半導体装置、その製造方法及び層間絶縁膜の形成方法
【課題】金属配線同士の間の絶縁膜の実効的な比誘電率を低減すると共に、金属配線と有機絶縁膜との密着性を向上させる。
【解決手段】半導体基板１００の上に金属配線パターン１０１を形成した後、Ｃ４Ｆ８／ＣＨ４ ／ビニルトリメトキシシランの混合ガスからなる第１の原料ガスを用いるプラズマＣＶＤ法により、半導体基板１００の上にシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第１の密着層１０２を堆積する。次にＣ４Ｆ８／ＣＨ４ の混合ガスからなる第２の原料ガスを用いるプラズマＣＶＤ法により、第１の密着層１０２の上にフッ素化アモルファスカーボン膜からなる有機絶縁膜１０３を堆積する。次にＣ４Ｆ８／ＣＨ４ ／ビニルトリメトキシシランの混合ガスからなる第２の原料ガスを用いるプラズマＣＶＤ法により、有機絶縁膜１０３の上にシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第２の密着層１０４を堆積する。
【解決手段】半導体基板１００の上に金属配線パターン１０１を形成した後、Ｃ４Ｆ８／ＣＨ４ ／ビニルトリメトキシシランの混合ガスからなる第１の原料ガスを用いるプラズマＣＶＤ法により、半導体基板１００の上にシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第１の密着層１０２を堆積する。次にＣ４Ｆ８／ＣＨ４ の混合ガスからなる第２の原料ガスを用いるプラズマＣＶＤ法により、第１の密着層１０２の上にフッ素化アモルファスカーボン膜からなる有機絶縁膜１０３を堆積する。次にＣ４Ｆ８／ＣＨ４ ／ビニルトリメトキシシランの混合ガスからなる第２の原料ガスを用いるプラズマＣＶＤ法により、有機絶縁膜１０３の上にシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第２の密着層１０４を堆積する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、比誘電率及び密着性に優れた層間絶縁膜を有する半導体装置及びその製造方法、並びに比誘電率及び密着性に優れた層間絶縁膜の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の高集積化の進展に伴い、金属配線同士の間の寄生容量である配線間容量の増加に起因する配線遅延時間の増大が半導体集積回路の高性能化の妨げとなっている。配線遅延時間は金属配線の抵抗と配線間容量との積に比例するいわゆるＲＣ遅延といわれるものである。
【０００３】
従って、配線遅延時間を低減するためには、金属配線の抵抗を小さくするか又は配線間容量を小さくすることが必要である。
【０００４】
配線間容量を小さくする方法としては、金属配線同士の間に形成される層間絶縁膜の比誘電率を小さくすることが考えられ、層間絶縁膜として従来のシリコン酸化膜とは異なる材料を用いることが検討されている。
【０００５】
０．２５μｍの最小加工寸法を有する半導体集積回路では、層間絶縁膜としてシリコン酸化膜にフッ素が添加されてなるフッ素添加シリコン酸化膜が用いられつつある。フッ素添加シリコン酸化膜の比誘電率は、３．３〜３．９程度であって、従来のシリコン酸化膜の４．２〜４．５に比べて小さいので、配線間容量の低減ひいては配線遅延時間の低減に効果的であると報告されている。
【０００６】
ところが、半導体集積回路の微細化がさらに進展することは明らかであり、最小加工寸法が０．１３μｍ以下の半導体集積回路では、比誘電率が２．５０以下の層間絶縁膜を用いることが、実用的な処理速度を実現するためには必須であると考えられている。
【０００７】
そこで、比誘電率がフッ素添加シリコン酸化膜よりも一層小さい層間絶縁膜として、低誘電率ＳＯＧ（スピンオングラス）膜、有機膜及び多孔質膜の検討が行われている。
【０００８】
現在知られている層間絶縁膜を材料物性の観点から検討すると、有機膜は比誘電率が小さく、その中でもパーフルオロカーボンポリマーは比誘電率が最も小さい材料である。パーフルオロカーボンポリマーの比誘電率は最小のもので１．９程度である。
【０００９】
しかしながら、パーフルオロカーボンポリマーは、炭素−炭素の骨格を有していると共に、骨格形成に関与する結合以外はすべてフッ素で終端されているため、非常に密着性が悪い。その理由は、パーフルオロカーボンポリマーにおいては、炭素−フッ素結合の分極が小さいため、炭素−フッ素結合は、化学反応性が低くて他の材料との相互作用が小さいので、他の材料との接着が起こりにくいためである。
【００１０】
パーフルオロカーボンポリマー膜を形成する代表的な方法としては、プラズマＣＶＤ法が報告されており、プラズマＣＶＤ法により形成されたパーフルオロカーボンポリマー膜は一般的にアモルファスフルオロカーボン（ａ−ＣＦ）膜と呼ばれることが多い。
【００１１】
ところが、ａ−ＣＦ膜は絶縁膜又は金属膜との密着性が非常に悪いため、ａ−ＣＦ膜と絶縁膜又は金属膜との間に密着層を形成することが不可欠となっており、密着層としては、シリコンリッチ酸化膜とダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜との積層構造が提案されている。シリコンリッチ酸化膜は下地酸化膜及び金属膜との密着性を有していると共にＤＬＣ膜との密着性も有しており、また、ＤＬＣ膜はａ−ＣＦ膜との密着性を有している。
【００１２】
以下、従来の配線構造及びその形成方法について図７を参照しながら説明する。まず、半導体基板１０の上に金属配線パターン１１を形成した後、金属配線パターン１１の上を含む半導体基板１０の上に全面に亘って、第１の密着層として、３０ｎｍの膜厚の第１のシリコンリッチ酸化膜１２及び３０ｎｍの膜厚の第１のＤＬＣ膜１３を順次堆積する。
【００１３】
次に、第１のＤＬＣ膜１３の上に２００ｎｍの膜厚を有するａ−ＣＦ膜１４を金属配線パターン１１同士の間に充填されるように堆積した後、ａ−ＣＦ膜１４の上に全面に亘って、第２の密着層として、３０ｎｍの膜厚の第２のシリコンリッチ酸化膜１５及び３０ｎｍの膜厚の第２のＤＬＣ膜１６を順次堆積する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、第１及び第２のシリコンリッチ酸化膜１２、１５の比誘電率は３．９以上であり、第１及び第２のＤＬＣ膜１３、１６の比誘電率は２．８以上であって、これらの比誘電率はａ−ＣＦ膜１４の比誘電率に比べてかなり高い。このため、金属配線パターン１１同士の間に、比誘電率の高い第１のシリコンリッチ酸化膜１２及び第１のＤＬＣ膜１３からなる第１の密着層が介在するので、金属配線パターン１１同士の間の絶縁膜の実効的な比誘電率が増大してしまうという問題がある。例えば、金属配線パターン１１同士の間隔が２５０ｎｍのときに、金属配線パターン１１同士の間に、３０ｎｍの膜厚の第１のシリコンリッチ酸化膜１２と３０ｎｍの膜厚の第１のＤＬＣ膜１３とからなる第１の密着層が介在する場合には、金属配線パターン１１同士の間に１２０ｎｍの膜厚の比誘電率の高い密着層が介在することになるので、金属配線パターン１１同士の間の絶縁膜の実効的な比誘電率の増大は大きな問題になる。
【００１５】
また、反応系が大きく異なる、第１及び第２のシリコンリッチ酸化膜１２、１５、第１及び第２のＤＬＣ膜１３、１６並びにａ−ＣＦ膜１４をＣＶＤ装置の同一の処理室内で形成する場合には、処理室内の雰囲気が激変してしまうので、成膜のプロセスが安定しない。このため、第１及び第２のシリコンリッチ酸化膜１２、１５、第１及び第２のＤＬＣ膜１３、１６並びにａ−ＣＦ膜１４の各膜質が変化するので、密着性が安定しないという問題がある。
【００１６】
また、第１及び第２のシリコンリッチ酸化膜１２、１５、第１及び第２のＤＬＣ膜１３、１６並びにａ−ＣＦ膜１４を同一の処理室内で形成する場合には、有機物と酸化物との混合物が処理室の内壁に堆積し、堆積した混合物がシリコンリッチ酸化膜を堆積する際に用いられる酸素によって処理室の内壁から剥がされるので、パーティクルが発生するという問題がある。
【００１７】
また、酸化膜と有機膜という性質が大きく異なる膜を薄い膜厚で積層する必要があるので、プロセスの制御が困難であるという問題がある。
【００１８】
本発明は、前記の問題点を一挙に解決し、金属配線同士の間の絶縁膜の実効的な比誘電率を低減すると共に、金属配線と有機絶縁膜との密着性を向上させることを第１の目的とし、処理室内に発生するパーティクルを低減すると共にプロセスの制御を容易にすることを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記の第１の目的を達成するため、本発明に係る第１の半導体装置は、半導体基板上に形成された金属配線パターンと、金属配線パターンの上を含む半導体基板上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第１の密着層と、第１の密着層の上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物を主原料とするフッ素化有機膜からなる有機絶縁膜と、有機絶縁膜の上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第２の密着層と、第１の密着層の上に形成された無機化合物からなる無機絶縁膜とを備えている。
【００２０】
前記の第１の目的を達成するため、本発明に係る第２の半導体装置は、半導体基板上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第１の密着層と、第１の密着層の上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物を主原料とするフッ素化有機膜からなる有機絶縁膜と、有機絶縁膜に形成された配線溝と、配線溝の側壁に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第２の密着層と、配線溝の内部における第１の密着層及び第２の密着層で囲まれた部分に埋め込まれた金属配線とを備えている。
【００２１】
前記の第１の目的を達成するため、本発明に係る第３の半導体装置は、半導体基板上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第１の密着層と、第１の密着層の上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物を主原料とするフッ素化有機膜からなる有機絶縁膜と、第１の密着層及び有機絶縁膜に形成され、互いに連通している接続孔及び配線溝と、接続孔及び配線溝の側壁に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第２の密着層と、接続孔及び配線溝の内部における第２の密着層で囲まれた部分に埋め込まれた金属膜からなるコンタクト及び金属配線とを備えている。
【００２２】
前記の第１の目的を達成するため、本発明に係る第４の半導体装置は、半導体基板上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第１の密着層と、第１の密着層の上に形成された無機化合物からなる第１の無機絶縁膜と、第１の無機絶縁膜の上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第２の密着層と、第２の密着層の上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物を主原料とするフッ素化有機膜からなる第１の有機絶縁膜と、第１の有機絶縁膜の上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第３の密着層と、第３の密着層の上に形成された無機化合物からなる第２の無機絶縁膜と、第２の無機絶縁膜の上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第４の密着層と、第４の密着層の上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物を主原料とするフッ素化有機膜からなる第２の有機絶縁膜と、第２の有機絶縁膜の上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第５の密着層と、第５の密着層の上に形成された無機化合物からなる第３の無機絶縁膜と、第１の密着層、第１の無機絶縁膜、第２の密着層、第１の有機絶縁膜、第３の密着層、第２の無機絶縁膜、第４の密着層、第２の有機絶縁膜、第５の密着層及び第３の無機絶縁膜からなる層間絶縁膜に形成され、互いに連通している接続孔及び配線溝と、接続孔及び配線溝の側壁に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第６の密着層と、接続孔及び配線溝の内部における第６の密着層で囲まれた部分に埋め込まれた金属膜からなるコンタクト及び金属配線とを備えている。
【００２３】
第１〜第４の半導体装置によると、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる密着層の比誘電率は２．５以下であって、従来のシリコンリッチ酸化膜の比誘電率（３．９以上）又はＤＬＣ膜の比誘電率（２．８以上）に比べて小さい。
【００２４】
フッ素−炭素結合を含有する有機化合物と有機シラン誘導体とは、任意の混合比で、酸化剤非存在下においてプラズマにより共重合してシロキサン含有フッ素化有機膜（有機・無機複合膜）となる。このシロキサン含有フッ素化有機膜においては、有機シラン誘導体のアルコキシ基からシロキサンが形成され、形成されたシロキサンの酸素と金属配線パターン（又は接続孔に埋め込まれたコンタクト又は配線溝に埋め込まれた金属配線）の金属とが強固に結合するため、密着層と金属配線パターン（又はコンタクト又は金属配線）との密着性が高くなる。また、形成されたシロキサンの酸素は無機絶縁膜の無機化合物とも強固に結合するため、密着層と無機絶縁膜との密着性も高くなる。
