專利名稱：半導體器件的制造方法以及磁頭的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有使用銅作為互連層主要材料的互連結(jié)構(gòu)的半導體器件的制造方法，以及一種具有使用銅作為互連層主要材料的互連結(jié)構(gòu)的磁頭的制造方法。
背景技術(shù)：
隨著半導體器件的規(guī)模越來越大以及集成度越來越高，隨更新?lián)Q代互連的設(shè)計規(guī)則已經(jīng)減少。傳統(tǒng)地，通過沉積互連材料以及利用光刻和干蝕刻圖案化所沉積的互連材料來形成互連層，但是隨著更新?lián)Q代上述工藝開始出現(xiàn)技術(shù)限制。作為取代傳統(tǒng)互連形成工藝的一種形成互連層的新工藝，目前正在使用所謂的鑲嵌工藝，該鑲嵌工藝在層間絕緣膜中形成溝槽圖案和孔圖案并將互連材料埋置該溝槽和該孔中。隨著互連形成工藝的轉(zhuǎn)換，銅(Cu)獲得應(yīng)用，銅具有低于通常用作互連材料的鋁(Al)的特定的電阻且具有優(yōu)異的電遷移阻力。
通過上述互連形成工藝而高度集成的半導體器件正在快速發(fā)展，這種半導體器件為包括半導體元件(例如晶體管等)的多層互連結(jié)構(gòu)。與此相對，已經(jīng)報道了許多用以通過抑制互連層中的電遷移等而改進半導體器件的可靠性的方法(參見例如日本公開待審專利申請2000-323476(專利文獻1)、日本公開待審專利申請2002-246391(專利文獻2)和日本公開待審專利申請2003-142580(專利文獻3))。
在半導體器件工作時，器件自身產(chǎn)生熱，因而其溫度升高。通常已知當由于上述工作時溫度升高以及形成多層互連結(jié)構(gòu)之后的工藝等而導致所述多層互連結(jié)構(gòu)暴露于高溫環(huán)境下時，互連層中的Cu原子以及形成于該互連層中的孔(pore)遷移，從而在該互連層中形成大的空隙(void)，而這些空隙導致該互連層的傳導缺陷。
在互連層寬度為1μm或更大的時代，互連層寬度對于該互連層中產(chǎn)生的空隙尺寸而言足夠大。因而，由于空隙導致的傳導缺陷對半導體器件的工作特性和可靠性影響不大。
但是，在互連層寬度為0.5μm或更小的時代，由于互連層中產(chǎn)生的空隙導致的互連電阻增加對半導體器件的工作特性和可靠性影響變得不可忽視。尤其是在形成今后0.2μm或更小寬度的微細互連層時，必須抑制由于空隙而導致的傳導缺陷的產(chǎn)生。
上述專利文獻1-3公開了用于提高半導體器件的可靠性的方法。這些方法通過提高互連層中的電遷移阻力而提高可靠性。但是，目前還沒有提出針對由于熱導致的空隙而產(chǎn)生的互連層傳導缺陷的充分對策。
作為這種對策，本申請的申請人已經(jīng)提出如下方法在互連層表面上同時噴射氮氣和水，從而抑制由于熱導致的空隙產(chǎn)生，以提高半導體器件的可靠性(參見日本公布待審專利申請2005-183814(專利文獻4))。
同樣，在磁記錄裝置(例如硬盤等)的磁頭中，形成用于產(chǎn)生寫磁場的線圈的互連層也越來越微細化。這種互連層的最小互連寬度已經(jīng)低于1μm。因而，與在上述半導體器件的情況下一樣，在磁頭互連層中也必須采取針對由于熱導致的空隙而產(chǎn)生的傳導缺陷的對策。
在例如日本專利3003684(專利文獻5)中也公開了相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種半導體器件的制造方法，該方法抑制高溫環(huán)境中互連層中空隙的產(chǎn)生，從而抑制互連層的傳導缺陷，并提高半導體器件的可靠性。
本發(fā)明的另一目的是提供一種磁頭的制造方法，該方法抑制高溫環(huán)境中互連層中空隙的產(chǎn)生，從而抑制互連層的傳導缺陷，并提高磁頭的可靠性。
根據(jù)本發(fā)明的一個方案，提供一種半導體器件的制造方法，包括如下步驟在絕緣膜中形成開口；在該開口中形成以Cu作為主要材料的互連層；以及進行布摩擦處理(cloth-rubbing processing)，在該開口中埋置的該互連層表面上摩擦包含純水的布，其中該純水中溶解有氨和氫。
根據(jù)本發(fā)明的另一方案，提供一種磁頭的制造方法，包括如下步驟在絕緣膜中形成具有線圈圖案的開口；在該開口中形成以Cu作為主要材料的互連層并形成線圈；以及進行布摩擦處理，在該開口中埋置的該互連層表面上摩擦包含純水的布，其中該純水中溶解有氨和氫。
根據(jù)本發(fā)明的半導體器件的制造方法包括如下步驟在絕緣膜中形成開口；在該開口中形成以Cu作為主要材料的互連層；以及進行布摩擦處理，即在該開口中埋置的該互連層表面上摩擦包含純水的布，其中該純水中溶解有氨和氫。從而能夠抑制高溫環(huán)境下互連層的Cu原子的遷移，從而能夠降低互連層的傳導缺陷的發(fā)生率。因此，能夠提供具有良好抗應(yīng)力遷移性和高可靠性的多層互連層的半導體器件。
根據(jù)本發(fā)明的磁頭的制造方法包括如下步驟在絕緣膜中形成具有線圈圖案的開口；在該開口中形成以Cu作為主要材料的互連層并形成線圈；以及進行布摩擦處理，在該開口中埋置的該互連層表面上摩擦包含純水的布，其中該純水中溶解有氨和氫。從而能夠抑制高溫環(huán)境下互連層的Cu原子的遷移，從而能夠降低形成線圈的互連層的傳導缺陷的發(fā)生率。因此，能夠提供具有高可靠性的多層互連層的磁頭。


圖1為說明本發(fā)明的布摩擦處理的示意剖視圖。
圖2A和2B為經(jīng)過本發(fā)明的布摩擦處理的互連層的Cu的氧化狀態(tài)變化的XPS譜。
圖3為在互連層上形成防擴散膜之后的表面二次離子質(zhì)譜分析結(jié)果的圖表。
圖4為在互連層上形成的防擴散膜的表面粗糙度測量結(jié)果的圖表。
圖5A-5D、6A-6C、7A-7B、8A-8B、9A-9B、10A-10B、11A-11B、12A-12B、13和14A-14B為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的半導體器件的制造方法步驟中的半導體器件剖視圖，其示出該方法。
圖15為磁頭的透視圖，其示出磁頭的結(jié)構(gòu)。
圖16A-16C、17A-17B、18A-18B、19A-19B和20A-20B為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的磁頭的制造方法步驟中的磁頭剖視圖，其示出該方法。
具體實施例方式首先，參照圖1-4說明本發(fā)明的原理。圖1為說明本發(fā)明的布摩擦處理的示意剖視圖。圖2A和2B為經(jīng)過本發(fā)明的布摩擦處理的互連層的Cu的氧化狀態(tài)變化的XPS譜。圖3為在互連層上形成防擴散膜之后的表面二次離子質(zhì)譜分析結(jié)果的圖表。圖4為在互連層上形成的防擴散膜的表面粗糙度測量結(jié)果的圖表。
