(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１配線と、
第２配線と、
前記第１配線と前記第２配線とを接続するビアとを備え、
前記ビアは、前記第１配線及び前記第２配線の材料と同一の材料と、前記第１配線及び前記第２配線の材料と異なる材料とを含み、前記第１配線及び前記第２配線の材料と異なる材料の割合が前記第１配線の側及び前記第２配線の側で高くなっており、
前記第１配線及び前記第２配線の材料と異なる材料は、前記第１配線及び前記第２配線の材料と同一の材料の中に分散していることを特徴とする配線構造。
【請求項２】
第１配線と、
第２配線と、
前記第１配線と前記第２配線とを接続するビアとを備え、
前記ビアは、前記第１配線及び前記第２配線の材料と同一の材料と、前記第１配線及び前記第２配線の材料と異なる材料とを含み、前記第１配線及び前記第２配線の材料と異なる材料の割合が前記第１配線の側及び前記第２配線の側で高くなっており、
前記第１配線及び前記第２配線の材料と異なる材料は、前記第１配線及び前記第２配線の材料よりも熱膨張係数の大きい材料であることを特徴とする配線構造。
【請求項３】
前記第１配線及び前記第２配線の材料と異なる材料は、前記第１配線及び前記第２配線の材料よりも熱膨張係数の大きい材料であることを特徴とする、請求項１に記載の配線構造。
【請求項４】
前記第１配線、前記第２配線及び前記ビアの周囲に設けられた絶縁膜を備え、
前記第１配線及び前記第２配線の材料と異なる材料は、前記絶縁膜の材料よりも熱膨張係数の小さい材料であることを特徴とする、請求項２又は３に記載の配線構造。
【請求項５】
第１配線と、
第２配線と、
前記第１配線と前記第２配線とを接続するビアとを備え、
前記ビアは、前記第１配線及び前記第２配線の材料と同一の材料と、前記第１配線及び前記第２配線の材料と異なる材料とを含み、前記第１配線及び前記第２配線の材料と異なる材料の割合が前記第１配線の側及び前記第２配線の側で高くなっており、
前記第１配線及び前記第２配線の材料と異なる材料は、前記第１配線及び前記第２配線の材料よりもヤング率の小さい材料であることを特徴とする配線構造。
【請求項６】
前記第１配線及び前記第２配線の材料と異なる材料は、前記第１配線及び前記第２配線の材料よりもヤング率の小さい材料であることを特徴とする、請求項１に記載の配線構造。
【請求項７】
前記第１配線、前記第２配線及び前記ビアの周囲に設けられた絶縁膜を備え、
前記第１配線及び前記第２配線の材料と異なる材料は、前記絶縁膜の材料よりもヤング率が大きい材料であることを特徴とする、請求項５又は６に記載の配線構造。
【請求項８】
第１配線と、
第２配線と、
前記第１配線と前記第２配線とを接続するビアとを備え、
前記ビアは、前記第１配線及び前記第２配線の材料と同一の材料と、前記第１配線及び前記第２配線の材料と異なる材料とを含み、前記第１配線及び前記第２配線の材料と異なる材料の割合が前記第１配線の側及び前記第２配線の側で高くなっており、
前記第１配線及び前記第２配線の材料と異なる材料は、前記第１配線の側及び前記第２配線の側の外周部に位置することを特徴とする配線構造。
【請求項９】
前記第１配線及び前記第２配線の材料と異なる材料は、前記第１配線及び前記第２配線の材料よりも熱膨張係数の大きい材料であることを特徴とする、請求項８に記載の配線構造。
【請求項１０】
前記第１配線及び前記第２配線の材料と異なる材料は、前記第１配線及び前記第２配線の材料よりもヤング率の小さい材料であることを特徴とする、請求項８に記載の配線構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器に対する小型化、高性能化及び低価格化等の要求に伴い、半導体チップの微細化、多端子化、半導体チップを搭載する回路基板の微細化、多層化、及び、回路基板上での半導体チップや電子部品の高密度実装化が進められている。
なお、均一な材料からなるシード膜やめっき下地層を工夫することで、平坦性を確保したり、エレクトロマイグレーションを防止したりする技術がある。また、絶縁膜と配線との間に均一な材料からなる応力緩和層を設けることで、配線の剥がれ等を防止する技術もある。また、複数の貫通導体が平面視で重なることによる応力を緩和すべく、一部の貫通導体を弾性率が低い錫を主成分とする均一な金属材料からなるものとして、クラック等の発生を抑制する技術もある。また、スルーホールに、銅などの均一な金属材料をめっきした後、その内部に発生した応力を吸収しうる他の金属材料を均一に埋め込むことで、クラック等が発生するのを防止する技術もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１２４２１６号公報
【特許文献２】特開２００５−５４２５７号公報
【特許文献３】特開２００３−５１５００号公報
【特許文献４】特開２０１１−２２２９４５号公報
【特許文献５】特開平１１−１７７２３６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、ビアの微細化が進むにつれて、温度が変化した際の応力の影響が大きくなり、ビアと配線の間で応力による断線不良等が生じてくることがわかった。
特に、温度が変化した際にビアと配線の界面に応力が集中し、断線不良等が生じることがわかった。
このように、温度が変化した際に断線不良等が生じてしまうと、信頼性を低下させることになる。
【０００５】
そこで、温度が変化した際にビアと配線の界面に集中する応力を緩和できるようにし、信頼性の高い配線構造を実現したい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本配線構造は、第１配線と、第２配線と、第１配線と第２配線とを接続するビアとを備え、ビアは、第１配線及び第２配線の材料と同一の材料と、第１配線及び第２配線の材料と異なる材料とを含み、第１配線及び第２配線の材料と異なる材料の割合が第１配線の側及び第２配線の側で高くなっており、第１配線及び第２配線の材料と異なる材料は、第１配線及び第２配線の材料と同一の材料の中に分散している。
本配線構造は、第１配線と、第２配線と、第１配線と第２配線とを接続するビアとを備え、ビアは、第１配線及び第２配線の材料と同一の材料と、第１配線及び第２配線の材料と異なる材料とを含み、第１配線及び第２配線の材料と異なる材料の割合が第１配線の側及び第２配線の側で高くなっており、第１配線及び第２配線の材料と異なる材料は、第１配線及び第２配線の材料よりも熱膨張係数の大きい材料である。
本配線構造は、第１配線と、第２配線と、第１配線と第２配線とを接続するビアとを備え、ビアは、第１配線及び第２配線の材料と同一の材料と、第１配線及び第２配線の材料と異なる材料とを含み、第１配線及び第２配線の材料と異なる材料の割合が第１配線の側及び第２配線の側で高くなっており、第１配線及び第２配線の材料と異なる材料は、第１配線及び第２配線の材料よりもヤング率の小さい材料である。
本配線構造は、第１配線と、第２配線と、第１配線と第２配線とを接続するビアとを備え、ビアは、第１配線及び第２配線の材料と同一の材料と、第１配線及び第２配線の材料と異なる材料とを含み、第１配線及び第２配線の材料と異なる材料の割合が第１配線の側及び第２配線の側で高くなっており、第１配線及び第２配線の材料と異なる材料は、第１配線の側及び第２配線の側の外周部に位置する。
【発明の効果】
【０００７】
したがって、本配線構造によれば、温度が変化した際にビアと配線の界面に集中する応力を緩和でき、信頼性の高い配線構造を実現することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態にかかる配線構造の構成を示す模式的断面図である。
【図２】図２（Ａ）、図２（Ｂ）は、従来の配線構造の応力シミュレーションモデルを示しており、図２（Ｃ）は、応力シミュレーションで得られた応力分布状態を示している。
【図３】図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、第１実施形態にかかる配線構造の応力シミュレーションモデルを示しており、図３（Ｃ）は、応力シミュレーションで得られた応力分布状態を示している。
【図４】第１実施形態にかかる配線構造の応力シミュレーションで得られた、熱膨張係数の異なる含有金属を用いた場合の最大相当応力を示す図である。