【００２５】
密着層を構成する有機シラン誘導体の有機基と有機絶縁膜を構成するフッ素−炭素結合を含有する有機化合物の有機基とが共重合反応して、有機シラン誘導体の有機基が有機化合物の炭素骨格に共有結合するため、密着層と有機絶縁膜との密着性も高くなる。
【００２６】
前記の第１及び第２の目的を達成するため、本発明に係る第１の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に金属配線パターンを形成する工程と、金属配線パターンの上を含む半導体基板上に、プラズマＣＶＤ法により、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第１の密着層を形成する工程と、第１の密着層の上に、プラズマＣＶＤ法により、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物を主原料とするフッ素化有機膜からなる有機絶縁膜を形成する工程と、有機絶縁膜の上に、プラズマＣＶＤ法により、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第２の密着層を形成する工程と、第１の密着層の上に無機化合物からなる無機絶縁膜を形成する工程とを備えている。
【００２７】
第１の半導体装置の製造方法において、第１の密着層を構成するシロキサン含有フッ素化有機膜の原料となる有機化合物と、有機絶縁膜を構成するフッ素化有機膜の原料なる有機化合物と、第２の密着層を構成するシロキサン含有フッ素化有機膜の原料となる有機化合物とは、同種類の有機化合物であることが好ましい。
【００２８】
第１の半導体装置の製造方法において、第１の密着層及び第２の密着層を構成するシロキサン含有フッ素化有機膜の原料となる有機シラン誘導体は、Ｒ１ｎＳｉ（ＯＲ２）４−ｎ（但し、ｎは１〜３の整数であり、Ｒ１ はアルキル基又はアリール基であり、Ｒ２ はアルキル基又はアリール基である。）の一般式で表される有機シラン誘導体であることが好ましい。
【００２９】
前記の第１及び第２の目的を達成するため、本発明に係る第２の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第１の密着層を形成する工程と、第１の密着層の上に無機化合物からなる第１の無機絶縁膜を形成する工程と、第１の無機絶縁膜の上に、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第２の密着層を形成する工程と、第２の密着層の上に、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物を主原料とするフッ素化有機膜からなる第１の有機絶縁膜を形成する工程と、第１の有機絶縁膜の上に、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第３の密着層を形成する工程と、第３の密着層の上に無機化合物からなる第２の無機絶縁膜を形成する工程と、第２の無機絶縁膜の上に、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第４の密着層を形成する工程と、第４の密着層の上にフッ素−炭素結合を含有する有機化合物を主原料とするフッ素化有機膜からなる第２の有機絶縁膜を形成する工程と、第２の有機絶縁膜の上に、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第５の密着層を形成する工程と、第５の密着層の上に無機化合物からなる第３の無機絶縁膜を形成する工程と、第１の密着層、第１の無機絶縁膜、第２の密着層、第１の有機絶縁膜、第３の密着層、第２の無機絶縁膜、第４の密着層、第２の有機絶縁膜、第５の密着層及び第３の無機絶縁膜からなる層間絶縁膜に、互いに連通する接続孔及び配線溝を形成する工程と、接続孔及び配線溝の側壁に、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第６の密着層を形成する工程と、接続孔及び配線溝の内部における第６の密着層で囲まれた部分に金属膜を埋め込んで、該金属膜からなるコンタクト及び金属配線を形成する工程と備えている。
【００３０】
第１及び第２の半導体装置の製造方法によると、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物と有機シラン誘導体とを主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる密着層の比誘電率は２．５以下であって、従来のシリコンリッチ酸化膜の比誘電率（３．９以上）又はＤＬＣ膜の比誘電率（２．８以上）に比べて小さい。
【００３１】
フッ素−炭素結合を含有する有機化合物と有機シラン誘導体とは、任意の混合比で、酸化剤非存在下においてプラズマにより共重合してシロキサン含有フッ素化有機膜（有機・無機複合膜）となる。このシロキサン含有フッ素化有機膜においては、有機シラン誘導体のアルコキシ基からシロキサンが形成され、形成されたシロキサンの酸素と金属配線パターン（又は接続孔に埋め込まれたコンタクト又は配線溝に埋め込まれた金属配線）の金属とが強固に結合するため、密着層と金属配線パターン（又はコンタクト又は金属配線）との密着性が高くなる。また、形成されたシロキサンの酸素は無機絶縁膜の無機化合物とも強固に結合するため、密着層と無機絶縁膜との密着性も高くなる。
【００３２】
密着層を構成する有機シラン誘導体の有機基と有機絶縁膜を構成するフッ素−炭素結合を含有する有機化合物の有機基とが共重合反応して、有機シラン誘導体の有機基が有機化合物の炭素骨格に共有結合するため、密着層と有機絶縁膜との密着性も高くなる。
【００３３】
また、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物を主原料とするフッ素化有機膜からなる有機絶縁膜を形成する工程は、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる密着層を形成する工程同士の間に行なわれると共に、有機絶縁膜の形成工程と密着層の形成工程とは同一の反応系プロセスであるため、有機絶縁膜の形成工程とその前後の密着層の形成工程とを連続して行なうことができると共に、反応系のプロセスの制御が容易である上に、処理室の雰囲気を一定に保つことができる。
【００３４】
本発明に係る第１の層間絶縁膜の形成方法は、半導体基板上に順次堆積された、第１の密着層、有機絶縁膜及び第２の密着層からなる層間絶縁膜の形成方法を対象とし、半導体基板が保持されている処理室内に、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物を含む第１の原料ガス及び有機シラン誘導体を含む第２の原料ガスを導入した後、第１の原料ガスの導入量をほぼ一定に保つ一方、第２の原料ガスの導入量を減少させながら、第１の原料ガス及び第２の原料ガスからなるプラズマにより、半導体基板上にシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第１の密着層を形成する工程と、処理室内に第１の原料ガスをその導入量をほぼ一定に保ちながら導入する一方、第２の原料ガスの導入を停止して、第１の原料ガスからなるプラズマにより、第１の密着層の上にフッ素−炭素結合を含有する有機化合物からなる有機絶縁膜を形成する工程と、処理室内に、第１の原料ガスをその導入量をほぼ一定に保ちながら導入すると共に、第２の原料ガスを再び導入し且つ第２の原料ガスの導入量を増加させながら、第１の原料ガス及び第２の原料ガスからなるプラズマにより、有機絶縁膜の上にシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第２の密着層を形成する工程とを備えている。
【００３５】
第１の層間絶縁膜の形成方法によると、処理室内に導入した第１の原料ガスの導入量をほぼ一定に保つ一方、第２の原料ガスの導入量を減少させながら、半導体基板上に第１の密着層を形成した後、処理室内に導入している第１の原料ガスの導入量をほぼ一定に保つ一方、第２の原料ガスの導入を停止して、第１の密着層の上に有機絶縁膜を形成し、その後、処理室内に導入している第１の原料ガスの導入量をほぼ一定に保つ一方、再び導入した第２の原料ガスの導入量を増加させながら、有機絶縁膜の上に第２の密着層を形成するため、つまり、第１の原料ガスの導入量をほぼ一定に保った状態で、第２の原料ガスの導入量を減少、停止及び増加することにより、第１の密着層、有機絶縁膜及び第２の密着層を連続的に形成することができる。
【００３６】
本発明に係る第２の層間絶縁膜の形成方法は、半導体基板上に順次堆積された、第１の密着層、有機絶縁膜及び第２の密着層からなる層間絶縁膜の形成方法を対象とし、半導体基板が保持されている処理室内に、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物を含む第１の原料ガス及び有機シラン誘導体を含む第２の原料ガスを、それぞれの導入量をほぼ一定に保ちながら導入しながら、第１の原料ガス及び第２の原料ガスからなるプラズマにより、半導体基板上にシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第１の密着層を形成する工程と、処理室内に第１の原料ガスをその導入量をほぼ一定に保ちながら導入する一方、第２の原料ガスの導入を停止して、第１の原料ガスからなるプラズマにより、第１の密着層の上にフッ素−炭素結合を含有する有機化合物からなる有機絶縁膜を形成する工程と、処理室内に、第１の原料ガスをその導入量をほぼ一定に保ちながら導入すると共に、第２の原料ガスを再び導入し且つ第２の原料ガスの導入量をほぼ一定に保ちながら、第１の原料ガス及び第２の原料ガスからなるプラズマにより、有機絶縁膜の上にシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第２の密着層を形成する工程とを備えている。
【００３７】
第２の層間絶縁膜の形成方法によると、処理室内に、第１の原料ガス及び第２の原料ガスをそれぞれの導入量をほぼ一定に保ちながら、第１の密着層を形成した後、処理室内に導入している第１の原料ガスの導入量をほぼ一定に保つ一方、第２の原料ガスの導入を停止して、第１の密着層の上に有機絶縁膜を形成し、その後、処理室内に導入している第１の原料ガスの導入量をほぼ一定に保つと共に第２の原料ガスを再び導入し且つ第２の原料ガスの導入量をほぼ一定に保ちながら、有機絶縁膜の上に第２の密着層を形成するため、つまり、第１の原料ガスの導入量をほぼ一定に保った状態で、第２の原料ガスの導入、停止及び導入を行なうことにより、第１の密着層、有機絶縁膜及び第２の密着層を連続的に形成することができる。
【発明の効果】
【００３８】
第１〜第４の半導体装置によると、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる密着層の比誘電率は、従来のシリコンリッチ酸化膜とＤＬＣ膜との積層膜からなる密着層の比誘電率に比べて小さい。
【００３９】
密着層と金属配線パターン（又はコンタクト又は金属配線）との密着性、密着層と無機絶縁膜との密着性、及び密着層と有機絶縁膜との密着性はいずれも高いので、金属配線パターン（又はコンタクト又は金属配線）、無機絶縁膜及び有機絶縁膜の相互間の密着性の向上を単層の密着層により実現することができる。
【００４０】
従って、第１〜第４の半導体装置によると、金属配線同士の間の絶縁膜の実効的な比誘電率を低減できると共に、金属配線と有機絶縁膜との間の密着性を向上させることができる。
【００４１】
第１及び第２の半導体装置の製造方法によると、密着層の比誘電率を従来のシリコンリッチ酸化膜とＤＬＣ膜との積層膜に比べて小さくできると共に、金属配線パターン（又はコンタクト又は金属配線）、無機絶縁膜及び有機絶縁膜の相互間の密着性の向上を単層で且つ１種類の密着層により実現することができる。
【００４２】
また、有機絶縁膜の形成工程とその前後の密着層の形成工程とを連続的に行なうことができると共に、反応系のプロセスの制御が容易である上に、処理室の雰囲気を一定に保つことができる。
【００４３】
従って、第１及び第２の半導体装置の製造方法によると、金属配線同士の間の絶縁膜の実効的な比誘電率の低減及び金属配線と有機絶縁膜との間の密着性の向上を、処理室内にパーティクルを発生させることなく且つプロセスの制御性を容易に実現することができる。
【００４４】
第１の半導体装置の製造方法において、第１の密着層の原料となる有機化合物、有機絶縁膜の原料なる有機化合物及び第２の密着層の原料となる有機化合物が同種類の有機化合物であると、プロセスの制御性が一層向上する。
【００４５】
第１の半導体装置の製造方法において、第１の密着層及び第２の密着層の原料が、Ｒ１ｎＳｉ（ＯＲ２）４−ｎ（但し、ｎは１〜３の整数であり、Ｒ１ はアルキル基又はアリール基であり、Ｒ２ はアルキル基又はアリール基である。）の一般式で表される有機シラン誘導体であると、密着層の比誘電率を確実に小さくできると共に密着性を確実に向上することができる。
【００４６】
第１の層間絶縁膜の形成方法によると、第１の原料ガスの導入量をほぼ一定に保った状態で、第２の原料ガスの導入量を減少、停止及び増加することにより、第１の密着層、有機絶縁膜及び第２の密着層を連続的に形成できるため、第１の密着層、有機絶縁膜及び第２の密着層の組成が連続的に変化するので、密着性が非常に高くなる。
【００４７】