根據(jù)本發(fā)明的半導體器件的制造方法主要特征在于包括如下步驟在絕緣膜中形成開口；在該開口中形成互連層，該互連層由Cu作為主要材料形成；以及進行布摩擦處理，該處理使用包含其中溶解有氨和氫的純水的布來摩擦埋置在該開口中的互連層表面。
同樣地，根據(jù)本發(fā)明的磁頭的制造方法主要特征在于包括如下步驟在絕緣膜中形成線圈圖案的開口；在該開口中形成互連層，該互連層形成線圈，并由Cu作為主要材料形成；以及進行布摩擦處理，該處理使用包含其中溶解有氨和氫的純水的布來摩擦埋置在該開口中的互連層表面。
在鑲嵌工藝中，在通過CMP(化學機械拋光)平坦化之后露出的以Cu作為主要材料的互連層表面基本由純銅形成，而在最外表面上露出少量氧化層。傳統(tǒng)地，緊隨在通過CMP平坦化之后，就已經(jīng)形成用于防止作為互連層材料的Cu擴散的SiC或其它材料的防擴散膜。當通過這種傳統(tǒng)步驟形成的多層互連暴露于高溫環(huán)境時，互連材料的Cu原子以及互連層中的孔遷移，從而導致在該互連層中產(chǎn)生空隙。這種空隙是導致互連層的傳導缺陷的原因之一。
本申請的申請人提出一種半導體器件的制造方法，作為抑制產(chǎn)生由于這種空隙導致的傳導缺陷的方法，該方法包括進行氮二流體(nitrogen-two-fluid)處理的步驟，其中在將互連層埋置在層間絕緣膜中的互連溝槽中并通過CMP平坦化之后，在形成用以防止作為互連材料的Cu擴散的防擴散膜之前，在該互連層表面上同時噴射氮氣和水(參見專利文獻4)。在專利文獻4公開的氮二流體處理中，在互連層表面上同時噴射氮氣與純水、具有溶解在純水中的碳酸的碳酸水等。
本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在氮二流體處理步驟中將其中溶解有氨和氫的純水用作與氮氣同時噴射的水，能夠大幅降低互連層傳導缺陷的發(fā)生率。在本申請的說明書中，將其中溶解有氨和氫的純水適當?shù)胤Q為“添加氨的氫水”(ammonia added hydrogen water)。
此外，本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)即使在將互連層埋置在層間絕緣膜中的互連溝槽中并通過CMP平坦化之后，以及在形成用以防止作為互連材料的Cu擴散的防擴散膜之前，通過在互連層表面上進行摩擦包含添加氨的氫水的布的布摩擦處理，將多層互連暴露于高溫環(huán)境，也能夠進一步降低傳導缺陷的發(fā)生率。此外，本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)當在互連層表面上進行摩擦包含添加氨的氫水的布的布摩擦處理時，與進行氮二流體處理時相比，傳導缺陷的發(fā)生率進一步降低。
參照圖1說明本發(fā)明的布摩擦處理。
對本發(fā)明的布摩擦處理(即布拋光處理)而言，可以使用常用的拋光裝置。例如，可以使用CMP(化學機械拋光)裝置或其它裝置。
如圖所示，布摩擦處理中使用的拋光裝置包括布2，其包含設(shè)置于拋光臺1上的添加氨的氫水，拋光臺1設(shè)置為在旋轉(zhuǎn)軸上可旋轉(zhuǎn)。在其上設(shè)置有布2的拋光臺1上設(shè)置用于將添加氨的氫水滴至布2上的管嘴3。
采用這種拋光裝置在待處理物5(由Cu作為主要材料形成的互連層)上進行布摩擦處理。待處理物5包括形成于襯底6上的絕緣膜7。由Cu作為主要材料形成的互連層埋置在絕緣膜7中。在絕緣膜7的表面上露出該互連層的表面。
在上述布摩擦處理中，當添加氨的氫水4從管嘴3供給到布2上時，在待處理物5的待處理面保持與布2按壓接觸(press-contact)的情況下，旋轉(zhuǎn)拋光臺1，其中該待處理物5的待處理面具有埋置在絕緣膜7中的互連層的露出表面。因此，包含添加氨的氫水的布2摩擦由Cu作為主要材料形成的互連層表面。
通過本發(fā)明的摩擦處理產(chǎn)生的傳導缺陷發(fā)生率下降將歸因于與氮二流體處理中相同的因素，在該摩擦處理中，包含添加氨的氫水的布摩擦由Cu作為主要材料形成的互連層表面。
作為第一因素，添加氨的氫水將還原露出的Cu層的表面或者防止Cu層表面的氧化。
作為第二因素，使用添加氨的氫水進行布摩擦處理，Cu層表面的氮量將增加。
此外，作為第三因素，添加氨的氫水將清潔露出的Cu層的表面并從該表面去除灰塵。
除上述因素之外，本發(fā)明還具有互連層表面受布摩擦的機械因素。因此，與氮二流體處理相比，上述第一至第三因素更有助于減少傳導缺陷的發(fā)生。因而，本發(fā)明能夠更有效地減少傳導缺陷的發(fā)生。
例如，在布摩擦處理中，如圖1所示，通過待處理物5的待處理面與布2之間的摩擦在二者之間的接觸面處將產(chǎn)生氫基8。氫基8將使得還原Cu層露出表面以及防止Cu層表面氧化的效應(yīng)增強。
圖2A和2B示出對試樣的Cu層表面使用添加氨的氫水進行布摩擦處理前后氧化狀態(tài)的XPS(X射線光電子光譜法)測量結(jié)果，其中該試樣的Cu層通過CMP平坦化，清洗，并在大氣中放置10小時。圖2A為使用添加氨的氫水進行布摩擦處理前的XPS譜，圖2B為使用添加氨的氫水進行布摩擦處理后的XPS譜。
如圖2A所示，在布摩擦處理之前，觀測到Cu的峰值和Cu氧化物的峰值。但是，如圖2B所示，在布摩擦處理之后，Cu氧化物的峰值基本消失。
基于圖2A和2B所示的XPS測量結(jié)果，可見使用添加氨的氫水的布摩擦處理還原和去除了Cu層表面上的氧化層。
圖3為在其中埋置有互連層的層間絕緣膜上形成作為防擴散膜的SiC膜之后半導體器件表面附近的二次離子質(zhì)譜分析結(jié)果圖表，其中該互連層通過鑲嵌工藝由Cu作為主要材料而形成。在圖3中，深度輪廓線(depth profile)A代表如下情況的結(jié)果形成互連層，順序進行使用添加氨的氫水的布摩擦處理以及同時噴射添加氨的氫水和氮氣的氮二流體處理，然后在其中埋置有互連層的層間絕緣膜上形成SiC膜。深度輪廓線B代表如下情況的結(jié)果形成互連層，在不進行布摩擦處理的情況下進行同時噴射添加氨的氫水和氮氣的氮二流體處理，然后在其中埋置有互連層的層間絕緣膜上形成SiC膜。深度輪廓線C代表如下情況的結(jié)果形成互連層，然后在不進行布摩擦處理以及氮二流體處理的情況下在其中埋置有互連層的層間絕緣膜上直接形成SiC膜。
圖3所示的二次離子質(zhì)譜分析結(jié)果表明在不進行布摩擦處理而進行氮二流體處理的情況下(曲線B)，與不進行任何處理的情況(曲線C)相比，位于以Cu為主要材料的互連層與SiC膜之間的界面附近的氮量增加，盡管增加量較小。此外，發(fā)現(xiàn)在進行布摩擦處理的情況下(曲線A)，與不進行布摩擦處理但進行氮二流體處理的情況(曲線B)以及不進行任何處理的情況(曲線C)相比，位于互連層與SiC膜之間的界面附近的氮量進一步增加。
上述結(jié)果表明通過進行氮二流體處理以及使用添加氨的氫水的布摩擦處理，使得氮吸附到Cu層表面上或以化合物的形式存在于Cu層表面上，并通過使用添加氨的氫水進行布摩擦處理而增加氮量。
