(57)【要約】【課題】金属配線層の信頼性を向上出来る半導体装置を提供すること。【解決手段】半導体装置１は、層間絶縁膜７と、前記層間絶縁膜７に形成された溝１２内の底面及び側面上に形成されたバリアメタル層８と、前記バリアメタル層８上に形成され且つ上面が前記溝１２の開口部上面より低く、前記溝１２内の一部を埋め込む導電層９と、前記導電層９上及び前記溝１２開口部における前記バリアメタル層８の側面上に、前記層間絶縁膜７よりも誘電率の高い材料により形成された第１絶縁膜１０とを具備する。【選択図】      図２
2007311560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜に形成された溝内の底面及び側面上に形成されたバリアメタル層と、
前記バリアメタル層上に形成され且つ上面が前記溝の開口部上面より低く、前記溝内の一部を埋め込む導電層と、
前記導電層上及び前記溝開口部における前記バリアメタル層の側面上に、前記層間絶縁膜よりも誘電率の高い材料により形成された第１絶縁膜と
を具備することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜内に第１方向に延びるように形成され、前記第１方向に直交する第２方向で互いに隣接する複数の配線層と、
前記配線層上に形成された第１絶縁膜と、
前記配線層上に接するコンタクトプラグと
を具備し、前記配線層は、前記層間絶縁膜内に形成され、一部領域が前記層間絶縁膜から突出する導電層と、
前記導電膜の底面及び側面上に形成されたバリアメタル層とを備え、
前記第１絶縁膜は、前記導電層の前記層間絶縁膜から突出した領域上、及び該突出した領域の側面上の前記バリアメタル層上に、前記層間絶縁膜よりも誘電率の高い材料により形成され、
前記第２方向で隣接する前記配線層上の前記コンタクトプラグは、前記第１方向においてずれた位置にある
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜内に形成され、一部領域が前記層間絶縁膜から突出する導電層と、
前記導電膜の底面及び側面上に形成されたバリアメタル層と、
前記導電層の前記層間絶縁膜から突出した領域上、及び該突出した領域の側面上の前記バリアメタル層上に、前記層間絶縁膜よりも誘電率の高い材料により形成された第１絶縁膜と、
前記層間絶縁膜中に形成され、該層間絶縁膜とエッチングレートの異なる材料により形成された第２絶縁膜と
を具備し、前記導電層は、前記層間絶縁膜内において前記第２絶縁膜を貫通するようにして形成される
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
前記導電層の前記突出した領域の側面に位置する前記バリアメタル層の側面上に、前記層間絶縁膜と同一の材料により形成された側壁絶縁膜を更に備え、
前記導電層の前記突出した領域の側面に位置する前記第１絶縁膜は、前記第２絶縁膜の側壁上に形成される
ことを特徴とする請求項２または３記載の半導体装置。
【請求項５】
前記層間絶縁膜中に形成され、該層間絶縁膜とエッチングレートの異なる材料により形成された第２絶縁膜を更に備え、
前記導電層は、前記層間絶縁膜内において前記第２絶縁膜を貫通するように形成される
ことを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は半導体装置に関する。例えば、材料に銅（Ｃｕ）を用いて形成された金属配線層の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置の配線材料としてＣｕが広く用いられている。また、Ｃｕの周囲にバリアメタル層等を形成することにより、Ｃｕが周囲の層間絶縁膜に拡散することを防止する構成が提案されている（例えば特許文献１、２参照）。
【０００３】
しかしながら、上記従来の構成ではＣｕの拡散防止効果は十分ではなかった。そのため、隣接する配線層間に大きな電位差が生じると、電界ストレスによりＣｕが層間絶縁膜中へ拡散し、場合によっては配線がショートするという問題があった。
【特許文献１】特開２０００−３２３４７９号公報