第２の層間絶縁膜の形成方法によると、第１の原料ガスの導入量をほぼ一定に保った状態で、第２の原料ガスの導入、停止及び導入を行なうことにより、第１の密着層、有機絶縁膜及び第２の密着層を連続的に形成できるため、第１及び第２の密着層の膜厚を薄くできるので、層間絶縁膜の実効的な比誘電率を極めて小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図１（ａ）〜（ｃ）及び図２（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
【００４９】
まず、図１（ａ）に示すように、半導体基板１００の上に、例えば高さが８００ｎｍで配線スペースが２５０ｎｍの金属配線パターン１０１を形成した後、金属配線パターン１０１の上を含む半導体基板１００の上に全面に亘って、例えば２０ｎｍの膜厚を有するシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第１の密着層１０２を堆積する。シロキサン含有フッ素化有機膜の堆積方法としては、フッ素−炭素結合を有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とする第１の原料ガス、例えばＣ４Ｆ８／ＣＨ４／ビニルトリメトキシシラン（vinyltrimethoxysilane）の混合ガスを用いるプラズマＣＶＤ法が挙げられ、堆積条件としては、例えばＲＦパワーは２００Ｗ、プロセス圧力は２００ｍｍＴｏｒｒ、堆積時間は４秒間である。
【００５０】
次に、図１（ｂ）に示すように、第１の密着層１０２の上に全面に亘って、例えば２００ｎｍの膜厚を有するフッ素化アモルファスカーボン膜からなる有機絶縁膜１０３を金属配線パターン１０１同士の間のスペース部が完全に充填されるように堆積する。フッ素化アモルファスカーボン膜の堆積方法としては、フッ素−炭素結合を有する有機化合物を主原料とする第２の原料ガス、例えばＣ４Ｆ８／ＣＨ４ の混合ガスを用いるプラズマＣＶＤ法が挙げられ、堆積条件としては、例えばＲＦパワーは２００Ｗ、プロセス圧力は２００ｍｍＴｏｒｒ、堆積時間は６０秒間である。
【００５１】
次に、図１（ｃ）に示すように、有機絶縁膜１０３の上に全面に亘って、例えば２０ｎｍの膜厚を有するシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第２の密着層１０４を堆積する。シロキサン含有フッ素化有機膜の堆積方法としては、第１の密着層１０２の場合と同様、フッ素−炭素結合を有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とする第１の原料ガス、例えばＣ４Ｆ８／ＣＨ４ ／ビニルトリメトキシシランの混合ガスを用いるプラズマＣＶＤ法が挙げられ、堆積条件としては、例えばＲＦパワーは２００Ｗ、プロセス圧力は２００ｍｍＴｏｒｒ、堆積時間は４秒間である。
【００５２】
次に、図２（ａ）に示すように、第２の密着層１０４の上に全面に亘って例えば５０ｎｍの膜厚を有するシリコン酸化膜からなる無機絶縁膜１０５を堆積した後、該無機絶縁膜１０５の表面を例えばＣＭＰ法により平坦化する。シリコン酸化膜の堆積方法としてはＳｉＨ４ とＮ２Ｏ との混合ガスを用いるプラズマＣＶＤ法が挙げられる。
【００５３】
次に、図２（ｂ）に示すように、第１の密着層１０２、有機絶縁膜１０３、第２の密着層１０４及び無機絶縁膜１０５に対して選択的にエッチングを行なって接続孔１０６を形成した後、該接続孔１０６に例えばタングステンからなる金属膜を埋め込んで金属プラグ１０７を形成する。尚、無機絶縁膜１０５としてのシリコン酸化膜１０５は、接続孔１０６をドライエッチングにより形成する際のエッチングストッパーとなる。
【００５４】
第１の実施形態によると、シロキサン含有フッ素化有機膜からなる第１及び第２の密着層１０２、１０４の比誘電率は非常に低くて２．５以下であった。
【００５５】
また、シロキサン含有フッ素化有機膜からなる第１及び第２の密着層１０２、１０４とフッ素化アモルファスカーボン膜からなる有機絶縁膜１０３との密着性は極めて優れており、フッ素化アモルファスカーボンからなる有機膜１０３の剥離は認められなかった。
【００５６】
以下、第１の密着層１０２、有機絶縁膜１０３及び第２の密着層１０４を連続的に堆積する際の第１のプロセスシーケンスについて説明する。
【００５７】
第１のプロセスシーケンスは、堆積条件を例えばＲＦパワーは２００Ｗ、プロセス圧力は２００ｍｍＴｏｒｒに保った状態で、フッ素−炭素結合を有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とする第１の原料ガスの導入量を一定に保った状態で、フッ素−炭素結合を有する有機化合物を主原料とする第２の原料ガスの導入量をパルス的に変化させる方法である。
【００５８】
第１のプロセスシーケンスについて、図３（ａ）を参照しながら具体的に説明する。まず、プラズマＣＶＤ処理室にＣ４Ｆ８ガス、ＣＨ４ ガス及びビニルトリメトキシシランガスを導入した直後にプラズマ発生用の高周波電力を印加すると共に、Ｃ４Ｆ８ガス、ＣＨ４ ガス及びビニルトリメトキシシランガスを各導入量を一定にして４秒間導入することにより、第１の密着層１０２を堆積する。次に、ビニルトリメトキシシランガスの導入を停止する一方、Ｃ４Ｆ８ガス及びＣＨ４ ガスを各導入量を一定にして６０秒間導入することにより、有機絶縁膜１０３を堆積する。次に、Ｃ４Ｆ８ガス及びＣＨ４ ガスの各導入量を一定に保ったまま、ビニルトリメトキシシランガスを再び一定量４秒間導入することにより、第２の密着層１０４を堆積する。プラズマ発生用の高周波電力の印加方法としては、図３（ａ）においてＮｏ．１で示すように、ビニルトリメトキシシランガスの導入及び停止の各直前及び各直後に僅かな時間だけ停止してもよいし、図３（ａ）においてＮｏ．２で示すように、ビニルトリメトキシシランガスの導入及び停止とは無関係に継続しておき、Ｃ４Ｆ８ガス、ＣＨ４ ガス及びビニルトリメトキシシランガスの導入停止の直前に停止してもよい。
【００５９】
第１のプロセスシーケンスによると、第１の密着層１０２及び第２の密着層１０４の堆積工程においては、ビニルトリメトキシシランガスを一定量づつ導入するため、第１及び第２の密着層１０２、１０４におけるシロキサンの含有率は密着層の膜厚方向でほぼ一定となる。
【００６０】
また、第１のプロセスシーケンスによると、Ｃ４Ｆ８ガス、ＣＨ４ ガス及びビニルトリメトキシシランガスの導入量を経時的に変化させることなく、バルブの開閉という単純な操作でビニルトリメトキシシランガスの導入及び停止を行なうことができるため、第１及び第２の密着層１０２、１０４の膜厚を薄くすることが容易である。このため、金属配線パターン１０１同士の間の実効的な比誘電率を小さくできるので、容量の増加を抑制することができる。
【００６１】
もっとも、第１のプロセスシーケンスは、第１又は第２の密着層１０２、１０４と有機絶縁膜１０３との界面において組成が急峻に変化するため、密着性が若干低下するという短所を有している。
【００６２】
以下、第１の密着層１０２、有機絶縁膜１０３及び第２の密着層１０４を連続的に堆積する際の第２のプロセスシーケンスについて説明する。
【００６３】
第２のプロセスシーケンスは、堆積条件を例えばＲＦパワーは２００Ｗ、プロセス圧力は２００ｍｍＴｏｒｒに保った状態で、フッ素−炭素結合を有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とする第１の原料ガスの導入量を一定に保つ一方、フッ素−炭素結合を有する有機化合物を主原料とする第２の原料ガスの導入量を連続的に変化させる方法である。
【００６４】
第２のプロセスシーケンスについて、図３（ｂ）を参照しながら具体的に説明する。まず、プラズマＣＶＤ処理室にＣ４Ｆ８ガス、ＣＨ４ ガス及びビニルトリメトキシシランガスを導入した直後に、プラズマ発生用の高周波電力を印加すると共に、Ｃ４Ｆ８ガス及びＣＨ４ ガスの導入量を一定に保つ一方、ビニルトリメトキシシランガスの導入量を連続的に減少させていき、ビニルトリメトキシシランガスの導入を導入開始から４秒後に停止することにより、第１の密着層１０２を堆積する。次に、ビニルトリメトキシシランガスの導入を停止したまま、Ｃ４Ｆ８ガス及びＣＨ４ ガスを各導入量を一体にして６０秒間導入することにより、有機絶縁膜１０３を堆積する。次に、Ｃ４Ｆ８ガス及びＣＨ４ ガスの各導入量を一定に保ったまま、ビニルトリメトキシシランガスを再び導入すると共にその導入量を連続的に増加させる状態を４秒間継続することにより、第２の密着層１０４を堆積する。プラズマ発生用の高周波電力の印加方法としては、図３（ｂ）に示すように、Ｃ４Ｆ８ガス、ＣＨ４ ガス及びビニルトリメトキシシランガスの導入直後に開始すると共に、Ｃ４Ｆ８ガス、ＣＨ４ ガス及びビニルトリメトキシシランガスの導入停止直前に終了する。
【００６５】
第２のプロセスシーケンスによると、ビニルトリメトキシシランガスの導入量を経時的に変化させる必要があるため、第１及び第２の密着層１０２、１０４の堆積時間の短縮がやや困難になる。このため、第１のプロセスシーケンスに比べて、第１及び第２の密着層１０２、１０４の膜厚が厚くなるので、金属配線パターン１０１同士の間の実効的な比誘電率が若干大きくなるが、第１及び第２の密着層１０２、１０４と有機絶縁膜１０３との組成変化が連続的であるため、密着性は非常に高くなる。
【００６６】
尚、第１の実施形態においては、第１の密着層１０２を構成するシロキサン含有フッ素化有機膜の主原料となる有機化合物、有機絶縁膜１０３を構成するフッ素化アモルファスカーボン膜の主原料となる有機化合物、及び第２の密着層１０４を構成するシロキサン含有フッ素化有機膜の主原料となる有機化合物としては、Ｃ４Ｆ８を用いたが、これに代えて、Ｃ１０Ｆ１８等のように、一般式：ＣｘＦｙ（ｘは１〜１５の整数、ｙは４〜３２の整数）で表わされるフッ素−炭素結合を有する有機化合物を広く用いることができる。
【００６７】
また、第１の実施形態においては、有機絶縁膜１０３を構成するフッ素化アモルファスカーボン膜の主原料となる有機シラン誘導体としては、ビニルトリメトキシシランを用いたが、これに代えて、Ｒ１ｎＳｉ（ＯＲ２）４−ｎ（但し、ｎは１〜３の整数であり、Ｒ１ はアルキル基又はアリール基であり、Ｒ２ はアルキル基又はアリール基である。）の一般式で表される有機シラン誘導体を広く用いることができる。
【００６８】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る配線構造及びその形成方法について、図４（ａ）、（ｂ）、図５（ａ）、（ｂ）及び図６（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。
【００６９】
まず、図４（ａ）に示すように、半導体基板２００の上に形成されたフッ素化アモルファスカーボン膜からなり、配線溝２０１ａを有する第１の有機絶縁膜２０１の上に全面に亘って例えば２０ｎｍの膜厚を有するシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第１の密着層２０２を堆積した後、配線溝２０１ａの内部に金属膜を埋め込んで金属配線２０３を形成し、その後、全面に亘って例えば５０ｎｍの膜厚を有するシリコン酸化膜からなる第１の無機絶縁膜２０４を堆積する。
【００７０】
次に、図４（ｂ）に示すように、第１の無機絶縁膜２０４の上に、例えば２０ｎｍの膜厚を有するシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第２の密着層２０５、例えば８００ｎｍの膜厚を有するフッ素化アモルファスカーボン膜からなる第２の有機絶縁膜２０６、例えば２０ｎｍの膜厚を有するシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第３の密着層２０７、例えば５０ｎｍの膜厚を有するシリコン酸化膜からなる第２の無機絶縁膜２０８、例えば２０ｎｍの膜厚を有するシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第４の密着層２０９、例えば３００ｎｍの膜厚を有するフッ素化アモルファスカーボン膜からなる第３の有機絶縁膜２１０、例えば２０ｎｍの膜厚を有するシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第５の密着層２１１、及び例えば５０ｎｍの膜厚を有するシリコン酸化膜からなる第３の無機絶縁膜２１２を順次堆積する。
【００７１】
次に、図５（ａ）に示すように、第１の無機絶縁膜２０４、第２の密着層２０５、第２の有機絶縁膜２０６、第３の密着層２０７及び第２の無機絶縁膜２０８に接続孔２１３を形成すると共に、第４の密着層２０９、第３の有機絶縁膜２１０、第５の密着層２１１及び第３の無機絶縁膜２１２に配線溝２１４を形成した後、接続孔２１３及び配線溝２１４の内部を含む全面に亘って、例えば２０ｎｍの膜厚を有するシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第６の密着層２１５を等方的に堆積する。
【００７２】
次に、図５（ｂ）に示すように、第６の密着層２１５に対してエッチバックを行なって、第６の密着層２１５における接続孔２１３及び配線溝２１４の底部に位置する部分を除去すると共に、第２及び第３の有機絶縁膜２０６、２１０における接続孔２１３及び配線溝２１４に露出している各側面（接続孔２１３及び配線溝２１４の各側壁）に第６の密着層２１５からなるサイドウォール２１６を形成する。
【００７３】
次に、図６（ａ）に示すように、接続孔２１３及び配線溝２１４の内部を含む第３の無機絶縁膜２１２の上に全面に亘って、例えば５ｎｍの膜厚を有する窒化チタン膜からなるバリア層２１７を堆積する。
【００７４】
