半導体装置の製造方法及び磁気ヘッドの製造方法
【課題】高温環境下における配線層内でのボイドの発生を抑制して配線層の導通不良を抑制し、半導体装置の信頼性を向上しうる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】層間絶縁膜３４に、配線溝３８を形成する工程と、配線溝３８内に、Ｃｕを主材料とする配線層４４を形成する工程と、配線溝３８内に埋め込まれた配線層４４の表面に対して、アンモニア及び水素が溶解された純水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行う工程とを有する。
【解決手段】層間絶縁膜３４に、配線溝３８を形成する工程と、配線溝３８内に、Ｃｕを主材料とする配線層４４を形成する工程と、配線溝３８内に埋め込まれた配線層４４の表面に対して、アンモニア及び水素が溶解された純水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行う工程とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線層の主材料に銅を用いた配線構造を有する半導体装置の製造方法、及び配線層の主材料に銅を用いた配線構造を有する磁気ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の大規模集積化に伴い、配線の設計ルールも世代とともに縮小化されている。従来、配線層は、配線材料を堆積した後、リソグラフィー及びドライエッチングを用いてパターニングすることにより、形成されていたが、世代が進むにつれ、技術的な限界が生じ始めている。このため、従来の配線形成プロセスに変わる新たな形成プロセスとして、層間絶縁膜に溝パターンやホールパターンを形成した後、この溝やホールに配線材料を埋め込む、いわゆるダマシンプロセスと呼ばれる手法が利用されつつある。また、配線形成プロセスの移行に伴い、配線材料には、従来から配線材料として用いられていたアルミニウムよりも比抵抗が低くエレクトロマイグレーション耐性に優れた銅（Ｃｕ）が用いられるようになってきている。
【０００３】
このような配線形成プロセスを用いてトランジスタ等の半導体素子を高集積化した多層配線構造を有する半導体装置の開発が急速に進められている。これにあわせて、配線層におけるエレクトロマイグレーションを抑制すること等により半導体装置の信頼性を向上することを目的とする手法がこれまでに数多く報告されている（例えば、特許文献１乃至３を参照）。
【特許文献１】特開２０００−３２３４７６号公報
【特許文献２】特開２００２−２４６３９１号公報
【特許文献３】特開２００３−１４２５８０号公報
【特許文献４】特開２００５−１８３８１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体装置の動作時には、装置自身が発熱して温度が上昇する。従来から、このような動作時の温度上昇や配線形成後のプロセス等により、多層配線構造が高温環境下にさらされると、配線層のＣｕ原子や配線層内に形成されている空孔が移動して配線層内に巨大なボイドが発生し、このボイドにより配線層の導通不良が発生することが知られている。
【０００５】
配線層の幅が１μｍ以上の世代においては、配線層内に生じるボイドのサイズに対して配線層の幅が充分に大きくなっている。このため、ボイドによる導通不良が半導体装置の動作特性や信頼性に与える影響は大きくなかった。
【０００６】
しかしながら、配線層の幅が０．５μｍ以下の世代となると、配線層内に生じたボイドによる配線抵抗の上昇が半導体装置の動作特性や信頼性に与える影響が無視できないものとなってくる。特に、今後０．２μｍ以下の幅を有する配線層のような微細な配線層を形成する場合、ボイドによる導通不良の発生を抑制することが不可欠となる。
【０００７】
上記特許文献１乃至３においては、半導体装置の信頼性の向上を目的とする手法が開示されている。しかしながら、これらは、配線層におけるエレクトロマイグレーションに対する耐性を向上することにより信頼性の向上を図ったものである。これまで、熱によって生じるボイドに起因する配線層の導通不良に関する対策は充分になされていなかった。
【０００８】
本願出願人は、かかる対策として、窒素ガスと水とを同時に配線層の表面に吹き付けることにより、熱によるボイドの発生を抑制して半導体装置の信頼性を向上する方法を提案している（特許文献４を参照）。
【０００９】
また、ハードディスク等の磁気記録装置の磁気ヘッドにおいても、書き込み磁場を発生させるためのコイルを構成する配線層の微細化が進行している。その最小配線幅は、１μｍを切ってきている。したがって、上記の半導体装置の場合と同様に、磁気ヘッドにおける配線層においても、熱によって生じるボイドに起因する導通不良に関する対策を行う必要がある。
【００１０】
本発明の目的は、高温環境下における配線層内でのボイドの発生を抑制して配線層の導通不良を抑制し、半導体装置の信頼性を向上しうる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、高温環境下における配線層内でのボイドの発生を抑制して配線層の導通不良を抑制し、磁気ヘッドの信頼性を向上しうる磁気ヘッドの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一観点によれば、絶縁膜に、開口部を形成する工程と、前記開口部内に、Ｃｕを主材料とする配線層を形成する工程と、前記開口部内に埋め込まれた前記配線層の表面に対して、アンモニア及び水素を溶解させた純水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行う工程とを有する半導体装置の製造方法が提供される。
【００１３】
本発明の他の観点によれば、絶縁膜に、コイルパターンを有する開口部を形成する工程と、前記開口部内に、Ｃｕを主材料とし、コイルを構成する配線層を形成する工程と、前記開口部内に埋め込まれた前記配線層の表面に対して、アンモニア及び水素を溶解させた純水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行う工程とを有する磁気ヘッドの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、半導体装置の製造方法において、絶縁膜に、開口部を形成する工程と、開口部内に、Ｃｕを主材料とする配線層を形成する工程と、開口部内に埋め込まれた配線層の表面に対して、アンモニア及び水素を溶解させた純水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行う工程とを有するので、高温環境下における配線層のＣｕ原子の移動が抑制され、配線層の導通不良の発生率を低減することができる。これにより、ストレスマイグレーション耐性に優れた信頼性の高い配線構造を有する半導体装置を提供することができる。
【００１５】
また、本発明によれば、磁気ヘッドの製造方法において、絶縁膜に、コイルパターンを有する開口部を形成する工程と、開口部内に、Ｃｕを主材料とし、コイルを構成する配線層を形成する工程と、開口部内に埋め込まれた配線層の表面に対して、アンモニア及び水素を溶解させた純水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行う工程とを有するので、高温環境下における配線層のＣｕ原子の移動が抑制され、コイルを構成する配線層の導通不良の発生率を低減することができる。これにより、信頼性の高い配線構造を有する磁気ヘッドを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
［本発明の原理］
まず、本発明の原理について図１乃至図３を用いて説明する。図１は配線層上に拡散防止膜を形成した後の表面を二次イオン質量分析法によって分析した結果を示すグラフ、図２及び図３は配線層上に形成された拡散防止膜の表面粗さを測定した結果を示すグラフである。
【００１７】
本発明による半導体装置の製造方法は、絶縁膜に、開口部を形成する工程と、開口部内に、Ｃｕを主材料とする配線層を形成する工程と、開口部内に埋め込まれた配線層の表面に対して、アンモニア及び水素を溶解させた純水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行う工程とを有することに主たる特徴がある。
【００１８】
同様に、本発明による磁気ヘッドの製造方法は、絶縁膜に、コイルパターンを有する開口部を形成する工程と、開口部内に、Ｃｕを主材料とし、コイルを構成する配線層を形成する工程と、開口部内に埋め込まれた配線層の表面に対して、アンモニア及び水素を溶解させた純水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行う工程とを有することに主たる特徴がある。
【００１９】
すなわち、本発明による半導体装置の製造方法、及び本発明のよる磁気ヘッドの製造方法は、開口部内に埋め込まれた配線層の表面に対して水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行う工程において、窒素ガスと同時に吹き付ける水として、アンモニア及び水素を溶解させた純水を用いるものである。なお、本願明細書においては、アンモニア及び水素を溶解させた純水のことを適宜「アンモニア添加水素水」と称する。
【００２０】
ダマシンプロセスにおいてＣＭＰ法による平坦化を行った後に露出したＣｕを主材料とする配線層の表面は、純Ｃｕに近いものの、若干の酸化層が最表面に露出した状態となっている。従来、ＣＭＰ法による平坦化の後、直ちに配線材料であるＣｕの拡散を防止するＳｉＣ膜等よりなる拡散防止膜が形成されていた。このような従来の工程により形成された多層配線が高温環境下にさらされると、配線材料であるＣｕ原子や配線層中の空孔が移動し、配線層内にボイドが発生していた。このようなボイドは、配線層の導通不良の原因のひとつとなるものである。
【００２１】
本願出願人は、かかるボイドに起因する導通不良の発生を抑制する手法として、層間絶縁膜の配線溝内に配線層を埋め込んでＣＭＰ法による平坦化を行った後、配線材料であるＣｕの拡散を防止する拡散防止膜を形成する前に、配線層の表面に対して、窒素ガスと水とを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行う工程を含む半導体装置の製造方法を提案している（特許文献４を参照）。特許文献４に開示された窒素二流体処理においては、純水、純水に炭酸を溶存させた炭酸水等が、窒素ガスと同時に配線層の表面に対して吹き付けられている。
【００２２】
さらに、本願発明者等は、層間絶縁膜の配線溝内に配線層を埋め込んでＣＭＰ法による平坦化を行った後、配線材料であるＣｕの拡散を防止する拡散防止膜を形成する前に、配線層の表面に対して、アンモニア添加水素水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行うことにより、多層配線が高温環境下にさらされた場合であっても、配線層の導通不良の発生率が極めて低くなることを発見した。加えて、本願発明者等は、アンモニア添加水素水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を用いた場合の導通不良の発生率は、特許文献４に記載された窒素二流体処理を用いた場合と比較して更に低くなることを見出した。
【００２３】
アンモニア添加水素水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を用いた本発明による導通不良の発生率の更なる低下は、以下の要因によるものであると考えられる。
【００２４】
まず、第１の要因として、アンモニア添加水素水により、露出したＣｕ層表面が還元され、又はＣｕ層の表面の酸化が防止されることが考えられる。
【００２５】
また、第２の要因として、アンモニア添加水素水を用いた窒素二流体処理に伴い、Ｃｕ層の表面に存在する窒素量が増加することが考えられる。
【００２６】
さらに、第３の要因として、アンモニア添加水素水により、露出したＣｕ層の表面が清浄化されることが考えられる。
【００２７】
特許文献４に記載された窒素二流体処理との比較では、本発明による窒素二流体処理では、これら第１乃至第３の要因が効果的に導通不良の発生に寄与しているものと考えられる。
【００２８】
図１は、ダマシンプロセスによりＣｕを主材料とする配線層を形成した後、配線層が埋め込まれた層間絶縁膜上に拡散防止膜としてＳｉＣ膜を形成した半導体装置の表面近傍を二次イオン質量分析法により分析した結果を示すグラフである。図１に示すグラフＡは、配線層を形成した後、アンモニア添加水素水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行ってから配線層が埋め込まれた層間絶縁膜上にＳｉＣ膜を形成した場合の結果を示している。グラフＢは、配線層を形成した後、特許文献４に記載された従来の窒素二流体処理を行ってから配線層が埋め込まれた層間絶縁膜上にＳｉＣ膜を形成した場合の結果を示している。なお、グラフＢに示す特許文献４に記載された従来の窒素二流体処理では、窒素ガスと同時に純水（イオン交換水）を吹き付けた。グラフＣは、配線層を形成した後、窒素二流体処理を行わずに、直ちに、配線層が埋め込まれた層間絶縁膜上にＳｉＣ膜を形成した場合の結果を示している。
【００２９】
図１に示す二次イオン質量分析法による分析結果から、窒素二流体処理を行った場合（グラフＡ及びグラフＢ）には、Ｃｕを主材料とする配線層とＳｉＣ膜との界面付近に僅かであるが窒素が検出されていることが分かる。さらに、グラフＡとグラフＢとを比較すると、窒素二流体処理において窒素ガスと同時に吹き付ける水としてアンモニア添加水素水を用いることにより、配線層とＳｉＣ膜との界面付近に存在する窒素量が僅かに増加することが分かる。
【００３０】
このように、窒素二流体処理を行うことにより、窒素が、Ｃｕ層の表面に吸着したり、化合物等の形態で存在したりするようになり、その窒素量が、アンモニア添加水素水を用いることにより増加することが分かる。
【００３１】
窒素二流体処理によりＣｕを主材料とする配線層の表面に窒素が付着すると、次のような機構により、高温環境下にさらされた場合であっても配線層の導通不良の発生率が低く抑えられると考えられる。すなわち、Ｃｕを主材料とする配線層の表面に窒素が吸着した状態でＣｕの拡散を防止する拡散防止膜を形成すると、窒素の存在により、高温環境下にさらされた場合において配線層のＣｕ原子の移動が困難となる。この結果、配線層内におけるボイドの発生が抑制され、配線層の導通不良の発生率が低く抑えられ配線層のストレスマイグレーション耐性が向上されると考えられる。
【００３２】
窒素二流体処理においてアンモニア添加水素水を用いると、Ｃｕを主材料とする配線層の表面に付着する窒素の量が増加する。このため、通常の純水等を用いる場合と比較して、配線層内におけるボイドの発生が更に抑制され、配線層の導通不良の発生率が更に低く抑えられと考えられる。これにより、配線層のストレスマイグレーション耐性が更に向上すると考えられる。
【００３３】
また、窒素二流体処理により吹き付けられた水も、高温環境下にさらされた場合の導通不良の発生の抑制に寄与していると考えられる。すなわち、配線層の表面に吹き付けられた水は、その表面を清浄化するとともに、Ｃｕを主材料とする配線層の表面に存在する水酸基と、ＳｉＣよりなる拡散防止膜の有する水素基との間を結合する。これにより、拡散防止膜が配線層上に高い密着性で形成されるため、高温環境下にさらされた場合において配線層のＣｕ原子の移動が困難となる。この結果、配線層内におけるボイドが抑制され、配線層の導通不良の発生率が低く抑えられ配線層のストレスマイグレーション耐性が向上されると考えられる。
【００３４】
窒素二流体処理により高温環境下における配線層のＣｕ原子の移動が抑制されることは、配線層上に形成された拡散防止膜の平均粗さを測定した図２及び図３に示す結果から確認されている。
【００３５】
図３は、ダマシンプロセスにより配線層が埋め込まれた層間絶縁膜上に形成されたＳｉＣ膜の表面の平均粗さを測定した結果を示すグラフである。本発明によるアンモニア添加水素水を用いた窒素二流体処理を行った場合、特許文献４に記載された従来の窒素二流体処理を行った場合、及び窒素二流体処理を行わない場合のそれぞれについて、堆積後初期のＳｉＣ膜、及び２００℃の温度で５０４時間放置したＳｉＣ膜の表面の平均粗さを測定した。表面の平均粗さの測定には、原子間力顕微鏡を用いた。また、それぞれの場合について、熱処理後初期のＳｉＣ膜の表面の平均粗さから堆積後初期のＳｉＣ膜の表面の平均粗さを引いた平均粗さの変化量を求めた。