【特許文献２】特開平１０−１８９５９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この発明は、金属配線層の信頼性を向上出来る半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明の一態様に係る半導体装置は、層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜に形成された溝内の底面及び側面上に形成されたバリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成され且つ上面が前記溝の開口部上面より低く、前記溝内の一部を埋め込む導電層と、前記導電層上及び前記溝開口部における前記バリアメタル層の側面上に、前記層間絶縁膜よりも誘電率の高い材料により形成された第１絶縁膜とを具備する。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、金属配線層の信頼性を向上出来る半導体装置を提供出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、この発明の実施形態につき図面を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。
【０００８】
この発明の第１の実施形態に係る半導体装置について図１乃至図３を用いて説明する。図１は本実施形態に係る半導体装置の平面図であり、特に金属配線層と該金属配線層上に設けられたコンタクトプラグとを示す図である。また図２及び図３は、図１におけるそれぞれＸ１−Ｘ１’線、及びＸ２−Ｘ２’線に沿った断面図である。
【０００９】
まず図１に示すように、半導体装置１は複数の金属配線層２を備えている。図１では３本の金属配線層のみ図示しているが、この数に限定されるものではない。金属配線層２の各々は、第１方向に沿ったストライプ形状を有しており、第１方向に直交する第２方向に沿って隣接している。また、各々の金属配線層２上には、それぞれコンタクトプラグ３が形成されている。なおコンタクトプラグ３は、互いに平行、換言すれば第２方向に沿って一直線上に並んでいる。
【００１０】
次に、上記構成の半導体装置１の断面構造について図２及び図３を用いて説明する。図示するように、半導体基板４上に層間絶縁膜５が形成され、層間絶縁膜５上に絶縁膜６が形成され、絶縁膜６上に更に層間絶縁膜７が形成されている。層間絶縁膜７内にはＵ字型の形状を有するバリアメタル層８が形成されている。バリアメタル層８は、絶縁膜６を貫通してその底部が層間絶縁膜５内に位置し、且つ上端が層間絶縁膜７の上面に達するようなＵ字型の形状に形成されている。バリアメタル層８のＵ字型の内部には導電層９が形成されている。導電層９は、Ｕ字型の内部を完全には埋め込まず、その上端はバリアメタル層８の上端、すなわち層間絶縁膜７の上面よりも低く位置している。そして、層間絶縁膜７上、導電層９上、及びバリアメタル層８において導電層９により埋め込まれていない領域上に、絶縁膜１０が形成されている。絶縁膜１０上には、更に層間絶縁膜１１が形成されている。上記構成において、バリアメタル層８及び導電層９が金属配線層２として機能する。また、図１におけるＸ２−Ｘ２’線に沿った領域では、層間絶縁膜１１中にコンタクトプラグ３が形成されている（図３参照）。図３に示すようにコンタクトプラグ３は、層間絶縁膜１１上面から絶縁膜１０を貫通して導電層９に達するように形成されている。
【００１１】
次に、上記構成の半導体装置１の製造方法について、図４乃至図１１を用いて説明する。図４乃至図１１は、本実施形態に係る半導体装置１の製造工程を順次示す断面図である。
【００１２】
まず図４に示すように、半導体素子（図示せず）の形成された半導体基板４上に、例えばＳｉＯ２を材料に用いて層間絶縁膜５（以下、ＳｉＯ２膜５と呼ぶことがある）を形成する。次に層間絶縁膜５上に、例えばＳｉＮを材料に用いて絶縁膜６（以下、ＳｉＮ膜６と呼ぶことがある）を形成する。引き続き、絶縁膜６上に、例えばＳｉＯ２を材料に用いて層間絶縁膜７（以下ＳｉＯ２膜７と呼ぶことがある）を形成する。
