(57)【要約】【課題】従来のものに比べて音質を向上させた、アナログ音声信号処理用の回路を内蔵する集積回路を提供する。【解決手段】集積回路１０において、入力端子１２，１４から入力されたアナログ音声信号は、抵抗素子Ｒ１，Ｒ２で構成される抵抗回路網２０で分圧されてオペアンプ２２の非反転入力端に入力される。オペアンプ２２の出力信号は抵抗素子Ｒ３，Ｒ４で構成される抵抗回路網２４で分圧されてオペアンプ２２の反転入力端に帰還される。抵抗素子Ｒ３，Ｒ４の両端の信号が出力端子１６，１８から出力される。抵抗回路網２０，２４を構成する抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４はそれぞれ窒化タンタル層３０で構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アナログ音声信号が流れる回路中に配置される抵抗素子を窒化タンタルで構成してなる集積回路。
【請求項２】
前記抵抗素子が、前記アナログ音声信号を分割する抵抗回路網を構成する抵抗素子である請求項１記載の集積回路。
【請求項３】
前記抵抗回路網が、電力増幅回路の抵抗回路網である請求項２記載の集積回路。
【請求項４】
すべての抵抗素子を窒化タンタルで構成してなる請求項１から３のいずれか一つに記載の集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はアナログ音声信号処理用の回路を内蔵する集積回路に関し、従来のものに比べて音質を向上させたものである。
【背景技術】
【０００２】
集積回路に内蔵される抵抗素子は従来はポリシリコンで構成したものが一般的であった。抵抗素子をポリシリコンで構成した集積回路としては例えば下記特許文献１に記載されたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−０２２０７７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
抵抗素子をポリシリコンで構成したアナログ音声信号処理用の回路を内蔵する集積回路を使用して音声信号を電力増幅してヘッドフォンで再生して試聴評価したところ、音質に問題があることが分かった。
【０００５】
この発明は上述の点に鑑みてなされたもので、従来のものに比べて音質を向上させた集積回路を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の集積回路はアナログ音声信号が流れる回路中に配置される抵抗素子を窒化タンタルで構成したものである。この発明の集積回路によれば、試聴評価の結果、抵抗素子を他の材料で構成した場合に比べて良好な音質評価が得られた。
【０００７】
この発明の集積回路は、前記抵抗素子を特に音質に与える影響が大きい回路部分に適用するのが効果的である。そのような回路部分としては例えばアナログ音声信号を分割（分圧）する抵抗回路網が挙げられる。すなわち分割回路を構成する抵抗回路網はその分割比（分圧比）によって回路のゲインが変動するので、分割比が温度や電圧によって変動しないことが重要である。この抵抗回路網としては例えば電力増幅回路の抵抗回路網が挙げられる。
【０００８】
この発明の集積回路は、全抵抗素子のうち音質に与える影響が大きい一部の抵抗素子のみ窒化タンタルで構成して他の抵抗素子を他の材料（例えばポリシリコン）で構成するほか、全抵抗素子を窒化タンタルで構成することができる。全抵抗素子を窒化タンタルで構成すれば、他の材料で構成する抵抗層を別途不要とすることができるので、製造工程を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図２の集積回路１０における抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４が構成された部分の積層構造の一例を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態に係る集積回路の回路図である。
