【手続補正書】
【提出日】平成17年5月6日(2005.5.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】  配線構造
【特許請求の範囲】
【請求項１】  内部にタングステンが埋め込まれたビアホールの両端に配線を接続した配線構造において、
前記ビアホールに対して電子の流れの下流側端部に接続された配線が、Ａｌを主成分とする主配線部と、該主配線部にＣｕを供給するＣｕ層とを備えていることを特徴とする配線構造。
【請求項２】  内部にタングステンが埋め込まれたビアホールの両端に配線を接続した配線構造において、
前記ビアホールに対して電子の流れの下流側端部に接続された配線が、Ａｌの移動を阻止するＣｕで構成されたブロック部を備えていることを特徴とする配線構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は配線構造に係り、特に、半導体素子に使用される配線構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体デバイスを小型化及び高集積化する技術の１つとして多層配線構造が提案されている。この多層配線構造において半導体チップの厚さ方向に対して上下に設けた配線と配線との接続は、下側の配線の上層に設けられた層間絶縁膜に対し下側の配線の表面が露出するまでエッチングを施してビアホールを形成してから上側の配線を形成させることで、上側の配線を構成する金属材料をビアホール内に入り込ませてなされる。しかしながら、このような構造であると上側の配線のビアホール接続部における平坦性が悪くなるため、ビアホール内にタングステンなどの高融点金属を予め埋め込んでから半導体チップの厚さ方向に対して上側の配線を形成させることで、上側の配線のビアホール接続部における平坦性を向上させたものが提案されている。
【０００３】
ところで、一般に、Ａｌを主成分とする配線に電圧を印加すると配線中を流れる電子により配線内のＡｌが移動し、Ａｌが元あった所にはボイドと呼ばれる空隙が、また、Ａｌが移動した先にはヒロックと呼ばれる突起物ができることが知られている。このような現象をエレクトロマイグレーションというが、エレクトロマイグレーションの進行により、ボイド成長による配線の断線、あるいは配線抵抗が増加する現象が知られている。なお、Ａｌを主成分とする配線にＣｕが含まれているとＣｕが先に移動して消失してからＡｌが移動して消失することが報告されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ビアホール内にタングステンなどの高融点金属を予め埋め込んでから半導体チップの厚さ方向に対して上側の配線を形成した場合、電圧の印加によりビアホールの両端に接続されたそれぞれの配線において電子の流れと共にＡｌが移動するが、Ａｌはタングステンが埋め込まれたビアホール内を通り抜けることができない。そのため、ビアホールに対して電子の流れの下流側端部に接続された配線内ではビアホール接続部からＡｌが次々と移動して消失してしまう。このＡｌの移動によりボイドと呼ばれる空隙が電子の流れの下流側のＡｌ配線端部から形成され、ビアホール接続部において配線が断線したり、抵抗が増加してしまうという問題がある。
【０００５】
また、Ａｌを主成分とする配線がＣｕを含む場合でも、Ｃｕが先に移動して消失してからＡｌが移動して消失するので、ボイドが形成されてビアホール接続部において配線が断線あるいは配線抵抗が増加することは避けられない。この場合のビアホール近傍において生じるエレクトロマイグレーションについて図７を参照に簡単に説明する。図７（ａ）は、Ａｌ−Ｃｕ合金を主成分とする２つの配線、すなわち、第１配線１０２と第２配線１０４とが、内部にタングステンＷが埋め込まれたビアホール１０６により接続された状態を示している。なお、ここでは模式的にＡｌを四角、Ｃｕを丸で示しており、以後に説明する全ての図においても同様にＡｌを四角、Ｃｕを丸で示す。
