JP2011040497A - Electronic device and method of manufacturing the same - Google Patents

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研 足立
Tsuyoshi Oki
強師 大木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electronic device containing an resistor element having such structure as a resistance value is easily and precisely set. <P>SOLUTION: A resistive film (metal thin film 11) that regulates resistance value of a resistor element is arranged at one of conductive film arrangement layers between insulating layers in a laminate structure formed on a substrate such as semiconductor. The metal thin film 11 has two or more kinds of resistivities. The metal thin film 11 is preferred to be a metal thin film 11W of double resistive area type having a plurality of surface areas of different resistivity (high resistive surface area RH and low resistive surface areas RL1 and RL2). <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、基板に形成された積層構造における絶縁層間の導電膜配置階層の1つに薄膜等により抵抗素子が配置されている電子デバイスに関する。   The present invention relates to an electronic device in which a resistance element is arranged by a thin film or the like in one of conductive film arrangement layers between insulating layers in a laminated structure formed on a substrate.

基板に絶縁層を形成してその上に薄膜抵抗素子を形成している電子デバイスとしては、基板が絶縁性の電子部品も存在するが、代表的なものでは基板が半導体である半導体デバイスが知られている。
半導体デバイスは大別すると、ディスクリートデバイスとICデバイスに分類できる。
As an electronic device in which an insulating layer is formed on a substrate and a thin film resistor element is formed thereon, there are electronic components having an insulating substrate. However, a typical example is a semiconductor device in which the substrate is a semiconductor. It has been.
Semiconductor devices can be broadly classified into discrete devices and IC devices.

ICデバイスのうち、特にアナログ系やミックスシグナル系LSIでは、能動素子にバイアスや負荷を与えるための用途以外にも、信号の比、帰還あるいはゲインを制御するために抵抗素子は重要な役割を果たしている。そのような分野では、特に抵抗素子の抵抗値について、高い精度が要求される。   Among IC devices, especially in analog and mixed signal LSIs, resistor elements play an important role in controlling signal ratio, feedback, or gain, in addition to applications that apply bias and load to active elements. Yes. In such a field, high accuracy is particularly required for the resistance value of the resistance element.

ICデバイス内に形成される抵抗素子は、配線工程前に形成されるポリシリコンを材料とするものが以前は主流となっていた。ところが、ポリシリコン膜のグレイン生成のばらつき、熱履歴や加工におけるばらつきなどから、出来上がった抵抗素子は抵抗値の精度が低いものであった。   In the past, resistance elements formed in IC devices were mainly made of polysilicon formed before the wiring process. However, due to variations in the grain generation of the polysilicon film, thermal history, variations in processing, and the like, the completed resistance element has a low resistance value accuracy.

ところで、ポリシリコンの成膜やその後の熱処理を行う製造装置は、半導体ウェハを配置する位置によって、要求される抵抗値の精度を満たさない場合がある。その場合、ポリシリコン薄膜抵抗素子の精度向上を目的として、製造装置の処理室で特定領域のみを指定して製造を行うなどの対処で、高い精度の薄膜抵抗素子が得られるようにするなどの工夫が必要となる。
また、同一のウェハ内にダミーパターンを設けて、プロセスごとに条件を追い込むために、出来上がった薄膜抵抗の抵抗値をダミーパターンの測定によりモニタし、その結果を逐次、量産にフィードバックする等の高度な管理システムを用いた制御を行うこともある。
これらの対処では、いずれも生産性やコストが犠牲になり、低コストで高い薄膜抵抗を製造できない。
By the way, a manufacturing apparatus that performs polysilicon film formation and subsequent heat treatment may not satisfy the required accuracy of the resistance value depending on the position where the semiconductor wafer is disposed. In that case, for the purpose of improving the accuracy of the polysilicon thin film resistance element, a high precision thin film resistance element can be obtained by taking measures such as specifying only a specific region in the processing chamber of the manufacturing apparatus. Ingenuity is required.
In addition, in order to adjust the conditions for each process by providing a dummy pattern in the same wafer, the resistance value of the completed thin film resistor is monitored by measuring the dummy pattern, and the results are fed back to mass production one after another. Control may be performed using a simple management system.
In these measures, productivity and cost are all sacrificed, and high thin film resistors cannot be manufactured at low cost.

また、ポリシリコン抵抗の場合、基板に近い階層(レイヤ)で形成されることから、抵抗素子と基板間の寄生容量が大きく、特に高速動作が要求されるLSIでは動作が遅くなる等の特性上の不利益がある。   In addition, since a polysilicon resistor is formed in a layer close to the substrate, the parasitic capacitance between the resistor element and the substrate is large, and especially in an LSI that requires high-speed operation, the operation is slow. There are disadvantages.

これらの不利益を解消した抵抗素子として、近年、配線層に金属薄膜、特に金属窒化膜などで抵抗素子を形成する技術が採用されつつある。
例えば銅配線の拡散バリアとして用いられているTaN等をそのまま抵抗素子としての形状に加工し、これを配線と接続することで、精度が高く寄生容量が小さい抵抗素子を形成することができる。
この方法により形成される金属薄膜抵抗は、層間膜や配線を形成するときの温度以上の高温(〜500[℃])に晒されることもなく、抵抗値を成膜条件によってほぼ決定することができる。
In recent years, as a resistance element that has solved these disadvantages, a technique of forming a resistance element with a metal thin film, particularly a metal nitride film, in a wiring layer is being adopted.
For example, by processing TaN or the like used as a diffusion barrier for copper wiring into a shape as a resistance element as it is and connecting it to the wiring, a resistance element with high accuracy and low parasitic capacitance can be formed.
The metal thin film resistor formed by this method is not exposed to a high temperature (up to 500 [° C.]) higher than the temperature at which an interlayer film or wiring is formed, and the resistance value can be substantially determined by the film forming conditions. it can.

銅配線の拡散バリアに用いられるTaN等の窒化金属膜は、非常に低抵抗率である。しかし、アナログ及びミックスシグナル系LSIで要求される抵抗素子は高抵抗のものが少なくなく、全てのポリシリコン抵抗が金属薄膜抵抗に置き換えられるわけではなく、むしろかなり限定的に使われているのが現状である。   A metal nitride film such as TaN used for a diffusion barrier of copper wiring has a very low resistivity. However, the resistance elements required in analog and mixed signal LSIs are not limited to high resistances, and not all polysilicon resistors are replaced by metal thin film resistors, but rather are used in a rather limited manner. Currently.

このような現状に鑑みて、低シート抵抗膜と高シート抵抗膜の2種類の抵抗膜を複数層の金属薄膜で成膜し、高抵抗にも対応することができる技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   In view of such a current situation, a technique has been proposed in which two types of resistance films, a low sheet resistance film and a high sheet resistance film, are formed with a plurality of layers of metal thin films to cope with high resistance ( For example, see Patent Document 1).

特表2001−511316号公報JP-T-2001-511316

しかしながら、上記特許文献1に記載の技術では、複数層の抵抗膜を成膜し、単層膜や多層膜といった異なる構造の抵抗素子を異なる箇所に作り分けなければならない。そのため、この既知の技術では工程数が大幅に増加する不利益がある。また、配線のバリア層の流用という効率的な抵抗膜の作り方ができないため、配線や抵抗素子を絶縁層間に配置するための積層構造を大幅に設計し直す必要があり、このことが低コストで高精度な抵抗素子を作製することの阻害要因となっている。   However, in the technique described in Patent Document 1, it is necessary to form a plurality of resistance films, and to make different resistance elements such as single layer films and multilayer films in different places. Therefore, this known technique has a disadvantage that the number of processes is greatly increased. In addition, since it is not possible to make an efficient resistive film by diverting the barrier layer of the wiring, it is necessary to redesign the laminated structure for arranging the wiring and the resistive element between the insulating layers, which is low cost. This is an impediment to the production of highly accurate resistance elements.

本発明は、抵抗値を精度よく容易に設定可能な構造の抵抗素子を有する電子デバイスと、基板に形成された積層構造における絶縁層間の導電膜配置階層の1つに、かかる抵抗素子を低コストで形成するための手法を含む電子デバイスの製造方法とを提供するものである。   The present invention provides a low-cost electronic device having a resistance element having a structure in which a resistance value can be accurately and easily set, and a conductive film arrangement layer between insulating layers in a laminated structure formed on a substrate. And a method for manufacturing an electronic device including a method for forming the device.

本発明に関わる電子デバイスは、基板に形成された積層構造における絶縁層間の導電膜配置階層の1つに、抵抗素子の抵抗値を規定する抵抗膜が配置され、当該抵抗膜が2種類以上の抵抗率をもつ電子デバイスである。   In an electronic device according to the present invention, a resistance film that defines a resistance value of a resistance element is arranged in one of conductive film arrangement layers between insulating layers in a laminated structure formed on a substrate, and the resistance film includes two or more types of resistance films. An electronic device with resistivity.

本発明では好適に、前記抵抗膜は、抵抗率が異なる複数の面領域をもつ複抵抗領域型の金属薄膜である。
本発明では好適に、抵抗値が異なる複数の前記抵抗膜として、前記複抵抗領域型の金属薄膜を複数有し、この複抵抗領域型の複数の金属薄膜は、厚さ、長さおよび幅が全て同じ同一形状を有し、前記抵抗率が異なる複数の面領域の面積比が異なる。このような形状の複抵抗領域型の金属薄膜は、特にトリミング抵抗素子の抵抗値を決める複数のトリミング抵抗膜として有用である。
In the present invention, it is preferable that the resistance film is a multi-resistance region type metal thin film having a plurality of surface regions having different resistivity.
In the present invention, preferably, as the plurality of resistance films having different resistance values, a plurality of metal thin films of the multi-resistance region type are provided, and the plurality of metal thin films of the multi-resistance region type have a thickness, a length, and a width. The area ratios of the plurality of surface regions that all have the same shape and differ in resistivity are different. The multi-resistance region type metal thin film having such a shape is particularly useful as a plurality of trimming resistor films that determine the resistance value of the trimming resistor element.

以上の構成によれば、1つの抵抗膜が複数の抵抗率をもつため、たとえば抵抗率が異なる領域の比率を当該抵抗膜内で変えることで、抵抗値を変更できる。つまり、製造に際して、この抵抗率が異なる領域の比率という1つのパラメータを制御するだけで様々な抵抗値をもつ抵抗膜の形成が可能である。   According to the above configuration, since one resistive film has a plurality of resistivities, for example, the resistance value can be changed by changing the ratio of regions having different resistivities within the resistive film. In other words, it is possible to form resistance films having various resistance values by controlling only one parameter, that is, the ratio of the regions having different resistivities.

この抵抗率が異なる領域を、例えば金属薄膜の面領域とすることが可能であり、このことは、領域ごとの抵抗率の設定を金属薄膜の成膜後でも行うことを容易化する。   The regions having different resistivities can be, for example, the surface regions of the metal thin film, which facilitates the setting of the resistivity for each region even after the metal thin film is formed.

