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配線構造 UPDATE

国内特許コード P200017056
整理番号 S2019-0066-N0
掲載日 2020年7月28日
出願番号 特願2018-205406
公開番号 特開2020-072184
出願日 平成30年10月31日(2018.10.31)
公開日 令和2年5月7日(2020.5.7)
発明者
  • 篠嶋 妥
  • ヤズダン ザーレ
  • 大貫 仁
出願人
  • 国立大学法人茨城大学
発明の名称 配線構造 UPDATE
発明の概要 【課題】シリコン基板中に配線層が埋め込まれて構成された配線構造において、熱サイクルの際の配線層が塑性変形して突出することを抑制する。
【解決手段】このためには、熱サイクルに際しての配線層に加わる最大応力を小さくして配線層の塑性変形の抑制をするようにバリア層を設定することが有効である。具体的には、バリア層としてヤング率の小さな材料を用いることが好ましい。このような材料として、有機材料がある。図6は、バリア層をこの有機材料(厚さ0.5μm)の単層構造とした場合(1)、ならびに有機材料層の内側もしくは外側あるいは両側に硬質膜を配置して多層構造とした場合(2~4)と、Tiで構成されたバリア層を用いた場合(0)における、温度サイクル(1サイクル)を印加した場合の温度と配線層の突出量の関係を計算した結果である。この結果より、この有機材料をバリア層として用いた場合には、配線層の塑性変形が抑制されるために、熱サイクル印加後の突出量Pをほぼ零とすることができる。
【選択図】図6
従来技術、競合技術の概要

集積回路では、シリコン基板の表面において形成された半導体素子(トランジスタ等)同士を電気的に接続するための微細な配線が多く形成されている。一方、近年では、これとは異なり、シリコン基板を貫通しその厚さ方向の電流の経路となるシリコン貫通電極(TSV:Trough Silicon Via)も用いられている。TSVにより、TSVが形成されたシリコン基板の表面側と裏面側の素子やチップを電気的に接続することができる。

一般的に、TSVは、シリコン基板中に形成された貫通孔中に導電性の材料で構成された配線層がめっき等の方法によって埋め込まれて形成される。この配線層を構成する材料としては、電気抵抗率が低い銅が主に用いられる。また、銅のシリコン基板への拡散を防止するため、あるいはこの配線層とシリコン基板との間の絶縁性を確保するために、銅で形成された配線層と貫通孔の内面との間には、配線層とは異なる材料で構成されたバリア層が形成される。TSVの大きさ(例えば貫通孔の内径)は、一般的な集積回路上の配線のサイズと比べると大きく、その製造方法や構成はTSV特有のものが用いられ、その製造方法、具体的構成については、例えば特許文献1に記載されている。

産業上の利用分野

本発明は、シリコンで構成された基板中に形成された孔部に、銅を主成分として構成された配線層が埋め込まれた構成を具備する配線構造に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
シリコン(Si)を主成分とし、孔部が形成された基板と、
前記孔部の中に埋め込まれて形成され、銅(Cu)を主成分として構成された配線層と、
前記孔部の深さ方向に沿った内面と前記配線層との間に形成され、ヤング率が1GPa以下、かつポアソン比が0.40以下である軟質バリア層と、
を具備することを特徴とする配線構造。

【請求項2】
前記軟質バリア層のヤング率が100MPa以下とされたことを特徴とする請求項1に記載の配線構造。

【請求項3】
前記軟質バリア層の熱膨張係数が1×10-5/K以下とされたことを特徴とする請求項1又は2に記載の配線構造。

【請求項4】
前記軟質バリア層は有機材料で構成されたことを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の配線構造。

【請求項5】
前記軟質バリア層は空孔を有することを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の配線構造。

【請求項6】
前記内面と前記軟質バリア層との間、前記配線層と前記軟質バリア層との間の少なくともいずれかに、ヤング率が前記軟質バリア層よりも大きな硬質バリア層を具備することを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の配線構造。

【請求項7】
前記硬質バリア層は金属材料で構成されたことを特徴とする請求項6に記載の配線構造。

【請求項8】
前記孔部は前記基板を貫通しないように形成され、
前記孔部の底面と前記配線層との間に前記軟質バリア層を具備することを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の配線構造。

【請求項9】
前記孔部は前記基板を貫通しないように形成され、
前記孔部の底面と前記配線層との間に前記硬質バリア層を具備することを特徴とする請求項6又は7に記載の配線構造。

【請求項10】
前記孔部は前記基板を貫通して形成され、
前記配線層は、前記基板の両主面の間の電気的接続に使用されることを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の配線構造。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2018205406thum.jpg
出願権利状態 公開
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