【００３６】
図２に示すグラフから、窒素二流体処理を行った場合が、窒素二流体処理を行っていない他の場合と比較して、全体的に表面の平均粗さが小さく、また、表面の平均粗さの熱処理による変化量が小さく抑えられていることが分かる。さらに、このように配線層上に形成された拡散防止膜の表面の平均粗さの熱処理による変化量が小さく抑えられていることから、窒素二流体処理によって、熱処理による配線層のＣｕ原子の移動が困難となっており、配線層のボイドの発生が抑制されるといえる。
【００３７】
さらに、アンモニア添加水素水を用いた窒素二流体処理を行った場合は、特許文献４に記載された従来の窒素二流体処理を行った場合と比較して、全体的に表面の粗さが小さく、また、表面の平均粗さの熱処理による変化量が小さく抑えられている。このことから、窒素二流体処理においてアンモニア添加水素水を用いることにより、配線層のボイドの発生を更に抑制することができるといえる。
【００３８】
また、図３は、ダマシンプロセスにより配線層が埋め込まれた層間絶縁膜上に窒素二流体処理を行ってから形成されたＳｉＣ膜の表面の平均粗さと、窒素二流体処理に代えて他の処理を行ってから形成されたＳｉＣ膜の表面の平均粗さとを比較したグラフである。窒素二流体処理としては、アンモニア添加水素水を用いた窒素二流体処理を行った場合と、特許文献４に記載された従来の窒素二流体処理を行った場合とについて、ＳｉＣ膜の表面の平均粗さを測定した。また、これら窒素二流体処理を行った場合のほか、窒素二流体処理に代えて、水素プラズマ処理を行った場合と、アンモニアプラズマ処理を行った場合とについて、ＳｉＣ膜の表面の平均粗さを測定した。いずれの場合においても、堆積後に熱処理等を行っていない未処理の状態のＳｉＣ膜について表面の平均粗さを測定した。表面の平均粗さの測定には、原子間力顕微鏡を用いた。
【００３９】
図３に示すグラフから、窒素二流体処理を行った場合が、水素プラズマ処理を行った場合及びアンモニアプラズマ処理を行った場合のいずれの場合よりも、ＳｉＣ膜の表面の平均粗さが小さくなっていることが分かる。さらに、窒素二流体処理においてアンモニア添加水素水を用いることにより、ＳｉＣ膜の表面の平均粗さが更に小さくなっていることが分かる。
【００４０】
上述したように、本発明によれば、配線溝内にＣｕを主材料とする配線層を埋め込みＣＭＰ法により平坦化した後、Ｃｕの拡散防止膜を形成する前に、配線層の表面にアンモニア添加水素水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行うことにより、高温環境下において配線層のＣｕ原子の移動が抑制され、配線層内でのボイドの発生が抑制される。
【００４１】
したがって、本発明による半導体装置の製造方法によれば、配線層のストレスマイグレーション耐性に優れた高い信頼性を有する半導体装置を提供することができる。
【００４２】
また、前述のように、ハードディスク等の磁気記録装置の磁気ヘッドにおいても、書き込み磁場を発生させるためのコイルを構成する配線層の微細化が進行しており、配線層内におけるボイドの派生を抑制することが課題となっている。
【００４３】
本発明による磁気ヘッドの製造方法によれば、書き込み磁場を発生するためのコイルを構成する配線層内におけるボイドの発生が抑制され、高い信頼性を有する磁気ヘッドを提供することができる。
【００４４】
本発明による窒素二流体処理の処理条件等の詳細は以下の通りである。
【００４５】
窒素二流体処理において窒素ガスと水とを同時に吹き付けるためのスプレー装置としては、例えば、大日本スクリーン製造株式会社製のソフトスプレー、ナノスプレー等の窒素二流体スプレーや、東芝メカトロニクス株式会社製の窒素二流体スプレー等を用いることができる。
【００４６】
窒素二流体処理において吹き付けるアンモニア添加水素水に用いる純水としては、半導体装置の製造プロセスに使用可能な純度を有するものであればよい。例えば、比抵抗１７．６ＭΩ・ｃｍ以上、粒径０．５μｍ未満のパーティクル数が数個／ｍＬレベルの純水であればよい。
【００４７】
このような純水に、アンモニア及び水素を溶解させてアンモニア添加水素水を調製する。アンモニア添加水素水のアンモニア濃度は例えば０．１〜５．０ｐｐｍ、水素濃度は例えば０．１〜５．０ｐｐｍに設定する。
【００４８】
また、窒素二流体処理において吹き付けるアンモニア添加水素水の流量は、所望の値に適宜設定することができるが、例えば、５０〜３００ｍＬ／ｍｉｎに設定することができる。
【００４９】
また、窒素ガスと混合して吹き付けられる前のアンモニア添加水素水には、例えば５００ｋＨｚ以上の超音波振動を印加しておいてもよい。アンモニア添加水素水に超音波振動を予め印加しておくことで、Ｃｕを主体とする配線層の表面に形成されている酸化物をより効果的に除去することができる。なお、印加する超音波振動の周波数は、５００ｋＨｚよりも高い周波数であることが望ましい。これは、周波数が５００ｋＨｚ以下の超音波振動では、振動によってパターンにダメージを与える虞があるためである。
【００５０】
窒素二流体処理において吹き付ける窒素ガスの流量は、所望の値に適宜設定することができるが、例えば、５〜２００Ｌ／ｍｉｎ、より好ましくは３０〜１００Ｌ／ｍｉｎに設定することができる。これは、流量が小さすぎると窒素二流体処理による後述の効果が充分に得られない一方で、流量が大きすぎるとパターン倒れを招く虞があるからである。
【００５１】
また、窒素二流体処理において窒素ガスと水とを吹き付ける時間についても、吹き付ける水の種類、水の流量、窒素ガスの流量等の諸条件に応じて適宜設定することができるが、例えば、５〜３００ｓｅｃ程度に設定することができる。
【００５２】
また、上記の窒素二流体処理の後、拡散防止膜を形成する前に、配線層が埋め込まれた層間絶縁膜の表面に対して水素プラズマを照射する水素プラズマ処理を行ってもよい。層間絶縁膜の表面及び配線層の表面に対して水素プラズマ処理を行うことにより、これら表面が清浄化されるため、高い密着性で拡散防止膜を形成することができる。これにより、配線構造体を有する半導体装置、磁気ヘッドの信頼性を向上することができる。
【００５３】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による半導体装置の製造方法について図４乃至図１１を用いて説明する。図４乃至図１１は本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【００５４】
まず、素子分離膜１２が形成されたシリコン基板１０に、例えば、通常のＭＯＳトランジスタの製造方法と同様にして、ゲート電極１４及びソース／ドレイン拡散層１６を有するＭＯＳトランジスタを形成する（図４（ａ）を参照）。なお、シリコン基板１０上には、ＭＯＳトランジスタのみならず、種々の半導体素子を形成することができる。
【００５５】
次いで、ＭＯＳトランジスタが形成されたシリコン基板１０上に、例えば化学気相成長（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）法により、例えば膜厚０．１μｍのシリコン窒化膜１８を形成する。
【００５６】
次いで、シリコン窒化膜１８上に、例えばＣＶＤ法により、例えば膜厚１．５μｍのＰＳＧ（Phosphorous Silicate Glass）膜２０を形成する。ＰＳＧ膜２０の成膜時の基板温度は、例えば６００℃に設定する。
【００５７】
次いで、例えば化学的機械研磨（Chemical Mechanical Polishing：ＣＭＰ）法により、ＰＳＧ膜２０の膜厚が例えば２００ｎｍとなるまでＰＳＧ膜２０の表面を研磨し、ＰＳＧ膜２０の表面を平坦化する。
【００５８】
次いで、ＰＳＧ膜２０上に、例えばＣＶＤ法により、例えば膜厚５０ｎｍのＳｉＣ膜２２を形成する（図４（ｂ）を参照）。このＳｉＣ膜２２は、パッシベーション膜として機能するものである。
【００５９】
こうして、シリコン窒化膜１８と、ＰＳＧ膜２０と、ＳｉＣ膜２２とが順次積層されてなる層間絶縁膜２４を形成する。
【００６０】
次いで、フォトリソグラフィー及びドライエッチングにより、ＳｉＣ膜２２、ＰＳＧ膜２０及びシリコン窒化膜１８に、シリコン基板１０に達するコンタクトホール２６を形成する。
【００６１】
次いで、全面に、例えばＣＶＤ法により、例えば膜厚１５ｎｍのＴｉ（チタン）膜と、例えば膜厚１５ｎｍのＴｉＮ（窒化チタン）膜と、例えば３００ｎｍのＷ（タングステン）膜とを順次形成する。
【００６２】
次いで、例えばＣＭＰ法により、層間絶縁膜２４の表面が露出するまで、Ｗ膜、ＴｉＮ膜、及びＴｉ膜を研磨し、層間絶縁膜２４上のＷ膜、ＴｉＮ膜、及びＴｉ膜に除去する。こうして、コンタクトホール２６内に埋め込まれ、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜、及びＷ膜よりなるコンタクトプラグ２８を形成する（図４（ｃ）を参照）。
【００６３】
次いで、コンタクトプラグ２８が埋め込まれた層間絶縁膜２４のＳｉＣ膜２２上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、例えば膜厚１５０ｎｍのＳｉＯＣ膜３０を形成する。
【００６４】
次いで、ＳｉＯＣ膜３０上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、例えば膜厚１００ｎｍのシリコン酸化膜３２を形成する。
【００６５】
こうして、ＳｉＣ膜２２上に、ＳｉＯＣ膜３０と、シリコン酸化膜３２とが順次積層されてなる層間絶縁膜３４を形成する（図４（ｄ）を参照）。
【００６６】
次いで、層間絶縁膜３４に形成される配線溝の形成予定領域を露出するフォトレジスト膜３６を形成する（図５（ａ）を参照）。
【００６７】
次いで、フォトレジスト膜３６をマスクとして及びＳｉＣ膜３０をストッパとして、シリコン酸化膜３２及びＳｉＯＣ膜３０を順次エッチングする。こうして、シリコン酸化膜３２及びＳｉＯＣ膜３０に配線溝３８を形成する。配線溝３８を形成した後、マスクとして用いたフォトレジスト膜３６を除去する（図５（ｂ）を参照）。
【００６８】
次いで、全面に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚３０ｎｍのＴａＮ膜よりなるバリアメタル層４０と、例えば膜厚３０ｎｍのＣｕ膜とを連続して堆積する。
【００６９】
次いで、バリアメタル層４０上に形成されたＣｕ膜をシードとして、電解メッキにより更にＣｕ膜を堆積し、例えばトータル膜厚１μｍのＣｕ膜４２を形成する（図５（ｃ）を参照）。
【００７０】
次いで、ＣＭＰ法により、シリコン酸化膜３２が露出するまで、Ｃｕ膜４２及びバリアメタル層４０を研磨し、シリコン酸化膜３２上のＣｕ膜４２及びバリアメタル層４０を除去する。こうして、配線溝３８内に埋め込まれ、ＴａＮ膜よりなりＣｕの拡散を防止するバリアメタル層４０と配線層の主要部をなすＣｕ膜４２とを有する配線層４４を形成する（図６（ａ）を参照）。
【００７１】
ＣＭＰ法により配線層４４を埋め込んだ後、層間絶縁膜３４の表面及び配線層４４の表面に対して、アンモニア及び水素を純水に溶解させて調製したアンモニア添加水素水と、窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行う。窒素二流体処理の条件は、例えば、処理時間を３０秒、アンモニア添加水素水中のアンモニア濃度を１ｐｐｍ、アンモニア添加水素水の流量を１５０ｍＬ／ｍｉｎ、窒素ガスの流量を５０Ｌ／ｍｉｎとする。なお、アンモニア添加水素水に超音波振動を予め印加し、層間絶縁膜３４の表面及び配線層４４の表面に対して、超音波振動が印加されたアンモニア添加水素水と窒素ガスとを同時に吹き付けてもよい。
【００７２】
窒素二流体処理においては、例えば、層間絶縁膜３４の表面及び配線層４４の表面に近接して配置したスプレー装置のノズル４６から、アンモニア添加水素水と窒素ガスとを層間絶縁膜３４の表面及び配線層４４の表面に対して同時に吹き付ける（図６（ｂ）を参照）。このとき、ノズル４６の位置を適宜変更し、各位置においてアンモニア添加水素水と窒素ガスとを吹き付ける。或いは、ノズル４６を適宜移動しながらアンモニア添加水素水と窒素ガスとを吹き付ける。これにより、配線溝４４に埋め込まれた配線層４４の表面の全体に均一にアンモニア添加水素水と窒素ガスとを吹き付ける。窒素二流体処理を行うことにより、高温環境下に半導体装置がさらされた場合において配線層４４のＣｕ原子の移動が抑制され、配線層４４内でのボイドの発生を抑制することができる。この結果、配線層４４における導通不良の発生を抑制することができる。
【００７３】
窒素二流体処理を行った後、層間絶縁膜３４の表面及び配線層４４の表面に対して水素プラズマを照射する。水素プラズマを照射することにより、層間絶縁膜３４の表面及び配線層４４の表面が清浄化され、層間絶縁膜３４及び配線層４４上に拡散防止膜を高い密着性で形成することができる。これにより、半導体装置の信頼性を向上することができる。
【００７４】
水素プラズマを照射した後、層間絶縁膜３４及び配線層４４上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、例えば膜厚５０ｎｍのＳｉＣ膜４８を形成する（図６（ｃ）を参照）。ＳｉＣ膜４８は、配線層材料であるＣｕの拡散を防止する拡散防止膜として機能する。
【００７５】
次いで、ＳｉＣ膜４８上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、例えば膜厚４５０ｎｍのＳｉＯＣ膜５４を形成する。
【００７６】
次いで、ＳｉＯＣ膜５４上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、例えば膜厚１００ｎｍのシリコン酸化膜５６を形成する。
【００７７】
次いで、シリコン酸化膜５６上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、例えば膜厚５０ｎｍのシリコン窒化膜５８を形成する。このシリコン窒化膜５８は、後述するように、配線溝等を形成するためのエッチングの際のハードマスクとして用いられる。
【００７８】
こうして、配線溝３８に配線層４４が埋め込まれた層間絶縁膜３４上に、ＳｉＣ膜４８と、ＳｉＯＣ膜５４と、シリコン酸化膜５６と、シリコン窒化膜５８とが順次積層されてなる層間絶縁膜６０が形成される（図７（ａ）を参照）。
【００７９】
次いで、フォトリソグラフィーにより、シリコン窒化膜５８上に、シリコン酸化膜５６及びＳｉＯＣ膜５８に形成される配線層の形成予定領域を露出するフォトレジスト膜６２を形成する（図７（ｂ）を参照）。
【００８０】
次いで、フォトレジスト膜６２をマスクとして、シリコン窒化膜５８を異方性エッチングする。シリコン窒化膜５８をエッチングした後、マスクとして用いたフォトレジスト膜６２を除去する（図８（ａ）を参照）。
【００８１】
次いで、シリコン窒化膜５８及びシリコン窒化膜５８のエッチングにより露出したシリコン酸化膜５６上に、フォトリソグラフィーにより、ビアホールの形成予定領域を露出するフォトレジスト膜６４を形成する（図８（ｂ）を参照）。
【００８２】
次いで、フォトレジスト膜６４をマスクとして、シリコン酸化膜５６及ＳｉＯＣ膜５４をエッチングする。このエッチングでは、ＳｉＯＣ膜５４の中央部付近においてエッチングが停止するように、エッチング時間を制御する。エッチング終了後、マスクとして用いたフォトレジスト膜６４を除去する（図９（ａ）を参照）。
【００８３】
次いで、シリコン窒化膜５８をハードマスクとして、シリコン酸化膜５６、ＳｉＯＣ膜５４、及びＳｉＣ膜４８をエッチングする。これにより、シリコン酸化膜５４及びＳｉＣ膜４８に配線層のビア部を埋め込むためのビアホール６６を形成し、ビアホール６６を含む領域のシリコン酸化膜５６及びＳｉＯＣ膜５４に、配線層を埋め込むための配線溝６８を形成する（図９（ｂ）を参照）。
【００８４】
次いで、全面に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚３０ｎｍのＴａＮ膜よりなるバリアメタル層７０と、例えば膜厚３０ｎｍのＣｕ膜とを連続して堆積する。
【００８５】
次いで、バリアメタル層７０上に形成されたＣｕ膜をシードとして、電解メッキにより更にＣｕ膜を堆積し、例えばトータル膜厚１μｍのＣｕ膜７２を形成する（図１０（ａ）を参照）。
【００８６】
次いで、ＣＭＰ法により、シリコン窒化膜５８が露出するまで、Ｃｕ膜７２及びＴａＮ膜よりなるバリアメタル層７０を研磨し、シリコン窒化膜５８上のＣｕ膜７２及びバリアメタル層７０を除去する。こうして、ビアホール６６内及び配線溝６８内に埋め込まれ、ＴａＮ膜よりなりＣｕの拡散を防止するバリアメタル層７０と配線層の主要部をなすＣｕ膜７２とを有する配線層７４を形成する（図１０（ｂ）を参照）。配線層７４は、ビアホール６６に埋め込まれたビア部により配線層４４に電気的に接続される。