【００１３】
次に図５に示すように、フォトリソグラフィ技術とドライエッチングとを用いて層間絶縁膜７をエッチングし、溝１２を形成する。この際、絶縁膜６はエッチングストッパーとして機能し、溝１２の底面には絶縁膜６が露出される。従って、絶縁膜６の材料としては、ＳｉＮに限らず、本エッチング工程において層間絶縁膜７に対してエッチング選択比のとれる材料であれば良い。
【００１４】
次に図６に示すように、ドライエッチングまたはウェットエッチングを用いて、溝１２底面に存在する絶縁膜６を除去する。この際、絶縁膜６だけでなく、溝１２の底面に露出された層間絶縁膜５の一部もエッチングされても構わない。その結果、溝１２の底面は層間絶縁膜５内に位置することになる。
【００１５】
次に図７に示すように、溝１２の底面上及び側面上に、バリアメタル層８を薄く形成する。バリアメタル層８は、例えばＴａ、ＴａＮ、Ｔｉ、Ｍｏ等の金属を用いて形成され、これらの材料の単層構造または積層構造として形成される。
【００１６】
次に、溝１２内部及び層間絶縁膜７上にＣｕのシード層を形成した後、メッキ技術によりＣｕを溝１２内に埋め込む。そして、溝１２内に埋め込まれたＣｕを、層間絶縁膜７をストッパーに用いたＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）工程により平坦化させる。その結果、図８に示すように、溝１２内に残存されたＣｕによる導電層９が得られる。バリアメタル層８は、導電層９のＣｕが層間絶縁膜５、７へ拡散することを防止する目的で設けられる。
【００１７】
引き続き、Ｃｕの研磨レートが層間絶縁膜７に対して高い条件下でＣＭＰ工程を続ける。これにより、図９に示すように導電層９の上面は層間絶縁膜７の上面よりも低く位置し、再び溝１２上部に開口が生じる。但し、バリアメタル層８は溝１２の上面まで残存する。以上の結果、バリアメタル層８及び導電層９を含む金属配線層２が完成する。
【００１８】
次に図１０に示すように、溝１２の開口部における導電層９上及びバリアメタル層８上、並びに層間絶縁膜７上に、例えばＳｉＮを材料に用いて絶縁膜１０（以下、ＳｉＮ膜１０と呼ぶことがある）を形成する。
【００１９】
次に、絶縁膜１０上に例えばＳｉＯ２を材料に用いて層間絶縁膜１１（以下、ＳｉＯ２膜１１と呼ぶことがある）を形成する。そして図１１に示すように、コンタクトプラグ３を形成する領域において、フォトリソグラフィ技術と異方性のエッチング技術とにより、導電層９に達するコンタクトホール１３を形成する。その後、コンタクトホール１３内部を導電層により埋め込むことによりコンタクトプラグ３を形成して、図１乃至図３に示す構成が得られる。
【００２０】
上記の半導体装置及びその製造方法によれば、下記（１）、（２）の効果が得られる。  
（１）Ｃｕの層間絶縁膜中への拡散を防止し、金属配線層の信頼性を向上出来る（その１）。  
図１２及び図１３は、本実施形態に係る半導体装置の備える金属配線層２の拡大図であり、特に図１２はＣｕの拡散経路を示し、図１３は配線間に生じる電界の様子を示す図である。
【００２１】
図１２に示すように、Ｃｕを用いて形成された導電層９の周囲は、バリアメタル層８及びＳｉＮ膜１０により完全に取り囲まれている。より具体的には、導電層９は、Ｕ字型のバリアメタル層８の内部に形成されている。導電層９の上面は、バリアメタル層８の上端位置からリセスされて、Ｕ字型の形状内部を完全には埋め込まないように形成される。そして、導電層９がリセスされた領域における導電層９上、及びバリアメタル層８側面上にはＳｉＮ膜１０が形成される。
【００２２】
すると、導電層９内のＣｕ原子の層間絶縁膜７中への拡散経路は、図１２において矢印により示したようになる。すなわち、Ｃｕが層間絶縁膜７へ拡散するには、バリアメタル層８とＳｉＮ膜１０との接合部分に沿って移動する必要がある。つまり、第１方向及び第２方向に対して直交する第３方向に沿って移動し、更に第２方向に沿って移動する必要がある。
【００２３】