【図５】第１実施形態の変形例にかかる配線構造の構成を示す模式的断面図である。
【図６】図６（Ａ）、図６（Ｂ）は、第１実施形態の変形例にかかる配線構造の応力シミュレーションモデルを示しており、図６（Ｃ）は、応力シミュレーションで得られた応力分布状態を示している。
【図７】第２実施形態にかかる配線構造の構成を示す模式的断面図である。
【図８】図８（Ａ）、図８（Ｂ）は、第２実施形態にかかる配線構造の応力シミュレーションモデルを示しており、図８（Ｃ）は、応力シミュレーションで得られた応力分布状態を示している。
【図９】第２実施形態にかかる配線構造の応力シミュレーションで得られた、ヤング率の異なる含有金属を用いた場合の最大相当応力を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる配線構造について説明する。
［第１実施形態］
まず、第１実施形態にかかる配線構造について、図１〜図４を参照しながら説明する。
本実施形態にかかる配線構造は、例えば半導体チップや半導体ウェハなどの半導体装置、あるいは、例えばパッケージ基板やビルドアップ基板などの基板に設けられる配線構造に適用するのが好ましい。
【００１０】
本実施形態にかかる配線構造は、図１に示すように、第１配線１（ここでは上層配線；上部配線層）と、第２配線２（ここでは下層配線；下部配線層）と、第１配線１と第２配線２とを接続するビア３とを備える。
そして、ビア３は、第１配線１及び第２配線２の材料（配線材料）と同一の材料３Ａと、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂとを含み、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂの割合が第１配線１の側及び第２配線２の側で高くなっている。つまり、第１配線１及び第２配線２の材料と同一の材料３Ａに、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂを含ませた材料からなり、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂの割合（濃度）が第１配線１の側（ここでは上側部分）及び第２配線２の側（ここでは下側部分）で高くなるように分布しているビア３で、第１配線１と第２配線２とが接続されている。
【００１１】
本実施形態では、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂは、第１配線１及び第２配線２の材料よりも熱膨張係数の大きい材料３ＢＸである。つまり、ビア３を、第１配線１の側及び第２配線２の側で、即ち、第１配線１及び第２配線２との界面の近傍で、第１配線１及び第２配線２の材料よりも熱膨張係数の大きい材料の割合が高くなるものとしている。
【００１２】
これにより、温度が変化した際にビア３と配線１、２の界面（特に外周部）に集中する応力を緩和でき、特に、ビア３と配線１、２の界面に生じる最大応力を低減することができ、信頼性の高い配線構造を実現することができる。例えば、高密度で微細な配線を接続するのに、信頼性の高い微細なビア構造（高性能性ビア）を実現することができる。この場合、ビア３の第１配線１及び第２配線２の材料よりも熱膨張係数の大きい材料が設けられている領域は、応力緩和領域として機能する。
【００１３】
また、熱膨張係数の大きい材料を含む材料（例えば配線材料とそれよりも熱膨張係数の大きい材料の合金材料）によって第１配線の側から第２配線の側まで均一になるようにビアを構成する場合と比較して、抵抗の増大を抑えながら、温度が変化した際にビア３と配線１、２の界面に集中する応力を緩和することができ、特に、ビア３と配線１、２の界面に生じる最大応力を低減することができる。
【００１４】
また、例えば、熱膨張係数の大きい材料を含む均一な材料からなるシード膜やめっき下地層を用いる場合よりも、抵抗の増大を抑えながら、温度が変化した際にビア３と配線１、２の界面に集中する応力を緩和することができ、特に、ビア３と配線１、２の界面に生じる最大応力を低減することができる。つまり、シード膜やめっき下地層は、ビア及び配線に対してボリュームが少なく、厚さも薄いため、熱膨張係数の大きい材料を含む均一な材料をシード膜やめっき下地層に用いても、温度が変化した際にビアと配線の界面に集中する応力を緩和する効果が小さく、特に、ビアと配線の界面に生じる最大応力を低減する効果が小さい。また、応力低減効果を高めるために、熱膨張係数の大きい材料を多く含むものとすると、抵抗が増大してしまい、逆に、抵抗が増大しないように、熱膨張係数の大きい材料を少なくすると、応力低減効果が小さいものとなる。これに対し、本実施形態のように、第１配線１及び第２配線２との界面の近傍で熱膨張係数の大きい材料の割合が高くなるようにしたビア３を用いた場合、ビア３はシード膜等よりもボリュームが大きく、また、熱膨張係数の大きい材料もシード層等よりも広い範囲に分布するため、抵抗の増大を抑えながら、温度が変化した際にビア３と配線１、２の界面に集中する応力を緩和する効果を大きくすることができ、特に、ビア３と配線１、２の界面に生じる最大応力を低減する効果を大きくすることができる。
【００１５】
また、ビアホールの中に、配線材料とそれよりも熱膨張係数の大きい材料とを積層（充填）することでビアを構成する場合、配線材料とそれよりも熱膨張係数の大きい材料との熱膨張係数差で発生する応力がこれらの材料の界面に発生し、応力による破損等が起こるおそれがある。これに対し、上述のように構成することで、このような事態が起こるのを防止することができ、信頼性の高い配線構造を実現することが可能となる。
【００１６】
特に、本実施形態では、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料、即ち、第１配線１及び第２配線２の材料よりも熱膨張係数の大きい材料３ＢＸは、第１配線１及び第２配線２の材料と同一の材料３Ａの中に分散している。つまり、ビア３の第１配線１の側及び第２配線２の側で、即ち、第１配線１及び第２配線２との界面の近傍で、第１配線１及び第２配線２の材料よりも熱膨張係数の大きい材料３ＢＸの割合が高くなるように、第１配線１及び第２配線２の材料と同一の材料３Ａの中に第１配線１及び第２配線２の材料よりも熱膨張係数の大きい材料３ＢＸが分散している。この場合、第１配線１及び第２配線２の材料と同一の材料３Ａの中に分散している、第１配線１及び第２配線２の材料よりも熱膨張係数の大きい材料３ＢＸは、ビア３と配線（ここでは第１配線１及び第２配線２）との界面の近傍に位置することになる。この場合、ビア３の第１配線１及び第２配線２の材料よりも熱膨張係数の大きい材料３ＢＸが分散している領域は、応力緩和領域として機能する。
【００１７】
このように、熱膨張係数の大きい材料３ＢＸを分散させることで、温度が変化した際にビア３と配線１、２の界面に集中する応力を分散させることができ、特に、ビア３と配線１、２の界面に生じる最大応力を顕著に低減することができる。
これにより、例えば、後述の変形例のように、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂを、第１配線１の側及び第２配線２の側の外周部に位置するように設ける場合よりも、抵抗を増大させずに、温度が変化した際にビア３と配線１、２の界面に集中する応力を緩和することができ、特に、ビア３と配線１、２の界面に生じる最大応力を顕著に低減することができる。
【００１８】
また、例えば、熱膨張係数の大きい材料を含む均一な材料からなるシード膜やめっき下地層を用いる場合よりも、抵抗を増大させずに、温度が変化した際にビア３と配線１、２の界面に集中する応力を分散させる効果が大きく、応力の集中を緩和することができ、特に、最大応力を顕著に低減することができる。
なお、シード層は、設けても、設けなくても良い。シード層を設ける場合、シード層の膜厚は例えば約３０ｎｍ〜約１００ｎｍ程度で薄いため、温度変化時の応力に与える影響は小さい。
【００１９】
また、本実施形態では、配線構造は、第１配線１、第２配線２及びビア３の周囲に設けられた絶縁膜４も備える。そして、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂは、絶縁膜４の材料よりも熱膨張係数の小さい材料３ＢＸである。
