专利名称：半导体器件的制造方法以及磁头的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种具有使用铜作为互连层主要材料的互连结构的半导体器件的制造方法，以及一种具有使用铜作为互连层主要材料的互连结构的磁头的制造方法。
背景技术：
随着半导体器件的规模越来越大以及集成度越来越高，随更新换代互连的设计规则已经减少。传统地，通过沉积互连材料以及利用光刻和干蚀刻图案化所沉积的互连材料来形成互连层，但是随着更新换代上述工艺开始出现技术限制。作为取代传统互连形成工艺的一种形成互连层的新工艺，目前正在使用所谓的镶嵌工艺，该镶嵌工艺在层间绝缘膜中形成沟槽图案和孔图案并将互连材料埋置该沟槽和该孔中。随着互连形成工艺的转换，铜(Cu)获得应用，铜具有低于通常用作互连材料的铝(Al)的特定的电阻且具有优异的电迁移阻力。
通过上述互连形成工艺而高度集成的半导体器件正在快速发展，这种半导体器件为包括半导体元件(例如晶体管等)的多层互连结构。与此相对，已经报道了许多用以通过抑制互连层中的电迁移等而改进半导体器件的可靠性的方法(参见例如日本公开待审专利申请2000-323476(专利文献1)、日本公开待审专利申请2002-246391(专利文献2)和日本公开待审专利申请2003-142580(专利文献3))。
在半导体器件工作时，器件自身产生热，因而其温度升高。通常已知当由于上述工作时温度升高以及形成多层互连结构之后的工艺等而导致所述多层互连结构暴露于高温环境下时，互连层中的Cu原子以及形成于该互连层中的孔(pore)迁移，从而在该互连层中形成大的空隙(void)，而这些空隙导致该互连层的传导缺陷。
在互连层宽度为1μm或更大的时代，互连层宽度对于该互连层中产生的空隙尺寸而言足够大。因而，由于空隙导致的传导缺陷对半导体器件的工作特性和可靠性影响不大。
但是，在互连层宽度为0.5μm或更小的时代，由于互连层中产生的空隙导致的互连电阻增加对半导体器件的工作特性和可靠性影响变得不可忽视。尤其是在形成今后0.2μm或更小宽度的微细互连层时，必须抑制由于空隙而导致的传导缺陷的产生。
上述专利文献1-3公开了用于提高半导体器件的可靠性的方法。这些方法通过提高互连层中的电迁移阻力而提高可靠性。但是，目前还没有提出针对由于热导致的空隙而产生的互连层传导缺陷的充分对策。
作为这种对策，本申请的申请人已经提出如下方法在互连层表面上同时喷射氮气和水，从而抑制由于热导致的空隙产生，以提高半导体器件的可靠性(参见日本公布待审专利申请2005-183814(专利文献4))。
同样，在磁记录装置(例如硬盘等)的磁头中，形成用于产生写磁场的线圈的互连层也越来越微细化。这种互连层的最小互连宽度已经低于1μm。因而，与在上述半导体器件的情况下一样，在磁头互连层中也必须采取针对由于热导致的空隙而产生的传导缺陷的对策。
在例如日本专利3003684(专利文献5)中也公开了相关现有技术。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种半导体器件的制造方法，该方法抑制高温环境中互连层中空隙的产生，从而抑制互连层的传导缺陷，并提高半导体器件的可靠性。
本发明的另一目的是提供一种磁头的制造方法，该方法抑制高温环境中互连层中空隙的产生，从而抑制互连层的传导缺陷，并提高磁头的可靠性。
根据本发明的一个方案，提供一种半导体器件的制造方法，包括如下步骤在绝缘膜中形成开口；在该开口中形成以Cu作为主要材料的互连层；以及进行布摩擦处理(cloth-rubbing processing)，在该开口中埋置的该互连层表面上摩擦包含纯水的布，其中该纯水中溶解有氨和氢。
根据本发明的另一方案，提供一种磁头的制造方法，包括如下步骤在绝缘膜中形成具有线圈图案的开口；在该开口中形成以Cu作为主要材料的互连层并形成线圈；以及进行布摩擦处理，在该开口中埋置的该互连层表面上摩擦包含纯水的布，其中该纯水中溶解有氨和氢。
根据本发明的半导体器件的制造方法包括如下步骤在绝缘膜中形成开口；在该开口中形成以Cu作为主要材料的互连层；以及进行布摩擦处理，即在该开口中埋置的该互连层表面上摩擦包含纯水的布，其中该纯水中溶解有氨和氢。从而能够抑制高温环境下互连层的Cu原子的迁移，从而能够降低互连层的传导缺陷的发生率。因此，能够提供具有良好抗应力迁移性和高可靠性的多层互连层的半导体器件。
根据本发明的磁头的制造方法包括如下步骤在绝缘膜中形成具有线圈图案的开口；在该开口中形成以Cu作为主要材料的互连层并形成线圈；以及进行布摩擦处理，在该开口中埋置的该互连层表面上摩擦包含纯水的布，其中该纯水中溶解有氨和氢。从而能够抑制高温环境下互连层的Cu原子的迁移，从而能够降低形成线圈的互连层的传导缺陷的发生率。因此，能够提供具有高可靠性的多层互连层的磁头。
图1为说明本发明的布摩擦处理的示意剖视图。
图2A和2B为经过本发明的布摩擦处理的互连层的Cu的氧化状态变化的XPS谱。
图3为在互连层上形成防扩散膜之后的表面二次离子质谱分析结果的图表。
图4为在互连层上形成的防扩散膜的表面粗糙度测量结果的图表。
图5A-5D、6A-6C、7A-7B、8A-8B、9A-9B、10A-10B、11A-11B、12A-12B、13和14A-14B为根据本发明第一实施例的半导体器件的制造方法步骤中的半导体器件剖视图，其示出该方法。
图15为磁头的透视图，其示出磁头的结构。
图16A-16C、17A-17B、18A-18B、19A-19B和20A-20B为根据本发明第二实施例的磁头的制造方法步骤中的磁头剖视图，其示出该方法。
具体实施例方式首先，参照图1-4说明本发明的原理。图1为说明本发明的布摩擦处理的示意剖视图。图2A和2B为经过本发明的布摩擦处理的互连层的Cu的氧化状态变化的XPS谱。图3为在互连层上形成防扩散膜之后的表面二次离子质谱分析结果的图表。图4为在互连层上形成的防扩散膜的表面粗糙度测量结果的图表。
根据本发明的半导体器件的制造方法主要特征在于包括如下步骤在绝缘膜中形成开口；在该开口中形成互连层，该互连层由Cu作为主要材料形成；以及进行布摩擦处理，该处理使用包含其中溶解有氨和氢的纯水的布来摩擦埋置在该开口中的互连层表面。