次に、図６（ｂ）に示すように、接続孔２１３及び配線溝２１４の内部を含むバリア層２１７の上に全面に亘って例えば銅からなる金属膜２１８を堆積した後、金属膜２１８における第３の無機絶縁膜２１２の上に露出している部分を例えばＣＭＰ法により除去して、金属膜２１８からなるデュアルダマシン構造を形成する。
【００７５】
第１、第２、第３、第４、第５及び第６の密着層２０２、２０５、２０７、２０９、２１１、２１５となるシロキサン含有フッ素化有機膜の堆積方法としては、第１の実施形態と同様、フッ素−炭素結合を有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とする第１の原料ガス、例えばＣ４Ｆ８／ＣＨ４／ビニルトリメトキシシランの混合ガスを用いるプラズマＣＶＤ法が挙げられ、堆積条件としては、例えばＲＦパワーは２００Ｗ、プロセス圧力は２００ｍｍＴｏｒｒ、堆積時間は４秒である。
【００７６】
第１、第２及び第３の有機絶縁膜２０１、２０６、２１０となるフッ素化アモルファスカーボン膜の堆積方法としては、フッ素−炭素結合を有する有機化合物を主原料とする第２の原料ガス、例えばＣ４Ｆ８／ＣＨ４ の混合ガスを用いるプラズマＣＶＤ法が挙げられ、堆積条件としては、例えばＲＦパワーは２００Ｗ、プロセス圧力は２００ｍｍＴｏｒｒである。
【００７７】
第２の実施形態によると、第２の有機絶縁膜２０６及び第３の有機絶縁膜２１０における接続孔２１３及び配線溝２１４に露出している側面に第６の密着層２１５からなるサイドウォール２１６を形成した後、窒化チタン膜からなるバリア層２１７を堆積したので、第２及び第３の有機絶縁膜２０６、２１０とバリア層２１７との密着性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法及び層間絶縁膜の形成方法の各工程を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法及び層間絶縁膜の形成方法の各工程を示す断面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法及び層間絶縁膜の形成方法における原料ガスの導入方法のシーケンスを示す図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法及び層間絶縁膜の形成方法の各工程を示す断面図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法及び層間絶縁膜の形成方法の各工程を示す断面図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法及び層間絶縁膜の形成方法の各工程を示す断面図である。
【図７】従来の半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
【００７９】
１００ 半導体基板
１０１ 金属配線パターン
１０２ 第１の密着層
１０３ 有機絶縁膜
１０４ 第２の密着層
１０５ 無機絶縁膜
１０６ 接続孔
１０７ 金属プラグ
２００ 半導体基板
２０１ 第１の有機絶縁膜
２０１ａ 配線溝
２０２ 第１の密着層
２０３ 金属配線
２０４ 第１の無機絶縁膜
２０５ 第２の密着層
２０６ 第２の有機絶縁膜
２０７ 第３の密着層
２０８ 第２の無機絶縁膜
２０９ 第４の密着層
２１０ 第３の有機絶縁膜
２１１ 第５の密着層
２１２ 第３の無機絶縁膜
２１３ 接続孔
２１４ 配線溝
２１５ 第６の密着層
２１６ サイドウォール
２１７ バリア層
２１８ 金属膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、比誘電率及び密着性に優れた層間絶縁膜を有する半導体装置及びその製造方法、並びに比誘電率及び密着性に優れた層間絶縁膜の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の高集積化の進展に伴い、金属配線同士の間の寄生容量である配線間容量の増加に起因する配線遅延時間の増大が半導体集積回路の高性能化の妨げとなっている。配線遅延時間は金属配線の抵抗と配線間容量との積に比例するいわゆるＲＣ遅延といわれるものである。
【０００３】
従って、配線遅延時間を低減するためには、金属配線の抵抗を小さくするか又は配線間容量を小さくすることが必要である。
【０００４】
配線間容量を小さくする方法としては、金属配線同士の間に形成される層間絶縁膜の比誘電率を小さくすることが考えられ、層間絶縁膜として従来のシリコン酸化膜とは異なる材料を用いることが検討されている。
【０００５】
０．２５μｍの最小加工寸法を有する半導体集積回路では、層間絶縁膜としてシリコン酸化膜にフッ素が添加されてなるフッ素添加シリコン酸化膜が用いられつつある。フッ素添加シリコン酸化膜の比誘電率は、３．３〜３．９程度であって、従来のシリコン酸化膜の４．２〜４．５に比べて小さいので、配線間容量の低減ひいては配線遅延時間の低減に効果的であると報告されている。
【０００６】
ところが、半導体集積回路の微細化がさらに進展することは明らかであり、最小加工寸法が０．１３μｍ以下の半導体集積回路では、比誘電率が２．５０以下の層間絶縁膜を用いることが、実用的な処理速度を実現するためには必須であると考えられている。
【０００７】
そこで、比誘電率がフッ素添加シリコン酸化膜よりも一層小さい層間絶縁膜として、低誘電率ＳＯＧ（スピンオングラス）膜、有機膜及び多孔質膜の検討が行われている。
【０００８】
現在知られている層間絶縁膜を材料物性の観点から検討すると、有機膜は比誘電率が小さく、その中でもパーフルオロカーボンポリマーは比誘電率が最も小さい材料である。パーフルオロカーボンポリマーの比誘電率は最小のもので１．９程度である。
【０００９】
しかしながら、パーフルオロカーボンポリマーは、炭素−炭素の骨格を有していると共に、骨格形成に関与する結合以外はすべてフッ素で終端されているため、非常に密着性が悪い。その理由は、パーフルオロカーボンポリマーにおいては、炭素−フッ素結合の分極が小さいため、炭素−フッ素結合は、化学反応性が低くて他の材料との相互作用が小さいので、他の材料との接着が起こりにくいためである。
【００１０】
パーフルオロカーボンポリマー膜を形成する代表的な方法としては、プラズマＣＶＤ法が報告されており、プラズマＣＶＤ法により形成されたパーフルオロカーボンポリマー膜は一般的にアモルファスフルオロカーボン（ａ−ＣＦ）膜と呼ばれることが多い。
【００１１】
ところが、ａ−ＣＦ膜は絶縁膜又は金属膜との密着性が非常に悪いため、ａ−ＣＦ膜と絶縁膜又は金属膜との間に密着層を形成することが不可欠となっており、密着層としては、シリコンリッチ酸化膜とダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜との積層構造が提案されている。シリコンリッチ酸化膜は下地酸化膜及び金属膜との密着性を有していると共にＤＬＣ膜との密着性も有しており、また、ＤＬＣ膜はａ−ＣＦ膜との密着性を有している。
【００１２】
以下、従来の配線構造及びその形成方法について図７を参照しながら説明する。まず、半導体基板１０の上に金属配線パターン１１を形成した後、金属配線パターン１１の上を含む半導体基板１０の上に全面に亘って、第１の密着層として、３０ｎｍの膜厚の第１のシリコンリッチ酸化膜１２及び３０ｎｍの膜厚の第１のＤＬＣ膜１３を順次堆積する。
【００１３】
次に、第１のＤＬＣ膜１３の上に２００ｎｍの膜厚を有するａ−ＣＦ膜１４を金属配線パターン１１同士の間に充填されるように堆積した後、ａ−ＣＦ膜１４の上に全面に亘って、第２の密着層として、３０ｎｍの膜厚の第２のシリコンリッチ酸化膜１５及び３０ｎｍの膜厚の第２のＤＬＣ膜１６を順次堆積する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、第１及び第２のシリコンリッチ酸化膜１２、１５の比誘電率は３．９以上であり、第１及び第２のＤＬＣ膜１３、１６の比誘電率は２．８以上であって、これらの比誘電率はａ−ＣＦ膜１４の比誘電率に比べてかなり高い。このため、金属配線パターン１１同士の間に、比誘電率の高い第１のシリコンリッチ酸化膜１２及び第１のＤＬＣ膜１３からなる第１の密着層が介在するので、金属配線パターン１１同士の間の絶縁膜の実効的な比誘電率が増大してしまうという問題がある。例えば、金属配線パターン１１同士の間隔が２５０ｎｍのときに、金属配線パターン１１同士の間に、３０ｎｍの膜厚の第１のシリコンリッチ酸化膜１２と３０ｎｍの膜厚の第１のＤＬＣ膜１３とからなる第１の密着層が介在する場合には、金属配線パターン１１同士の間に１２０ｎｍの膜厚の比誘電率の高い密着層が介在することになるので、金属配線パターン１１同士の間の絶縁膜の実効的な比誘電率の増大は大きな問題になる。
【００１５】
また、反応系が大きく異なる、第１及び第２のシリコンリッチ酸化膜１２、１５、第１及び第２のＤＬＣ膜１３、１６並びにａ−ＣＦ膜１４をＣＶＤ装置の同一の処理室内で形成する場合には、処理室内の雰囲気が激変してしまうので、成膜のプロセスが安定しない。このため、第１及び第２のシリコンリッチ酸化膜１２、１５、第１及び第２のＤＬＣ膜１３、１６並びにａ−ＣＦ膜１４の各膜質が変化するので、密着性が安定しないという問題がある。
【００１６】
また、第１及び第２のシリコンリッチ酸化膜１２、１５、第１及び第２のＤＬＣ膜１３、１６並びにａ−ＣＦ膜１４を同一の処理室内で形成する場合には、有機物と酸化物との混合物が処理室の内壁に堆積し、堆積した混合物がシリコンリッチ酸化膜を堆積する際に用いられる酸素によって処理室の内壁から剥がされるので、パーティクルが発生するという問題がある。
【００１７】
また、酸化膜と有機膜という性質が大きく異なる膜を薄い膜厚で積層する必要があるので、プロセスの制御が困難であるという問題がある。
【００１８】
本発明は、前記の問題点を一挙に解決し、金属配線同士の間の絶縁膜の実効的な比誘電率を低減すると共に、金属配線と有機絶縁膜との密着性を向上させることを第１の目的とし、処理室内に発生するパーティクルを低減すると共にプロセスの制御を容易にすることを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記の第１の目的を達成するため、本発明に係る第１の半導体装置は、半導体基板上に形成された金属配線パターンと、金属配線パターンの上を含む半導体基板上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第１の密着層と、第１の密着層の上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物を主原料とするフッ素化有機膜からなる有機絶縁膜と、有機絶縁膜の上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第２の密着層と、第１の密着層の上に形成された無機化合物からなる無機絶縁膜とを備えている。
【００２０】
前記の第１の目的を達成するため、本発明に係る第２の半導体装置は、半導体基板上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第１の密着層と、第１の密着層の上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物を主原料とするフッ素化有機膜からなる有機絶縁膜と、有機絶縁膜に形成された配線溝と、配線溝の側壁に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第２の密着層と、配線溝の内部における第１の密着層及び第２の密着層で囲まれた部分に埋め込まれた金属配線とを備えている。
【００２１】
前記の第１の目的を達成するため、本発明に係る第３の半導体装置は、半導体基板上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第１の密着層と、第１の密着層の上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物を主原料とするフッ素化有機膜からなる有機絶縁膜と、第１の密着層及び有機絶縁膜に形成され、互いに連通している接続孔及び配線溝と、接続孔及び配線溝の側壁に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第２の密着層と、接続孔及び配線溝の内部における第２の密着層で囲まれた部分に埋め込まれた金属膜からなるコンタクト及び金属配線とを備えている。
【００２２】
前記の第１の目的を達成するため、本発明に係る第４の半導体装置は、半導体基板上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第１の密着層と、第１の密着層の上に形成された無機化合物からなる第１の無機絶縁膜と、第１の無機絶縁膜の上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第２の密着層と、第２の密着層の上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物を主原料とするフッ素化有機膜からなる第１の有機絶縁膜と、第１の有機絶縁膜の上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第３の密着層と、第３の密着層の上に形成された無機化合物からなる第２の無機絶縁膜と、第２の無機絶縁膜の上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第４の密着層と、第４の密着層の上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物を主原料とするフッ素化有機膜からなる第２の有機絶縁膜と、第２の有機絶縁膜の上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第５の密着層と、第５の密着層の上に形成された無機化合物からなる第３の無機絶縁膜と、第１の密着層、第１の無機絶縁膜、第２の密着層、第１の有機絶縁膜、第３の密着層、第２の無機絶縁膜、第４の密着層、第２の有機絶縁膜、第５の密着層及び第３の無機絶縁膜からなる層間絶縁膜に形成され、互いに連通している接続孔及び配線溝と、接続孔及び配線溝の側壁に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第６の密着層と、接続孔及び配線溝の内部における第６の密着層で囲まれた部分に埋め込まれた金属膜からなるコンタクト及び金属配線とを備えている。