ここで、第１配線１及び第２配線２の材料は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）などの金属材料である。
【００２０】
また、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂ、即ち、第１配線１及び第２配線２の材料よりも熱膨張係数の大きい材料３ＢＸは、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）などの金属材料である。なお、ここでは、金属材料として、電気抵抗の低い金属材料を例示している。これは、できるだけ抵抗の増大を抑えるためである。
【００２１】
ここで、銅（Ｃｕ）の熱膨張係数は、約１６．５ｐｐｍ／℃である。また、アルミニウム（Ａｌ）の熱膨張係数は、約２３．１ｐｐｍ／℃である。また、銀（Ａｇ）の熱膨張係数は、約１８．９ｐｐｍ／℃である。また、亜鉛（Ｚｎ）の熱膨張係数は、約３０．２ｐｐｍ／℃である。また、錫（Ｓｎ）の熱膨張係数は、約２２ｐｐｍ／℃である。
このため、例えば、第１配線１及び第２配線２の材料が銅（Ｃｕ）の場合、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂ、即ち、第１配線及び第２配線の材料よりも熱膨張係数の大きい材料３ＢＸとして、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）のいずれかを用いることができる。つまり、第１配線１及び第２配線２の材料が銅（Ｃｕ）の場合、ビア３を、第１配線１及び第２配線２の材料と同一の材料３Ａである銅（Ｃｕ）の中に、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂ、即ち、第１配線１及び第２配線２の材料よりも熱膨張係数の大きい材料３ＢＸとして、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）のいずれかを含ませたものとすれば良い。例えば、ビア３を、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）のいずれかの割合が第１配線１及び第２配線２との界面の近傍で高くなるように、銅（Ｃｕ）の中にアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）のいずれかを分散させたものとすれば良い。この場合、銅（Ｃｕ）と、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）のいずれかとは、合金化していても良い。例えば、第１配線１及び第２配線２との界面の近傍で、アルミニウム（Ａｌ）リッチになっているＣｕ−Ａｌ合金、銀（Ａｇ）リッチになっているＣｕ−Ａｇ合金、亜鉛（Ｚｎ）リッチになっているＣｕ−Ｚｎ合金、錫（Ｓｎ）リッチになっているＣｕ−Ｓｎ合金であっても良い。
【００２２】
また、例えば、第１配線１及び第２配線２の材料がアルミニウム（Ａｌ）の場合、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂ、即ち、第１配線１及び第２配線２の材料よりも熱膨張係数の大きい材料３ＢＸとして、亜鉛（Ｚｎ）を用いることができる。つまり、第１配線１及び第２配線２の材料がアルミニウム（Ａｌ）の場合、ビア３を、第１配線１及び第２配線２の材料と同一の材料３Ａであるアルミニウム（Ａｌ）の中に、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂ、即ち、第１配線１及び第２配線２の材料よりも熱膨張係数の大きい材料３ＢＸとして、亜鉛（Ｚｎ）を含ませたものとすれば良い。例えば、ビア３を、亜鉛（Ｚｎ）の割合が第１配線１及び第２配線２との界面の近傍で高くなるように、アルミニウム（Ａｌ）の中に亜鉛（Ｚｎ）を分散させたものとすれば良い。この場合、アルミニウム（Ａｌ）と亜鉛（Ｚｎ）とは、合金化していても良い。例えば、第１配線１及び第２配線２との界面の近傍で亜鉛（Ｚｎ）リッチになっているＡｌ−Ｚｎ合金であっても良い。
【００２３】
また、例えば、第１配線１及び第２配線２の材料が銀（Ａｇ）の場合、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料、即ち、第１配線１及び第２配線２の材料よりも熱膨張係数の大きい材料として、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）を用いることができる。つまり、第１配線１及び第２配線２の材料が銀（Ａｇ）の場合、ビア３を、第１配線１及び第２配線２の材料と同一の材料３Ａである銀（Ａｇ）の中に、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂ、即ち、第１配線１及び第２配線２の材料よりも熱膨張係数の大きい材料３ＢＸとして、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）のいずれかを含ませたものとすれば良い。例えば、ビア３を、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）のいずれかの割合が第１配線１及び第２配線２との界面の近傍で高くなるように、銀（Ａｇ）の中にアルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）のいずれかを分散させたものとすれば良い。この場合、銀（Ａｇ）と、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）のいずれかとは、合金化していても良い。例えば、第１配線及び第２配線との界面の近傍で、アルミニウム（Ａｌ）リッチになっているＡｇ−Ａｌ合金、亜鉛（Ｚｎ）リッチになっているＡｇ−Ｚｎ合金、錫（Ｓｎ）リッチになっているＡｇ−Ｓｎ合金であっても良い。
【００２４】
また、絶縁膜４は、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレンポリ四フッ化エチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテルコポリマー）、ＦＥＰ（フッ化エチレンプロピレンテトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＭＣナイロン、ポリアセタール、超高分子ポリエチレン、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体）、フェノール（ノボラック）、エポキシなどの樹脂絶縁膜である。
【００２５】
ここで、ＰＩ（ポリイミド）の熱膨張係数は、約１０〜約４０ｐｐｍ／℃である。また、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレンポリ四フッ化エチレン）は、約１００ｐｐｍ／℃である。また、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテルコポリマー）は、約１２０ｐｐｍ／℃である。また、ＦＥＰ（フッ化エチレンプロピレンテトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体）は、約９０ｐｐｍ／℃である。また、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）は、約５０ｐｐｍ／℃である。また、ＭＣナイロンは、約６５〜約９０ｐｐｍ／℃である。また、ポリアセタールは、約９０〜約１７０ｐｐｍ／℃である。また、超高分子ポリエチレンは、約１７０〜約１９０ｐｐｍ／℃である。また、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）は、約２６〜約５０ｐｐｍ／℃である。また、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体）は、約９５ｐｐｍ／℃である。また、フェノール（ノボラック）は、約３０〜約７０ｐｐｍ／℃である。また、エポキシは、約４０〜約８０ｐｐｍ／℃である。