同样地，根据本发明的磁头的制造方法主要特征在于包括如下步骤在绝缘膜中形成线圈图案的开口；在该开口中形成互连层，该互连层形成线圈，并由Cu作为主要材料形成；以及进行布摩擦处理，该处理使用包含其中溶解有氨和氢的纯水的布来摩擦埋置在该开口中的互连层表面。
在镶嵌工艺中，在通过CMP(化学机械抛光)平坦化之后露出的以Cu作为主要材料的互连层表面基本由纯铜形成，而在最外表面上露出少量氧化层。传统地，紧随在通过CMP平坦化之后，就已经形成用于防止作为互连层材料的Cu扩散的SiC或其它材料的防扩散膜。当通过这种传统步骤形成的多层互连暴露于高温环境时，互连材料的Cu原子以及互连层中的孔迁移，从而导致在该互连层中产生空隙。这种空隙是导致互连层的传导缺陷的原因之一。
本申请的申请人提出一种半导体器件的制造方法，作为抑制产生由于这种空隙导致的传导缺陷的方法，该方法包括进行氮二流体(nitrogen-two-fluid)处理的步骤，其中在将互连层埋置在层间绝缘膜中的互连沟槽中并通过CMP平坦化之后，在形成用以防止作为互连材料的Cu扩散的防扩散膜之前，在该互连层表面上同时喷射氮气和水(参见专利文献4)。在专利文献4公开的氮二流体处理中，在互连层表面上同时喷射氮气与纯水、具有溶解在纯水中的碳酸的碳酸水等。
本申请的发明人发现在氮二流体处理步骤中将其中溶解有氨和氢的纯水用作与氮气同时喷射的水，能够大幅降低互连层传导缺陷的发生率。在本申请的说明书中，将其中溶解有氨和氢的纯水适当地称为“添加氨的氢水”(ammonia added hydrogen water)。
此外，本申请的发明人发现即使在将互连层埋置在层间绝缘膜中的互连沟槽中并通过CMP平坦化之后，以及在形成用以防止作为互连材料的Cu扩散的防扩散膜之前，通过在互连层表面上进行摩擦包含添加氨的氢水的布的布摩擦处理，将多层互连暴露于高温环境，也能够进一步降低传导缺陷的发生率。此外，本申请的发明人发现当在互连层表面上进行摩擦包含添加氨的氢水的布的布摩擦处理时，与进行氮二流体处理时相比，传导缺陷的发生率进一步降低。
参照图1说明本发明的布摩擦处理。
对本发明的布摩擦处理(即布抛光处理)而言，可以使用常用的抛光装置。例如，可以使用CMP(化学机械抛光)装置或其它装置。
如图所示，布摩擦处理中使用的抛光装置包括布2，其包含设置于抛光台1上的添加氨的氢水，抛光台1设置为在旋转轴上可旋转。在其上设置有布2的抛光台1上设置用于将添加氨的氢水滴至布2上的管嘴3。
采用这种抛光装置在待处理物5(由Cu作为主要材料形成的互连层)上进行布摩擦处理。待处理物5包括形成于衬底6上的绝缘膜7。由Cu作为主要材料形成的互连层埋置在绝缘膜7中。在绝缘膜7的表面上露出该互连层的表面。
在上述布摩擦处理中，当添加氨的氢水4从管嘴3供给到布2上时，在待处理物5的待处理面保持与布2按压接触(press-contact)的情况下，旋转抛光台1，其中该待处理物5的待处理面具有埋置在绝缘膜7中的互连层的露出表面。因此，包含添加氨的氢水的布2摩擦由Cu作为主要材料形成的互连层表面。
通过本发明的摩擦处理产生的传导缺陷发生率下降将归因于与氮二流体处理中相同的因素，在该摩擦处理中，包含添加氨的氢水的布摩擦由Cu作为主要材料形成的互连层表面。
作为第一因素，添加氨的氢水将还原露出的Cu层的表面或者防止Cu层表面的氧化。
作为第二因素，使用添加氨的氢水进行布摩擦处理，Cu层表面的氮量将增加。
此外，作为第三因素，添加氨的氢水将清洁露出的Cu层的表面并从该表面去除灰尘。
除上述因素之外，本发明还具有互连层表面受布摩擦的机械因素。因此，与氮二流体处理相比，上述第一至第三因素更有助于减少传导缺陷的发生。因而，本发明能够更有效地减少传导缺陷的发生。
例如，在布摩擦处理中，如图1所示，通过待处理物5的待处理面与布2之间的摩擦在二者之间的接触面处将产生氢基8。氢基8将使得还原Cu层露出表面以及防止Cu层表面氧化的效应增强。
图2A和2B示出对试样的Cu层表面使用添加氨的氢水进行布摩擦处理前后氧化状态的XPS(X射线光电子光谱法)测量结果，其中该试样的Cu层通过CMP平坦化，清洗，并在大气中放置10小时。图2A为使用添加氨的氢水进行布摩擦处理前的XPS谱，图2B为使用添加氨的氢水进行布摩擦处理后的XPS谱。
如图2A所示，在布摩擦处理之前，观测到Cu的峰值和Cu氧化物的峰值。但是，如图2B所示，在布摩擦处理之后，Cu氧化物的峰值基本消失。
基于图2A和2B所示的XPS测量结果，可见使用添加氨的氢水的布摩擦处理还原和去除了Cu层表面上的氧化层。
图3为在其中埋置有互连层的层间绝缘膜上形成作为防扩散膜的SiC膜之后半导体器件表面附近的二次离子质谱分析结果图表，其中该互连层通过镶嵌工艺由Cu作为主要材料而形成。在图3中，深度轮廓线(depth profile)A代表如下情况的结果形成互连层，顺序进行使用添加氨的氢水的布摩擦处理以及同时喷射添加氨的氢水和氮气的氮二流体处理，然后在其中埋置有互连层的层间绝缘膜上形成SiC膜。深度轮廓线B代表如下情况的结果形成互连层，在不进行布摩擦处理的情况下进行同时喷射添加氨的氢水和氮气的氮二流体处理，然后在其中埋置有互连层的层间绝缘膜上形成SiC膜。深度轮廓线C代表如下情况的结果形成互连层，然后在不进行布摩擦处理以及氮二流体处理的情况下在其中埋置有互连层的层间绝缘膜上直接形成SiC膜。
图3所示的二次离子质谱分析结果表明在不进行布摩擦处理而进行氮二流体处理的情况下(曲线B)，与不进行任何处理的情况(曲线C)相比，位于以Cu为主要材料的互连层与SiC膜之间的界面附近的氮量增加，尽管增加量较小。此外，发现在进行布摩擦处理的情况下(曲线A)，与不进行布摩擦处理但进行氮二流体处理的情况(曲线B)以及不进行任何处理的情况(曲线C)相比，位于互连层与SiC膜之间的界面附近的氮量进一步增加。
上述结果表明通过进行氮二流体处理以及使用添加氨的氢水的布摩擦处理，使得氮吸附到Cu层表面上或以化合物的形式存在于Cu层表面上，并通过使用添加氨的氢水进行布摩擦处理而增加氮量。
通过将氮吸附到以Cu为主要材料的互连层的表面上，即使在互连层暴露于高温环境时也会降低该互连层传导缺陷的发生率，其机制如下。即，当在氮吸附到以Cu为主要材料的互连层的表面上的情况下形成用以防止Cu扩散的防扩散膜时，氮的存在使得在高温环境下互连层的Cu原子难以迁移。从而抑制互连层中空隙的产生，使得互连层的传导缺陷发生率降低，能够提高互连层的应力迁移阻力。