通過將氮吸附到以Cu為主要材料的互連層的表面上，即使在互連層暴露于高溫環(huán)境時也會降低該互連層傳導缺陷的發(fā)生率，其機制如下。即，當在氮吸附到以Cu為主要材料的互連層的表面上的情況下形成用以防止Cu擴散的防擴散膜時，氮的存在使得在高溫環(huán)境下互連層的Cu原子難以遷移。從而抑制互連層中空隙的產(chǎn)生，使得互連層的傳導缺陷發(fā)生率降低，能夠提高互連層的應(yīng)力遷移阻力。
基于形成于互連層上的防擴散膜的平均粗糙度測量結(jié)果(如圖4所示)，可以確定使用添加氨的氫水的布摩擦處理抑制了高溫環(huán)境下互連層中Cu原子的遷移。
圖4為形成于層間絕緣膜上的SiC膜的表面平均粗糙度測量結(jié)果的圖表，其中該層間絕緣膜中具有通過鑲嵌工藝埋置的互連層。對以下情況分別測量緊接在沉積后的SiC膜的平均表面粗糙度和沉積后在200℃下放置504小時的SiC膜的平均表面粗糙度即，順序進行本發(fā)明的使用添加氨的氫水的布摩擦處理以及使用添加氨的氫水的氮二流體處理的情況；不進行上述布摩擦處理，而進行使用添加氨的氫水的氮二流體處理的情況；以及不進行上述布摩擦處理以及氮二流體處理的情況。利用原子力顯微鏡測量平均表面粗糙度。對每種情況而言，平均粗糙度的變化量通過從緊接在熱處理后的SiC膜平均表面粗糙度中減去緊接在沉積后的SiC膜平均表面粗糙度而得出。
圖4所示的圖表示出在氮二流體處理的情況下，與不進行布摩擦處理以及氮二流體處理的情況相比，平均表面粗糙度通常較小，且由熱處理導致的平均表面粗糙度的變化量抑制為較小。該圖表還示出使用添加氨的氫水的布摩擦處理使得平均表面粗糙度進一步減小，并且將由熱處理導致的平均表面粗糙度的變化量抑制為更小。
如上所述，使用添加氨的氫水的布摩擦處理，能夠?qū)⑿纬捎诨ミB層上的防擴散膜的由熱處理導致的平均表面粗糙度變化量抑制為較小?；诖?，使用添加氨的氫水的布摩擦處理將使得由熱處理導致的互連層的Cu原子遷移變得困難，從而能夠抑制互連層中空隙的產(chǎn)生。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，在以Cu為主要材料的互連層埋置在互連溝槽中并通過CMP平坦化之后，并且在形成Cu防擴散膜之前，進行對著互連層表面摩擦包含添加氨的氫水的布的布摩擦處理，從而抑制高溫環(huán)境下互連層的Cu原子遷移，并能夠抑制互連層中空隙的產(chǎn)生。
因此，根據(jù)本發(fā)明的半導體器件的制造方法能夠提供具有良好互連層應(yīng)力遷移阻力以及高可靠性的半導體器件。
如上所述，在磁記錄裝置(例如硬盤等)的磁頭中，形成用以產(chǎn)生寫入磁場的線圈的互連層也逐漸微細化，因而抑制該互連層中的空隙產(chǎn)生成為問題。
根據(jù)本發(fā)明的半導體器件的制造方法，形成用以產(chǎn)生寫入磁場的線圈的互連層中空隙的產(chǎn)生能夠被抑制，從而能夠提供高可靠性的磁頭。
本發(fā)明使用添加氨的氫水的布摩擦處理的詳細條件等如下。
用以在布摩擦處理中對著互連層表面摩擦布的裝置可以為如上所述的普通拋光裝置，并且可以根據(jù)待處理物體的所需精度等適當選擇。例如，可使用CMP裝置。
在布摩擦處理中的布包含的、用于添加氨的氫水中的純水可具有適用于半導體器件制造工序的純度。例如，該純水可具有例如17.6MΩ·cm以上(含17.6MΩ·cm)的電阻率，并且屬于每毫升幾個顆粒(顆粒直徑為0.5μm以下(不含0.5μm))的數(shù)量級。
將氨和氫溶解在上述純水中以制備添加氨的氫水。該添加氨的氫水中的氨濃度設(shè)定為例如0.1-5.0ppm，并將氫濃度設(shè)定為例如0.1-5.0ppm。
在布摩擦處理中，可將從管嘴滴到布上的添加氨的氫水的流速適當設(shè)定為所需值，例如20-300毫升/分鐘，優(yōu)選50-200毫升/分鐘。這是因為當流速太大時摩擦處理的效果不充分，而當流速太小時又可能損傷圖案。
可將用以在布與待處理物體的處理表面按壓接觸的情況下旋轉(zhuǎn)拋光臺時、在拋光臺上按壓待處理物體的壓力適當設(shè)定為所需值，例如0.01-0.35kg/cm2，優(yōu)選0.04-0.21kg/cm2。這是因為當壓力太小時布摩擦處理的效果不充分，而當壓力太大時又可能破壞圖案。
布摩擦處理的時間段可根據(jù)各種條件(例如添加氨的氫水的流速、施加于待處理物體上的壓力等)適當設(shè)定，并可以設(shè)定為例如20-300秒。
本發(fā)明的布摩擦處理可與氮二流體處理組合，或者可單獨進行而不與氮二流體處理組合。即，可以形成以Cu為主要材料的互連層，然后順序進行本發(fā)明的布摩擦處理和氮二流體處理，然后在其中埋置有該互連層的層間絕緣膜上形成防擴散膜?？稍谶M行本發(fā)明的布摩擦處理之前進行氮二流體處理。也可以在形成以Cu為主要材料的互連層之后，單獨進行本發(fā)明的布摩擦處理，以及在不進行氮二流體處理的情況下，在其中埋置有該互連層的層間絕緣膜上形成防擴散膜。
在與本發(fā)明的布摩擦處理組合的氮二流體處理中，要與氮氣同時噴射的水可以為適當?shù)募兯⒕哂腥芙庠诩兯械奶妓岬奶妓崴?、具有溶解在純水中的氫的氫水、添加氨的氫水或其它水?br> 在上文中，在布摩擦處理中，包含添加氨的氫水的布摩擦互連層表面。但是，也可以在沒有氨溶解在具有溶解在純水中的氫的氫水中的情況下，包含該氫水的布摩擦互連層表面。在這種情況下，同樣可以還原互連層表面或防止互連層表面被氧化，并可以清洗互連層表面，從而能夠防止傳導缺陷的產(chǎn)生。
在上述布摩擦處理之后且在形成防擴散膜之前，可進行氫等離子體處理，將氫等離子體照射(apply)至其中埋置有互連層的層間絕緣膜的表面。在層間絕緣膜表面以及互連層表面上進行氫等離子體處理，從而清潔上述表面，能夠形成高粘附力的防擴散膜。因此，能夠提高包括這種互連結(jié)構(gòu)的半導體器件以及磁頭的可靠性。
參照圖5A-5D、6A-6C、7A-7B、8A-8B、9A-9B、10A-10B、11A-11B、12A-12B、13和14A-14B說明根據(jù)第一實施例的半導體器件的制造方法。圖5A-5D、6A-6C、7A-7B、8A-8B、9A-9B、10A-10B、11A-11B、12A-12B、13和14A-14B為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的半導體器件的制造方法步驟中的半導體器件剖視圖，其示出該方法。
首先，以與例如常用MOS晶體管制造方法相同的方法，在半導體襯底10上形成包括柵極14和源極/漏極擴散層16的MOS晶體管，其中半導體襯底10上形成有器件隔離膜12(參見圖5A)?？梢栽诎雽w襯底10上形成不同于MOS晶體管的多種半導體器件。
然后，在其上形成有MOS晶體管的半導體襯底10上，通過例如化學氣相沉積(CVD)方法形成厚度例如為0.1μm的氮化硅膜18。