【００８７】
ＣＭＰ法により配線層７４を埋め込んだ後、配線層４４を形成した場合と同様にして、層間絶縁膜６０表面及び配線層７４表面に対して、アンモニア添加水素水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行う（図１１（ａ）を参照）。窒素二流体処理を行うことにより、配線層７４についても、高温環境下にさらされた場合に、配線層７４のＣｕ原子の移動が抑制され、配線層７４内でのボイドの発生を抑制することができる。この結果、配線層７４における導通不良の発生を抑制することができる。
【００８８】
窒素二流体処理を行った後、配線層４４を形成した場合と同様にして、層間絶縁膜６０の表面及び配線層７４の表面に対して水素プラズマを照射する。水素プラズマを照射することにより、層間絶縁膜６０の表面及び配線層７４の表面が清浄化され、層間絶縁膜６０及び配線層７４上に拡散防止膜を高い密着性で形成することができる。これにより、半導体装置の信頼性を向上することができる。
【００８９】
水素プラズマを照射した後、層間絶縁膜６０及び配線層７４上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、例えば膜厚５０ｎｍのＳｉＣ膜７６を形成する（図１１（ｂ）を参照）。ＳｉＣ膜７６は、配線層材料であるＣｕの拡散を防止する拡散防止膜として機能する。
【００９０】
以後、図７（ａ）乃至図１１（ｂ）に示す工程と同様の工程を適宜繰り返すことにより、ＭＯＳトランジスタが形成されたシリコン基板１０上に、複数の配線層を有する多層配線構造を形成する。
【００９１】
このように、本実施形態によれば、層間絶縁膜の配線溝やビアホール等の開口部に配線層となるＴａＮ膜及びＣｕ膜を埋め込んでＣＭＰ法により平坦化した後、配線材料であるＣｕの拡散を防止する拡散防止膜として機能するＳｉＣ膜を形成する前に、配線層の表面に対して、アンモニア添加水素水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行うので、高温環境下において配線層のＣｕ原子の移動を抑制し、配線層内でのボイドの発生を抑制することができる。これにより、配線層のストレスマイグレーション耐性に優れた高い信頼性を有する半導体装置を提供することができる。
【００９２】
また、本実施形態によれば、窒素二流体処理を行った後、層間絶縁膜の表面及び配線層の表面に対して水素プラズマを照射するので、層間絶縁膜の表面及び配線層の表面が清浄化され、層間絶縁膜及び配線層上に、配線材料であるＣｕの拡散を防止する拡散防止膜として機能するＳｉＣ膜を高い密着性で形成することができる。これにより、半導体装置の信頼性を向上することができる。
【００９３】
（評価結果）
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法の評価結果について説明する。本実施形態による半導体装置の製造方法により製造された多層配線構造を有する半導体装置について、高温放置実験を行い、導通不良の発生率を測定した。
【００９４】
高温放置実験は、本実施形態による半導体装置の製造方法により、５層の配線層を形成した後、シリコン酸化膜を層間絶縁膜としてアルミニウムよりなる電極パットを形成した半導体装置について行った。高温放置実験を行った実施例１、２は以下の通りである。
【００９５】
実施例１は、アンモニア添加水素水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を３０秒間行った場合である。アンモニア添加水素水中のアンモニア濃度は１ｐｐｍ、アンモニア添加水素水の流量は１５０ｍＬ／ｍｉｎ、窒素ガスの流量は５０Ｌ／ｍｉｎとした。
【００９６】
実施例２は、窒素二流体処理において、１ＭＨｚ、６０Ｗの超音波振動を印加したアンモニア添加水素水を用いた場合である。窒素二流体処理の処理時間、アンモニア添加水素水中のアンモニア濃度、アンモニア添加水素水の流量、窒素ガスの流量等の他の条件は、実施例１による場合と同様にした。
【００９７】
高温放置実験では、半導体装置を放置する温度を２００℃に設定し、放置時間７０時間、１７０時間、３４０時間、及び５００時間の場合についてそれぞれ導通不良の発生率を測定した。
【００９８】
以下の比較例１、２についても同様の高温放置実験を行った。
【００９９】
比較例１は、炭酸ガス封入水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行った場合である。炭酸ガス封入水としては、比抵抗０．２ＭΩ・ｃｍのものを用いた。炭酸ガス封入水の流量は１５０ｍＬ／ｍｉｎ、窒素ガスの流量は５０Ｌ／ｍｉｎとした。
【０１００】
比較例２は、配線溝内に配線層を埋め込みＣＭＰ法により平坦化した後、窒素二流体処理を行わずに直ちに拡散防止膜を形成した場合である。
【０１０１】
なお、比較例１、２のいずれの場合においても、窒素二流体処理においてアンモニア添加水素水に代えて炭酸封入水を用いる点又は窒素二流体処理を行わない点を除いては、実施例１、２による場合と同様に半導体装置を製造した。
【０１０２】
実施例１、実施例２、比較例１、及び比較例２についての高温放置実験の結果は以下のようになった。
【０１０３】
実施例１の場合、放置時間７０時間、１７０時間、３４０時間、５００時間での導通不良の発生率は、それぞれ０％、２％、６％、１０％であった。
【０１０４】
実施例２の場合、放置時間７０時間、１７０時間、３４０時間、５００時間での導通不良の発生率は、いずれも０％であった。
【０１０５】
比較例１の場合、放置時間７０時間、１７０時間、３４０時間、５００時間での導通不良の発生率は、それぞれ１％、５％、１１％、１６％であった。
【０１０６】
比較例２の場合、放置時間７０時間、１７０時間、３４０時間、５００時間での導通不良の発生率は、それぞれ８％、２７％、４６％、５２％であった。
【０１０７】
上記の高温放置実験の結果から、本実施形態による半導体装置の製造方法によれば、従来の場合と比較して、高温環境下にさらされた際の導通不良の発生率を大幅に低減することができることが確認された。また、実施例１の結果と実施例２の結果とを比較すると、アンモニア添加水素水に超音波振動を印加した実施例２の方が、導通不良の発生率がより低減されていることが分かる。
【０１０８】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による磁気ヘッドの製造方法について図１２乃至図１５を用いて説明する。図１２は磁気ヘッドの構造を示す斜視図、図１３乃至図１５は本実施形態による磁気ヘッドの製造方法を示す工程断面図である。
【０１０９】
図１２はハードディスク用の誘導型薄膜磁気ヘッドの構造を示しており、図１３乃至図１５は図１２に示す誘導型薄膜磁気ヘッドにおける第１層目及び第２層目のコイルの製造工程を示している。なお、図１３乃至図１５においては、コイル以外の構成要素について適宜図示を省略している。また、以下では、再生ヘッドを省略して誘導型薄膜磁気ヘッドについてのみを説明する。
【０１１０】
まず、図１２に示すように、スライダーの母体となるＡｌ２Ｏ３−ＴｉＣ基板７８上に、Ａｌ２Ｏ３膜（図示せず）を成膜したのち、ＮｉＦｅ合金からなる所定パターンの下部磁気コア層８０を設ける。
【０１１１】
次いで、下部磁気コア層８０の上にスパッタリング法等によって、Ａｌ２Ｏ３からなるライトギャップ層８２を設ける。なお、この場合、後の工程において、下部磁気コア層８０の上部磁気コア層１２２と接続する接続部８１を露出させておく。
【０１１２】
次いで、ライトギャップ層８２上にレジストを塗布し、所定パターンにパターニングした後、例えば２００℃に加熱して硬化させることにより、例えば厚さ３．５μｍの層間絶縁膜８４を形成する。なお、図１２においては、下部磁気コア層８０と上部磁気コア層１２２とに挟まれた領域以外における層間絶縁膜は図示を省略している。
【０１１３】
次いで、層間絶縁膜８４上にレジスト８６を塗布し（図１３（ａ）を参照）、第１層目の平面スパイラル状のコイルパターンを有する配線溝８８を形成した後、例えば２００℃に加熱して硬化させる。こうして、第１層目のコイルパターンを有する配線溝８８が形成された例えば膜厚３μｍの層間絶縁膜９０を形成する（図１３（ｂ）を参照）。
【０１１４】
次いで、全面に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚３０ｎｍのＴａＮ膜よりなるバリアメタル層９２と、例えば膜厚３０ｎｍのＣｕ膜とを連続して堆積する。
【０１１５】
次いで、バリアメタル層９２上に形成されたＣｕ膜をシードとして、電解メッキにより更にＣｕ膜を堆積し、例えばトータル膜厚３μｍのＣｕ膜９４を形成する。
【０１１６】
次いで、ＣＭＰ法により、層間絶縁膜９０が露出するまで、Ｃｕ膜９４及びバリアメタル層９２を研磨し、層間絶縁膜９０上のＣｕ膜９４及びバリアメタル層９２を除去する。こうして、配線溝８８内に埋め込まれ、ＴａＮ膜よりなりＣｕの拡散を防止するバリアメタル層９２と配線層の主要部をなすＣｕ膜９４とを有する配線層９６を形成する（図１３（ｃ）を参照）。配線層９６は、第１層目の平面スパイラル状のコイルを構成する。
【０１１７】
ＣＭＰ法により配線層９６を埋め込んだ後、層間絶縁膜９０の表面及び配線層９６の表面に対して、アンモニア及び水素を純水に溶解させて調製したアンモニア添加水素水と、窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行う（図１４（ａ）を参照）。窒素二流体処理の条件は、例えば、処理時間を３０秒、アンモニア添加水素水中のアンモニア濃度を１ｐｐｍ、アンモニア添加水素水の流量を１５０ｍＬ／ｍｉｎ、窒素ガスの流量を５０Ｌ／ｍｉｎとする。なお、アンモニア添加水素水に超音波振動を予め印加し、層間絶縁膜９０の表面及び配線層９６の表面に対して、超音波振動が印加されたアンモニア添加水素水と窒素ガスとを同時に吹き付けてもよい。窒素二流体処理を行うことにより、高温環境下に磁気ヘッドがさらされた場合において配線層９６のＣｕ原子の移動が抑制され、配線層９６内でのボイドの発生を抑制することができる。この結果、配線層９６における導通不良の発生を抑制することができる。
【０１１８】
窒素二流体処理を行った後、層間絶縁膜９０の表面及び配線層９６の表面に対して水素プラズマを照射する。水素プラズマを照射することにより、層間絶縁膜９０の表面及び配線層９６の表面が清浄化され、層間絶縁膜９０及び配線層９６上に拡散防止膜を高い密着性で形成することができる。これにより、磁気ヘッドの信頼性を向上することができる。
【０１１９】
水素プラズマを照射した後、層間絶縁膜９０及び配線層９６上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、例えば膜厚５０ｎｍのＳｉＣ膜９８を形成する。ＳｉＣ膜９８は、配線層材料であるＣｕの拡散を防止する拡散防止膜として機能する。
【０１２０】
次いで、ＳｉＣ膜９８上にレジストを塗布し、所定パターンにパターニングした後、例えば２００℃に加熱して硬化させることにより、例えば膜厚３．５μｍの絶縁膜１００を形成する。
【０１２１】
こうして、ＳｉＣ膜９８と絶縁膜１００とが順次積層されてなる層間絶縁膜１０２を形成する。
【０１２２】
次いで、層間絶縁膜１０２上にレジスト１０４を塗布し（図１４（ｂ）を参照）、第２層目の平面スパイラル状のコイルパターンを有する配線溝１０６を形成した後、例えば２００℃に加熱して硬化させる。こうして、第２層目のコイルパターンを有する配線溝１０６が形成された例えば膜厚３μｍの層間絶縁膜１０８を形成する（図１４（ｃ）を参照）。
【０１２３】
次いで、全面に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚３０ｎｍのＴａＮ膜よりなるバリアメタル層１１０と、例えば膜厚３０ｎｍのＣｕ膜とを連続して堆積する。
【０１２４】
次いで、バリアメタル層１１０上に形成されたＣｕ膜をシードとして、電解メッキにより更にＣｕ膜を堆積し、例えばトータル膜厚３μｍのＣｕ膜１１２を形成する。
【０１２５】
次いで、ＣＭＰ法により、層間絶縁膜１０８が露出するまで、Ｃｕ膜１１２及びバリアメタル層１１０を研磨し、層間絶縁膜１０８上のＣｕ膜１１２及びバリアメタル層１１０を除去する。こうして、配線溝１０６内に埋め込まれ、ＴａＮ膜よりなりＣｕの拡散を防止するバリアメタル層１１０と配線層の主要部をなすＣｕ膜１１２とを有する配線層１１４を形成する（図１５（ａ）を参照）。配線層１１４は、第２層目の平面スパイラル状のコイルを構成する。
【０１２６】
ＣＭＰ法により配線層１１４を埋め込んだ後、配線層９６を形成した場合と同様にして、層間絶縁膜１０８の表面及び配線層１１４の表面に対して、アンモニア添加水素水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行う（図１５（ｂ）を参照）。窒素二流体処理を行うことにより、高温環境下に磁気ヘッドがさらされた場合において配線層１１４のＣｕ原子の移動が抑制され、配線層１１４内でのボイドの発生を抑制することができる。この結果、配線層１１４における導通不良の発生を抑制することができる。
【０１２７】
窒素二流体処理を行った後、配線層９６を形成した場合と同様にして、層間絶縁膜１０８の表面及び配線層１１４の表面に対して水素プラズマを照射する。水素プラズマを照射することにより、層間絶縁膜１０８の表面及び配線層１１４の表面が清浄化され、層間絶縁膜１０８及び配線層１１４上に拡散防止膜を高い密着性で形成することができる。これにより、磁気ヘッドの信頼性を向上することができる。
【０１２８】
水素プラズマを照射した後、層間絶縁膜１０８及び配線層１１４上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、例えば膜厚５０ｎｍのＳｉＣ膜１１６を形成する。ＳｉＣ膜１１６は、配線層材料であるＣｕの拡散を防止する拡散防止膜として機能する。
【０１２９】
次いで、ＳｉＣ膜１１６上にレジストを塗布し、所定パターンにパターニングした後、例えば２００℃に加熱して硬化させることにより、例えば膜厚３．５μｍの絶縁膜１１８を形成する。
【０１３０】
こうして、ＳｉＣ膜１１６と絶縁膜１１８とが順次積層されてなる層間絶縁膜１２０を形成する。
【０１３１】
次いで、スパッタリング法によってＮｉＦｅメッキシード層（図示せず）を設けたのち、メッキフレームとなるフォトレジストマスク（図示せず）を利用して、選択的にＮｉＦｅを電解メッキすることによって図１２に示す上部磁気コア層１２２を形成し、次いで、フォトレジストマスクを除去したのち、イオンミーリングを施すことによって露出するＮｉＦｅメッキシード層を除去する。
【０１３２】
次いで、全面にＡｌ２Ｏ３膜を設けて保護膜（図示せず）としたのち、Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ基板７８を切断し、磁気コア先端部１２４の長さ、即ち、ギャップ深さを調整するために研削、研磨等のスライダー加工を行うことにより、図１２に示す磁気ヘッドが完成する。図１２においては、コア長をＬで示している。
【０１３３】
このように、本実施形態によれば、層間絶縁膜の配線溝に配線層となるＴａＮ膜及びＣｕ膜を埋め込んでＣＭＰ法により平坦化した後、配線材料であるＣｕの拡散を防止する拡散防止膜として機能するＳｉＣ膜を形成する前に、配線層の表面に対して、アンモニア添加水素水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行うので、高温環境下において配線層のＣｕ原子の移動を抑制し、配線層内でのボイドの発生を抑制することができる。これにより、高い信頼性を有する磁気ヘッドを提供することができる。
【０１３４】
また、本実施形態によれば、窒素二流体処理を行った後、層間絶縁膜の表面及び配線層の表面に対して水素プラズマを照射するので、層間絶縁膜の表面及び配線層の表面が清浄化され、層間絶縁膜及び配線層上に、配線材料であるＣｕの拡散を防止する拡散防止膜として機能するＳｉＣ膜を高い密着性で形成することができる。これにより、磁気ヘッドの信頼性を向上することができる。
【０１３５】
（評価結果）
次に、本実施形態による磁気ヘッドの製造方法の評価結果について説明する。本実施形態による磁気ヘッドの製造方法により製造された多層配線構造を有する磁気ヘッドについて、高温放置実験を行い、導通不良の発生率を測定した。
【０１３６】
高温放置実験を行った実施例３、４は以下の通りである。
【０１３７】