【図３】試聴評価試験１を行ったオーディオアンプのパワーアンプ部の回路図（１チャンネル分）である。
【図４】試聴評価試験２を行った集積回路のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図２はこの発明の実施の形態に係る集積回路の回路図を示す。集積回路１０は入力端子１２，１４から入力されるアナログ音声信号を電圧・電力増幅して出力端子１６，１８から出力する回路として構成されている。すなわち入力端子１２，１４から入力されたアナログ音声信号は、抵抗素子Ｒ１，Ｒ２で構成される抵抗回路網２０で分圧されてオペアンプ２２の非反転入力端に入力される。入力信号の電圧をｘとすると、オペアンプ２２の非反転入力端に入力される信号の電圧はｘ・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）となる。オペアンプ２２の出力信号は抵抗素子Ｒ３，Ｒ４で構成される抵抗回路網２４で分圧されてオペアンプ２２の反転入力端に帰還される。これによりオペアンプ２２の電圧利得は（Ｒ３＋Ｒ４）／Ｒ４となる。直列接続された抵抗素子Ｒ３，Ｒ４の両端の信号が出力端子１６，１８から出力される。端子１４，１８は同電位である。
【００１１】
抵抗回路網２０，２４を構成する抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４は窒化タンタルでそれぞれ構成されている。集積回路１０における抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４が構成された部分の積層構造の一例を図１に示す。ウェハ（図示せず）の表面に適宜の下層２５が形成され、その上に絶縁層２６が積層されている。絶縁層２６の上には、窒化タンタル層３０（抵抗層）が積層されている。窒化タンタル層３０の上には絶縁層３２が積層されている。絶縁層３２にはヴィアホール３２ａ，３２ｂが形成されている。絶縁層３２の上には配線を構成する金属層（導電層）３４が積層されている。金属層３４はエッチングで左右の領域３４ａ，３４ｂに分断されている。左右の金属層３４ａ，３４ｂはヴィアホール３２ａ，３２ｂ内にも堆積し、窒化タンタル層３０とそれぞれ電気的に接続される。これにより、窒化タンタル層３０のうちヴィアホール３２ａ，３２ｂの間にある部分が抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４のうちの１つを構成し、左右の金属層３４ａ，３４ｂが該抵抗素子の両端に接続された導線（配線）を構成する。集積回路１０にはこのような積層構造による抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４がそれぞれ形成されている。金属層３４の上には絶縁および保護層３６が積層されている。
【００１２】
窒化タンタル層３０は例えばスパッタ法で成膜することができる。その工程の一例を説明する。スパッタ装置の真空チャンバー内に、窒化タンタル層３０を形成する直前の工程まで終了したウェハとタンタル（Ｔａ）ターゲットが配置されているものとする。同真空チャンバー内にアルゴン（Ａｒ）ガスと窒素（Ｎ２）ガスを所定の分圧比で導入してタンタルターゲットを所定時間スパッタして所定膜厚の窒化タンタル層（ＴａＮｘ、ｘの値は０．０３≦ｘ≦０．２５、望ましくは０．０５≦ｘ≦０．２０。一例としてｘ＝０．０７を狙う場合を以下の実施例に示す）３０を形成する。窒化タンタル層３０はスパッタ時の窒素ガスの量（アルゴンガスに対する分圧比）を調整することにより、抵抗温度係数ＴＣＲ（温度による抵抗値の変動を示す係数）、および抵抗電圧係数ＶＣＲ（電圧による抵抗値の変動を示す係数）が小さくなるように作製する。
【００１３】
《実施例》
上記工程により窒化タンタル層３０を成膜した。そのときの成膜条件は次のとおりであった。
〈窒化タンタル層３０の成膜条件〉
・ガス流量：アルゴンガス＝７０sccm、窒素ガス＝５sccm
・全ガス圧：５mTorr