【０００６】
上記構成の配線に第１配線１０２が低電位、第２配線１０４が高電位となるように電圧を印加すると、電子は第１配線１０２からビアホール１０６を通って第２配線１０４に流れる。このとき図７（ｂ）に示すように、電子ｅと共にまずＣｕが移動する。ビアホール１０６近傍の第２配線１０４中のＣｕが移動すると、図７（ｃ）に示すようにＡｌが電子ｅと共に移動しボイド３０が形成される。このボイド３０が大きくなるとビアホール接続部での断線あるいは抵抗の増加が起こる。
【０００７】
このように内部にタングステンを埋め込んだビアホールにより配線同士を接続した場合においてはＡｌのエレクトロマイグレーションによりビアホール近傍にボイドが形成されるため、半導体デバイスの寿命が極端に短くなってしまうという問題がある。特にこれは、装置を小型化及び高集積化するために配線幅及び配線膜厚を微細化した場合においては深刻である。
【０００８】
以上のことから本発明は、エレクトロマイグレーションに起因するビアホール近傍におけるボイドの形成を抑えることのできる配線構造を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の発明では、内部にタングステンが埋め込まれたビアホールの両端に配線を接続した配線構造において、前記ビアホールに対して電子の流れの下流側端部に接続された配線が、Ａｌを主成分とする主配線部と、該主配線部にＣｕを供給するＣｕ層とを備えていることを特徴としている。
【００１０】
主配線部にＣｕを供給するＣｕ層はＣｕの濃度が高い層であればよく、例えば、スパッタやＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）などを用いてＡｌ合金を主成分とする主配線部にＣｕを薄膜形成して層としたものでも、イオンインプランテーションにより配線にＣｕを打ち込んで得られた打ち込み層をＣｕ層としてもよい。（この場合、Ｃｕが打ち込まれなかった領域を主配線部とする。）
このようなＣｕ層を備えた配線構造に電圧を印加すると配線内を流れる電子は主配線部とＣｕ層とで分流される。このとき、Ｃｕ層で発生するジュール熱によりＣｕが主配線部内に拡散してそのまま移動するため、主配線部内のＡｌの移動が抑えられる。
【００１１】
すなわち、本発明では、Ｃｕ層が主配線部にＣｕを意図的に供給する構成であるため、主配線部を構成するアルミ合金がＣｕを含む場合に限らず、主配線部を構成するアルミ合金がＣｕを含まない場合であっても、Ｃｕ層から拡散したＣｕが主配線部内を移動してＡｌの移動を抑えるため、Ｃｕ層を有しない従来の配線よりも、Ａｌが移動して断線あるいは抵抗が増加し不良に至るまでの時間を従来よりも長くすることができる。
【００１２】
ここで、Ｃｕ層として、スパッタやＣＶＤなどによりＣｕを主配線部に薄膜形成して得たＣｕ膜より構成した場合は、ジュール熱の発生により主配線部内に比較的長い期間Ｃｕが継続して拡散するので、長い間Ａｌの移動が抑えられて、ボイドの形成をより一層遅くできる。したがって、Ａｌの移動によりビアホール近傍の配線が断線あるいは抵抗が増加するまでの時間を従来よりもかなり延ばすことができる。
【００１３】
このようなＣｕ層としては、主配線部の厚さ方向に垂直なものであってもよいし、平行なものであってもよい。さらに、このＣｕ膜は主配線部の厚さ方向に対する上部、下部、側面部、中央部に個別にまたは組み合わせて設けてもよく、本発明では、Ｃｕ膜の配置については特に限定しない。なお、主配線部の厚さ方向に平行な面を有するＣｕ膜を備えた場合は配線の高さ方向にもＣｕを供給することができるので効率的にＣｕを主配線部内に拡散できるという利点がある。