本発明に関わる他の電子デバイスは、基板に形成された積層構造における絶縁層間の導電膜配置階層の1つに、抵抗素子の抵抗値を規定する複数の抵抗膜が配置され、当該複数の抵抗膜が2種類以上の抵抗率をもつ複数の金属薄膜である。また、当該複数の金属薄膜は形状が同じで抵抗率が異なる2つの金属薄膜を含み、当該2つの金属薄膜のうち、一方の上面が窒化珪素膜で覆われ、他方の上面が酸化珪素膜で覆われている。   In another electronic device according to the present invention, a plurality of resistance films defining a resistance value of a resistance element are arranged in one of conductive film arrangement layers between insulating layers in a laminated structure formed on a substrate. The film is a plurality of metal thin films having two or more types of resistivity. The plurality of metal thin films include two metal thin films having the same shape and different resistivity, and one of the two metal thin films is covered with a silicon nitride film and the other upper surface is a silicon oxide film. Covered.

このような構成の電子デバイスでは、上面が窒化珪素膜で覆われているか、酸化珪素膜で覆われているかの違いで抵抗率に差を設けることも可能であり、その構造上、抵抗率の設定が極めて容易である。   In an electronic device having such a configuration, it is possible to provide a difference in resistivity depending on whether the upper surface is covered with a silicon nitride film or a silicon oxide film. Setting is extremely easy.

本発明に関わる電子デバイスの製造方法は、基板に支持された絶縁膜上に抵抗素子の抵抗膜を形成するステップを有し、当該抵抗膜を形成するステップが、以下の諸ステップを含む。
(1)前記絶縁膜上に金属薄膜を成膜するステップ。
(2)前記金属薄膜の前記抵抗膜となる部分を含む領域をマスク層で被覆するステップ。
(3)前記抵抗膜となる部分の少なくとも一部の領域で前記マスク層を開口し、開口から露出した抵抗膜の領域を酸化させて抵抗率を変化させるステップ。
(4)前記金属薄膜を、前記抵抗膜の形状にパターニングするステップ。
なお、処理手順としては、上記(4)のステップは上記(1)の後と上記(3)の後のどちらでもよい。
An electronic device manufacturing method according to the present invention includes a step of forming a resistance film of a resistance element on an insulating film supported by a substrate, and the step of forming the resistance film includes the following steps.
(1) A step of forming a metal thin film on the insulating film.
(2) A step of covering a region including a portion to be the resistance film of the metal thin film with a mask layer.
(3) The step of opening the mask layer in at least a part of the portion to be the resistance film and oxidizing the region of the resistance film exposed from the opening to change the resistivity.
(4) A step of patterning the metal thin film into the shape of the resistance film.
As a processing procedure, the step (4) may be either after (1) or after (3).

本発明に関わる電子デバイスの製造方法は、基板に支持された絶縁膜上に抵抗素子の抵抗膜を形成するステップを有し、当該抵抗膜を形成するステップが、以下の諸ステップを含む。
(1)前記絶縁膜上に金属薄膜を成膜するステップ。
(2)異なる抵抗率の複数の前記抵抗膜となる金属薄膜の少なくとも一部の領域を酸化珪素膜で被膜し他の領域を窒化珪素膜で被覆した状態で加熱処理を施すことによって、前記酸化珪素膜で被膜した金属薄膜の領域で選択的に抵抗率を変化させるステップ。
(3)前記金属薄膜を、前記抵抗膜の形状にパターニングするステップ。
なお、処理手順としては、上記(3)のステップは上記(1)の後と上記(2)の後のどちらでもよい。
An electronic device manufacturing method according to the present invention includes a step of forming a resistance film of a resistance element on an insulating film supported by a substrate, and the step of forming the resistance film includes the following steps.
(1) A step of forming a metal thin film on the insulating film.
(2) The oxidation is performed by performing a heat treatment in a state in which at least a part of a region of the metal thin film serving as the resistance film having different resistivity is coated with a silicon oxide film and the other region is covered with a silicon nitride film. Selectively changing resistivity in a region of a metal thin film coated with a silicon film.
(3) A step of patterning the metal thin film into the shape of the resistance film.
As a processing procedure, the step (3) may be either after (1) or after (2).

本発明によれば、抵抗値を精度よく容易に設定可能な構造の抵抗素子を有する電子デバイスを提供できる。また、本発明によれば、基板に形成された積層構造における絶縁層間の導電膜配置階層の1つに、かかる抵抗素子を低コストで形成するための手法を含む電子デバイスの製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electronic device which has a resistive element of a structure which can set a resistance value accurately and easily can be provided. Further, according to the present invention, there is provided an electronic device manufacturing method including a method for forming such a resistive element at a low cost in one of conductive film arrangement layers between insulating layers in a laminated structure formed on a substrate. be able to.

第1の実施形態に関わる抵抗素子の構造と製法を説明するための、半導体デバイスの積層構造の部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the laminated structure of a semiconductor device for demonstrating the structure and manufacturing method of the resistive element concerning 1st Embodiment. 第2の実施形態に関わる抵抗素子の構造と製法を説明するための、半導体デバイスの積層構造の部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the laminated structure of a semiconductor device for demonstrating the structure and manufacturing method of the resistive element concerning 2nd Embodiment. 第3の実施形態に関わる抵抗素子の金属薄膜について、高抵抗化過程の平面図と断面図および出来上がりの平面図である。It is the top view and sectional drawing of a high resistance process about the metal thin film of the resistive element in connection with 3rd Embodiment, and a completed top view. 第3の実施形態で採用可能な第1の選択酸化の手法に関わるシート抵抗変化のグラフである。It is a graph of the sheet resistance change in connection with the first selective oxidation technique that can be employed in the third embodiment. 第3の実施形態で採用可能な第2の選択酸化の手法に関わるシート抵抗変化のグラフである。It is a graph of the sheet resistance change in connection with the second selective oxidation technique that can be employed in the third embodiment. 第4の実施形態に関わる複数の抵抗素子の平面図である。It is a top view of a plurality of resistance elements concerning a 4th embodiment. 比較例1に関わる複数の抵抗素子の平面図である。6 is a plan view of a plurality of resistance elements according to Comparative Example 1. FIG. 第5の実施形態に関わるトリミング抵抗素子の平面図である。It is a top view of the trimming resistance element in connection with 5th Embodiment. 比較例2と3に関わるトリミング抵抗素子の平面図である。12 is a plan view of a trimming resistor element according to Comparative Examples 2 and 3. FIG. 第5の実施形態におけるトリミング抵抗値と抵抗体本数との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the trimming resistance value in 5th Embodiment, and the number of resistors. 比較例3におけるトリミング抵抗値と抵抗体本数との関係を示すグラフである。10 is a graph showing the relationship between a trimming resistance value and the number of resistors in Comparative Example 3.

本発明の実施形態を、金属薄膜抵抗を有する半導体デバイスを例として図面を参照して、以下の順で説明する。
1.第1の実施の形態:金属薄膜全体を高抵抗化する場合の第1構造例と第1製法例を示す実施形態(金属材料の例や酸化手法の変形例1を含む)。
2.第2の実施の形態:金属薄膜全体を高抵抗化する場合の第2構造例と第2製法例を示す実施形態。
3.第3の実施の形態:金属薄膜全体を部分的に高抵抗化する際にマスク層の開口を利用する選択酸化ステップを含む場合の第3構造例と第3製法例(第1および第2製法例の上位概念)、ならびに、被膜材の種類で選択酸化する第4製法例を示す実施形態。
4.第4の実施の形態:複数の金属薄膜を同一形状とする実施形態。
5.第5の実施の形態:第4の実施形態の複数の金属薄膜をトリミング抵抗素子に応用した場合の実施形態。
Embodiments of the present invention will be described in the following order with reference to the drawings by taking a semiconductor device having a metal thin film resistor as an example.
1. 1st Embodiment: Embodiment which shows the 1st structural example in the case of making high resistance the whole metal thin film, and a 1st manufacturing method example (The example of the metal material and the modification 1 of an oxidation method are included).
2. Second Embodiment: An embodiment showing a second structure example and a second manufacturing method example when the resistance of the entire metal thin film is increased.
3. Third Embodiment: Third Structure Example and Third Manufacturing Method Example (First and Second Manufacturing Methods) Including a Preferential Oxidation Step Utilizing the Opening of the Mask Layer When Partially Increasing the Resistance of the Entire Metal Thin Film Embodiment which shows the 4th example of a manufacturing method selectively oxidized by the kind of film material.
4). Fourth Embodiment: An embodiment in which a plurality of metal thin films have the same shape.
5). Fifth Embodiment: Embodiment in which a plurality of metal thin films of the fourth embodiment are applied to a trimming resistor element.

<1.第1の実施の形態>
図1に、第1の実施の形態に関わる抵抗素子を含む電子デバイスとして、半導体デバイスの積層構造の部分断面図を示す。
<1. First Embodiment>
FIG. 1 shows a partial cross-sectional view of a laminated structure of a semiconductor device as an electronic device including a resistance element according to the first embodiment.

[デバイス構造]
最初に、図1(G)を用いてデバイス構造を説明する。
半導体デバイス1は、例えばLSIやディスクリートデバイスであり、LSIの場合、不図示の半導体基板にトランジスタ等の能動素子が必要な回路を形成するために設計で決められた配置や接続関係で形成されている。
能動素子が形成された半導体基板上に多層配線構造が絶縁層と導電層を何層にも重ねることで形成され、多層配線構造内に配線および受動素子(抵抗、キャパシタ、インダクタ等)が形成されている。
[Device structure]
First, a device structure is described with reference to FIG.
The semiconductor device 1 is, for example, an LSI or a discrete device. In the case of an LSI, the semiconductor device 1 is formed with an arrangement or connection relationship determined by design in order to form a circuit that requires an active element such as a transistor on a semiconductor substrate (not shown). Yes.
A multilayer wiring structure is formed by stacking multiple layers of insulating layers and conductive layers on a semiconductor substrate on which active elements are formed, and wiring and passive elements (resistors, capacitors, inductors, etc.) are formed in the multilayer wiring structure. ing.

図1(G)は多層配線構造における絶縁層間の導電膜配置階層の1つを中心に示す部分断面図である。
この導電膜配置階層は、下地の絶縁層10と次の絶縁層(層間絶縁膜13)との間の階層を指す。
より詳細に、絶縁層10上には、抵抗率が相対的に高い高抵抗金属薄膜11Hと、抵抗率が相対的に低い低抵抗金属薄膜11Lとが、異なる箇所に形成されている。高抵抗金属薄膜11Hと低抵抗金属薄膜11Lは、その平面形状は任意であり、その例は後述するが、例えば細長い短冊状に同一形状で形成されている。本発明の実施の形態において、“同一形状”とは、厚さ(膜厚)、長さおよび幅が同一である形状を言う。但し、酸化による多少の膜減りがあっても“同一形状”の範疇に含まれる。
FIG. 1G is a partial cross-sectional view centered on one of conductive film arrangement layers between insulating layers in a multilayer wiring structure.
This conductive film arrangement layer refers to a layer between the underlying insulating layer 10 and the next insulating layer (interlayer insulating film 13).
More specifically, on the insulating layer 10, a high-resistance metal thin film 11H having a relatively high resistivity and a low-resistance metal thin film 11L having a relatively low resistivity are formed at different locations. The planar shape of the high-resistance metal thin film 11H and the low-resistance metal thin film 11L is arbitrary, and an example thereof will be described later. In the embodiment of the present invention, the “same shape” refers to a shape having the same thickness (film thickness), length, and width. However, a slight film reduction due to oxidation is included in the category of “same shape”.

