(57)【要約】【課題】Ｎ、Ｏ、Ｔａの元素組成プロファイルが安定し、抵抗膜中にＮを安定して含有し、Ｏが少なく、化学量論的な組成に近いＴａＮ膜が得られ、耐酸化性が優れていて信頼性が高いオーディオ用抵抗体の製造方法を提供する。【解決手段】基板上に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜上に、ＴａＮ膜を含む抵抗膜をパターン形成する。そして、前記抵抗膜上に層間絶縁膜を形成し、その後、前記抵抗膜を７５０乃至１１００℃で焼鈍する。その後、前記層間絶縁膜上に、前記抵抗膜に接続された抵抗引き出し用の電極を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともＴａＮを含む抵抗膜をパターン形成する工程と、
前記抵抗膜を７５０乃至１１００℃で焼鈍する工程と、
を有することを特徴とするオーディオ用抵抗体の製造方法。
【請求項２】
基板上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に、少なくともＴａＮを含む抵抗膜をパターン形成する工程と、
前記抵抗膜上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記抵抗膜を７５０乃至１１００℃で焼鈍する工程と、
前記層間絶縁膜上に、前記抵抗膜に接続された抵抗引き出し用の電極を形成する工程と、
を有することを特徴とするオーディオ用抵抗体の製造方法。
【請求項３】
前記焼鈍は、窒素ガス雰囲気で前記抵抗膜を加熱することにより行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のオーディオ用抵抗体の製造方法。
【請求項４】
前記ＴａＮ膜は、スパッタリングにより形成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1項に記載のオーディオ用抵抗体の製造方法。
【請求項５】
前記焼鈍は、前記層間絶縁膜を形成した後、前記電極を形成する前に行うことを特徴とする請求項２に記載のオーディオ用抵抗体の製造方法。
【請求項６】
前記焼鈍により、前記抵抗膜の形成時にその上層及び下層に分散していたＮを、前記抵抗膜に向けて拡散させて、前記抵抗膜のＮの含有割合を高めることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のオーディオ用抵抗体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｎ（窒素）及びＴａ（タンタル）等の元素が均一に分散され、混在するＯ（酸素）が少なく、化学量論的な組成に近く、安定した組成プロファイルが得られるＴａＮ抵抗膜からなるオーディオ特性が優れたオーディオ用抵抗体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アンプ等の音響製品において、特に、その出力段の回路に使用される抵抗体の性能が、音質に影響を与えていることは公知である。従来、このアンプの出力段の半導体集積回路には、ポリシリコンの薄膜抵抗体が使用されている。そして、この音質に影響を与える抵抗体の性能としては、ＴＣＲ値がある。即ち、ＴＣＲ値は抵抗値温度係数であり、温度変化によりどの程度抵抗値が変化するかという程度を示す特性であり、このＴＣＲ値が小さい方が（０に近い方が）、抵抗値が温度により変動せず、高音質が得られる。従来のポリシリコン抵抗体は、２５乃至１２５℃程度の温度範囲で、ＴＣＲ値が±１００ｐｐｍ／℃程度であり、更に一層の音質改善のために、ＴＣＲ値を±５０ｐｐｍ／℃程度に小さくすることが望まれている。
【０００３】
このＴＣＲ値の調整は、従来、抵抗膜をスパッタリングにより形成する際の原料ガスのＮ２分圧比を調節することにより行っている。また、正のＴＣＲ特性を有する薄膜抵抗体と、負のＴＣＲ特性を有する薄膜抵抗体とを積層することにより、全体で、０に近い良好なＴＣＲ特性を得ることも提案されている。
【０００４】