接著，在氮化硅膜18上通過例如CVD方法形成厚度例如為1.5μm的硅酸磷玻璃(PSG，phosphorous silicate glass)膜20。沉積PSG膜20的襯底溫度設(shè)定為例如600℃。
然后，通過例如CMP方法拋光PSG膜20的表面直至PSG膜20的膜厚變?yōu)槔?00nm，從而平坦化PSG膜20的表面。
接著，在PSG膜20上通過例如CVD方法形成厚度例如為50nm的SiC膜22(參見圖5B)。SiC膜22用作鈍化膜。
因而，由順次層疊的氮化硅膜18、PSG膜20和SiC膜22形成層間絕緣膜24。
接著，通過光刻和干蝕刻，在SiC膜22、PSG膜20和氮化硅膜18中形成下至硅襯底10的接觸孔26。
然后，通過例如CVD方法，在整個表面上順序形成厚度例如為15nm的鈦(Ti)膜、厚度例如為15nm的氮化鈦(TiN)膜和厚度例如為300nm的鎢(W)膜。
接著，通過例如CMP方法來拋光W膜、TiN膜和Ti膜，直至露出層間絕緣膜24的表面，從而去除層間絕緣膜24上的W膜、TiN膜和Ti膜。因此，形成由Ti膜、TiN膜和W膜構(gòu)成的接觸塞28，該接觸塞28埋置在接觸孔26內(nèi)(參見圖5C)。
然后，在層間絕緣膜24的SiC膜22上，通過例如等離子體CVD方法形成厚度例如為150nm的SiOC膜30，其中層間絕緣膜24中埋置有接觸塞28。
然后，在SiOC膜30上通過例如等離子體CVD方法形成厚度例如為100nm的氧化硅膜32。
因而，在SiC膜22上形成由順序?qū)盈B的SiOC膜30和氧化硅膜32構(gòu)成的層間絕緣膜34(參見圖5D)。
接著，形成光致抗蝕劑膜36，其用以露出在其中將形成互連溝槽的層間絕緣膜34的區(qū)域(參見圖6A)。
然后，利用光致抗蝕劑膜36作為掩模以及利用SiC膜22作為停止層，順序蝕刻氧化硅膜32和SiOC膜30。因此，在氧化硅膜32和SiOC膜30中形成互連溝槽38。在已經(jīng)形成互連溝槽38之后，去除用作掩模的光致抗蝕劑膜36(參見圖6B)。
接著，通過例如濺射方法在整個表面上連續(xù)沉積阻擋金屬層40，該阻擋金屬層40由厚度例如為30nm的氮化鉭(TaN)膜和厚度例如為30nm的Cu膜構(gòu)成。
然后，利用形成于阻擋金屬層40上的Cu膜作為籽晶(seed)，通過電解電鍍方法進一步沉積Cu膜，以形成總厚度為例如1μm的Cu膜42(參見圖6C)。
接著，通過CMP方法拋光Cu膜42和阻擋金屬層40，直至露出氧化硅膜32，以去除氧化硅膜32上的Cu膜42和阻擋金屬層40。在已經(jīng)去除氧化硅膜32上的Cu膜42和阻擋金屬層40之后，進行預(yù)定的清洗處理。因而，由阻擋金屬層40和Cu膜42形成互連層44，其中該阻擋金屬層40由用以防止Cu擴散的TaN膜構(gòu)成，該Cu膜42形成埋置在互連溝槽38內(nèi)的互連層的主要部分(參見圖7A)。
在已經(jīng)通過CMP埋置互連層44之后，在層間絕緣膜34表面朝向拋光裝置的拋光臺1上的布2按壓的情況下，旋轉(zhuǎn)拋光臺1，其中在所述層間絕緣膜34表面處露出互連層44的表面。同時將添加氨的氫水4從管嘴3滴到拋光臺1上的布2上(參見圖7B)。因而，在互連層44表面上進行布摩擦處理，即摩擦包含添加氨的氫水的布2。進行上述布摩擦處理的拋光裝置為例如CMP裝置，用以包含添加氨的氫水的布2為CMP拋光墊。具體地，該拋光裝置為例如Applied Materials股份有限公司生產(chǎn)的CMP裝置。用以包含添加氨的氫水的布2為IC1400(Nitta Haas公司生產(chǎn)的拋光墊)。上述布摩擦處理的條件例如為拋光臺1的旋轉(zhuǎn)頻率為100rpm；朝向拋光臺1按壓襯底的壓力為0.18kg/cm2；添加氨的氫水的氨濃度為1ppm；供給至布2的添加氨的氫水的流速為150毫升/分鐘；以及處理時間段為60秒。
使用添加氨的氫水進行布摩擦處理，從而還原互連層44的表面，并防止互連層44的表面被氧化。清潔互連層44的表面。此外，當半導體器件暴露于高溫環(huán)境下時，互連層44的Cu原子的遷移受到抑制，從而能夠抑制在互連層44中產(chǎn)生空隙。由此能夠抑制互連層44的傳導缺陷的產(chǎn)生。
在使用添加氨的氫水進行布摩擦處理之后，進行氮二流體處理，即在層間絕緣膜34表面和互連層44表面上同時噴射添加氨的氫水和氮氣。該氮二流體處理的條件例如為處理時間段為30秒；添加氨的氫水的氨濃度為1ppm；添加氨的氫水的流速為150毫升/分鐘；氮氣的流速為50升/分鐘。可以對添加氨的氫水施加超聲振動，并將施加超聲振動之后的添加氨的氫水和氮氣同時噴射到層間絕緣膜34表面上和互連層44表面上。
在氮二流體處理中，通過例如設(shè)置在層間絕緣膜34表面和互連層44表面附近的噴射裝置的管嘴46，將添加氨的氫水和氮氣同時噴射到層間絕緣膜34表面上和互連層44表面上(參見圖8A)。此時，適當設(shè)置管嘴46的位置，以在相應(yīng)位置噴射添加氨的氫水和氮氣?；蛘撸谶m當設(shè)置管嘴46的同時噴射添加氨的氫水和氮氣。因此，將添加氨的氫水和氮氣均勻噴射到埋置在互連溝槽38內(nèi)的互連層44的整個表面上。
進行上述氮二流體處理，從而防止互連層44的表面氧化。還清潔互連層44的表面。此外，當半導體器件暴露于高溫環(huán)境下時，互連層44的Cu原子的遷移受到抑制，從而能夠抑制在互連層44中產(chǎn)生空隙。由此能夠抑制互連層44的傳導缺陷的產(chǎn)生。
在氮二流體處理之后，將氫等離子體照射到層間絕緣膜34表面上和互連層44表面上。照射氫等離子體清潔了層間絕緣膜34表面以及互連層44表面，從而能夠在層間絕緣膜34上和互連層44上形成高粘附力的防擴散膜。因此，能夠提高半導體器件的可靠性。
在照射氫等離子體之后，通過例如等離子體CVD方法在層間絕緣膜34和互連層44上形成例如50nm厚的SiC膜48(參見圖8B)。SiC膜48用作防止作為互連層材料的Cu擴散的防擴散膜。
接著，通過例如等離子體CVD方法在SiC膜48上形成例如450nm厚的SiOC膜54。
然后，通過例如等離子體CVD方法在SiOC膜54上形成例如100nm厚的氧化硅膜56。
接著，通過例如等離子體CVD方法在氧化硅膜56上形成例如50nm厚的氮化硅膜58。氮化硅膜58將用作下文所述的用以形成互連溝槽等的蝕刻硬掩模。
因而，在具有埋置在互連溝槽38內(nèi)的互連層44的層間絕緣膜34上，形成層間絕緣膜60，該層間絕緣膜60由順序?qū)盈B的SiC膜48、SiOC膜54、氧化硅膜56和氮化硅膜58構(gòu)成(參見圖9A)。
然后，通過光刻法在氮化硅膜58上形成光致抗蝕劑膜62，該光致抗蝕劑膜62用以露出待形成在氧化硅膜56和SiOC膜54中的互連層的區(qū)域(參見圖9B)。
接著，利用光致抗蝕劑膜62作為掩模，各向異性蝕刻氮化硅膜58。在已經(jīng)蝕刻氮化硅膜58之后，去除用作掩模的光致抗蝕劑膜62(參見圖10A)。
接著，通過光刻法在氮化硅膜58和通過蝕刻氮化硅膜58露出的氧化硅膜56上形成光致抗蝕劑膜64，該光致抗蝕劑膜64用以露出在其中待形成通孔的區(qū)域(參見圖10B)。