実施例３は、アンモニア添加水素水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を３０秒間行った場合である。アンモニア添加水素水中のアンモニア濃度は１ｐｐｍ、アンモニア添加水素水の流量は１５０ｍＬ／ｍｉｎ、窒素ガスの流量は５０Ｌ／ｍｉｎとした。
【０１３８】
実施例４は、実施例３におけるレジストよりなる絶縁膜８４、９０、１００、１０８、１１８に代えて、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を用いたＰＥＣＶＤ法によりシリコン酸化膜を形成したものである。窒素二流体処理は、実施例３による場合と同様に行った。
【０１３９】
また、以下の比較例３、４についても同様の高温放置実験を行った。
【０１４０】
比較例３では、窒素二流体処理を行わなかった点を除いては、実施例３による場合と同様に磁気ヘッドを形成した。
【０１４１】
比較例４では、窒素二流体処理を行わなかった点を除いては、実施例４による場合と同様に磁気ヘッドを形成した。
【０１４２】
高温放置実験では、磁気ヘッドを放置する温度を、実施例３及び比較例３ではそれぞれ１４０℃に設定し、実施例４及び比較例４ではそれぞれ２００℃に設定し、放置時間７０時間、１７０時間、３４０時間、及び５００時間の場合についてそれぞれ導通不良の発生率を測定した。
【０１４３】
実施例３、実施例４、比較例３、及び比較例４についての高温放置実験の結果は以下のようになった。
【０１４４】
実施例３の場合、放置時間７０時間、１７０時間、３４０時間、５００時間での導通不良の発生率は、それぞれ２％、４％、８％、１５％であった。
【０１４５】
実施例４の場合、放置時間７０時間、１７０時間、３４０時間、５００時間での導通不良の発生率は、いずれも０％であった。
【０１４６】
比較例３の場合、放置時間７０時間、１７０時間、３４０時間、５００時間での導通不良の発生率は、それぞれ１５％、２８％、４８％、７０％であった。
【０１４７】
比較例４の場合、放置時間７０時間、１７０時間、３４０時間、５００時間での導通不良の発生率は、それぞれ７％、２５％、４３％、５６％であった。
【０１４８】
上記の高温放置実験の結果から、本実施形態による磁気ヘッドの製造方法によれば、従来の場合と比較して、高温環境下にさらされた際の導通不良の発生率を大幅に低減することができることが確認された。また、実施例３の結果と実施例４の結果とを比較すると、層間絶縁膜を構成する絶縁膜としてレジスト膜を用いた場合よりもシリコン酸化膜を用いた場合の方が、導通不良の発生率がより低減されていることが分かる。
【０１４９】
［変形実施形態］
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【０１５０】
例えば、上記実施形態では、層間絶縁膜に、ＳｉＯＣ膜、シリコン酸化膜、レジスト膜等を用いる場合について説明したが、層間絶縁膜はこれらに限定されるものではなく、種々の絶縁膜を用いることができる。層間絶縁膜として、Ｓｉ（シリコン）及びＯ（酸素）を含む無機系絶縁材料よりなる絶縁膜や、Ｃ（炭素）及びＨ（水素）を含む炭化水素等の有機系絶縁材料よりなる絶縁膜を広く用いることができる。
【０１５１】
また、上記実施形態では、配線材料であるＣｕの拡散を防止する拡散防止膜としてＳｉＣ膜を形成する場合について説明したが、Ｃｕの拡散防止膜として形成する膜は、ＳｉＣ膜に限定されるものではない。Ｃｕの拡散防止膜として、ＳｉＣ膜のほか、例えば、シリコン窒化膜、ポリイミド膜、ジルコニウムナイトライド膜等を形成してもよい。
【０１５２】
また、上記第１実施形態では、配線層７４を形成するにあたっては、デュアルダマシンプロセスによりビアホール６６内及び配線溝６８内にＴａＮ膜７０及びＣｕ膜７２を同時に埋め込む場合について説明したが、シングルダマシンプロセスによりビアホール及び配線溝を別々に形成し、これらにＴａＮ膜及びＣｕ膜を別々に埋め込んでもよい。
【０１５３】
また、上記実施形態では、半導体装置、磁気ヘッドを製造する場合について説明したが、本発明は、Ｃｕを主材料とする配線層を有する配線構造体の製造方法に広く適用することができる。
【０１５４】
以上詳述したように、本発明の特徴をまとめると以下のようになる。
【０１５５】
（付記１）
絶縁膜に、開口部を形成する工程と、
前記開口部内に、Ｃｕを主材料とする配線層を形成する工程と、
前記開口部内に埋め込まれた前記配線層の表面に対して、アンモニア及び水素を溶解させた純水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行う工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１５６】
（付記２）
付記１記載の半導体装置の製造方法において、
前記窒素二流体処理を行う工程の後に、前記絶縁膜及び前記配線層上に、Ｃｕの拡散を防止する拡散防止膜を形成する工程を更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１５７】
（付記３）
付記２記載の半導体装置の製造方法において、
前記拡散防止膜は、ＳｉＣ膜又はシリコン窒化膜である
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１５８】
（付記４）
付記１乃至３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記窒素二流体処理を行う工程の後に、前記絶縁膜の表面及び前記配線層の表面に対して水素プラズマを照射する工程を更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１５９】
（付記５）
付記１乃至４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記窒素二流体処理を行う工程では、アンモニア及び水素を溶解させた前記純水に超音波振動を印加し、超音波振動が印加された前記純水と前記窒素ガスとを同時に吹き付ける
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１６０】
（付記６）
付記１乃至５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記配線層を形成する工程では、前記開口部が形成された前記絶縁膜上に導電体膜を形成し、前記導電体膜を研磨することにより、前記絶縁膜を露出するとともに前記開口部内に前記導電体膜を埋め込み、前記導電体膜よりなる前記配線層を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１６１】
（付記７）
付記６記載の半導体装置の製造方法において、
前記開口部を形成する工程では、ビアホールと、前記ビアホールを含む領域に形成された配線溝とを有する前記開口部を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１６２】
（付記８）
絶縁膜に、コイルパターンを有する開口部を形成する工程と、
前記開口部内に、Ｃｕを主材料とし、コイルを構成する配線層を形成する工程と、
前記開口部内に埋め込まれた前記配線層の表面に対して、アンモニア及び水素を溶解させた純水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行う工程と
を有することを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【０１６３】
（付記９）
付記８記載の磁気ヘッドの製造方法において、
前記窒素二流体処理を行う工程の後に、前記絶縁膜及び前記配線層上に、Ｃｕの拡散を防止する拡散防止膜を形成する工程を更に有する
ことを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【０１６４】
（付記１０）
付記９記載の磁気ヘッドの製造方法において、
前記拡散防止膜は、ＳｉＣ膜又はシリコン窒化膜である
ことを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【０１６５】
（付記１１）
付記８乃至１０のいずれかに記載の磁気ヘッドの製造方法において、
前記窒素二流体処理を行う工程の後に、前記絶縁膜の表面及び前記配線層の表面に対して水素プラズマを照射する工程を更に有する
ことを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【０１６６】
（付記１２）
付記８乃至１１のいずれかに記載の磁気ヘッドの製造方法において、
前記窒素二流体処理を行う工程では、アンモニア及び水素を溶解させた前記純水に超音波振動を印加し、超音波振動が印加された前記純水と前記窒素ガスとを同時に吹き付ける
ことを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【０１６７】
（付記１３）
付記８乃至１２のいずれかに記載の磁気ヘッドの製造方法において、
前記配線層を形成する工程では、前記開口部が形成された前記絶縁膜上に導電体膜を形成し、前記導電体膜を研磨することにより、前記絶縁膜を露出するとともに前記開口部内に前記導電体膜を埋め込み、前記導電体膜よりなる前記配線層を形成する
ことを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【０１６８】
（付記１４）
付記８乃至１３のいずれかに記載の磁気ヘッドの製造方法において、
前記絶縁膜は、Ｓｉ及びＯを含む無機系絶縁材料、又はＣ及びＨを含む有機系絶縁材料よりなる
ことを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【図面の簡単な説明】
【０１６９】
【図１】配線層上に拡散防止膜を形成した後の表面を二次イオン質量分析法によって分析した結果を示すグラフである。
【図２】配線層上に形成された拡散防止膜の表面粗さを測定した結果を示すグラフ（その１）である。
【図３】配線層上に形成された拡散防止膜の表面粗さを測定した結果を示すグラフ（その２）である。
【図４】本発明の第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図５】本発明の第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図６】本発明の第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【図７】本発明の第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その４）である。
【図８】本発明の第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その５）である。
【図９】本発明の第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その６）である。
【図１０】本発明の第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その７）である。
【図１１】本発明の第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その８）である。
【図１２】磁気ヘッドの構造を示す斜視図である。
【図１３】本発明の第２実施形態による磁気ヘッドの製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図１４】本発明の第２実施形態による磁気ヘッドの製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図１５】本発明の第２実施形態による磁気ヘッドの製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【符号の説明】
【０１７０】
１０…シリコン基板
１２…素子分離膜
１４…ゲート電極
１６…ソース／ドレイン拡散層
１８…シリコン窒化膜
２０…ＰＳＧ膜
２２…ＳｉＣ膜
２４…層間絶縁膜
２６…コンタクトホール
２８…コンタクトプラグ
３０…ＳｉＯＣ膜
３２…シリコン酸化膜
３４…層間絶縁膜
３６…フォトレジスト膜
３８…配線溝
４０…バリアメタル層
４２…Ｃｕ膜
４４…配線層
４６…ノズル
４８…ＳｉＣ膜
５４…ＳｉＯＣ膜
５６…シリコン酸化膜
５８…シリコン窒化膜
６０…層間絶縁膜
６２…フォトレジスト膜
６４…フォトレジスト膜
６６…ビアホール
６８…配線溝
７０…バリアメタル層
７２…Ｃｕ膜
７４…配線層
７６…ＳｉＣ膜
７８…Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ基板
８０…下部磁気コア層
８１…接続部
８２…ライトギャップ層
８４…層間絶縁膜
８６…レジスト
８８…配線溝
９０…層間絶縁膜
９２…バリアメタル層
９４…Ｃｕ膜
９６…配線層
９８…ＳｉＣ膜
１００…絶縁膜
１０２…層間絶縁膜
１０４…レジスト
１０６…配線溝
１０８…層間絶縁膜
１１０…バリアメタル層
１１２…Ｃｕ膜
１１４…配線層
１１６…ＳｉＣ膜
１１８…絶縁膜
１２０…層間絶縁膜
１２２…上部磁気コア層
１２４…磁気コア先端部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線層の主材料に銅を用いた配線構造を有する半導体装置の製造方法、及び配線層の主材料に銅を用いた配線構造を有する磁気ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の大規模集積化に伴い、配線の設計ルールも世代とともに縮小化されている。従来、配線層は、配線材料を堆積した後、リソグラフィー及びドライエッチングを用いてパターニングすることにより、形成されていたが、世代が進むにつれ、技術的な限界が生じ始めている。このため、従来の配線形成プロセスに変わる新たな形成プロセスとして、層間絶縁膜に溝パターンやホールパターンを形成した後、この溝やホールに配線材料を埋め込む、いわゆるダマシンプロセスと呼ばれる手法が利用されつつある。また、配線形成プロセスの移行に伴い、配線材料には、従来から配線材料として用いられていたアルミニウムよりも比抵抗が低くエレクトロマイグレーション耐性に優れた銅（Ｃｕ）が用いられるようになってきている。
【０００３】
このような配線形成プロセスを用いてトランジスタ等の半導体素子を高集積化した多層配線構造を有する半導体装置の開発が急速に進められている。これにあわせて、配線層におけるエレクトロマイグレーションを抑制すること等により半導体装置の信頼性を向上することを目的とする手法がこれまでに数多く報告されている（例えば、特許文献１乃至３を参照）。
【特許文献１】特開２０００−３２３４７６号公報
【特許文献２】特開２００２−２４６３９１号公報
【特許文献３】特開２００３−１４２５８０号公報
【特許文献４】特開２００５−１８３８１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体装置の動作時には、装置自身が発熱して温度が上昇する。従来から、このような動作時の温度上昇や配線形成後のプロセス等により、多層配線構造が高温環境下にさらされると、配線層のＣｕ原子や配線層内に形成されている空孔が移動して配線層内に巨大なボイドが発生し、このボイドにより配線層の導通不良が発生することが知られている。
【０００５】
配線層の幅が１μｍ以上の世代においては、配線層内に生じるボイドのサイズに対して配線層の幅が充分に大きくなっている。このため、ボイドによる導通不良が半導体装置の動作特性や信頼性に与える影響は大きくなかった。
【０００６】
しかしながら、配線層の幅が０．５μｍ以下の世代となると、配線層内に生じたボイドによる配線抵抗の上昇が半導体装置の動作特性や信頼性に与える影響が無視できないものとなってくる。特に、今後０．２μｍ以下の幅を有する配線層のような微細な配線層を形成する場合、ボイドによる導通不良の発生を抑制することが不可欠となる。
【０００７】
上記特許文献１乃至３においては、半導体装置の信頼性の向上を目的とする手法が開示されている。しかしながら、これらは、配線層におけるエレクトロマイグレーションに対する耐性を向上することにより信頼性の向上を図ったものである。これまで、熱によって生じるボイドに起因する配線層の導通不良に関する対策は充分になされていなかった。
【０００８】
本願出願人は、かかる対策として、窒素ガスと水とを同時に配線層の表面に吹き付けることにより、熱によるボイドの発生を抑制して半導体装置の信頼性を向上する方法を提案している（特許文献４を参照）。
【０００９】
