層配線回路は５層の配線層（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）を有するが、これに限定されない。複数の配線層と、複数の配線層の各々を絶縁する複数の絶縁層を有する多層配線回路であれば適用することができる。

【0046】

また、本実施形態においては第１領域３０１の最下層から２層の配線層である第１配線層１１０及び第２配線層１２０が第２領域３０２に延長される態様を示したが、これに限定されない。第２領域３０２に延長して配置される配線層は、第１領域３０１及び第２領域３０２の高低差を緩和できるように配置されればよい。つまり、第２領域に配置される配線層は、第１領域に配置される配線層の体積密度よりも小さければよい。また、第１領域３０１から延長される配線層は、第１領域３０１の配線層の数よりも少なく、かつ少なくともいずれか１層から延長されていればよい。また、第１領域３０１から延長される配線層は、本実施形態で示したように最下層から連続した配線層の組み合わせである必要は無く、任意の組み合わせであってよい。

【0047】

本実施形態による多層配線構造体の構成について更に詳細に説明する。図２では、第１配線層１１０は第１導電層１１１および第２導電層１１２を有する。第２導電層１１２としては、電気抵抗が低い金属材料が好ましい。例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）などを使用することができる。また、アルミニウム－ネオジウム合金（Ａｌ－Ｎｄ）やアルミニウム－銅合金（Ａｌ－Ｃｕ）などのアルミニウム合金を使用することができる。第１導電層１１１としては、密着性や、第２導電層１１２に対するバリア性を有する材料を使用することが好ましい。例えば、第２導電層１１２としてＣｕを使用した場合、第１導電層１１１としては、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、Ｃｒ（クロム）などを使用することができる。

【0048】

なお、本実施形態では、配線層として２つの導電層の積層構造を例示したが、この構造に限定されず、１つの導電層の単層構造であってもよく、また、３つ以上の導電層による積層構造であってもよい。

【0049】

図２では、第１絶縁層１１９は第１無機絶縁層１１３、第２無機絶縁層１１４および第１有機絶縁層１１５を有する。第１無機絶縁層１１３は、第１導電層１１１、第２導電層１１２および露出された下地層１０１を覆うように形成されている。また、第２無機絶縁層１１４は第１無機絶縁層１１３を覆うように形成されており、さらにその上に第１有機絶縁層１１５が形成されている。ここで、第１有機絶縁層１１５の誘電率は、第１無機絶縁層１１３および第２無機絶縁層１１４の各々の誘電率よりも低いことが望ましい。なお、第１絶縁層１１９は上記３層構造に限るものではなく、有機絶縁層又は無機絶縁層を少なくとも１層以上含むように構成されていてもよい。

【0050】

第１無機絶縁層１１３は、第２導電層１１２に対するバリア性を有している材料を使用することが好ましい。換言すると、第１無機絶縁層１１３は、第２無機絶縁層１１４や第１有機絶縁層１１５に比べて、第２導電層１１２の拡散速度が遅い材料であることが好ましい。例えば、第２導電層１１２としてＣｕを使用した場合、第１無機絶縁層１１３としては、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）、窒化シリコンカーバイト（ＳｉＣＮ）、炭素添加シリコンオキサイド（ＳｉＯＣ）などを使用することができる。また、第１無機絶縁層１１３は被覆性の良い成膜条件で成膜することが好ましい。また、第２導電層１１２としてＣｕを使用し、第１無機絶縁層１１３としてＳｉＮを使用した場合、Ｃｕの拡散防止機能を得るために一定以上の膜厚であることが好ましく、ＳｉＮは比誘電率が７．５と高いため配線層間の寄生容量を抑制するために一定以下の膜厚にすることが好ましい。具体的には、ＳｉＮ膜の膜厚は、好ましくは１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であるとよい。また、より好ましくは、５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であるとよい。

【0051】

第１無機絶縁層１１３は、第１配線層１１０によって形成された段差部において、第１無機絶縁層１１３のひび割れや、膜が粗な領域が発生しないようにすることが好ましい。例えば、第１無機絶縁層１１３は、成膜温度が高い条件で成膜することが望ましく、好ましくは２００℃以上であるとよい。より好ましくは、２５０℃以上であるとよい。また、第１無機絶縁層１１３の被覆性を良くするために、第１配線層１１０の端面を下地層１０１の表面に対して傾斜した順テーパ形状にしてもよい。第１配線層１１０のテーパ角度は、好ましくは３０度以上９０度以下であるとよい。より好ましくは、３０度以上６０度以下であるとよい。ここで、第１配線層１１０に含まれる第１導電層１１１と第２導電層１１２の両方が順テーパ形状でなくてもよく、いずれか一方が順テーパ形状であればよい。

【0052】

第２無機絶縁層１１４は、第１無機絶縁層１１３およびその上に形成される第１有機絶縁層１１５との密着性がよい材料を使用することが好ましい。例えば、第２無機絶縁層１１４としては、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）などを使用することができる。また、第２無機絶縁層１１４は被覆性の良い成膜条件で成膜することが好ましい。また、ＳｉＯ_２膜は、基板の反りを調整及び信頼性向上のために一定以上の膜厚であることが好ましく、膜厚が厚すぎると、第１有機絶縁層１１５としてポリイミドを用いた場合にはポリイミドとの応力との釣り合いが取れなくなるため一定以下の膜厚であることが好ましい。具体的には、ＳｉＯ_２膜の膜厚は、好ましくは１μｍ以上８μｍ以下であるとよい。また、より好ましくは２μｍ以上５μｍ以下であるとよい。

