(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ素添加カ−ボン膜よりなる第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜の一面側に設けられたケイ素を含む第２の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との間の剥離を抑えるために、これらの膜の間に設けられた密着層と、を含み、
前記密着層は、ケイ素と窒素とを含む膜と、ケイ素と炭素とを含む膜とを積層してなり、前記ケイ素と炭素とを含む膜は前記第１の絶縁膜の一面に密着し、ケイ素と窒素とを含む膜は前記第２の絶縁膜の一面に密着していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
フッ素添加カ−ボン膜よりなる第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜の一面側に設けられた金属の配線層と、
前記第１の絶縁膜と配線層との間の剥離を抑えるために、これらの膜の間に設けられた密着層と、を含み、
前記密着層は、ケイ素と窒素とを含む膜と、ケイ素と炭素とを含む膜とを積層してなり、前記ケイ素と炭素とを含む膜は前記第１の絶縁膜の一面に密着し、ケイ素と窒素とを含む膜は前記金属の配線層の一面に密着していることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１の密着層に代えて、ケイ素と窒素とを含む膜と、ケイ素と炭素と窒素とを含む膜と、ケイ素と炭素とを含む膜とをこの順番に積層してなる密着層を用い、この密着層のケイ素と炭素とを含む膜側には前記第１の絶縁膜が設けられ、ケイ素と窒素とを含む膜側には前記第２の絶縁膜が設けられることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
請求項１の密着層に代えて、ケイ素と窒素とを含む膜と、ケイ素と炭素と窒素とを含む膜と、ケイ素と炭素とを含む膜と、ケイ素と炭素とフッ素とを含む膜とをこの順番に積層してなる密着層を用い、この密着層のケイ素と炭素とフッ素とを含む膜側には前記第１の絶縁膜が設けられ、ケイ素と窒素とを含む膜側には前記第２の絶縁膜が設けられることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】
請求項１の密着層に代えて、ケイ素と窒素とを含む膜と、ケイ素と炭素と窒素とを含む膜と、ケイ素と炭素とを含む膜と、ケイ素と炭素とフッ素とを含む膜と、炭素とフッ素とを含む膜とをこの順番に積層してなる密着層を用い、この密着層の炭素とフッ素とを含む膜側には前記第１の絶縁膜が設けられ、ケイ素と窒素とを含む膜側には前記第２の絶縁膜が設けられることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項６】
請求項２の密着層に代えて、ケイ素と窒素とを含む膜と、ケイ素と炭素と窒素とを含む膜と、ケイ素と炭素とを含む膜とをこの順番に積層してなる密着層を用い、この密着層のケイ素と炭素とを含む膜側には前記第１の絶縁膜が設けられ、ケイ素と窒素とを含む膜側には前記金属の配線層が設けられることを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項７】
請求項２の密着層に代えて、ケイ素と窒素とを含む膜と、ケイ素と炭素と窒素とを含む膜と、ケイ素と炭素とを含む膜と、ケイ素と炭素とフッ素とを含む膜とをこの順番に積層してなる密着層を用い、この密着層のケイ素と炭素とフッ素とを含む膜側には前記第１の絶縁膜が設けられ、ケイ素と窒素とを含む膜側には前記金属の配線層が設けられることを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項８】
請求項２の密着層に代えて、ケイ素と窒素とを含む膜と、ケイ素と炭素と窒素とを含む膜と、ケイ素と炭素とを含む膜と、ケイ素と炭素とフッ素とを含む膜と、炭素とフッ素とを含む膜とをこの順番に積層してなる密着層を用い、この密着層の炭素とフッ素とを含む膜側には前記第１の絶縁膜が設けられ、ケイ素と窒素とを含む膜側には前記金属の配線層が設けられることを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項９】
前記ケイ素と窒素とを含む膜は、窒素の原子数に対するケイ素の原子数の比が１．５以上であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項１０】
真空容器内において第１の成膜ガスをプラズマ化し、このプラズマによりケイ素を含む絶縁膜の一面に密着層を形成する第１の成膜工程と、  真空容器内において炭素とフッ素とを含む第２の成膜ガスをプラズマ化し、このプラズマにより前記密着層の一面にフッ素添加カ−ボン膜よりなる絶縁膜を形成する第２の成膜工程と、
第１の成膜工程と第２の成膜工程との間に行われ、真空容器内にて第１の成膜ガスの一部のプラズマが発生しているときに、当該真空容器内に第２の成膜ガスを導入する成膜ガスの切換え工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
真空容器内において成膜ガスをプラズマ化し、このプラズマによりケイ素を含む絶縁膜の一面に密着層を形成する工程と、
前記真空容器と同じ真空容器内において炭素とフッ素とを含む成膜ガスをプラズマ化し、このプラズマにより前記密着層の一面にフッ素添加カ−ボン膜よりなる絶縁膜の一部を形成する工程と、
前記真空容器と異なる真空容器内において炭素とフッ素とを含む成膜ガスをプラズマ化し、このプラズマにより前記フッ素添加カ−ボン膜の一面にフッ素添加カ−ボン膜よりなる絶縁膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フッ素添加カ−ボン膜を層間絶縁膜として用いた半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの高集積化を図るために、パターンの微細化、回路の多層化といった工夫が進められており、そのうちの一つとして配線を多層化する技術がある。多層配線構造をとるためには、ｎ層目の配線層と（ｎ＋１）番目の配線層の間を導電層で接続すると共に、導電層以外の領域は層間絶縁膜と呼ばれる薄膜が形成される。
【０００３】
この層間絶縁膜の代表的なものとしてシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 膜）があるが、近年デバイスの動作についてより一層の高速化を図るために層間絶縁膜の比誘電率を低くすることが要求されており、層間絶縁膜の材質についての検討がなされている。即ちＳｉＯ2 膜は比誘電率がおよそ４であり、これよりも小さい材質の発掘に力が注がれている。そのうちの一つとして比誘電率が３．５であるＳｉＯＦ膜の実現化が進められているが、本発明者は比誘電率が更に小さいフッ素添加カーボン膜（以下「ＣＦ膜」という）に注目している。
【０００４】