高抵抗金属薄膜11Hと低抵抗金属薄膜11Lは層間絶縁膜13に覆われ、低抵抗金属薄膜11Lにおいては、層間絶縁膜13と低抵抗金属膜11Lとの間に窒化珪素膜または酸化珪素膜(ここではSiN膜12)が介在する。一方、高抵抗金属薄膜11Hと層間絶縁膜13との間に窒化珪素膜または酸化珪素膜(ここではSiN膜12)は介在しない。この窒化珪素膜または酸化珪素膜(ここではSiN膜12)が介在するか介在しないかは重要であり、これに起因して金属薄膜抵抗の抵抗率に差が生じている。   The high-resistance metal thin film 11H and the low-resistance metal thin film 11L are covered with an interlayer insulating film 13, and in the low-resistance metal thin film 11L, a silicon nitride film or a silicon oxide film (between the interlayer insulating film 13 and the low-resistance metal film 11L). Here, a SiN film 12) is interposed. On the other hand, no silicon nitride film or silicon oxide film (here, SiN film 12) is interposed between the high-resistance metal thin film 11H and the interlayer insulating film 13. Whether this silicon nitride film or silicon oxide film (SiN film 12 in this case) is present or not is important, and this causes a difference in resistivity of the metal thin film resistor.

詳細は後述するが、窒化珪素膜または酸化珪素膜(ここではSiN膜12)は酸化工程のマスク層として機能する。そのため高抵抗金属薄膜11Hは、その母材が酸化され、これにより酸化されていない低抵抗金属薄膜11Lとの抵抗率に差が生じている。   Although details will be described later, the silicon nitride film or the silicon oxide film (here, the SiN film 12) functions as a mask layer in the oxidation process. Therefore, the high-resistance metal thin film 11H has a difference in resistivity with the low-resistance metal thin film 11L that is oxidized due to the base material being oxidized.

高抵抗金属薄膜11Hと低抵抗金属薄膜11Lの共通な母材は、例えば窒化金属膜が望ましい。さらに望ましくは、ZrN,TaN,HfN,NbN,WN,TiNの金属酸化物の何れかにより、上記共通な母材が構成されている。   A common base material for the high-resistance metal thin film 11H and the low-resistance metal thin film 11L is preferably a metal nitride film, for example. More preferably, the common base material is made of any one of metal oxides of ZrN, TaN, HfN, NbN, WN, and TiN.

高抵抗金属薄膜11Hの長手方向の一方端部に第1配線14_1が接続され、他方端部に第2配線14_2が接続されている。第1配線14_1と第2配線14_2は、層間絶縁膜13上に配線された、より上層の配線層から形成され、層間絶縁膜13に形成されたコンタクトを介して、高抵抗金属薄膜11Hまたは低抵抗金属薄膜11Lの所定の部分に接触している。   The first wiring 14_1 is connected to one end in the longitudinal direction of the high-resistance metal thin film 11H, and the second wiring 14_2 is connected to the other end. The first wiring 14_1 and the second wiring 14_2 are formed from an upper wiring layer wired on the interlayer insulating film 13, and the high-resistance metal thin film 11H or the low wiring is formed through a contact formed in the interlayer insulating film 13. It is in contact with a predetermined portion of the resistive metal thin film 11L.

[製造方法]
図1(G)に示すデバイス構造の製造方法を説明する。
まず、図1(A)に示すステップでは、絶縁層10上に金属薄膜11を成膜する。ここでは、例えば原子層堆積(ALD)法を用いてシート抵抗250[Ω/□]の窒化ジルコニウム(ZrN)を100[nm]成膜する。金属薄膜11は窒化金属膜以外でもよいが、窒化金属膜の場合、TaN,HfN,NbN,WN,TiNの金属酸化物の何れかの薄膜でもよい。
[Production method]
A method for manufacturing the device structure shown in FIG.
First, in the step shown in FIG. 1A, a metal thin film 11 is formed on the insulating layer 10. Here, for example, an atomic layer deposition (ALD) method is used to form a zirconium nitride (ZrN) film having a sheet resistance of 250 [Ω / □] to a thickness of 100 [nm]. The metal thin film 11 may be other than a metal nitride film, but in the case of a metal nitride film, any one of TaN, HfN, NbN, WN, and TiN metal oxides may be used.

次の図1(B)に示すステップでは、フォトリソグラフィ技術を用いて、金属薄膜11の素子形成領域をパターニングする。このとき、例えば、反応性イオンエッチング(RIE)を用いて金属薄膜11を抵抗素子の形状に加工する。   In the next step shown in FIG. 1B, the element formation region of the metal thin film 11 is patterned using a photolithography technique. At this time, for example, the metal thin film 11 is processed into the shape of a resistance element using reactive ion etching (RIE).

次の図1(C)のステップでは、リフトオフのためのレジストR1を塗布し、プリベーク後、マスク露光と現像により、高抵抗金属薄膜11Hが形成される領域より一回り大きい酸化領域のみにレジストR1を残す。このレジストR1は、選択酸化のマスク層パターンの反転パターンを有する。リフトオフ法では、レジストR1のエッジ形状を逆テーパ型とすることが望ましい。有効に逆テーパ形状を形成するには、光照射により表面層が耐溶剤性をもつネガレジストや多層レジストを用いるとよい。   In the next step of FIG. 1C, a resist R1 for lift-off is applied, and after pre-baking, the resist R1 is applied only to an oxidized region that is slightly larger than the region where the high-resistance metal thin film 11H is formed by mask exposure and development. Leave. This resist R1 has a reverse pattern of the mask layer pattern of selective oxidation. In the lift-off method, it is desirable that the edge shape of the resist R1 is a reverse taper type. In order to effectively form an inversely tapered shape, it is preferable to use a negative resist or a multilayer resist whose surface layer has solvent resistance by light irradiation.

ポストベーク後、次の図1(D)のステップでは、選択酸化のマスク層としてSiN膜12を成膜する。ここではプラズマ化学的気相堆積(CVD)を用いて、SiN膜12を100[nm]ほど、成膜する。
この状態でリフトオフを行うと、プラズマSiN膜12によってマスクされた低抵抗金属薄膜11Lと、マスクされていない(開口された)高抵抗金属薄膜11Hが形成される(図1(E))。なお、リフトオフ法では、アセトン等のレジスト溶剤に浸漬すると、レジストR1の溶解とともにレジストR1上のSiN膜部分が剥離されることでSiN膜12がパターンニングされる。
After the post-baking, in the next step of FIG. 1D, an SiN film 12 is formed as a selective oxidation mask layer. Here, the SiN film 12 is formed to a thickness of about 100 [nm] by using plasma chemical vapor deposition (CVD).
When lift-off is performed in this state, a low-resistance metal thin film 11L masked by the plasma SiN film 12 and a high-resistance metal thin film 11H not masked (opened) are formed (FIG. 1E). In the lift-off method, when immersed in a resist solvent such as acetone, the SiN film 12 on the resist R1 is peeled off and the SiN film 12 is patterned when the resist R1 is dissolved.

図1(E)のステップでは、SiN膜で覆われた低抵抗金属薄膜11Lと、SiN膜で覆われていない高抵抗金属薄膜11Hとに対して、酸素プラズマを、例えば400[℃]、30秒の条件で照射する。酸化の手法は、後述するように酸素プラズマに限らない。但し、何れの手法も、高抵抗金属薄膜11Hの金属窒化物が表面から膜厚(深さ)方向において一様に酸化されて改質され、高抵抗金属薄膜11Hの抵抗率が低抵抗金属薄膜11Lの抵抗率より上がる。これにより両者間で抵抗率の差が生じる。ここで“膜厚(深さ)方向において一様に酸化される”とは、“膜厚方向の全部がほぼ均一に酸化される”程度の意味であって、酸化の程度が膜厚方向で完全に均一となることまで要求するものでない。つまり、膜厚方向に多少の酸素濃度勾配が生じる程度の不均一性は許容される。   In the step of FIG. 1E, oxygen plasma is applied to the low resistance metal thin film 11L covered with the SiN film and the high resistance metal thin film 11H not covered with the SiN film, for example, at 400 [° C.], 30 Irradiate under conditions of seconds. The method of oxidation is not limited to oxygen plasma as will be described later. However, in any method, the metal nitride of the high-resistance metal thin film 11H is uniformly oxidized and reformed in the film thickness (depth) direction from the surface, and the resistivity of the high-resistance metal thin film 11H is reduced to the low-resistance metal thin film. Increased from 11L resistivity. This causes a difference in resistivity between the two. Here, “uniformly oxidized in the film thickness (depth) direction” means “all the film thickness direction is oxidized almost uniformly”, and the degree of oxidation is in the film thickness direction. It is not required to be completely uniform. That is, non-uniformity that allows a slight oxygen concentration gradient in the film thickness direction is allowed.

図1(E)の酸化処理後は、高抵抗金属薄膜11Hが高抵抗面領域RHのみの状態となる。このことを図1(E)〜図1(G)では符号“11H(RH)”で表す。
次の図1(F)のステップでは、高密度プラズマ装置を用いて、層間絶縁膜13としてプラズマシリコン酸化膜(プラズマSiO膜)を成膜する。
After the oxidation treatment in FIG. 1E, the high-resistance metal thin film 11H is in a state of only the high-resistance surface region RH. This is represented by reference numeral “11H (RH)” in FIGS.
In the next step of FIG. 1F, a plasma silicon oxide film (plasma SiO 2 film) is formed as the interlayer insulating film 13 using a high-density plasma apparatus.

続いて、図1(G)のステップでは、層間絶縁膜13に配線コンタクト部を形成し、メタル配線によって形成した抵抗素子と他の素子との連結を行う。具体的には、メタル配線層を金属成膜装置で成膜し、フォトリソグラフィ技術によってメタル配線層をパターニングする。このとき、高抵抗金属薄膜11Hや低抵抗金属薄膜11Lと、第1配線14_1および第2配線14_2とのコンタクトがとられる。また、高抵抗金属薄膜11Hや低抵抗金属薄膜11Lは、他の素子と適宜接続される。
以上の工程を経て、図1(G)の抵抗素子構造が完成する。
Subsequently, in the step of FIG. 1G, a wiring contact portion is formed in the interlayer insulating film 13, and the resistance element formed by the metal wiring is connected to another element. Specifically, the metal wiring layer is formed by a metal film forming apparatus, and the metal wiring layer is patterned by a photolithography technique. At this time, contact is made between the high resistance metal thin film 11H and the low resistance metal thin film 11L and the first wiring 14_1 and the second wiring 14_2. The high resistance metal thin film 11H and the low resistance metal thin film 11L are appropriately connected to other elements.
Through the above steps, the resistance element structure of FIG.