基于形成于互连层上的防扩散膜的平均粗糙度测量结果(如图4所示)，可以确定使用添加氨的氢水的布摩擦处理抑制了高温环境下互连层中Cu原子的迁移。
图4为形成于层间绝缘膜上的SiC膜的表面平均粗糙度测量结果的图表，其中该层间绝缘膜中具有通过镶嵌工艺埋置的互连层。对以下情况分别测量紧接在沉积后的SiC膜的平均表面粗糙度和沉积后在200℃下放置504小时的SiC膜的平均表面粗糙度即，顺序进行本发明的使用添加氨的氢水的布摩擦处理以及使用添加氨的氢水的氮二流体处理的情况；不进行上述布摩擦处理，而进行使用添加氨的氢水的氮二流体处理的情况；以及不进行上述布摩擦处理以及氮二流体处理的情况。利用原子力显微镜测量平均表面粗糙度。对每种情况而言，平均粗糙度的变化量通过从紧接在热处理后的SiC膜平均表面粗糙度中减去紧接在沉积后的SiC膜平均表面粗糙度而得出。
图4所示的图表示出在氮二流体处理的情况下，与不进行布摩擦处理以及氮二流体处理的情况相比，平均表面粗糙度通常较小，且由热处理导致的平均表面粗糙度的变化量抑制为较小。该图表还示出使用添加氨的氢水的布摩擦处理使得平均表面粗糙度进一步减小，并且将由热处理导致的平均表面粗糙度的变化量抑制为更小。
如上所述，使用添加氨的氢水的布摩擦处理，能够将形成于互连层上的防扩散膜的由热处理导致的平均表面粗糙度变化量抑制为较小。基于此，使用添加氨的氢水的布摩擦处理将使得由热处理导致的互连层的Cu原子迁移变得困难，从而能够抑制互连层中空隙的产生。
如上所述，根据本发明，在以Cu为主要材料的互连层埋置在互连沟槽中并通过CMP平坦化之后，并且在形成Cu防扩散膜之前，进行对着互连层表面摩擦包含添加氨的氢水的布的布摩擦处理，从而抑制高温环境下互连层的Cu原子迁移，并能够抑制互连层中空隙的产生。
因此，根据本发明的半导体器件的制造方法能够提供具有良好互连层应力迁移阻力以及高可靠性的半导体器件。
如上所述，在磁记录装置(例如硬盘等)的磁头中，形成用以产生写入磁场的线圈的互连层也逐渐微细化，因而抑制该互连层中的空隙产生成为问题。
根据本发明的半导体器件的制造方法，形成用以产生写入磁场的线圈的互连层中空隙的产生能够被抑制，从而能够提供高可靠性的磁头。
本发明使用添加氨的氢水的布摩擦处理的详细条件等如下。
用以在布摩擦处理中对着互连层表面摩擦布的装置可以为如上所述的普通抛光装置，并且可以根据待处理物体的所需精度等适当选择。例如，可使用CMP装置。
在布摩擦处理中的布包含的、用于添加氨的氢水中的纯水可具有适用于半导体器件制造工序的纯度。例如，该纯水可具有例如17.6MΩ·cm以上(含17.6MΩ·cm)的电阻率，并且属于每毫升几个颗粒(颗粒直径为0.5μm以下(不含0.5μm))的数量级。
将氨和氢溶解在上述纯水中以制备添加氨的氢水。该添加氨的氢水中的氨浓度设定为例如0.1-5.0ppm，并将氢浓度设定为例如0.1-5.0ppm。
在布摩擦处理中，可将从管嘴滴到布上的添加氨的氢水的流速适当设定为所需值，例如20-300毫升/分钟，优选50-200毫升/分钟。这是因为当流速太大时摩擦处理的效果不充分，而当流速太小时又可能损伤图案。
可将用以在布与待处理物体的处理表面按压接触的情况下旋转抛光台时、在抛光台上按压待处理物体的压力适当设定为所需值，例如0.01-0.35kg/cm2，优选0.04-0.21kg/cm2。这是因为当压力太小时布摩擦处理的效果不充分，而当压力太大时又可能破坏图案。
布摩擦处理的时间段可根据各种条件(例如添加氨的氢水的流速、施加于待处理物体上的压力等)适当设定，并可以设定为例如20-300秒。
本发明的布摩擦处理可与氮二流体处理组合，或者可单独进行而不与氮二流体处理组合。即，可以形成以Cu为主要材料的互连层，然后顺序进行本发明的布摩擦处理和氮二流体处理，然后在其中埋置有该互连层的层间绝缘膜上形成防扩散膜。可在进行本发明的布摩擦处理之前进行氮二流体处理。也可以在形成以Cu为主要材料的互连层之后，单独进行本发明的布摩擦处理，以及在不进行氮二流体处理的情况下，在其中埋置有该互连层的层间绝缘膜上形成防扩散膜。
在与本发明的布摩擦处理组合的氮二流体处理中，要与氮气同时喷射的水可以为适当的纯水、具有溶解在纯水中的碳酸的碳酸水、具有溶解在纯水中的氢的氢水、添加氨的氢水或其它水。
在上文中，在布摩擦处理中，包含添加氨的氢水的布摩擦互连层表面。但是，也可以在没有氨溶解在具有溶解在纯水中的氢的氢水中的情况下，包含该氢水的布摩擦互连层表面。在这种情况下，同样可以还原互连层表面或防止互连层表面被氧化，并可以清洗互连层表面，从而能够防止传导缺陷的产生。
在上述布摩擦处理之后且在形成防扩散膜之前，可进行氢等离子体处理，将氢等离子体照射(apply)至其中埋置有互连层的层间绝缘膜的表面。在层间绝缘膜表面以及互连层表面上进行氢等离子体处理，从而清洁上述表面，能够形成高粘附力的防扩散膜。因此，能够提高包括这种互连结构的半导体器件以及磁头的可靠性。
参照图5A-5D、6A-6C、7A-7B、8A-8B、9A-9B、10A-10B、11A-11B、12A-12B、13和14A-14B说明根据第一实施例的半导体器件的制造方法。图5A-5D、6A-6C、7A-7B、8A-8B、9A-9B、10A-10B、11A-11B、12A-12B、13和14A-14B为根据本发明第一实施例的半导体器件的制造方法步骤中的半导体器件剖视图，其示出该方法。
首先，以与例如常用MOS晶体管制造方法相同的方法，在半导体衬底10上形成包括栅极14和源极/漏极扩散层16的MOS晶体管，其中半导体衬底10上形成有器件隔离膜12(参见图5A)。可以在半导体衬底10上形成不同于MOS晶体管的多种半导体器件。
然后，在其上形成有MOS晶体管的半导体衬底10上，通过例如化学气相沉积(CVD)方法形成厚度例如为0.1μm的氮化硅膜18。
接着，在氮化硅膜18上通过例如CVD方法形成厚度例如为1.5μm的硅酸磷玻璃(PSG，phosphorous silicate glass)膜20。沉积PSG膜20的衬底温度设定为例如600℃。
然后，通过例如CMP方法抛光PSG膜20的表面直至PSG膜20的膜厚变为例如200nm，从而平坦化PSG膜20的表面。