【００２６】
このため、絶縁膜４の材料として、これらの樹脂材料のどれを用いるかによって、ビア３に含ませる、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂとして、上述のどの材料を用いるかを決めれば良い。この場合、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂが、絶縁膜４の材料よりも熱膨張係数の小さい材料になっていれば良い。つまり、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂが、第１配線１及び第２配線２の材料よりも熱膨張係数の大きい材料３ＢＸであり、かつ、絶縁膜４の材料よりも熱膨張係数の小さい材料３ＢＸであれば良い。
【００２７】
ところで、上述のように構成される配線構造に備えられるビア３は、例えば、電解めっき液中に２種以上の金属（配線金属及びこれと異なる金属）を溶解してなるめっき液を用い、電流密度を制御して濃度勾配ができるようにすることで、形成することができる。
例えば、第１配線１及び第２配線２の材料として銅（Ｃｕ）を用い、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂ、即ち、第１配線１及び第２配線２の材料よりも熱膨張係数の大きい材料３ＢＸとして亜鉛（Ｚｎ）を用い、絶縁膜４として樹脂絶縁膜を用いる場合、配線構造は、例えば、以下のようにして作製することができる。
【００２８】
つまり、下層配線２のランド上にビア３を形成する際に、配線１、２及びビア３の材料であるＣｕよりも熱膨張係数の大きい材料３ＢＸであるＺｎをＣｕに含有させるために、真鍮めっき（ピロリン酸Ｃｕ５０浴）で、電圧を調整することによってＣｕ中のＺｎ量（Ｚｎ容積）を調整し、上下の配線界面付近のＺｎ容積を例えば３０％とし、ビア３の中心高さ付近ではＺｎが含まれないようにして（Ｚｎ容積０％）、ビア３を形成し、その上に上層配線１のランドを形成し、樹脂絶縁膜４（例えばＪＳＲ社ＷＰＲ）にてモールドすることで、配線構造（ここではダマシン構造）を作製することができる。この場合、ビア３は、下層配線２の側の下側部分及び上層配線１の側の上側部分で、Ｃｕの割合が７０％となり、Ｚｎの割合が３０％となり、中央部分で、Ｃｕの割合が１００％となり、Ｚｎの割合が０％となり、Ｃｕからなるビアの中に下層配線２の側の下側部分及び上層配線１の側の上側部分から中央部分へ向けてＺｎが３０％から０％の範囲で分布するものとなる。このようにして、ビア３の下層配線２の側の下側部分及び上層配線１の側の上側部分で、下層配線２及び上層配線１の材料であるＣｕよりも熱膨張係数の大きい材料３ＢＸであるＺｎの割合が高くなるようにしている。なお、ビア３をめっきによって形成する前に、例えばＴｉ／Ｃｕからなるシード層を形成しても良い。この場合、Ｔｉは密着層である。
【００２９】
ところで、上述のように構成しているのは、以下の理由による。
つまり、ビアの微細化が進むにつれて、温度が変化した際の応力の影響が大きくなり、ビアと配線の間で応力による断線不良等が生じてくることがわかった。特に、温度が変化した際にビアと配線の界面に応力が集中し、断線不良等が生じることがわかった。このように、温度が変化した際に断線不良等が生じてしまうと、信頼性を低下させることになる。
【００３０】
例えば、従来、ＬＳＩ再配線、ウェハレベルパッケージ、疑似ＳＯＣにおいて、温度変化時の応力（ストレス）に対するビアの信頼性を改善する簡便な技術は提供されていなかった。なぜなら、これまで微細なビアを形成する製品では、絶縁膜の材料として、配線金属材料よりも熱膨張係数が小さい無機絶縁材料（例えばＳＯＧ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮなど；例えば熱膨張係数約１０ｐｐｍ／℃以下）を用いてきたためである。
【００３１】
ところが、低コスト化を図るべく、絶縁膜として樹脂絶縁膜を用いた樹脂埋め込み配線が用いられるようになってきている。そして、樹脂絶縁膜に用いられる樹脂材料の熱膨張係数は、一般に配線金属材料よりも熱膨張係数が大きい。このため、樹脂埋め込み配線において配線の微細化が進み、配線ピッチが例えば約１０μｍ以下となると、ビアも微細化され、ビアと配線の界面での温度変化時の応力の影響が大きくなり、ビアと配線の間で応力による断線不良等が発生する頻度が多くなってきた。特に、ビア径が約１０μｍ以下になると断線不良等の発生頻度が増加する。このように断線不良等の発生頻度が多くなってくると、信頼性を低下させることになる。
【００３２】
ここで、図２（Ａ）、図２（Ｂ）は、配線及びビアの材料に銅（Ｃｕ）を用い、ビア径を１０μｍとし、樹脂絶縁膜としてＪＳＲ社ＷＰＲを用いた従来の樹脂埋め込み配線の温度変化（−６５℃〜１５０℃）時の応力シミュレーションモデルを示しており、図２（Ｃ）は、応力シミュレーションで得られた応力分布状態を示している。なお、図２（Ｂ）はビアの上面の四分の一の部分を拡大して示している。
【００３３】
図２（Ｃ）中、符号Ｘ、Ｙで示す部分、即ち、ビアと配線の界面（特にビアと配線の界面のビア外周部）に、温度変化時に局所的に応力が集中していることが分かる。
そこで、温度が変化した際にビア３と配線１、２の界面に集中する応力を緩和できるようにし、信頼性の高い配線構造を実現すべく、上述のような構成を採用している。これにより、温度変化時にビア３と配線１、２の界面に集中する応力を緩和し、最大応力を顕著に低減することで、低コストで、信頼性の高い微細配線構造を実現することができる。
【００３４】
ここで、図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、上述の実施形態のようにして作製した配線構造（配線の材料に銅（Ｃｕ）を用い、ビアの材料にＣｕ及びＺｎを用い、下層配線の側及び上層配線の側でＣｕの割合が７０％となり、Ｚｎの割合が３０％となり、中央部分でＣｕの割合が１００％となり、Ｚｎの割合が０％となるものとし、ビア径を１０μｍとし、樹脂絶縁膜としてＪＳＲ社ＷＰＲを用いた樹脂埋め込み配線）の温度変化（−６５℃〜１５０℃）時の応力シミュレーションモデルを示しており、図３（Ｃ）は、応力シミュレーションで得られた応力分布状態を示している。なお、図３（Ｂ）はビアの上面の四分の一の部分を拡大して示している。
【００３５】
上述の従来の配線構造、即ち、配線及びビアの材料に銅（Ｃｕ）を用い、ビア径を１０μｍとし、樹脂絶縁膜としてＪＳＲ社ＷＰＲを用いた樹脂埋め込み配線よりも、図３（Ｃ）中、符号Ｘ、Ｙで示す部分、即ち、ビアと配線の界面（特にビアと配線の界面のビア外周部）に集中する応力が小さくなり、最大応力（最大相当応力；最大ミーゼス応力）が小さくなることが確認できた。具体的には、図４に示すように、熱膨張係数が約１６．５ｐｐｍ／℃である銅（Ｃｕ）のみをビアに用いた場合の最大相当応力が約４４０ＭＰａであったのに対し、熱膨張係数が約３０．２ｐｐｍ／℃である亜鉛（Ｚｎ）を含有金属（添加金属）として含むビアを用いた場合の最大相当応力は約４２８ＭＰａとなり、最大相当応力が小さくなり、応力の集中が少なくなることが確認できた。これにより、ビアの信頼性、ひいては、配線構造の信頼性を向上させることができる。
【００３６】
また、ビアに含ませる材料であるＺｎを、Ｃｕよりも熱膨張係数の大きな金属材料であるＡｌ、Ａｇ、Ｓｎに置き換えた応力シミュレーションモデルで、同様の応力シミュレーションを行なった結果、Ｚｎを用いた場合と同様に、最大相当応力が小さくなり、応力の集中も少なくなることが確認できた。具体的には、図４に示すように、熱膨張係数が約１６．５ｐｐｍ／℃である銅（Ｃｕ）のみをビアに用いた場合の最大相当応力が約４４０ＭＰａであったのに対し、熱膨張係数が約２３．１ｐｐｍ／℃であるアルミニウム（Ａｌ）を含有金属として含むビアを用いた場合の最大相当応力は約４０１ＭＰａとなり、また、熱膨張係数が約１８．９ｐｐｍ／℃である銀（Ａｇ）を含有金属として含むビアを用いた場合の最大相当応力は約４２４ＭＰａとなり、また、熱膨張係数が約２２ｐｐｍ／℃である錫（Ｓｎ）を含有金属として含むビアを用いた場合の最大相当応力は約４０６ＭＰａとなり、いずれの場合も最大相当応力が小さくなり、応力の集中が少なくなることが確認できた。これにより、ビアの信頼性、ひいては、配線構造の信頼性を向上させることができる。