然后，利用光致抗蝕劑膜64作為掩模，蝕刻氧化硅膜56和SiOC膜54。在該蝕刻中，調(diào)整蝕刻時間段以使蝕刻停止于SiOC膜54中心附近。在該蝕刻已經(jīng)完成之后，去除用作掩模的光致抗蝕劑膜64(參見圖11A)。
然后，利用氮化硅膜58作為硬掩模，蝕刻氧化硅膜56、SiOC膜54和SiC膜48。因而，在SiOC膜54和SiC膜48中形成用以埋置互連層的通路部分的通孔66，并在氧化硅膜56中和包含通孔66的區(qū)域內(nèi)的SiOC膜54中形成用以埋置互連層的互連溝槽68(參見圖11B)。
接著，通過例如濺射方法在整個表面上連續(xù)沉積阻擋金屬層70，該阻擋金屬層70由厚度例如為30nm的TaN膜和厚度例如為30nm的Cu膜構(gòu)成。
然后，利用形成于阻擋金屬層70上的Cu膜作為籽晶，通過電解電鍍方法進一步沉積Cu膜，以形成總厚度為例如1μm的Cu膜72(參見圖12A)。
接著，通過CMP方法拋光Cu膜72和TaN膜的阻擋金屬層70，直至露出氮化硅膜58，以去除氮化硅膜58上的Cu膜72和阻擋金屬層70。在已經(jīng)去除氮化硅膜58上的Cu膜72和阻擋金屬層70之后，進行預(yù)定的清洗處理。因而，由阻擋金屬層70和Cu膜72形成互連層74，其中該阻擋金屬層70由用以防止Cu擴散的TaN膜構(gòu)成，該Cu膜72形成埋置在通孔66和互連溝槽68內(nèi)的互連層的主要部分(參見圖12B)?；ミB層74經(jīng)由埋置在通孔66內(nèi)的通路部分電連接至互連層44。
在已經(jīng)通過CMP方法埋置互連層74之后，以與形成互連層44的方法相同的方法，在互連層74表面上進行布摩擦處理，即摩擦包含添加氨的氫水的布2(參見圖13)。上述使用添加氨的氫水的布摩擦處理也能夠還原互連層74的表面，并防止互連層74的表面被氧化。也清潔互連層74的表面。此外，當半導體器件暴露于高溫環(huán)境下時，互連層74的Cu原子的遷移受到抑制，從而能夠抑制在互連層74中產(chǎn)生空隙。由此能夠抑制互連層74的傳導缺陷的產(chǎn)生。
在使用添加氨的氫水進行布摩擦處理之后，以與形成互連層44的方法相同的方法，進行氮二流體處理，即在層間絕緣膜60表面和互連層74表面上同時噴射添加氨的氫水和氮氣(參見圖14A)。上述氮二流體處理也能夠還原互連層74的表面并防止互連層74的表面氧化。還清潔互連層74的表面。此外，當半導體器件暴露于高溫環(huán)境下時，互連層74的Cu原子的遷移受到抑制，從而能夠抑制在互連層74中產(chǎn)生空隙。由此能夠抑制互連層74的傳導缺陷的產(chǎn)生。
在氮二流體處理之后，以與形成互連層44的方法相同的方法，將氫等離子體照射到層間絕緣膜60表面上和互連層74表面上。照射氫等離子體清潔了層間絕緣膜60表面以及互連層74表面，并能夠在層間絕緣膜60上和互連層74上形成高粘附力的防擴散膜。因此，能夠提高半導體器件的可靠性。
在照射氫等離子體之后，通過例如等離子體CVD方法在層間絕緣膜60和互連層74上形成例如50nm厚的SiC膜76(參見圖14B)。SiC膜76用作防止作為互連層材料的Cu擴散的防擴散膜。
之后，適當重復與圖9A-9B、10A-10B、11A-11B、12A-12B、13和14A-14B所示相同的步驟，以在其上形成有MOS晶體管的硅襯底10上形成多個互連層的多層互連結(jié)構(gòu)。
如上所述，根據(jù)本實施例，在將成為互連層的TaN膜和Cu膜已經(jīng)埋置在層間絕緣膜中的開口(例如互連溝槽、通孔等)中并通過CMP平坦化之后，并且在用作防止作為互連層材料的Cu擴散的防擴散膜的SiC膜形成之前，進行布摩擦處理，即在互連層表面上摩擦包含添加氨的氫水的布，從而能夠還原互連層的表面，并防止互連層的表面被氧化。還可以清潔互連層的表面。此外，能夠抑制高溫環(huán)境下互連層的Cu原子的遷移，從而能夠抑制在互連層中產(chǎn)生空隙。因而，根據(jù)本實施例半導體器件的制造方法能夠提供包括具有良好抗應(yīng)力遷移性和高可靠性的互連層的半導體器件。
根據(jù)本實施例，在已經(jīng)順序進行布摩擦處理和氮二流體處理之后，將氫等離子體照射到層間絕緣膜表面和互連層表面上，清潔層間絕緣膜表面和互連層表面，從而能夠形成高粘附力SiC膜，該SiC膜用作防止作為互連層材料的Cu擴散的防擴散膜。因此，能夠增加半導體器件的可靠性。
(評估結(jié)果)接下來說明根據(jù)本實施例的半導體器件的制造方法的評估結(jié)果。通過根據(jù)本實施例的半導體器件制造方法來制造具有多層互連結(jié)構(gòu)的半導體器件，并對其進行高溫放置試驗以測量傳導缺陷的發(fā)生率。
對包括5層互連層和由鋁構(gòu)成的電極焊盤的半導體器件進行高溫放置試驗，其中所述5層互連層和電極焊盤是在以氧化硅膜作為層間絕緣膜的情況下通過根據(jù)本實施例的半導體器件制造方法而形成的。進行高溫放置試驗的實例1如下。
在實例1中，進行摩擦包含添加氨的氫水的布的布摩擦處理，以及同時噴射添加氨的氫水和氮氣的氮二流體處理。在該布摩擦處理中拋光裝置為Applied Materials股份有限公司生產(chǎn)的CMP裝置；用以包含添加氨的氫水的布為拋光墊(Nitta Haas公司生產(chǎn)的IC1400)；拋光臺的旋轉(zhuǎn)頻率為100rpm；朝向拋光臺按壓襯底的壓力為0.18kg/cm2；添加氨的氫水的氨濃度為1ppm；供給至布的添加氨的氫水的流速為150毫升/分鐘；以及處理時間段為60秒。在該氮二流體處理中添加氨的氫水的氨濃度為1ppm；添加氨的氫水的流速為150毫升/分鐘；氮氣的流速為50升/分鐘；處理時間段為30秒。
在高溫放置試驗中，放置半導體器件的溫度設(shè)定為235℃，放置半導體器件的時間段為70小時、170小時、340小時和500小時。分別測量上述情況下的傳導缺陷發(fā)生率。
對以下比較例1和比較例2進行相同的高溫放置試驗。
在比較例1中，將互連層埋置在互連溝槽內(nèi)并通過CMP平坦化，然后在不進行布摩擦處理的情況下，進行同時噴射添加氨的氫水和氮氣的氮二流體處理，然后形成防擴散膜。在該氮二流體處理中添加氨的氫水的氨濃度為1ppm；添加氨的氫水的流速為150毫升/分鐘；氮氣的流速為50升/分鐘；處理時間段為30秒；以及對添加氨的氫水施加1MHz和60W的超聲振動。
在比較例2中，將互連層埋置在互連溝槽中并通過CMP平坦化，然后在不進行布摩擦處理和氮二流體處理的情況下直接形成防擴散膜。
除不進行布摩擦處理以及不進行布摩擦處理和氮二流體處理之外，以與實例1相同的方法制造根據(jù)比較例1和比較例2的半導體器件。
對實例1、比較例1和比較例2進行的高溫放置試驗的結(jié)果如下。
在實例1中，放置時間段分別為70小時、170小時、340小時和500小時的情況下的傳導缺陷發(fā)生率均為0％。