この様にして形成した高抵抗金属薄膜11Hは、例えば1500[Ω/□]程度のシート抵抗値を得ることができる。一方、低抵抗金属薄膜11Lは、例えば成膜直後(as Depo.)時の250[Ω/□]程度のシート抵抗値となる。なお、薄膜の場合、シート抵抗値がほぼ抵抗率を表すが、シート抵抗値に代えて例えば断面抵抗値などを、抵抗率を表すパラメータに用いてもよい。   The high resistance metal thin film 11H formed in this way can obtain a sheet resistance value of, for example, about 1500 [Ω / □]. On the other hand, the low-resistance metal thin film 11L has a sheet resistance value of, for example, about 250 [Ω / □] immediately after film formation (as Depo.). In the case of a thin film, the sheet resistance value substantially represents the resistivity, but instead of the sheet resistance value, for example, a cross-sectional resistance value may be used as a parameter representing the resistivity.

[変形例1]
ここで、本実施例での高抵抗金属薄膜11Hの酸化には酸素プラズマを用いた例を示した。これは最も一般的に使用されているプラズマCVD装置を流用することができるためで、この装置は比較的簡単に導入可能である。さらに高精度にシート抵抗値を制御するのであれば、ラピッドサーマルアニールなどの装置を用いて酸化することも可能である。あるいは、O(オゾン)やHOを酸化剤としたアニールなども有効である。この場合、ALD装置などやTEOS(Tetraethoxysilane)−OCVD装置なども流用可能である。
但し、何れの場合も他の配線工程や材料に影響を与えない温度範囲、一例を挙げると、願わくは500[℃]以下でプロセスが行われることが望ましい。
[Modification 1]
Here, an example in which oxygen plasma is used for the oxidation of the high resistance metal thin film 11H in the present embodiment is shown. This is because the most commonly used plasma CVD apparatus can be used, and this apparatus can be introduced relatively easily. Furthermore, if the sheet resistance value is controlled with high accuracy, it is possible to oxidize using a device such as rapid thermal annealing. Alternatively, annealing using O 3 (ozone) or H 2 O as an oxidizing agent is also effective. In this case, an ALD apparatus or a TEOS (Tetraethoxysilane) -O 3 CVD apparatus can also be used.
However, in any case, it is desirable that the process is performed at a temperature range of 500 [° C.] or lower, for example, in a temperature range that does not affect other wiring processes and materials.

以上述べた第1の実施の形態および変形例1では、異なる複数(本例では2つ)の金属薄膜の全域を単一の抵抗率として、金属薄膜間で抵抗率に差を簡易な方法で持たせる手法を提案した。このような抵抗膜を、以下、“単一抵抗型の金属薄膜”と呼ぶ。なお、以下で“全域”と言うとき、金属薄膜の両端部に接触する2つのコンタクトの内側エッジに挟まれた金属薄膜の有効抵抗領域の全域を指す。   In the first embodiment and the first modification described above, the entire area of a plurality of (two in this example) different metal thin films is defined as a single resistivity, and the difference in resistivity between the metal thin films is simplified by a method. Proposed method to have. Hereinafter, such a resistance film is referred to as a “single resistance type metal thin film”. In the following description, the term “entire region” refers to the entire effective resistance region of the metal thin film sandwiched between the inner edges of two contacts that are in contact with both ends of the metal thin film.

<2.第2の実施の形態>
本第2の実施の形態では、単一抵抗型の金属薄膜の形成方法を、もう1つ例示する。
<2. Second Embodiment>
In the second embodiment, another method for forming a single resistance type metal thin film is illustrated.

第1の実施形態ではリフトオフプロセスを用いることで比較的簡便に高抵抗領域を形成できるが、この手法は微細化が不得手いう欠点がある。そこで、先端シリコンプロセスでも適応可能な実施例を含む、第2の実施形態を以下に示す。なお、以下の説明では、第1の実施の形態と共通な構成は同一符号を付して構造説明を省略または簡略化する。また、その作り方のうち、特に言及しない工程については、第1の実施の形態と同様である。   In the first embodiment, a high resistance region can be formed relatively easily by using a lift-off process, but this method has a disadvantage that miniaturization is not good. Therefore, a second embodiment including an example applicable to the advanced silicon process will be described below. In the following description, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description of the structure is omitted or simplified. In addition, steps that are not particularly mentioned in the manufacturing method are the same as those in the first embodiment.

図2に、第1の実施の形態に関わる抵抗素子を含む電子デバイスとして、半導体デバイスの積層構造の部分断面図を示す。   FIG. 2 shows a partial cross-sectional view of a stacked structure of a semiconductor device as an electronic device including the resistance element according to the first embodiment.

[デバイス構造]
最初に、図2(H)を用いてデバイス構造を説明する。図2(H)は多層配線構造における絶縁層間の導電膜配置階層の1つを中心に示す部分断面図である。
下地の絶縁層10上に、抵抗率が相対的に高い高抵抗金属薄膜11Hと、抵抗率が相対的に低い低抵抗金属薄膜11Lとが、異なる箇所に形成されている。高抵抗金属薄膜11Hと低抵抗金属薄膜11Lは、そのコンタクト内側エッジ間の有効抵抗領域が単一の導電率をもつ単一抵抗型である点では、第1の実施の形態と共通する。
[Device structure]
First, a device structure will be described with reference to FIG. FIG. 2H is a partial cross-sectional view mainly showing one of conductive film arrangement layers between insulating layers in a multilayer wiring structure.
On the underlying insulating layer 10, a high-resistance metal thin film 11H having a relatively high resistivity and a low-resistance metal thin film 11L having a relatively low resistivity are formed at different locations. The high-resistance metal thin film 11H and the low-resistance metal thin film 11L are common to the first embodiment in that the effective resistance region between the contact inner edges is a single resistance type having a single conductivity.

但し、第2の実施の形態の高抵抗金属薄膜11Hは、その有効抵抗領域全域が高抵抗化により改質されている。この領域を“高抵抗面領域RH”と呼ぶ。なお、“面領域”とは上面視で領域の範囲が規定されているという程度の意味であり、面領域も厚さをもつ。高抵抗面領域RHの厚さ(上面からの深さ)は通常、高抵抗金属薄膜11Hの厚さと同一である。   However, in the high resistance metal thin film 11H of the second embodiment, the entire effective resistance region is modified by increasing the resistance. This region is referred to as a “high resistance surface region RH”. The “surface region” means that the range of the region is defined in a top view, and the surface region also has a thickness. The thickness (depth from the upper surface) of the high resistance surface region RH is usually the same as the thickness of the high resistance metal thin film 11H.

また、第1および第2の実施形態における構造上の他の相違点は、高抵抗金属薄膜11Hおよび低抵抗金属薄膜11Lの上面にALD法によるSiO膜(ALD−SiO膜15)が形成されていることである。ALD−SiO膜15は、高抵抗金属薄膜11Hおよび低抵抗金属薄膜11Lの上面における、コンタクト接触面と高抵抗面領域RH部分を除く領域上に形成されている。ALD−SiO膜15の上面、および、金属薄膜(11H,11L)とSiN膜12の積層体の側面は、SiN膜12に覆われている。 Another structural difference between the first and second embodiments is that an SiO 2 film (ALD-SiO 2 film 15) is formed on the upper surfaces of the high-resistance metal thin film 11H and the low-resistance metal thin film 11L by the ALD method. It has been done. The ALD-SiO 2 film 15 is formed on the upper surface of the high-resistance metal thin film 11H and the low-resistance metal thin film 11L on the region excluding the contact contact surface and the high-resistance surface region RH. The upper surface of the ALD-SiO 2 film 15 and the side surface of the stacked body of the metal thin films (11H, 11L) and the SiN film 12 are covered with the SiN film 12.

ALD−SiO膜15は、エッチングストッパ、及び/又は、SiN膜12のみでは水分等の進入阻止が不十分な場合に必要な保護層(マスク層)として機能する。したがって、SiN膜12のエッチングの制御性が高い場合、SiN膜12のみで保護が十分な場合は、ALD−SiO膜15は不要である。
なお、ALD−SiO膜15のみで保護が十分な場合は、これを金属薄膜(11H,11L)の側面まで覆うようにして、SiN膜12を省略することも可能である。
The ALD-SiO 2 film 15 functions as an etching stopper and / or a protective layer (mask layer) that is necessary when the SiN film 12 alone is insufficient to prevent moisture and the like from entering. Therefore, when the controllability of etching of the SiN film 12 is high, the ALD-SiO 2 film 15 is not necessary when the protection is sufficient only by the SiN film 12.
If the protection is sufficient with only the ALD-SiO 2 film 15, the SiN film 12 can be omitted by covering the side surfaces of the metal thin films (11 H, 11 L).

その他の構成は、金属薄膜の母材の材料選定も含めて第1の実施形態を示す図1(G)と共通する。
第2の実施形態では、高抵抗金属薄膜11Hの有効抵抗領域全域が母材を改質することで高抵抗面領域RHが形成され、その存在により低抵抗金属薄膜11Lとの抵抗率差が設けられている。
Other configurations are the same as those in FIG. 1G showing the first embodiment, including the material selection of the base material of the metal thin film.
In the second embodiment, the high resistance surface region RH is formed by modifying the base material in the entire effective resistance region of the high resistance metal thin film 11H, and the presence thereof provides a difference in resistivity from the low resistance metal thin film 11L. It has been.

[製造方法]
図2(H)に示すデバイス構造の製造方法を、図2(A)〜図2(H)を用いて説明する。
まず、図2(A)に示すステップでは、第1の実施形態(図1(A))と同様に、絶縁層10上に金属薄膜11を成膜する。ここでは、例えば原子層堆積(ALD)法を用いてシート抵抗250[Ω/□]の窒化ジルコニウム(ZrN)を100[nm]成膜する。金属薄膜11は窒化金属膜以外でもよいが、窒化金属膜の場合、TaN,HfN,NbN,WN,TiNの金属酸化物の何れかの薄膜でもよい。
[Production method]
A method for manufacturing the device structure shown in FIG. 2H will be described with reference to FIGS.
First, in the step shown in FIG. 2A, the metal thin film 11 is formed on the insulating layer 10 as in the first embodiment (FIG. 1A). Here, for example, an atomic layer deposition (ALD) method is used to form a zirconium nitride (ZrN) film having a sheet resistance of 250 [Ω / □] to a thickness of 100 [nm]. The metal thin film 11 may be other than a metal nitride film, but in the case of a metal nitride film, any one of TaN, HfN, NbN, WN, and TiN metal oxides may be used.

次の図2(B)に示すステップでは、図2(A)から連続してALD法によってSiOの薄膜、ここでは15[nm]のSiO膜を成膜する。これによりALD−SiO膜15が金属薄膜11上に形成される。ALD−SiO膜15の成膜は、金属薄膜11の成膜装置を利用して連続成膜する、いわゆる“In-situ”であってもよいし、別の成膜装置で行う、いわゆる“ex-situ”であってもよい。この酸化手法は、ALD法でなくとも構わないが、可能な限りストイキオメトリーで不純物を含まない膜が形成でき、且つ成膜時に抵抗膜(金属薄膜11)中まで酸化が進行しない成膜方法を選択することが好ましい。ALD−SiO膜15を設ける目的はエッチングストッパ、及び/又は、後の高抵抗化処理における保護である。 In the next step shown in FIG. 2 (B), a SiO 2 thin film, here a 15 [nm] SiO 2 film, is formed by ALD method continuously from FIG. 2 (A). As a result, an ALD-SiO 2 film 15 is formed on the metal thin film 11. The ALD-SiO 2 film 15 may be formed by a so-called “In-situ” film that is continuously formed using a film forming apparatus for the metal thin film 11 or by another film forming apparatus. It may be “ex-situ”. This oxidation method may not be the ALD method, but a film formation method in which a film containing no impurities can be formed as much as possible by stoichiometry, and oxidation does not proceed into the resistance film (metal thin film 11) during film formation. Is preferably selected. The purpose of providing the ALD-SiO 2 film 15 is an etching stopper and / or protection in a subsequent high resistance process.