【００１４】
また、Ｃｕ層をＣｕの打ち込み層とする場合は、主配線部に打ち込まれたＣｕがビアホール近傍で消失すると、Ａｌの移動を抑えるものがなくなるため、Ａｌの移動速度が速くなりボイドが形成される。すなわち、Ｃｕ層をＣｕの打ち込み層とする場合は、Ｃｕの打ち込み量を多くすればその分Ｃｕがすべて消失するまでの時間を長くすることができる。このような調整により、Ａｌの移動によりビアホール接続部の配線が断線あるいは抵抗が増加するまでの時間を従来よりも延ばすことができる。
【００１５】
なお、本発明ではイオンインプランテーションでＣｕを打ち込んだ後、Ｃｕ膜を形成する等のように、イオンインプランテーションにより打ち込んだＣｕ打ち込み層とＣｕ膜とを組み合わせてＣｕ層としてもよい。このような構成とすることにより配線の幅方向にＣｕを拡散できることはもちろん、電流の流れ量にあわせてＣｕを打ち込むことができるので、一層効率的にＣｕを配線内に拡散可能なＣｕ層となる。
【００１６】
また、請求項２の発明では、内部にタングステンが埋め込まれたビアホールの両端に配線を接続した配線構造において、前記ビアホールに対して電子の流れの下流側端部に接続された配線が、Ａｌの移動を阻止するＣｕで構成されたブロック部を備えていることを特徴としている。
【００１７】
すなわち、請求項２の発明は、前記ビアホールに対して電子の流れの下流側端部に接続された配線がＡｌの移動を阻止するＣｕで構成されたブロック部を備えているため、ビアホールに対して電子の流れの下流側端部に接続された配線においてＡｌが電子と共に移動してもブロック部が壁となってＡｌの移動を阻止する。そのため、Ａｌは電子と共にブロック部を通過することができず、ブロック部よりも下流へ移動できなくなるので、Ａｌの移動により形成されるボイドが成長しにくくなり、ビアホール接続部における断線あるいは抵抗増加を防ぐことができる。
【００１８】
また、このブロック部は電子の流れに対して下流側の主配線部に半永久的にＣｕを供給するため、ブロック部の電子の流れに対して下流側の主配線部ではＣｕの移動のみが起こってＡｌの移動は起こらない。そのため、ブロック部と、このブロック部の電子の流れに対して下流側の主配線部との接続部においてボイドが形成される心配がないため断線あるいは抵抗が増加することがない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の配線構造の実施の形態について、図１から図６を参照して詳しく説明する。全ての図は、２つの配線が内部にタングステン１８が埋め込まれたビアホール１６の両端に接続された様子を示しており、層間絶縁膜などの他の層は、省略している。また、ビアホールに対して電子の流れの上流側端部に接続された配線を第１配線、ビアホールに対して電子の流れの下流側端部に接続された配線を第２配線とする。なお、全ての図において同一または相当する個所には同一の符号を付している。
【００２０】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態の概略を示す横断面図である。図１（ａ）に示すように、第１配線１２はＡｌ−Ｃｕ合金層１２ａとＴｉＮ層１２ｂとの積層膜より構成され、第２配線１４は、Ａｌ−Ｃｕ合金よりなる主配線部２０と、主配線部２０の上面に薄膜形成されたＣｕ層２２とにより構成されている。
【００２１】
第１配線１２が低電位、第２配線１４が高電位となるように電圧を印加すると、電子は第１配線１２からビアホール１６を通って第２配線１４に流れる。第２配線１４には主配線部２０とＣｕ層２２とが設けられているため、ビアホール１６を通過した電子は第２配線１４において主配線部２０とＣｕ層２２との抵抗値に応じて流れが分流される。このときＣｕ層２２において発生するジュール熱により、図１（ｂ）に示すように、Ｃｕ層２２中のＣｕが主配線部２０中に拡散する。