ＴＣＲ値を小さくすることを目的とした窒化タンタル（ＴａＮ）薄膜抵抗体としては、特許文献１に開示されたものがある。この従来の窒化タンタル薄膜抵抗体は、窒化タンタル薄膜の上面に、Ｔｉからなる中間膜を介してＡｕからなる電極膜を形成し、中間膜と電極膜との合成抵抗温度係数を第１の抵抗温度係数とし、窒化タンタル薄膜の抵抗温度係数を第２の抵抗温度係数としたとき、第１と第２の温度係数の和を−１０乃至０ｐｐｍ／℃としたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３４２７０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のポリシリコン薄膜抵抗体は、その減圧ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition：化学気相成長法)による成膜時の成膜温度が約６００℃程度と高く、Ａｌ等の配線用金属材料が溶けてしまうことを回避するため、これらの金属配線の形成後にポリシリコン薄膜抵抗体を形成することはできない。従って、このポリシリコン薄膜抵抗体は、金属配線よりも下層に形成する必要があり、その形成位置はＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon：選択酸化法）酸化膜上に制約される。このため、薄膜抵抗体にポリシリコンを使用すると、トランジスタ領域を避けてＬＯＣＯＳ酸化膜直上に抵抗体を配置するスペースを確保する必要が生じ、チップ面積の縮小が困難である。
【０００７】
また、前述の如く、ポリシリコン薄膜抵抗体は、必ずしも、ＴＣＲ値が十分に低いものではなかった。このため、アンプ出力段の半導体集積回路にポリシリコン薄膜抵抗体を使用しても、優れた音質を得ることは困難である。
【０００８】
一方、ＴａＮ薄膜抵抗体は、スパッタリングによる成膜時の成膜温度が約４００℃以下と低温であるため、金属配線を形成した後にこのＴａＮ薄膜抵抗体を形成しても、金属配線の溶融は生じない。よって、ＴａＮ薄膜抵抗体は、金属配線の上層に形成することができ、金属配線を形成する層間絶縁膜の上に、積み上げることができる。特に、上部配線層側にいくほど、面積占有率が低下するので、ＴａＮ抵抗体を形成するスペースを確保しやすくなるため、チップ面積を縮小することができるという利点がある。
【０００９】
しかしながら、従来の方法により形成されたＴａＮ膜は、Ｎの含有割合が低く、混在するＯの含有割合が高いため、オーディオ用抵抗体としての特性に関して信頼性が低いという問題点がある。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、Ｎ、Ｏ、Ｔａの元素組成プロファイルが安定し、抵抗膜中にＮを安定して含有し、Ｏが少なく、化学量論的な組成に近いＴａＮ膜が得られ、耐酸化性が優れていて信頼性が高いオーディオ用抵抗体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るオーディオ用抵抗体の製造方法は、
少なくともＴａＮを含む抵抗膜をパターン形成する工程と、
前記抵抗膜を７５０乃至１１００℃で焼鈍する工程と、
を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る他のオーディオ用抵抗体の製造方法は、
基板上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に、少なくともＴａＮを含む抵抗膜をパターン形成する工程と、
前記抵抗膜上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記抵抗膜を７５０乃至１１００℃で焼鈍する工程と、
前記層間絶縁膜上に、前記抵抗膜に接続された抵抗引き出し用の電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする。
【００１３】
この場合に、前記焼鈍は、窒素ガス雰囲気で前記抵抗膜を加熱することにより行うことが好ましい。また、前記ＴａＮ膜は、スパッタリングにより形成することができる。更に、前記焼鈍は、前記層間絶縁膜を形成した後、前記電極を形成する前に行うことが好ましい。
【００１４】