接着，在PSG膜20上通过例如CVD方法形成厚度例如为50nm的SiC膜22(参见图5B)。SiC膜22用作钝化膜。
因而，由顺次层叠的氮化硅膜18、PSG膜20和SiC膜22形成层间绝缘膜24。
接着，通过光刻和干蚀刻，在SiC膜22、PSG膜20和氮化硅膜18中形成下至硅衬底10的接触孔26。
然后，通过例如CVD方法，在整个表面上顺序形成厚度例如为15nm的钛(Ti)膜、厚度例如为15nm的氮化钛(TiN)膜和厚度例如为300nm的钨(W)膜。
接着，通过例如CMP方法来抛光W膜、TiN膜和Ti膜，直至露出层间绝缘膜24的表面，从而去除层间绝缘膜24上的W膜、TiN膜和Ti膜。因此，形成由Ti膜、TiN膜和W膜构成的接触塞28，该接触塞28埋置在接触孔26内(参见图5C)。
然后，在层间绝缘膜24的SiC膜22上，通过例如等离子体CVD方法形成厚度例如为150nm的SiOC膜30，其中层间绝缘膜24中埋置有接触塞28。
然后，在SiOC膜30上通过例如等离子体CVD方法形成厚度例如为100nm的氧化硅膜32。
因而，在SiC膜22上形成由顺序层叠的SiOC膜30和氧化硅膜32构成的层间绝缘膜34(参见图5D)。
接着，形成光致抗蚀剂膜36，其用以露出在其中将形成互连沟槽的层间绝缘膜34的区域(参见图6A)。
然后，利用光致抗蚀剂膜36作为掩模以及利用SiC膜22作为停止层，顺序蚀刻氧化硅膜32和SiOC膜30。因此，在氧化硅膜32和SiOC膜30中形成互连沟槽38。在已经形成互连沟槽38之后，去除用作掩模的光致抗蚀剂膜36(参见图6B)。
接着，通过例如溅射方法在整个表面上连续沉积阻挡金属层40，该阻挡金属层40由厚度例如为30nm的氮化钽(TaN)膜和厚度例如为30nm的Cu膜构成。
然后，利用形成于阻挡金属层40上的Cu膜作为籽晶(seed)，通过电解电镀方法进一步沉积Cu膜，以形成总厚度为例如1μm的Cu膜42(参见图6C)。
接着，通过CMP方法抛光Cu膜42和阻挡金属层40，直至露出氧化硅膜32，以去除氧化硅膜32上的Cu膜42和阻挡金属层40。在已经去除氧化硅膜32上的Cu膜42和阻挡金属层40之后，进行预定的清洗处理。因而，由阻挡金属层40和Cu膜42形成互连层44，其中该阻挡金属层40由用以防止Cu扩散的TaN膜构成，该Cu膜42形成埋置在互连沟槽38内的互连层的主要部分(参见图7A)。
在已经通过CMP埋置互连层44之后，在层间绝缘膜34表面朝向抛光装置的抛光台1上的布2按压的情况下，旋转抛光台1，其中在所述层间绝缘膜34表面处露出互连层44的表面。同时将添加氨的氢水4从管嘴3滴到抛光台1上的布2上(参见图7B)。因而，在互连层44表面上进行布摩擦处理，即摩擦包含添加氨的氢水的布2。进行上述布摩擦处理的抛光装置为例如CMP装置，用以包含添加氨的氢水的布2为CMP抛光垫。具体地，该抛光装置为例如Applied Materials股份有限公司生产的CMP装置。用以包含添加氨的氢水的布2为IC1400(Nitta Haas公司生产的抛光垫)。上述布摩擦处理的条件例如为抛光台1的旋转频率为100rpm；朝向抛光台1按压衬底的压力为0.18kg/cm2；添加氨的氢水的氨浓度为1ppm；供给至布2的添加氨的氢水的流速为150毫升/分钟；以及处理时间段为60秒。
使用添加氨的氢水进行布摩擦处理，从而还原互连层44的表面，并防止互连层44的表面被氧化。清洁互连层44的表面。此外，当半导体器件暴露于高温环境下时，互连层44的Cu原子的迁移受到抑制，从而能够抑制在互连层44中产生空隙。由此能够抑制互连层44的传导缺陷的产生。
在使用添加氨的氢水进行布摩擦处理之后，进行氮二流体处理，即在层间绝缘膜34表面和互连层44表面上同时喷射添加氨的氢水和氮气。该氮二流体处理的条件例如为处理时间段为30秒；添加氨的氢水的氨浓度为1ppm；添加氨的氢水的流速为150毫升/分钟；氮气的流速为50升/分钟。可以对添加氨的氢水施加超声振动，并将施加超声振动之后的添加氨的氢水和氮气同时喷射到层间绝缘膜34表面上和互连层44表面上。
在氮二流体处理中，通过例如设置在层间绝缘膜34表面和互连层44表面附近的喷射装置的管嘴46，将添加氨的氢水和氮气同时喷射到层间绝缘膜34表面上和互连层44表面上(参见图8A)。此时，适当设置管嘴46的位置，以在相应位置喷射添加氨的氢水和氮气。或者，在适当设置管嘴46的同时喷射添加氨的氢水和氮气。因此，将添加氨的氢水和氮气均匀喷射到埋置在互连沟槽38内的互连层44的整个表面上。
进行上述氮二流体处理，从而防止互连层44的表面氧化。还清洁互连层44的表面。此外，当半导体器件暴露于高温环境下时，互连层44的Cu原子的迁移受到抑制，从而能够抑制在互连层44中产生空隙。由此能够抑制互连层44的传导缺陷的产生。
在氮二流体处理之后，将氢等离子体照射到层间绝缘膜34表面上和互连层44表面上。照射氢等离子体清洁了层间绝缘膜34表面以及互连层44表面，从而能够在层间绝缘膜34上和互连层44上形成高粘附力的防扩散膜。因此，能够提高半导体器件的可靠性。
在照射氢等离子体之后，通过例如等离子体CVD方法在层间绝缘膜34和互连层44上形成例如50nm厚的SiC膜48(参见图8B)。SiC膜48用作防止作为互连层材料的Cu扩散的防扩散膜。
接着，通过例如等离子体CVD方法在SiC膜48上形成例如450nm厚的SiOC膜54。
然后，通过例如等离子体CVD方法在SiOC膜54上形成例如100nm厚的氧化硅膜56。
接着，通过例如等离子体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将用作下文所述的用以形成互连沟槽等的蚀刻硬掩模。
因而，在具有埋置在互连沟槽38内的互连层44的层间绝缘膜34上，形成层间绝缘膜60，该层间绝缘膜60由顺序层叠的SiC膜48、SiOC膜54、氧化硅膜56和氮化硅膜58构成(参见图9A)。
然后，通过光刻法在氮化硅膜58上形成光致抗蚀剂膜62，该光致抗蚀剂膜62用以露出待形成在氧化硅膜56和SiOC膜54中的互连层的区域(参见图9B)。
接着，利用光致抗蚀剂膜62作为掩模，各向异性蚀刻氮化硅膜58。在已经蚀刻氮化硅膜58之后，去除用作掩模的光致抗蚀剂膜62(参见图10A)。