在比較例1中，放置時間段分別為70小時、170小時、340小時和500小時的情況下的傳導缺陷發(fā)生率分別為1％、3％、7％和11％。
在比較例2中，放置時間段分別為70小時、170小時、340小時和500小時的情況下的傳導缺陷發(fā)生率分別為10％、32％、55％和68％。
基于上述高溫放置試驗的結(jié)果，已經(jīng)確認與傳統(tǒng)方法相比根據(jù)本實施例的半導體器件的制造方法能夠大幅減少高溫環(huán)境下的傳導缺陷發(fā)生率。
參照圖15、16A-16C、17A-17B、18A-18B、19A-19B和20A-20B說明根據(jù)本發(fā)明第二實施例的半導體器件的制造方法。圖15為磁頭的透視圖，其示出磁頭的結(jié)構(gòu)。圖16A-16C、17A-17B、18A-18B、19A-19B和20A-20B為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的磁頭的制造方法步驟中的磁頭剖視圖，其示出該方法。
圖15示出硬盤的感應(yīng)式薄膜磁頭的結(jié)構(gòu)。圖16A-16C、17A-17B、18A-18B、19A-19B和20A-20B示出圖15所示感應(yīng)式薄膜磁頭的線圈的第一層和第二層的形成步驟。在圖16A-16C、17A-17B、18A-18B、19A-19B和20A-20B中，適當省略除線圈之外的部件。在以下說明中，將省略再現(xiàn)磁頭(reproduction head)，而僅說明感應(yīng)式薄膜磁頭。
首先，如圖15所示，在預(yù)定圖案中形成記錄元件層(未示出)之后，在將成為滑動器(slider)基體的Al2O3-TiC襯底78上形成Al2O3膜(未示出)，然后形成由NiFe合金構(gòu)成的預(yù)定圖案的下磁芯層80。
然后，通過濺射或其它方法在下磁芯層80上形成Al2O3構(gòu)成的寫間隙層(write gap layer)82。露出下磁芯層80的接觸部分81，該接觸部分81將在后面的步驟中連接至上磁芯層122。
然后，抗蝕劑被涂覆在寫間隙層82上，以預(yù)定圖案進行圖案化，加熱至例如200℃并固化，以形成厚度約為例如3.5μm的層間絕緣膜84。在圖15中，省略除下磁芯層80與上磁芯層122之間區(qū)域之外的區(qū)域的層間絕緣膜。
然后，將抗蝕劑86涂覆到層間絕緣膜84上(參見圖16A)。并形成第一層的互連溝槽88，該互連溝槽88具有平面螺旋形線圈圖案，將該互連溝槽88加熱至例如200℃并固化。因而，形成具有互連溝槽88的例如3μm厚的層間絕緣膜90，該互連溝槽88具有第一層線圈圖案(參見圖16B)。
接著，通過例如濺射方法在整個表面上連續(xù)沉積阻擋金屬層92，該阻擋金屬層92由厚度例如為30nm的TaN膜和厚度例如為30nm的Cu膜構(gòu)成。
接著，利用形成于阻擋金屬層92上的Cu膜作為籽晶，通過電解電鍍方法進一步沉積Cu膜，以形成總厚度為例如3μm的Cu膜94。
然后，通過CMP方法拋光Cu膜94和阻擋金屬層92，直至露出層間絕緣膜90，以去除層間絕緣膜90上的Cu膜94和阻擋金屬層92。在已經(jīng)去除層間絕緣膜90上的Cu膜94和阻擋金屬層92之后，進行預(yù)定的清洗處理。因而，由阻擋金屬層92和Cu膜94形成互連層96，其中該阻擋金屬層92由用以防止Cu擴散的TaN膜構(gòu)成，該Cu膜94形成埋置在互連溝槽88中的互連層的主要部分(參見圖16C)?；ミB層96形成第一層的平面螺旋形線圈。
在已經(jīng)通過CMP方法埋入互連層96之后，在層間絕緣膜90表面朝向拋光裝置的拋光臺1上的布2按壓的情況下，旋轉(zhuǎn)拋光臺1，其中在層間絕緣膜90表面處露出互連層96的表面。同時將添加氨的氫水4從管嘴3滴到拋光臺1上的布2上(參見圖17A)。因而，在互連層96表面上進行布摩擦處理，即摩擦包含添加氨的氫水的布2。進行上述布摩擦處理的拋光裝置為例如CMP裝置，用以包含添加氨的氫水的布2為CMP拋光墊。具體地，該拋光裝置為例如Applied Materials股份有限公司生產(chǎn)的CMP裝置。用以包含添加氨的氫水的布2為IC1440(Nitta Haas公司生產(chǎn)的拋光墊)。上述布摩擦處理的條件例如為拋光臺1的旋轉(zhuǎn)頻率為70rpm；朝向拋光臺1按壓襯底的壓力為0.18kg/cm2；添加氨的氫水的氨濃度為1ppm；供給至布2的添加氨的氫水的流速為200毫升/分鐘；以及處理時間段為60秒。
使用添加氨的氫水進行上述布摩擦處理，從而還原互連層96的表面，并防止互連層96的表面被氧化。清潔互連層96的表面。此外，當磁頭暴露于高溫環(huán)境下時，互連層96的Cu原子的遷移受到抑制，從而能夠抑制在互連層96中產(chǎn)生空隙。由此能夠抑制互連層96的傳導缺陷的產(chǎn)生。
在使用添加氨的氫水進行布摩擦處理之后，進行氮二流體處理，即在層間絕緣膜90表面和互連層96表面上同時噴射添加氨的氫水和氮氣，其中該添加氨的氫水通過將氨和氫溶解在純水中而制備(參見圖17B)。該氮二流體處理的條件例如為處理時間段為30秒；添加氨的氫水的氨濃度為1ppm；添加氨的氫水的流速為150毫升/分鐘；氮氣的流速為50升/分鐘?？梢詫μ砑影钡臍渌A(yù)先施加超聲振動，并將施加超聲振動之后的添加氨的氫水和氮氣同時噴射到層間絕緣膜90表面上和互連層96表面上。
進行上述氮二流體處理，從而防止互連層96的表面氧化。還清潔互連層96的表面。此外，當磁頭暴露于高溫環(huán)境下時，互連層96的Cu原子的遷移受到抑制，從而能夠抑制在互連層96中產(chǎn)生空隙。由此能夠抑制互連層96的傳導缺陷的產(chǎn)生。
在氮二流體處理之后，將氫等離子體照射到層間絕緣膜90表面上和互連層96表面上。照射氫等離子體清潔了層間絕緣膜90表面以及互連層96表面，從而能夠在層間絕緣膜90上和互連層96上形成高粘附力的防擴散膜。因此，能夠提高磁頭的可靠性。
在照射氫等離子體之后，通過例如等離子體CVD方法在層間絕緣膜90和互連層96上形成例如50nm厚的SiC膜98。SiC膜98用作防止作為互連層材料的Cu擴散的防擴散膜。
然后，抗蝕劑被涂覆在SiC膜98上，以預(yù)定圖案圖案化，加熱至例如200℃并固化，以形成厚度為例如3.5μm的絕緣膜100。
因而，形成由順序?qū)盈B的SiC膜98和絕緣膜100構(gòu)成的層間絕緣膜102。
然后，將抗蝕劑104涂覆到層間絕緣膜102上(參見圖18A)。并形成第二層的互連溝槽106，該互連溝槽106具有平面螺旋形線圈圖案，將該互連溝槽106加熱至例如200℃并固化。因而，形成具有互連溝槽106的例如3μm厚的層間絕緣膜108，該互連溝槽106具有第二層線圈圖案(參見圖18B)。
接著，通過例如濺射方法在整個表面上連續(xù)沉積阻擋金屬層110，該阻擋金屬層110由厚度例如為30nm的TaN膜和厚度例如為30nm的Cu膜構(gòu)成。