【００２３】
第１〜第４の半導体装置によると、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる密着層の比誘電率は２．５以下であって、従来のシリコンリッチ酸化膜の比誘電率（３．９以上）又はＤＬＣ膜の比誘電率（２．８以上）に比べて小さい。
【００２４】
フッ素−炭素結合を含有する有機化合物と有機シラン誘導体とは、任意の混合比で、酸化剤非存在下においてプラズマにより共重合してシロキサン含有フッ素化有機膜（有機・無機複合膜）となる。このシロキサン含有フッ素化有機膜においては、有機シラン誘導体のアルコキシ基からシロキサンが形成され、形成されたシロキサンの酸素と金属配線パターン（又は接続孔に埋め込まれたコンタクト又は配線溝に埋め込まれた金属配線）の金属とが強固に結合するため、密着層と金属配線パターン（又はコンタクト又は金属配線）との密着性が高くなる。また、形成されたシロキサンの酸素は無機絶縁膜の無機化合物とも強固に結合するため、密着層と無機絶縁膜との密着性も高くなる。
【００２５】
密着層を構成する有機シラン誘導体の有機基と有機絶縁膜を構成するフッ素−炭素結合を含有する有機化合物の有機基とが共重合反応して、有機シラン誘導体の有機基が有機化合物の炭素骨格に共有結合するため、密着層と有機絶縁膜との密着性も高くなる。
【００２６】
前記の第１及び第２の目的を達成するため、本発明に係る第１の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に金属配線パターンを形成する工程と、金属配線パターンの上を含む半導体基板上に、プラズマＣＶＤ法により、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第１の密着層を形成する工程と、第１の密着層の上に、プラズマＣＶＤ法により、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物を主原料とするフッ素化有機膜からなる有機絶縁膜を形成する工程と、有機絶縁膜の上に、プラズマＣＶＤ法により、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第２の密着層を形成する工程と、第１の密着層の上に無機化合物からなる無機絶縁膜を形成する工程とを備えている。
【００２７】
第１の半導体装置の製造方法において、第１の密着層を構成するシロキサン含有フッ素化有機膜の原料となる有機化合物と、有機絶縁膜を構成するフッ素化有機膜の原料なる有機化合物と、第２の密着層を構成するシロキサン含有フッ素化有機膜の原料となる有機化合物とは、同種類の有機化合物であることが好ましい。
【００２８】
第１の半導体装置の製造方法において、第１の密着層及び第２の密着層を構成するシロキサン含有フッ素化有機膜の原料となる有機シラン誘導体は、Ｒ１ｎＳｉ（ＯＲ２）４−ｎ（但し、ｎは１〜３の整数であり、Ｒ１ はアルキル基又はアリール基であり、Ｒ２ はアルキル基又はアリール基である。）の一般式で表される有機シラン誘導体であることが好ましい。
【００２９】
前記の第１及び第２の目的を達成するため、本発明に係る第２の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第１の密着層を形成する工程と、第１の密着層の上に無機化合物からなる第１の無機絶縁膜を形成する工程と、第１の無機絶縁膜の上に、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第２の密着層を形成する工程と、第２の密着層の上に、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物を主原料とするフッ素化有機膜からなる第１の有機絶縁膜を形成する工程と、第１の有機絶縁膜の上に、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第３の密着層を形成する工程と、第３の密着層の上に無機化合物からなる第２の無機絶縁膜を形成する工程と、第２の無機絶縁膜の上に、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第４の密着層を形成する工程と、第４の密着層の上にフッ素−炭素結合を含有する有機化合物を主原料とするフッ素化有機膜からなる第２の有機絶縁膜を形成する工程と、第２の有機絶縁膜の上に、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第５の密着層を形成する工程と、第５の密着層の上に無機化合物からなる第３の無機絶縁膜を形成する工程と、第１の密着層、第１の無機絶縁膜、第２の密着層、第１の有機絶縁膜、第３の密着層、第２の無機絶縁膜、第４の密着層、第２の有機絶縁膜、第５の密着層及び第３の無機絶縁膜からなる層間絶縁膜に、互いに連通する接続孔及び配線溝を形成する工程と、接続孔及び配線溝の側壁に、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第６の密着層を形成する工程と、接続孔及び配線溝の内部における第６の密着層で囲まれた部分に金属膜を埋め込んで、該金属膜からなるコンタクト及び金属配線を形成する工程と備えている。
【００３０】
第１及び第２の半導体装置の製造方法によると、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物と有機シラン誘導体とを主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる密着層の比誘電率は２．５以下であって、従来のシリコンリッチ酸化膜の比誘電率（３．９以上）又はＤＬＣ膜の比誘電率（２．８以上）に比べて小さい。
【００３１】
フッ素−炭素結合を含有する有機化合物と有機シラン誘導体とは、任意の混合比で、酸化剤非存在下においてプラズマにより共重合してシロキサン含有フッ素化有機膜（有機・無機複合膜）となる。このシロキサン含有フッ素化有機膜においては、有機シラン誘導体のアルコキシ基からシロキサンが形成され、形成されたシロキサンの酸素と金属配線パターン（又は接続孔に埋め込まれたコンタクト又は配線溝に埋め込まれた金属配線）の金属とが強固に結合するため、密着層と金属配線パターン（又はコンタクト又は金属配線）との密着性が高くなる。また、形成されたシロキサンの酸素は無機絶縁膜の無機化合物とも強固に結合するため、密着層と無機絶縁膜との密着性も高くなる。
【００３２】
密着層を構成する有機シラン誘導体の有機基と有機絶縁膜を構成するフッ素−炭素結合を含有する有機化合物の有機基とが共重合反応して、有機シラン誘導体の有機基が有機化合物の炭素骨格に共有結合するため、密着層と有機絶縁膜との密着性も高くなる。
【００３３】
また、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物を主原料とするフッ素化有機膜からなる有機絶縁膜を形成する工程は、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる密着層を形成する工程同士の間に行なわれると共に、有機絶縁膜の形成工程と密着層の形成工程とは同一の反応系プロセスであるため、有機絶縁膜の形成工程とその前後の密着層の形成工程とを連続して行なうことができると共に、反応系のプロセスの制御が容易である上に、処理室の雰囲気を一定に保つことができる。
【００３４】
本発明に係る第１の層間絶縁膜の形成方法は、半導体基板上に順次堆積された、第１の密着層、有機絶縁膜及び第２の密着層からなる層間絶縁膜の形成方法を対象とし、半導体基板が保持されている処理室内に、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物を含む第１の原料ガス及び有機シラン誘導体を含む第２の原料ガスを導入した後、第１の原料ガスの導入量をほぼ一定に保つ一方、第２の原料ガスの導入量を減少させながら、第１の原料ガス及び第２の原料ガスからなるプラズマにより、半導体基板上にシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第１の密着層を形成する工程と、処理室内に第１の原料ガスをその導入量をほぼ一定に保ちながら導入する一方、第２の原料ガスの導入を停止して、第１の原料ガスからなるプラズマにより、第１の密着層の上にフッ素−炭素結合を含有する有機化合物からなる有機絶縁膜を形成する工程と、処理室内に、第１の原料ガスをその導入量をほぼ一定に保ちながら導入すると共に、第２の原料ガスを再び導入し且つ第２の原料ガスの導入量を増加させながら、第１の原料ガス及び第２の原料ガスからなるプラズマにより、有機絶縁膜の上にシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第２の密着層を形成する工程とを備えている。
【００３５】
第１の層間絶縁膜の形成方法によると、処理室内に導入した第１の原料ガスの導入量をほぼ一定に保つ一方、第２の原料ガスの導入量を減少させながら、半導体基板上に第１の密着層を形成した後、処理室内に導入している第１の原料ガスの導入量をほぼ一定に保つ一方、第２の原料ガスの導入を停止して、第１の密着層の上に有機絶縁膜を形成し、その後、処理室内に導入している第１の原料ガスの導入量をほぼ一定に保つ一方、再び導入した第２の原料ガスの導入量を増加させながら、有機絶縁膜の上に第２の密着層を形成するため、つまり、第１の原料ガスの導入量をほぼ一定に保った状態で、第２の原料ガスの導入量を減少、停止及び増加することにより、第１の密着層、有機絶縁膜及び第２の密着層を連続的に形成することができる。
【００３６】
本発明に係る第２の層間絶縁膜の形成方法は、半導体基板上に順次堆積された、第１の密着層、有機絶縁膜及び第２の密着層からなる層間絶縁膜の形成方法を対象とし、半導体基板が保持されている処理室内に、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物を含む第１の原料ガス及び有機シラン誘導体を含む第２の原料ガスを、それぞれの導入量をほぼ一定に保ちながら導入しながら、第１の原料ガス及び第２の原料ガスからなるプラズマにより、半導体基板上にシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第１の密着層を形成する工程と、処理室内に第１の原料ガスをその導入量をほぼ一定に保ちながら導入する一方、第２の原料ガスの導入を停止して、第１の原料ガスからなるプラズマにより、第１の密着層の上にフッ素−炭素結合を含有する有機化合物からなる有機絶縁膜を形成する工程と、処理室内に、第１の原料ガスをその導入量をほぼ一定に保ちながら導入すると共に、第２の原料ガスを再び導入し且つ第２の原料ガスの導入量をほぼ一定に保ちながら、第１の原料ガス及び第２の原料ガスからなるプラズマにより、有機絶縁膜の上にシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第２の密着層を形成する工程とを備えている。
【００３７】
第２の層間絶縁膜の形成方法によると、処理室内に、第１の原料ガス及び第２の原料ガスをそれぞれの導入量をほぼ一定に保ちながら、第１の密着層を形成した後、処理室内に導入している第１の原料ガスの導入量をほぼ一定に保つ一方、第２の原料ガスの導入を停止して、第１の密着層の上に有機絶縁膜を形成し、その後、処理室内に導入している第１の原料ガスの導入量をほぼ一定に保つと共に第２の原料ガスを再び導入し且つ第２の原料ガスの導入量をほぼ一定に保ちながら、有機絶縁膜の上に第２の密着層を形成するため、つまり、第１の原料ガスの導入量をほぼ一定に保った状態で、第２の原料ガスの導入、停止及び導入を行なうことにより、第１の密着層、有機絶縁膜及び第２の密着層を連続的に形成することができる。
【発明の効果】
【００３８】
第１〜第４の半導体装置によると、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる密着層の比誘電率は、従来のシリコンリッチ酸化膜とＤＬＣ膜との積層膜からなる密着層の比誘電率に比べて小さい。
【００３９】
密着層と金属配線パターン（又はコンタクト又は金属配線）との密着性、密着層と無機絶縁膜との密着性、及び密着層と有機絶縁膜との密着性はいずれも高いので、金属配線パターン（又はコンタクト又は金属配線）、無機絶縁膜及び有機絶縁膜の相互間の密着性の向上を単層の密着層により実現することができる。
【００４０】
従って、第１〜第４の半導体装置によると、金属配線同士の間の絶縁膜の実効的な比誘電率を低減できると共に、金属配線と有機絶縁膜との間の密着性を向上させることができる。
【００４１】
第１及び第２の半導体装置の製造方法によると、密着層の比誘電率を従来のシリコンリッチ酸化膜とＤＬＣ膜との積層膜に比べて小さくできると共に、金属配線パターン（又はコンタクト又は金属配線）、無機絶縁膜及び有機絶縁膜の相互間の密着性の向上を単層で且つ１種類の密着層により実現することができる。
【００４２】
また、有機絶縁膜の形成工程とその前後の密着層の形成工程とを連続的に行なうことができると共に、反応系のプロセスの制御が容易である上に、処理室の雰囲気を一定に保つことができる。