接着，通过光刻法在氮化硅膜58和通过蚀刻氮化硅膜58露出的氧化硅膜56上形成光致抗蚀剂膜64，该光致抗蚀剂膜64用以露出在其中待形成通孔的区域(参见图10B)。
然后，利用光致抗蚀剂膜64作为掩模，蚀刻氧化硅膜56和SiOC膜54。在该蚀刻中，调整蚀刻时间段以使蚀刻停止于SiOC膜54中心附近。在该蚀刻已经完成之后，去除用作掩模的光致抗蚀剂膜64(参见图11A)。
然后，利用氮化硅膜58作为硬掩模，蚀刻氧化硅膜56、SiOC膜54和SiC膜48。因而，在SiOC膜54和SiC膜48中形成用以埋置互连层的通路部分的通孔66，并在氧化硅膜56中和包含通孔66的区域内的SiOC膜54中形成用以埋置互连层的互连沟槽68(参见图11B)。
接着，通过例如溅射方法在整个表面上连续沉积阻挡金属层70，该阻挡金属层70由厚度例如为30nm的TaN膜和厚度例如为30nm的Cu膜构成。
然后，利用形成于阻挡金属层70上的Cu膜作为籽晶，通过电解电镀方法进一步沉积Cu膜，以形成总厚度为例如1μm的Cu膜72(参见图12A)。
接着，通过CMP方法抛光Cu膜72和TaN膜的阻挡金属层70，直至露出氮化硅膜58，以去除氮化硅膜58上的Cu膜72和阻挡金属层70。在已经去除氮化硅膜58上的Cu膜72和阻挡金属层70之后，进行预定的清洗处理。因而，由阻挡金属层70和Cu膜72形成互连层74，其中该阻挡金属层70由用以防止Cu扩散的TaN膜构成，该Cu膜72形成埋置在通孔66和互连沟槽68内的互连层的主要部分(参见图12B)。互连层74经由埋置在通孔66内的通路部分电连接至互连层44。
在已经通过CMP方法埋置互连层74之后，以与形成互连层44的方法相同的方法，在互连层74表面上进行布摩擦处理，即摩擦包含添加氨的氢水的布2(参见图13)。上述使用添加氨的氢水的布摩擦处理也能够还原互连层74的表面，并防止互连层74的表面被氧化。也清洁互连层74的表面。此外，当半导体器件暴露于高温环境下时，互连层74的Cu原子的迁移受到抑制，从而能够抑制在互连层74中产生空隙。由此能够抑制互连层74的传导缺陷的产生。
在使用添加氨的氢水进行布摩擦处理之后，以与形成互连层44的方法相同的方法，进行氮二流体处理，即在层间绝缘膜60表面和互连层74表面上同时喷射添加氨的氢水和氮气(参见图14A)。上述氮二流体处理也能够还原互连层74的表面并防止互连层74的表面氧化。还清洁互连层74的表面。此外，当半导体器件暴露于高温环境下时，互连层74的Cu原子的迁移受到抑制，从而能够抑制在互连层74中产生空隙。由此能够抑制互连层74的传导缺陷的产生。
在氮二流体处理之后，以与形成互连层44的方法相同的方法，将氢等离子体照射到层间绝缘膜60表面上和互连层74表面上。照射氢等离子体清洁了层间绝缘膜60表面以及互连层74表面，并能够在层间绝缘膜60上和互连层74上形成高粘附力的防扩散膜。因此，能够提高半导体器件的可靠性。
在照射氢等离子体之后，通过例如等离子体CVD方法在层间绝缘膜60和互连层74上形成例如50nm厚的SiC膜76(参见图14B)。SiC膜76用作防止作为互连层材料的Cu扩散的防扩散膜。
之后，适当重复与图9A-9B、10A-10B、11A-11B、12A-12B、13和14A-14B所示相同的步骤，以在其上形成有MOS晶体管的硅衬底10上形成多个互连层的多层互连结构。
如上所述，根据本实施例，在将成为互连层的TaN膜和Cu膜已经埋置在层间绝缘膜中的开口(例如互连沟槽、通孔等)中并通过CMP平坦化之后，并且在用作防止作为互连层材料的Cu扩散的防扩散膜的SiC膜形成之前，进行布摩擦处理，即在互连层表面上摩擦包含添加氨的氢水的布，从而能够还原互连层的表面，并防止互连层的表面被氧化。还可以清洁互连层的表面。此外，能够抑制高温环境下互连层的Cu原子的迁移，从而能够抑制在互连层中产生空隙。因而，根据本实施例半导体器件的制造方法能够提供包括具有良好抗应力迁移性和高可靠性的互连层的半导体器件。
根据本实施例，在已经顺序进行布摩擦处理和氮二流体处理之后，将氢等离子体照射到层间绝缘膜表面和互连层表面上，清洁层间绝缘膜表面和互连层表面，从而能够形成高粘附力SiC膜，该SiC膜用作防止作为互连层材料的Cu扩散的防扩散膜。因此，能够增加半导体器件的可靠性。
(评估结果)接下来说明根据本实施例的半导体器件的制造方法的评估结果。通过根据本实施例的半导体器件制造方法来制造具有多层互连结构的半导体器件，并对其进行高温放置试验以测量传导缺陷的发生率。
对包括5层互连层和由铝构成的电极焊盘的半导体器件进行高温放置试验，其中所述5层互连层和电极焊盘是在以氧化硅膜作为层间绝缘膜的情况下通过根据本实施例的半导体器件制造方法而形成的。进行高温放置试验的实例1如下。
在实例1中，进行摩擦包含添加氨的氢水的布的布摩擦处理，以及同时喷射添加氨的氢水和氮气的氮二流体处理。在该布摩擦处理中抛光装置为Applied Materials股份有限公司生产的CMP装置；用以包含添加氨的氢水的布为抛光垫(Nitta Haas公司生产的IC1400)；抛光台的旋转频率为100rpm；朝向抛光台按压衬底的压力为0.18kg/cm2；添加氨的氢水的氨浓度为1ppm；供给至布的添加氨的氢水的流速为150毫升/分钟；以及处理时间段为60秒。在该氮二流体处理中添加氨的氢水的氨浓度为1ppm；添加氨的氢水的流速为150毫升/分钟；氮气的流速为50升/分钟；处理时间段为30秒。
在高温放置试验中，放置半导体器件的温度设定为235℃，放置半导体器件的时间段为70小时、170小时、340小时和500小时。分别测量上述情况下的传导缺陷发生率。
对以下比较例1和比较例2进行相同的高温放置试验。
在比较例1中，将互连层埋置在互连沟槽内并通过CMP平坦化，然后在不进行布摩擦处理的情况下，进行同时喷射添加氨的氢水和氮气的氮二流体处理，然后形成防扩散膜。在该氮二流体处理中添加氨的氢水的氨浓度为1ppm；添加氨的氢水的流速为150毫升/分钟；氮气的流速为50升/分钟；处理时间段为30秒；以及对添加氨的氢水施加1MHz和60W的超声振动。
在比较例2中，将互连层埋置在互连沟槽中并通过CMP平坦化，然后在不进行布摩擦处理和氮二流体处理的情况下直接形成防扩散膜。
除不进行布摩擦处理以及不进行布摩擦处理和氮二流体处理之外，以与实例1相同的方法制造根据比较例1和比较例2的半导体器件。