しかし、隣接する金属配線層２間に電位差が生じた際の電界Ｅは、図１３に示すようにほぼ第２方向に沿って存在し、第３方向に沿った電界はほぼ存在しない。従って、Ｃｕは第３方向に沿って拡散することはできない。すなわち、Ｃｕが層間絶縁膜７へ拡散することを防止できる。その結果、金属配線層２間でショートが発生すること等を防止でき、金属配線層２の信頼性を向上出来る。
【００２４】
以上の効果は、図３に示すようなコンタクトプラグ３が形成される領域でも同様である。つまり、コンタクトプラグ３を形成するために導電層９上部のＳｉＮ膜１０を除去したとしても、導電層９の上部はＳｉＮ膜１０上端からリセスされているので、Ｃｕが層間絶縁膜７へ拡散するためには第３方向に沿って移動しなければならない。従って、ＳｉＮ膜１０を除去したとしても、Ｃｕの拡散を防止できる。その結果、図１に示すようにコンタクトプラグ３を第２方向に沿って平行に配置することができる。
【００２５】
なお、本実施形態に係る製造方法であると、図８に示すように層間絶縁膜７をストッパーに用いたＣＭＰ工程を行った後、図９に示すように再度、導電層９のＣＭＰ工程を行う。従って、一度目のＣＭＰ工程（図８に示す工程）において層間絶縁膜７上に導電層９の一部が残存したとしても、二度目のＣＭＰ工程（図９に示す工程）によって残存した導電層９を除去できる。層間絶縁膜７上に残存した導電層９は金属配線層２のショートの原因となりやすい。しかし本実施形態であると、層間絶縁膜７上に導電層９が残存することを効果的に防止できる。このことによっても金属配線層２の信頼性が向上出来る。
【００２６】
（２）金属配線層の製造精度を向上出来る。  
本実施形態に係る構成であると、層間絶縁膜５上にエッチングストッパーとしてのＳｉＮ膜６が設けられている。そして、金属配線層２形成用の溝１２形成時において、層間絶縁膜７のエッチングはＳｉＮ膜６上で一旦停止する（図５参照）。その後、溝１２底面におけるＳｉＮ膜６を剥離して溝１２が完成する（図６参照）。すると、溝１２の深さは、層間絶縁膜７の膜厚と、ＳｉＮ膜６の膜厚と、ＳｉＮ膜６剥離時における層間絶縁膜５のオーバーエッチング深さ（これをガウジング（gouging）量と呼ぶ）との和となる。
【００２７】
すると、層間絶縁膜７の膜厚及びＳｉＮ膜６の膜厚は、全ての溝１２についてほぼ同一である。従って、溝１２の深さのバラツキの要因は、各溝１２についてのガウジング量となる。しかし、ガウジング量は層間絶縁膜７の膜厚及びＳｉＮ膜６の膜厚に比べて圧倒的に小さく、ほぼ無視できる程度である。その結果、各溝１２の深さはほぼ均一となり、金属配線層２の製造精度を向上出来る。そして、層間絶縁膜７のエッチングはＳｉＮ膜６に達するまで行えば良く、層間絶縁膜７のエッチングの終端位置が明確である。従って、溝１２の深さ制御が容易となり、金属配線層２の製造精度を向上出来る。
【００２８】
更に、金属配線層２の深さの均一化は、半導体装置１の性能向上につながる。金属配線層２の深さのバラツキは、すなわち隣接する金属配線層２間の寄生キャパシタの対向面積のバラツキに相当する。そして対向面積がばらつくことにより寄生キャパシタの容量がばらつく。その結果、金属配線層２間の配線容量がばらつき、半導体装置の特性が悪化する。しかし本実施形態に係る構成であると、金属配線層２の深さをほぼ均一にすることができるため、配線容量のバラツキを抑制し、半導体装置１の特性を向上出来る。
【００２９】
次に、この発明の第２の実施形態に係る半導体装置について説明する。本実施形態は、上記第１の実施形態において、導電層９の上面と層間絶縁膜７の上面との位置関係を変形したものである。図１４は本実施形態に係る半導体装置の平面図であり、特に金属配線層と該金属配線層上に設けられたコンタクトプラグとを示す図である。また図１５及び図１６は、図１４におけるそれぞれＸ３−Ｘ３’線、及びＸ４−Ｘ４’線に沿った断面図である。
【００３０】
まず図１４に示すように、半導体装置１は複数の金属配線層２を備えている。図１４では４本の金属配線層のみ図示しているが、この数に限定されるものではない。金属配線層２の各々は、第１方向に沿ったストライプ形状を有しており、第１方向に直交する第２方向に沿って隣接している。また、各々の金属配線層２上には、それぞれコンタクトプラグ３が形成されている。第１の実施形態と異なり、本実施形態に係る半導体装置１におけるコンタクトプラグ３は、隣接するもの同士が第１方向において異なる位置に配置されている。換言すれば、コンタクトプラグ３は千鳥状に配置されている。