【００３７】
ここで、ビアの中に上述の各金属を含有させることによるビアの抵抗変化を求めたところ、銅（Ｃｕ）のみをビアに用いた場合の抵抗値は約２．１１９ｍΩ（抵抗変化率１００．０％）であったのに対し、亜鉛（Ｚｎ）を含有金属として含むビアを用いた場合の抵抗値は約２．３８４ｍΩとなり、抵抗変化率約１１２．５％であり、アルミニウム（Ａｌ）を含有金属として含むビアを用いた場合の抵抗値は約２．２６０ｍΩとなり、抵抗変化率約１０６．７％であり、銀（Ａｇ）を含有金属として含むビアを用いた場合の抵抗値は約２．０９７ｍΩとなり、抵抗変化率約９９．０％であり、錫（Ｓｎ）を含有金属として含むビアを用いた場合の抵抗値は約２．４６１ｍΩとなり、抵抗変化率約１１６．１％であり、いずれの場合も抵抗値がそれほど上昇せず、ビアの抵抗変化はそれほどないことが確認できた。
【００３８】
したがって、本実施形態にかかる配線構造によれば、温度が変化した際にビア３と配線１、２の界面に集中する応力を緩和でき、信頼性の高い配線構造を実現することができるという利点がある。
なお、上述の実施形態では、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂが、第１配線１及び第２配線２の材料と同一の材料３Ａの中に分散しているものとして構成しているが、これに限られるものではない。
【００３９】
例えば、図５に示すように、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂは、第１配線１の側及び第２配線２の側の外周部に位置するように構成しても良い。この場合、ビア３は、第１配線１の側の上側部分及び第２配線２の側の下側部分の外周部が、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂによって構成されており、それ以外の部分が、第１配線１及び第２配線２の材料と同一の材料３Ａによって構成されているものとなる。例えば、第１配線１及び第２配線２の材料と同一の材料３Ａを銅（Ｃｕ）とし、これと異なる材料３Ｂとして亜鉛（Ｚｎ）を用いる場合、ビア３は、第１配線１の側の上側部分及び第２配線２の側の下側部分の外周部、即ち、第１配線１及び第２配線２との界面近傍の外周部が、亜鉛（Ｚｎ）によって構成され、それ以外の部分が、銅（Ｃｕ）によって構成されたものとなる。この場合、第１配線１の側の上側部分及び第２配線２の側の下側部分で銅（Ｃｕ）の外周部にリング状に備えられる亜鉛（Ｚｎ）の厚さ（ビア径方向の厚さ）は配線との界面近傍で例えば約０．５μｍとし、徐々に薄くなるようにし、中央部分の外周部には亜鉛（Ｚｎ）が備えられていないものとすれば良い。これにより、温度が変化した際にビア３と配線１、２の界面に集中する応力を緩和でき、信頼性の高い配線構造を実現することができる。
【００４０】
この場合も、ビア３は、第１配線１及び第２配線２の材料と同一の材料３Ａと、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂとを含み、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂの割合が第１配線１の側及び第２配線２の側で高くなっていることになる。また、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂは、第１配線１及び第２配線２の材料よりも熱膨張係数の大きい材料３ＢＸである。また、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂは、絶縁膜４の材料よりも熱膨張係数の小さい材料３ＢＸである。
【００４１】
ここで、図６（Ａ）、図６（Ｂ）は、上述の実施形態の変形例の配線構造、即ち、配線の材料に銅（Ｃｕ）を用い、ビアの材料にＣｕ及びＺｎを用い、下層配線の側及び上層配線の側の外周部でＺｎの厚さを約０．５μｍとし、中央部分でＺｎの厚さが０となるものとし、ビア径を１０μｍとし、樹脂絶縁膜としてＪＳＲ社ＷＰＲを用いた樹脂埋め込み配線）の温度変化（−６５℃〜１５０℃）時の応力シミュレーションモデルを示しており、図６（Ｃ）は、応力シミュレーションで得られた応力分布状態を示している。なお、図６（Ｂ）はビアの上面の四分の一の部分を拡大して示している。
【００４２】
上述の従来の配線構造、即ち、配線及びビアの材料に銅（Ｃｕ）を用い、ビア径を１０μｍとし、樹脂絶縁膜としてＪＳＲ社ＷＰＲを用いた樹脂埋め込み配線よりも、図６（Ｃ）中、符号Ｘ、Ｙで示す部分、即ち、ビアと配線の界面（特にビアと配線の界面のビア外周部）に集中する応力が小さくなり、最大応力（最大相当応力；最大ミーゼス応力）が小さくなることが確認できた。具体的には、熱膨張係数が約１６．５ｐｐｍ／℃である銅（Ｃｕ）のみをビアに用いた場合の最大相当応力が約４４０ＭＰａであったのに対し、熱膨張係数が約３０．２ｐｐｍ／℃である亜鉛（Ｚｎ）を外周部にリング状に備えるビアを用いた場合の最大相当応力は約４２７ＭＰａとなり、最大相当応力が小さくなり、応力の集中が少なくなることが確認できた。これにより、ビアの信頼性、ひいては、配線構造の信頼性を向上させることができる。
【００４３】
また、ビアに含ませる材料であるＺｎを、Ｃｕよりも熱膨張係数の大きな金属材料であるＡｌ、Ａｇ、Ｓｎに置き換えた応力シミュレーションモデルで、同様の応力シミュレーションを行なった結果、Ｚｎを用いた場合と同様に、最大相当応力が小さくなり、応力の集中も少なくなることが確認できた。具体的には、熱膨張係数が約１６．５ｐｐｍ／℃である銅（Ｃｕ）のみをビアに用いた場合の最大相当応力が約４４０ＭＰａであったのに対し、熱膨張係数が約２３．１ｐｐｍ／℃であるアルミニウム（Ａｌ）を外周部にリング状に備えるビアを用いた場合の最大相当応力は約３９６ＭＰａとなり、また、熱膨張係数が約１８．９ｐｐｍ／℃である銀（Ａｇ）を外周部にリング状に備えるビアを用いた場合の最大相当応力は約４１９ＭＰａとなり、また、熱膨張係数が約２２ｐｐｍ／℃である錫（Ｓｎ）を外周部にリング状に備えるビアを用いた場合の最大相当応力は約３９４ＭＰａとなり、いずれの場合も最大相当応力が小さくなり、応力の集中が少なくなることが確認できた。これにより、ビアの信頼性、ひいては、配線構造の信頼性を向上させることができる。
［第２実施形態］
まず、第２実施形態にかかる配線構造について、図７、図８を参照しながら説明する。
【００４４】
本実施形態にかかる配線構造は、上述の第１実施形態のものに対し、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂとして用いる材料が異なる。
つまり、上述の第１実施形態では、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂは、第１配線１及び第２配線２の材料よりも熱膨張係数の大きい材料３ＢＸであるのに対し、本実施形態では、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂは、第１配線１及び第２配線２の材料よりもヤング率の小さい材料３ＢＹである点が異なる。また、上述の第１実施形態では、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂは、絶縁膜４の材料よりも熱膨張係数の小さい材料３ＢＸであるのに対し、本実施形態では、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂは、絶縁膜４の材料よりもヤング率が大きい材料３ＢＹである点が異なる。
【００４５】
この場合も、ビア３は、第１配線１及び第２配線２の材料と同一の材料３Ａと、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂとを含み、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂの割合が第１配線１の側及び第２配線２の側で高くなっている。また、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂは、第１配線１及び第２配線２の材料と同一の材料３Ａの中に分散している。