【0053】

第１有機絶縁層１１５は、第１配線層１１０によって形成された段差を緩和または平坦化し、また、誘電率が第１無機絶縁層１１３および第２無機絶縁層１１４よりも低い材料であることが好ましく、例えば感光性ポリイミドなどの樹脂材料で形成されるとよい。第１有機絶縁層１１５の膜厚は、少なくとも第１配線層１１０によって形成される段差以上の膜厚であることが好ましく。また、配線層間の寄生容量を小さくするために、塗布工程の可能な限り厚く形成することが好ましい。具体的には、第１有機絶縁層の膜厚は、好ましくは４μｍ以上２４μｍ以下であるとよい。また、より好ましくは８μｍ以上２０μｍ以下であるとよい。また、感光性ポリイミドの代わりに、感光性アクリルや感光性シロキサンなどを使用することができる。その他にも、誘電率が低く、Ｃｕに対するバリア性を有するベンゾシクロブテンを使用してもよい。また、感光性樹脂に限らず、非感光性樹脂を使用してもよい。

【0054】

非感光性樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、液晶ポリマー、ポリアミドイミド、ポリベンゾオキサゾール、シアネート樹脂、アラミド、ポリオレフィン、ポリエステル、ＢＴレジン、ＦＲ－４、ＦＲ－５、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、シンジオタクチック・ポリスチレン 、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルニトリル、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテルポリサルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリエーテルイミドなどを用いることができる。上記の樹脂は単体で用いられてもよく、２種類以上の樹脂を組み合わせて用いられてもよい。また、上記の樹脂に、ガラス、タルク、マイカ、シリカ、アルミナ等 、無機フィラーを併用して用いてもよい。

【0055】

第１絶縁層１１９には、開口部１８１が設けられており、開口部１８１の内部には第１ビア１９１が充填されている。図４では、第２配線層１２０の一部が開口部１８１に充填されることで、第１ビア１９１を形成する構造を例示したが、この構造に限定されず、例えば、第１ビア１９１として、第２配線層１２０とは異なる導電層を使用してもよい。また、図２では、開口部１８１および第１ビア１９１は基板に対して直角の形状を有する構造を例示したが、この構造に限定されず、開口部１８１および第１ビア１９１が基板に対して順テーパ形状を有していてもよく、また、開口部１８１および第１ビア１９１が基板に対して逆テーパ形状を有していてもよい。また、図１では、開口部１８１が導電層で満たされた構造を例示したが、ビアは隣接する配線層間を接続すればよく、開口部１８１の一部が空洞であってもよい。

【0056】

図２のように、第２配線層１２０を第１ビア１９１として使用する場合、第４導電層１２２として、第２導電層１１２と同様に電気抵抗が低い銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）などを使用することができる。また、アルミニウム－ネオジウム合金（Ａｌ－Ｎｄ）やアルミニウム－銅合金（Ａｌ－Ｃｕ）などのアルミニウム合金を使用することができる。また、第３導電層１２１として、第１導電層１１１と同様に第４導電層１２２に対するバリア性を有する材料を使用することが好ましい。例えば、第４導電層１２２がＣｕを含む場合、第３導電層１２１としては、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、Ｃｒ（クロム）などを使用することができる。

【0057】

第１ビア１９１は、その底部において第１配線層１１０の第２導電層１１２と接しており、第１配線層１１０と第２配線層１２０とが電気的に接続される。なお、図２では、第２配線層１２６、１２７は上下の配線層と接続されていないが、図２に示す断面とは異なる箇所で上下の配線層と接続されていてもよい。

【0058】

第２配線層１２０上には第２絶縁層１２９が形成されている。第２絶縁層１２９は、第１絶縁層１１９と同じ構造を有しており、第３無機絶縁層１２３、第４無機絶縁層１２４および第２有機絶縁層１２５を有する。図２では、第２絶縁層１２９の各々の層に使用される材料は、第１絶縁層１１９の各々の層と同じ材料を使用しているため、ここでは詳細な説明は省略する。ただし、第２絶縁層１２９の各々の層に使用する材料は、第１絶縁層１１９の各々の層と同じ材料に限定されず、その絶縁層の目的に応じて適宜選択することができる。

【0059】

以降、第２配線層１２０と同様にして、第３乃至第５配線層（１３０、１４０、１５０）を形成することができる。第３配線層１３０の第５導電層１３１、第４配線層１４０の第７導電層１４１、第５配線層１５０の第９導電層１５１はそれぞれ第１導電層１１１と同じ材料で形成することができる。また、第３配線層１３０の第６導電層１３２、第４配線層１４０の第８導電層１４２、第５配線層１５０の第１０導電層１５２はそれぞれ第２導電層１１２と同じ材料で形成することができる。ただし、これらの導電層は、必ずしも第１導電層１１１または第２導電層１１２と同じでなくてもよく、その配線層の目的に応じて適宜選択することができる。

【0060】

また、第２絶縁層１２９と同様にして、第３乃至第５絶縁層（１３９、１４９、１５９）を形成することができる。第３絶縁層１３９の第５無機絶縁層１３３、第４絶縁層１４９の第７無機絶縁層１４３、第５絶縁層１５９の第９無機絶縁層１５３はそれぞれ第１無機絶縁層１１３と同じ材料で形成することができる。また、第３絶縁層１３９の第６無機絶縁層１３４、第４絶縁層１４９の第８無機絶縁層１４４、第５絶縁層１５９の第１０無機絶縁層１５４はそれぞれ第２無機絶縁層１１４と同じ材料で形成することができる。また、第３絶縁層１３９の第３有機絶縁層１３５、第４絶縁層１４９の第４有機絶縁層１４５、第５絶縁層１５９の第５有機絶縁層１５５はそれぞれ第１有機絶縁層１１５と同じ材料で形成することができる。ただし、これらの絶縁層は、必ずしも第１無機絶縁層１１３、第２無機絶縁層１１４または第１有機絶縁層１１５と同じでなくてもよく、その絶縁層の目的に応じて適宜選択することができる。