【００３１】
次に、上記構成の半導体装置１の断面構造について図１５及び図１６を用いて説明する。図示するように、半導体基板４上に層間絶縁膜５が形成され、層間絶縁膜５上に絶縁膜６が形成され、絶縁膜６上に更に層間絶縁膜７が形成されている。層間絶縁膜７内にはＵ字型の形状を有するバリアメタル層８が形成されている。バリアメタル層８は、絶縁膜６を貫通してその底部が層間絶縁膜５内に位置し、且つ上端が層間絶縁膜７の上面から突出するようなＵ字型の形状に形成されている。バリアメタル層８のＵ字型の内部には導電層９が形成されている。導電層９は、Ｕ字型の内部を完全に埋め込み、その上端はバリアメタル層８の上端に等しくなるように形成されている。すなわち、導電層９の上部も層間絶縁膜７の上面から突出している。そして、層間絶縁膜７上、並びにバリアメタル層８及び導電層９における層間絶縁膜７の上面から突出した領域上に、絶縁膜１０が形成されている。第１の実施形態と同様、バリアメタル層８及び導電層９が金属配線層２として機能する。また、図１４におけるＸ４−Ｘ４’線に沿った領域では、層間絶縁膜１１中にコンタクトプラグ３が形成されている（図１６参照）。図１６に示すようにコンタクトプラグ３は、層間絶縁膜１１上面から絶縁膜１０を貫通して導電層９に達するように形成されている。
【００３２】
次に、上記構成の半導体装置１の製造方法について、図１７乃至図１９を用いて説明する。図１７乃至図１９は、本実施形態に係る半導体装置１の製造工程の一部を順次示す断面図である。
【００３３】
まず、第１の実施形態で説明した工程により図８の構造を得る。次に図１７に示すように、ドライエッチングまたはウェットエッチングを用いて、隣接する金属配線層２間に位置する層間絶縁膜７の上面を少なくとも５ｎｍ以上の深さにエッチングする。その結果、図示するように、金属配線層２の上部が層間絶縁膜７から突出した構成が得られる。
【００３４】
次に図１８に示すように、層間絶縁膜７から突出した導電層９上及びバリアメタル層８上、並びに層間絶縁膜７上に、例えばＳｉＮを材料に用いて絶縁膜１０を形成する。
【００３５】
次に、絶縁膜１０上に例えばＳｉＯ２を材料に用いて層間絶縁膜１１を形成する。そして図１９に示すように、コンタクトプラグ３を形成する領域において、フォトリソグラフィ技術と異方性のエッチング技術とにより、導電層９に達するコンタクトホール１３を形成する。その後、コンタクトホール１３内部を導電層により埋め込むことによりコンタクトプラグ３を形成して、図１４乃至図１６に示す構成が得られる。
【００３６】
上記の半導体装置及びその製造方法によれば、上記第１の実施形態で説明した（２）の効果に加えて、下記（３）、（４）の効果が得られる。  
（３）Ｃｕの層間絶縁膜中への拡散を防止し、金属配線層の信頼性を向上出来る（その２）。  
図２０及び図２１は、本実施形態に係る半導体装置の備える金属配線層２の拡大図であり、特に図２０はＣｕの拡散経路を示し、図２１は配線間に生じる電界の様子を示す図である。
【００３７】
図２０に示すように、Ｃｕを用いて形成された導電層９の周囲は、バリアメタル層８及びＳｉＮ膜１０により完全に取り囲まれている。より具体的には、導電層９は、Ｕ字型のバリアメタル層８の内部に形成されている。層間絶縁膜７の上面は、バリアメタル層８及び導電層９の上端位置からリセスされて、バリアメタル層８及び導電層９は層間絶縁膜７上面から突出した形状を有している。そして、層間絶縁膜７から突出して位置するバリアメタル層８の側面上及び導電層９の上面上、並びに層間絶縁膜７上にＳｉＮ膜１０が形成される。
【００３８】
すると、導電層９内のＣｕ原子の層間絶縁膜７中への拡散経路は、図２０において矢印により示したようになる。すなわち、Ｃｕが層間絶縁膜７へ拡散するには、バリアメタル層８とＳｉＮ膜１０との接合部分に沿って移動する必要がある。つまり、第２方向に沿って移動し、更に第１方向及び第２方向に対して直交する第３方向に沿って移動する必要がある。