【００４６】
本実施形態では、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂは、第１配線１及び第２配線２の材料よりもヤング率の小さい材料３ＢＹである。つまり、本実施形態では、ビア３を、第１配線１の側及び第２配線２の側で、即ち、第１配線１及び第２配線２との界面の近傍で、第１配線１及び第２配線２の材料よりもヤング率の小さい材料３ＢＹの割合が高くなるものとしている。
【００４７】
これにより、温度が変化した際にビア３と配線１、２の界面（特に外周部）に集中する応力を緩和でき、特に、ビア３と配線１、２の界面に生じる最大応力を低減することができ、信頼性の高い配線構造を実現することができる。例えば、高密度で微細な配線を接続するのに、信頼性の高い微細なビア構造（高性能性ビア）を実現することができる。この場合、ビア３の第１配線１及び第２配線２の材料よりもヤング率の小さい材料３ＢＹが設けられている領域は、応力緩和領域として機能する。
【００４８】
また、ヤング率の小さい材料を含む材料（例えば配線材料とそれよりもヤング率の小さい材料の合金材料）によって第１配線の側から第２配線の側まで均一になるようにビアを構成する場合と比較して、抵抗の増大を抑えながら、温度が変化した際にビア３と配線１、２の界面に集中する応力を緩和することができ、特に、ビア３と配線１、２の界面に生じる最大応力を低減することができる。
【００４９】
また、例えば、ヤング率の小さい材料を含む均一な材料からなるシード膜やめっき下地層を用いる場合よりも、抵抗の増大を抑えながら、温度が変化した際にビア３と配線１、２の界面に集中する応力を緩和することができ、特に、ビア３と配線１、２の界面に生じる最大応力を低減することができる。つまり、シード膜やめっき下地層は、ビア及び配線に対してボリュームが少なく、厚さも薄いため、ヤング率の小さい材料を含む均一な材料をシード膜やめっき下地層に用いても、温度が変化した際にビアと配線の界面に集中する応力を緩和する効果が小さく、特に、ビアと配線の界面に生じる最大応力を低減する効果が小さい。また、応力低減効果を高めるために、ヤング率の大きい材料を多く含むものとすると、抵抗が増大してしまい、逆に、抵抗が増大しないように、ヤング率の小さい材料を少なくすると、応力低減効果が小さいものとなる。これに対し、本実施形態のように、第１配線１及び第２配線２との界面の近傍でヤング率の小さい材料３ＢＹの割合が高くなるようにしたビア３を用いた場合、ビア３はシード膜等よりもボリュームが大きく、また、ヤング率の小さい材料３ＢＹもシード層等よりも広い範囲に分布するため、抵抗の増大を抑えながら、温度が変化した際にビア３と配線１、２の界面に集中する応力を緩和する効果を大きくすることができ、特に、ビア３と配線１、２の界面に生じる最大応力を低減する効果を大きくすることができる。
【００５０】
また、ビアホールの中に、配線材料とそれよりもヤング率の小さい材料とを積層（充填）することでビアを構成する場合、配線材料とそれよりもヤング率の小さい材料とのヤング率差で発生する応力がこれらの材料の界面に発生し、応力による破損等が起こるおそれがある。これに対し、上述のように構成することで、このような事態が起こるのを防止することができ、信頼性の高い配線構造を実現することが可能となる。
【００５１】
特に、本実施形態では、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂ、即ち、第１配線１及び第２配線２の材料よりもヤング率の小さい材料３ＢＹは、第１配線１及び第２配線２の材料と同一の材料３Ａの中に分散している。つまり、ビア３の第１配線１の側及び第２配線２の側で、即ち、第１配線１及び第２配線２との界面の近傍で、第１配線１及び第２配線２の材料よりもヤング率の小さい材料３ＢＹの割合が高くなるように、第１配線１及び第２配線２の材料と同一の材料３Ａの中に第１配線１及び第２配線２の材料よりもヤング率の小さい材料３ＢＹが分散している。この場合、第１配線１及び第２配線２の材料と同一の材料３Ａの中に分散している、第１配線１及び第２配線２の材料よりもヤング率の小さい材料３ＢＹは、ビア３と配線（ここでは第１配線１及び第２配線２）との界面の近傍に位置することになる。この場合、ビア３の第１配線１及び第２配線２の材料よりもヤング率の小さい材料３ＢＹが分散している領域は、応力緩和領域として機能する。
【００５２】
このように、ヤング率の小さい材料を分散させることで、温度が変化した際にビア３と配線１、２の界面に集中する応力を分散させることができ、特に、ビア３と配線１、２の界面に生じる最大応力を顕著に低減することができる。
これにより、例えば、後述の変形例のように、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂを、第１配線１の側及び第２配線２の側の外周部に位置するように設ける場合よりも、抵抗を増大させずに、温度が変化した際にビア３と配線１、２の界面に集中する応力を緩和することができ、特に、ビア３と配線１、２の界面に生じる最大応力を顕著に低減することができる。
【００５３】
また、例えば、ヤング率の小さい材料を含む均一な材料からなるシード膜やめっき下地層を用いる場合よりも、抵抗を増大させずに、温度が変化した際にビア３と配線１、２の界面に集中する応力を分散させる効果が大きく、応力の集中を緩和することができ、特に、最大応力を顕著に低減することができる。
なお、シード層は、設けても、設けなくても良い。シード層を設ける場合、シード層の膜厚は例えば約３０ｎｍ〜約１００ｎｍ程度で薄いため、温度変化時の応力に与える影響は小さい。
【００５４】
また、本実施形態では、配線構造は、第１配線１、第２配線２及びビア３の周囲に設けられた絶縁膜４も備える。そして、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料は、絶縁膜４の材料よりもヤング率の大きい材料３ＢＹである。
ここで、第１配線１及び第２配線２の材料は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）などの金属材料である。
【００５５】
また、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂ、即ち、第１配線１及び第２配線２の材料よりもヤング率の小さい材料３ＢＹは、ニオブ（Ｎｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、セリウム（Ｃｅ）、バリウム（Ｂａ）、錫（Ｓｎ）などの金属材料である。なお、ここでは、金属材料として、電気抵抗の低い金属材料を例示している。これは、できるだけ抵抗の増大を抑えるためである。また、ビア３の中に含ませるヤング率の小さい材料３ＢＹとしては、約３００℃以下の温度で配線材料と同一の材料３Ａである金属材料と合金化しない金属材料を用いるのが好ましい。このため、ここではそのような金属材料を例示している。
【００５６】
ここで、銅（Ｃｕ）のヤング率は、約１３０．０ＧＰａである。また、アルミニウム（Ａｌ）のヤング率は、約７０．０ＧＰａである。また、銀（Ａｇ）のヤング率は、約８３．０ＧＰａである。また、ニオブ（Ｎｂ）のヤング率は、約１０５．０ＧＰａである。ビスマス（Ｂｉ）のヤング率は、約３２．０ＧＰａである。また、セリウム（Ｃｅ）のヤング率は、約３３．６ＧＰａである。また、バリウム（Ｂａ）のヤング率は、約２０．０ＧＰａである。また、錫（Ｓｎ）のヤング率は、約２２．０ＧＰａである。
【００５７】