【００２２】
主配線部２０中に拡散したＣｕはエレクトロマイグレーションにより主配線部２０にもともと含まれるＣｕと共に主配線部２０内を移動して主配線部２０内のＡｌの移動を抑える。主配線部２０内のＣｕがビアホール近傍で消失すると、図１（ｃ）に示すようにＡｌが移動して第２配線１４のビアホール接続端部側からボイド３０が形成され始める。しかし、図１（ｄ）に示すように、ジュール熱により再びＣｕ層２２中のＣｕが主配線部２０中に拡散して、エレクトロマイグレーションにより主配線部２０内を移動し、主配線部２０内のＡｌの移動を抑え、上記と同様の作用を繰り返す。
【００２３】
このようにして第１の実施形態では、主配線部２０とＣｕ層２２とを備えることにより電子の流れを二分し、Ｃｕ層２２に生じるジュール熱によりＣｕ層２２からＣｕを主配線部２０中に拡散させて、エレクトロマイグレーションにより主配線部２０内を移動させることで主配線部２０内のＡｌの移動を抑える構成としたので、失われるＡｌの量が少なくなる。そのため、ボイド３０の形成速度が抑えられ、主配線部２０を構成するＡｌのエレクトロマイグレーションが発生してからビアホール１６接続部におけるＡｌの消失により主配線部２０が断線あるいは抵抗が増加するまでの時間を延ばすことができる。なお、主配線部２０の上面にＣｕ層２２を設けていることから、物理的にもボイドの形成を抑えることができる。また、上面のＣｕ層が反射防止膜として機能するという利点もある。
【００２４】
（第２の実施形態）
図２は本発明の第２の実施形態の概略を示す横断面図である。図２（ａ）に示すように、第１配線１２はＡｌ−Ｃｕ合金層１２ａとＴｉＮ層１２ｂとの積層膜より構成され、第２配線１４は、Ａｌ−Ｃｕ合金よりなる主配線部２０と、イオンインプランテーションにより配線２０にＣｕを打ち込んで形成したＣｕ打ち込み層２６とにより構成されている。
【００２５】
第１配線１２が低電位、第２配線１４が高電位となるように電圧を印加すると、電子は第１配線１２からビアホール１６を通って第２配線１４に流れる。第２配線１４には主配線部２０内にＣｕを打ち込んでＣｕを主配線部２０に供給するためのＣｕ層としたＣｕ打ち込み層２６が設けられているため、ビアホール１６を通過した電子は第２配線１４においてＣｕ打ち込み層２６へも分流される。
【００２６】
主配線部２０を電子が流れると、図２（ｂ）に示すように、主配線部２０にもともと含まれていたＣｕとＣｕ打ち込み層２６のＣｕとのエレクトロマイグレーションが生じて主配線部２０内のＡｌの移動を抑える。主配線部２０内のビアホール近傍のＣｕがすべて移動してＣｕ打ち込み層２６が消滅すると、図２（ｃ）に示すようにＡｌが移動し始めて第２配線１４のビアホール接続端部側からボイド３０が形成され始める。
【００２７】
このように第２の実施形態では、Ｃｕを打ち込んでＣｕの濃度を高くしたＣｕ打ち込み層を備えているため、ビアホール近傍のＣｕが配線内を移動してしまうまでの時間が従来よりも長くなる。すなわち、第２配線１４に含まれるＣｕの移動中はＡｌの移動は抑えられているため、電圧を印加してからボイド３０が形成され始めるまでの時間を従来よりも遅くすることができる。また、Ｃｕ打ち込み層２６は、イオンインプランテーション等のように部分的にＣｕを打ち込める装置により形成するため、エレクトロマイグレーションの起こりやすい領域、言い換えると電流が一番多く流れる領域に多くＣｕが打ち込まれるように、電流分布に応じてＣｕの打ち込み量を制御して形成することもでき、より効率的にボイド３０が形成され始めるまでの時間を遅くすることができる。
【００２８】
（第３の実施形態）