【0061】

図２において、第５配線層１５０は、第５絶縁層１５９に設けられた開口部１８５を介して、最上層の第６配線層１６０に接続される。第６配線層１６０は、第１１導電層１６１、第１２導電層１６２および第１３導電層１６３を有する。第１１導電層１６１としては、電気抵抗が低く、第１２導電層１６２との密着性がよい材料を使用することが好ましい。例えば、第１２導電層１６２と同じ材料を使用するとよく、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ａｌ－Ｎｄ、Ａｌ－Ｃｕなどを使用することができる。

【0062】

また、第１３導電層１６３としては、耐食性が高く、酸化しにくく、外部素子との接触抵抗が低い材料を使用することが好ましい。例えば、Ａｕ、白金（Ｐｔ）などを使用することができる。また、第１２導電層１６２としては、第１１導電層１６１および第１３導電層１６３と密着性がよい材料が好ましい。また、例えば、第１３導電層１６３をめっきで形成する場合は、第１３導電層１６３のシード層として適した材料を使用することが好ましい。例えば、Ｔｉ、ニッケル（Ｎｉ）などを使用することができる。

【0063】

ここで、第１領域３０１における配線層の配置例について説明しておく。図１５は、第１領域３０１における配線層（第１乃至第５配線層（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）のいずれか）を説明する平面図である。第１領域３０１で使用される配線には、主に３種のタイプがあり、これらの配線が積層され、積層数が増加するとＳｉＮ／Ｃｕ界面で剥離が生じ、クラックが発生し易くなる。上述のように、第１領域３０１に隣接して第２領域３０２を配置することで、ＳｉＮ／Ｃｕ界面の剥離が防止され、クラックの発生を制御することができる。基板（またはチップ）の大部分を覆う平面状の配線（図１５（ａ））や網目配線（図１５（ｂ））はおもに電源やグランド配線、信号線のインピーダンス整合を取るためのマイクロストリップ構造を形成するために用いられる。配線幅が１００μｍ程度以上の比較的太い配線（図１５（ｃ））は、電源配線として使用されることが多い。

【0064】

＜比較例＞
比較例として、第１実施形態で説明した第２領域３０２を有さない多層配線構造体について説明する。図１２は、本比較例に係る多層配線構造体の平面図であり、基板１００の端部付近を示している。つまり、本比較例の多層配線構造体は、基板１００平面上において、多層配線回路が配置される第１領域３０１と配線層が配置されない第３領域３０３から成り、それぞれの領域を白の破線で示した。第３領域３０３は、第１領域３０１及び基板１００の端部に隣接している。

【0065】

図１３は、本比較例に係る多層配線構造体を作製して取得した平面写真である。図１３には、多層配線回路が配置された第１領域３０１と、配線層が配置されない第３領域３０３が示されている。図１３において、特に多層配線回路が配置された領域と、配線層が配置されない領域との境界付近において、陰影３１０が確認される。

【0066】

図１３において確認された陰影について説明する。図１４Ａは、図１３のＡ－Ｂ間の断面写真である。本比較例による多層配線構造体は５層の配線層（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）及び５層の配線層（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）を隔離するように絶縁層（１１９、１２９、１３９、１４９、１５９）が配置されている。絶縁層の各々は３層構造を有している。図１４Ａより、配線層１３０と絶縁層１３９とが剥離していることが確認される。図１４Ｂは、図１４Ａにおいて剥離部分の境界付近を拡大した断面写真である。図１３で確認される陰影３１０は、この剥離によるものである。

【0067】

図１３、図１４Ａ及び図１４Ｂの多層配線構造体においては、配線材料としては銅（Ｃｕ）、絶縁層としては、ポリイミド／酸化ケイ素（ＳｉＯ）／窒化ケイ素（ＳｉＮ）の三層構造を用いている。前述の剥離は、ＳｉＮとＣｕの界面で発生している。

【0068】

第1領域３０１で使用される配線には、主に図１５に示す３種のタイプがあり、これらの配線が複数積層され、積層数が増加すると特にＳｉＮ／Ｃｕ界面で剥離が生じ、クラックが発生し易くなる。

【0069】

基板（またはチップ）の大部分を覆う平面状の配線（図１５（ａ））や網目状の配線（図１５（ｂ））は主に電源配線、グランド配線又は信号線のインピーダンス整合を取るためのマイクロストリップ構造を形成するため等に用いられる。配線幅が１００μｍ程度以上の比較的太い線状の配線（図１５（ｃ））は電源配線として使用されることが多い。

【0070】

多層配線回路が配置された領域と配線層が配置されない領域は、多層配線を構成する複数の配線の有無に起因して基板の厚さ方向に高低差が生じ、境界付近には、この高低差による勾配が生じる。この勾配が大きいほど、境界付近に応力が集中し、配線層と絶縁層とが剥離しやすくなる。

【0071】

更に、配線層を構成する各材料の熱膨張率は、銅（Ｃｕ）が１７．３ｐｐｍ、酸化ケイ素（ＳｉＯ）が、０．５ｐｐｍ、窒化ケイ素（ＳｉＮ）が０．３ｐｐｍ、ポリイミドが４０ｐｐｍとそれぞれ異なる。従来構造では、第１領域３０１と第３領域３０３とのそれぞれで構成される材料が異なるため、第１領域３０１と第３領域３０３との境界を境に基板に垂直な方向に対して熱膨張率が異なり、残留応力が発生する。特に、第１領域３０１と第３領域３０３との境界においてＳｉＮに被覆されるＣｕ配線の端部で、特に大きな残留応力が発生する。これによって、最も密着力の弱いＣｕ／ＳｉＮ界面で剥離が発生し、絶縁膜のクラックを発生させる。