次の図2(C)に示すステップでは、フォトリソグラフィ技術を用いて、ALD−SiO膜15および金属薄膜11の素子形成領域をパターニングする。このとき、パターニングしたレジストR2を形成し、これをマスクとして、例えば反応性イオンエッチング(RIE)等を用いて、ALD−SiO膜15および金属薄膜11を抵抗素子の形状に加工する。 In the next step shown in FIG. 2C, the element formation regions of the ALD-SiO 2 film 15 and the metal thin film 11 are patterned using a photolithography technique. At this time, a patterned resist R2 is formed, and using this as a mask, the ALD-SiO 2 film 15 and the metal thin film 11 are processed into the shape of a resistive element using, for example, reactive ion etching (RIE).

レジストR2を除去後、次の図2(D)のステップでは、全域にSiN膜12を成膜する。ここではプラズマCVDを用いて、シリコンナイトライドを100[nm]成膜する。   After removing the resist R2, in the next step of FIG. 2D, the SiN film 12 is formed over the entire region. Here, 100 [nm] of silicon nitride is formed using plasma CVD.

次の図2(E)のステップでは、レジスト等のマスク層(不図示)をフォトリソグラフィ技術により形成する。形成されたマスク層は、金属薄膜11の有効抵抗領域(両端のコンタクト部を除く領域)を少なくとも開口するパターンを有する。この開口を有するマスク層が形成された状態で、フッ素系ガスを含むエッチング混合ガス(CF,O等)を用いたプラズマエッチング装置でSiN膜12をエッチングする。レジスト等のマスク層の開口内でSiN膜12が除去される。その際、先に成膜しておいたALD−SiO膜15がエッチングストッパとして働く。 In the next step of FIG. 2E, a mask layer (not shown) such as a resist is formed by photolithography. The formed mask layer has a pattern that opens at least an effective resistance region (region excluding contact portions at both ends) of the metal thin film 11. With the mask layer having this opening formed, the SiN film 12 is etched by a plasma etching apparatus using an etching mixed gas (CF 4 , O 2, etc.) containing a fluorine-based gas. The SiN film 12 is removed in the opening of the mask layer such as a resist. At that time, the ALD-SiO 2 film 15 previously formed serves as an etching stopper.

続いて、マスク層の開口内で残るALD−SiO膜15を、フッ素系ガスを含むエッチング混合ガス(CF,CHF,Ar等)を用いた反応性イオンエッチング(RIE)装置で除去する。このとき、金属薄膜11との選択比が十分に確保できる条件でエッチングを行うとよい。
なお、抵抗値に精度を求めない場合や、SiN膜12とALD−SiO膜15のエッチング選択比が十分確保できる場合は、ALD−SiO膜15を省くことも可能である。
Subsequently, the ALD-SiO 2 film 15 remaining in the opening of the mask layer is removed by a reactive ion etching (RIE) apparatus using an etching mixed gas containing a fluorine-based gas (CF 4 , CHF 3 , Ar, etc.). . At this time, it is preferable to perform the etching under conditions that can ensure a sufficient selection ratio with the metal thin film 11.
Incidentally, or if the resistance value does not seek accuracy, if the etching selection ratio of the SiN film 12 and the ALD-SiO 2 film 15 can be sufficiently secured, it is possible to omit the ALD-SiO 2 film 15.

レジスト(不図示)等のマスク層を除去後、次の図2(F)のステップでは、第1の実施形態と同様に、酸素プラズマ、その他の変形例1で示す方法で酸化処理を施す。この処理に際して、前のステップでエッチングによりSiN膜12およびALD−SiO膜15の開口部から露出している金属薄膜11の表面にエッチング残渣やダメージその他、酸化を阻害する要因が存在する場合がある。その場合は、薬品による洗浄や低温酸素プラズマ処理(アッシング)、Ar等による軽度なスパッタ等で露出表面の状態を正常化した後、酸化処理を行うことが望ましい。
酸化処理により、高抵抗金属薄膜11Hの有効抵抗領域の全域が高抵抗面領域RHに改質され、高抵抗金属薄膜11Hの抵抗率が低抵抗金属薄膜11Lの抵抗率より高くなる。
After removing the mask layer such as a resist (not shown), in the next step of FIG. 2F, an oxidation treatment is performed by oxygen plasma and other methods shown in Modification 1 as in the first embodiment. In this process, there may be etching residues, damage, or other factors that inhibit oxidation on the surface of the metal thin film 11 exposed from the openings of the SiN film 12 and the ALD-SiO 2 film 15 by etching in the previous step. is there. In that case, it is desirable to normalize the exposed surface state by cleaning with chemicals, low-temperature oxygen plasma treatment (ashing), mild sputtering with Ar or the like, and then performing oxidation treatment.
By the oxidation treatment, the entire effective resistance region of the high-resistance metal thin film 11H is modified to the high-resistance surface region RH, and the resistivity of the high-resistance metal thin film 11H becomes higher than the resistivity of the low-resistance metal thin film 11L.

その後、図2(G)と図2(H)のステップにおいて、第1の実施形態と同様に層間絶縁膜13の成膜と第1配線14_1および第2配線14_2の形成を行うと、図2(H)に示す抵抗素子構造が完成する。このとき高抵抗金属薄膜11Hの抵抗値は、低抵抗金属薄膜11Lの抵抗値の数倍〜十数倍(ZrNと酸素プラズマにより酸化処理の組み合わせでは、第1の実施形態と同様に6倍程度)になっている。   Thereafter, in the steps of FIGS. 2G and 2H, when the interlayer insulating film 13 and the first wiring 14_1 and the second wiring 14_2 are formed as in the first embodiment, FIG. The resistance element structure shown in (H) is completed. At this time, the resistance value of the high-resistance metal thin film 11H is several times to tens of times the resistance value of the low-resistance metal thin film 11L (in the combination of oxidation treatment with ZrN and oxygen plasma, about 6 times as in the first embodiment). )It has become.

<3.第3の実施の形態>
上記第1および第2の実施形態(図1および図2)では、抵抗素子の全域または抵抗素子の有効抵抗領域のほぼ全域を高抵抗化する例を示した。
これに対し、本第3の実施形態では、有効抵抗領域内で任意の面積比率だけ高抵抗化する抵抗素子例を示す。
<3. Third Embodiment>
In the first and second embodiments (FIGS. 1 and 2), an example in which the entire resistance element or almost the entire effective resistance area of the resistance element is increased is shown.
On the other hand, the third embodiment shows an example of a resistance element that increases the resistance by an arbitrary area ratio within the effective resistance region.

第3の実施形態でマスク層形成に用いる方法は、第1の実施形態で示すリフトオフ法でもよいが、第2の実施形態で示すエッチングによるマスク層の開口が、より望ましい。リフトオフプロセスは、金属薄膜を完全に覆う第1の実施形態の場合では問題がないが、金属薄膜の一部に重ねて残す面領域の画定手法としては適さない。なぜなら、リフトオフプロセスのレジスト厚は比較的厚く、そのパターン寸法もばらつきやすいため、リフトオフプロセスを第3の実施形態に適用すると、抵抗率が異なる面領域の面積比がばらついて高い精度の抵抗値設定が難しいからである。   The method used for forming the mask layer in the third embodiment may be the lift-off method shown in the first embodiment, but the opening of the mask layer by etching shown in the second embodiment is more desirable. The lift-off process is not a problem in the case of the first embodiment that completely covers the metal thin film, but is not suitable as a method for defining a surface region that remains on a part of the metal thin film. This is because the resist thickness of the lift-off process is relatively thick and the pattern dimensions are likely to vary. Therefore, when the lift-off process is applied to the third embodiment, the area ratio of the surface regions with different resistivity varies and the resistance value is set with high accuracy. Because it is difficult.

[抵抗素子構造]
図3に、本実施形態に関わる抵抗素子の金属薄膜について、高抵抗化過程の平面図(A)および断面図(B)と、抵抗化後の平面図(C)を示す。この図3は、第2の実施形態と同様な、エッチングによるマスク層開口の手法を前提としている。
図3(A)および図3(B)に示すマスク層20は、図2との対応ではSiN膜12とALD−SiO膜15に相当する。領域画定で使用できるマスク材料はSiNやALD−SiOに限定されないので、図3ではマスク層20で示して一般化している。
[Resistance element structure]
FIG. 3 shows a plan view (A) and a cross-sectional view (B) of the process of increasing the resistance of the metal thin film of the resistance element according to this embodiment, and a plan view (C) after the resistance formation. This FIG. 3 is based on the mask layer opening method by etching, similar to the second embodiment.
The mask layer 20 shown in FIGS. 3A and 3B corresponds to the SiN film 12 and the ALD-SiO 2 film 15 in correspondence with FIG. Since the mask material that can be used for region definition is not limited to SiN or ALD-SiO 2 , the mask layer 20 is generalized as shown in FIG.

図3(A)に示すように、マスク層20は、低抵抗金属薄膜11Lの一部を露出する開口部20Aを有する。マスク層20の開口部20Aの形状は、必ずしも矩形である必要はなく、また、低抵抗金属薄膜11Lの長辺を斜めに横切る四角形でもよい。さらに、開口部20Aが複数存在してもよい。ここで一例としての開口部20Aは、低抵抗金属薄膜11Lの長さ方向のほぼ中央部分を、所定の長さで、かつ、金属薄膜幅より広い幅で露出させる大きさと形状を有する。
このような開口部20Aが形成された状態で、図3(B)のように酸化処理を行う。すると、図3(C)のマスク層除去後には、開口部20Aで露出していた中央部分に高抵抗面領域RHが形成され、その両側に低抵抗面領域RL1,RL2をもつ複抵抗領域型の金属薄膜11Wが形成される。
As shown in FIG. 3A, the mask layer 20 has an opening 20A that exposes a part of the low-resistance metal thin film 11L. The shape of the opening 20A of the mask layer 20 is not necessarily rectangular, and may be a rectangle that obliquely crosses the long side of the low-resistance metal thin film 11L. Furthermore, a plurality of openings 20A may exist. Here, as an example, the opening 20A has a size and shape that exposes a substantially central portion in the length direction of the low-resistance metal thin film 11L with a predetermined length and a width wider than the width of the metal thin film.
With such an opening 20A formed, an oxidation treatment is performed as shown in FIG. Then, after removing the mask layer in FIG. 3C, the high resistance surface region RH is formed in the central portion exposed at the opening 20A, and the low resistance surface regions RL1 and RL2 are provided on both sides thereof. The metal thin film 11W is formed.