对实例1、比较例1和比较例2进行的高温放置试验的结果如下。
在实例1中，放置时间段分别为70小时、170小时、340小时和500小时的情况下的传导缺陷发生率均为0％。
在比较例1中，放置时间段分别为70小时、170小时、340小时和500小时的情况下的传导缺陷发生率分别为1％、3％、7％和11％。
在比较例2中，放置时间段分别为70小时、170小时、340小时和500小时的情况下的传导缺陷发生率分别为10％、32％、55％和68％。
基于上述高温放置试验的结果，已经确认与传统方法相比根据本实施例的半导体器件的制造方法能够大幅减少高温环境下的传导缺陷发生率。
参照图15、16A-16C、17A-17B、18A-18B、19A-19B和20A-20B说明根据本发明第二实施例的半导体器件的制造方法。图15为磁头的透视图，其示出磁头的结构。图16A-16C、17A-17B、18A-18B、19A-19B和20A-20B为根据本发明第二实施例的磁头的制造方法步骤中的磁头剖视图，其示出该方法。
图15示出硬盘的感应式薄膜磁头的结构。图16A-16C、17A-17B、18A-18B、19A-19B和20A-20B示出图15所示感应式薄膜磁头的线圈的第一层和第二层的形成步骤。在图16A-16C、17A-17B、18A-18B、19A-19B和20A-20B中，适当省略除线圈之外的部件。在以下说明中，将省略再现磁头(reproduction head)，而仅说明感应式薄膜磁头。
首先，如图15所示，在预定图案中形成记录元件层(未示出)之后，在将成为滑动器(slider)基体的Al2O3-TiC衬底78上形成Al2O3膜(未示出)，然后形成由NiFe合金构成的预定图案的下磁芯层80。
然后，通过溅射或其它方法在下磁芯层80上形成Al2O3构成的写间隙层(write gap layer)82。露出下磁芯层80的接触部分81，该接触部分81将在后面的步骤中连接至上磁芯层122。
然后，抗蚀剂被涂覆在写间隙层82上，以预定图案进行图案化，加热至例如200℃并固化，以形成厚度约为例如3.5μm的层间绝缘膜84。在图15中，省略除下磁芯层80与上磁芯层122之间区域之外的区域的层间绝缘膜。
然后，将抗蚀剂86涂覆到层间绝缘膜84上(参见图16A)。并形成第一层的互连沟槽88，该互连沟槽88具有平面螺旋形线圈图案，将该互连沟槽88加热至例如200℃并固化。因而，形成具有互连沟槽88的例如3μm厚的层间绝缘膜90，该互连沟槽88具有第一层线圈图案(参见图16B)。
接着，通过例如溅射方法在整个表面上连续沉积阻挡金属层92，该阻挡金属层92由厚度例如为30nm的TaN膜和厚度例如为30nm的Cu膜构成。
接着，利用形成于阻挡金属层92上的Cu膜作为籽晶，通过电解电镀方法进一步沉积Cu膜，以形成总厚度为例如3μm的Cu膜94。
然后，通过CMP方法抛光Cu膜94和阻挡金属层92，直至露出层间绝缘膜90，以去除层间绝缘膜90上的Cu膜94和阻挡金属层92。在已经去除层间绝缘膜90上的Cu膜94和阻挡金属层92之后，进行预定的清洗处理。因而，由阻挡金属层92和Cu膜94形成互连层96，其中该阻挡金属层92由用以防止Cu扩散的TaN膜构成，该Cu膜94形成埋置在互连沟槽88中的互连层的主要部分(参见图16C)。互连层96形成第一层的平面螺旋形线圈。
在已经通过CMP方法埋入互连层96之后，在层间绝缘膜90表面朝向抛光装置的抛光台1上的布2按压的情况下，旋转抛光台1，其中在层间绝缘膜90表面处露出互连层96的表面。同时将添加氨的氢水4从管嘴3滴到抛光台1上的布2上(参见图17A)。因而，在互连层96表面上进行布摩擦处理，即摩擦包含添加氨的氢水的布2。进行上述布摩擦处理的抛光装置为例如CMP装置，用以包含添加氨的氢水的布2为CMP抛光垫。具体地，该抛光装置为例如Applied Materials股份有限公司生产的CMP装置。用以包含添加氨的氢水的布2为IC1440(Nitta Haas公司生产的抛光垫)。上述布摩擦处理的条件例如为抛光台1的旋转频率为70rpm；朝向抛光台1按压衬底的压力为0.18kg/cm2；添加氨的氢水的氨浓度为1ppm；供给至布2的添加氨的氢水的流速为200毫升/分钟；以及处理时间段为60秒。
使用添加氨的氢水进行上述布摩擦处理，从而还原互连层96的表面，并防止互连层96的表面被氧化。清洁互连层96的表面。此外，当磁头暴露于高温环境下时，互连层96的Cu原子的迁移受到抑制，从而能够抑制在互连层96中产生空隙。由此能够抑制互连层96的传导缺陷的产生。
在使用添加氨的氢水进行布摩擦处理之后，进行氮二流体处理，即在层间绝缘膜90表面和互连层96表面上同时喷射添加氨的氢水和氮气，其中该添加氨的氢水通过将氨和氢溶解在纯水中而制备(参见图17B)。该氮二流体处理的条件例如为处理时间段为30秒；添加氨的氢水的氨浓度为1ppm；添加氨的氢水的流速为150毫升/分钟；氮气的流速为50升/分钟。可以对添加氨的氢水预先施加超声振动，并将施加超声振动之后的添加氨的氢水和氮气同时喷射到层间绝缘膜90表面上和互连层96表面上。
进行上述氮二流体处理，从而防止互连层96的表面氧化。还清洁互连层96的表面。此外，当磁头暴露于高温环境下时，互连层96的Cu原子的迁移受到抑制，从而能够抑制在互连层96中产生空隙。由此能够抑制互连层96的传导缺陷的产生。
在氮二流体处理之后，将氢等离子体照射到层间绝缘膜90表面上和互连层96表面上。照射氢等离子体清洁了层间绝缘膜90表面以及互连层96表面，从而能够在层间绝缘膜90上和互连层96上形成高粘附力的防扩散膜。因此，能够提高磁头的可靠性。
在照射氢等离子体之后，通过例如等离子体CVD方法在层间绝缘膜90和互连层96上形成例如50nm厚的SiC膜98。SiC膜98用作防止作为互连层材料的Cu扩散的防扩散膜。
然后，抗蚀剂被涂覆在SiC膜98上，以预定图案图案化，加热至例如200℃并固化，以形成厚度为例如3.5μm的绝缘膜100。
因而，形成由顺序层叠的SiC膜98和绝缘膜100构成的层间绝缘膜102。
然后，将抗蚀剂104涂覆到层间绝缘膜102上(参见图18A)。并形成第二层的互连沟槽106，该互连沟槽106具有平面螺旋形线圈图案，将该互连沟槽106加热至例如200℃并固化。因而，形成具有互连沟槽106的例如3μm厚的层间绝缘膜108，该互连沟槽106具有第二层线圈图案(参见图18B)。