このようなＣＦ膜は例えば電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを発生させるプラズマ装置を用い、例えばアルゴンガスをプラズマガス、炭素及びフッ素の化合物ガスと炭化水素ガスとを含むガスを成膜ガスとして用いて、成膜ガスをプラズマ化することにより成膜される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで実際の半導体デバイスでは、前記ＣＦ膜を、ＳｉＯ2 膜や窒化シリコン膜等のシリコン系の絶縁膜やアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）等の配線層と積層する場合も想定されるが、これらシリコン系絶縁膜等に直接ＣＦ膜を成膜すると、ＣＦ膜はテフロン（ポリテトラフルオロエチレン）に似た構造であって、前記シリコン系絶縁膜や金属との密着性が低く、両者の間で剥離が生じてしまうという問題やシリコン系絶縁膜等はフッ素に弱いため、ＣＦ膜を成膜するとシリコン系絶縁膜等の表面がエッチングされ、損傷してしまうという問題が予想される。このため本発明者は炭化ケイ素膜を密着層として用いて、シリコン系絶縁膜等とＣＦ膜との密着性を高めることを検討している。
【０００６】
この場合一般的には、例えば上述のプラズマ装置において、炭化ケイ素膜の成膜ガスをプラズマ化して例えばＳｉＯ2 膜上に炭化ケイ素膜を形成し、次いでＣＦ膜の成膜ガスをプラズマ化して炭化ケイ素膜上にＣＦ膜を形成することにより、ＳｉＯ2 膜とＣＦ膜との間に炭化ケイ素膜を形成することができるが、本発明者はさらにＳｉＯ2 膜等とＣＦ膜との密着性を高めるための手法を検討している。  本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、ＣＦ膜を絶縁膜として用いて半導体装置を構成する場合に、当該ＣＦ膜とシリコン系絶縁膜や金属配線層との密着性を高めることのできる半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため本発明の半導体装置は、フッ素添加カ−ボン膜よりなる第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜の一面側に形成されたケイ素を含む第２の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との間の剥離を抑えるために、これらの膜の間に設けられた密着層と、を含み、前記密着層は、ケイ素と窒素とを含む膜と、ケイ素と炭素とを含む膜とを積層してなり、前記ケイ素と炭素とを含む膜は前記第１の絶縁膜の一面に密着し、ケイ素と窒素とを含む膜は前記第２の絶縁膜の一面に密着していることを特徴とする。また本発明の半導体装置は、フッ素添加カ−ボン膜よりなる第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜の一面側に形成された金属の配線層と、前記第１の絶縁膜と配線層との間の剥離を抑えるために、これらの膜の間に設けられた密着層と、を含み、前記密着層は、ケイ素と窒素とを含む膜と、ケイ素と炭素とを含む膜とを積層してなり、前記ケイ素と炭素とを含む膜は前記第１の絶縁膜の一面に密着し、ケイ素と窒素とを含む膜は前記金属の配線層の一面に密着していることを特徴とする。
【０００８】
ここで前記密着層としては、ケイ素と窒素とを含む膜と、ケイ素と炭素とを含む膜とを積層してなる膜に限らず次の膜であってもよい。即ち、前記密着層は、ケイ素と窒素とを含む膜とケイ素と炭素と窒素とを含む膜とケイ素と炭素とを含む膜とをこの順番に積層してなる膜、ケイ素と窒素とを含む膜とケイ素と炭素と窒素とを含む膜とケイ素と炭素とを含む膜とケイ素と炭素とフッ素とを含む膜とをこの順番に積層してなる膜、ケイ素と窒素とを含む膜とケイ素と炭素と窒素とを含む膜とケイ素と炭素とを含む膜とケイ素と炭素とフッ素とを含む膜と炭素とフッ素とを含む膜とをこの順番に積層してなる膜等を用いることができ、前記ケイ素と窒素とを含む膜は、窒素の原子数に対するケイ素の原子数の比が１．５以上のものを用いることが望ましい。
【０００９】
また本発明の半導体装置の製造方法は、真空容器内において第１の成膜ガスをプラズマ化し、このプラズマによりケイ素を含む絶縁膜の一面に密着層を形成する第１の成膜工程と、真空容器内において炭素とフッ素とを含む第２の成膜ガスをプラズマ化し、このプラズマにより前記密着層の一面にフッ素添加カ−ボン膜よりなる絶縁膜を形成する第２の成膜工程と、第１の成膜工程と第２の成膜工程との間に行われ、真空容器内にて第１の成膜ガスの一部のプラズマが発生しているときに、第２の成膜ガスを当該真空容器内に導入する成膜ガスの切換え工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
また真空容器内において成膜ガスをプラズマ化し、このプラズマによりケイ素を含む絶縁膜の一面に密着層を形成する工程と、前記真空容器と同じ真空容器内において炭素とフッ素とを含む成膜ガスをプラズマ化し、このプラズマにより前記密着層の一面にフッ素添加カ−ボン膜よりなる絶縁膜の一部を形成する工程と、前記真空容器と異なる真空容器内において炭素とフッ素とを含む成膜ガスをプラズマ化し、このプラズマにより前記フッ素添加カ−ボン膜の一面にフッ素添加カ−ボン膜よりなる絶縁膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
また本発明の半導体装置は、真空容器内において第１の成膜ガスをプラズマ化し、このプラズマにより、被処理体上のケイ素を含む絶縁膜の一面に密着層を形成する第１の成膜工程と、
前記真空容器内において炭素とフッ素とを含む第２の成膜ガスをプラズマ化し、このプラズマにより前記密着層の一面にフッ素添加カーボン膜よりなる絶縁膜を形成する第２の成膜工程と、
第１の成膜工程と第２の成膜工程との間において、真空容器内にて第１の成膜ガスの一部のプラズマが発生しているときに、当該真空容器内に第２の成膜ガスを導入する成膜ガスの切換え工程と、を実施することを特徴とする。
さらに本発明の半導体装置は、真空容器内において成膜ガスをプラズマ化し、このプラズマにより、被処理体上のケイ素を含む絶縁膜の一面に密着層を形成する工程と、
前記真空容器と同じ真空容器内において炭素とフッ素とを含む成膜ガスをプラズマ化し、このプラズマにより前記密着層の一面にフッ素添加カーボン膜よりなる絶縁膜の一部を形成する工程と、
前記真空容器と異なる真空容器内において炭素とフッ素とを含む成膜ガスをプラズマ化し、このプラズマにより前記フッ素添加カーボン膜の一面にフッ素添加カーボン膜よりなる絶縁膜を形成する工程と、を実施することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体装置は層間絶縁膜としてＣＦ膜を用い、当該ＣＦ膜とＳｉＯ2 膜等のケイ素を含む絶縁膜や金属配線層とを積層して形成する際、これらの間の剥離を抑えるためにＳｉＯ2 膜等とＣＦ膜との間に密着層を形成するものであり、本実施の形態では密着層としてケイ素（Ｓｉ）と炭素（Ｃ）とを含む炭化ケイ素膜（以下「ＳｉＣ膜」という）を用い、ＳｉＣ膜とＣＦ膜とを実質的に連続して成膜することに特徴がある。ここで本発明で用いられるＳｉＣ膜はＳｉとＣとを成分として含むものであることを意味しており、ＳｉとＣとの成分が１対１の割合であることを意味するものではない。
【００１２】
先ず本発明の半導体装置の製造に用いられるプラズマ成膜装置の一例について図１に基づいて説明すると、この装置は例えばアルミニウム等により形成された真空容器２を有しており、この真空容器２は上方に位置してプラズマを発生させる筒状の第１の真空室２１と、この下方に連通させて連結され、第１の真空室２１よりは口径の大きい筒状の第２の真空室２２とからなる。なおこの真空容器１は接地されてゼロ電位になっている。