【００４３】
従って、第１及び第２の半導体装置の製造方法によると、金属配線同士の間の絶縁膜の実効的な比誘電率の低減及び金属配線と有機絶縁膜との間の密着性の向上を、処理室内にパーティクルを発生させることなく且つプロセスの制御性を容易に実現することができる。
【００４４】
第１の半導体装置の製造方法において、第１の密着層の原料となる有機化合物、有機絶縁膜の原料なる有機化合物及び第２の密着層の原料となる有機化合物が同種類の有機化合物であると、プロセスの制御性が一層向上する。
【００４５】
第１の半導体装置の製造方法において、第１の密着層及び第２の密着層の原料が、Ｒ１ｎＳｉ（ＯＲ２）４−ｎ（但し、ｎは１〜３の整数であり、Ｒ１ はアルキル基又はアリール基であり、Ｒ２ はアルキル基又はアリール基である。）の一般式で表される有機シラン誘導体であると、密着層の比誘電率を確実に小さくできると共に密着性を確実に向上することができる。
【００４６】
第１の層間絶縁膜の形成方法によると、第１の原料ガスの導入量をほぼ一定に保った状態で、第２の原料ガスの導入量を減少、停止及び増加することにより、第１の密着層、有機絶縁膜及び第２の密着層を連続的に形成できるため、第１の密着層、有機絶縁膜及び第２の密着層の組成が連続的に変化するので、密着性が非常に高くなる。
【００４７】
第２の層間絶縁膜の形成方法によると、第１の原料ガスの導入量をほぼ一定に保った状態で、第２の原料ガスの導入、停止及び導入を行なうことにより、第１の密着層、有機絶縁膜及び第２の密着層を連続的に形成できるため、第１及び第２の密着層の膜厚を薄くできるので、層間絶縁膜の実効的な比誘電率を極めて小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図１（ａ）〜（ｃ）及び図２（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
【００４９】
まず、図１（ａ）に示すように、半導体基板１００の上に、例えば高さが８００ｎｍで配線スペースが２５０ｎｍの金属配線パターン１０１を形成した後、金属配線パターン１０１の上を含む半導体基板１００の上に全面に亘って、例えば２０ｎｍの膜厚を有するシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第１の密着層１０２を堆積する。シロキサン含有フッ素化有機膜の堆積方法としては、フッ素−炭素結合を有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とする第１の原料ガス、例えばＣ４Ｆ８／ＣＨ４／ビニルトリメトキシシラン（vinyltrimethoxysilane）の混合ガスを用いるプラズマＣＶＤ法が挙げられ、堆積条件としては、例えばＲＦパワーは２００Ｗ、プロセス圧力は２００ｍｍＴｏｒｒ、堆積時間は４秒間である。
【００５０】
次に、図１（ｂ）に示すように、第１の密着層１０２の上に全面に亘って、例えば２００ｎｍの膜厚を有するフッ素化アモルファスカーボン膜からなる有機絶縁膜１０３を金属配線パターン１０１同士の間のスペース部が完全に充填されるように堆積する。フッ素化アモルファスカーボン膜の堆積方法としては、フッ素−炭素結合を有する有機化合物を主原料とする第２の原料ガス、例えばＣ４Ｆ８／ＣＨ４ の混合ガスを用いるプラズマＣＶＤ法が挙げられ、堆積条件としては、例えばＲＦパワーは２００Ｗ、プロセス圧力は２００ｍｍＴｏｒｒ、堆積時間は６０秒間である。
【００５１】
次に、図１（ｃ）に示すように、有機絶縁膜１０３の上に全面に亘って、例えば２０ｎｍの膜厚を有するシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第２の密着層１０４を堆積する。シロキサン含有フッ素化有機膜の堆積方法としては、第１の密着層１０２の場合と同様、フッ素−炭素結合を有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とする第１の原料ガス、例えばＣ４Ｆ８／ＣＨ４ ／ビニルトリメトキシシランの混合ガスを用いるプラズマＣＶＤ法が挙げられ、堆積条件としては、例えばＲＦパワーは２００Ｗ、プロセス圧力は２００ｍｍＴｏｒｒ、堆積時間は４秒間である。
【００５２】
次に、図２（ａ）に示すように、第２の密着層１０４の上に全面に亘って例えば５０ｎｍの膜厚を有するシリコン酸化膜からなる無機絶縁膜１０５を堆積した後、該無機絶縁膜１０５の表面を例えばＣＭＰ法により平坦化する。シリコン酸化膜の堆積方法としてはＳｉＨ４ とＮ２Ｏ との混合ガスを用いるプラズマＣＶＤ法が挙げられる。
【００５３】
次に、図２（ｂ）に示すように、第１の密着層１０２、有機絶縁膜１０３、第２の密着層１０４及び無機絶縁膜１０５に対して選択的にエッチングを行なって接続孔１０６を形成した後、該接続孔１０６に例えばタングステンからなる金属膜を埋め込んで金属プラグ１０７を形成する。尚、無機絶縁膜１０５としてのシリコン酸化膜１０５は、接続孔１０６をドライエッチングにより形成する際のエッチングストッパーとなる。
【００５４】
第１の実施形態によると、シロキサン含有フッ素化有機膜からなる第１及び第２の密着層１０２、１０４の比誘電率は非常に低くて２．５以下であった。
【００５５】
また、シロキサン含有フッ素化有機膜からなる第１及び第２の密着層１０２、１０４とフッ素化アモルファスカーボン膜からなる有機絶縁膜１０３との密着性は極めて優れており、フッ素化アモルファスカーボンからなる有機膜１０３の剥離は認められなかった。
【００５６】
以下、第１の密着層１０２、有機絶縁膜１０３及び第２の密着層１０４を連続的に堆積する際の第１のプロセスシーケンスについて説明する。
【００５７】
第１のプロセスシーケンスは、堆積条件を例えばＲＦパワーは２００Ｗ、プロセス圧力は２００ｍｍＴｏｒｒに保った状態で、フッ素−炭素結合を有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とする第１の原料ガスの導入量を一定に保った状態で、フッ素−炭素結合を有する有機化合物を主原料とする第２の原料ガスの導入量をパルス的に変化させる方法である。
【００５８】
第１のプロセスシーケンスについて、図３（ａ）を参照しながら具体的に説明する。まず、プラズマＣＶＤ処理室にＣ４Ｆ８ガス、ＣＨ４ ガス及びビニルトリメトキシシランガスを導入した直後にプラズマ発生用の高周波電力を印加すると共に、Ｃ４Ｆ８ガス、ＣＨ４ ガス及びビニルトリメトキシシランガスを各導入量を一定にして４秒間導入することにより、第１の密着層１０２を堆積する。次に、ビニルトリメトキシシランガスの導入を停止する一方、Ｃ４Ｆ８ガス及びＣＨ４ ガスを各導入量を一定にして６０秒間導入することにより、有機絶縁膜１０３を堆積する。次に、Ｃ４Ｆ８ガス及びＣＨ４ ガスの各導入量を一定に保ったまま、ビニルトリメトキシシランガスを再び一定量４秒間導入することにより、第２の密着層１０４を堆積する。プラズマ発生用の高周波電力の印加方法としては、図３（ａ）においてＮｏ．１で示すように、ビニルトリメトキシシランガスの導入及び停止の各直前及び各直後に僅かな時間だけ停止してもよいし、図３（ａ）においてＮｏ．２で示すように、ビニルトリメトキシシランガスの導入及び停止とは無関係に継続しておき、Ｃ４Ｆ８ガス、ＣＨ４ ガス及びビニルトリメトキシシランガスの導入停止の直前に停止してもよい。
【００５９】
第１のプロセスシーケンスによると、第１の密着層１０２及び第２の密着層１０４の堆積工程においては、ビニルトリメトキシシランガスを一定量づつ導入するため、第１及び第２の密着層１０２、１０４におけるシロキサンの含有率は密着層の膜厚方向でほぼ一定となる。
【００６０】
また、第１のプロセスシーケンスによると、Ｃ４Ｆ８ガス、ＣＨ４ ガス及びビニルトリメトキシシランガスの導入量を経時的に変化させることなく、バルブの開閉という単純な操作でビニルトリメトキシシランガスの導入及び停止を行なうことができるため、第１及び第２の密着層１０２、１０４の膜厚を薄くすることが容易である。このため、金属配線パターン１０１同士の間の実効的な比誘電率を小さくできるので、容量の増加を抑制することができる。
【００６１】
もっとも、第１のプロセスシーケンスは、第１又は第２の密着層１０２、１０４と有機絶縁膜１０３との界面において組成が急峻に変化するため、密着性が若干低下するという短所を有している。
【００６２】
以下、第１の密着層１０２、有機絶縁膜１０３及び第２の密着層１０４を連続的に堆積する際の第２のプロセスシーケンスについて説明する。
【００６３】
第２のプロセスシーケンスは、堆積条件を例えばＲＦパワーは２００Ｗ、プロセス圧力は２００ｍｍＴｏｒｒに保った状態で、フッ素−炭素結合を有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とする第１の原料ガスの導入量を一定に保つ一方、フッ素−炭素結合を有する有機化合物を主原料とする第２の原料ガスの導入量を連続的に変化させる方法である。
【００６４】
第２のプロセスシーケンスについて、図３（ｂ）を参照しながら具体的に説明する。まず、プラズマＣＶＤ処理室にＣ４Ｆ８ガス、ＣＨ４ ガス及びビニルトリメトキシシランガスを導入した直後に、プラズマ発生用の高周波電力を印加すると共に、Ｃ４Ｆ８ガス及びＣＨ４ ガスの導入量を一定に保つ一方、ビニルトリメトキシシランガスの導入量を連続的に減少させていき、ビニルトリメトキシシランガスの導入を導入開始から４秒後に停止することにより、第１の密着層１０２を堆積する。次に、ビニルトリメトキシシランガスの導入を停止したまま、Ｃ４Ｆ８ガス及びＣＨ４ ガスを各導入量を一体にして６０秒間導入することにより、有機絶縁膜１０３を堆積する。次に、Ｃ４Ｆ８ガス及びＣＨ４ ガスの各導入量を一定に保ったまま、ビニルトリメトキシシランガスを再び導入すると共にその導入量を連続的に増加させる状態を４秒間継続することにより、第２の密着層１０４を堆積する。プラズマ発生用の高周波電力の印加方法としては、図３（ｂ）に示すように、Ｃ４Ｆ８ガス、ＣＨ４ ガス及びビニルトリメトキシシランガスの導入直後に開始すると共に、Ｃ４Ｆ８ガス、ＣＨ４ ガス及びビニルトリメトキシシランガスの導入停止直前に終了する。
【００６５】
第２のプロセスシーケンスによると、ビニルトリメトキシシランガスの導入量を経時的に変化させる必要があるため、第１及び第２の密着層１０２、１０４の堆積時間の短縮がやや困難になる。このため、第１のプロセスシーケンスに比べて、第１及び第２の密着層１０２、１０４の膜厚が厚くなるので、金属配線パターン１０１同士の間の実効的な比誘電率が若干大きくなるが、第１及び第２の密着層１０２、１０４と有機絶縁膜１０３との組成変化が連続的であるため、密着性は非常に高くなる。
【００６６】
尚、第１の実施形態においては、第１の密着層１０２を構成するシロキサン含有フッ素化有機膜の主原料となる有機化合物、有機絶縁膜１０３を構成するフッ素化アモルファスカーボン膜の主原料となる有機化合物、及び第２の密着層１０４を構成するシロキサン含有フッ素化有機膜の主原料となる有機化合物としては、Ｃ４Ｆ８を用いたが、これに代えて、Ｃ１０Ｆ１８等のように、一般式：ＣｘＦｙ（ｘは１〜１５の整数、ｙは４〜３２の整数）で表わされるフッ素−炭素結合を有する有機化合物を広く用いることができる。
【００６７】
また、第１の実施形態においては、有機絶縁膜１０３を構成するフッ素化アモルファスカーボン膜の主原料となる有機シラン誘導体としては、ビニルトリメトキシシランを用いたが、これに代えて、Ｒ１ｎＳｉ（ＯＲ２）４−ｎ（但し、ｎは１〜３の整数であり、Ｒ１ はアルキル基又はアリール基であり、Ｒ２ はアルキル基又はアリール基である。）の一般式で表される有機シラン誘導体を広く用いることができる。
【００６８】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る配線構造及びその形成方法について、図４（ａ）、（ｂ）、図５（ａ）、（ｂ）及び図６（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。
【００６９】
まず、図４（ａ）に示すように、半導体基板２００の上に形成されたフッ素化アモルファスカーボン膜からなり、配線溝２０１ａを有する第１の有機絶縁膜２０１の上に全面に亘って例えば２０ｎｍの膜厚を有するシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第１の密着層２０２を堆積した後、配線溝２０１ａの内部に金属膜を埋め込んで金属配線２０３を形成し、その後、全面に亘って例えば５０ｎｍの膜厚を有するシリコン酸化膜からなる第１の無機絶縁膜２０４を堆積する。
【００７０】
次に、図４（ｂ）に示すように、第１の無機絶縁膜２０４の上に、例えば２０ｎｍの膜厚を有するシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第２の密着層２０５、例えば８００ｎｍの膜厚を有するフッ素化アモルファスカーボン膜からなる第２の有機絶縁膜２０６、例えば２０ｎｍの膜厚を有するシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第３の密着層２０７、例えば５０ｎｍの膜厚を有するシリコン酸化膜からなる第２の無機絶縁膜２０８、例えば２０ｎｍの膜厚を有するシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第４の密着層２０９、例えば３００ｎｍの膜厚を有するフッ素化アモルファスカーボン膜からなる第３の有機絶縁膜２１０、例えば２０ｎｍの膜厚を有するシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第５の密着層２１１、及び例えば５０ｎｍの膜厚を有するシリコン酸化膜からなる第３の無機絶縁膜２１２を順次堆積する。