図３は本発明の第３の実施形態の概略を示す横断面図である。図３（ａ）に示すように、第１配線１２はＡｌ−Ｃｕ合金層１２ａとＴｉＮ層１２ｂとの積層膜より構成され、第２配線１４は、Ａｌ−Ｃｕ合金よりなる２つの主配線部２０ａ、２０ｂと、主配線部２０ａ、２０ｂの間に形成されたＣｕ層２２とにより構成されている。
【００２９】
第１配線１２が低電位、第２配線１４が高電位となるように電圧を印加すると、電子は第１配線１２からビアホール１６を通って第２配線１４に流れる。第２配線１４には主配線部２０ａ、２０ｂよりも抵抗の低いＣｕ層２２が２つの主配線部２０ａ、２０ｂの間に配されているため、ビアホール１６を通過した電子は第２配線１４において主配線部２０ａ、２０ｂとＣｕ層２２との抵抗値に応じて流れが分流される。このときＣｕ層２２において発生するジュール熱により、図３（ｂ）に示すように、Ｃｕ層２２中のＣｕが２つの主配線部２０ａ、２０ｂのそれぞれに拡散する。
【００３０】
２つの主配線部２０ａ、２０ｂに拡散したＣｕはエレクトロマイグレーションにより主配線部２０ａ、２０ｂにもともと含まれるＣｕと共に主配線部２０ａ、２０ｂ内を移動してそれぞれの主配線部２０ａ、２０ｂ内のＡｌの移動を抑える。主配線部２０ａ、２０ｂ内のビアホール近傍のＣｕがすべて移動してしまうと、図３（ｃ）に示すようにＡｌが移動して第２配線１４の接続端部側からボイド３０ａ、３０ｂが形成され始める。しかし、図３（ｄ）に示すように、ジュール熱により再びＣｕ層２２中のＣｕが２つの主配線部２０ａ、２０ｂのそれぞれに拡散してエレクトロマイグレーションにより主配線部２０内を移動し、主配線部２０ａ、２０ｂ内のそれぞれのＡｌの移動を抑え、上記と同様の作用を繰り返す。
【００３１】
このようにして第３の実施形態では、主配線部２０ａ、２０ｂとＣｕ層２２とを備えたことにより電子の流れを三分し、主配線部２０ａ、２０ｂでＣｕの移動が起こると直ちにＣｕ層２２からＣｕが供給されるようになってＡｌの移動を抑えるように構成したので、失われるＡｌの量が少なくなる。そのため、ボイド３０ａ、３０ｂの形成速度が抑えられ、主配線部２０ａ、２０ｂを構成するＡｌのエレクトロマイグレーションが発生してからビアホール接続部におけるＡｌの消失により主配線部２０が断線あるいは抵抗が増加するまでの時間を延ばすことができる。
【００３２】
また、第３の実施形態では、Ｃｕ層２２が配線の中央に配置された構成であるため、Ｃｕ層２２の主配線部２０ａ、２０ｂに対するＣｕの供給能力が高く、主配線部２０ａ、２０ｂに含まれるＡｌの減少をより一層抑えることができるので、その分ボイド３０ａ、３０ｂの形成速度を遅くすることができる。
【００３３】
（第４の実施形態）
図４は本発明の第４の実施形態の概略を示す横断面図である。図４（ａ）に示すように、第１配線１２はＡｌ−Ｃｕ合金層１２ａとＴｉＮ層１２ｂとの積層膜より構成され、第２配線１４は、Ａｌ−Ｃｕ合金よりなる主配線部２０と、ＣｕよりなるＣｕ層２２と、Ｃｕ層２２と層間絶縁膜との密着性をよくするためのチタン層２４（以後、Ｔｉ層と記す）とが、ビアホール接続側から順にＴｉ層２４、Ｃｕ層２０、主配線部２２の順で積層された積層膜より構成されている。
【００３４】
第１配線１２が低電位、第２配線１４が高電位となるように電圧を印加すると、電子は第１配線１２からビアホール１６を通って第２配線１４に流れる。第２配線１４にはＣｕ層２２が設けられているため、ビアホール１６を通過した電子は第２配線１４において電子の流れが主配線部２０とＣｕ層２２との抵抗値に応じて分流される。このときＣｕ層２２において発生するジュール熱により、図４（ｂ）に示すように、Ｃｕ層２２中のＣｕが主配線部２０中に拡散する。
【００３５】