接著，利用形成于阻擋金屬層110上的Cu膜作為籽晶，通過電解電鍍方法進一步沉積Cu膜，以形成總厚度為例如3μm的Cu膜112。
然后，通過CMP方法拋光Cu膜112和阻擋金屬層110，直至露出層間絕緣膜108，以去除層間絕緣膜108上的Cu膜112和阻擋金屬層110。在已經(jīng)去除層間絕緣膜108上的Cu膜112和阻擋金屬層110之后，進行預(yù)定的清洗處理。因而，由阻擋金屬層110和Cu膜112形成互連層114，其中該阻擋金屬層110由用以防止Cu擴散的TaN膜構(gòu)成，該Cu膜112形成埋置在互連溝槽106中的互連層的主要部分(參見圖19A)?；ミB層114形成第二層的平面螺旋形線圈。
在已經(jīng)通過CMP方法埋置互連層114之后，以與形成互連層96的方法相同的方法，在互連層114表面上進行布摩擦處理，即摩擦包含添加氨的氫水的布2(參見圖19B)。上述使用添加氨的氫水的布摩擦處理也能夠還原互連層114的表面，并防止互連層114的表面被氧化。也清潔互連層114的表面。此外，當磁頭暴露于高溫環(huán)境下時，互連層114的Cu原子的遷移受到抑制，從而能夠抑制在互連層114中產(chǎn)生空隙。由此能夠抑制互連層114的傳導缺陷的產(chǎn)生。
在使用添加氨的氫水進行布摩擦處理之后，以與形成互連層96的方法相同的方法，進行氮二流體處理，即在層間絕緣膜108表面和互連層114表面上同時噴射添加氨的氫水和氮氣(參見圖20A)。上述氮二流體處理也能夠還原互連層114的表面，并防止互連層114的表面被氧化。也清潔互連層114的表面。此外，當磁頭暴露于高溫環(huán)境下時，互連層114的Cu原子的遷移受到抑制，從而能夠抑制在互連層114中產(chǎn)生空隙。由此能夠抑制互連層114的傳導缺陷的產(chǎn)生。
在氮二流體處理之后，以與形成互連層96的方法相同的方法，將氫等離子體照射到層間絕緣膜108表面上和互連層114表面上。照射氫等離子體清潔了層間絕緣膜108表面以及互連層114表面，從而能夠在層間絕緣膜108上和互連層114上形成高粘附力的防擴散膜。因此，能夠提高磁頭的可靠性。
在照射氫等離子體之后，通過例如等離子體CVD方法在層間絕緣膜108和互連層114上形成例如50nm厚的SiC膜116。SiC膜116用作防止作為互連層材料的Cu擴散的防擴散膜。
然后，抗蝕劑被涂覆在SiC膜116上，以預(yù)定圖案圖案化，加熱至例如200℃并固化，以形成厚度約為例如3.5μm的絕緣膜118。
因而，形成由順序?qū)盈B的SiC膜116和絕緣膜118構(gòu)成的層間絕緣膜120(參見圖20B)。
接著，通過濺射方法形成NiFe電鍍籽晶層(未示出)，并以光致抗蝕劑掩模(未示出)作為電鍍框架(plating frame)，選擇性電解電鍍NiFe以形成圖15所示的上磁芯層122。然后，去除該光致抗蝕劑掩模，然后通過離子銑削(ion milling)去除露出的NiFe電鍍籽晶層。
然后，在整個表面上形成作為保護膜(未示出)的Al2O3膜，切割A(yù)l2O3-TiC襯底78，然后利用研磨、拋光等的滑動器進行加工，以調(diào)整磁芯前端部124的長度(即間隙深度)。因此，完成圖15所示的磁頭。在圖15中，磁芯長度以L表示。
如上所述，根據(jù)本實施例，在將成為互連層的TaN膜和Cu膜已經(jīng)埋置在層間絕緣膜中的互連溝槽中并通過CMP平坦化之后，并且在用作防止作為互連層材料的Cu擴散的防擴散膜的SiC膜形成之前，進行布摩擦處理，即在互連層表面上摩擦包含添加氨的氫水的布，從而能夠還原互連層的表面，并防止互連層的表面被氧化。還可以清潔互連層的表面。此外，能夠抑制高溫環(huán)境下互連層的Cu原子的遷移，從而能夠抑制在互連層中產(chǎn)生空隙。因而，根據(jù)本實施例的磁頭的制造方法能夠提供包括具有良好抗應(yīng)力遷移性和高可靠性的互連層的磁頭。
根據(jù)本實施例，在已經(jīng)順序進行布摩擦處理和氮二流體處理之后，將氫等離子體照射到層間絕緣膜表面和互連層表面上，清潔層間絕緣膜表面和互連層表面，從而能夠形成高粘附力SiC膜，該SiC膜用作防止作為互連層材料的Cu擴散的防擴散膜。因此，能夠增加磁頭的可靠性。
(評估結(jié)果)接下來說明根據(jù)本實施例的磁頭的制造方法的評估結(jié)果。通過根據(jù)本實施例的磁頭制造方法來制造具有多層互連結(jié)構(gòu)的磁頭，并對其進行高溫放置試驗以測量傳導缺陷的發(fā)生率。
進行高溫放置試驗的實例2和實例3如下。
在實例2中，進行摩擦包含添加氨的氫水的布的布摩擦處理，以及同時噴射添加氨的氫水和氮氣的氮二流體處理。在該布摩擦處理中拋光裝置為Applied Materials股份有限公司生產(chǎn)的CMP裝置；用以包含添加氨的氫水的布為拋光墊(Nitta Haas公司生產(chǎn)的IC1400)；拋光臺的旋轉(zhuǎn)頻率為70rpm；朝向拋光臺按壓襯底的壓力為0.18kg/cm2；添加氨的氫水的氨濃度為1ppm；供給至布的添加氨的氫水的流速為200毫升/分鐘；以及處理時間段為60秒。在該氮二流體處理中添加氨的氫水的氨濃度為1ppm；添加氨的氫水的流速為150毫升/分鐘；氮氣的流速為50升/分鐘；處理時間段為30秒。
在實例3中，通過使用四乙氧基甲硅烷(TEOS)的PECVD形成氧化硅膜替代實例2中的抗蝕劑絕緣膜84、90、100、108。以與實例2相同的方法進行布摩擦處理和氮二流體處理。
對以下的比較例3和比較例4進行相同的高溫放置試驗。
在比較例3中，除不進行布摩擦處理和氮二流體處理之外，以與實例2相同的方法制造磁頭。
在比較例4中，除不進行布摩擦處理和氮二流體處理之外，以與實例3相同的方法制造磁頭。
在高溫放置試驗中，放置磁頭的溫度在實例2和比較例3中分別設(shè)定為140℃，在實例3和比較例4中分別設(shè)定為240℃。放置磁頭的時間段為70小時、170小時、340小時和500小時。分別測量上述情況下的傳導缺陷發(fā)生率。
對實例2、實例3、比較例3和比較例4進行的高溫放置試驗的結(jié)果如下。
在實例2中，放置時間段分別為70小時、170小時、340小時和500小時的情況下的傳導缺陷發(fā)生率分別為0％、0％、3％和5％。
在實例3中，放置時間段分別為70小時、170小時、340小時和500小時的情況下的傳導缺陷發(fā)生率均為0％。
在比較例3中，放置時間段分別為70小時、170小時、340小時和500小時的情況下的傳導缺陷發(fā)生率分別為19％、31％、54％和86％。
在比較例4中，放置時間段分別為70小時、170小時、340小時和500小時的情況下的傳導缺陷發(fā)生率分別為10％、28％、53％和71％。
基于上述高溫放置試驗的結(jié)果，已經(jīng)確認與傳統(tǒng)方法相比根據(jù)本實施例的磁頭的制造方法能夠大幅減少高溫環(huán)境下的傳導缺陷發(fā)生率。比較實例2的結(jié)果與實例3的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)作為形成層間絕緣膜的絕緣膜，與使用抗蝕劑膜相比使用氧化硅膜能夠進一步減少傳導缺陷的發(fā)生率。