・窒素ガスの分圧比：７％（窒素ガス分圧＝０．３５mTorr）
・投入電力：１．５kW
・基板温度：３５０℃
・スパッタ時間：６．４秒
【００１４】
上記成膜条件により成膜したところ、窒化タンタル層３０は約４０ｎｍの膜厚に形成された。窒化タンタル層３０はアモルファス状態のＴａＮｘであり、膜中への窒素の分散状態はほぼ均一であった。形成された窒化タンタル層３０の面抵抗は８５Ω／□であった。窒化タンタル層３０により作製した抵抗素子は長さが５０μmで幅が１μmのもの（タイプＡ）と、長さが５０μmで幅が５μmのもの（タイプＢ）と、長さが３００μmで幅が１μmのもの（タイプＣ）であった。タイプＡ，Ｂ，Ｃについてそれぞれ２個ずつサンプル（サンプル１，２、合計６サンプル）を作った。始めにタイプＡ，Ｂの４個のサンプルについて抵抗温度係数ＴＣＲを測定した。測定はウェハの中央部で行った。測定結果は次のとおりであった。
〈抵抗温度係数ＴＣＲ(ppm/℃)〉
タイプＡ        タイプＢ        
サンプル１      １３．２        −４．９
サンプル２    −１５．４      −１３．４
【００１５】
次にタイプＣの２個のサンプルについて抵抗電圧係数ＶＣＲを測定した。測定はウェハ中央部で電圧を±５Ｖの範囲で変動させて行った。測定結果は次のとおりであった。
〈抵抗電圧係数ＶＣＲ(ppm/V)〉
タイプＣ        
サンプル１    −１．９
サンプル２    −１．７
【００１６】
ポリシリコン抵抗の場合、抵抗温度係数ＴＣＲは１５０ppm/℃程度、抵抗電圧係数ＶＣＲは２００ppm/V程度であるから、上記作製した窒化タンタル層３０による抵抗層によれば、抵抗温度係数、抵抗電圧係数のいずれも小さい値に収まっていることが分かる。なお、窒化タンタル層３０を成膜後に、あるいは窒化タンタル層３０の上にインターレイヤー酸化膜を形成後にランプアニールにより加熱処理（６００℃〜９５０℃）を行ってもよい。このようにするとＴａＮｘ膜の表面は若干酸化されるが結晶性は向上し、より安定した膜質が得られる。すなわち、表面が酸化され、さらに、膜中の窒素の再拡散により膜質がより均一化したＴａＮｘ（ｘは０．１０〜０．２５）単層膜が得られる。
【００１７】
《試聴評価試験１》
本出願人会社製のオーディオ用プリメインアンプであるA-S2000について、ステレオパワーアンプ部の抵抗網（左右チャンネルごとに４個の抵抗器で構成）を、同製品で使用の酸化金属皮膜抵抗器と、集積回路内に窒化タンタル層で作製した抵抗素子とに切り換えて、音楽を再生して比較試聴を行った。図３は同プリメインアンプのパワーアンプ部の構成（１チャンネル分）を示す。音楽信号は入力端子１１，１３から入力され、入力抵抗Ｒ５，Ｒ７を介してアンプ１５に入力される。アンプ１５の出力信号はアンプ１７，１９を介して出力され、スピーカ２１に供給されて再生される。アンプ１７，１９の出力信号は帰還抵抗Ｒ６，Ｒ８を介してアンプ１５に帰還される。抵抗器Ｒ５〜Ｒ８を同製品で使用の個別の酸化金属皮膜抵抗器と、集積回路内に窒化タンタル層で作製した抵抗素子（窒化タンタル層による抵抗素子のみ作製した集積回路２７，２９）とに切り換えて、音楽を再生して比較試聴を行った。試聴評価はコンパクトディスクによる同一音楽ソースを再生し、５名のオーディオエンジニアと４名の半導体技術者が試聴して行った。評価は点数評価ではなく、絶対的な印象評価で優劣を評価した。評価結果は次のとおりであった。
〈集積回路内に窒化タンタル層で作製した抵抗素子を使用した場合の評価（製品で使用の酸化金属皮膜抵抗器を使用した場合に比べた評価）〉
・高域に伸びがある。
・音像が立体的で音場感がある。
・音の響きが自然である。
・音の強弱のダイナミック感のレンジが広くノイズも少なく聞こえる。
・人の声が艶やかな音質に感じる。音質がしっかりとしている。
【００１８】
以上の試聴評価試験１によれば総合的に、集積回路内に窒化タンタル層で作製した抵抗素子を使用した方が音質的に優れている、好ましいという評価結果が得られた。
【００１９】