接着，通过例如溅射方法在整个表面上连续沉积阻挡金属层110，该阻挡金属层110由厚度例如为30nm的TaN膜和厚度例如为30nm的Cu膜构成。
接着，利用形成于阻挡金属层110上的Cu膜作为籽晶，通过电解电镀方法进一步沉积Cu膜，以形成总厚度为例如3μm的Cu膜112。
然后，通过CMP方法抛光Cu膜112和阻挡金属层110，直至露出层间绝缘膜108，以去除层间绝缘膜108上的Cu膜112和阻挡金属层110。在已经去除层间绝缘膜108上的Cu膜112和阻挡金属层110之后，进行预定的清洗处理。因而，由阻挡金属层110和Cu膜112形成互连层114，其中该阻挡金属层110由用以防止Cu扩散的TaN膜构成，该Cu膜112形成埋置在互连沟槽106中的互连层的主要部分(参见图19A)。互连层114形成第二层的平面螺旋形线圈。
在已经通过CMP方法埋置互连层114之后，以与形成互连层96的方法相同的方法，在互连层114表面上进行布摩擦处理，即摩擦包含添加氨的氢水的布2(参见图19B)。上述使用添加氨的氢水的布摩擦处理也能够还原互连层114的表面，并防止互连层114的表面被氧化。也清洁互连层114的表面。此外，当磁头暴露于高温环境下时，互连层114的Cu原子的迁移受到抑制，从而能够抑制在互连层114中产生空隙。由此能够抑制互连层114的传导缺陷的产生。
在使用添加氨的氢水进行布摩擦处理之后，以与形成互连层96的方法相同的方法，进行氮二流体处理，即在层间绝缘膜108表面和互连层114表面上同时喷射添加氨的氢水和氮气(参见图20A)。上述氮二流体处理也能够还原互连层114的表面，并防止互连层114的表面被氧化。也清洁互连层114的表面。此外，当磁头暴露于高温环境下时，互连层114的Cu原子的迁移受到抑制，从而能够抑制在互连层114中产生空隙。由此能够抑制互连层114的传导缺陷的产生。
在氮二流体处理之后，以与形成互连层96的方法相同的方法，将氢等离子体照射到层间绝缘膜108表面上和互连层114表面上。照射氢等离子体清洁了层间绝缘膜108表面以及互连层114表面，从而能够在层间绝缘膜108上和互连层114上形成高粘附力的防扩散膜。因此，能够提高磁头的可靠性。
在照射氢等离子体之后，通过例如等离子体CVD方法在层间绝缘膜108和互连层114上形成例如50nm厚的SiC膜116。SiC膜116用作防止作为互连层材料的Cu扩散的防扩散膜。
然后，抗蚀剂被涂覆在SiC膜116上，以预定图案图案化，加热至例如200℃并固化，以形成厚度约为例如3.5μm的绝缘膜118。
因而，形成由顺序层叠的SiC膜116和绝缘膜118构成的层间绝缘膜120(参见图20B)。
接着，通过溅射方法形成NiFe电镀籽晶层(未示出)，并以光致抗蚀剂掩模(未示出)作为电镀框架(plating frame)，选择性电解电镀NiFe以形成图15所示的上磁芯层122。然后，去除该光致抗蚀剂掩模，然后通过离子铣削(ion milling)去除露出的NiFe电镀籽晶层。
然后，在整个表面上形成作为保护膜(未示出)的Al2O3膜，切割Al2O3-TiC衬底78，然后利用研磨、抛光等的滑动器进行加工，以调整磁芯前端部124的长度(即间隙深度)。因此，完成图15所示的磁头。在图15中，磁芯长度以L表示。
如上所述，根据本实施例，在将成为互连层的TaN膜和Cu膜已经埋置在层间绝缘膜中的互连沟槽中并通过CMP平坦化之后，并且在用作防止作为互连层材料的Cu扩散的防扩散膜的SiC膜形成之前，进行布摩擦处理，即在互连层表面上摩擦包含添加氨的氢水的布，从而能够还原互连层的表面，并防止互连层的表面被氧化。还可以清洁互连层的表面。此外，能够抑制高温环境下互连层的Cu原子的迁移，从而能够抑制在互连层中产生空隙。因而，根据本实施例的磁头的制造方法能够提供包括具有良好抗应力迁移性和高可靠性的互连层的磁头。
根据本实施例，在已经顺序进行布摩擦处理和氮二流体处理之后，将氢等离子体照射到层间绝缘膜表面和互连层表面上，清洁层间绝缘膜表面和互连层表面，从而能够形成高粘附力SiC膜，该SiC膜用作防止作为互连层材料的Cu扩散的防扩散膜。因此，能够增加磁头的可靠性。
(评估结果)接下来说明根据本实施例的磁头的制造方法的评估结果。通过根据本实施例的磁头制造方法来制造具有多层互连结构的磁头，并对其进行高温放置试验以测量传导缺陷的发生率。
进行高温放置试验的实例2和实例3如下。
在实例2中，进行摩擦包含添加氨的氢水的布的布摩擦处理，以及同时喷射添加氨的氢水和氮气的氮二流体处理。在该布摩擦处理中抛光装置为Applied Materials股份有限公司生产的CMP装置；用以包含添加氨的氢水的布为抛光垫(Nitta Haas公司生产的IC1400)；抛光台的旋转频率为70rpm；朝向抛光台按压衬底的压力为0.18kg/cm2；添加氨的氢水的氨浓度为1ppm；供给至布的添加氨的氢水的流速为200毫升/分钟；以及处理时间段为60秒。在该氮二流体处理中添加氨的氢水的氨浓度为1ppm；添加氨的氢水的流速为150毫升/分钟；氮气的流速为50升/分钟；处理时间段为30秒。
在实例3中，通过使用四乙氧基甲硅烷(TEOS)的PECVD形成氧化硅膜替代实例2中的抗蚀剂绝缘膜84、90、100、108。以与实例2相同的方法进行布摩擦处理和氮二流体处理。
对以下的比较例3和比较例4进行相同的高温放置试验。
在比较例3中，除不进行布摩擦处理和氮二流体处理之外，以与实例2相同的方法制造磁头。
在比较例4中，除不进行布摩擦处理和氮二流体处理之外，以与实例3相同的方法制造磁头。
在高温放置试验中，放置磁头的温度在实例2和比较例3中分别设定为140℃，在实例3和比较例4中分别设定为240℃。放置磁头的时间段为70小时、170小时、340小时和500小时。分别测量上述情况下的传导缺陷发生率。
对实例2、实例3、比较例3和比较例4进行的高温放置试验的结果如下。
在实例2中，放置时间段分别为70小时、170小时、340小时和500小时的情况下的传导缺陷发生率分别为0％、0％、3％和5％。
在实例3中，放置时间段分别为70小时、170小时、340小时和500小时的情况下的传导缺陷发生率均为0％。