【００７１】
次に、図５（ａ）に示すように、第１の無機絶縁膜２０４、第２の密着層２０５、第２の有機絶縁膜２０６、第３の密着層２０７及び第２の無機絶縁膜２０８に接続孔２１３を形成すると共に、第４の密着層２０９、第３の有機絶縁膜２１０、第５の密着層２１１及び第３の無機絶縁膜２１２に配線溝２１４を形成した後、接続孔２１３及び配線溝２１４の内部を含む全面に亘って、例えば２０ｎｍの膜厚を有するシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第６の密着層２１５を等方的に堆積する。
【００７２】
次に、図５（ｂ）に示すように、第６の密着層２１５に対してエッチバックを行なって、第６の密着層２１５における接続孔２１３及び配線溝２１４の底部に位置する部分を除去すると共に、第２及び第３の有機絶縁膜２０６、２１０における接続孔２１３及び配線溝２１４に露出している各側面（接続孔２１３及び配線溝２１４の各側壁）に第６の密着層２１５からなるサイドウォール２１６を形成する。
【００７３】
次に、図６（ａ）に示すように、接続孔２１３及び配線溝２１４の内部を含む第３の無機絶縁膜２１２の上に全面に亘って、例えば５ｎｍの膜厚を有する窒化チタン膜からなるバリア層２１７を堆積する。
【００７４】
次に、図６（ｂ）に示すように、接続孔２１３及び配線溝２１４の内部を含むバリア層２１７の上に全面に亘って例えば銅からなる金属膜２１８を堆積した後、金属膜２１８における第３の無機絶縁膜２１２の上に露出している部分を例えばＣＭＰ法により除去して、金属膜２１８からなるデュアルダマシン構造を形成する。
【００７５】
第１、第２、第３、第４、第５及び第６の密着層２０２、２０５、２０７、２０９、２１１、２１５となるシロキサン含有フッ素化有機膜の堆積方法としては、第１の実施形態と同様、フッ素−炭素結合を有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とする第１の原料ガス、例えばＣ４Ｆ８／ＣＨ４／ビニルトリメトキシシランの混合ガスを用いるプラズマＣＶＤ法が挙げられ、堆積条件としては、例えばＲＦパワーは２００Ｗ、プロセス圧力は２００ｍｍＴｏｒｒ、堆積時間は４秒である。
【００７６】
第１、第２及び第３の有機絶縁膜２０１、２０６、２１０となるフッ素化アモルファスカーボン膜の堆積方法としては、フッ素−炭素結合を有する有機化合物を主原料とする第２の原料ガス、例えばＣ４Ｆ８／ＣＨ４ の混合ガスを用いるプラズマＣＶＤ法が挙げられ、堆積条件としては、例えばＲＦパワーは２００Ｗ、プロセス圧力は２００ｍｍＴｏｒｒである。
【００７７】
第２の実施形態によると、第２の有機絶縁膜２０６及び第３の有機絶縁膜２１０における接続孔２１３及び配線溝２１４に露出している側面に第６の密着層２１５からなるサイドウォール２１６を形成した後、窒化チタン膜からなるバリア層２１７を堆積したので、第２及び第３の有機絶縁膜２０６、２１０とバリア層２１７との密着性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法及び層間絶縁膜の形成方法の各工程を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法及び層間絶縁膜の形成方法の各工程を示す断面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法及び層間絶縁膜の形成方法における原料ガスの導入方法のシーケンスを示す図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法及び層間絶縁膜の形成方法の各工程を示す断面図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法及び層間絶縁膜の形成方法の各工程を示す断面図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法及び層間絶縁膜の形成方法の各工程を示す断面図である。
【図７】従来の半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
【００７９】
１００ 半導体基板
１０１ 金属配線パターン
１０２ 第１の密着層
１０３ 有機絶縁膜
１０４ 第２の密着層
１０５ 無機絶縁膜
１０６ 接続孔
１０７ 金属プラグ
２００ 半導体基板
２０１ 第１の有機絶縁膜
２０１ａ 配線溝
２０２ 第１の密着層
２０３ 金属配線
２０４ 第１の無機絶縁膜
２０５ 第２の密着層
２０６ 第２の有機絶縁膜
２０７ 第３の密着層
２０８ 第２の無機絶縁膜
２０９ 第４の密着層
２１０ 第３の有機絶縁膜
２１１ 第５の密着層
２１２ 第３の無機絶縁膜
２１３ 接続孔
２１４ 配線溝
２１５ 第６の密着層
２１６ サイドウォール
２１７ バリア層
２１８ 金属膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成された金属配線パターンと、
前記金属配線パターンの上を含む前記半導体基板上に形成され、炭素を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有有機膜からなる第１の密着層と、
前記第１の密着層の上に形成され、炭素を含有する有機化合物を主原料とする有機膜からなる有機絶縁膜と、
前記有機絶縁膜の上に形成され、炭素を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有有機膜からなる第２の密着層と、
前記第２の密着層の上に形成された無機化合物からなる無機絶縁膜とを備えていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
半導体基板上に形成され、炭素を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有有機膜からなる第１の密着層と、
前記第１の密着層の上に形成され、炭素を含有する有機化合物を主原料とする有機膜からなる有機絶縁膜と、
前記第１の密着層及び有機絶縁膜に形成され、互いに連通している接続孔又は配線溝と、
前記接続孔又は配線溝の側壁に形成され、炭素を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有有機膜からなる第２の密着層と、
前記接続孔又は配線溝の内部における前記第２の密着層で囲まれた部分に埋め込まれた金属膜からなるコンタクト及び金属配線とを備えていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
半導体基板上に形成され、炭素を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有有機膜からなる第１の密着層と、
前記第１の密着層の上に形成された無機化合物からなる第１の無機絶縁膜と、
前記第１の無機絶縁膜の上に形成され、炭素を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有有機膜からなる第２の密着層と、
前記第２の密着層の上に形成され、炭素を含有する有機化合物を主原料とする有機膜からなる第１の有機絶縁膜と、
前記第１の有機絶縁膜の上に形成され、炭素を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有有機膜からなる第３の密着層と、
前記第３の密着層の上に形成された無機化合物からなる第２の無機絶縁膜と、
前記第２の無機絶縁膜の上に形成され、炭素を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有有機膜からなる第４の密着層と、
前記第４の密着層の上に形成され、炭素を含有する有機化合物を主原料とする有機膜からなる第２の有機絶縁膜と、
前記第２の有機絶縁膜の上に形成され、炭素を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有有機膜からなる第５の密着層と、
前記第５の密着層の上に形成された無機化合物からなる第３の無機絶縁膜と、
前記第１の密着層、前記第１の無機絶縁膜、前記第２の密着層、前記第１の有機絶縁膜、前記第３の密着層、前記第２の無機絶縁膜、前記第４の密着層、前記第２の有機絶縁膜、前記第５の密着層及び前記第３の無機絶縁膜からなる層間絶縁膜に形成された接続孔又は配線溝と、
前記接続孔又は配線溝の側壁に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第６の密着層からなるサイドウォールと、
前記接続孔又は配線溝の内部における前記サイドウォールで囲まれた部分に埋め込まれた金属膜からなるコンタクト又は金属配線とを備えていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
半導体基板上に金属配線パターンを形成する工程と、
前記金属配線パターンの上を含む前記半導体基板上に、プラズマＣＶＤ法により、炭素を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有有機膜からなる第１の密着層を形成する工程と、
前記第１の密着層の上に、プラズマＣＶＤ法により、炭素を含有する有機化合物を主原料とする有機膜からなる有機絶縁膜を形成する工程と、
前記有機絶縁膜の上に、プラズマＣＶＤ法により、炭素を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有有機膜からなる第２の密着層を形成する工程と、
前記第１の密着層の上に無機化合物からなる無機絶縁膜を形成する工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１の密着層を構成するシロキサン含有有機膜の原料となる有機化合物と、前記有機絶縁膜を構成する有機膜の原料なる有機化合物と、前記第２の密着層を構成するシロキサン含有有機膜の原料となる有機化合物とは、同種類の有機化合物であることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第１の密着層及び第２の密着層を構成するシロキサン含有フッ素化有機膜の原料となる有機シラン誘導体は、Ｒ1nＳｉ（ＯＲ2）4-n（但し、ｎは１〜３の整数であり、Ｒ1 はアルキル基又はアリール基であり、Ｒ2 はアルキル基又はアリール基である。）の一般式で表される有機シラン誘導体であることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
半導体基板上に、炭素を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有有機膜からなる第１の密着層を形成する工程と、
前記第１の密着層の上に無機化合物からなる第１の無機絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の無機絶縁膜の上に、炭素を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有有機膜からなる第２の密着層を形成する工程と、
前記第２の密着層の上に、炭素を含有する有機化合物を主原料とする有機膜からなる第１の有機絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の有機絶縁膜の上に、炭素を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有有機膜からなる第３の密着層を形成する工程と、
前記第３の密着層の上に無機化合物からなる第２の無機絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の無機絶縁膜の上に、炭素を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有有機膜からなる第４の密着層を形成する工程と、
前記第４の密着層の上に炭素を含有する有機化合物を主原料とする有機膜からなる第２の有機絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の有機絶縁膜の上に、炭素を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有有機膜からなる第５の密着層を形成する工程と、
前記第５の密着層の上に無機化合物からなる第３の無機絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の密着層、前記第１の無機絶縁膜、前記第２の密着層、前記第１の有機絶縁膜、前記第３の密着層、前記第２の無機絶縁膜、前記第４の密着層、前記第２の有機絶縁膜、前記第５の密着層及び前記第３の無機絶縁膜からなる層間絶縁膜に形成された接続孔又は配線溝を形成する工程と、
前記接続孔又は配線溝の側壁に、炭素を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有有機膜からなる第６の密着層からなるサイドウォールを形成する工程と、
前記接続孔又は配線溝の内部における前記サイドウォールで囲まれた部分に金属膜を埋め込んで、該金属膜からなるコンタクト又は金属配線を形成する工程と備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
半導体基板上に順次堆積された、第１の密着層、有機絶縁膜及び第２の密着層からなる層間絶縁膜の形成方法であって、
半導体基板が保持されている処理室内に、炭素を含有する有機化合物を含む第１の原料ガス及び有機シラン誘導体を含む第２の原料ガスを導入した後、前記第１の原料ガスの導入量をほぼ一定に保つ一方、前記第２の原料ガスの導入量を減少させながら、前記第１の原料ガス及び第２の原料ガスからなるプラズマにより、前記半導体基板上にシロキサン含有有機膜からなる前記第１の密着層を形成する工程と、