【００３９】
しかし、隣接する金属配線層２間に電位差が生じた際の電界Ｅは、図２１に示すようにほぼ第２方向に沿って存在し、第３方向に沿った電界はほぼ存在しない。従って、Ｃｕは第３方向に沿って拡散することはできない。すなわち、Ｃｕが層間絶縁膜７へ拡散することを防止できる。その結果、金属配線層２間でショートが発生すること等を防止でき、金属配線層２の信頼性を向上出来る。
【００４０】
また、本実施形態に係る構成であると、図１６に示すようにコンタクトプラグ３が形成される領域では、金属配線層２上面のＳｉＮ膜１０は除去される。従って、この領域では導電層９中のＣｕが拡散しやすい。しかし、本実施形態に係るコンタクトプラグ３は、図１４に示すように千鳥状に配置される。そのため、コンタクトプラグ３の隣接間隔は第１の実施形態で説明した図１の配置の場合に比べて大きい。その結果、コンタクトプラグ３間がショートし難い構成となっている。
【００４１】
（４）半導体装置の配線間容量を低減できる。  
本実施形態に係る構成であると、図２０及び図２１に示すように、層間絶縁膜７の上面は金属配線層２の上面よりも低い。従って図２１に示すように、金属配線層２の角部から発生する電界Ｅは、ＳｉＮ膜１０上のＳｉＯ２膜１１を介して、隣接する金属配線層２に達する。すると、ＳｉＯ２の誘電率はＳｉＮよりも大きいため、電界はＳｉＯ２膜１１を通過することによって緩和される。より具体的には、図２１において金属配線層２の領域ＡＡ１で発生する電界Ｅは、ＳｉＮ膜１０を通過してＳｉＯ２膜１０の領域ＡＡ２を通過して、再びＳｉＮ膜１０を通過して隣接する金属配線層２の領域ＡＡ３に達する。すると、ＳｉＯ２膜１０を通過しない場合に比べて電界が領域ＡＡ２で緩和される。そのため、金属配線層２の角部における電界の集中が抑制される。その結果、金属配線層２間における配線間容量が低減される。そして配線間容量の低減により、金属配線層２における信号遅延を抑制できる。
【００４２】
次に、この発明の第３の実施形態に係る半導体装置について説明する。本実施形態は、上記第２の実施形態において、層間絶縁膜７から突出した金属配線層２の側壁に側壁絶縁膜を設けたものである。図２２及び図２３は本実施形態に係る半導体装置の断面図である。平面構成は第２の実施形態で説明した図１４と同様であり、図２２及び図２３はそれぞれ図１４におけるＸ３−Ｘ３’線方向及びＸ４−Ｘ４’線方向に沿った領域の一部の断面図に相当する。
【００４３】
図示するように本実施形態に係る半導体装置１は、上記第２の実施形態で説明した図１５及び図１６に示す構成において、バリアメタル層８の側壁上で且つ層間絶縁膜７上の領域に側壁絶縁膜１４を設けたものである。そして、絶縁膜１０は側壁絶縁膜１４上に設けられる。すなわち、側壁絶縁膜１４は、バリアメタル層８と絶縁膜１０との間に設けられる。
【００４４】
次に上記構成の製造方法について図２４及び図２５を用いて説明する。図２４及び図２５は、本実施形態に係る半導体装置１の製造工程の一部を順次示す断面図である。  
まず第２の実施形態で説明した工程により図１７の構成を得る。次に図２４に示すように、層間絶縁膜７上及び層間絶縁膜７から突出した金属配線層２上に、例えばＳｉＯ２を材料に用いて絶縁膜１４（以下、ＳｉＯ２膜１４と呼ぶことがある）を形成する。
【００４５】
次に図２５に示すように、異方性のエッチング技術を用いて絶縁膜１４のエッチングを行い、絶縁膜１４を金属配線層２の側壁にのみ残存させる。その後は、第２の実施形態で説明した図１８以降の工程を行うことにより図２２及び図２３に示す構成が得られる。
【００４６】
本実施形態に係る半導体装置１であると、上記第１の実施形態で説明した（２）の効果、及び第２の実施形態で説明した（３）、（４）の効果に加えて、下記（５）の効果が得られる。
【００４７】
（５）金属配線層へのストレスを軽減し、金属配線層の信頼性を向上出来る。  