また、ハードディスク等の磁気記録装置の磁気ヘッドにおいても、書き込み磁場を発生させるためのコイルを構成する配線層の微細化が進行している。その最小配線幅は、１μｍを切ってきている。したがって、上記の半導体装置の場合と同様に、磁気ヘッドにおける配線層においても、熱によって生じるボイドに起因する導通不良に関する対策を行う必要がある。
【００１０】
本発明の目的は、高温環境下における配線層内でのボイドの発生を抑制して配線層の導通不良を抑制し、半導体装置の信頼性を向上しうる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、高温環境下における配線層内でのボイドの発生を抑制して配線層の導通不良を抑制し、磁気ヘッドの信頼性を向上しうる磁気ヘッドの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一観点によれば、絶縁膜に、開口部を形成する工程と、前記開口部内に、Ｃｕを主材料とする配線層を形成する工程と、前記開口部内に埋め込まれた前記配線層の表面に対して、アンモニア及び水素を溶解させた純水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行う工程とを有する半導体装置の製造方法が提供される。
【００１３】
本発明の他の観点によれば、絶縁膜に、コイルパターンを有する開口部を形成する工程と、前記開口部内に、Ｃｕを主材料とし、コイルを構成する配線層を形成する工程と、前記開口部内に埋め込まれた前記配線層の表面に対して、アンモニア及び水素を溶解させた純水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行う工程とを有する磁気ヘッドの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、半導体装置の製造方法において、絶縁膜に、開口部を形成する工程と、開口部内に、Ｃｕを主材料とする配線層を形成する工程と、開口部内に埋め込まれた配線層の表面に対して、アンモニア及び水素を溶解させた純水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行う工程とを有するので、高温環境下における配線層のＣｕ原子の移動が抑制され、配線層の導通不良の発生率を低減することができる。これにより、ストレスマイグレーション耐性に優れた信頼性の高い配線構造を有する半導体装置を提供することができる。
【００１５】
また、本発明によれば、磁気ヘッドの製造方法において、絶縁膜に、コイルパターンを有する開口部を形成する工程と、開口部内に、Ｃｕを主材料とし、コイルを構成する配線層を形成する工程と、開口部内に埋め込まれた配線層の表面に対して、アンモニア及び水素を溶解させた純水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行う工程とを有するので、高温環境下における配線層のＣｕ原子の移動が抑制され、コイルを構成する配線層の導通不良の発生率を低減することができる。これにより、信頼性の高い配線構造を有する磁気ヘッドを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
［本発明の原理］
まず、本発明の原理について図１乃至図３を用いて説明する。図１は配線層上に拡散防止膜を形成した後の表面を二次イオン質量分析法によって分析した結果を示すグラフ、図２及び図３は配線層上に形成された拡散防止膜の表面粗さを測定した結果を示すグラフである。
【００１７】
本発明による半導体装置の製造方法は、絶縁膜に、開口部を形成する工程と、開口部内に、Ｃｕを主材料とする配線層を形成する工程と、開口部内に埋め込まれた配線層の表面に対して、アンモニア及び水素を溶解させた純水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行う工程とを有することに主たる特徴がある。
【００１８】
同様に、本発明による磁気ヘッドの製造方法は、絶縁膜に、コイルパターンを有する開口部を形成する工程と、開口部内に、Ｃｕを主材料とし、コイルを構成する配線層を形成する工程と、開口部内に埋め込まれた配線層の表面に対して、アンモニア及び水素を溶解させた純水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行う工程とを有することに主たる特徴がある。
【００１９】
すなわち、本発明による半導体装置の製造方法、及び本発明のよる磁気ヘッドの製造方法は、開口部内に埋め込まれた配線層の表面に対して水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行う工程において、窒素ガスと同時に吹き付ける水として、アンモニア及び水素を溶解させた純水を用いるものである。なお、本願明細書においては、アンモニア及び水素を溶解させた純水のことを適宜「アンモニア添加水素水」と称する。
【００２０】
ダマシンプロセスにおいてＣＭＰ法による平坦化を行った後に露出したＣｕを主材料とする配線層の表面は、純Ｃｕに近いものの、若干の酸化層が最表面に露出した状態となっている。従来、ＣＭＰ法による平坦化の後、直ちに配線材料であるＣｕの拡散を防止するＳｉＣ膜等よりなる拡散防止膜が形成されていた。このような従来の工程により形成された多層配線が高温環境下にさらされると、配線材料であるＣｕ原子や配線層中の空孔が移動し、配線層内にボイドが発生していた。このようなボイドは、配線層の導通不良の原因のひとつとなるものである。
【００２１】
本願出願人は、かかるボイドに起因する導通不良の発生を抑制する手法として、層間絶縁膜の配線溝内に配線層を埋め込んでＣＭＰ法による平坦化を行った後、配線材料であるＣｕの拡散を防止する拡散防止膜を形成する前に、配線層の表面に対して、窒素ガスと水とを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行う工程を含む半導体装置の製造方法を提案している（特許文献４を参照）。特許文献４に開示された窒素二流体処理においては、純水、純水に炭酸を溶存させた炭酸水等が、窒素ガスと同時に配線層の表面に対して吹き付けられている。
【００２２】
さらに、本願発明者等は、層間絶縁膜の配線溝内に配線層を埋め込んでＣＭＰ法による平坦化を行った後、配線材料であるＣｕの拡散を防止する拡散防止膜を形成する前に、配線層の表面に対して、アンモニア添加水素水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行うことにより、多層配線が高温環境下にさらされた場合であっても、配線層の導通不良の発生率が極めて低くなることを発見した。加えて、本願発明者等は、アンモニア添加水素水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を用いた場合の導通不良の発生率は、特許文献４に記載された窒素二流体処理を用いた場合と比較して更に低くなることを見出した。
【００２３】
アンモニア添加水素水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を用いた本発明による導通不良の発生率の更なる低下は、以下の要因によるものであると考えられる。
【００２４】
まず、第１の要因として、アンモニア添加水素水により、露出したＣｕ層表面が還元され、又はＣｕ層の表面の酸化が防止されることが考えられる。
【００２５】
また、第２の要因として、アンモニア添加水素水を用いた窒素二流体処理に伴い、Ｃｕ層の表面に存在する窒素量が増加することが考えられる。
【００２６】
さらに、第３の要因として、アンモニア添加水素水により、露出したＣｕ層の表面が清浄化されることが考えられる。
【００２７】
特許文献４に記載された窒素二流体処理との比較では、本発明による窒素二流体処理では、これら第１乃至第３の要因が効果的に導通不良の発生に寄与しているものと考えられる。
【００２８】
図１は、ダマシンプロセスによりＣｕを主材料とする配線層を形成した後、配線層が埋め込まれた層間絶縁膜上に拡散防止膜としてＳｉＣ膜を形成した半導体装置の表面近傍を二次イオン質量分析法により分析した結果を示すグラフである。図１に示すグラフＡは、配線層を形成した後、アンモニア添加水素水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行ってから配線層が埋め込まれた層間絶縁膜上にＳｉＣ膜を形成した場合の結果を示している。グラフＢは、配線層を形成した後、特許文献４に記載された従来の窒素二流体処理を行ってから配線層が埋め込まれた層間絶縁膜上にＳｉＣ膜を形成した場合の結果を示している。なお、グラフＢに示す特許文献４に記載された従来の窒素二流体処理では、窒素ガスと同時に純水（イオン交換水）を吹き付けた。グラフＣは、配線層を形成した後、窒素二流体処理を行わずに、直ちに、配線層が埋め込まれた層間絶縁膜上にＳｉＣ膜を形成した場合の結果を示している。
【００２９】
図１に示す二次イオン質量分析法による分析結果から、窒素二流体処理を行った場合（グラフＡ及びグラフＢ）には、Ｃｕを主材料とする配線層とＳｉＣ膜との界面付近に僅かであるが窒素が検出されていることが分かる。さらに、グラフＡとグラフＢとを比較すると、窒素二流体処理において窒素ガスと同時に吹き付ける水としてアンモニア添加水素水を用いることにより、配線層とＳｉＣ膜との界面付近に存在する窒素量が僅かに増加することが分かる。
【００３０】
このように、窒素二流体処理を行うことにより、窒素が、Ｃｕ層の表面に吸着したり、化合物等の形態で存在したりするようになり、その窒素量が、アンモニア添加水素水を用いることにより増加することが分かる。
【００３１】
窒素二流体処理によりＣｕを主材料とする配線層の表面に窒素が付着すると、次のような機構により、高温環境下にさらされた場合であっても配線層の導通不良の発生率が低く抑えられると考えられる。すなわち、Ｃｕを主材料とする配線層の表面に窒素が吸着した状態でＣｕの拡散を防止する拡散防止膜を形成すると、窒素の存在により、高温環境下にさらされた場合において配線層のＣｕ原子の移動が困難となる。この結果、配線層内におけるボイドの発生が抑制され、配線層の導通不良の発生率が低く抑えられ配線層のストレスマイグレーション耐性が向上されると考えられる。
【００３２】
窒素二流体処理においてアンモニア添加水素水を用いると、Ｃｕを主材料とする配線層の表面に付着する窒素の量が増加する。このため、通常の純水等を用いる場合と比較して、配線層内におけるボイドの発生が更に抑制され、配線層の導通不良の発生率が更に低く抑えられと考えられる。これにより、配線層のストレスマイグレーション耐性が更に向上すると考えられる。
【００３３】
また、窒素二流体処理により吹き付けられた水も、高温環境下にさらされた場合の導通不良の発生の抑制に寄与していると考えられる。すなわち、配線層の表面に吹き付けられた水は、その表面を清浄化するとともに、Ｃｕを主材料とする配線層の表面に存在する水酸基と、ＳｉＣよりなる拡散防止膜の有する水素基との間を結合する。これにより、拡散防止膜が配線層上に高い密着性で形成されるため、高温環境下にさらされた場合において配線層のＣｕ原子の移動が困難となる。この結果、配線層内におけるボイドが抑制され、配線層の導通不良の発生率が低く抑えられ配線層のストレスマイグレーション耐性が向上されると考えられる。
【００３４】
窒素二流体処理により高温環境下における配線層のＣｕ原子の移動が抑制されることは、配線層上に形成された拡散防止膜の平均粗さを測定した図２及び図３に示す結果から確認されている。
【００３５】
図３は、ダマシンプロセスにより配線層が埋め込まれた層間絶縁膜上に形成されたＳｉＣ膜の表面の平均粗さを測定した結果を示すグラフである。本発明によるアンモニア添加水素水を用いた窒素二流体処理を行った場合、特許文献４に記載された従来の窒素二流体処理を行った場合、及び窒素二流体処理を行わない場合のそれぞれについて、堆積後初期のＳｉＣ膜、及び２００℃の温度で５０４時間放置したＳｉＣ膜の表面の平均粗さを測定した。表面の平均粗さの測定には、原子間力顕微鏡を用いた。また、それぞれの場合について、熱処理後初期のＳｉＣ膜の表面の平均粗さから堆積後初期のＳｉＣ膜の表面の平均粗さを引いた平均粗さの変化量を求めた。
【００３６】
図２に示すグラフから、窒素二流体処理を行った場合が、窒素二流体処理を行っていない他の場合と比較して、全体的に表面の平均粗さが小さく、また、表面の平均粗さの熱処理による変化量が小さく抑えられていることが分かる。さらに、このように配線層上に形成された拡散防止膜の表面の平均粗さの熱処理による変化量が小さく抑えられていることから、窒素二流体処理によって、熱処理による配線層のＣｕ原子の移動が困難となっており、配線層のボイドの発生が抑制されるといえる。
【００３７】
さらに、アンモニア添加水素水を用いた窒素二流体処理を行った場合は、特許文献４に記載された従来の窒素二流体処理を行った場合と比較して、全体的に表面の粗さが小さく、また、表面の平均粗さの熱処理による変化量が小さく抑えられている。このことから、窒素二流体処理においてアンモニア添加水素水を用いることにより、配線層のボイドの発生を更に抑制することができるといえる。
【００３８】
また、図３は、ダマシンプロセスにより配線層が埋め込まれた層間絶縁膜上に窒素二流体処理を行ってから形成されたＳｉＣ膜の表面の平均粗さと、窒素二流体処理に代えて他の処理を行ってから形成されたＳｉＣ膜の表面の平均粗さとを比較したグラフである。窒素二流体処理としては、アンモニア添加水素水を用いた窒素二流体処理を行った場合と、特許文献４に記載された従来の窒素二流体処理を行った場合とについて、ＳｉＣ膜の表面の平均粗さを測定した。また、これら窒素二流体処理を行った場合のほか、窒素二流体処理に代えて、水素プラズマ処理を行った場合と、アンモニアプラズマ処理を行った場合とについて、ＳｉＣ膜の表面の平均粗さを測定した。いずれの場合においても、堆積後に熱処理等を行っていない未処理の状態のＳｉＣ膜について表面の平均粗さを測定した。表面の平均粗さの測定には、原子間力顕微鏡を用いた。
【００３９】
図３に示すグラフから、窒素二流体処理を行った場合が、水素プラズマ処理を行った場合及びアンモニアプラズマ処理を行った場合のいずれの場合よりも、ＳｉＣ膜の表面の平均粗さが小さくなっていることが分かる。さらに、窒素二流体処理においてアンモニア添加水素水を用いることにより、ＳｉＣ膜の表面の平均粗さが更に小さくなっていることが分かる。
【００４０】
上述したように、本発明によれば、配線溝内にＣｕを主材料とする配線層を埋め込みＣＭＰ法により平坦化した後、Ｃｕの拡散防止膜を形成する前に、配線層の表面にアンモニア添加水素水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行うことにより、高温環境下において配線層のＣｕ原子の移動が抑制され、配線層内でのボイドの発生が抑制される。
【００４１】
したがって、本発明による半導体装置の製造方法によれば、配線層のストレスマイグレーション耐性に優れた高い信頼性を有する半導体装置を提供することができる。
【００４２】
また、前述のように、ハードディスク等の磁気記録装置の磁気ヘッドにおいても、書き込み磁場を発生させるためのコイルを構成する配線層の微細化が進行しており、配線層内におけるボイドの派生を抑制することが課題となっている。
【００４３】
本発明による磁気ヘッドの製造方法によれば、書き込み磁場を発生するためのコイルを構成する配線層内におけるボイドの発生が抑制され、高い信頼性を有する磁気ヘッドを提供することができる。
【００４４】
本発明による窒素二流体処理の処理条件等の詳細は以下の通りである。
【００４５】
窒素二流体処理において窒素ガスと水とを同時に吹き付けるためのスプレー装置としては、例えば、大日本スクリーン製造株式会社製のソフトスプレー、ナノスプレー等の窒素二流体スプレーや、東芝メカトロニクス株式会社製の窒素二流体スプレー等を用いることができる。
【００４６】
窒素二流体処理において吹き付けるアンモニア添加水素水に用いる純水としては、半導体装置の製造プロセスに使用可能な純度を有するものであればよい。例えば、比抵抗１７．６ＭΩ・ｃｍ以上、粒径０．５μｍ未満のパーティクル数が数個／ｍＬレベルの純水であればよい。
【００４７】
このような純水に、アンモニア及び水素を溶解させてアンモニア添加水素水を調製する。アンモニア添加水素水のアンモニア濃度は例えば０．１〜５．０ｐｐｍ、水素濃度は例えば０．１〜５．０ｐｐｍに設定する。
【００４８】
また、窒素二流体処理において吹き付けるアンモニア添加水素水の流量は、所望の値に適宜設定することができるが、例えば、５０〜３００ｍＬ／ｍｉｎに設定することができる。