【0072】

上述の第１実施形態のように、第１領域３０１に隣接して疑似配線が配置される第２領域３０２を設けた場合、両領域では、Ｃｕが空間を占有する堆積率については異なるが、構成材料が同じである。そのため、基板に垂直な方向について第１領域３０１と第２領域３０２との境界を境にした両者の熱膨張率差が小さくなり、第１領域３０１と第２領域３０２との境界においてＳｉＮに被覆されるＣｕ配線の端部の残留応力は低下する。この結果、Ｃｕ／ＳｉＮ界面の剥離が起こり難くなる。

【0073】

第２領域３０２と第３領域３０３では、第３領域３０３にＣｕが配置されない点で、それぞれを構成する材料が異なるが、第２領域３０２の空間を占めるＣｕ配線の割合が第１領域３０１に比べて小さい。このように第２領域３０２を設けることによって、第２領域３０２と第３領域３０３の境界を境にした両者の熱膨張率差を小さく抑えることができ、第２領域３０２と第３領域３０３との境界においてＳｉＮに被覆されるＣｕ配線の端部の残留応力は小さくなり、Ｃｕ／ＳｉＮ界面の剥離は起こり難くなる。

【0074】

＜第２実施形態＞
以下、本発明の第２実施形態に係る多層配線構造体について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0075】

図４を参照して本実施形態の変形例に係る多層構造配線体の構成について詳細に説明する。図４は、図１のＣ－Ｄに沿った断面図である。図４に示すように、本実施形態に係る多層配線構造体においても、第１領域３０１と、第１領域３０１に隣接する第２領域３０２と、第２領域３０２及び基板１００の端部に隣接する第３領域３０３とを含む。

【0076】

図４に示した断面図において、第１領域３０１には第１乃至第５配線層（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）と、第１乃至第５配線層（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）の各々を隔離する第１乃至第４絶縁層（１１９、１２９、１３９、１４９）と、第５配線層１５０の上部に配置される第５絶縁層１５９とを有する多層配線回路が配置されている。第１乃至第５配線層（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）は、例えば電源電位や共通電位を供給するための配線である。

【0077】

第２領域３０２には、第１領域３０１の第１乃至第５配線層（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）の内、第１乃至第４配線層（１１０、１２０、１３０、１４０）が第２領域３０２に延長されて配置されている。本実施形態においては、延長された配線の端部の位置が異なっている。延長される配線の長さは、最下層の第１配線層１１０が最も長く、上層ほど短くなっている。換言すると、図４に示すように、断面図において配線が配置される領域（つまり、第１領域３０１、及び第２領域３０２において配線が配置される領域）と、配線が配置されない領域（つまり、第２領域３０２において配線が配置されない領域、及び第３領域３０３）との境界Ｃ１´が傾斜している。

【0078】

境界Ｃ１´を傾斜させることにより、Ｄ３方向について第１領域３０１及び第２領域３０２間の熱膨張率の差を小さくすることができ、Ｃｕ配線の角（Ａ１乃至Ａ５）への応力の集中を低下させることができる。これによってＳｉＮ／Ｃｕ界面の剥離を制御することが可能となる。図４では、第２領域３０２において下層の配線端が上層に向けて第１領域３０１側に短くなっている態様を示しているが、これとは反対に、上層に向けて第３領域３０３側に長くなっても同様の効果を奏する。

【0079】

尚、後の実施形態においても説明するが、当該領域の境界は、上記の様な傾斜した直線でなくても構わない。第２領域３０２内に延長された複数の配線の端部が平面視において異なる位置に配置されていればよく、第２領域３０２内に延長された複数の配線の端部が例えばランダムに配置されていても同様の効果を奏する。

【0080】

第３領域３０３には、配線層が配置されておらず、第１領域３０１の第１乃至第５絶縁層（１１９、１２９、１３９、１４９、１５９）の各々と同一層の絶縁層が接して積層されている。

【0081】

第２領域３０２においては、第３領域３０３に近いほど配線３２０の積層数が少なくなることに起因して、最上層の第５絶縁層１５９の高さは第１領域３０１から第３領域３０３にかけて低下していく。

【0082】

更に、第３領域３０３においては、配線層が配置されないため、最上層の第５絶縁層１５９の高さは第２領域３０２よりも低い。

【0083】

本実施形態によれば、多層配線回路が配置される第１領域３０１に隣接する第２領域３０２を設け、第１領域３０１よりも配線層の積層数が少なく、第１領域３０１から延長された第１乃至第４配線層（１１０、１２０、１３０、１４０）を配置することによって、第１領域３０１及び第３領域３０３の高低差による勾配を緩和することができる。

【0084】

これによって、絶縁層の勾配に伴う応力を、第２領域３０２の両端付近又は第２領域３０２内に分散させ、緩和することができる。よって、クラックが生じにくくなり、高い生産歩留まりが得られる多層配線構造体及びそれを用いた半導体装置を提供することができる。

【0085】

更に、第１領域３０１と第２領域３０２との熱膨張率の差、及び第２領域３０２と第３領域３０３との熱膨張率の差を小さく制御することができるため、それぞれの境界における残留応力を低下させることができる。これによって、配線と絶縁層との剥離が生じにくくなり、高い生産歩留まりが得られる多層配線構造体及びそれを用いた半導体装置を提供することができる。

【0086】

ここで、確保すべき第２領域３０２としては、第１領域３０１との境界から５μｍの領域を含むことが好ましい。このような配置を採用することで、絶縁層中の応力を効果的に緩和することができる。