本発明においては、前記焼鈍により、前記抵抗膜の形成時にその上層及び／又は下層に分散していたＮを、前記抵抗膜に向けて拡散させて、前記抵抗膜のＮの含有割合を高めるものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、上述のごとく、抵抗膜を７５０乃至１１００℃で焼鈍することにより、抵抗膜の形成時に、その上層及び／又は下層に分散していたＮを、抵抗膜に向けて拡散させることができ、これにより、抵抗膜のＮの含有割合が高くなる。これにより、ＴａＮ膜は、化学量論的な組成に近いものとなり、抵抗膜の耐酸化性が向上し、高信頼性且つ高音質の抵抗体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る抵抗膜を示す断面図である。
【図２】焼鈍後の抵抗体の組成割合の相違を示すグラフ図である。
【図３】焼鈍前の抵抗体の組成割合の相違を示すグラフ図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る抵抗膜を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る高抵抗抵抗膜が形成された半導体装置を示す断面図である。この半導体装置は、先ず、シリコン基板等の基板１に種々のトランジスタ等を作り込む。このとき、基板１の表面上に、第１層間絶縁膜１０が形成され、この第１層間絶縁膜１０上に、アルミニウム又は銅等により第１配線層２１が形成される。この第１配線層２１は、第１層間絶縁膜１０上にアルミニウム又は銅の層を通常の膜形成技術により形成した後、この層を、通常のレジストを使用したパターニング方法により所望の配線パターンにパターニングすることにより形成される。
【００１８】
次いで、これらの第１配線層２１を含む第１層間絶縁膜１０上に第２層間絶縁膜１１を形成し、この第２層間絶縁膜１１上に、第２配線層２２を形成する。そして、第２配線層２２上を含む全面に第３層間絶縁膜１２を形成し、この第３層間絶縁膜１２上に第３配線層２３を形成し、第３配線層２３を含む第３層間絶縁膜１２上に第４層間絶縁膜１３を形成する。
【００１９】
この第４層間絶縁膜１３は、下層絶縁膜１３ａと上層絶縁膜１３ｂの２層に分けて形成する。そして、下層絶縁膜１３ａを形成した後、上層絶縁膜１３ｂを形成する前に、下層絶縁膜１３ａ上に、窒化タンタル（ＴａＮ）膜２を所定の寸法及び形状になるように、パターン形成する。このＴａＮ膜２は、以下のようにして形成することができる。即ち、下層絶縁膜１３ａ上にＴａＮ膜２の形成予定領域が開口したレジストパターン（図示せず）を形成した後、このレジストパターンをマスクとし、Ｔａターゲットを使用して、Ａｒガスに窒素ガスを所定の分圧比で添加した反応ガスによりスパッタリング（第１スパッタリング）することにより、ＴａＮを全面に堆積する。その後、レジストを除去することにより、レジスト上のＴａＮ膜２をリフトオフすることによって、ＴａＮ膜２を形成することができる。又は、以下の方法によって、ＴａＮ膜２を形成することもできる。下層絶縁膜１３ａ上の全面にＴａＮ膜を上記スパッタリングにより形成し、このＴａＮ膜上にレジストパターンを形成した後、このレジストパターンをマスクとして、前記ＴａＮ膜をエッチングする。この方法によっても、ＴａＮ膜２を形成することができる。
【００２０】
そして、ＴａＮ膜２の形成後、ＴａＮ膜２を含む下層絶縁膜１３ａの全面に上層絶縁膜１３ｂを形成した後、この第４層間絶縁膜１３上に第４配線層２４ｃを形成する。各配線層は層間絶縁膜に形成したビアホール内に導電物質を形成することにより設けたビアにより接続される。例えば、第４配線層２４ｃと第２配線層２２とはビア４により接続される。即ち、第３層間絶縁膜１２及び第４層間絶縁膜１３の形成工程において、夫々第３層間絶縁膜１２及び第４層間絶縁膜１３にこれらの膜を貫通するビアホールを、レジスト膜をマスクとしてウエットエッチング又はドライエッチングにより形成し、その後、アルミニウム等の金属材料をスパッタリングするか、又はＣＶＤ（化学的気相成長法）により堆積し、この金属材料をビアホール内に形成することにより、ビア４を形成し、このビア４に接続されるように、第３層間絶縁膜１２及び第４層間絶縁膜１３上に、夫々配線２３及び配線２４ｃを形成する。
【００２１】