主配線部２０中に拡散したＣｕはエレクトロマイグレーションにより主配線部２０にもともと含まれるＣｕと共に主配線部２０内を移動して主配線部２０内のＡｌの移動を抑える。主配線部２０内のビアホール近傍のＣｕがすべて移動してしまうと、図４（ｃ）に示すようにＡｌが移動して第２配線１４のビアホール接続端部側からボイド３０が形成され始める。しかし、図４（ｄ）に示すように、ジュール熱により再びＣｕ層２２中のＣｕが主配線部２０中に拡散して、エレクトロマイグレーションにより主配線部２０内を移動し、主配線部２０内のＡｌの移動を抑え、上記と同様の作用を繰り返す。
【００３６】
このようにして第４の実施形態では、Ｃｕ層２２を備えたことにより電子の流れを二分し、主配線部２０でＣｕの移動が起こると直ちにＣｕ層２２からＣｕが供給されるようになってＡｌの移動を抑える構成であるので、失われるＡｌの量が少なくなる。そのため、ボイド３０の形成速度が抑えられ、主配線部２０を構成するＡｌのエレクトロマイグレーションが発生してからビアホール接続部におけるＡｌの消失により主配線部２０が断線あるいは抵抗が増加するまでの時間を延ばすことができる。なお、図４ではＣｕ層２２がビアホールの接続面側に配されているため、ビアホール１６近傍の主配線部２０がビアホール１６近傍で消失してもしばらくの間は電気的接続を保つことができるのでさらに断線までにかかる時間を延ばすことができる。
【００３７】
（第５の実施形態）
図５は本発明の第５の実施形態の概略を示す断面図である。なお、図５において、図５（ａ）、図５（ｃ）および図５（ｄ）は横断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡＡにおける縦断面図である。図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、第１配線１２はＡｌ−Ｃｕ合金層１２ａとＴｉＮ層１２ｂとの積層膜より構成され、第２配線１４は、Ａｌ−Ｃｕ合金よりなる主配線部２０と、ＣｕよりなるＣｕ層２２とを備え、このＣｕ層２２は主配線部２０のビアホール接続面以外の全ての面を覆うように形成されたＣｕ膜より構成されている。
【００３８】
第１配線１２が低電位、第２配線１４が高電位となるように電圧を印加すると、電子は第１配線１２からビアホール１６を通って第２配線１４に流れる。第２配線１４にはＣｕ層２２が設けられているため、ビアホール１６を通過した電子は第２配線１４において流れが主配線部２０とＣｕ層２２との抵抗値に応じて分流される。このときＣｕ層２２において発生するジュール熱により、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、Ｃｕ層２２中のＣｕが主配線部２０のビアホールと接続する面以外の全ての面から主配線部２０内に拡散する。
【００３９】
主配線部２０中に拡散したＣｕはエレクトロマイグレーションにより主配線部２０にもともと含まれるＣｕと共に主配線部２０内を移動して主配線部２０内のＡｌの移動を抑える。主配線部２０内のビアホール近傍のＣｕがすべて移動してしまうと、図５（ｃ）に示すようにＡｌが移動して第２配線１４のビアホール接続端部側からボイド３０が形成され始める。しかし、図５（ｄ）に示すように、ジュール熱により再びＣｕ層２２中のＣｕが主配線部２０中に拡散して、エレクトロマイグレーションにより主配線部２０内を移動し、主配線部２０内のＡｌの移動を抑え、上記と同様の作用を繰り返す。
【００４０】
このようにして第５の実施形態では、主配線部２０とＣｕ層２２とを備えたことにより電子の流れを二分し、主配線部２０でＣｕの移動が起こると直ちにＣｕ層２２からＣｕを供給するように構成したので、失われるＡｌの量が少なくなる。そのため、ボイド３０の形成速度が抑えられ、主配線部２０を構成するＡｌのエレクトロマイグレーションが発生してからビアホール接続部におけるＡｌの消失により主配線部２０が断線あるいは抵抗が増加するまでの時間を延ばすことができる。