【0087】

尚、本実施形態における第１領域１０２に配置された多層配線回路は５層の配線層（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）を有するが、これに限定されないことは前述の通りである。

【0088】

また、本実施形態においては、第１領域３０１から延長される配線層は最下層が最も長く、上層ほど短い態様を示したが、これに限定されない。第２領域３０２に延長して配置される配線層は、第１領域３０１及び第２領域３０２の高低差を緩和できるように配置されればよい。つまり、第２領域に配置される配線層は、第１領域に配置される配線層の体積密度よりも小さければよい。また、第１領域３０１から延長される配線層は、第２領域３０２に配置されていればよく、配置される位置は特に限定されない。

【0089】

＜第３実施形態＞
以下、本発明の第３実施形態に係る多層配線構造体について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0090】

図５を参照して本実施形態の変形例に係る多層構造配線体の構成について詳細に説明する。図５は、図１のＣ－Ｄに沿った断面図である。図５に示すように、本実施形態に係る多層配線構造体においても、第１領域３０１と、第１領域３０１に隣接する第２領域３０２と、第２領域３０２及び基板１００の端部に隣接する第３領域３０３とを含む。

【0091】

図５に示した断面図において、第１領域３０１には第１乃至第５配線層（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）と、第１乃至第５配線層（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）の各々を隔離する第１乃至第４絶縁層（１１９、１２９、１３９、１４９）と、第５配線層１５０の上部に配置される第５絶縁層１５９とを有する多層配線回路が配置されている。第１乃至第５配線層（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）は、例えば電源電位や共通電位を供給するための配線である。

【0092】

第２領域３０２には、各配線層において、それぞれ第１領域３０１の配線層と同一層に、複数の離散的に配置された配線層１７０が設けられている。第２領域３０２に配置された複数の配線層１７０は、第１領域３０１の多層配線回路とは電気的に独立しており、疑似的な配線層である。

【0093】

第３領域３０３には配線層が配置されておらず、第１領域３０１の第１乃至第５絶縁層（１１９、１２９、１３９、１４９、１５９）の各々と同一層の絶縁層が接して積層されている。

【0094】

第１領域３０１及び第２領域３０２の各層において、配線の上部からの絶縁層の高さは、第２領域３０２の方が第１領域３０１よりも低い。これは、絶縁層の成膜時に複数の配線層１７０の間隙を絶縁膜材料が埋めて成膜されることによる。

【0095】

更に、第３領域３０３においては、配線層が配置されないため、最上層の第５絶縁層１５９の高さは第２領域３０２よりも低い。

【0096】

本実施形態によれば、多層配線回路が配置される第１領域１０２に隣接する第２領域３０２を設け、第１領域３０１に配置された多層配線回路とは電気的に独立した疑似的な配線層１７０を配置することによって、第１領域３０１及び第３領域３０３の高低差による勾配を緩和することができる。

【0097】

これによって、絶縁層の勾配に伴う応力を、第２領域３０２の両端付近又は第２領域３０２内に分散させ、緩和することができる。よって、クラックが生じにくくなり、高い生産歩留まりが得られる多層配線構造体及びそれを用いた半導体装置を提供することができる。

【0098】

また、第１実施形態及び第２実施形態による多層配線構造体とは異なり、第１領域３０１の配線層（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）が第２領域３０２へ延長されないため、多層配線回路における配線抵抗等を変えず、従来通りの回路設計を適用することができる。

【0099】

ここで、確保すべき第２領域３０２としては、第１領域３０１との境界から５μｍの領域を含むことが好ましい。このような配置を採用することで、絶縁層中の応力を効果的に緩和することができる。

【0100】

また、複数の離散的に配置された複数の配線層１７０の占有面積率は、１０％以上８０％以下であることが好ましい。このような配置を採用することで、絶縁層中の応力を効果的に緩和することができる。

【0101】

尚、本実施形態における第１領域１０２に配置された多層配線回路は５層の配線層（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）を有するが、これに限定されないことは前述の通りである。

【0102】

また、本実施形態においては第２領域３０２の全ての配線層に疑似的な配線層１７０が配置される態様を示したが、これに限定されない。第２領域３０２の疑似的な配線層１７０は、第１領域３０１及び第２領域３０２の高低差を緩和できるように配置されればよい。つまり、第２領域に配置される配線層は、第１領域に配置される配線層の体積密度よりも小さければよい。また、第２領域３０２に配置される疑似的な配線層１７０は、少なくともいずれか１層に配置されていればよい。また、各配線層の疑似的な配線層１７０は、本実施形態で示したように複数の間隔を設けた形状である必要は無く、連続した形状であっても構わない。

【0103】

ここで、図１２に示した従来例、図４に示した第２実施形態及び図５に示した本実施形態に係る多層配線構造体の不良を観察した。その結果、不良発生率は、従来例に係る多層配線構造体で１００％、第２実施形態に係る多層配線構造体で１５％及び本実施形態に係る多層配線構造体で０％であり、本実施形態に係る構造がクラックの抑制について最も効果的であることがわかった。

【0104】

＜第４実施形態＞
以下、本発明の第４実施形態に係る多層配線構造体について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0105】

図６を参照して本実施形態に係る多層構造配線体の構成について詳細に説明する。図６は、図１のＣ－Ｄに沿った断面図である。図６に示すように、本実施形態に係る多層配線構造体においても、第１領域３０１と、第１領域３０１に隣接する第２領域３０２と、第２領域３０２及び基板１００の端部に隣接する第３領域３０３とを含む。