一方、ＴａＮ膜２については、このＴａＮ膜２の形成後、ＴａＮ膜２を含む下層絶縁膜１３ａの全面に上層絶縁膜１３ｂを形成し、上層絶縁膜１３ｂにＴａＮ膜２に到達する２個のビアホールを形成する。このビアホールは、湿式エッチング（ウエットエッチング）により形成する。ウエットエッチングの場合は、ドライエッチングに比べて、オーバーエッチングによるビアホール底部のＴａＮ膜の削れを抑制することができる。これにより、加工マージンが向上し、ＴａＮ膜２のより一層の薄膜化による高抵抗化が可能となる。
【００２２】
そして、これらのビアホールにアルミニウム又は銅等の金属膜を第２スパッタリングにより堆積して形成し、ビア３ａ，３ｂを設ける。
【００２３】
その後、上層絶縁膜１３ｂ上に、ビア３ａ，３ｂに接続されるようにして、夫々、第４配線層２４ａ，２４ｂを形成する。この第４配線層２４ａ，２４ｂにより、ＴａＮ膜２は、アンプの出力段の回路の中に、出力電流が流れる通り道に設けられた薄膜抵抗体として接続される。
【００２４】
而して、本実施形態においては、第４層間絶縁膜１３の上層絶縁膜１３ｂを形成した後、この上層絶縁膜１３ｂにビア３ａ、３ｂ用のビアホールを形成する前に、デバイスを窒素ガス雰囲気にして、７５０乃至１１００℃の温度に加熱することにより、ＴａＮ膜２を窒素ガス雰囲気の７５０乃至１１００℃の温度で焼鈍する。この焼鈍は、ランプアニールにより行うことができる。
【００２５】
図２及び図３は、横軸にＴａＮ膜分析時のスパッタ時間をとり、縦軸に膜の組成割合を示す測定結果のグラフ図である。図２は、ＴａＮ膜２を焼鈍した場合の焼鈍後の組成割合、図３は、ＴａＮ膜２を焼鈍する前の組成割合を示す。各図において、横軸は、ＴａＮ膜分析時のスパッタ時間であるが、これは、膜の厚さ方向を示しており、スパッタ時間が０分の場合はＴａＮ膜２の表面の分析値を示し、スパッタによりＴａＮ膜２を掘り進んでいき、スパッタ時間が長くなるほど、膜の厚さ方向のより下部の部分の分析値を示していることになる。従って、各図はＴａＮ膜の厚さ方向の元素プロファイルを示している。よって、図２及び図３において、右端は、下層の第４層間絶縁膜１３の下層絶縁膜１３ａとの境界であり、この下層絶縁膜１３ａはＳｉＯ２膜であるから、下層絶縁膜１３ａとの境界にＳｉ酸化膜が生成している。一方、図２及び図３の左端は、スパッタリングにより形成された膜の上面であるが、ＴａＮ膜を抵抗膜形状にパターニングするために、デバイスを空気中に取り出し、レジスト膜をパターン形成した後、レジスト膜に覆われていない部分のＴａＮ膜をエッチングし、その後、レジスト膜を酸素アッシングにより除去する。このとき、ＴａＮ膜の表面が酸化されるために、ＴａＮ膜の表面には、Ｏが多量に存在するＴａの酸化膜が形成されている。
【００２６】
図３に示すように、ＴａＮ膜をスパッタリングにより形成した後、このＴａＮ膜の表面部分には、Ｏが多量に存在し、ＴａＯ酸化膜が形成されているが、この表面部分には、Ｎも比較的多量に存在する。ＴａＮ膜の表面には、Ｃ（炭素）も若干存在する。一方、ＴａＮ膜の下面部分には、Ｓｉ酸化膜（Ｓｉ及びＯ）が存在するが、Ｎも比較的多量に存在する。そして、ＴａＮ膜のバルク部分（厚さ方向中央部分）には、Ｔａ及びＮが多量に存在することは当然であるが、その他にＯも比較的多量に存在する。従来のＴａＮ膜はこのような各元素のプロファイルを有しているので、ＴａＮ膜のバルク部分には、Ｎが化学量論的組成割合よりも低く、酸素が比較的多量に分布している。このため、従来のＴａＮ膜は耐酸化性という点で信頼性が低く、抵抗体としてはオーディオ品質が低い。
【００２７】
これに対し、本実施形態では、層間絶縁膜（第４層間絶縁膜１３の上層絶縁膜１３ｂ）の形成後に、ＴａＮ膜を７５０乃至１１００℃で焼鈍しているので、図２に示すように、ＴａＮ膜における各元素のプロファイルが化学量論的な組成に近いものとなり、耐酸化性が向上し、優れたオーディオ品質の抵抗体が得られる。即ち、図２に示すように、ＴａＮ膜のスパッタリング後に、層間絶縁膜（上層絶縁膜１３ｂ）を形成し、その後、７５０乃至１１００℃で焼鈍することにより、Ｔａが多量に存在するＴａＮ膜のバルクの部分に向けて、Ｎが拡散し、このバルクの部分にＮが集まり、ＴａとＮとが化学量論的な組成比に近い割合で存在する膜が得られる。このＮは、ＴａＮスパッタリング膜の表面部分のＮと、下層の絶縁膜１３ａ近傍のＴａＮスパッタリング膜の下部部分のＮとが、ＴａＮスパッタリング膜の中央部分（バルク部分）に拡散により集まってきたものである。この拡散の駆動力としては、ＮがＴａとの間でエントロピーが高いことが考えられる。理論的には、この駆動力は推定にすぎないが、実験的には、高温焼鈍することにより、ＮがＴａＮスパッタリング膜の厚さ方向中央部に集まってくることは確実な知見である。一方、ＴａＮ膜のバルク部分に存在していたＯは、焼鈍により、主にＴａＮ膜の表面側に移動して酸化層を形成する。そして、ＴａＮ膜２上の層間絶縁膜１３ｂからもＯが供給されるために、表面の酸化層は更に厚くなる。