【００４１】
また、本第５の実施形態では、Ｃｕ層２２が主配線部２０を囲うように形成されているため、Ｃｕ層２２によるＣｕの供給能力が高く、主配線部２０に含まれるＣｕの減少を抑えられるので、その分ボイド３０の形成速度を遅くすることができる。なお、伝導性の高いＣｕにより主配線部２０を囲む構成であることから第２配線が低抵抗化されるという利点もある。また、物理的にボイドの形成を抑制するとともに、反射防止膜としても作用するという利点もある。
【００４２】
（第６の実施形態）
図６は本発明の第６の実施形態の概略を示す横断面図である。図６（ａ）に示すように、第１配線１２はＡｌ−Ｃｕ合金層１２ａとＴｉＮ層１２ｂとの積層膜より構成され、第２配線１４は、Ａｌ−Ｃｕ合金よりなりビアホールと接続する主配線端部２０ｃと、Ａｌ−Ｃｕ合金よりなる主配線基部２０ｄ、主配線端部２０ｃと主配線基部２０ｄとの間に配設され主配線端部２０ｃに含まれるＡｌの移動を阻止すると共に主配線基部２０ｄにＣｕを供給するブロック部２８とより構成されている。
【００４３】
第１配線１２が低電位、第２配線１４が高電位となるように電圧を印加すると、電子は第１配線１２からビアホール１６を通って第２配線１４に流れる。第２配線１４はビアホール端部側から主配線端部２０ｃ、ブロック部２８、主配線基部２０ｄの順に接続された構造となっているため、電子は主配線端部２０ｃ、ブロック部２８、主配線基部２０ｄの順に通っていく。電圧の印加により主配線端部２０ｃにおいてＣｕが移動して消失した後、Ａｌが電子と共に移動し始めるが主配線端部２０ｃの下流に設けられたブロック部２８が壁となってＡｌの移動を阻止する。そのため、主配線端部２０ｃにおいてＡｌの消失を防ぐことができるのでＡｌの移動に起因するボイド３０が成長しにくくなり、ビアホール接続部における断線あるいは抵抗増加が防止される。
【００４４】
また、ブロック部２８は主配線基部２０ｄにＣｕを半永久的に拡散させているため、主配線基部２０ｄではＣｕの移動のみが起こってＡｌの移動は起こらない。そのため、主配線基部２０ｄにではＡｌの移動により配線が断線あるいは抵抗増加することがない。従って、主配線基部２０ｄにおいてもＡｌのエレクトロマイグレーションに起因する断線あるいは抵抗増加を防ぐことができる。
【００４５】
このように第６の実施形態では主配線端部２０ｃのＡｌの移動を阻止すると共に主配線基部２０ｄにＣｕを供給するブロック部２８を備えているため、ボイドの形成が抑えられると共に、ブロック部２８と主配線基部２０ｄとの間が断線する心配もないので、ビアホール接続部における接続寿命を半永久的とすることができる。
【００４６】
なお、以上述べた全ての実施形態おいて説明を簡単にするため、２つの配線を接続する場合としたが、もちろん本発明はこれに限定されるものではなく、２つ以上の配線をビアホールにより接続して多層に構成する場合にも適用できるものである。また、第１配線１２及び第２配線１４はそれぞれスパッタリング、ＣＶＤ等の既に公知の技術により形成させることが可能である。
【００４７】
さらに、全ての実施形態において第１配線は、Ａｌ−Ｃｕ合金層１２ａとＴｉＮ層１２ｂとの積層膜より構成しているが、Ａｌ−Ｃｕ合金層１２ａの代わりにＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金、Ａｌ−Ｐｄ合金、Ａｌ−Ｔｉ合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｔｉ合金等のアルミ合金を用いることができる。また、タングステン以外にＣｕ、ＴｉＮ等の融点の高い金属を用いることができる。さらに、第１配線の構成としてアルミ合金と融点の高い金属との積層膜以外に、Ｗ、Ｃｕ、ＴｉＮ等の融点の高い金属のみの単独膜またはこれら融点の高い金属同士の積層膜等を用いることもできる。