【0106】

図６に示した断面図において、第１領域３０１には第１乃至第５配線層（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）と、第１乃至第５配線層（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）の各々を隔離する第１乃至第４絶縁層（１１９、１２９、１３９、１４９）と、第５配線層１５０の上部に配置される第５絶縁層１５９とを有する多層配線回路が配置されている。第１乃至第５配線層（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）は、例えば電源電位や共通電位を供給するための配線である。

【0107】

本実施形態は、第１実施形態及び第３実施形態を組み合わせた多層配線構造体に相当する。本実施形態において、第２領域３０２は、更に第４領域３０４及び第５領域３０５に分割される。第４領域３０４には、第１領域３０１から、第２配線層１２０及び第４配線層１４０が延長されて配置されている。更に、第５領域３０５の各配線層においては、それぞれ第１領域３０１の配線層と同一層に、複数の疑似的な配線層１７０が間隔を設けて配置されている。第５領域３０５に設けられた複数の疑似的な配線層１７０は、第１領域３０１の多層配線回路とは電気的に独立している。

【0108】

第３領域３０３には配線層が配置されておらず、第１領域３０１の第１乃至第５絶縁層（１１９、１２９、１３９、１４９、１５９）の各々と同一層の絶縁層が接して積層されている。

【0109】

第１領域３０１及び第２領域３０２の各層において、配線の上部からの絶縁層の高さは、第２領域３０２の方が第１領域３０１よりも低い。これは、第４領域３０４においては第１領域３０１よりも配線層の数が少ないことと、第５領域３０５においては絶縁層の成膜時に複数の疑似的な配線層１７０の間隙を絶縁膜材料が埋めて成膜されるために嵩が下がることによる。

【0110】

更に、第３領域３０３においては、配線層が配置されないため、最上層の第５絶縁層１５９の高さは第２領域３０２よりも低い。

【0111】

本実施形態によれば、多層配線回路が配置される第１領域３０１に隣接する第２領域３０２を設け、第１領域３０１よりも配線の数が少なく、第１領域３０１から延長された配線層（１２０、１４０）を配置することと、第１領域３０１に配置された多層配線回路とは電気的に独立した疑似的な配線層１７０を配置することとを組み合わせることによって、第１領域３０１及び第３領域３０３の高低差による勾配を緩和することができる。

【0112】

これによって、絶縁層の勾配に伴う応力を、第２領域３０２の両端付近又は第２領域３０２内に分散させ、緩和することができる。よって、クラックが生じにくくなり、高い生産歩留まりが得られる多層配線構造体及びそれを用いた半導体装置を提供することができる。

【0113】

ここで、確保すべき第２領域３０２としては、第１領域３０１との境界から５μｍの領域を含むことが好ましい。このような配置を採用することで、絶縁層中の応力を効果的に緩和することができる。

【0114】

尚、本実施形態における第１領域１０２に配置された多層配線回路は５層の配線層（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）を有するが、これに限定されないことは前述の通りである。

【0115】

また、本実施形態においては、第１領域３０１から２本の配線層（１２０、１４０）が第２領域３０２に延長され、第２領域３０２の全ての配線層に疑似的な配線層１７０が配置される態様を示したが、これに限定されないことも前述の通りである。また、各配線層の疑似的な配線層１７０は、本実施形態で示したように複数の間隔を設けた形状である必要は無く、単一の連続した形状であっても構わない。

【0116】

＜第５実施形態＞
以下、本発明の第５実施形態に係る多層配線構造体について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0117】

図７を参照して本実施形態に係る多層構造配線体の構成について詳細に説明する。図７は、図１のＣ－Ｄに沿った断面図である。図７に示すように、本実施形態に係る多層配線構造体においても、第１領域３０１と、第１領域３０１に隣接する第２領域３０２と、第２領域３０２及び基板１００の端部に隣接する第３領域３０３とを含む。

【0118】

図７に示した断面図において、第１領域３０１には第１乃至第５配線層（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）と、第１乃至第５配線層（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）の各々を隔離する第１乃至第４絶縁層（１１９、１２９、１３９、１４９）と、第５配線層１５０の上部に配置される第５絶縁層１５９とを有する多層配線回路が配置されている。第１乃至第５配線層（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）は、例えば電源電位や共通電位を供給するための配線である。

【0119】

本実施形態は、第４実施形態に係る多層配線構造体に類似するが、第１領域３０１から延長される配線層と、第１領域３０１の多層配線回路とは電気的に独立した疑似的な配線層１７０とが第２領域３０２内で重畳する領域を有する点で異なっている。

【0120】

第３領域３０３には配線層が配置されておらず、第１領域３０１の第１乃至第５絶縁層（１１９、１２９、１３９、１４９、１５９）の各々と同一層の絶縁層が接して積層されている。

【0121】

前述の実施形態と同等の理由から、本実施形態においても、第１領域３０１及び第２領域３０２の各層における配線の上部からの絶縁層の高さについて、第２領域３０２の方が第１領域３０１よりも低く形成することができる。

【0122】

更に、第３領域３０３においては、配線層が配置されないため、最上層の第５絶縁層１５９の高さは第２領域３０２よりも低い。

【0123】

本実施形態によれば、多層配線回路が配置される第１領域３０１に隣接する第２領域３０２を設け、第１領域３０１よりも配線の数が少なく、第１領域３０１から延長された配線層（１２０、１４０）を配置することと、第１領域３０１に配置された多層配線回路とは電気的に独立した疑似的な配線層１７０を配置することとを組み合わせることによって、第１領域３０１及び第３領域３０３の高低差による勾配を緩和することができる。

【0124】

これによって、絶縁層の勾配に伴う応力を、第２領域３０２の両端付近又は第２領域３０２内に分散させ、緩和することができる。よって、クラックが生じにくくなり、高い生産歩留まりが得られる多層配線構造体及びそれを用いた半導体装置を提供することができる。