【００１３】
この真空容器２の上端は開口されて、この部分にマイクロ波を透過する部材例えば石英等の材料で形成された透過窓２３が気密に設けられており、真空容器２内の真空状態を維持するようになっている。この透過窓２３の外側には、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生する高周波電源部２４に接続された導波管２５が設けられており、高周波電源部２４にて発生したマイクロ波を例えばＴＥモードにより導波管２５で案内して、またはＴＥモ−ドにより案内されたマイクロ波を導波管２５でＴＭモ−ドに変換して、透過窓２３から第１の真空室２１内へ導入し得るようになっている。
【００１４】
第１の真空室２１を区画する側壁には例えばその周方向に沿って均等に配置したガスノズル３１が設けられると共に、このガスノズル３１には例えば図示しないプラズマ生成用ガス源が接続されており、第１の真空室２１内の上部にプラズマ生成用ガス例えばＡｒガスをムラなく均等に供給し得るようになっている。
【００１５】
前記第２の真空室２２内には、前記第１の真空室２１と対向するように被処理体をなす半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）１０の載置台４が設けられている。この載置台４は表面部に静電チャック４１を備えており、この静電チャック４１の電極には、ウエハを吸着する直流電源（図示せず）の他、ウエハにイオンを引き込むためのバイアス電圧を印加するように高周波電源部４２が接続されている。
【００１６】
一方前記第２の真空室２２の上部即ち第１の真空室２１と連通している部分にはリング状の成膜ガス供給部５が設けられており、この成膜ガス供給部５は、ガス供給管５１及びガス供給管５２から成膜ガスが夫々供給され、これらのガスが内周面のガス穴５３から真空容器２内に供給されるように構成されている。
【００１７】
前記第１の真空室２１を区画する側壁の外周には、これに接近させて例えばリング状の主電磁コイル２６が配置されると共に、第２の真空室２２の下方側にはリング状の補助電磁コイル２７が配置されている。また第２の真空室２２の底部には例えば真空室２２の中心軸に対称な２個所の位置に各々排気管２８が接続されている。
【００１８】
次に上述の装置にて実施される本発明方法について説明する。先ず真空容器２の側壁に設けた図示しないゲートバルブを開いて図示しない搬送アームにより、ケイ素を含む第１の絶縁膜例えばＳｉＯ2 膜１１０の表面にアルミニウム配線が形成されたウエハ１０を図示しないロードロック室から搬入して載置台４上に載置し、静電チャック４１により静電吸着して、図２（ａ）に示すようにＳｉＯ2 膜１１０の表面へのＳｉＣ膜２００の成膜を行う（第１の成膜工程）。
【００１９】
つまりゲートバルブを閉じて内部を密閉した後、排気管２８より内部雰囲気を排気して所定の真空度まで真空引きし、真空容器２内を所定のプロセス圧例えば０．１Ｐａに維持すると共に、プロセス温度を例えば４００℃に調整した状態で、先ずガスノズル３１から第１の真空室２１内へＡｒガスを例えば１５０ｓｃｃｍの流量で導入し、成膜ガス供給部５から第１の成膜ガスであるＳｉＣ膜の成膜ガス例えばＳｉＨ4 ガス及びＣ2 Ｈ4 ガスを夫々例えば３０ｓｃｃｍ，２０ｓｃｃｍの流量で第２の真空室２２内へ導入する。そして高周波電源部２４から２．４５ＧＨｚ，２．４ｋＷの高周波（マイクロ波）を供給し、かつ高周波電源部４２により載置台４に１３．５６ＭＨｚ，０ｋＷのバイアス電圧を印加する。
【００２０】
このようにすると高周波電源部２４からのマイクロ波は導波管２５を通って真空容器２の天井部に至り、ここの透過窓２３を透過して第１の真空室２１内へ導入される。また真空容器２内には主電磁コイル２６及び補助電磁コイル２７により第１の真空室２１の上部から第２の真空室２２の下部に向かうミラ−磁界が形成され、例えば第１の真空室２１の下部付近にて磁場の強さが８７５ガウスとなる。
【００２１】
こうして磁場とマイクロ波との相互作用により電子サイクロトロン共鳴が生じ、この共鳴によりＡｒガスがプラズマ化され、且つ高密度化される。またこのようにＡｒガスのプラズマを生成させることにより、プラズマが安定化する。こうして発生したプラズマ流は、第１の真空室２１より第２の真空室２２内に流れ込んで行き、ここに供給されているＳｉＨ4 ガスやＣ2 Ｈ4 ガスを活性化（プラズマ化）して活性種（プラズマ）を形成し、これによりＳｉＯ2 膜１１０上にＳｉＣ膜２００を成膜する。
【００２２】
このようにしてＳｉＣ膜の成膜工程を例えば３秒行った後、成膜ガスの切換え工程を行う（図２（ｂ）参照）。つまり高周波電力（高周波電源部２４）を２．４ｋＷ，バイアス電力（高周波電源部４２）を０ｋＷ，磁場形状をミラ−磁界，プロセス温度を４００℃，プロセス圧力を０．５Ｐａとし、Ａｒガス，ＳｉＨ4 ガス，Ｃ2 Ｈ4 ガス，Ｃ4 Ｆ8 ガスとを夫々１５０ｓｃｃｍ，３０ｓｃｃｍ，２０ｓｃｃｍ，８０ｓｃｃｍの流量で導入して、前記電子サイクロトロン共鳴によりＳｉＣ膜の成膜ガスとＣＦ膜の成膜ガスとをプラズマ化して約１秒間成膜ガスの切換え工程を行う。ここでＡｒガスはプラズマ生成用ガス、ＳｉＨ4 ガス及びＣ2 Ｈ4 ガスはＳｉＣ膜の成膜ガス、Ｃ4 Ｆ8 ガス及びＣ2 Ｈ4 ガスはＣＦ膜の成膜ガス（第２の成膜ガス）である。
【００２３】
この後図２（ｃ）に示すようにＣＦ膜の成膜工程（第２の成膜工程）を行う。つまり高周波電力を２．４ｋＷ，バイアス電力を１．５ｋＷ，磁場形状をミラ−磁界，プロセス温度を４００℃，プロセス圧力を０．５Ｐａとし、ＡｒガスとＣ4 Ｆ8 ガス及びＣ2 Ｈ4 ガスとを夫々１５０ｓｃｃｍ，８０ｓｃｃｍ，２０ｓｃｃｍの流量で導入して、前記電子サイクロトロン共鳴により前記成膜ガスをプラズマ化する。一方プラズマイオンであるＡｒイオンをプラズマ引き込み用のバイアス電圧によりウエハ１０に引き込み、こうしてウエハ１０表面のパタ−ン（凹部）に堆積されたＣＦ膜の角をＡｒイオンのスパッタエッチング作用により削り取って間口を広げながらＣＦ膜を凹部内に埋め込むことにより成膜を行い、所定の膜厚が得られるまで当該工程を行う。
【００２４】
以上のプロセスによりＳｉＯ2 膜１１０とＣＦ膜１２０との間に例えば５００オングストロ−ムの厚さのＳｉＣ膜２００が介挿された半導体装置が製造されるが、実際のデバイスを製造する場合には、その後このＣＦ膜に対して所定のパタ−ンでエッチングを行い、溝部に例えばＷ膜を埋め込んでＷ配線が形成される。
【００２５】
このような方法ではＳｉＣ膜の成膜工程とＣＦ膜の成膜工程との間に成膜ガスの切換え工程を設け、ＳｉＣ膜の成膜ガスとＣＦ膜の成膜ガスとを同時に導入しているので、成膜が連続して行われることになる。ここで本発明でいう成膜を連続して行うとは、真空容器内において複数の成膜を行う場合において、成膜ガスを切換える際に、真空容器内において先の成膜ガスの一部のプラズマが発生しているときに、後の成膜ガスを導入することをいう。
【００２６】
このような成膜ガスの切換え工程を設けることにより、プラズマが安定し、さらにＳｉＯ2 膜１１０とＣＦ膜１２０との密着性を高めることができるという効果が得られる。実際に上述のプロセスで形成した半導体装置についてセバスチャン法（ｓｔｕｄ  ｐｕｌｌ）によりＳｉＯ2 膜１１０とＣＦ膜１２０との密着性を測定したところ、密着力は２．５ｋｐｓｉ以上であることが確認された。
【００２７】