《試聴評価試験２》
本出願人会社製の集積回路であるＹＤＡ１５８について、内蔵するヘッドフォンアンプの帰還抵抗網を様々な材料で作製して、音楽信号を入力し出力信号をヘッドフォンで再生して比較試聴した。この集積回路のブロック図を図４に示す。集積回路４０（ＹＤＡ１５８）は携帯電話機に搭載されるもので、音楽信号をヘッドフォンアンプ４２で電力増幅して、ヘッドフォンジャック３８に差し込まれたヘッドフォン（図示せず）で再生し、着信音をＤ級アンプ５２で増幅してスピーカ５０で鳴らす機能を有するものである。ヘッドフォンアンプ４２は左右各チャンネルのオペアンプ４４，４６を具えている。オペアンプ４４，４６には各チャンネル２個ずつ合計４個の抵抗素子Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４で構成される抵抗回路網（帰還抵抗網）４８が接続される。この帰還抵抗網４８の抵抗素子Ｒ１１〜Ｒ１４を次の各材料で作製してそれぞれ試聴評価を行った。
〈抵抗素子Ｒ１１〜Ｒ１４の材料〉
・ポリシリコン一層（実際の製品で使用されている材料）
・タンタル一層
・窒化タンタル一層
・窒化タンタル／タンタル二層（“／”はその前側に表記した材料が上層を構成し、その後側に表記した材料が下層を構成することを意味する。以下同じ）
・窒化タンタル／チタン（Ｔｉ）二層（厚み比が１：１）
・窒化タンタル／チタン二層（厚み比が１：３）
【００２０】
試聴評価は５名の半導体技術者がそれぞれヘッドフォンで同一音楽ソースを試聴して行った。評価は点数評価ではなく、絶対的な印象評価で優劣を評価した。評価結果は次のとおりであった。
〈試聴評価結果〉
・ポリシリコン一層：音場感が狭くステレオ感に乏しい。音楽のハーモニーが少ない。
・タンタル一層：低音に軽快感が無くもたつく。高域が少し金属的で耳につき良い印象ではない。
・窒化タンタル一層：低音がクリアで響きがきれい。
・窒化タンタル／タンタル二層：ピアノに潤いや豊かさがあり音楽が心地よい。
・窒化タンタル／チタン二層（厚み比が１：１）：ピアノの音に潤いが少ない。音が金属的に感じる。
・窒化タンタル／チタン二層（厚み比が１：３）：低音高音のバランスが良く、音質は明るいが薄っぺらい。
【００２１】
以上の試聴評価試験２によれば、窒化タンタル一層および窒化タンタル／タンタル二層において良好な音質評価が得られた。
【００２２】
なお前記試聴評価試験２では集積回路の全抵抗素子のうち音質に大きな影響を及ぼすオペアンプ４４，４６の帰還抵抗網４８の抵抗素子のみ窒化タンタルで構成したが、全抵抗素子を窒化タンタルで構成することもできる。そのようにすれば回路部分に応じて抵抗素子の材料を使い分ける場合に比べて製造工程を簡素化することができる。例えば図４の集積回路４０について言えば、ヘッドフォンアンプ４２の抵抗回路網（帰還抵抗網）４８と、着信音をスピーカ５０で鳴らすためのＤ級アンプ５２の抵抗回路網（帰還抵抗網）５４を構成する抵抗素子Ｒ１５，Ｒ１６並びに抵抗回路網（帰還抵抗網）５６を構成する抵抗素子Ｒ１７，Ｒ１８を、窒化タンタルで同時に作製することができる。
【符号の説明】
【００２３】
１０，４０，２７，２９…集積回路、１１，１２，１３，１４…入力端子、１５，１７，１９…アンプ、１６，１８…出力端子、２０，２４，４８，５４，５６…抵抗回路網、２１，５０…スピーカ、２２，４４，４６…オペアンプ、２５…下層、２６…絶縁層、３０…窒化タンタル層、３２…絶縁層、３２ａ，３２ｂ…ヴィアホール、３４…金属層、３４ａ，３４ｂ…金属層の左右の領域、３６…絶縁および保護層、３８…ヘッドフォンジャック、４２…ヘッドフォンアンプ、５２…Ｄ級アンプ、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ１５，Ｒ１６，Ｒ１７，Ｒ１８…抵抗素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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