【0125】

ここで、確保すべき第２領域３０２としては、第１領域３０１との境界から５μｍの領域を含むことが好ましい。このような配置を採用することで、絶縁層中の応力を効果的に緩和することができる。

【0126】

尚、本実施形態における第１領域１０２に配置された多層配線回路は５層の配線層（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）を有するが、これに限定されないことは前述の通りである。

【0127】

また、本実施形態においては、第１領域３０１から２本の配線層（１２０、１４０）が第２領域３０２に延長され、第２領域３０２の全ての配線層に疑似的な配線層１７０が配置される態様を示したが、これに限定されないことも前述の通りである。また、各配線層の疑似的な配線層１７０は、本実施形態で示したように複数の間隔を設けた形状である必要は無く、単一の連続した形状であっても構わない。

【0128】

＜第６～第８実施形態＞
第１領域３０１、第２領域３０２及び第３領域３０３の配置については、図１に示したものに限られない。以下で、幾つかの配置例を示す。

【0129】

図８は、第６実施形態に係る多層配線構造体の平面図であり、基板１００の端部付近を示している。本実施形態に係る多層配線構造体は、第１実施形態と比較すると、配線層を有さない第３領域３０３を含まない点で相違している。クラックを抑制するためには第１領域３０１の端部付近における応力を緩和できればよいため、第１領域３０１に隣接して第２領域が設けられればよい。そのため、第３領域３０３は設けられなくても構わない。

【0130】

図９は、第７実施形態に係る多層配線構造体の平面図であり、基板１００の全面を示している。本実施形態に係る多層配線構造においては、第１領域３０１を囲むように第２領域３０２が配置され、更に、第２領域３０２を囲むように第３領域３０３が配置されている。第２領域３０２及び第３領域３０３は基板１００の周辺に配置されており、第３領域３０３は基板１００の端部に隣接している。

【0131】

このような構成を有することによって、第１領域３０１の端部が全て第２領域に隣接するため、第１領域３０１全体について応力を緩和し、クラックの発生を抑制することができる。

【0132】

尚、本実施形態においても、第２領域３０２が第１領域との境界から５μｍ以上の広がりを有していれば第１領域３０１内の応力を緩和することができるため、第３領域３０３は配置されなくても構わない。

【0133】

図１０は、第８実施形態に係る多層配線構造体の平面図であり、基板１００の面内の一部を示している。本実施形態に係る多層配線構造体は、基板１００の面内の一部に第２領域３０２及び第３領域３０３が配置された領域を有している。第２領域３０２は第１領域３０１に囲まれて隣接し、第３領域３０３は第２領域３０２に囲まれて隣接している。換言すると、第２領域３０２は、第１領域３０１及び第３領域３０３の間に配置され、第１領域３０１及び第３領域３０３を画定し、第１領域３０１及び第３領域３０３を分離している。

【0134】

このような構成を有することによって、基板１００の面内に配線層が配置されない領域が存在する場合においても、当該領域に起因するクラックの発生を抑制することができる。

【0135】

尚、この場合においても第３領域３０３を設けず、基板１００の面内における内部に第２領域３０２のみが配置されるようにしてもよい。つまり、基板１００の面内の一部に、本来は配線層が配置されない領域が存在する場合、当該領域に疑似的な配線層を設けて第２領域３０２とすることによって、当該領域付近のクラックの発生を抑制することができる。

【0136】

＜第２領域における疑似配線の配置例＞
第２領域３０２に配置される疑似的な配線は、配線層の高さを低くして応力を緩和することが目的であるため、疑似的な配線の形状やサイズには依存しない。このことは後に示すように実験でも確認されている。しかし、最近の配線寸法の微細化傾向を考慮すると、疑似配線のサイズは０．５μｍ以上５０μｍ以下が好ましい。これによって、信号伝送などの動作とは関係の無い領域である第２領域３０２を小さく抑えて回路全体のサイズを縮小することができ、効率的な配線設計が可能となる。図１１に、第２領域３０２に配置される疑似的な配線の平面視におけるレイアウトの例を幾つか示す。

【0137】

図１１（ａ）は、第１領域３０１の配線層と電気的に独立した正方形の疑似的な配線が行列状に配列された例である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の例に対して正方形のサイズのみが異なる疑似的な配線の例である。図１１（ｃ）は、長方形の疑似的な配線が配列された例である。図１１（ｄ）は、円形状の疑似的な配線が行列状に配列された例である。

【0138】

上記で例示した疑似的な配線の配置例他にも種々の配置例が考えられる。疑似的な配線は上記で示した正方形、長方形又は円形に限らず、他の多角形や、直線と曲線の組み合わせであってもよい。

【実施例】

【0139】

ここで、第２領域３０２の幅、及び第２領域３０２に配置される疑似的な配線のパターンと、クラック発生率を調べた幾つかの実験結果を示しておく。

【0140】

図１６（ａ）は、本実験で用いた第２領域３０２に配置される疑似的な配線パターンを説明する簡略的な断面図である。本実験で用いた多層配線構造体は９層から成り、第２領域３０２の各層には、第１領域３０１の配線とは電気的に分離され、離散的に設けられた疑似的な配線が配置される。図１６（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、本実験で用いた疑似的な配線のパターンを説明する上面図である。疑似的な配線として、図１６（ｂ）は正方形、図１６（ｃ）は円形、図１６（ｄ）は長方形であり、本実験において設定したサイズ及び各々の間隔は図中に示している。それぞれのパターンについて５０個のサンプルを作製し、クラック発生率を調べた。