ここで比較例としてＳｉＯ2 膜上に直接ＣＦ膜を成膜したサンプル（比較例１）と、ＳｉＯ2 膜とＣＦ膜との間にＳｉＣ膜を設け、これらを従来の方法で形成したサンプル（比較例２）とについて同様に密着性を測定した。この際比較例１，２は上述のプラズマ成膜装置において形成し、比較例１の成膜条件は本実施の形態のＣＦ膜と同様の条件とした。また比較例２はＳｉＣ膜の成膜条件を本実施の形態のＳｉＣ膜の成膜と同様の条件とし、ＣＦ膜の成膜条件を本実施の形態のＣＦ膜の成膜と同様の条件として、ＳｉＣ膜の成膜が終了してからＣＦ膜の成膜を開始するようにした。
【００２８】
このようにして形成した比較例１，２のＳｉＯ2 膜とＣＦ膜との間の密着性は、比較例１について１ｋｐｓｉ以下、比較例２について２ｋｐｓｉであった。これにより本実施の形態の半導体装置は比較例１や比較例２に比べて密着性が高いことが確認されたが、その理由については次のように考えられる。
【００２９】
つまり本実施の形態では成膜ガスの切換え工程においてＳｉＣ膜の成膜ガスとＣＦ膜の成膜ガスを同時に導入しているので、この工程ではＳｉのプラズマとＣのプラズマとＦのプラズマとが存在する。当該工程は例えば１秒程度と短いので前記Ｓｉのプラズマ等の量はそれ程多くなく、ＳｉＣ膜とＣＦ膜とが混成した膜を形成する程ではないが、ＳｉＣ膜２００とＣＦ膜１２０の界面ではＳｉＣ膜２００のＣとＣＦ膜１２０のＣとの間にも結合ができ（図３（ａ）参照）、これによりＳｉＣ膜２００とＣＦ膜１２０との両方の膜に跨がって結合ができるため、両者の間の密着性が高くなると推察される。またＳｉＯ2 膜１１０とＳｉＣ膜２００とは同じシリコン系絶縁膜であってもともと密着性が高いので、結果として当該方法ではＳｉＯ2 膜１１０とＣＦ膜１２０との間の密着性が高くなると考えられる。
【００３０】
一方同じくＳｉＣ膜を密着層として用いた比較例２では、ＳｉＣ膜の成膜工程とＣＦ膜の成膜工程とが分離して行われ、ＳｉＣ膜の成膜ガスとＣＦ膜の成膜ガスとが連続して導入されないため、ＣＦ膜の成膜時にはＳｉＣ膜の成膜ガスはほとんど存在しない状態になっている。このためＳｉＣ膜とＣＦ膜との界面では両者の間に結合ができず（図３（ｂ）参照）、これにより本実施の形態の半導体装置に比べてＳｉＣ膜とＣＦ膜との間の密着性が低くなり、結果としてＳｉＯ2 膜とＣＦ膜との間の密着性が低くなると考えられる。
【００３１】
ここで熱酸化法により形成されたＳｉＯ2 膜や後述する平行平板型プラズマ装置にてゾル−ゲル法により形成されたＳｉＯ2 膜、後述するＩＣＰプラズマ装置にて形成されたＳｉＯ2 膜、平行平板型プラズマ装置にてＳｉＯ2 膜等の様々な手法にて形成されたＳｉＯ2 膜や窒化シリコン膜、Ａｌ、Ｃｕ等の下地膜とＣＦ膜との密着性を確認するために、前記ＳｉＯ2 膜やＡｌ等の上面に上述のプロセスと同様の条件でＳｉＣ膜とＣＦ膜とを連続して成膜したサンプルを作成し、密着性を確認する実験を行ったところ、いずれのサンプルもＳｉＯ2 膜等とＣＦ膜との間の密着性は２．５ｋｐｓｉ以上であることが認められた。なお前記ゾル−ゲル法とは、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン；Ｓｉ（Ｃ2 Ｈ5 Ｏ）4 ）のコロイドをエタノ−ル溶液等の有機溶媒に分散させた塗布液を半導体ウエハの表面に塗布し、その塗布膜をゲル化した後乾燥させてＳｉＯ2 膜を得る手法である。
【００３２】
これにより本実施の形態はＳｉＯ2 膜とＣＦ膜との組み合わせの他に、窒化シリコン膜とＣＦ膜や、金属とＣＦ膜との間にも適用することができ、この場合においてもこれらの間の密着性を向上させる際に有効であることが確認され、本実施の形態によればＣＦ膜を層間絶縁膜として用いて多層配線プロセスを行なってもシリコン系絶縁膜や金属配線層とＣＦ膜との間で発生する膜剥がれを抑えることができることが認められた。
【００３３】
続いて本発明の他の実施の形態について説明する。本実施の形態の半導体装置が上述の半導体装置と異なる点は、ＳｉＯ2 膜１１０とＣＦ膜１２０との間の密着層としてＳｉＣ膜２００の代わりに、ケイ素と窒素（Ｎ）を含む膜例えばシリコンリッチの窒化シリコン膜（以下「ＳｉＮ膜」という）３００を用いたことである。ここでシリコンリッチＳｉＮ膜とはＮの原子数に対するＳｉの原子数の比が１以上の窒化シリコン膜をいうが、後述の実験例よりＮの原子数に対するＳｉの原子数の比が１．５以上の窒化シリコン膜を用いることが好ましい。また本発明で用いられる「ＳｉＮ膜」はＳｉとＮとを成分として含むものであることを意味しており、ＳｉとＮとの成分が１対１の割合であることを意味するものではない。
【００３４】
本実施の形態の半導体装置は、シリコンリッチＳｉＮ膜の成膜工程（第１の成膜工程）を行なった後、成膜ガスの切換え工程を行ない、続いてＣＦ膜の成膜工程（第２の成膜工程）を行なうことにより製造される。前記シリコンリッチＳｉＮ膜の成膜工程は、上述のプラズマ成膜装置において、高周波電力を２．４ｋＷ，バイアス電力を０ｋＷ，磁場形状をミラ−磁界，プロセス温度を３６０℃，プロセス圧力を０．２Ｐａとし、プラズマ生成用ガス例えばＡｒガスと、第１の成膜ガスであるシリコンリッチＳｉＮ膜の成膜ガス例えばＳｉＨ4 ガス及びＮ2 ガスとを夫々２００ｓｃｃｍ，２０ｓｃｃｍ，５ｓｃｃｍの流量で導入して例えば１５秒程度行われ、この工程では前記電子サイクロトロン共鳴により前記成膜ガスがプラズマ化されて、例えばＳｉＯ2 膜１１０の上面にシリコンリッチＳｉＮ膜３００が形成される（図４（ａ）参照）。
【００３５】
前記成膜ガスの切換え工程は、上述のプラズマ成膜装置において、高周波電力を２．４ｋＷ，バイアス電力を０ｋＷ，磁場形状をミラ−磁界，プロセス温度を３６０℃，プロセス圧力を０．２Ｐａとし、Ａｒガスと、ＳｉＨ4 ガス及びＮ2 ガスと、第２の成膜ガスであるＣＦ膜の成膜ガス例えばＣ2 Ｈ4 ガス及びＣ4 Ｆ8 ガスとを、夫々２００ｓｃｃｍ，２０ｓｃｃｍ，５ｓｃｃｍ，３０ｓｃｃｍ，８０ｓｃｃｍの流量で導入して例えば１秒程度行われ、この工程では前記電子サイクロトロン共鳴により前記シリコンリッチＳｉＮ膜とＣＦ膜の成膜ガスがプラズマ化される（図４（ｂ）参照）。
【００３６】
前記ＣＦ膜の成膜工程は、上述のプラズマ成膜装置において、高周波電力を２．４ｋＷ，バイアス電力を１．５ｋＷ，磁場形状をミラ−磁界，プロセス温度を４００℃，プロセス圧力を０．５Ｐａとし、Ａｒガス，Ｃ4 Ｆ8 ガス及びＣ2 Ｈ4 ガスを夫々１５０ｓｃｃｍ，８０ｓｃｃｍ，２０ｓｃｃｍの流量で導入して所定の膜厚が得られるまで行われ、この工程では前記成膜ガスがプラズマ化されてシリコンリッチＳｉＮ膜３００の上面にＣＦ膜１２０が形成される（図４（ｃ）参照）。以上のプロセスによりＳｉＯ2 膜１１０とＣＦ膜１２０との間に例えば５００オングストロ−ムの厚さのシリコンリッチＳｉＮ膜３００が介挿された半導体装置が製造される。
【００３７】
このような方法ではＳｉＮ膜３００を密着層として用いているが、当該ＳｉＮ膜３００はフッ素の通り抜けを阻止するのでＳｉＯ2 膜１１０を保護するというメリットがある上、Ｎの原子数に対するＳｉの原子数の比が１．５以上のシリコンリッチＳｉＮ膜３００を密着層として利用しているので、当該シリコンリッチＳｉＮ膜３００とＣＦ膜１２０との密着性を高めることができる。
【００３８】
