景泰蓝结构的化学机械抛光中的终点检测制造技术

景泰蓝结构的制造方法，其中金属氧化物层的顶表面与基底上形成的金属结构的顶表面共平面。至少在金属结构的顶表面上淀积氮化物层，在金属结构和氮化物层上淀积金属氧化物层。然后通过使用浆料的化学机械抛光（ＣＭＰ）工艺，对金属氧化物层进行抛光，暴露金属结构顶表面上的氮化物层。对氮化物层的抛光使氨产生于浆料中。从浆料中提取气体的氨，根据提取氨的浓度产生信号。根据信号的变化终止ＣＭＰ工艺。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于磁存储器件的读/写磁头的制造，特别是涉及对制造这种磁头所用的化学机械抛光(CMP)工艺中的工艺控制所做的改进。在半导体工艺领域中，化学机械抛光(CMP)是一种广泛使用的技术，用于材料的平面化和从基底上的薄膜叠层控制性地去除材料层。在通常的CMP工艺中，通过在有浆料存在的条件下，按控制的压力量使晶片相对于抛光盘旋转(或者相对于晶片移动盘，或者移动两者)，从半导体晶片选择性地去除薄膜。附图说明图1展示了典型的CMP设备10，其中利用晶片载体11使工件100(例如其上淀积有包含一层或多层膜的硅晶片)保持面向下，并且使用安装在抛光台13上的抛光盘12进行抛光；工件与浆料14接触。通过电机16驱动轴15来旋转晶片载体11。在有浆料的情况下利用抛光盘抛光工件的整个表面。因此，从淀积在基底上的薄膜去除表面的凹凸不平，获得高度的平面化。CMP已经被用于从硅基底上的薄膜叠层去除和/或平面化各种材料，硅晶片包括多晶硅、氧化硅和氮化硅。近年来，CMP已经用于读/写磁头制造中的景泰蓝工艺。这种工艺涉及氧化铝(Al2O3)膜的抛光。如图2A所示，在NiFe微结构21上淀积氧化铝层22；NiFe结构21淀积在底结构1上，底结构可以是基底或叠层膜。然后采用CMP对氧化铝层22进行平面化和去除，直至暴露出每一NiFe结构21的顶表面21a(参见图2B)。于是获得景泰蓝(cloisonné)图形，Al2O3层22的顶表面与NiFe结构21的顶表面是共平面的。通常CMP工艺中，在薄膜或叠层膜要求的预定位置停止工艺是极为重要的(即当达到终点时)。薄膜的过抛光(去除太多)致使工件不能用于进一步处理，从而导致成品率降低。薄膜的欠抛光(去除太少)需要重复进行CMP工艺，这是冗长和昂贵的。欠抛光有时被忽视了，也导致成品率降低。在上述景泰蓝工艺中，特别重要的是对结构21的厚度保持严格的容限，同时保证去除足够的氧化铝层以便暴露表面21a。在解决CMP终点检测问题的常规方式中，对每个工件测量要去除的层厚和抛光速率，以便确定需要的抛光时间。简单地实施CMP工艺这么长时间，然后停止。由于许多不同的因素影响着抛光速率，处理期间抛光速率本身可能变化，所以这种方式远不能令人满意。特别是，薄膜的抛光速率在接近界面时通常发生实质性变化；这使得预测需要的抛光时间这一过程进一步复杂化。而且，如图2B所示，要求的景泰蓝结构具有极小的图形因子；即氧化铝层22的抛光必须持续到NiFe表面21a被暴露，但是暴露的NiFe总面积仅是Al2O3/NiFe界面总面积的2％左右。因此CMP工艺对磁头的应用技术要求对例如Al2O3和NiFe材料有效的CMP终点检测技术。此外，期望原位实时检测CMP终点；即不依赖于外部测量例如由轴电机16提取的电流，也不依赖于由在先的层厚测量所做的外推。本专利技术通过提供用于CMP去除金属氧化物膜的实时、灵敏、高分辨率的终点检测技术，使得CMP能够用于磁头制造。在本专利技术的CMP终点检测方法中，在期望作为终点的氧化铝中(例如在图2A所示NiFe结构21的顶部上)嵌入氮化铝(AlN)膜作为终点显示标记。AlN与浆料的反应产生清晰的产物，即氨(NH3)，然后从浆料中提取氨并且用做显示CMP工艺终点的标记。根据本专利技术的第一方案，提供一种景泰蓝结构(其中金属氧化物层的顶表面与基底上形成的金属结构的顶表面为共平面)的制造方法。至少在金属结构的顶表面上淀积氮化物层，在金属结构和氮化物层上淀积金属氧化物层。然后使用浆料和适当的抛光盘(使去除率和抛光均匀性最佳化，同时使划痕最小化)，通过化学机械抛光(CMP)对金属氧化物层进行抛光。去除氮化物层上的金属氧化物，于是暴露金属结构顶表面上的氮化物层。此时通过CMP工艺一起抛光金属氧化物层和氮化物层；对氮化物层的抛光将使氨产生于浆料中。然后从浆料中提取气体的氨，根据提取氨的浓度产生信号。根据信号的变化终止CMP工艺。在本专利技术的优选实施例中，金属氧化物是氧化铝，氮化物是氮化铝，在基底和金属结构上淀积氮化物层(终点显示标记)作为共形(conformal)层。可以根据氨浓度信号的变化图形终止CMP工艺。信号的初始增加表示氮化物层被抛光，随后的降低表示随着氮化物层被从金属结构顶表面去除而最终消失。根据本专利技术的另一方案，提供一种对采用CMP去除金属结构上的金属氧化物膜的终点进行检测的方法。终点显示膜首先设置在金属氧化物膜和金属结构之间，位于金属结构顶表面之上。在终点显示膜的CMP过程中，浆料和终点显示膜之间的化学反应产物产生于浆料中。从浆料中提取气体的化学反应产物，根据提取的反应产物浓度产生信号。信号变化表示金属氧化物CMP终点。在CMP工艺的终点，金属氧化物膜的顶表面与金属结构的顶表面共平面，所以CMP工艺导致形成景泰蓝结构。可以根据信号的变化来终止CMP工艺。具体地，可以根据信号的降低终止CMP工艺，因为该降低表示从金属结构顶表面去除终点显示层几乎完成了。应该注意，终点显示层可以位于氧化物膜内的任何位置，所以可以在膜的预定位置或者在预定的膜厚终止CMP工艺。图1是典型的CMP工艺设备。图2A和2B是用于氧化铝层的CMP膜去除工艺的示意图。图3A-3C是用于氧化铝和氮化铝层的CMP膜去除工艺的示意图，其中氮化铝层的抛光提供了根据本专利技术的CMP终点信号。图4是用于降低浆料中的预抛光氨浓度的氨洗涤器的剖面图。图5展示了用于在抛光过程中从浆料提取氨的氨提取单元的细节。图6展示了用于在抛光过程中从浆料提取氨的另一种氨提取单元的细节。图7是根据本专利技术的终点检测系统的框图。目前已经发现，使用含水和锻制二氧化硅、并且pH值约为10.5的浆料，在氮化硅(Si3N4)停止膜上具有氧化硅(SiO2)靶膜的基底上进行CMP时，到达氧化物/氮化物界面时发生化学反应，导致氨(NH3)的产生。具体地，当用锻制二氧化硅、水和氢氧化钾(KOH)的混合物浆料抛光氮化硅时，浆料的pH值约是10.5，发生以下反应因此当到达氧化物/氮化物界面时，作为气态反应产物，在浆料中产生氨。在本专利技术的景泰蓝CMP工艺中，使用同样的浆料；特别是，pH值与上述氮化硅的CMP中同样高(约10.5)。根据本专利技术，用氮化铝(AlN)膜31镀敷NiFe结构21和底膜/基底1。然后用Al2O3膜22过镀敷AlN膜31，如图3A所示。正如本领域技术人员所了解的，通过在Al2O3的反应溅射中添加氮承载气体，Al2O3淀积工艺可以改进为增加AlN膜。在存在高pH值水溶液的条件下进行抛光的过程中，AlN膜反应产生氨。确信反应如下当对Al2O3膜22进行平坦化和局部去除处理，暴露覆盖NiFe结构部分的AlN膜31的顶表面31a时(图3B)，开始AlN膜的抛光。暴露的AlN促进与浆料中的水的反应产生氨。产生的氨溶解在浆料中，由于pH值相当高，所以主要是以NH3的形式而不是NH4+的形式存在。因此，浆料中氨浓度的变化表示AlN膜31的暴露程度的变化。当AlN膜被从NiFe结构21顶部清除时，暴露的AlN量急剧降低；仅有小部分31b暴露(图3C)。因此浆料中的氨浓度也降低，显示CMP工艺的期望终点。应该注意，AlN层31与NiFe结构21是共形的；因此在CMP工艺过程中，随着Al2O3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种景泰蓝结构的制造方法，其中金属氧化物层的顶表面与基底上形成的金属结构的顶表面为共平面，该方法包括以下步骤： 至少在金属结构的顶表面上淀积氮化物层； 在金属结构和氮化物层上淀积金属氧化物层； 通过使用浆料的化学机械抛光工艺（ＣＭＰ）对金属氧化物层进行抛光，去除氮化物层上的金属氧化物，从而暴露金属结构顶表面上的氮化物层； 通过ＣＭＰ工艺抛光金属氧化物层和氮化物层，对氮化物层的抛光在浆料中产生氨； 从浆料中提取气体的氨； 根据在所述提取步骤提取的氨的浓度产生信号； 根据信号的改变终止ＣＭＰ工艺。