【００４９】
また、窒素ガスと混合して吹き付けられる前のアンモニア添加水素水には、例えば５００ｋＨｚ以上の超音波振動を印加しておいてもよい。アンモニア添加水素水に超音波振動を予め印加しておくことで、Ｃｕを主体とする配線層の表面に形成されている酸化物をより効果的に除去することができる。なお、印加する超音波振動の周波数は、５００ｋＨｚよりも高い周波数であることが望ましい。これは、周波数が５００ｋＨｚ以下の超音波振動では、振動によってパターンにダメージを与える虞があるためである。
【００５０】
窒素二流体処理において吹き付ける窒素ガスの流量は、所望の値に適宜設定することができるが、例えば、５〜２００Ｌ／ｍｉｎ、より好ましくは３０〜１００Ｌ／ｍｉｎに設定することができる。これは、流量が小さすぎると窒素二流体処理による後述の効果が充分に得られない一方で、流量が大きすぎるとパターン倒れを招く虞があるからである。
【００５１】
また、窒素二流体処理において窒素ガスと水とを吹き付ける時間についても、吹き付ける水の種類、水の流量、窒素ガスの流量等の諸条件に応じて適宜設定することができるが、例えば、５〜３００ｓｅｃ程度に設定することができる。
【００５２】
また、上記の窒素二流体処理の後、拡散防止膜を形成する前に、配線層が埋め込まれた層間絶縁膜の表面に対して水素プラズマを照射する水素プラズマ処理を行ってもよい。層間絶縁膜の表面及び配線層の表面に対して水素プラズマ処理を行うことにより、これら表面が清浄化されるため、高い密着性で拡散防止膜を形成することができる。これにより、配線構造体を有する半導体装置、磁気ヘッドの信頼性を向上することができる。
【００５３】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による半導体装置の製造方法について図４乃至図１１を用いて説明する。図４乃至図１１は本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【００５４】
まず、素子分離膜１２が形成されたシリコン基板１０に、例えば、通常のＭＯＳトランジスタの製造方法と同様にして、ゲート電極１４及びソース／ドレイン拡散層１６を有するＭＯＳトランジスタを形成する（図４（ａ）を参照）。なお、シリコン基板１０上には、ＭＯＳトランジスタのみならず、種々の半導体素子を形成することができる。
【００５５】
次いで、ＭＯＳトランジスタが形成されたシリコン基板１０上に、例えば化学気相成長（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）法により、例えば膜厚０．１μｍのシリコン窒化膜１８を形成する。
【００５６】
次いで、シリコン窒化膜１８上に、例えばＣＶＤ法により、例えば膜厚１．５μｍのＰＳＧ（Phosphorous Silicate Glass）膜２０を形成する。ＰＳＧ膜２０の成膜時の基板温度は、例えば６００℃に設定する。
【００５７】
次いで、例えば化学的機械研磨（Chemical Mechanical Polishing：ＣＭＰ）法により、ＰＳＧ膜２０の膜厚が例えば２００ｎｍとなるまでＰＳＧ膜２０の表面を研磨し、ＰＳＧ膜２０の表面を平坦化する。
【００５８】
次いで、ＰＳＧ膜２０上に、例えばＣＶＤ法により、例えば膜厚５０ｎｍのＳｉＣ膜２２を形成する（図４（ｂ）を参照）。このＳｉＣ膜２２は、パッシベーション膜として機能するものである。
【００５９】
こうして、シリコン窒化膜１８と、ＰＳＧ膜２０と、ＳｉＣ膜２２とが順次積層されてなる層間絶縁膜２４を形成する。
【００６０】
次いで、フォトリソグラフィー及びドライエッチングにより、ＳｉＣ膜２２、ＰＳＧ膜２０及びシリコン窒化膜１８に、シリコン基板１０に達するコンタクトホール２６を形成する。
【００６１】
次いで、全面に、例えばＣＶＤ法により、例えば膜厚１５ｎｍのＴｉ（チタン）膜と、例えば膜厚１５ｎｍのＴｉＮ（窒化チタン）膜と、例えば３００ｎｍのＷ（タングステン）膜とを順次形成する。
【００６２】
次いで、例えばＣＭＰ法により、層間絶縁膜２４の表面が露出するまで、Ｗ膜、ＴｉＮ膜、及びＴｉ膜を研磨し、層間絶縁膜２４上のＷ膜、ＴｉＮ膜、及びＴｉ膜に除去する。こうして、コンタクトホール２６内に埋め込まれ、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜、及びＷ膜よりなるコンタクトプラグ２８を形成する（図４（ｃ）を参照）。
【００６３】
次いで、コンタクトプラグ２８が埋め込まれた層間絶縁膜２４のＳｉＣ膜２２上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、例えば膜厚１５０ｎｍのＳｉＯＣ膜３０を形成する。
【００６４】
次いで、ＳｉＯＣ膜３０上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、例えば膜厚１００ｎｍのシリコン酸化膜３２を形成する。
【００６５】
こうして、ＳｉＣ膜２２上に、ＳｉＯＣ膜３０と、シリコン酸化膜３２とが順次積層されてなる層間絶縁膜３４を形成する（図４（ｄ）を参照）。
【００６６】
次いで、層間絶縁膜３４に形成される配線溝の形成予定領域を露出するフォトレジスト膜３６を形成する（図５（ａ）を参照）。
【００６７】
次いで、フォトレジスト膜３６をマスクとして及びＳｉＣ膜３０をストッパとして、シリコン酸化膜３２及びＳｉＯＣ膜３０を順次エッチングする。こうして、シリコン酸化膜３２及びＳｉＯＣ膜３０に配線溝３８を形成する。配線溝３８を形成した後、マスクとして用いたフォトレジスト膜３６を除去する（図５（ｂ）を参照）。
【００６８】
次いで、全面に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚３０ｎｍのＴａＮ膜よりなるバリアメタル層４０と、例えば膜厚３０ｎｍのＣｕ膜とを連続して堆積する。
【００６９】
次いで、バリアメタル層４０上に形成されたＣｕ膜をシードとして、電解メッキにより更にＣｕ膜を堆積し、例えばトータル膜厚１μｍのＣｕ膜４２を形成する（図５（ｃ）を参照）。
【００７０】
次いで、ＣＭＰ法により、シリコン酸化膜３２が露出するまで、Ｃｕ膜４２及びバリアメタル層４０を研磨し、シリコン酸化膜３２上のＣｕ膜４２及びバリアメタル層４０を除去する。こうして、配線溝３８内に埋め込まれ、ＴａＮ膜よりなりＣｕの拡散を防止するバリアメタル層４０と配線層の主要部をなすＣｕ膜４２とを有する配線層４４を形成する（図６（ａ）を参照）。
【００７１】
ＣＭＰ法により配線層４４を埋め込んだ後、層間絶縁膜３４の表面及び配線層４４の表面に対して、アンモニア及び水素を純水に溶解させて調製したアンモニア添加水素水と、窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行う。窒素二流体処理の条件は、例えば、処理時間を３０秒、アンモニア添加水素水中のアンモニア濃度を１ｐｐｍ、アンモニア添加水素水の流量を１５０ｍＬ／ｍｉｎ、窒素ガスの流量を５０Ｌ／ｍｉｎとする。なお、アンモニア添加水素水に超音波振動を予め印加し、層間絶縁膜３４の表面及び配線層４４の表面に対して、超音波振動が印加されたアンモニア添加水素水と窒素ガスとを同時に吹き付けてもよい。
【００７２】
窒素二流体処理においては、例えば、層間絶縁膜３４の表面及び配線層４４の表面に近接して配置したスプレー装置のノズル４６から、アンモニア添加水素水と窒素ガスとを層間絶縁膜３４の表面及び配線層４４の表面に対して同時に吹き付ける（図６（ｂ）を参照）。このとき、ノズル４６の位置を適宜変更し、各位置においてアンモニア添加水素水と窒素ガスとを吹き付ける。或いは、ノズル４６を適宜移動しながらアンモニア添加水素水と窒素ガスとを吹き付ける。これにより、配線溝４４に埋め込まれた配線層４４の表面の全体に均一にアンモニア添加水素水と窒素ガスとを吹き付ける。窒素二流体処理を行うことにより、高温環境下に半導体装置がさらされた場合において配線層４４のＣｕ原子の移動が抑制され、配線層４４内でのボイドの発生を抑制することができる。この結果、配線層４４における導通不良の発生を抑制することができる。
【００７３】
窒素二流体処理を行った後、層間絶縁膜３４の表面及び配線層４４の表面に対して水素プラズマを照射する。水素プラズマを照射することにより、層間絶縁膜３４の表面及び配線層４４の表面が清浄化され、層間絶縁膜３４及び配線層４４上に拡散防止膜を高い密着性で形成することができる。これにより、半導体装置の信頼性を向上することができる。
【００７４】
水素プラズマを照射した後、層間絶縁膜３４及び配線層４４上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、例えば膜厚５０ｎｍのＳｉＣ膜４８を形成する（図６（ｃ）を参照）。ＳｉＣ膜４８は、配線層材料であるＣｕの拡散を防止する拡散防止膜として機能する。
【００７５】
次いで、ＳｉＣ膜４８上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、例えば膜厚４５０ｎｍのＳｉＯＣ膜５４を形成する。
【００７６】
次いで、ＳｉＯＣ膜５４上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、例えば膜厚１００ｎｍのシリコン酸化膜５６を形成する。
【００７７】
次いで、シリコン酸化膜５６上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、例えば膜厚５０ｎｍのシリコン窒化膜５８を形成する。このシリコン窒化膜５８は、後述するように、配線溝等を形成するためのエッチングの際のハードマスクとして用いられる。
【００７８】
こうして、配線溝３８に配線層４４が埋め込まれた層間絶縁膜３４上に、ＳｉＣ膜４８と、ＳｉＯＣ膜５４と、シリコン酸化膜５６と、シリコン窒化膜５８とが順次積層されてなる層間絶縁膜６０が形成される（図７（ａ）を参照）。
【００７９】
次いで、フォトリソグラフィーにより、シリコン窒化膜５８上に、シリコン酸化膜５６及びＳｉＯＣ膜５８に形成される配線層の形成予定領域を露出するフォトレジスト膜６２を形成する（図７（ｂ）を参照）。
【００８０】
次いで、フォトレジスト膜６２をマスクとして、シリコン窒化膜５８を異方性エッチングする。シリコン窒化膜５８をエッチングした後、マスクとして用いたフォトレジスト膜６２を除去する（図８（ａ）を参照）。
【００８１】
次いで、シリコン窒化膜５８及びシリコン窒化膜５８のエッチングにより露出したシリコン酸化膜５６上に、フォトリソグラフィーにより、ビアホールの形成予定領域を露出するフォトレジスト膜６４を形成する（図８（ｂ）を参照）。
【００８２】
次いで、フォトレジスト膜６４をマスクとして、シリコン酸化膜５６及ＳｉＯＣ膜５４をエッチングする。このエッチングでは、ＳｉＯＣ膜５４の中央部付近においてエッチングが停止するように、エッチング時間を制御する。エッチング終了後、マスクとして用いたフォトレジスト膜６４を除去する（図９（ａ）を参照）。
【００８３】
次いで、シリコン窒化膜５８をハードマスクとして、シリコン酸化膜５６、ＳｉＯＣ膜５４、及びＳｉＣ膜４８をエッチングする。これにより、シリコン酸化膜５４及びＳｉＣ膜４８に配線層のビア部を埋め込むためのビアホール６６を形成し、ビアホール６６を含む領域のシリコン酸化膜５６及びＳｉＯＣ膜５４に、配線層を埋め込むための配線溝６８を形成する（図９（ｂ）を参照）。
【００８４】
次いで、全面に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚３０ｎｍのＴａＮ膜よりなるバリアメタル層７０と、例えば膜厚３０ｎｍのＣｕ膜とを連続して堆積する。
【００８５】
次いで、バリアメタル層７０上に形成されたＣｕ膜をシードとして、電解メッキにより更にＣｕ膜を堆積し、例えばトータル膜厚１μｍのＣｕ膜７２を形成する（図１０（ａ）を参照）。
【００８６】
次いで、ＣＭＰ法により、シリコン窒化膜５８が露出するまで、Ｃｕ膜７２及びＴａＮ膜よりなるバリアメタル層７０を研磨し、シリコン窒化膜５８上のＣｕ膜７２及びバリアメタル層７０を除去する。こうして、ビアホール６６内及び配線溝６８内に埋め込まれ、ＴａＮ膜よりなりＣｕの拡散を防止するバリアメタル層７０と配線層の主要部をなすＣｕ膜７２とを有する配線層７４を形成する（図１０（ｂ）を参照）。配線層７４は、ビアホール６６に埋め込まれたビア部により配線層４４に電気的に接続される。
【００８７】
ＣＭＰ法により配線層７４を埋め込んだ後、配線層４４を形成した場合と同様にして、層間絶縁膜６０表面及び配線層７４表面に対して、アンモニア添加水素水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行う（図１１（ａ）を参照）。窒素二流体処理を行うことにより、配線層７４についても、高温環境下にさらされた場合に、配線層７４のＣｕ原子の移動が抑制され、配線層７４内でのボイドの発生を抑制することができる。この結果、配線層７４における導通不良の発生を抑制することができる。
【００８８】
窒素二流体処理を行った後、配線層４４を形成した場合と同様にして、層間絶縁膜６０の表面及び配線層７４の表面に対して水素プラズマを照射する。水素プラズマを照射することにより、層間絶縁膜６０の表面及び配線層７４の表面が清浄化され、層間絶縁膜６０及び配線層７４上に拡散防止膜を高い密着性で形成することができる。これにより、半導体装置の信頼性を向上することができる。
【００８９】
水素プラズマを照射した後、層間絶縁膜６０及び配線層７４上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、例えば膜厚５０ｎｍのＳｉＣ膜７６を形成する（図１１（ｂ）を参照）。ＳｉＣ膜７６は、配線層材料であるＣｕの拡散を防止する拡散防止膜として機能する。
【００９０】
以後、図７（ａ）乃至図１１（ｂ）に示す工程と同様の工程を適宜繰り返すことにより、ＭＯＳトランジスタが形成されたシリコン基板１０上に、複数の配線層を有する多層配線構造を形成する。
【００９１】
このように、本実施形態によれば、層間絶縁膜の配線溝やビアホール等の開口部に配線層となるＴａＮ膜及びＣｕ膜を埋め込んでＣＭＰ法により平坦化した後、配線材料であるＣｕの拡散を防止する拡散防止膜として機能するＳｉＣ膜を形成する前に、配線層の表面に対して、アンモニア添加水素水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行うので、高温環境下において配線層のＣｕ原子の移動を抑制し、配線層内でのボイドの発生を抑制することができる。これにより、配線層のストレスマイグレーション耐性に優れた高い信頼性を有する半導体装置を提供することができる。
【００９２】
また、本実施形態によれば、窒素二流体処理を行った後、層間絶縁膜の表面及び配線層の表面に対して水素プラズマを照射するので、層間絶縁膜の表面及び配線層の表面が清浄化され、層間絶縁膜及び配線層上に、配線材料であるＣｕの拡散を防止する拡散防止膜として機能するＳｉＣ膜を高い密着性で形成することができる。これにより、半導体装置の信頼性を向上することができる。
【００９３】
（評価結果）
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法の評価結果について説明する。本実施形態による半導体装置の製造方法により製造された多層配線構造を有する半導体装置について、高温放置実験を行い、導通不良の発生率を測定した。
【００９４】
高温放置実験は、本実施形態による半導体装置の製造方法により、５層の配線層を形成した後、シリコン酸化膜を層間絶縁膜としてアルミニウムよりなる電極パットを形成した半導体装置について行った。高温放置実験を行った実施例１、２は以下の通りである。
【００９５】
実施例１は、アンモニア添加水素水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を３０秒間行った場合である。アンモニア添加水素水中のアンモニア濃度は１ｐｐｍ、アンモニア添加水素水の流量は１５０ｍＬ／ｍｉｎ、窒素ガスの流量は５０Ｌ／ｍｉｎとした。
【００９６】
実施例２は、窒素二流体処理において、１ＭＨｚ、６０Ｗの超音波振動を印加したアンモニア添加水素水を用いた場合である。窒素二流体処理の処理時間、アンモニア添加水素水中のアンモニア濃度、アンモニア添加水素水の流量、窒素ガスの流量等の他の条件は、実施例１による場合と同様にした。
【００９７】
高温放置実験では、半導体装置を放置する温度を２００℃に設定し、放置時間７０時間、１７０時間、３４０時間、及び５００時間の場合についてそれぞれ導通不良の発生率を測定した。
【００９８】
以下の比較例１、２についても同様の高温放置実験を行った。