【００４８】
また、全ての実施形態において第２配線の主配線部２０がＡｌ−Ｃｕ合金層から構成されたものとしているが、配線内にもともと含まれるＣｕは、初めのＣｕのエレクトロマイグレーション時にＣｕ層から主配線部２０内に拡散したＣｕと共に移動することは言うまでもない。また、主配線部２０としてＡｌ−Ｃｕ合金で構成する以外にも例えば、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金、Ａｌ−Ｐｄ合金、Ａｌ−Ｔｉ合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｔｉ合金等のようなアルミ合金を用いることができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、ビアホールに対して電子の流れの下流側端部に接続された配線が、アルミ合金よりなる主配線部にＣｕを供給するＣｕ層を備えているため、Ｃｕ層から主配線部内に拡散したＣｕによりＡｌのエレクトロマイグレーションの進行が抑えられるので、ボイドの形成速度が抑えられ、配線内のＣｕのエレクトロマイグレーションが発生してからビアホール接続部のＡｌが移動して配線が断線あるいは抵抗が増加するまでの時間をかなり延ばすことができる、という効果がある。
【００５０】
また、Ｃｕを配線の高さ方向に打ち込んで高さ方向にも分散させた場合は、電流が多く流れる領域にＣｕを多く分布するように電流分布に応じてＣｕが分布する構成とすることもできるので、一層効率的にＣｕのエレクトロマイグレーションを生じさせてＡｌの消失を遅らせ、配線が断線あるいは抵抗が増加するまでの時間を延ばすことができる、という効果がある。
【００５１】
さらに、請求項２の発明によれば、ビアホールに対して電子の流れの下流側端部に接続された配線が、Ａｌの移動を阻止するＣｕで構成されたブロック部を備えているため、このブロック部が、電子の流れに対して上流側に接続された主配線内のＡｌが電子の流れと共に移動して消失するのを阻止すると共に、電子の流れに対して下流側に接続された主配線にＣｕを半永久的に供給するため、ビアホール接続部におけるボイドの形成が抑えられ、接続寿命を半永久的とすることができる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の第１の実施形態におけるビアホール接続部におけるＣｕとＡｌの挙動を概念的に示す横断面図である。
【図２】
本発明の第２の実施形態におけるビアホール接続部におけるＣｕとＡｌの挙動を概念的に示す横断面図である。
【図３】
本発明の第３の実施形態におけるビアホール接続部におけるＣｕとＡｌの挙動を概念的に示す横断面図である。
【図４】
本発明の第４の実施形態におけるビアホール接続部におけるＣｕとＡｌの挙動を概念的に示す横断面図である。
【図５】
本発明の第５の実施形態におけるビアホール接続部におけるＣｕとＡｌの挙動を概念的に示す横断面図である。
【図６】
本発明の第６の実施形態におけるビアホール接続部におけるＣｕとＡｌの挙動を概念的に示す横断面図である。
【図７】
従来の配線構造におけるビアホール接続部におけるＣｕとＡｌの挙動を概念的に示す横断面図である。
【符号の説明】
１２      第１配線
１４      第２配線
１６      ビアホール
１８      タングステン
２０、２０ａ、２０ｂ      主配線
２０ｃ    主配線端部
２０ｄ    主配線基部
２２      Ｃｕ層
２４      チタン層（Ｔｉ層）
２６      Ｃｕ打ち込み層
２８      ブロック部
３０      ボイド