本実施の形態では、高抵抗面領域RHの個数や平面形状が任意であり、また、開口部が異なるマスク層20の形成と酸化処理を2回以上繰り返して、3種類以上の抵抗率をもつようにすることができる。そのため、本実施形態における抵抗素子の特徴は、「一の抵抗膜が2種類以上の抵抗率をもつ」ことである。   In the present embodiment, the number and the planar shape of the high resistance surface region RH are arbitrary, and the formation of the mask layer 20 having different openings and the oxidation treatment are repeated twice or more, so that there are three or more types of resistivity. Can be. Therefore, the characteristic of the resistance element in the present embodiment is that “one resistance film has two or more types of resistivity”.

このような構造上の特徴は、抵抗膜を多層化するか単層とするか、あるいは、母材の種類を変えることで抵抗率に差を持たせる抵抗素子と比べると、以下の点で有利である。
第1に、製造に際して、抵抗率が異なる領域の比率、即ち図3の例では高抵抗面領域RHと低抵抗面領域(RL1+RL2)の有効抵抗領域内における面積比という1つのパラメータを制御するだけで、様々な抵抗値をもつ抵抗膜の形成が可能である。
第2に、抵抗素子の製造を容易化する。つまり、この構造上の特徴は、領域ごとの抵抗率の設定を金属薄膜の成膜後でも行うことができることを示唆しており、そのため製造工程が簡素になる。
第3に、例えば図3(C)のように、コンタクトがとられる部分(本例では両端部)が低抵抗領域である。このため、コンタクトがとられる部分の抵抗値が、母材形成時の抵抗値であり、図3(B)の酸化処理の影響を受けないため、配線のコンタクト抵抗が均一であり、これにより抵抗素子の抵抗値がばらつき難い。
第4に、エッチングによりマスク層を開口する手法との組み合わせで領域の面積比がばらつきにくく、その点でも抵抗値がばらつき難い。なぜなら、マスク層20の開口部20Aはマスクパターンの転写精度で決まり、その精度が高いだけでなく、開口部20Aが金属薄膜に対してずれても抵抗値に与える影響はほとんどないからである。
Such a structural feature is advantageous in the following points as compared with a resistance element in which the resistance film has a difference in resistivity by multilayering or single layering the resistance film or changing the kind of the base material. It is.
First, at the time of manufacturing, only one parameter of the ratio of regions having different resistivity, that is, the area ratio in the effective resistance region of the high resistance surface region RH and the low resistance surface region (RL1 + RL2) in the example of FIG. 3 is controlled. Thus, it is possible to form resistance films having various resistance values.
Second, the manufacturing of the resistance element is facilitated. That is, this structural feature suggests that the resistivity can be set for each region even after the metal thin film is formed, thereby simplifying the manufacturing process.
Thirdly, as shown in FIG. 3C, for example, the portions to be contacted (both ends in this example) are low resistance regions. For this reason, the resistance value of the portion to be contacted is the resistance value at the time of forming the base material, and is not affected by the oxidation treatment of FIG. The resistance value of the element is difficult to vary.
Fourth, the area ratio of the regions is unlikely to vary due to a combination with the technique of opening the mask layer by etching, and the resistance value is also unlikely to vary. This is because the opening 20A of the mask layer 20 is determined by the transfer accuracy of the mask pattern, and not only the accuracy is high, but even if the opening 20A is displaced with respect to the metal thin film, there is almost no influence on the resistance value.

[選択酸化手法]
次に、第3の実施の形態で採用可能な選択酸化の手法を、図4および図5を用いて2例、述べる。
[Selective oxidation method]
Next, two examples of selective oxidation methods that can be employed in the third embodiment will be described with reference to FIGS.

選択酸化の一例として、第1の実施形態でも述べたプラズマ酸化において、温度制御によりシート抵抗を制御する手法である。
図4は、このシート抵抗値Rsのプラズマ酸化温度依存性を示す実測値をアレニウスプロットで示すグラフである。図4では、温度以外のプラズマ条件は変えていない。
図4のようにプラズマ酸化では、出来上がりの抵抗素子のシート抵抗値Rsが、温度Tの逆数に対して指数的に変化する。このことから、抵抗膜中への酸素のコンスタントソース拡散によって抵抗値変化が引き起こされていることが容易に類推できる。
As an example of the selective oxidation, in the plasma oxidation described in the first embodiment, the sheet resistance is controlled by temperature control.
FIG. 4 is a graph showing the measured values indicating the plasma oxidation temperature dependence of the sheet resistance value Rs as Arrhenius plots. In FIG. 4, plasma conditions other than temperature are not changed.
As shown in FIG. 4, in the plasma oxidation, the sheet resistance value Rs of the completed resistance element changes exponentially with respect to the reciprocal of the temperature T. From this, it can be easily inferred that the resistance value change is caused by the constant source diffusion of oxygen into the resistance film.

他の選択酸化の例は、シリコン酸化膜中から酸素及び水分を供給して抵抗膜を酸化する手法である。
図5は、TEOSを用いたプラズマ酸化(P−TEOS酸化)の前後でのシート抵抗値Rs変化を示す実測値のグラフである。
図5では、例えば図1(E)あるいは図2(F)の状態まで形成した抵抗素子の上に、P−TEOS酸化膜を300[nm]成膜し、その後、460[℃],5分の熱処理を行う。TEOSを用いたプラズマ酸化膜は膜中に多量の水分を含むため、ALDや高密度プラズマなどを用いて成膜したシリコン酸化膜より効率的に抵抗値を高くできる特徴がある。但し、抵抗素子の抵抗値がP−TEOS酸化膜の膜厚や膜質に依存することが多く、それらの適切な管理が必要である。
図5のP−TEOS酸化膜に対する熱処理条件では、約1200[Ω/□]の高いシート抵抗値Rsが得られた。
Another example of selective oxidation is a method of oxidizing a resistance film by supplying oxygen and moisture from a silicon oxide film.
FIG. 5 is a graph of actual measurement values showing changes in the sheet resistance value Rs before and after plasma oxidation (P-TEOS oxidation) using TEOS.
In FIG. 5, for example, a P-TEOS oxide film is formed to 300 [nm] on the resistance element formed up to the state of FIG. 1E or FIG. 2F, and then 460 [° C.] for 5 minutes. The heat treatment is performed. Since a plasma oxide film using TEOS contains a large amount of moisture, the resistance value can be increased more efficiently than a silicon oxide film formed using ALD or high-density plasma. However, the resistance value of the resistance element often depends on the film thickness and film quality of the P-TEOS oxide film, and appropriate management thereof is necessary.
Under the heat treatment conditions for the P-TEOS oxide film of FIG. 5, a high sheet resistance value Rs of about 1200 [Ω / □] was obtained.

なお、図1(F)あるいは図2(G)に示す層間絶縁膜13をP−TEOS酸化膜としてもよいが、その場合、金属薄膜の高抵抗化する領域以外の領域や他の素子を水分や酸素等の影響から保護することが必要である。   Note that the interlayer insulating film 13 shown in FIG. 1F or FIG. 2G may be a P-TEOS oxide film, but in that case, regions other than the region where the resistance of the metal thin film is increased or other elements may be used as moisture. It is necessary to protect from the influence of oxygen and oxygen.

なお、図4の手法は、マスク層の開口部を通した選択酸化により金属薄膜の抵抗率を変化させるステップを含む電子デバイスの製造方法の一例である。これに対し、図5の手法は、窒化珪素膜と酸化珪素膜の被膜状態を整えた後の過熱処理により、酸化珪素膜直下の金属薄膜領域のみ選択的に酸化させるステップを含む電子デバイスの製造方法の一例である。
第1および第2の実施形態の製法は、この分類で分けると図4の手法に属する。
4 is an example of an electronic device manufacturing method including a step of changing the resistivity of the metal thin film by selective oxidation through the opening of the mask layer. On the other hand, the method of FIG. 5 manufactures an electronic device including a step of selectively oxidizing only a metal thin film region immediately below a silicon oxide film by overheating after adjusting the coating state of the silicon nitride film and the silicon oxide film. It is an example of a method.
The manufacturing methods of the first and second embodiments belong to the method shown in FIG.

<4.第4の実施の形態>
図6に、本実施の形態に関わる複数の抵抗素子の平面図を示す。また、図7には、比較例1の平面図を示す。
LSI等では、電圧を分圧するなどの目的で抵抗ストリングや抵抗ラダーを用いることがあるが、配置面積を最小にするには図6に示すように複数の抵抗素子の金属薄膜11_1〜11_5を近接して、例えば並行配置することが望ましい場合がある。
<4. Fourth Embodiment>
FIG. 6 shows a plan view of a plurality of resistance elements according to this embodiment. FIG. 7 shows a plan view of Comparative Example 1.
In an LSI or the like, a resistor string or a resistor ladder is sometimes used for the purpose of voltage division or the like, but in order to minimize the arrangement area, the metal thin films 11_1 to 11_5 of a plurality of resistor elements are arranged close to each other as shown in FIG. Thus, for example, it may be desirable to arrange them in parallel.

図7は、本発明が非適用の抵抗配置例(比較例1)の説明図である。
同一材料の抵抗薄膜をパターンニングして異なる抵抗値を得るには、通常、図7に示すように長さを変える場合と、幅を変える場合の2通りがある。
このうち幅を変える場合は、線幅制御性が抵抗値に大きく影響し、線幅は近接効果として知られるように露光時の周辺パターンの粗密度に大きく影響される。したがって、図7のように、設計上の線幅は同じとして長さを変えることで抵抗素子の抵抗値を変化させる仕方が一般的である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a resistor arrangement example (Comparative Example 1) to which the present invention is not applied.
In order to obtain different resistance values by patterning resistive thin films of the same material, there are usually two ways of changing the length and changing the width as shown in FIG.
Of these, when the width is changed, the line width controllability greatly affects the resistance value, and the line width is greatly influenced by the coarse density of the peripheral pattern at the time of exposure as known as the proximity effect. Therefore, as shown in FIG. 7, it is common to change the resistance value of the resistance element by changing the length with the same designed line width.

しかしながら、線幅のみで抵抗値を変える場合ほどではないが、近接効果によって、出来上がり線幅はパターンが密集している箇所(“密”と表記)で太くなり、パターンが密度していない箇所(“粗”と表記)で細くなる傾向がある。
具体的には、長さが短い金属薄膜11(S)と、長い金属薄膜11(L)と、その中間の長さの金属薄膜11(M)が図示のように配置されている場合を想定する。この場合、金属薄膜11(S)が太目に形成され、その抵抗値が設計値より小さくなり易く、金属薄膜11(L)が細い部分の割合が一番大きいため、その抵抗値が設計値より大きくなり易い。また、金属薄膜11(M)は、細い部分の割合が金属薄膜11(L)より小さいため、出来上がりの測定値は金属薄膜11(L)ほど設計値から乖離しない。
However, although not as much as when changing the resistance value only by the line width, due to the proximity effect, the finished line width becomes thicker at the place where the pattern is dense (denoted as “dense”), and the place where the pattern is not dense ( There is a tendency to become thinner.
Specifically, it is assumed that the metal thin film 11 (S) having a short length, the metal thin film 11 (L) having a short length, and the metal thin film 11 (M) having an intermediate length are arranged as illustrated. To do. In this case, the metal thin film 11 (S) is formed thick, its resistance value is likely to be smaller than the design value, and the ratio of the thin portion of the metal thin film 11 (L) is the largest, so the resistance value is lower than the design value. Easy to grow. Further, since the ratio of the thin portion of the metal thin film 11 (M) is smaller than that of the metal thin film 11 (L), the measurement value of the finished product is not as deviated from the design value as the metal thin film 11 (L).