【００９９】
比較例１は、炭酸ガス封入水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行った場合である。炭酸ガス封入水としては、比抵抗０．２ＭΩ・ｃｍのものを用いた。炭酸ガス封入水の流量は１５０ｍＬ／ｍｉｎ、窒素ガスの流量は５０Ｌ／ｍｉｎとした。
【０１００】
比較例２は、配線溝内に配線層を埋め込みＣＭＰ法により平坦化した後、窒素二流体処理を行わずに直ちに拡散防止膜を形成した場合である。
【０１０１】
なお、比較例１、２のいずれの場合においても、窒素二流体処理においてアンモニア添加水素水に代えて炭酸封入水を用いる点又は窒素二流体処理を行わない点を除いては、実施例１、２による場合と同様に半導体装置を製造した。
【０１０２】
実施例１、実施例２、比較例１、及び比較例２についての高温放置実験の結果は以下のようになった。
【０１０３】
実施例１の場合、放置時間７０時間、１７０時間、３４０時間、５００時間での導通不良の発生率は、それぞれ０％、２％、６％、１０％であった。
【０１０４】
実施例２の場合、放置時間７０時間、１７０時間、３４０時間、５００時間での導通不良の発生率は、いずれも０％であった。
【０１０５】
比較例１の場合、放置時間７０時間、１７０時間、３４０時間、５００時間での導通不良の発生率は、それぞれ１％、５％、１１％、１６％であった。
【０１０６】
比較例２の場合、放置時間７０時間、１７０時間、３４０時間、５００時間での導通不良の発生率は、それぞれ８％、２７％、４６％、５２％であった。
【０１０７】
上記の高温放置実験の結果から、本実施形態による半導体装置の製造方法によれば、従来の場合と比較して、高温環境下にさらされた際の導通不良の発生率を大幅に低減することができることが確認された。また、実施例１の結果と実施例２の結果とを比較すると、アンモニア添加水素水に超音波振動を印加した実施例２の方が、導通不良の発生率がより低減されていることが分かる。
【０１０８】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による磁気ヘッドの製造方法について図１２乃至図１５を用いて説明する。図１２は磁気ヘッドの構造を示す斜視図、図１３乃至図１５は本実施形態による磁気ヘッドの製造方法を示す工程断面図である。
【０１０９】
図１２はハードディスク用の誘導型薄膜磁気ヘッドの構造を示しており、図１３乃至図１５は図１２に示す誘導型薄膜磁気ヘッドにおける第１層目及び第２層目のコイルの製造工程を示している。なお、図１３乃至図１５においては、コイル以外の構成要素について適宜図示を省略している。また、以下では、再生ヘッドを省略して誘導型薄膜磁気ヘッドについてのみを説明する。
【０１１０】
まず、図１２に示すように、スライダーの母体となるＡｌ２Ｏ３−ＴｉＣ基板７８上に、Ａｌ２Ｏ３膜（図示せず）を成膜したのち、ＮｉＦｅ合金からなる所定パターンの下部磁気コア層８０を設ける。
【０１１１】
次いで、下部磁気コア層８０の上にスパッタリング法等によって、Ａｌ２Ｏ３からなるライトギャップ層８２を設ける。なお、この場合、後の工程において、下部磁気コア層８０の上部磁気コア層１２２と接続する接続部８１を露出させておく。
【０１１２】
次いで、ライトギャップ層８２上にレジストを塗布し、所定パターンにパターニングした後、例えば２００℃に加熱して硬化させることにより、例えば厚さ３．５μｍの層間絶縁膜８４を形成する。なお、図１２においては、下部磁気コア層８０と上部磁気コア層１２２とに挟まれた領域以外における層間絶縁膜は図示を省略している。
【０１１３】
次いで、層間絶縁膜８４上にレジスト８６を塗布し（図１３（ａ）を参照）、第１層目の平面スパイラル状のコイルパターンを有する配線溝８８を形成した後、例えば２００℃に加熱して硬化させる。こうして、第１層目のコイルパターンを有する配線溝８８が形成された例えば膜厚３μｍの層間絶縁膜９０を形成する（図１３（ｂ）を参照）。
【０１１４】
次いで、全面に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚３０ｎｍのＴａＮ膜よりなるバリアメタル層９２と、例えば膜厚３０ｎｍのＣｕ膜とを連続して堆積する。
【０１１５】
次いで、バリアメタル層９２上に形成されたＣｕ膜をシードとして、電解メッキにより更にＣｕ膜を堆積し、例えばトータル膜厚３μｍのＣｕ膜９４を形成する。
【０１１６】
次いで、ＣＭＰ法により、層間絶縁膜９０が露出するまで、Ｃｕ膜９４及びバリアメタル層９２を研磨し、層間絶縁膜９０上のＣｕ膜９４及びバリアメタル層９２を除去する。こうして、配線溝８８内に埋め込まれ、ＴａＮ膜よりなりＣｕの拡散を防止するバリアメタル層９２と配線層の主要部をなすＣｕ膜９４とを有する配線層９６を形成する（図１３（ｃ）を参照）。配線層９６は、第１層目の平面スパイラル状のコイルを構成する。
【０１１７】
ＣＭＰ法により配線層９６を埋め込んだ後、層間絶縁膜９０の表面及び配線層９６の表面に対して、アンモニア及び水素を純水に溶解させて調製したアンモニア添加水素水と、窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行う（図１４（ａ）を参照）。窒素二流体処理の条件は、例えば、処理時間を３０秒、アンモニア添加水素水中のアンモニア濃度を１ｐｐｍ、アンモニア添加水素水の流量を１５０ｍＬ／ｍｉｎ、窒素ガスの流量を５０Ｌ／ｍｉｎとする。なお、アンモニア添加水素水に超音波振動を予め印加し、層間絶縁膜９０の表面及び配線層９６の表面に対して、超音波振動が印加されたアンモニア添加水素水と窒素ガスとを同時に吹き付けてもよい。窒素二流体処理を行うことにより、高温環境下に磁気ヘッドがさらされた場合において配線層９６のＣｕ原子の移動が抑制され、配線層９６内でのボイドの発生を抑制することができる。この結果、配線層９６における導通不良の発生を抑制することができる。
【０１１８】
窒素二流体処理を行った後、層間絶縁膜９０の表面及び配線層９６の表面に対して水素プラズマを照射する。水素プラズマを照射することにより、層間絶縁膜９０の表面及び配線層９６の表面が清浄化され、層間絶縁膜９０及び配線層９６上に拡散防止膜を高い密着性で形成することができる。これにより、磁気ヘッドの信頼性を向上することができる。
【０１１９】
水素プラズマを照射した後、層間絶縁膜９０及び配線層９６上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、例えば膜厚５０ｎｍのＳｉＣ膜９８を形成する。ＳｉＣ膜９８は、配線層材料であるＣｕの拡散を防止する拡散防止膜として機能する。
【０１２０】
次いで、ＳｉＣ膜９８上にレジストを塗布し、所定パターンにパターニングした後、例えば２００℃に加熱して硬化させることにより、例えば膜厚３．５μｍの絶縁膜１００を形成する。
【０１２１】
こうして、ＳｉＣ膜９８と絶縁膜１００とが順次積層されてなる層間絶縁膜１０２を形成する。
【０１２２】
次いで、層間絶縁膜１０２上にレジスト１０４を塗布し（図１４（ｂ）を参照）、第２層目の平面スパイラル状のコイルパターンを有する配線溝１０６を形成した後、例えば２００℃に加熱して硬化させる。こうして、第２層目のコイルパターンを有する配線溝１０６が形成された例えば膜厚３μｍの層間絶縁膜１０８を形成する（図１４（ｃ）を参照）。
【０１２３】
次いで、全面に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚３０ｎｍのＴａＮ膜よりなるバリアメタル層１１０と、例えば膜厚３０ｎｍのＣｕ膜とを連続して堆積する。
【０１２４】
次いで、バリアメタル層１１０上に形成されたＣｕ膜をシードとして、電解メッキにより更にＣｕ膜を堆積し、例えばトータル膜厚３μｍのＣｕ膜１１２を形成する。
【０１２５】
次いで、ＣＭＰ法により、層間絶縁膜１０８が露出するまで、Ｃｕ膜１１２及びバリアメタル層１１０を研磨し、層間絶縁膜１０８上のＣｕ膜１１２及びバリアメタル層１１０を除去する。こうして、配線溝１０６内に埋め込まれ、ＴａＮ膜よりなりＣｕの拡散を防止するバリアメタル層１１０と配線層の主要部をなすＣｕ膜１１２とを有する配線層１１４を形成する（図１５（ａ）を参照）。配線層１１４は、第２層目の平面スパイラル状のコイルを構成する。
【０１２６】
ＣＭＰ法により配線層１１４を埋め込んだ後、配線層９６を形成した場合と同様にして、層間絶縁膜１０８の表面及び配線層１１４の表面に対して、アンモニア添加水素水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行う（図１５（ｂ）を参照）。窒素二流体処理を行うことにより、高温環境下に磁気ヘッドがさらされた場合において配線層１１４のＣｕ原子の移動が抑制され、配線層１１４内でのボイドの発生を抑制することができる。この結果、配線層１１４における導通不良の発生を抑制することができる。
【０１２７】
窒素二流体処理を行った後、配線層９６を形成した場合と同様にして、層間絶縁膜１０８の表面及び配線層１１４の表面に対して水素プラズマを照射する。水素プラズマを照射することにより、層間絶縁膜１０８の表面及び配線層１１４の表面が清浄化され、層間絶縁膜１０８及び配線層１１４上に拡散防止膜を高い密着性で形成することができる。これにより、磁気ヘッドの信頼性を向上することができる。
【０１２８】
水素プラズマを照射した後、層間絶縁膜１０８及び配線層１１４上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、例えば膜厚５０ｎｍのＳｉＣ膜１１６を形成する。ＳｉＣ膜１１６は、配線層材料であるＣｕの拡散を防止する拡散防止膜として機能する。
【０１２９】
次いで、ＳｉＣ膜１１６上にレジストを塗布し、所定パターンにパターニングした後、例えば２００℃に加熱して硬化させることにより、例えば膜厚３．５μｍの絶縁膜１１８を形成する。
【０１３０】
こうして、ＳｉＣ膜１１６と絶縁膜１１８とが順次積層されてなる層間絶縁膜１２０を形成する。
【０１３１】
次いで、スパッタリング法によってＮｉＦｅメッキシード層（図示せず）を設けたのち、メッキフレームとなるフォトレジストマスク（図示せず）を利用して、選択的にＮｉＦｅを電解メッキすることによって図１２に示す上部磁気コア層１２２を形成し、次いで、フォトレジストマスクを除去したのち、イオンミーリングを施すことによって露出するＮｉＦｅメッキシード層を除去する。
【０１３２】
次いで、全面にＡｌ２Ｏ３膜を設けて保護膜（図示せず）としたのち、Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ基板７８を切断し、磁気コア先端部１２４の長さ、即ち、ギャップ深さを調整するために研削、研磨等のスライダー加工を行うことにより、図１２に示す磁気ヘッドが完成する。図１２においては、コア長をＬで示している。
【０１３３】
このように、本実施形態によれば、層間絶縁膜の配線溝に配線層となるＴａＮ膜及びＣｕ膜を埋め込んでＣＭＰ法により平坦化した後、配線材料であるＣｕの拡散を防止する拡散防止膜として機能するＳｉＣ膜を形成する前に、配線層の表面に対して、アンモニア添加水素水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行うので、高温環境下において配線層のＣｕ原子の移動を抑制し、配線層内でのボイドの発生を抑制することができる。これにより、高い信頼性を有する磁気ヘッドを提供することができる。
【０１３４】
また、本実施形態によれば、窒素二流体処理を行った後、層間絶縁膜の表面及び配線層の表面に対して水素プラズマを照射するので、層間絶縁膜の表面及び配線層の表面が清浄化され、層間絶縁膜及び配線層上に、配線材料であるＣｕの拡散を防止する拡散防止膜として機能するＳｉＣ膜を高い密着性で形成することができる。これにより、磁気ヘッドの信頼性を向上することができる。
【０１３５】
（評価結果）
次に、本実施形態による磁気ヘッドの製造方法の評価結果について説明する。本実施形態による磁気ヘッドの製造方法により製造された多層配線構造を有する磁気ヘッドについて、高温放置実験を行い、導通不良の発生率を測定した。
【０１３６】
高温放置実験を行った実施例３、４は以下の通りである。
【０１３７】
実施例３は、アンモニア添加水素水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を３０秒間行った場合である。アンモニア添加水素水中のアンモニア濃度は１ｐｐｍ、アンモニア添加水素水の流量は１５０ｍＬ／ｍｉｎ、窒素ガスの流量は５０Ｌ／ｍｉｎとした。
【０１３８】
実施例４は、実施例３におけるレジストよりなる絶縁膜８４、９０、１００、１０８、１１８に代えて、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を用いたＰＥＣＶＤ法によりシリコン酸化膜を形成したものである。窒素二流体処理は、実施例３による場合と同様に行った。
【０１３９】
また、以下の比較例３、４についても同様の高温放置実験を行った。
【０１４０】
比較例３では、窒素二流体処理を行わなかった点を除いては、実施例３による場合と同様に磁気ヘッドを形成した。
【０１４１】
比較例４では、窒素二流体処理を行わなかった点を除いては、実施例４による場合と同様に磁気ヘッドを形成した。
【０１４２】
高温放置実験では、磁気ヘッドを放置する温度を、実施例３及び比較例３ではそれぞれ１４０℃に設定し、実施例４及び比較例４ではそれぞれ２００℃に設定し、放置時間７０時間、１７０時間、３４０時間、及び５００時間の場合についてそれぞれ導通不良の発生率を測定した。
【０１４３】
実施例３、実施例４、比較例３、及び比較例４についての高温放置実験の結果は以下のようになった。
【０１４４】
実施例３の場合、放置時間７０時間、１７０時間、３４０時間、５００時間での導通不良の発生率は、それぞれ２％、４％、８％、１５％であった。
【０１４５】
実施例４の場合、放置時間７０時間、１７０時間、３４０時間、５００時間での導通不良の発生率は、いずれも０％であった。
【０１４６】
比較例３の場合、放置時間７０時間、１７０時間、３４０時間、５００時間での導通不良の発生率は、それぞれ１５％、２８％、４８％、７０％であった。
【０１４７】
比較例４の場合、放置時間７０時間、１７０時間、３４０時間、５００時間での導通不良の発生率は、それぞれ７％、２５％、４３％、５６％であった。
【０１４８】
上記の高温放置実験の結果から、本実施形態による磁気ヘッドの製造方法によれば、従来の場合と比較して、高温環境下にさらされた際の導通不良の発生率を大幅に低減することができることが確認された。また、実施例３の結果と実施例４の結果とを比較すると、層間絶縁膜を構成する絶縁膜としてレジスト膜を用いた場合よりもシリコン酸化膜を用いた場合の方が、導通不良の発生率がより低減されていることが分かる。
【０１４９】
［変形実施形態］
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【０１５０】
例えば、上記実施形態では、層間絶縁膜に、ＳｉＯＣ膜、シリコン酸化膜、レジスト膜等を用いる場合について説明したが、層間絶縁膜はこれらに限定されるものではなく、種々の絶縁膜を用いることができる。層間絶縁膜として、Ｓｉ（シリコン）及びＯ（酸素）を含む無機系絶縁材料よりなる絶縁膜や、Ｃ（炭素）及びＨ（水素）を含む炭化水素等の有機系絶縁材料よりなる絶縁膜を広く用いることができる。
【０１５１】
また、上記実施形態では、配線材料であるＣｕの拡散を防止する拡散防止膜としてＳｉＣ膜を形成する場合について説明したが、Ｃｕの拡散防止膜として形成する膜は、ＳｉＣ膜に限定されるものではない。Ｃｕの拡散防止膜として、ＳｉＣ膜のほか、例えば、シリコン窒化膜、ポリイミド膜、ジルコニウムナイトライド膜等を形成してもよい。
【０１５２】
また、上記第１実施形態では、配線層７４を形成するにあたっては、デュアルダマシンプロセスによりビアホール６６内及び配線溝６８内にＴａＮ膜７０及びＣｕ膜７２を同時に埋め込む場合について説明したが、シングルダマシンプロセスによりビアホール及び配線溝を別々に形成し、これらにＴａＮ膜及びＣｕ膜を別々に埋め込んでもよい。
【０１５３】
また、上記実施形態では、半導体装置、磁気ヘッドを製造する場合について説明したが、本発明は、Ｃｕを主材料とする配線層を有する配線構造体の製造方法に広く適用することができる。
【０１５４】
以上詳述したように、本発明の特徴をまとめると以下のようになる。
【０１５５】
（付記１）
絶縁膜に、開口部を形成する工程と、
前記開口部内に、Ｃｕを主材料とする配線層を形成する工程と、