つまり本発明者はシリコンリッチＳｉＮ膜とＣＦ膜との密着性は、シリコンリッチＳｉＮ膜のＮの原子数に対するＳｉの原子数の比に依存することを把握しており、例えばこれらの比が異なる種々のシリコンリッチＳｉＮ膜の上にＣＦ膜を形成し、両者の間の密着性を測定したところ、図５に示すようにＮの原子数に対するＳｉの原子数の比が高い程両者の間の密着性が高くなることが認められ、Ｎの原子数に対するＳｉの原子数の比が１．５以上であれば密着性は２ｋｐｓｉ以上になることが確認されている。
【００３９】
さらに本実施の形態では密着層の成膜工程とＣＦ膜の成膜工程との間の成膜ガスの切換え工程において、シリコンリッチＳｉＮ膜の成膜ガスとＣＦ膜の成膜ガスとを同時に導入しているので、ＳｉＯ2 膜とＣＦ膜との密着性を高めることができるという効果が得られる。実際に上述のプロセスで形成した半導体装置について上述の同様の方法によりＳｉＯ2 膜１１０とＣＦ膜１２０との間の密着性を測定したところ、密着力は３ｋｐｓｉ以上であることが確認された。ここでシリコンリッチＳｉＮ膜のＮの原子数に対するＳｉの原子数の比は１．５とした。
【００４０】
ここで比較例としてＳｉＯ2 膜とＣＦ膜との間にシリコンリッチＳｉＮ膜を設け、従来の方法で形成したサンプル（比較例３）について同様に密着性を測定したところＳｉＯ2 膜とＣＦ膜との密着力は２ｋｐｓｉであった。この際比較例３は上述のプラズマ成膜装置において、シリコンリッチＳｉＮ膜の成膜条件を本実施の形態のシリコンリッチＳｉＮ膜と同様の条件とし、ＣＦ膜の成膜条件を本実施の形態のＣＦ膜と同様の条件として、シリコンリッチＳｉＮ膜の成膜が終了してからＣＦ膜の成膜を開始するようにした。
【００４１】
このように本実施の形態で得られた半導体装置では比較例３に比べて密着性を高めることができるが、その理由については次のように考えられる。つまり本実施の形態では、成膜ガスの切換え工程においてシリコンリッチＳｉＮ膜の成膜ガスとＣＦ膜の成膜ガスを同時に導入しているので、上述の実施の形態と同様にシリコンリッチＳｉＮ膜３００とＣＦ膜１２０の界面において両者の間に結合ができ、これにより両者の間の密着性が高くなる上、ＳｉＯ2 膜１１０とシリコンリッチＳｉＮ膜３００とは同じシリコン系絶縁膜であってもともと密着性が高いので、結果としてＳｉＯ2 膜１１０とＣＦ膜１２０との間の密着性が高くなるためと推察される。
【００４２】
さらに熱酸化法により形成されたＳｉＯ2 膜や平行平板型プラズマ装置にてゾル−ゲル法を用いて形成されたＳｉＯ2 膜、ＩＣＰプラズマ装置にて形成されたＳｉＯ2 膜、平行平板型プラズマ装置にて形成されたＳｉＯ2 膜等の様々な手法にて形成されたＳｉＯ2 膜やＳｉＮ膜、Ａｌ、Ｃｕ等の下地膜とＣＦ膜との密着性を確認するために、前記ＳｉＯ2 膜やＡｌ等の下地膜の面に上述のプロセスと同様の条件でシリコンリッチＳｉＮ膜とＣＦ膜とを連続して成膜したサンプルを作成し、密着性を確認する実験を行ったところ、いずれもＳｉＯ2 膜等とＣＦ膜との間の密着力は３ｋｐｓｉ以上であることが認められた。
【００４３】
これにより本実施の形態はＳｉＯ2 膜とＣＦ膜との組み合わせの他に、ＳｉＮ膜とＣＦ膜や金属とＣＦ膜との間にも適用することができ、この場合においても両者の間の密着性を向上させる際に有効であることが認められ、シリコン系の絶縁膜や金属配線層とＣＦ膜との間で発生する膜剥がれを抑えることができることが確認された。
【００４４】
続いて本発明のさらに他の実施の形態について説明する。本実施の形態の半導体装置が上述の半導体装置と異なる点は、図６に示すようにＳｉＯ2 膜１１０とＣＦ膜１２０との間の密着層４００を、シリコンリッチＳｉＮ膜４１０とＳｉＣ膜４２０とをこの順序で積層して形成することである。
【００４５】
本実施の形態の半導体装置は、例えば上述のプラズマ成膜装置において次のようにして製造される。先ず高周波電力を２．４ｋＷ，バイアス電力を０ｋＷ，磁場形状をミラ−磁界，プロセス温度を３６０℃，プロセス圧力を０．２Ｐａとし、プラズマ生成用ガス例えばＡｒガスと、シリコンリッチＳｉＮ膜の成膜ガス例えばＳｉＨ4 ガス及びＮ2 ガスとを夫々２００ｓｃｃｍ，２０ｓｃｃｍ，５ｓｃｃｍの流量で導入してプラズマ化し、例えばＳｉＯ2 膜１１０の上面に例えば５００オングストロ−ム程度の厚さのシリコンリッチＳｉＮ膜（Ｎの原子数に対するＳｉの原子数の比は１．５）４１０を形成する。
【００４６】
次いで高周波電力を２．４ｋＷ，バイアス電力を０ｋＷ，磁場形状をミラ−磁界，プロセス温度を４００℃，プロセス圧力を０．１Ｐａとし、プラズマ生成用ガス例えばＡｒガスと、ＳｉＣ膜の成膜ガス例えばＳｉＨ4 ガス及びＣ2 Ｈ4 ガスとを夫々１５０ｓｃｃｍ，３０ｓｃｃｍ，２０ｓｃｃｍの流量で導入してプラズマ化し、シリコンリッチＳｉＮ膜４１０の上面に例えば５００オングストロ−ム程度の厚さのＳｉＣ膜４２０を形成する。
【００４７】
続いて高周波電力を２．４ｋＷ，バイアス電力を１．５ｋＷ，磁場形状をミラ−磁界，プロセス温度を４００℃，プロセス圧力を０．５Ｐａとし、プラズマ生成用ガス例えばＡｒガスと、ＣＦ膜の成膜ガス例えばＣ4 Ｆ8 ガス及びＣ2 Ｈ4 ガスとを夫々１５０ｓｃｃｍ，８０ｓｃｃｍ，２０ｓｃｃｍの流量で導入してプラズマ化し、ＳｉＣ膜４２０の上面に所定の厚さのＣＦ膜１２０を形成する。
【００４８】
本実施の形態は、本発明者がＳｉＯ2 膜に対してはＳｉＣ膜よりもシリコンリッチＳｉＮ膜の密着性が良く、ＣＦ膜に対してはシリコンリッチＳｉＮ膜よりもＳｉＣ膜の密着性が高いことを把握していたことにより成されたものであり、ＳｉＯ2 膜１１０とＣＦ膜１２０との間にシリコンリッチＳｉＮ膜４１０とＳｉＣ膜４２０とをこの順序で積層して形成した密着層４００を設けているので、ＳｉＯ2 膜１１０とＣＦ膜１２０との間の密着性をかなり高めることができる。実際に上述のプロセスで形成した半導体装置についてＳｉＯ2 膜１１０とＣＦ膜１２０との密着性を測定したところ、密着力は５〜６ｋｐｓｉ以上であることが確認された。
【００４９】
また比較例としてＳｉＯ2 膜とＣＦ膜との間にＳｉＣ膜を設けた構造のサンプル（比較例４）と、ＳｉＯ2 膜とＣＦ膜との間にシリコンリッチＳｉＮ膜を設けた構造のサンプル（比較例５）について同様に密着性を測定したところＳｉＯ2 膜とＣＦ膜との間の密着力は、比較例４については２ｋｐｓｉであってＳｉＯ2 膜とＳｉＣ膜との間で膜剥がれが生じ、比較例５については３ｋｐｓｉであってシリコンリッチＳｉＮ膜とＣＦ膜との間で膜剥がれが生じることが確認された。
【００５０】
この際比較例４は上述のプラズマ成膜装置において、ＳｉＣ膜の成膜条件を本実施の形態のＳｉＣ膜の成膜条件と同じ条件とし、ＣＦ膜の成膜条件を本実施の形態のＣＦ膜の成膜条件と同じ条件として形成した。また比較例５は上述のプラズマ成膜装置において、シリコンリッチＳｉＮ膜の成膜条件を本実施の形態のシリコンリッチＳｉＮ膜の成膜条件と同じ条件とし、ＣＦ膜の成膜条件を本実施の形態のＣＦ膜の成膜条件と同じ条件として形成した。
【００５１】
本実施の形態の半導体装置は、ＳｉＯ2 膜１１０とＳｉＣ膜４２０との間に形成されるＳｉＮ膜４１０のＮの原子数に対するＳｉの原子数の比は限定されず、シリコンリッチＳｉＮ膜以外のＳｉＮ膜を用いてもよい。さらにシリコンリッチＳｉＮ膜４１０の下地膜はＳｉＯ2 膜１１０に限らず、例えばＮの原子数に対するＳｉの原子数の比が１以上のシリコンリッチＳｉＮ膜や金属でもよい。
【００５２】