本發(fā)明并不限于上述實施例，而可以覆蓋其它多種變化例。
例如，在上述實施例中，布摩擦處理與氮二流體處理組合進行。布摩擦處理可以不與氮二流體處理組合進行，而單獨進行。換言之，可以在形成互連層之后，單獨進行布摩擦處理，以及在不進行氮二流體處理的情況下，在其中埋置有互連層的層間絕緣膜上形成防擴散膜。
在上述實施例中，在布摩擦處理之后進行氮二流體處理。但是，也可以在布摩擦處理之前進行氮二流體處理。
在上述實施例中，在氮二流體處理中，將與氮氣同時噴射的水為添加氨的氫水。但是，在氮二流體處理中，將與氮氣同時噴射的水可以為適當?shù)募兯⒕哂腥芙庠诩兯械奶妓岬奶妓崴?、具有溶解在純水中的氫的氫水、添加氨的氫水或其它水?br> 在上述實施例中，在布摩擦處理時，使得包含添加氨的氫水的布朝著互連層表面摩擦。但是，可以使得包含未溶解氨的氫水的布朝著互連層表面摩擦。
在上述實施例中，SiOC膜、氧化硅膜、抗蝕劑膜等用于層間絕緣膜。但是，層間絕緣膜并不一定由這些膜構(gòu)成，而可以由多種絕緣膜構(gòu)成。作為層間絕緣膜，可以使用多種由無機絕緣材料構(gòu)成的絕緣膜和由有機絕緣材料構(gòu)成的絕緣膜等，其中所述無機絕緣材料包含硅(Si)和氧(O)，所述有機絕緣材料的實例為包含碳(C)和氫(H)的碳氫化合物。
在上述實施例中，形成SiC膜作為防止作為互連層材料的Cu擴散的防擴散膜。但是，作為防止Cu擴散的防擴散膜而形成的膜并不限于SiC膜。作為防止Cu擴散的防擴散膜，替代SiC膜，也可以使用氮化硅膜、聚酰亞胺膜、氮化鋯膜等。
在上述第一實施例中，在形成互連層74時，通過雙鑲嵌工藝將TaN膜70和Cu膜72同時埋置在通孔66和互連溝槽68中。但是，也可以相互獨立地形成通孔和互連溝槽，并通過單鑲嵌工藝埋置TaN膜和Cu膜。
在上述實施例中制造的是半導體器件和磁頭。但是，本發(fā)明廣泛適用于包括由Cu作為主要材料構(gòu)成的互連層的互連結(jié)構(gòu)的制造方法。
權(quán)利要求
1.一種半導體器件的制造方法，包括如下步驟在絕緣膜中形成開口；在該開口中形成以Cu作為主要材料的互連層；以及進行布摩擦處理，在該開口中埋置的該互連層表面上摩擦包含純水的布，其中該純水中溶解有氨和氫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體器件的制造方法，在所述進行布摩擦處理的步驟之后，還包括如下步驟在該絕緣膜和該互連層上形成用以防止Cu擴散的防擴散膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導體器件的制造方法，其中該防擴散膜為SiC膜或氮化硅膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體器件的制造方法，在所述形成互連層的步驟之后且在所述進行布摩擦處理的步驟之前，或者在所述進行布摩擦處理的步驟之后，還包括如下步驟進行氮二流體處理，將水和氮氣同時噴射到該開口中埋置的該互連層表面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導體器件的制造方法，其中在所述進行氮二流體處理的步驟中，與氮氣同時噴射的水為純水，該純水中溶解有氨和氫。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體器件的制造方法，在所述進行布摩擦處理的步驟之后，還包括如下步驟將氫等離子體照射到該絕緣膜表面和該互連層表面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體器件的制造方法，其中在所述形成互連層的步驟中，通過在其中形成有該開口的該絕緣膜上形成導電膜、拋光該導電膜以露出該絕緣膜并將該導電膜埋置在該開口中，形成由該導電膜構(gòu)成的互連層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導體器件的制造方法，其中在所述形成開口的步驟中，形成含有通孔和互連溝槽的開口，該互連溝槽形成在包含該通孔的區(qū)域中。
9.一種磁頭的制造方法，包括如下步驟在絕緣膜中形成具有線圈圖案的開口；在該開口中形成以Cu作為主要材料的互連層并形成線圈；以及進行布摩擦處理，在該開口中埋置的該互連層表面上摩擦包含純水的布，其中該純水中溶解有氨和氫。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁頭的制造方法，在所述進行布摩擦處理的步驟之后，還包括如下步驟在該絕緣膜和該互連層上形成用以防止Cu擴散的防擴散膜。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的磁頭的制造方法，其中該防擴散膜為SiC膜或氮化硅膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁頭的制造方法，在所述形成互連層的步驟之后且在所述進行布摩擦處理的步驟之前，或者所述進行布摩擦處理的步驟之后，還包括如下步驟進行氮二流體處理，將水和氮氣同時噴射到該開口中埋置的該互連層表面上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的磁頭的制造方法，其中在所述進行氮二流體處理的步驟中，與氮氣同時噴射的水為純水，該純水中溶解有氨和氫。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁頭的制造方法，在所述進行布摩擦處理的步驟之后，還包括如下步驟將氫等離子體照射到該絕緣膜表面和該互連層表面上。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁頭的制造方法，其中在所述形成互連層的步驟中，通過在其中形成有該開口的該絕緣膜上形成導電膜、拋光該導電膜以露出該絕緣膜并將該導電膜埋置在該開口中，形成由該導電膜構(gòu)成的互連層。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁頭的制造方法，其中該絕緣膜由包含Si和O的無機絕緣材料或包含C和H的有機絕緣材料構(gòu)成。
全文摘要
一種半導體器件的制造方法，包括如下步驟在層間絕緣膜34中形成互連溝槽38；在互連溝槽38中形成以Cu作為主要材料的互連層44；以及進行布摩擦處理，在互連溝槽38中埋置的互連層44表面上摩擦包含純水的布2，其中該純水中溶解有氨和氫。
文檔編號H01L21/3205GK101043020SQ20061010600
公開日2007年9月26日 申請日期2006年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月20日
發(fā)明者井谷司, 佐佐木真 申請人:富士通株式會社