JPH11317408A - 配線構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エレクトロマイグレーションに起因するビア
ホール接続端部におけるボイドの形成を抑えてビアホー
ル接続部の寿命を延ばした配線構造を提供する。 【解決手段】 タングステン１８が埋め込まれたビアホ
ール１６の両端のそれぞれに第１配線１２と第２配線１
４とを接続した配線構造において、電子の流れの下流側
に位置する第２配線１４がＡｌ−Ｃｕ合金よりなる主配
線２０と、主配線２０の上面に薄膜形成され、電圧が印
加されたときに発生するジュール熱により主配線２０に
Ｃｕを供給するＣｕ層２２とを備えてなる。

Description

【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、ボイドが大きく成長し
て配線幅以上の大きさのボイドとなったときに配線が断
線することが知られている。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、Ａ
ｌ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Ｃｕが移動する。第２配線１０
４中のＣｕが全て移動すると、図７（ｃ）に示すように
Ａｌが電子ｅと共に移動してしまいボイド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接
続部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接続部におけるボイ
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Ｃ
ｕ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層との抵抗値で分
流される。このとき、Ｃｕ層ではジュール熱が発生し、
このジュール熱により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Ａ
ｌ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、イオン蒸着やＣＶ
Ｄ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、ボイドの形成速度をより一
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が全て移動して消失
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、Ａ
ｌの移動によりビアホール接続部の配線が断線するまで
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Ｃ
ｕ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Ｔ
ｉＮ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１
２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
ジュール熱が発生して、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がすべ
て移動してしまうと、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、主配線部２０でＣｕの移動が起こると直ちに
Ｃｕ層２２に電子が多く流れ込むようにし、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Ｔ
ｉＮ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１
２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Ｃ
ｕ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２
６へも分流される。

【００２６】主配線部２０を流れる電子の量が増加する
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、全ての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、Ｃ
ｕ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３
０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Ｔ
ｉＮ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、２
０ｂ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１
２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２
２との抵抗値に応じて流れが分流される。このときＣｕ
層２２においてジュール熱が発生して、図３（ｂ）に示
すように、Ｃｕ層２２中のＣｕが２つの主配線部２０
ａ、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２０
ａ、２０ｂにもともと含まれるＣｕと共に主配線部２０
ａ、２０ｂ内を移動してそれぞれの主配線部２０ａ、２
０ｂ内のＡｌの移動を抑える。主配線部２０ａ、２０ｂ
内の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２
０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３０
ａ、３０ｂの形成速度が抑えられ、主配線部２０ａ、２
０ｂ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Ｔ
ｉＮ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２
０、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１
２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よりも抵抗の低い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においてジュール熱が発生して、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、主配
線部２０よりも抵抗の低い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１
６近傍の主配線部２０が断線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１
２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よりも抵抗の低い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においてジュール熱が発生して、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Ｔ
ｉＮ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２
０ｄ、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１
２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２０
ｃ、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２０
ｃ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２
０ｄ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
より配線が断線することがない。従って、主配線基部２
０ｄ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１
２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−Ｔ
ｉ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。もちろん、２つ以上の配線を多層
に接続する場合では最下層に設ける配線以外は第２配線
のようなエレクトロマイグレーションの進行を抑える構
造とする。

【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、始めの
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と共に移動して消失すること
は言うまでもない。また、主配線部２０としてＡｌ−Ｃ
ｕ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−Ｔ
ｉ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多く分布するように電位差に応じて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

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。