このため、例えば、第１配線１及び第２配線２の材料が銅（Ｃｕ）である場合、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂ、即ち、第１配線１及び第２配線２の材料よりもヤング率の小さい材料３ＢＹとして、ニオブ（Ｎｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、セリウム（Ｃｅ）、バリウム（Ｂａ）、錫（Ｓｎ）のいずれかを用いることができる。つまり、第１配線１及び第２配線２の材料が銅（Ｃｕ）である場合、ビア３を、第１配線１及び第２配線２の材料と同一の材料３Ａである銅（Ｃｕ）の中に、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂ、即ち、第１配線１及び第２配線２の材料よりもヤング率の小さい材料３ＢＹとして、ニオブ（Ｎｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、セリウム（Ｃｅ）、バリウム（Ｂａ）、錫（Ｓｎ）のいずれかを含ませたものとすれば良い。例えば、ビア３を、ニオブ（Ｎｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、セリウム（Ｃｅ）、バリウム（Ｂａ）、錫（Ｓｎ）のいずれかの割合が第１配線１及び第２配線２との界面の近傍で高くなるように、銅（Ｃｕ）の中にニオブ（Ｎｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、セリウム（Ｃｅ）、バリウム（Ｂａ）、錫（Ｓｎ）のいずれかを分散させたものとすれば良い。
【００５８】
また、例えば、第１配線１及び第２配線２の材料がアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）のいずれかである場合、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂ、即ち、第１配線１及び第２配線２の材料よりもヤング率の小さい材料３ＢＹとして、ビスマス（Ｂｉ）、セリウム（Ｃｅ）、バリウム（Ｂａ）、錫（Ｓｎ）のいずれかを用いることができる。つまり、第１配線１及び第２配線２の材料がアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）のいずれかである場合、ビア３を、第１配線１及び第２配線２の材料と同一の材料３Ａであるアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）のいずれかの中に、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂ、即ち、第１配線１及び第２配線２の材料よりもヤング率の小さい材料３ＢＹとして、ビスマス（Ｂｉ）、セリウム（Ｃｅ）、バリウム（Ｂａ）、錫（Ｓｎ）のいずれかを含ませたものとすれば良い。例えば、ビア３を、ビスマス（Ｂｉ）、セリウム（Ｃｅ）、バリウム（Ｂａ）、錫（Ｓｎ）のいずれかの割合が第１配線１及び第２配線２との界面の近傍で高くなるように、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）の中にビスマス（Ｂｉ）、セリウム（Ｃｅ）、バリウム（Ｂａ）、錫（Ｓｎ）のいずれかを分散させたものとすれば良い。
【００５９】
また、絶縁膜４は、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレンポリ四フッ化エチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテルコポリマー）、ＦＥＰ（フッ化エチレンプロピレンテトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＭＣナイロン、ポリアセタール、超高分子ポリエチレン、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体）、フェノール（ノボラック）、エポキシなどの樹脂絶縁膜である。
【００６０】
ここで、ＰＩ（ポリイミド）のヤング率は、約３〜約７ＧＰａである。また、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレンポリ四フッ化エチレン）は、約０．４〜約０．６ＧＰａである。また、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテルコポリマー）は、約０．３１〜約０．３５ＧＰａである。また、ＦＥＰ（フッ化エチレンプロピレンテトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体）は、約０．３２〜約０．３６ＧＰａである。また、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）は、約０．０２〜約０．０９８ＧＰａである。また、ＭＣナイロンは、約０．０７〜約０．１ＧＰａである。また、ポリアセタールは、約０．０４〜約０．０６ＧＰａである。また、超高分子ポリエチレンは、約０．０３５〜約０．０４５ＧＰａである。また、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）は、約０．０７５〜約０．０８５ＧＰａである。また、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体）は、約０．０３９ＧＰａである。また、フェノール（ノボラック）は、約０．０４５〜約０．０６５ＧＰａである。また、エポキシは、約０．０３５〜約０．０８４ＧＰａである。
【００６１】
このため、絶縁膜４の材料として、これらの樹脂材料のどれを用いるかによって、ビア３に含ませる、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂとして、上述のどの材料を用いるかを決めれば良い。この場合、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂが、絶縁膜４の材料よりもヤング率が大きい材料３ＢＹになっていれば良い。つまり、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂが、第１配線１及び第２配線２の材料よりもヤング率の小さい材料３ＢＹであり、かつ、絶縁膜４の材料よりもヤング率の大きい材料３ＢＹであれば良い。
【００６２】
ところで、上述のように構成される配線構造に備えられるビア３は、例えば、電解めっき液中に２種以上の金属（配線金属及びこれと異なる金属）を溶解してなるめっき液を用い、電流密度を制御して濃度勾配ができるようにすることで、形成することができる。
例えば、第１配線１及び第２配線２の材料として銅（Ｃｕ）を用い、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂ、即ち、第１配線１及び第２配線２の材料よりもヤング率の小さい材料３ＢＹとしてニオブ（Ｎｂ）を用い、絶縁膜４として樹脂絶縁膜を用いる場合、配線構造は、例えば、以下のようにして作製することができる。
【００６３】
つまり、下層配線２のランド上にビア３を形成する際に、配線１、２及びビア３の材料であるＣｕよりもヤング率の小さい材料３ＢＹであるＮｂをＣｕに含有させるために、電圧を調整することによって電解めっき液のＣｕ中のＮｂ量（Ｎｂ容積）を調整し、上下の配線界面付近のＮｂ容積を例えば３０％とし、ビア３の中心高さ付近ではＮｂが含まれないようにして（Ｎｂ容積０％）、ビア３を形成し、その上に上層配線１のランドを形成し、樹脂絶縁膜４（例えばＪＳＲ社ＷＰＲ）にてモールド（被覆）することで、配線構造（ここではダマシン構造）を作製することができる。この場合、ビア３は、下層配線２の側の下側部分及び上層配線１の側の上側部分で、Ｃｕの割合が７０％となり、Ｎｂの割合が３０％となり、中央部分で、Ｃｕの割合が１００％となり、Ｎｂの割合が０％となり、Ｃｕからなるビア３の中に下層配線２の側の下側部分及び上層配線１の側の上側部分から中央部分へ向けてＮｂが３０％から０％の範囲で（即ち、３０％、２０％、１０％、０％と順に割合が少なくなるように）分布するものとなる。このようにして、ビア３の下層配線２の側の下側部分及び上層配線１の側の上側部分で、下層配線２及び上層配線１の材料であるＣｕよりもヤング率の小さい材料３ＢＹであるＮｂの割合が高くなるようにしている。なお、ビア３をめっきによって形成する前に、例えばＴｉ／Ｃｕからなるシード層を形成しても良い。この場合、Ｔｉは密着層である。
【００６４】
このように、上述の第１実施形態の場合と同様の理由で、温度が変化した際にビア３と配線１、２の界面に集中する応力を緩和できるようにし、信頼性の高い配線構造を実現すべく、上述のような構成を採用している。これにより、温度変化時にビア３と配線１、２の界面に集中する応力を緩和し、最大応力を顕著に低減することで、低コストで、信頼性の高い微細配線構造を実現することができる。