ここで下地膜として熱酸化法により形成されたＳｉＯ2 膜や平行平板型プラズマ装置にてゾル−ゲル法により形成されたＳｉＯ2 膜、ＩＣＰプラズマ装置にて形成されたＳｉＯ2 膜、平行平板型プラズマ装置にて形成されたＳｉＯ2 膜等の様々な手法にて形成されたＳｉＯ2 膜やＮの原子数に対するＳｉの原子数の比が１．５のシリコンリッチＳｉＮ膜や、Ａｌ、Ｃｕを用いて、これらの下地膜とＣＦ膜との密着性を確認するために、前記ＳｉＯ2 膜やＡｌ等の下地膜の上面に上述のプロセスと同様の条件でシリコンリッチＳｉＮ膜とＳｉＣ膜とＣＦ膜とを成膜したサンプルを作成し、密着性を確認する実験を行ったところ、いずれもＳｉＯ2 膜等とＣＦ膜との間の密着力は５ｋｐｓｉ以上であることが認められた。
【００５３】
このことから本実施の形態はＳｉＯ2 膜以外のシリコン系膜や金属の上面にＣＦ膜を形成する場合にも適用できることが認められ、シリコン系の絶縁膜や金属配線層とＣＦ膜との間で発生する膜剥がれを抑えることができることが確認された。
【００５４】
続いて本発明のさらに他の実施の形態について説明するが、この実施の形態のでは、図７に示すように上述の密着層４００のシリコンリッチＳｉＮ膜４１０とＳｉＣ膜４２０との間にＳｉＣＮ膜５１０を形成して密着層５００を形成することに特徴がある。
【００５５】
このような半導体装置は、例えば上述のプラズマ成膜装置において次のようにして製造される。つまり例えば上述の実施の形態と同様のプロセスでＳｉＯ2 膜１１０の上面に例えば３００オングストロ−ム程度の厚さのシリコンリッチＳｉＮ膜（Ｎの原子数に対するＳｉの原子数の比は１．５）４１０を形成する。
【００５６】
次いで高周波電力を２．４ｋＷ，バイアス電力を０ｋＷ，磁場形状をミラ−磁界，プロセス温度を３６０℃，プロセス圧力を０．２Ｐａとし、プラズマ生成用ガス例えばＡｒガスと、ＳｉＣＮ膜の成膜ガス例えばＳｉＨ4 ガス、Ｃ2 Ｈ4 ガス及びＮ2 ガスとを夫々所定の流量で導入してプラズマ化し、シリコンリッチＳｉＮ膜４１０の上面に例えば４００オングストロ−ム程度の厚さのＳｉＣＮ膜５１０を形成する。このＳｉＣＮ膜はシリコンリッチＳｉＮ膜とＳｉＣ膜とが混成した膜であり、ＳｉとＮとＣとを含む膜である。
【００５７】
続いてこのＳｉＣＮ膜５１０の上面に、上述の実施の形態と同様のプロセスでＳｉＣ膜４２０を形成し、こうして全体で１０００オングストロ−ムの厚さの密着層５００を形成する。この後ＳｉＣ膜４２０の上面に、例えば上述の実施の形態と同様のプロセスで所定の厚さのＣＦ膜１２０を形成する。
【００５８】
このような半導体装置は、密着層５００のＳｉＯ2 膜１１０側をＳｉＯ2 膜との密着性が高いシリコンリッチＳｉＮ膜４１０とし、ＣＦ膜１２０側をＣＦ膜との密着性が高いＳｉＣ膜４２０とすると共に、これらシリコンリッチＳｉＮ膜４１０とＳｉＣ膜４２０との間にＳｉＣＮ膜５１０を形成しているので、ＳｉＯ2 膜１１０とＣＦ膜１２０との密着性をかなり高めることができる。実際に上述のプロセスで形成した半導体装置について両者の間の密着性を測定したところ、密着力は６．５〜７ｋｐｓｉ以上であることが確認された。
【００５９】
このように密着性が高くなる理由については次のように考えられる。つまりシリコンリッチＳｉＮ膜４１０とＳｉＣ膜４２０との間にＳｉＣＮ膜５１０を形成することにより、図８に示すようにシリコンリッチＳｉＮ膜４１０とＳｉＣＮ膜５１０との境界付近やＳｉＣ膜４２０とＳｉＣＮ膜５１０との境界付近にＳｉとＮとの結合やＳｉとＣとの結合が形成され、これらの結合のネットワ−クを形成しやすい。このためシリコンリッチＳｉＮ膜４１０とＳｉＣ膜４２０との間の密着性が高まり、結果としてＳｉＯ2 膜１１０とＣＦ膜１２０との間の密着性を高めることができると推察される。
【００６０】
ここでこの半導体装置ではシリコンリッチＳｉＮ膜４１０のＮの原子数に対するＳｉの原子数の比は限定されず、シリコンリッチＳｉＮ膜以外のＳｉＮ膜を用いてもよい。また下地膜の種類を、熱酸化法により形成されたＳｉＯ2 膜（熱酸化膜）や平行平板型プラズマ装置にてゾル−ゲル法により形成されたＳｉＯ2 膜（ＴＥＯＳ）、ＩＣＰプラズマ装置にて形成されたＳｉＯ2 膜（ＩＣＰ）、平行平板型プラズマ装置にて形成されたＳｉＯ2 膜（ＰＥ）等の様々な手法にて形成されたＳｉＯ2 膜や、Ｎの原子数に対するＳｉの原子数の比が０．７５のＳｉＮ膜や、Ａｌ、チタン（Ｔｉ）、チタンナイトライド（ＴｉＮ）、Ａｌパタ−ン、Ｃｕに変えて、これらの下地膜とＣＦ膜との密着性を確認したところ図９に示す結果が得られた。
【００６１】
この際前記ＳｉＯ2 膜やアルミニウム等の下地膜の上面に上述のプロセスと同様の条件でシリコンリッチＳｉＮ膜とＳｉＣＮ膜とＳｉＣ膜とＣＦ膜とを成膜したサンプルを作成して密着性を確認した。また比較例として下地膜の上面に直接ＣＦ膜を形成したサンプル（ＣＦ膜の成膜条件は上述のプロセスと同様とした）も作成して同様に密着性を確認した。
【００６２】
本実施の形態の半導体装置では、いずれのサンプルもＳｉＯ2 膜等とＣＦ膜との間の密着力は６ｋｐｓｉ以上であって、比較例に比べてかなり密着性が高いことが認められた。これにより本実施の形態はシリコン系膜や金属とＣＦ膜との間の密着性を向上させる際に有効であり、この密着層５００を用いればシリコン系の絶縁膜や金属配線層とＣＦ膜との間で発生する膜剥がれを抑えることができ、下地膜が例えばＮの原子数に対するＳｉの原子数の比が１以上のシリコンリッチＳｉＮ膜や金属の場合にも適用できることが認められた。
【００６３】
さらに上述の半導体装置について種々の実験を行ったところ、密着層５００の厚さが１０００オングストロ−ムになると、半導体装置の誘電率が３程度と高くなることが認められたことから、誘電率と密着性との観点から前記密着層５００の厚さの最適化を図ったところ、例えばシリコンリッチＳｉＮ膜５１０の厚さを１５０オングストロ−ム、ＳｉＣＮ膜５２０の厚さを２００オングストロ−ム、ＳｉＣ膜５３０の厚さを１５０オングストロ−ムとして、密着層５００全体の厚さを５００オングストロ−ム程度にすることにより、ＳｉＯ2 膜１１０とＣＦ膜１２０との密着力を８ｋｐｓｉ程度、誘電率を２．６程度にすることができることが認められた。
【００６４】
続いて本発明のさらに他の実施の形態について説明するが、この実施の形態は上述の密着層５００ではＳｉＯ2 膜１１０とＣＦ膜１２０との間の密着性がかなり高くなるものの、ＣＦ膜の上面に例えばＴｉ層とＴｉＮ層とを形成すると、ＳｉＣ膜とＣＦ膜との間で剥離を生じることが認められたことから成されたものであり、図１０に示すように上述の密着層５００とＣＦ膜１２０との間に、ＳｉＣ膜とＣＦ膜との混合層であるＳｉとＣとＦとを含む混合層６１０を形成することに特徴がある。
【００６５】
このような半導体装置は、例えば上述のプラズマ成膜装置において次のようにして製造される。つまり例えば上述の実施の形態と同様のプロセスで例えば１００オングストロ−ム程度の厚さのシリコンリッチＳｉＮ膜（Ｎの原子数に対するＳｉの原子数の比は１．５）４１０と、例えば１００オングストロ−ム程度の厚さのＳｉＣＮ膜５１０と、例えば１００オングストロ−ム程度の厚さのＳｉＣ膜４２０を形成して、密着層５００を形成する。
【００６６】
次に高周波電力を２．４ｋＷ，バイアス電力を０ｋＷ，磁場形状をミラ−磁界，プロセス温度を４００℃，プロセス圧力を０．５Ｐａとし、プラズマ生成用ガス例えばＡｒガスと、ＳｉＣ膜の成膜ガスとＣＦ膜の成膜ガス例えばＳｉＨ4 ガスとＣ2 Ｈ4 ガスとＣ4 Ｆ8 ガスを夫々１５０ｓｃｃｍ，３０ｓｃｃｍ，２０ｓｃｃｍ，８０ｓｃｃｍの流量で導入してプラズマ化し、この工程を例えば５秒間行って密着層５００の上面に例えば１００オングストロ−ム程度の厚さのＳｉＣ膜とＣＦ膜の混合層６１０を形成する。こうして全体で４００オングストロ−ムの厚さの密着層６００が形成される。