これに対して、図6に示す本実施の形態における金属薄膜11_1〜11_5は、5本の金属薄膜を同一形状として並行配置している。
このうち2番目の金属薄膜11_2は、図7の金属薄膜11(L)と同様、その抵抗値を最も高く設定すべきものであり、これを有効抵抗領域の全域に高抵抗面領域RHを形成することで達成している。また、3番目の金属薄膜11_3は、次に抵抗値を高く設定すべきものであり、これを有効抵抗領域の中間部分に限定して高抵抗面領域RHを形成することで達成している。他の3本の金属薄膜11_1,11_4,11_5は、高抵抗面領域RHを有しない。
In contrast, the metal thin films 11_1 to 11_5 in the present embodiment shown in FIG. 6 have five metal thin films arranged in parallel with the same shape.
Among them, the second metal thin film 11_2, like the metal thin film 11 (L) in FIG. 7, should have the highest resistance value, and this forms the high resistance surface region RH over the entire effective resistance region. Has been achieved. In addition, the third metal thin film 11_3 should have the next highest resistance value, and this is achieved by limiting this to the middle portion of the effective resistance region and forming the high resistance surface region RH. The other three metal thin films 11_1, 11_4, and 11_5 do not have the high resistance surface region RH.

複抵抗領域型の金属薄膜11_3は、例えば第3の実施形態で述べた方法で作製でき、他の単一抵抗型の金属薄膜(11_1〜2と11_4〜5)は、例えば第1〜第3の実施形態で述べた方法で作製できる。金属薄膜11_2を第3の実施形態で述べた方法で作製する場合、図3のマスク層20において、その開口部20Aの抵抗素子長さ方向の寸法を有効抵抗領域いっぱいにまで広げたものを用いるとよい。   The multi-resistance region type metal thin film 11_3 can be manufactured by, for example, the method described in the third embodiment, and the other single resistance type metal thin films (11_1 to 2 and 11_4 to 5) are, for example, first to third. It can be manufactured by the method described in the embodiment. When the metal thin film 11_2 is manufactured by the method described in the third embodiment, the mask layer 20 of FIG. 3 is used in which the dimension of the opening 20A in the resistance element length direction is expanded to the full effective resistance region. Good.

なお、図6のように複数の金属薄膜を近接して並行配置した場合、その両端、つまり金属薄膜11_1と金属薄膜11_5が、近接効果により他の金属薄膜と幅が異なる場合がある。その影響が抵抗値のばらつきにとって無視できないときは、例えば、金属薄膜11_1の外側領域(11_2と反対側の領域)と、金属薄膜11_5の外側領域(11_4と反対側の領域)に同一形状のダミーの金属薄膜を配置することが望ましい。   Note that, when a plurality of metal thin films are arranged close to each other as shown in FIG. 6, the widths of both ends, that is, the metal thin film 11_1 and the metal thin film 11_5 may differ from other metal thin films due to the proximity effect. When the influence is not negligible for the variation in resistance value, for example, a dummy having the same shape in the outer region (region opposite to 11_2) of the metal thin film 11_1 and the outer region (region opposite to 11_4) of the metal thin film 11_5. It is desirable to arrange the metal thin film.

本実施の形態および前記第3の実施形態では、一つの抵抗素子の中で部分的にシート抵抗(薄膜では抵抗率と等価)を高くすることができるため、低抵抗領域RLと高抵抗面領域RHの合成抵抗値によって抵抗素子全体の抵抗値が定義される。すなわち、図6のように抵抗膜(本例では金属薄膜)が同じ形状の抵抗素子であっても、高抵抗面領域RHの長さを適当に設計することで、異なる抵抗値を得ることができる。
その結果、素子間の加工精度が向上し、抵抗値の精度が向上するのみならず、抵抗の長さも短くすることが可能であるため、LSIチップ面積の無駄を排除できる効果がある。
In the present embodiment and the third embodiment, the sheet resistance (equivalent to resistivity in a thin film) can be partially increased in one resistive element, so that the low resistance region RL and the high resistance surface region The resistance value of the entire resistance element is defined by the combined resistance value of RH. That is, even if the resistance film (in this example, a metal thin film) is a resistance element having the same shape as shown in FIG. 6, different resistance values can be obtained by appropriately designing the length of the high resistance surface region RH. it can.
As a result, the processing accuracy between the elements is improved, the accuracy of the resistance value is improved, and the length of the resistor can be shortened, so that the waste of the LSI chip area can be eliminated.

<5.第5の実施の形態>
図8は、第4の実施形態で説明した複数の抵抗配置の手法を、トリミング抵抗素子に応用した例を示す平面図である。トリミング抵抗素子は、ポリシリコン膜に電流を流して溶断するタイプと、レーザ光で配線を機械的に切断するタイプがある。図9の(A)と(B)に、配線を切断するタイプの比較例を2例示す。
また、図10と図11に、全体のトリミング抵抗値Rtrmと、Rtrmに寄与しないように切り離す抵抗体本数Nrとの関係を示す。図10は抵抗体本数Nrとトリミング抵抗値Rtrmとの関係がほぼリニアなリニアタイプを、図11は、この関係がリニアでないノンリニアタイプを示す。
<5. Fifth embodiment>
FIG. 8 is a plan view showing an example in which the technique of arranging a plurality of resistors described in the fourth embodiment is applied to a trimming resistor element. The trimming resistor element includes a type in which a current is passed through a polysilicon film and is blown, and a type in which wiring is mechanically cut with a laser beam. FIGS. 9A and 9B show two comparative examples of cutting the wiring.
10 and 11 show the relationship between the overall trimming resistance value Rtrm and the number of resistors Nr that are separated so as not to contribute to Rtrm. FIG. 10 shows a linear type in which the relationship between the number of resistors Nr and the trimming resistance value Rtrm is almost linear, and FIG. 11 shows a non-linear type in which this relationship is not linear.

トリミング抵抗として好ましい抵抗値の変化は、図10に示すように全体のトリミング抵抗値Rtrmと抵抗体本数Nrとがリニアなリニアタイプである。
図9(A)に示す比較例2では、単純に同じ形状の抵抗体を並列に配置してトリミング抵抗素子を構成させている。この場合、図11のようにノンリニアに合成抵抗値が変化することから、抵抗体本数が多いときは合成抵抗値が緩やかに変化するが、この本数が少なくなると一本における変化量が大きくなるため合成抵抗値の調整が難しいという欠点を有する。
As shown in FIG. 10, a preferable change in resistance value as the trimming resistor is a linear type in which the entire trimming resistance value Rtrm and the number of resistors Nr are linear.
In Comparative Example 2 shown in FIG. 9A, the trimming resistor element is configured simply by arranging resistors of the same shape in parallel. In this case, since the combined resistance value changes non-linearly as shown in FIG. 11, the combined resistance value changes gently when the number of resistors is large. However, when this number decreases, the amount of change in one line increases. There is a drawback that adjustment of the combined resistance value is difficult.

この点を改善したトリミング抵抗素子としては、図9(B)の比較例3のように、抵抗値を桁または定数倍で変化させるために抵抗体の長さを大きく順次変化させたものがある。また、特に図示しないが、粗調整と微調整を担う2つのトリミング抵抗部の合成抵抗値を出力するトリミング抵抗素子がある。
しかし、これらの場合は、図10のようなリニアな特性またはリニアに近い特性が得られる一方で、図9(B)に示すようにトリミング抵抗素子(モジュール)全体の専有面積が大きくなってしまうという別の欠点がある。
As a trimming resistor element improved in this respect, there is an element in which the length of the resistor is sequentially changed in order to change the resistance value by a digit or a constant multiple, as in Comparative Example 3 of FIG. 9B. . Further, although not particularly illustrated, there is a trimming resistor element that outputs a combined resistance value of two trimming resistor units that perform coarse adjustment and fine adjustment.
However, in these cases, while linear characteristics as shown in FIG. 10 or characteristics close to linear can be obtained, the exclusive area of the entire trimming resistor element (module) becomes large as shown in FIG. 9B. There is another drawback.

図8に示す本第5の実施の形態に関わるトリミング抵抗素子30は、図9(A)の比較例2と同様に抵抗体(金属薄膜11_1〜11_10)の形状は同一である。但し、高抵抗面領域RHの面積比を漸増することで抵抗値変化をもたせている。したがって、高抵抗面領域RHの面積比が漸増するステップを、図11のノンリニア特性を打ち消すようにノンリニアに変化させることが可能となり、これにより図10のようなきれいなリニア特性が得られる。
なお、図8のトリミング抵抗素子30において、高抵抗面領域RHが存在しない金属薄膜(抵抗体)を追加してもよい。
In the trimming resistor element 30 according to the fifth embodiment shown in FIG. 8, the shape of the resistors (metal thin films 11_1 to 11_10) is the same as in the comparative example 2 of FIG. 9A. However, the resistance value is changed by gradually increasing the area ratio of the high resistance surface region RH. Therefore, the step of gradually increasing the area ratio of the high resistance surface region RH can be changed nonlinearly so as to cancel the nonlinear characteristic of FIG. 11, and thus a clean linear characteristic as shown in FIG. 10 can be obtained.
In the trimming resistor element 30 of FIG. 8, a metal thin film (resistor) in which the high resistance surface region RH does not exist may be added.

以上より、第5の実施の形態では、比較例2の長所である占有面積の小ささと、比較例3の長所であるリニア特性の双方を満たす優れたトリミング抵抗素子30が実現できる。
なお、抵抗体の選択は配線をレーザ等で切断する方法でもよいが、第1配線14_1と抵抗体、または、第2配線14_2と抵抗体との接続を行うコンタクトの有無で制御してもよい。レーザ等で切断する方法では最終の特性測定結果に応じたトリミング抵抗値の設定が可能である。コンタクトの有無での制御では、例えばトランジスタとその配線が完成した製造途中でTEG等により特性測定ができ、その測定結果をトリミング抵抗値に反映させる場合に利用できる。
いずれにしても金属薄膜(抵抗体)の端部と配線の接続または非接続を制御することで、トリミング抵抗素子30全体として所望の抵抗値が得られる。
As described above, in the fifth embodiment, it is possible to realize an excellent trimming resistor element 30 that satisfies both the small occupied area that is the advantage of the comparative example 2 and the linear characteristic that is the advantage of the comparative example 3.
The selection of the resistor may be a method of cutting the wiring with a laser or the like, but may be controlled by the presence or absence of a contact for connecting the first wiring 14_1 and the resistor or the second wiring 14_2 and the resistor. . In the method of cutting with a laser or the like, it is possible to set the trimming resistance value according to the final characteristic measurement result. The control based on the presence / absence of contact can be used when, for example, characteristics can be measured by TEG or the like during the manufacture of the transistor and its wiring, and the measurement result is reflected in the trimming resistance value.
In any case, a desired resistance value can be obtained for the entire trimming resistor 30 by controlling the connection or non-connection between the end of the metal thin film (resistor) and the wiring.