前記開口部内に埋め込まれた前記配線層の表面に対して、アンモニア及び水素を溶解させた純水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行う工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１５６】
（付記２）
付記１記載の半導体装置の製造方法において、
前記窒素二流体処理を行う工程の後に、前記絶縁膜及び前記配線層上に、Ｃｕの拡散を防止する拡散防止膜を形成する工程を更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１５７】
（付記３）
付記２記載の半導体装置の製造方法において、
前記拡散防止膜は、ＳｉＣ膜又はシリコン窒化膜である
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１５８】
（付記４）
付記１乃至３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記窒素二流体処理を行う工程の後に、前記絶縁膜の表面及び前記配線層の表面に対して水素プラズマを照射する工程を更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１５９】
（付記５）
付記１乃至４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記窒素二流体処理を行う工程では、アンモニア及び水素を溶解させた前記純水に超音波振動を印加し、超音波振動が印加された前記純水と前記窒素ガスとを同時に吹き付ける
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１６０】
（付記６）
付記１乃至５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記配線層を形成する工程では、前記開口部が形成された前記絶縁膜上に導電体膜を形成し、前記導電体膜を研磨することにより、前記絶縁膜を露出するとともに前記開口部内に前記導電体膜を埋め込み、前記導電体膜よりなる前記配線層を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１６１】
（付記７）
付記６記載の半導体装置の製造方法において、
前記開口部を形成する工程では、ビアホールと、前記ビアホールを含む領域に形成された配線溝とを有する前記開口部を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１６２】
（付記８）
絶縁膜に、コイルパターンを有する開口部を形成する工程と、
前記開口部内に、Ｃｕを主材料とし、コイルを構成する配線層を形成する工程と、
前記開口部内に埋め込まれた前記配線層の表面に対して、アンモニア及び水素を溶解させた純水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行う工程と
を有することを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【０１６３】
（付記９）
付記８記載の磁気ヘッドの製造方法において、
前記窒素二流体処理を行う工程の後に、前記絶縁膜及び前記配線層上に、Ｃｕの拡散を防止する拡散防止膜を形成する工程を更に有する
ことを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【０１６４】
（付記１０）
付記９記載の磁気ヘッドの製造方法において、
前記拡散防止膜は、ＳｉＣ膜又はシリコン窒化膜である
ことを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【０１６５】
（付記１１）
付記８乃至１０のいずれかに記載の磁気ヘッドの製造方法において、
前記窒素二流体処理を行う工程の後に、前記絶縁膜の表面及び前記配線層の表面に対して水素プラズマを照射する工程を更に有する
ことを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【０１６６】
（付記１２）
付記８乃至１１のいずれかに記載の磁気ヘッドの製造方法において、
前記窒素二流体処理を行う工程では、アンモニア及び水素を溶解させた前記純水に超音波振動を印加し、超音波振動が印加された前記純水と前記窒素ガスとを同時に吹き付ける
ことを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【０１６７】
（付記１３）
付記８乃至１２のいずれかに記載の磁気ヘッドの製造方法において、
前記配線層を形成する工程では、前記開口部が形成された前記絶縁膜上に導電体膜を形成し、前記導電体膜を研磨することにより、前記絶縁膜を露出するとともに前記開口部内に前記導電体膜を埋め込み、前記導電体膜よりなる前記配線層を形成する
ことを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【０１６８】
（付記１４）
付記８乃至１３のいずれかに記載の磁気ヘッドの製造方法において、
前記絶縁膜は、Ｓｉ及びＯを含む無機系絶縁材料、又はＣ及びＨを含む有機系絶縁材料よりなる
ことを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【図面の簡単な説明】
【０１６９】
【図１】配線層上に拡散防止膜を形成した後の表面を二次イオン質量分析法によって分析した結果を示すグラフである。
【図２】配線層上に形成された拡散防止膜の表面粗さを測定した結果を示すグラフ（その１）である。
【図３】配線層上に形成された拡散防止膜の表面粗さを測定した結果を示すグラフ（その２）である。
【図４】本発明の第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図５】本発明の第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図６】本発明の第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【図７】本発明の第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その４）である。
【図８】本発明の第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その５）である。
【図９】本発明の第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その６）である。
【図１０】本発明の第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その７）である。
【図１１】本発明の第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その８）である。
【図１２】磁気ヘッドの構造を示す斜視図である。
【図１３】本発明の第２実施形態による磁気ヘッドの製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図１４】本発明の第２実施形態による磁気ヘッドの製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図１５】本発明の第２実施形態による磁気ヘッドの製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【符号の説明】
【０１７０】
１０…シリコン基板
１２…素子分離膜
１４…ゲート電極
１６…ソース／ドレイン拡散層
１８…シリコン窒化膜
２０…ＰＳＧ膜
２２…ＳｉＣ膜
２４…層間絶縁膜
２６…コンタクトホール
２８…コンタクトプラグ
３０…ＳｉＯＣ膜
３２…シリコン酸化膜
３４…層間絶縁膜
３６…フォトレジスト膜
３８…配線溝
４０…バリアメタル層
４２…Ｃｕ膜
４４…配線層
４６…ノズル
４８…ＳｉＣ膜
５４…ＳｉＯＣ膜
５６…シリコン酸化膜
５８…シリコン窒化膜
６０…層間絶縁膜
６２…フォトレジスト膜
６４…フォトレジスト膜
６６…ビアホール
６８…配線溝
７０…バリアメタル層
７２…Ｃｕ膜
７４…配線層
７６…ＳｉＣ膜
７８…Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ基板
８０…下部磁気コア層
８１…接続部
８２…ライトギャップ層
８４…層間絶縁膜
８６…レジスト
８８…配線溝
９０…層間絶縁膜
９２…バリアメタル層
９４…Ｃｕ膜
９６…配線層
９８…ＳｉＣ膜
１００…絶縁膜
１０２…層間絶縁膜
１０４…レジスト
１０６…配線溝
１０８…層間絶縁膜
１１０…バリアメタル層
１１２…Ｃｕ膜
１１４…配線層
１１６…ＳｉＣ膜
１１８…絶縁膜
１２０…層間絶縁膜
１２２…上部磁気コア層
１２４…磁気コア先端部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁膜に、開口部を形成する工程と、
前記開口部内に、Ｃｕを主材料とする配線層を形成する工程と、
前記開口部内に埋め込まれた前記配線層の表面に対して、アンモニア及び水素を溶解させた純水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行う工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記窒素二流体処理を行う工程の後に、前記絶縁膜及び前記配線層上に、Ｃｕの拡散を防止する拡散防止膜を形成する工程を更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法において、
前記窒素二流体処理を行う工程の後に、前記絶縁膜の表面及び前記配線層の表面に対して水素プラズマを照射する工程を更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記窒素二流体処理を行う工程では、アンモニア及び水素を溶解させた前記純水に超音波振動を印加し、超音波振動が印加された前記純水と前記窒素ガスとを同時に吹き付ける
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記配線層を形成する工程では、前記開口部が形成された前記絶縁膜上に導電体膜を形成し、前記導電体膜を研磨することにより、前記絶縁膜を露出するとともに前記開口部内に前記導電体膜を埋め込み、前記導電体膜よりなる前記配線層を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の半導体装置の製造方法において、
前記開口部を形成する工程では、ビアホールと、前記ビアホールを含む領域に形成された配線溝とを有する前記開口部を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
絶縁膜に、コイルパターンを有する開口部を形成する工程と、
前記開口部内に、Ｃｕを主材料とし、コイルを構成する配線層を形成する工程と、
前記開口部内に埋め込まれた前記配線層の表面に対して、アンモニア及び水素を溶解させた純水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行う工程と
を有することを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【請求項８】
請求項７記載の磁気ヘッドの製造方法において、
前記窒素二流体処理を行う工程の後に、前記絶縁膜及び前記配線層上に、Ｃｕの拡散を防止する拡散防止膜を形成する工程を更に有する
ことを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【請求項９】
請求項７又は８記載の磁気ヘッドの製造方法において、
前記窒素二流体処理を行う工程の後に、前記絶縁膜の表面及び前記配線層の表面に対して水素プラズマを照射する工程を更に有する
ことを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
請求項７乃至９のいずれか１項に記載の磁気ヘッドの製造方法において、
前記窒素二流体処理を行う工程では、アンモニア及び水素を溶解させた前記純水に超音波振動を印加し、超音波振動が印加された前記純水と前記窒素ガスとを同時に吹き付ける
ことを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【請求項１】
絶縁膜に、開口部を形成する工程と、
前記開口部内に、Ｃｕを主材料とする配線層を形成する工程と、
前記開口部内に埋め込まれた前記配線層の表面に対して、アンモニア及び水素を溶解させた純水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行う工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記窒素二流体処理を行う工程の後に、前記絶縁膜及び前記配線層上に、Ｃｕの拡散を防止する拡散防止膜を形成する工程を更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法において、
前記窒素二流体処理を行う工程の後に、前記絶縁膜の表面及び前記配線層の表面に対して水素プラズマを照射する工程を更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記窒素二流体処理を行う工程では、アンモニア及び水素を溶解させた前記純水に超音波振動を印加し、超音波振動が印加された前記純水と前記窒素ガスとを同時に吹き付ける
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記配線層を形成する工程では、前記開口部が形成された前記絶縁膜上に導電体膜を形成し、前記導電体膜を研磨することにより、前記絶縁膜を露出するとともに前記開口部内に前記導電体膜を埋め込み、前記導電体膜よりなる前記配線層を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の半導体装置の製造方法において、
前記開口部を形成する工程では、ビアホールと、前記ビアホールを含む領域に形成された配線溝とを有する前記開口部を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
絶縁膜に、コイルパターンを有する開口部を形成する工程と、
前記開口部内に、Ｃｕを主材料とし、コイルを構成する配線層を形成する工程と、
前記開口部内に埋め込まれた前記配線層の表面に対して、アンモニア及び水素を溶解させた純水と窒素ガスとを同時に吹き付ける窒素二流体処理を行う工程と
を有することを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【請求項８】
請求項７記載の磁気ヘッドの製造方法において、
前記窒素二流体処理を行う工程の後に、前記絶縁膜及び前記配線層上に、Ｃｕの拡散を防止する拡散防止膜を形成する工程を更に有する
ことを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【請求項９】
請求項７又は８記載の磁気ヘッドの製造方法において、
前記窒素二流体処理を行う工程の後に、前記絶縁膜の表面及び前記配線層の表面に対して水素プラズマを照射する工程を更に有する
ことを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
請求項７乃至９のいずれか１項に記載の磁気ヘッドの製造方法において、
前記窒素二流体処理を行う工程では、アンモニア及び水素を溶解させた前記純水に超音波振動を印加し、超音波振動が印加された前記純水と前記窒素ガスとを同時に吹き付ける
ことを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００７−１８０４２０（Ｐ２００７−１８０４２０Ａ）
【公開日】平成１９年７月１２日（２００７．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３７９５３１（Ｐ２００５−３７９５３１）
【出願日】平成１７年１２月２８日（２００５．１２．２８）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月１２日（２００７．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月２８日（２００５．１２．２８）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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