本実施形態に係る構成であると、バリアメタル層８と絶縁膜１０との間にＳｉＯ２膜１４が存在する。通常、ＳｉＮはＳｉＯ２に比べて金属配線層２に対して与えるストレスが大きい。従って、本実施形態のようにＳｉＯ２膜１４を介在させることでＳｉＮ膜１０が直接金属配線層２の側壁部分に接触することを防止することにより、金属配線層２が受けるストレスを軽減できる。その結果、金属配線層２の信頼性を向上出来る。
【００４８】
なお、側壁絶縁膜１４の材料は、金属配線層２に対して与えるストレスが絶縁膜１０よりも小さければ良く、その材料はＳｉＯ２に限定されるものではない。
【００４９】
次に、この発明の第４の実施形態に係る半導体装置について説明する。本実施形態は、上記第３の実施形態における側壁絶縁膜１４を、層間絶縁膜７の一部により形成したものである。図２６及び図２７は、本実施形態に係る半導体装置の断面図である。平面構成は第２の実施形態で説明した図１４と同様であり、図２６及び図２７はそれぞれ図１４におけるＸ３−Ｘ３’線方向及びＸ４−Ｘ４’線方向に沿った領域の一部の断面図に相当する。
【００５０】
図示するように本実施形態に係る半導体装置１は、上記第２の実施形態で説明した図１５及び図１６に示す構成において、層間絶縁膜７を、バリアメタル層８の側壁上で且つ層間絶縁膜７上の領域にも設けたものである。そして絶縁膜１０は、層間絶縁膜７を介在して金属配線層２の側壁上に設けられる。すなわち、上記第３の実施形態で説明した図２２及び図２３に示す構成において、側壁絶縁膜１４が層間絶縁膜７の一部により形成されている。
【００５１】
次に上記構成の製造方法について図２８を用いて説明する。図２８は、本実施形態に係る半導体装置１の製造工程の一部を示す断面図である。まず第１の実施形態で説明した工程により図８の構成を得る。次に、隣接する金属配線層２間に位置する層間絶縁膜７の上面を、ドライエッチングを用いて少なくとも５ｎｍ以上の深さにエッチングする。この際、第２の実施形態において図１８を用いて説明した工程と異なり、層間絶縁膜７上にエッチング時の反応生成物が堆積するような条件によりエッチングを行う。その結果、図２８に示すように、金属配線層２の側壁部分に反応生成物（ＳｉＯ２）が堆積し、層間絶縁膜７は図示するようなテーパー形状となる。その後は、第２の実施形態で説明した図１８以降の工程を行うことにより、図２６及び図２７に示す構成が得られる。
【００５２】
本実施形態に係る構成であっても、上記第１の実施形態で説明した（２）の効果、第２の実施形態で説明した（３）、（４）の効果、及び第３の実施形態で説明した（５）の効果が得られる。なお本実施形態に係る製造方法であると、第３の実施形態に比べて少ない工程数で同様の構造が得られるため、製造プロセスを簡略化し、製造コストを削減できる。
【００５３】
以上のように、この発明の第１乃至第４の実施形態に係る半導体装置であると、金属配線層２においてＣｕを含む導電層９の周囲を、Ｃｕの拡散を防止するバリアメタル層８及び絶縁膜１０により取り囲んでいる。更に、Ｃｕの拡散経路となるバリアメタル層８と絶縁膜１０との接合部が、隣接する金属配線層２間の電界方向（第２方向）と異なる方向（第３方向）となるように形成している。そのため、Ｃｕの層間絶縁膜７中への拡散を効果的に防止し、半導体装置１の信頼性を向上出来る。
【００５４】
なお、上記第１の実施形態では、図１に示すようにコンタクトプラグ３が平行に設けられる場合を例に説明したが、第２乃至第４の実施形態と同様に千鳥状に配置しても良い。これにより、金属配線層２のショートをより効果的に防止できる。また上記第１乃至第４の実施形態では、エッチングストッパーとして機能する絶縁膜６が設けられる構成について説明したが、溝１２形成時のエッチング深さを制御できるのであれば必ずしも設ける必要は無い。
【００５５】
更に、絶縁膜１０の材料はＳｉＮに限られるものでは無く、導電層９内のＣｕの拡散を防止できるものであれば良い。勿論、導電層９の材料もＣｕに限定されない。この場合には、バリアメタル層８及び絶縁膜１０の材料としては、導電層９内の原子の拡散を防止できる材料を適宜使用すれば良い。
【００５６】