【００６７】
この後高周波電力を２．４ｋＷ，バイアス電力を１．５ｋＷ，磁場形状をミラ−磁界，プロセス温度を４００℃，プロセス圧力を０．５Ｐａとし、プラズマ生成用ガス例えばＡｒガスと、ＣＦ膜の成膜ガス例えばＣ4 Ｆ8 ガス及びＣ2 Ｈ4 ガスとを夫々１５０ｓｃｃｍ，８０ｓｃｃｍ，２０ｓｃｃｍの流量で導入してプラズマ化し、前記混合層６４０の上面に例えば２５０オングストロ−ムの厚さのＣＦ膜１２０を形成する。
【００６８】
この工程までを同一のプラズマ成膜装置で行い、次いで別のプラズマ成膜装置において、高周波電力を２．４ｋＷ，バイアス電力を１．５ｋＷ，磁場形状をミラ−磁界，プロセス温度を４００℃，プロセス圧力を０．５Ｐａとし、プラズマ生成用ガス例えばＡｒガスと、ＣＦ膜の成膜ガス例えばＣ4 Ｆ8 ガス及びＣ2 Ｈ4 ガスとを夫々１５０ｓｃｃｍ，８０ｓｃｃｍ，２０ｓｃｃｍの流量で導入してプラズマ化し、所定の厚さのＣＦ膜１２０を形成する。
【００６９】
このような半導体装置は、密着層５００とＣＦ膜１２０との間に前記混合層６１０を形成することにより密着性をかなり高めることができる。実際に上述のプロセスで形成した半導体装置の上面にＴｉ層とＴｉＮ層とを形成して当該半導体装置の密着性を測定したところ、密着力は９ｋｐｓｉであり、ＳｉＣ膜４２０とＣＦ膜１２０との間の剥離が抑えられることが確認された。
【００７０】
このように密着性が高くなる理由については次のように考えられる。つまり前記混合層６１０の成膜工程ではＳｉＣ膜の成膜ガスとＣＦ膜の成膜ガスとが同時に導入されるので、Ｓｉ−Ｃ結合やＣ−Ｆ結合、Ｓｉ−Ｆ結合等を有するＳｉとＣとＦとを含む混合層が形成される。このようにＳｉＣ膜とＣＦ膜の両方の成分を含む混合層を形成することにより、ＳｉＣ膜４２０と混合層６１０との境界付近や混合層６１０とＣＦ膜１２０との境界付近にＳｉとＣとＦとの結合が形成されやすくなり、こうして密着層５００とＣＦ膜１２０との間の密着性が高まり、結果として半導体装置の密着性を高めることができると推察される。
【００７１】
また本実施の形態では、前記混合層６１０の上面のＣＦ膜１２０について２５０オングストロ−ム程度の厚さまでを同一のプラズマ成膜装置にて形成し、残りの部分は別のプラズマ成膜装置にて形成しているので、次のような利点が得られる。つまりシリコンリッチＳｉＮ膜４１０とＳｉＣＮ膜５１０、ＳｉＣ膜４２０、ＳｉＣ膜とＣＦ膜の混合層６１０の成膜の場合には、例えば各工程が終了する毎に真空容器２内にＮＦ3 ガスを導入し、当該ガスをプラズマ化して真空容器２内のクリ−ニング処理を行うようにしている。一方ＣＦ膜１２０の成膜の場合にはクリ−ニング処理は一般にＯ2 ガスを導入して行われる。
【００７２】
ここでシリコンリッチＳｉＮ膜４１０からＣＦ膜１２０までを同一のプラズマ成膜装置にて形成するようにすると、ＮＦ3 ガスによるクリ−ニングとＯ2 ガスによるクリ−ニングを繰り返して行わなければならず、クリ−ニングガスが２種類となるので操作が面倒となるが、本実施の形態のようにＣＦ膜を例えば２５０オングストロ−ム程度と薄くすると、ＮＦ3 ガスによってもクリ−ニングできる。このため密着層６００の成膜からＣＦ膜１２０の成膜までのクリ−ニングをＮＦ3 ガス単独で行うことができるので、クリ−ニング操作が簡単になり、有効である。
【００７３】
ここで下地膜として熱酸化法により形成されたＳｉＯ2 膜や平行平板型プラズマ装置にてゾル−ゲル法にて形成されたＳｉＯ2 膜、ＩＣＰプラズマ装置にて形成されたＳｉＯ2 膜、平行平板型プラズマ装置にて形成されたＳｉＯ2 膜等の様々な手法にて形成されたＳｉＯ2 膜やＮの原子数に対するＳｉの原子数の比が１．５のシリコンリッチＳｉＮ膜や、Ａｌ、Ｃｕを用いて、これらの密着性を確認するために、前記ＳｉＯ2 膜やＡｌ等の下地膜の上面に上述のプロセスと同様の条件で密着層６００を成膜し、さらにその上面にＴｉ層とＴｉＮ層とを形成したサンプルを作成し、密着性を確認する実験を行ったところ、いずれも密着力は９ｋｐｓｉ以上であることが認められ、本実施の形態はシリコン系絶縁膜や金属とＣＦ膜との間の密着性を向上させる際に有効であり、これらの間で発生する膜剥がれを抑えることができることが確認された。
【００７４】
続いて本発明のさらに他の実施の形態について説明するが、この実施の形態はＣＦ膜の上面にＳｉＮ膜を形成した場合に両者の間の密着力が弱く、剥離が生じることがあることから、これを改善するためになされたものである。つまりこの実施の形態の半導体装置は、図１１に示すようにＣＦ膜７１０とＳｉＮ膜７２０との間に、密着層８００として、ＳｉＣ膜とＣＦ膜との混合層８１０とＳｉＣ膜８２０とＳｉＣＮ膜８３０とシリコンリッチＳｉＮ膜８４０とをこの順序で積層して形成することに特徴がある。
【００７５】
このような半導体装置は例えば次のようにして製造される。例えば上述のプラズマ成膜装置において、高周波電力を２．４ｋＷ，バイアス電力を１．５ｋＷ，磁場形状をミラ−磁界，プロセス温度を４００℃，プロセス圧力を０．５Ｐａとし、プラズマ生成用ガス例えばＡｒガスと、ＣＦ膜の成膜ガス例えばＣ4 Ｆ8 ガス及びＣ2 Ｈ4 ガスとを夫々１５０ｓｃｃｍ，８０ｓｃｃｍ，２０ｓｃｃｍの流量で導入してプラズマ化し、例えば７０００オングストロ−ムの厚さのＣＦ膜７１０を形成する。次いで得られたＣＦ膜に対して４２５℃で０．５時間アニ−ル処理を行う。
【００７６】
次に高周波電力を２．４ｋＷ，バイアス電力を０ｋＷ，磁場形状をミラ−磁界，プロセス温度を４００℃，プロセス圧力を０．５Ｐａとし、プラズマ生成用ガス例えばＡｒガスと、ＳｉＣ膜の成膜ガスとＣＦ膜の成膜ガス例えばＳｉＨ4 ガスとＣ2 Ｈ4 ガスとＣ4 Ｆ8 ガスを夫々１５０ｓｃｃｍ，３０ｓｃｃｍ，２０ｓｃｃｍ，８０ｓｃｃｍの流量で導入してプラズマ化し、ＣＦ膜７１０の上面に例えば１００オングストロ−ム程度の厚さのＳｉＣ膜とＣＦ膜の混合層８１０を形成する。
【００７７】
次いで高周波電力を２．４ｋＷ，バイアス電力を０ｋＷ，磁場形状をミラ−磁界，プロセス温度を４００℃，プロセス圧力を０．１Ｐａとし、プラズマ生成用ガス例えばＡｒガスと、ＳｉＣ膜の成膜ガス例えばＳｉＨ4 ガス及びＣ2 Ｈ4 ガスとを夫々１５０ｓｃｃｍ，３０ｓｃｃｍ，２０ｓｃｃｍの流量で導入してプラズマ化し、前記混合層８１０の上面に例えば１００オングストロ−ム程度の厚さのＳｉＣ膜８２０を形成する。
【００７８】
続いて高周波電力を２．４ｋＷ，バイアス電力を０ｋＷ，磁場形状をミラ−磁界，プロセス温度を３６０℃，プロセス圧力を０．３Ｐａとし、プラズマ生成用ガス例えばＡｒガスと、ＳｉＣＮ膜の成膜ガス例えばＳｉＨ4 ガス、Ｃ2 Ｈ4 ガス及びＮ2 ガスとを夫々２００ｓｃｃｍ，２０ｓｃｃｍ，３０ｓｃｃｍ，５ｓｃｃｍの流量で導入して所定の流量で導入してプラズマ化し、ＳｉＣ膜８２０の上面に例えば１００オングストロ−ム程度の厚さのＳｉＣＮ膜６２０を形成する。
【００７９】
次に高周波電力を２．４ｋＷ，バイアス電力を０ｋＷ，磁場形状をミラ−磁界，プロセス温度を３６０℃，プロセス圧力を０．２Ｐａとし、プラズマ生成用ガスである例えばＡｒガスと、シリコンリッチＳｉＮ膜の成膜ガス例えばＳｉＨ4 ガス及びＮ2 ガスとを夫々２００ｓｃｃｍ，２０ｓｃｃｍ，５ｓｃｃｍの流量で導入してプラズマ化し、ＳｉＣＮ膜８２０の上面に例えば１００オングストロ−ム程度の厚さのシリコンリッチＳｉＮ膜（Ｎの原子数に対するＳｉの原子数の比は１．５）８４０を形成する。こうして全体で４００オングストロ−ムの厚さの密着層８００が形成される。