【技术特征摘要】
US 2000-6-28 09/605,7291.一种景泰蓝结构的制造方法，其中金属氧化物层的顶表面与基底上形成的金属结构的顶表面为共平面，该方法包括以下步骤至少在金属结构的顶表面上淀积氮化物层；在金属结构和氮化物层上淀积金属氧化物层；通过使用浆料的化学机械抛光工艺(CMP)对金属氧化物层进行抛光，去除氮化物层上的金属氧化物，从而暴露金属结构顶表面上的氮化物层；通过CMP工艺抛光金属氧化物层和氮化物层，对氮化物层的抛光在浆料中产生氨；从浆料中提取气体的氨；根据在所述提取步骤提取的氨的浓度产生信号；根据信号的改变终止CMP工艺。2.根据权利要求1的方法，其中，金属氧化物是氧化铝，氮化物是氮化铝。3.根据权利要求1的方法，其中，在基底和金属结构上淀积氮化物层作为共形层。4.根据权利要求1的方法，还包括在所述抛光步骤之前从浆料去除氨的步骤。5.根据权利要求1的方法，其中，根据信号的降低终止CMP工艺，所述降低表示从金属结构顶表面去除氮化物层，暴露所述表面。6.根据权利要求1的方法，其中，所述产生步骤还包括把在所述提取步骤提取的氨转变为不同的化学产物；使化学产物产生化学发光；检测化学发光，提供所述信号。7.一种覆盖基底的金属氧化物膜的去除终点...

【专利技术属性】
技术研发人员：李乐平音译，史蒂文乔治巴比，埃里克詹姆斯李，弗朗西斯科A马丁，魏丛音译，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]