また、上記実施形態は例えばＮＡＮＤ型フラッシュメモリ等に適用できる。ＮＡＮＤ型フラッシュメモリでは、例えば書き込み時にワード線に対して２０〜２５Ｖ程度の高電圧が印加される。そのため、ワード線に電圧を与えるワード線ドライバ回路内の金属配線層において、ショートが発生しやすい。従って、ワード線ドライバ回路内の金属配線層に対して上記第１乃至第４の実施形態で説明した構成を適用することが望ましい。勿論、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリだけでなく、ＮＯＲ型フラッシュメモリ等、種々のメモリ装置に適用でき、メモリ装置のみならず半導体装置全般に適用できることは言うまでもない。
【００５７】
更に、上記第２の実施形態においては、図１４に示すようにコンタクトプラグ３が千鳥状に配置されている。この際、第２方向に沿って隣接するコンタクトプラグ３は第１方向に沿ってずれてさえいれば十分である。すなわち図２９の平面図に示すように、第１方向に沿ったずれ幅Ｄ１＞０であれば良い。このずれ幅Ｄ１が大きいほどショートを効果的に防止できるが、ずれ幅Ｄ１の大きさは例えば金属配線層２の隣接間隔や、金属配線層２に与えられる電圧の大きさなどによって適宜選択することができる。
【００５８】
なお、本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。更に、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る半導体装置の平面図。
【図２】図１におけるＸ１−Ｘ１’線方向の断面図。
【図３】図１におけるＸ２−Ｘ２’線方向の断面図。
【図４】この発明の第１の実施形態に係る半導体装置の第１製造工程の断面図。
【図５】この発明の第１の実施形態に係る半導体装置の第２製造工程の断面図。
【図６】この発明の第１の実施形態に係る半導体装置の第３製造工程の断面図。
【図７】この発明の第１の実施形態に係る半導体装置の第４製造工程の断面図。
【図８】この発明の第１の実施形態に係る半導体装置の第５製造工程の断面図。
【図９】この発明の第１の実施形態に係る半導体装置の第６製造工程の断面図。
【図１０】この発明の第１の実施形態に係る半導体装置の第７製造工程の断面図。
【図１１】この発明の第１の実施形態に係る半導体装置の第８製造工程の断面図。
【図１２】この発明の第１の実施形態に係る半導体装置の断面図であり、Ｃｕ原子の拡散経路を示す図。
【図１３】この発明の第１の実施形態に係る半導体装置の断面図であり、金属配線層間の電界の様子を示す図。
【図１４】この発明の第２の実施形態に係る半導体装置の平面図。
【図１５】図１４におけるＸ３−Ｘ３’線方向の断面図。
【図１６】図１４におけるＸ４−Ｘ４’線方向の断面図。
【図１７】この発明の第２の実施形態に係る半導体装置の第１製造工程の断面図。
【図１８】この発明の第２の実施形態に係る半導体装置の第２製造工程の断面図。
【図１９】この発明の第２の実施形態に係る半導体装置の第３製造工程の断面図。
【図２０】この発明の第２の実施形態に係る半導体装置の断面図であり、Ｃｕ原子の拡散経路を示す図。
【図２１】この発明の第２の実施形態に係る半導体装置の断面図であり、金属配線層間の電界の様子を示す図。
【図２２】この発明の第３の実施形態に係る半導体装置の断面図。
【図２３】この発明の第３の実施形態に係る半導体装置の断面図。
【図２４】この発明の第３の実施形態に係る半導体装置の第１製造工程の断面図。
【図２５】この発明の第３の実施形態に係る半導体装置の第２製造工程の断面図。
【図２６】この発明の第４の実施形態に係る半導体装置の断面図。
【図２７】この発明の第４の実施形態に係る半導体装置の断面図。
【図２８】この発明の第４の実施形態に係る半導体装置の製造工程の一部の断面図。
【図２９】この発明の第２乃至第３の実施形態の変形例に係る半導体装置の平面図。
【符号の説明】
【００６０】
１…半導体装置、２…金属配線層、３…コンタクトプラグ、４…半導体基板、５、７、１１…層間絶縁膜、６、１０、１４…絶縁膜、８…バリアメタル層、９…導電層、１２、１３…溝
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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