【0141】

図１７は、本実験の結果を示すグラフである。図１７のグラフは、横軸に第２領域３０２の幅、縦軸にクラック発生率を示している。この結果によれば、第２領域３０２の幅を５μｍ以上とすると、疑似的な配線のパターンに依らずクラック発生率が０となった。

【0142】

次いで、第２領域３０２における疑似的な配線の占有面積率とクラック発生率との関係を調べた。ここでは、図１６に関する実験と同様に、９層の多層配線構造体を作製し、第２領域３０２の幅を１０００μｍに固定した。

【0143】

図１８（ａ）乃至（ｂ）は、本実験で用いた疑似的な配線のパターンを説明する図である。ここで、占有面積率の定義を示しておく。占有面積率は、図１８（ａ）乃至（ｃ）の各々において、図中に破線で示した単位ユニットの面積に対する一つのパターンの面積の割合と定義する。

【0144】

図１９は、図１８（ａ）に示した正方形のパターンを用いた実験結果を示すグラフである。図１９のグラフは、横軸を占有面積率、縦軸をクラック発生率とし、正方形パターンの２通りのサイズについて重ねて示した。正方形パターンのサイズとしては、ここでは、一辺が１０μｍ及び５０μｍとした。この結果によれば、第２領域３０２における疑似的な配線の占有面積率が１０％以上８０％以下である場合に、いずれのサイズにおいてもクラック発生率が０となった。

【0145】

図２０は、図１８（ｂ）に示した円形のパターンを用いた実験結果を示すグラフである。図２０のグラフは、横軸を占有面積率、縦軸をクラック発生率とし、円形パターンの２通りのサイズについて重ねて示した。円形パターンのサイズとしては、ここでは、直径が１０μｍ及び５０μｍとした。この結果によれば、第２領域３０２における疑似的な配線の占有面積率が１０％以上８０％以下である場合に、いずれのサイズにおいてもクラック発生率が０となった。

【0146】

図２１は、図１８（ｃ）に示した長方形のパターンを用いた実験結果を示すグラフである。図２１のグラフは、横軸を占有面積率、縦軸をクラック発生率とし、長方形パターンの２通りのサイズについて重ねて示した。長方形パターンのサイズとしては、ここでは、１０μｍ×３０μｍ及び５０μｍ×１５０μｍとした。この結果によれば、第２領域３０２における疑似的な配線の占有面積率が１０％以上８０％以下である場合に、いずれのサイズにおいてもクラック発生率が０となった。

【0147】

以上、図１９乃至図２１に示した実験結果から、第２領域３０２における疑似的な配線の占有面積率が１０％以上８０％以下であれば、疑似的な配線のパターン及びそのサイズに依らず、クラック発生率が０となることが分かった。

【0148】

次いで、第２領域３０２の幅、及び疑似的な配線の態様とクラック発生率との関係を調べた。図２２及び図２３は、本実験で用いた多層配線構造体の第２領域３０２の幅、及び疑似的な配線の態様を説明する断面図である。いずれの多層配線構造体も５層から成り、第１領域３０１の配線層が、第２領域３０２に延長される態様を採用した。

【0149】

図２２に示した多層配線構造体においては、図４に示した多層配線構造体と同様に、隣り合う上下の層の疑似的な配線の幅の差Ｘは各層において共通である。つまり、隣り合う上下の層の疑似的な配線の幅の差Ｘは、第２領域３０２の幅を４で除した値となる。

【0150】

図２３に示した多層配線構造体においては、下層から１層目、３層目及び５層目において、第１領域３０１の配線層が第２領域３０２全体に亘って延長され、下層から２層目及び４層目については疑似的な配線層を設けていない。

【0151】

図２４及び図２５はそれぞれ、図２２及び図２３に示した多層配線構造体を用いた実験結果を示すグラフである。ここで、図２４において凡例の括弧内の数値は、隣り合う上下の層の疑似的な配線の幅の差Ｘを意味している。図２４及び図２５のグラフは、横軸を第２領域３０２の長さ、縦軸をクラック発生率とした。この結果によれば、第２領域３０２の長さが５μｍ以上である場合に、いずれの多層配線構造体の態様においてもクラック発生率が０となった。

【符号の説明】

【0152】

１００：基板
１０１：下地層
１１０：第１配線層
１１１：第１導電層
１１２：第２導電層
１１３：第１無機絶縁層
１１４：第２無機絶縁層
１１５：第１有機絶縁層
１１９：第１絶縁層
１２０：第２配線層
１２１：第３導電層
１２２：第４導電層
１２３：第３無機絶縁層
１２４：第４無機絶縁層
１２５：第２有機絶縁層
１２９：第２絶縁層
１３０：第３配線層
１３１：第５導電層
１３２：第６導電層
１３３：第５無機絶縁層
１３４：第６無機絶縁層
１３５：第３有機絶縁層
１３９：第３絶縁層
１４０：第４配線層
１４１：第７導電層
１４２：第８導電層
１４３：第７無機絶縁層
１４４：第８無機絶縁層
１４５：第４有機絶縁層
１４９：第４絶縁層
１５０：第５配線層
１５１：第９導電層
１５２：第１０導電層
１５３：第９無機絶縁層
１５４：第１０無機絶縁層
１５５：第５有機絶縁層
１５９：第５絶縁層
１６０：第６配線層
１６１：第１１導電層
１６２：第１２導電層
１６３：第１３導電層
１７０：疑似的な配線層
１８１、１８２、１８５：開口部
１９１：第１ビア
１９２：第２ビア
１９３：第３ビア
１９４：第４ビア
３０１：第１領域
３０２：第２領域
３０３：第３領域
３０４：第４領域
３０５：第５領域
３１０：陰影

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14A】

【図14B】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】