【００８０】
この後高周波電力を１．５ｋＷ，バイアス電力を０ｋＷ，磁場形状をミラ−磁界，プロセス温度を３６０℃，プロセス圧力を０．２Ｐａとし、プラズマ生成用ガスである例えばＡｒガスと、ＳｉＮ膜の成膜ガス例えばＳｉＨ4 ガス及びＮ2 ガスとを夫々２００ｓｃｃｍ，４５ｓｃｃｍ，７５ｓｃｃｍの流量で導入してプラズマ化し、シリコンリッチＳｉＮ膜８４０の上面に所定の厚さのＳｉＮ膜７２０を形成する。
【００８１】
このようなプロセスで形成した半導体装置（実施例）と、ＣＦ膜の上面にＳｉＮ膜を形成した半導体装置（比較例６）について実際に密着性を測定した。ここで比較例６はＣＦ膜とＳｉＮ膜とを上述の実施の形態と同様の成膜条件で形成して作成した。この結果実施例の密着力は５ｋｐｓｉであるのに対し、比較例ではテ−プテストができないほど密着性が低いことが認められ、本実施の形態によりＣＦ膜７１０とＳｉＮ膜７２０との間の剥離が抑えられることが確認された。
【００８２】
次に本実施の形態の他の例について図１２により説明する。この例の半導体装置が上述の半導体装置と異なる点は、ＣＦ膜７１０と密着層８００との間にＣＦ膜９１０を形成したことであり、このＣＦ膜９１０は例えば１００オングストロ−ムの厚さであり、例えば上述のプラズマ成膜装置において、高周波電力を２．４ｋＷ，バイアス電力を１．５ｋＷ，磁場形状をミラ−磁界，プロセス温度を４００℃，プロセス圧力を０．５Ｐａとし、プラズマ生成用ガス例えばＡｒガスと、ＣＦ膜の成膜ガス例えばＣ4 Ｆ8 ガス及びＣ2 Ｈ4 ガスとを夫々１５０ｓｃｃｍ，８０ｓｃｃｍ，２０ｓｃｃｍの流量で導入してプラズマ化することにより形成される。
【００８３】
この例の半導体装置においても実際に密着性を測定したところ、密着力は６．５ｋｐｓｉであり、ＣＦ膜７１０とＳｉＮ膜７２０との間の剥離が抑えられることが確認された。
【００８４】
これらの例のようにＣＦ膜とＳｉＮ膜との間の密着性を高めることは例えばＣＦ膜のエッチングの点で有効である。つまりＣＦ膜のエッチングにはＯ2 ガスがエッチングガスとして用いられるが、通常のレジストはＯ2 ガスで灰化されてしまうので、Ｏ2 ガスで灰化されないＳｉＮ膜がハ−ドマスクとしてＣＦ膜とレジストとの間に用いられる。この際ＣＦ膜とＳｉＮ膜との密着性が必要とされ、これらの間の密着性を高くすることによってエッチング精度を高めることができる。
【００８５】
このように本実施の形態ではＣＦ膜の上にＳｉＮ膜等のシリコン系の絶縁膜を形成する場合に密着層を形成することが有効であることが確認されたが、密着層としては上述の実施の形態の半導体装置で用いられた密着層を用いるようにしてもよい。この際密着層４００，５００の場合にはＣＦ膜側にＳｉＣ膜４２０が位置し、シリコン系絶縁膜側にシリコンリッチＳｉＮ膜４１０が位置するように、また密着層６００の場合にはＣＦ膜側にＳｉＣ膜とＣＦ膜の混合層６１０が位置し、シリコン系絶縁膜側にシリコンリッチＳｉＮ膜４１０が位置するように、夫々の密着層が形成される。
【００８６】
以上の本発明において、いずれの半導体装置についても、ＳｉＯ2 膜等と密着層との間や、密着層とＣＦ膜との間、各密着層を構成する薄膜の間を連続して成膜するようにしてもよく、この場合にはさらに密着性を高めることができる。またいずれの半導体装置についても、ＳｉＯ2 膜等の下地膜の上面にＣＦ膜を形成する場合には、密着層とＣＦ膜の一部を同じプラズマ成膜装置で形成し、次いでＣＦ膜の残りの部分を異なるプラズマ成膜装置で形成してもよく、この場合にはクリ−ニング処理が簡易になるという利点が得られる。
【００８７】
以上においてＣＦ膜の成膜ガスとしては、ＣＦ4 ガス、Ｃ2 Ｆ6 ガス、Ｃ3 Ｆ8 ガス、Ｃ5 Ｆ8 ガス、Ｃ6 Ｆ6 ガス等のＣとＦとの化合物ガスや、ＣとＦのみならずＣとＦとＨとを含むガス例えばＣＨＦ3 ガス等、ＣＨ4 ガスやＣ2 Ｈ2 ガス、Ｃ2 Ｈ6 ガス、Ｃ3 Ｈ8 ガス等の炭化水素ガスを用いることができるが、炭化水素ガスの代わりに水素ガスを用いるようにしてもよい。またＳｉＮ膜の成膜ガスとしてはＳｉＨ2 Ｃｌ2 ガスとＮＨ3 ガスの組み合わせやＳｉＨ4 ガスとＮＨ3 ガスの組み合わせを用いてもよい。
【００８８】
さらにまた本発明はＥＣＲによりプラズマを生成することに限られず、例えばＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｕｍａ）などと呼ばれている、ドーム状の容器に巻かれたコイルから電界及び磁界を処理ガスに与える方法などによりプラズマを生成する場合にも適用できる。さらにヘリコン波プラズマなどと呼ばれている例えば１３．５６ＭＨｚのヘリコン波と磁気コイルにより印加された磁場との相互作用によりプラズマを生成する場合や、マグネトロンプラズマなどと呼ばれている２枚の平行なカソ−ドにほぼ平行をなすように磁界を印加することによってプラズマを生成する場合、平行平板などと呼ばれている互いに対向する電極間に高周波電力を印加してプラズマを生成する場合にも適用することができる。
【００８９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、フッ素添加カ−ボン膜を絶縁膜として用いる半導体装置において、ケイ素を含む絶縁膜や金属の配線層とフッ素添加カ−ボン膜との間に密着層を設けることにより、ケイ素を含む絶縁膜等とフッ素添加カ−ボン膜との間の密着性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を実施するためのプラズマ成膜装置の一例を示す縦断側面図である。
【図２】本発明方法を説明するための工程図である。
【図３】前記本発明方法の作用を説明するための説明図である。
【図４】本発明方法の他の例を説明するための工程図である。
【図５】シリコンリッチＳｉＮ膜の組成と、シリコンリッチＳｉＮ膜とＣＦ膜との密着性との関係を示す特性図である。
【図６】本発明の半導体装置の他の実施の形態を示す断面図である。
【図７】本発明の半導体装置のさらに他の実施の形態を示す断面図である。
【図８】前記半導体装置の作用を説明するための説明図である。
【図９】前記半導体装置の密着性の測定結果を示す特性図である。
【図１０】本発明の半導体装置のさらに他の実施の形態を示す断面図である。
【図１１】本発明の半導体装置のさらに他の実施の形態を示す断面図である。
【図１２】本発明の半導体装置のさらに他の実施の形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１０        半導体ウエハ
２          真空容器
２１        第１の真空室
２２        第２の真空室
２４        高周波電源部
２５        導波管
２６、２７  電磁コイル
２８        排気管
３１        ガスノズル
４          載置台
４２        高周波電源部
５          成膜ガス供給部
１１０，７１０      ＳｉＯ2 膜
１２０，７２０      ＣＦ膜
２００      ＳｉＣ膜
３００      シリコンリッチＳｉＮ膜
４００，５００，６００，７００，９００      密着層
【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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