【００６５】
ここで、図８（Ａ）、図８（Ｂ）は、上述の実施形態のようにして作製した配線構造（配線の材料に銅（Ｃｕ）を用い、ビアの材料にＣｕ及びＮｂを用い、下層配線の側及び上層配線の側でＣｕの割合が７０％となり、Ｎｂの割合が３０％となり、中央部分でＣｕの割合が１００％となり、Ｎｂの割合が０％となるものとし、ビア径を１０μｍとし、樹脂絶縁膜としてＪＳＲ社ＷＰＲを用いた樹脂埋め込み配線）の温度変化（−６５℃〜１５０℃）時の応力シミュレーションモデルを示しており、図８（Ｃ）は、応力シミュレーションで得られた応力分布状態を示している。なお、図８（Ｂ）はビアの上面の四分の一の部分を拡大して示している。
【００６６】
上述の従来の配線構造、即ち、配線及びビアの材料に銅（Ｃｕ）を用い、ビア径を１０μｍとし、樹脂絶縁膜としてＪＳＲ社ＷＰＲを用いた樹脂埋め込み配線よりも、図８（Ｃ）中、符号Ｘ、Ｙで示す部分、即ち、ビアと配線の界面（特にビアと配線の界面のビア外周部）に集中する応力が小さくなり、最大応力（最大相当応力；最大ミーゼス応力）が小さくなることが確認できた。具体的には、図９に示すように、ヤング率が約１３０．０ＧＰａである銅（Ｃｕ）のみをビアに用いた場合の最大相当応力が約４４０ＭＰａであったのに対し、ヤング率が約１０５．０ＧＰａであるニオブ（Ｎｂ）を含有金属（添加金属）として含むビアを用いた場合の最大相当応力は約４３３ＭＰａとなり、最大相当応力が小さくなり、応力の集中が少なくなることが確認できた。これにより、ビアの信頼性、ひいては、配線構造の信頼性を向上させることができる。
【００６７】
また、ビアに含ませる材料であるＮｂを、Ｃｕよりもヤング率の小さな金属材料であるＢｉ、Ｃｅ、Ｂａ、Ｓｎに置き換えた応力シミュレーションモデルで、同様の応力シミュレーションを行なった結果、Ｎｂを用いた場合と同様に、最大相当応力が小さくなり、応力の集中も少なくなることが確認できた。具体的には、図９に示すように、ヤング率が約１３０．０ＧＰａである銅（Ｃｕ）のみをビアに用いた場合の最大相当応力が約４４０ＭＰａであったのに対し、ヤング率が約３２．０ＧＰａであるビスマス（Ｂｉ）を含有金属として含むビアを用いた場合の最大相当応力は約４１４．８ＭＰａとなり、また、ヤング率が約３３．６ＧＰａであるセリウム（Ｃｅ）を含有金属として含むビアを用いた場合の最大相当応力は約４１６．０ＭＰａとなり、また、ヤング率が約２０．０ＧＰａであるバリウム（Ｂａ）を含有金属として含むビアを用いた場合の最大相当応力は約４１３．６ＭＰａとなり、また、ヤング率が約２２．０ＧＰａである錫（Ｓｎ）を含有金属として含むビアを用いた場合の最大相当応力は約４０６ＭＰａとなり、いずれの場合も最大相当応力が小さくなり、応力の集中が少なくなることが確認できた。これにより、ビアの信頼性、ひいては、配線構造の信頼性を向上させることができる。
【００６８】
したがって、本実施形態にかかる配線構造によれば、温度が変化した際にビア３と配線１、２の界面に集中する応力を緩和でき、信頼性の高い配線構造を実現することができるという利点がある。
なお、上述の実施形態では、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂが、第１配線１及び第２配線２の材料と同一の材料３Ａの中に分散しているものとして構成しているが、これに限られるものではなく、例えば、上述の第１実施形態の変形例の場合と同様に、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂは、第１配線１の側及び第２配線２の側の外周部に位置するように構成しても良い。この場合、ビア３は、第１配線１の側の上側部分及び第２配線２の側の下側部分の外周部が、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂによって構成されており、それ以外の部分が、第１配線１及び第２配線２の材料と同一の材料３Ａによって構成されているものとなる。これにより、温度が変化した際にビア３と配線１、２の界面に集中する応力を緩和でき、信頼性の高い配線構造を実現することができる。この場合も、ビア３は、第１配線１及び第２配線２の材料と同一の材料３Ａと、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂとを含み、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂの割合が第１配線１の側及び第２配線２の側で高くなっていることになる。また、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂは、第１配線１及び第２配線２の材料よりもヤング率の小さい材料３ＢＹである。また、第１配線１及び第２配線２の材料と異なる材料３Ｂは、絶縁膜４の材料よりもヤング率が大きい材料３ＢＹである。
【００６９】
以下、上述の実施形態及び各変形例に関し、更に、付記を開示する。
（付記１）
第１配線と、
第２配線と、
前記第１配線と前記第２配線とを接続するビアとを備え、
前記ビアは、前記第１配線及び前記第２配線の材料と同一の材料と、前記第１配線及び前記第２配線の材料と異なる材料とを含み、前記第１配線及び前記第２配線の材料と異なる材料の割合が前記第１配線の側及び前記第２配線の側で高くなっていることを特徴とする配線構造。
【００７０】
（付記２）
前記第１配線及び前記第２配線の材料と異なる材料は、前記第１配線及び前記第２配線の材料と同一の材料の中に分散していることを特徴とする、付記１に記載の配線構造。
（付記３）
前記第１配線及び前記第２配線の材料と異なる材料は、前記第１配線及び前記第２配線の材料よりも熱膨張係数の大きい材料であることを特徴とする、付記１又は２に記載の配線構造。
【００７１】
（付記４）
前記第１配線、前記第２配線及び前記ビアの周囲に設けられた絶縁膜を備え、
前記第１配線及び前記第２配線の材料と異なる材料は、前記絶縁膜の材料よりも熱膨張係数の小さい材料であることを特徴とする、付記３に記載の配線構造。
（付記５）
前記第１配線及び前記第２配線の材料と異なる材料は、前記第１配線及び前記第２配線の材料よりもヤング率の小さい材料であることを特徴とする、付記１又は２に記載の配線構造。
【００７２】
（付記６）
前記第１配線、前記第２配線及び前記ビアの周囲に設けられた絶縁膜を備え、
前記第１配線及び前記第２配線の材料と異なる材料は、前記絶縁膜の材料よりもヤング率が大きい材料であることを特徴とする、付記５に記載の配線構造。
（付記７）
前記第１配線及び前記第２配線の材料と異なる材料は、前記第１配線の側及び前記第２配線の側の外周部に位置することを特徴とする、付記１に記載の配線構造。
【００７３】
（付記８）
前記第１配線及び前記第２配線の材料と異なる材料は、前記第１配線及び前記第２配線の材料よりも熱膨張係数の大きい材料であることを特徴とする、付記７に記載の配線構造。
（付記９）
前記第１配線、前記第２配線及び前記ビアの周囲に設けられた絶縁膜を備え、
前記第１配線及び前記第２配線の材料と異なる材料は、前記絶縁膜の材料よりも熱膨張係数の小さい材料であることを特徴とする、付記８に記載の配線構造。
【００７４】
（付記１０）
前記第１配線及び前記第２配線の材料と異なる材料は、前記第１配線及び前記第２配線の材料よりもヤング率の小さい材料であることを特徴とする、付記７に記載の配線構造。
（付記１１）
前記第１配線、前記第２配線及び前記ビアの周囲に設けられた絶縁膜を備え、
前記第１配線及び前記第２配線の材料と異なる材料は、前記絶縁膜の材料よりもヤング率が大きい材料であることを特徴とする、付記１０に記載の配線構造。
【符号の説明】
【００７５】
１  第１配線（上層配線；上部配線層）
２  第２配線（下層配線；下部配線層）
３  ビア
３Ａ  第１配線及び第２配線の材料と同一の材料
３Ｂ  第１配線及び第２配線の材料と異なる材料
３ＢＸ  第１配線及び第２配線の材料よりも熱膨張係数の大きい材料
３ＢＹ  第１配線及び第２配線の材料よりもヤング率の小さい材料
４  絶縁膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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