【００２８】
このようにして、図２と図３との対比から明らかなように、高温焼鈍により、ＴａＮ膜の中央部分のバルク部分からは、Ｏが減少し、ＴａＮスパッタリング膜の表面部分にＯが集まり、ＴａＯ酸化膜の厚さが厚くなる。これにより、ＴａＮ膜のバルク部分では、ＴａとＮとが高純度で存在し、その存在割合は化学量論的なものに極めて近くなる。これにより、この中央バルク部分のＴａＮ膜を、オーディオアンプの抵抗体として使用するために、このＴａＮ膜にビアを接続して、抵抗体として回路内に配線することにより、高品質のオーディオ特性が得られる。即ち、この抵抗体は、耐酸化性が優れており、オーディオアンプの使用の過程で抵抗体自体に発熱が生じたとしても、抵抗体は酸化が進行せず、経時的に抵抗値が上昇することがない。これは、高温焼鈍により、膜中のＯとＮとが拡散駆動力の方向に移動しきっており、ＯとＮとの再分配が生じないため、自己発熱しても抵抗値が変化しないからであると考えられる。
【００２９】
なお、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。例えば、ＴａＮ膜２は、上述の実施形態のように、最上層の層間絶縁膜（第４層間絶縁膜１３）内に形成する場合に限らず、図４に示すように、第１配線層２１の下層の第１層間絶縁膜１０内に形成しても良い。この場合に、このＴａＮ膜２にビア３ａ、３ｂを介して接続される配線層２４ａ、２４ｂは第１配線層２１と同層に形成される。このように、このＴａＮ膜２を配置すべき層間絶縁膜は、任意であり、最上層に限らないが、配置位置の選択の余裕度からすると、最上層の層間絶縁膜内が有利である。
【００３０】
また、本明細書において、窒化タンタル膜を、ＴａＮ膜と表記したが、正確には、ＴａＮｘ膜（ｘは正数）とすべきであり、本発明は、ＴａとＮとが１対１に存在する膜に限定されるものではない。また、上記実施形態において、ＴａＮ膜の形成後、層間絶縁膜を形成した後に、ＴａＮ膜を高温焼鈍しているが、本発明は、これに限らず、ＴａＮ膜の形成後、直ちに、高温焼鈍してもよい。更に、上記実施形態では、ＴａＮ膜の抵抗体にビアを形成し、その後、このビアに接続される配線を形成しているが、抵抗体としては、配線まで形成することなく、抵抗の引き出し用の電極を形成するだけでも良い。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の製造方法では、ＴａＮ膜をスパッタリングした後、７５０乃至１１００℃の温度で焼鈍するから、スパッタリング成膜時に分散していたＮはＴａＮ膜の厚さ方向の中央部付近に向けて拡散してこの部分に集まり、ＴａＮ膜の中央部付近に存在していたＯは、焼鈍により、主にＴａＮ膜の表面側に移動して酸化層を形成する。そして、ＴａＮ膜上の層間絶縁膜からもＯが供給されるために、表面の酸化層は更に厚くなる。このＯの移動によって、ＴａＮ膜中央部分には、ＴａとＮとが化学量論的な組成比に近い割合で存在することとなる。これにより、ＴａＮ膜の耐酸化性が優れたものとなり、経時的な抵抗値の変動が防止され、優れたオーディオ品質の抵抗体を得ることができる。従って、本発明の抵抗体は、高品質オーディオアンプの抵抗体として有益である。
【符号の説明】
【００３２】
１：シリコン基板、２：窒化タンタル（ＴａＮ）膜、３ａ、３ｂ、４：ビア、１０：第１層間絶縁膜、１１：第２層間絶縁膜、１２：第３層間絶縁膜、１３：第４層間絶縁膜、１３ａ：下層絶縁膜、１３ｂ：上層絶縁膜、２１：第１配線層、２２：第２配線層、２３：第３配線層、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ：第４配線層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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