前記処理室内に前記第１の原料ガスをその導入量をほぼ一定に保ちながら導入する一方、前記第２の原料ガスの導入を停止して、前記第１の原料ガスからなるプラズマにより、前記第１の密着層の上に炭素を含有する有機化合物からなる有機絶縁膜を形成する工程と、
前記処理室内に、前記第１の原料ガスをその導入量をほぼ一定に保ちながら導入すると共に、前記第２の原料ガスを再び導入し且つ前記第２の原料ガスの導入量を増加させながら、前記第１の原料ガス及び第２の原料ガスからなるプラズマにより、前記有機絶縁膜の上にシロキサン含有有機膜からなる前記第２の密着層を形成する工程とを備えていることを特徴とする層間絶縁膜の形成方法。
【請求項９】
半導体基板上に順次堆積された、第１の密着層、有機絶縁膜及び第２の密着層からなる層間絶縁膜の形成方法であって、
半導体基板が保持されている処理室内に、炭素を含有する有機化合物を含む第１の原料ガス及び有機シラン誘導体を含む第２の原料ガスを、それぞれの導入量をほぼ一定に保ちながら導入しながら、前記第１の原料ガス及び第２の原料ガスからなるプラズマにより、前記半導体基板上にシロキサン含有有機膜からなる前記第１の密着層を形成する工程と、
前記処理室内に前記第１の原料ガスをその導入量をほぼ一定に保ちながら導入する一方、前記第２の原料ガスの導入を停止して、前記第１の原料ガスからなるプラズマにより、前記第１の密着層の上に炭素を含有する有機化合物からなる有機絶縁膜を形成する工程と、
前記処理室内に、前記第１の原料ガスをその導入量をほぼ一定に保ちながら導入すると共に、前記第２の原料ガスを再び導入し且つ前記第２の原料ガスの導入量をほぼ一定に保ちながら、前記第１の原料ガス及び第２の原料ガスからなるプラズマにより、前記有機絶縁膜の上にシロキサン含有有機膜からなる前記第２の密着層を形成する工程とを備えていることを特徴とする層間絶縁膜の形成方法。
【請求項１】
半導体基板上に形成された金属配線パターンと、
前記金属配線パターンの上を含む前記半導体基板上に形成され、炭素を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有有機膜からなる第１の密着層と、
前記第１の密着層の上に形成され、炭素を含有する有機化合物を主原料とする有機膜からなる有機絶縁膜と、
前記有機絶縁膜の上に形成され、炭素を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有有機膜からなる第２の密着層と、
前記第２の密着層の上に形成された無機化合物からなる無機絶縁膜とを備えていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
半導体基板上に形成され、炭素を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有有機膜からなる第１の密着層と、
前記第１の密着層の上に形成され、炭素を含有する有機化合物を主原料とする有機膜からなる有機絶縁膜と、
前記第１の密着層及び有機絶縁膜に形成され、互いに連通している接続孔又は配線溝と、
前記接続孔又は配線溝の側壁に形成され、炭素を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有有機膜からなる第２の密着層と、
前記接続孔又は配線溝の内部における前記第２の密着層で囲まれた部分に埋め込まれた金属膜からなるコンタクト及び金属配線とを備えていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
半導体基板上に形成され、炭素を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有有機膜からなる第１の密着層と、
前記第１の密着層の上に形成された無機化合物からなる第１の無機絶縁膜と、
前記第１の無機絶縁膜の上に形成され、炭素を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有有機膜からなる第２の密着層と、
前記第２の密着層の上に形成され、炭素を含有する有機化合物を主原料とする有機膜からなる第１の有機絶縁膜と、
前記第１の有機絶縁膜の上に形成され、炭素を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有有機膜からなる第３の密着層と、
前記第３の密着層の上に形成された無機化合物からなる第２の無機絶縁膜と、
前記第２の無機絶縁膜の上に形成され、炭素を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有有機膜からなる第４の密着層と、
前記第４の密着層の上に形成され、炭素を含有する有機化合物を主原料とする有機膜からなる第２の有機絶縁膜と、
前記第２の有機絶縁膜の上に形成され、炭素を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有有機膜からなる第５の密着層と、
前記第５の密着層の上に形成された無機化合物からなる第３の無機絶縁膜と、
前記第１の密着層、前記第１の無機絶縁膜、前記第２の密着層、前記第１の有機絶縁膜、前記第３の密着層、前記第２の無機絶縁膜、前記第４の密着層、前記第２の有機絶縁膜、前記第５の密着層及び前記第３の無機絶縁膜からなる層間絶縁膜に形成された接続孔又は配線溝と、
前記接続孔又は配線溝の側壁に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第６の密着層からなるサイドウォールと、
前記接続孔又は配線溝の内部における前記サイドウォールで囲まれた部分に埋め込まれた金属膜からなるコンタクト又は金属配線とを備えていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
半導体基板上に金属配線パターンを形成する工程と、
前記金属配線パターンの上を含む前記半導体基板上に、プラズマＣＶＤ法により、炭素を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有有機膜からなる第１の密着層を形成する工程と、
前記第１の密着層の上に、プラズマＣＶＤ法により、炭素を含有する有機化合物を主原料とする有機膜からなる有機絶縁膜を形成する工程と、
前記有機絶縁膜の上に、プラズマＣＶＤ法により、炭素を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有有機膜からなる第２の密着層を形成する工程と、
前記第１の密着層の上に無機化合物からなる無機絶縁膜を形成する工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１の密着層を構成するシロキサン含有有機膜の原料となる有機化合物と、前記有機絶縁膜を構成する有機膜の原料なる有機化合物と、前記第２の密着層を構成するシロキサン含有有機膜の原料となる有機化合物とは、同種類の有機化合物であることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第１の密着層及び第２の密着層を構成するシロキサン含有フッ素化有機膜の原料となる有機シラン誘導体は、Ｒ1nＳｉ（ＯＲ2）4-n（但し、ｎは１〜３の整数であり、Ｒ1 はアルキル基又はアリール基であり、Ｒ2 はアルキル基又はアリール基である。）の一般式で表される有機シラン誘導体であることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
半導体基板上に、炭素を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有有機膜からなる第１の密着層を形成する工程と、
前記第１の密着層の上に無機化合物からなる第１の無機絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の無機絶縁膜の上に、炭素を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有有機膜からなる第２の密着層を形成する工程と、
前記第２の密着層の上に、炭素を含有する有機化合物を主原料とする有機膜からなる第１の有機絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の有機絶縁膜の上に、炭素を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有有機膜からなる第３の密着層を形成する工程と、
前記第３の密着層の上に無機化合物からなる第２の無機絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の無機絶縁膜の上に、炭素を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有有機膜からなる第４の密着層を形成する工程と、
前記第４の密着層の上に炭素を含有する有機化合物を主原料とする有機膜からなる第２の有機絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の有機絶縁膜の上に、炭素を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有有機膜からなる第５の密着層を形成する工程と、
前記第５の密着層の上に無機化合物からなる第３の無機絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の密着層、前記第１の無機絶縁膜、前記第２の密着層、前記第１の有機絶縁膜、前記第３の密着層、前記第２の無機絶縁膜、前記第４の密着層、前記第２の有機絶縁膜、前記第５の密着層及び前記第３の無機絶縁膜からなる層間絶縁膜に形成された接続孔又は配線溝を形成する工程と、
前記接続孔又は配線溝の側壁に、炭素を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有有機膜からなる第６の密着層からなるサイドウォールを形成する工程と、
前記接続孔又は配線溝の内部における前記サイドウォールで囲まれた部分に金属膜を埋め込んで、該金属膜からなるコンタクト又は金属配線を形成する工程と備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
半導体基板上に順次堆積された、第１の密着層、有機絶縁膜及び第２の密着層からなる層間絶縁膜の形成方法であって、
半導体基板が保持されている処理室内に、炭素を含有する有機化合物を含む第１の原料ガス及び有機シラン誘導体を含む第２の原料ガスを導入した後、前記第１の原料ガスの導入量をほぼ一定に保つ一方、前記第２の原料ガスの導入量を減少させながら、前記第１の原料ガス及び第２の原料ガスからなるプラズマにより、前記半導体基板上にシロキサン含有有機膜からなる前記第１の密着層を形成する工程と、
前記処理室内に前記第１の原料ガスをその導入量をほぼ一定に保ちながら導入する一方、前記第２の原料ガスの導入を停止して、前記第１の原料ガスからなるプラズマにより、前記第１の密着層の上に炭素を含有する有機化合物からなる有機絶縁膜を形成する工程と、
前記処理室内に、前記第１の原料ガスをその導入量をほぼ一定に保ちながら導入すると共に、前記第２の原料ガスを再び導入し且つ前記第２の原料ガスの導入量を増加させながら、前記第１の原料ガス及び第２の原料ガスからなるプラズマにより、前記有機絶縁膜の上にシロキサン含有有機膜からなる前記第２の密着層を形成する工程とを備えていることを特徴とする層間絶縁膜の形成方法。
【請求項９】
半導体基板上に順次堆積された、第１の密着層、有機絶縁膜及び第２の密着層からなる層間絶縁膜の形成方法であって、
半導体基板が保持されている処理室内に、炭素を含有する有機化合物を含む第１の原料ガス及び有機シラン誘導体を含む第２の原料ガスを、それぞれの導入量をほぼ一定に保ちながら導入しながら、前記第１の原料ガス及び第２の原料ガスからなるプラズマにより、前記半導体基板上にシロキサン含有有機膜からなる前記第１の密着層を形成する工程と、
前記処理室内に前記第１の原料ガスをその導入量をほぼ一定に保ちながら導入する一方、前記第２の原料ガスの導入を停止して、前記第１の原料ガスからなるプラズマにより、前記第１の密着層の上に炭素を含有する有機化合物からなる有機絶縁膜を形成する工程と、
前記処理室内に、前記第１の原料ガスをその導入量をほぼ一定に保ちながら導入すると共に、前記第２の原料ガスを再び導入し且つ前記第２の原料ガスの導入量をほぼ一定に保ちながら、前記第１の原料ガス及び第２の原料ガスからなるプラズマにより、前記有機絶縁膜の上にシロキサン含有有機膜からなる前記第２の密着層を形成する工程とを備えていることを特徴とする層間絶縁膜の形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−８８５０６（Ｐ２００７−８８５０６Ａ）
【公開日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３３７９１０（Ｐ２００６−３３７９１０）
【出願日】平成１８年１２月１５日（２００６．１２．１５）
【分割の表示】特願平１０−２２０１７５の分割
【原出願日】平成１０年８月４日（１９９８．８．４）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月１５日（２００６．１２．１５）
【分割の表示】特願平１０−２２０１７５の分割
【原出願日】平成１０年８月４日（１９９８．８．４）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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