在比较例3中，放置时间段分别为70小时、170小时、340小时和500小时的情况下的传导缺陷发生率分别为19％、31％、54％和86％。
在比较例4中，放置时间段分别为70小时、170小时、340小时和500小时的情况下的传导缺陷发生率分别为10％、28％、53％和71％。
基于上述高温放置试验的结果，已经确认与传统方法相比根据本实施例的磁头的制造方法能够大幅减少高温环境下的传导缺陷发生率。比较实例2的结果与实例3的结果，发现作为形成层间绝缘膜的绝缘膜，与使用抗蚀剂膜相比使用氧化硅膜能够进一步减少传导缺陷的发生率。
本发明并不限于上述实施例，而可以覆盖其它多种变化例。
例如，在上述实施例中，布摩擦处理与氮二流体处理组合进行。布摩擦处理可以不与氮二流体处理组合进行，而单独进行。换言之，可以在形成互连层之后，单独进行布摩擦处理，以及在不进行氮二流体处理的情况下，在其中埋置有互连层的层间绝缘膜上形成防扩散膜。
在上述实施例中，在布摩擦处理之后进行氮二流体处理。但是，也可以在布摩擦处理之前进行氮二流体处理。
在上述实施例中，在氮二流体处理中，将与氮气同时喷射的水为添加氨的氢水。但是，在氮二流体处理中，将与氮气同时喷射的水可以为适当的纯水、具有溶解在纯水中的碳酸的碳酸水、具有溶解在纯水中的氢的氢水、添加氨的氢水或其它水。
在上述实施例中，在布摩擦处理时，使得包含添加氨的氢水的布朝着互连层表面摩擦。但是，可以使得包含未溶解氨的氢水的布朝着互连层表面摩擦。
在上述实施例中，SiOC膜、氧化硅膜、抗蚀剂膜等用于层间绝缘膜。但是，层间绝缘膜并不一定由这些膜构成，而可以由多种绝缘膜构成。作为层间绝缘膜，可以使用多种由无机绝缘材料构成的绝缘膜和由有机绝缘材料构成的绝缘膜等，其中所述无机绝缘材料包含硅(Si)和氧(O)，所述有机绝缘材料的实例为包含碳(C)和氢(H)的碳氢化合物。
在上述实施例中，形成SiC膜作为防止作为互连层材料的Cu扩散的防扩散膜。但是，作为防止Cu扩散的防扩散膜而形成的膜并不限于SiC膜。作为防止Cu扩散的防扩散膜，替代SiC膜，也可以使用氮化硅膜、聚酰亚胺膜、氮化锆膜等。
在上述第一实施例中，在形成互连层74时，通过双镶嵌工艺将TaN膜70和Cu膜72同时埋置在通孔66和互连沟槽68中。但是，也可以相互独立地形成通孔和互连沟槽，并通过单镶嵌工艺埋置TaN膜和Cu膜。
在上述实施例中制造的是半导体器件和磁头。但是，本发明广泛适用于包括由Cu作为主要材料构成的互连层的互连结构的制造方法。
权利要求
1.一种半导体器件的制造方法，包括如下步骤在绝缘膜中形成开口；在该开口中形成以Cu作为主要材料的互连层；以及进行布摩擦处理，在该开口中埋置的该互连层表面上摩擦包含纯水的布，其中该纯水中溶解有氨和氢。
2.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，在所述进行布摩擦处理的步骤之后，还包括如下步骤在该绝缘膜和该互连层上形成用以防止Cu扩散的防扩散膜。
3.根据权利要求2所述的半导体器件的制造方法，其中该防扩散膜为SiC膜或氮化硅膜。
4.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，在所述形成互连层的步骤之后且在所述进行布摩擦处理的步骤之前，或者在所述进行布摩擦处理的步骤之后，还包括如下步骤进行氮二流体处理，将水和氮气同时喷射到该开口中埋置的该互连层表面上。
5.根据权利要求4所述的半导体器件的制造方法，其中在所述进行氮二流体处理的步骤中，与氮气同时喷射的水为纯水，该纯水中溶解有氨和氢。
6.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，在所述进行布摩擦处理的步骤之后，还包括如下步骤将氢等离子体照射到该绝缘膜表面和该互连层表面上。
7.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其中在所述形成互连层的步骤中，通过在其中形成有该开口的该绝缘膜上形成导电膜、抛光该导电膜以露出该绝缘膜并将该导电膜埋置在该开口中，形成由该导电膜构成的互连层。
8.根据权利要求7所述的半导体器件的制造方法，其中在所述形成开口的步骤中，形成含有通孔和互连沟槽的开口，该互连沟槽形成在包含该通孔的区域中。
9.一种磁头的制造方法，包括如下步骤在绝缘膜中形成具有线圈图案的开口；在该开口中形成以Cu作为主要材料的互连层并形成线圈；以及进行布摩擦处理，在该开口中埋置的该互连层表面上摩擦包含纯水的布，其中该纯水中溶解有氨和氢。
10.根据权利要求9所述的磁头的制造方法，在所述进行布摩擦处理的步骤之后，还包括如下步骤在该绝缘膜和该互连层上形成用以防止Cu扩散的防扩散膜。
11.根据权利要求10所述的磁头的制造方法，其中该防扩散膜为SiC膜或氮化硅膜。
12.根据权利要求9所述的磁头的制造方法，在所述形成互连层的步骤之后且在所述进行布摩擦处理的步骤之前，或者所述进行布摩擦处理的步骤之后，还包括如下步骤进行氮二流体处理，将水和氮气同时喷射到该开口中埋置的该互连层表面上。
13.根据权利要求12所述的磁头的制造方法，其中在所述进行氮二流体处理的步骤中，与氮气同时喷射的水为纯水，该纯水中溶解有氨和氢。
14.根据权利要求9所述的磁头的制造方法，在所述进行布摩擦处理的步骤之后，还包括如下步骤将氢等离子体照射到该绝缘膜表面和该互连层表面上。
15.根据权利要求9所述的磁头的制造方法，其中在所述形成互连层的步骤中，通过在其中形成有该开口的该绝缘膜上形成导电膜、抛光该导电膜以露出该绝缘膜并将该导电膜埋置在该开口中，形成由该导电膜构成的互连层。
16.根据权利要求9所述的磁头的制造方法，其中该绝缘膜由包含Si和O的无机绝缘材料或包含C和H的有机绝缘材料构成。
全文摘要
一种半导体器件的制造方法，包括如下步骤在层间绝缘膜34中形成互连沟槽38；在互连沟槽38中形成以Cu作为主要材料的互连层44；以及进行布摩擦处理，在互连沟槽38中埋置的互连层44表面上摩擦包含纯水的布2，其中该纯水中溶解有氨和氢。
文档编号H01L21/3205GK101043020SQ20061010600
公开日2007年9月26日 申请日期2006年7月19日 优先权日2006年3月20日
发明者井谷司, 佐佐木真 申请人:富士通株式会社