以上の第1〜第5の実施形態によれば、一つの抵抗膜(例えば金属薄膜)で低抵抗から高抵抗まで形成できる。これにより、複数の抵抗膜を用いて抵抗素子を形成する必要がなく、工程数の削減が可能なため製造期間の短縮とコスト削減が可能となる。   According to the first to fifth embodiments described above, a single resistance film (for example, a metal thin film) can be formed from a low resistance to a high resistance. Accordingly, it is not necessary to form a resistance element using a plurality of resistance films, and the number of processes can be reduced, so that the manufacturing period can be shortened and the cost can be reduced.

また、素子を同じ抵抗幅、抵抗長で形成した状態で各々所望の抵抗値を設計することが可能となる。このため、第4および第5の実施形態のように抵抗素子サイズを統一し、同一箇所に整列して形成することで加工精度の向上がなされ、従って抵抗素子精度を向上させることが可能である。   Further, it is possible to design a desired resistance value in a state where the elements are formed with the same resistance width and resistance length. For this reason, it is possible to improve the processing accuracy by unifying the size of the resistance elements as in the fourth and fifth embodiments and aligning them at the same location, and therefore the resistance element accuracy can be improved. .

さらに、第5の実施形態では、一種類の抵抗素子サイズで複数の抵抗値が形成できることから、抵抗値の変化率を任意に設計することが可能なトリミング抵抗素子が実現できる。これによって、高精度なトリミング抵抗素子のモジュール専有面積を大幅に縮小させることができ、LSIの小型化を図れる。   Furthermore, in the fifth embodiment, since a plurality of resistance values can be formed with one type of resistance element size, it is possible to realize a trimming resistance element that can arbitrarily design the rate of change of the resistance value. As a result, the module-occupying area of the high-precision trimming resistor element can be greatly reduced, and the LSI can be miniaturized.

1…半導体デバイス、10…絶縁層、11…金属薄膜、11H…高抵抗金属薄膜、11L…低抵抗金属薄膜、11W…複抵抗領域型の金属薄膜、12…SiN膜、14_1…第1配線、14_2…第2配線、15…ALD−SiO膜、20…マスク層、20A…開口部、30…トリミング抵抗素子、RH…高抵抗面領域、RL1,RL2…低抵抗面領域、Rs…シート抵抗値 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor device, 10 ... Insulating layer, 11 ... Metal thin film, 11H ... High resistance metal thin film, 11L ... Low resistance metal thin film, 11W ... Multi-resistance region type metal thin film, 12 ... SiN film, 14_1 ... 1st wiring, 14_2 ... second wiring, 15 ... ALD-SiO 2 film, 20 ... mask layer, 20A ... opening, 30 ... trimming resistor element, RH ... high resistance surface region, RL1, RL2 ... low resistance surface area, Rs ... sheet resistance value

Claims (17)

基板に形成された積層構造における絶縁層間の導電膜配置階層の1つに、抵抗素子の抵抗値を規定する抵抗膜が配置され、当該抵抗膜が2種類以上の抵抗率をもつ
電子デバイス。
An electronic device in which a resistance film that defines a resistance value of a resistance element is arranged in one of conductive film arrangement layers between insulating layers in a laminated structure formed on a substrate, and the resistance film has two or more types of resistivity.
前記抵抗膜は、抵抗率が異なる複数の面領域をもつ複抵抗領域型の金属薄膜である
請求項1に記載の電子デバイス。
The electronic device according to claim 1, wherein the resistance film is a multi-resistance region type metal thin film having a plurality of surface regions having different resistivity.
抵抗値が異なる複数の前記抵抗膜として、前記複抵抗領域型の金属薄膜を複数有し、
複抵抗領域型の複数の金属薄膜は、厚さ、長さおよび幅が全て同じ同一形状を有し、前記抵抗率が異なる複数の面領域の面積比が異なる
請求項2に記載の電子デバイス。
As a plurality of the resistance films having different resistance values, the plurality of metal thin films of the multi-resistance region type,
The electronic device according to claim 2, wherein the plurality of metal thin films of the multi-resistance region type have the same shape, all having the same thickness, length, and width, and different area ratios of the plurality of surface regions having different resistivity.
前記複抵抗領域型の金属薄膜を含む複数の金属薄膜が、一のトリミング抵抗素子の抵抗値を決める複数のトリミング抵抗膜として配置され、
前記トリミング抵抗膜としての前記複数の金属薄膜に対して、各金属薄膜の一方端部と接続が可能な第1配線と、各金属薄膜の他方端部それぞれと接続が可能な第2配線とが配置され、
前記トリミング抵抗膜としての前記複数の金属薄膜について、前記第1配線または前記第2配線の電気的な接続または非接続により、前記第1配線と前記第2配線との間のトリミング抵抗値が決められている
請求項3に記載の電子デバイス。
A plurality of metal thin films including the multi-resistance region type metal thin film are arranged as a plurality of trimming resistance films that determine a resistance value of one trimming resistance element,
A first wiring that can be connected to one end of each metal thin film and a second wiring that can be connected to the other end of each metal thin film with respect to the plurality of metal thin films as the trimming resistance film. Arranged,
With respect to the plurality of metal thin films as the trimming resistance film, a trimming resistance value between the first wiring and the second wiring is determined by electrical connection or non-connection of the first wiring or the second wiring. The electronic device according to claim 3.
前記複抵抗領域型の金属薄膜は、抵抗率が異なる2つの面領域の面積比が異なる
請求項4に記載の電子デバイス。
The electronic device according to claim 4, wherein the multi-resistance region type metal thin film has a different area ratio between two surface regions having different resistivity.
前記抵抗率が異なる2つの面領域のうち、一方の領域上面が酸化珪素膜で被覆され、他方の領域上面が窒化珪素膜で被覆され、
前記窒化珪素膜で被覆された第1の面領域が、ZrN,TaN,HfN,NbN,WN,TiNの金属窒化物の何れかで形成され、
前記酸化珪素膜で被覆された第2の面領域が、前記第1の面領域と同じ前記金属窒化物の酸化物から形成されている
請求項5に記載の電子デバイス。
Of the two surface regions having different resistivities, the upper surface of one region is covered with a silicon oxide film, and the upper surface of the other region is covered with a silicon nitride film,
The first surface region covered with the silicon nitride film is formed of any one of metal nitrides of ZrN, TaN, HfN, NbN, WN, TiN,
The electronic device according to claim 5, wherein the second surface region covered with the silicon oxide film is formed of the same metal nitride oxide as the first surface region.
前記トリミング抵抗膜としての前記複数の金属薄膜は互いに平行に離間して配置され、その離間方向の一方側から他方側に、前記抵抗率が異なる2つの面領域の面積比が0から1まで漸増している
請求項6に記載の電子デバイス。
The plurality of metal thin films serving as the trimming resistance film are spaced apart from each other in parallel, and the area ratio of the two surface regions having different resistivity gradually increases from 0 to 1 from one side to the other side in the separation direction. The electronic device according to claim 6.
少なくとも1つの前記複抵抗領域型の金属薄膜、および、抵抗率が単一の少なくとも1つの単一抵抗型の金属薄膜が、一のトリミング抵抗素子の抵抗値を決めるトリミング抵抗膜として配置され、
前記トリミング抵抗膜としての複数の金属薄膜に対して、各金属薄膜の一方端部それぞれと接続が可能な第1配線と、他方端部それぞれと接続が可能な第2配線とが配置され、
前記トリミング抵抗膜としての複数の金属薄膜について、前記第1配線または前記第2配線の電気的な接続または非接続により、前記第1配線と前記第2配線との間のトリミング抵抗値が決められている
請求項3に記載の電子デバイス。
At least one multi-resistance region type metal thin film and at least one single resistance type metal thin film having a single resistivity are arranged as a trimming resistor film that determines a resistance value of one trimming resistor element;
For the plurality of metal thin films as the trimming resistance film, a first wiring that can be connected to each one end of each metal thin film and a second wiring that can be connected to each other end are arranged,
With respect to the plurality of metal thin films as the trimming resistance film, a trimming resistance value between the first wiring and the second wiring is determined by electrical connection or non-connection of the first wiring or the second wiring. The electronic device according to claim 3.
前記複抵抗領域型の金属薄膜は、抵抗率が異なる2つの面領域の面積比が異なる
請求項2に記載の電子デバイス。
The electronic device according to claim 2, wherein the multi-resistance region type metal thin film has a different area ratio between two surface regions having different resistivity.
抵抗率が異なる前記2つの面領域のうち、一方の領域上面が酸化珪素膜で被覆され、他方の領域上面が窒化珪素膜で被覆され、
前記窒化珪素膜で被覆された第1の面領域が、ZrN,TaN,HfN,NbN,WN,TiNの金属窒化物の何れかで形成され、
前記酸化珪素膜で被覆された第2の面領域が、前記第1の面領域と同じ前記金属窒化物の酸化物から形成されている
請求項9に記載の電子デバイス。
Of the two surface regions having different resistivity, one region upper surface is coated with a silicon oxide film, and the other region upper surface is coated with a silicon nitride film,
The first surface region covered with the silicon nitride film is formed of any one of metal nitrides of ZrN, TaN, HfN, NbN, WN, TiN,
The electronic device according to claim 9, wherein the second surface region covered with the silicon oxide film is formed of the same metal nitride oxide as the first surface region.
前記複抵抗領域型の複数の金属薄膜とは抵抗値が異なる他の抵抗膜として、複抵抗領域型の金属薄膜と同様な前記同一形状を有し、抵抗率が単一の単一抵抗型の金属薄膜を複数、さらに有する
請求項2に記載の電子デバイス。
As another resistance film having a different resistance value from the plurality of metal thin films of the multi-resistance region type, the same shape as the metal thin film of the multi-resistance region type has the same shape, and the resistivity is a single resistance type The electronic device according to claim 2, further comprising a plurality of metal thin films.
互いに抵抗率が異なる2つの前記単一抵抗型の金属薄膜を有し、
前記2つの単一抵抗型の金属薄膜のうち、一方の少なくとも上面の全域が酸化珪素膜で被覆され、他方の少なくとも上面の全域が窒化珪素膜で被覆され、
前記窒化珪素膜で被覆された一方の単一抵抗型の金属薄膜が、ZrN,TaN,HfN,NbN,WN,TiNの金属窒化物の何れかで形成され、
前記酸化珪素膜で被覆された他方の単一抵抗型の金属薄膜が、前記一方の単一抵抗型の金属薄膜と同じ前記金属窒化物の酸化物から形成されている
請求項11に記載の電子デバイス。
Having two single resistance type metal thin films having different resistivity from each other;
Of the two single-resistance metal thin films, at least the entire upper surface of one is covered with a silicon oxide film, and at least the entire upper surface of the other is covered with a silicon nitride film,
One single resistance type metal thin film covered with the silicon nitride film is formed of any one of metal nitrides of ZrN, TaN, HfN, NbN, WN, TiN,
12. The electron according to claim 11, wherein the other single-resistance type metal thin film covered with the silicon oxide film is formed of the same metal nitride oxide as the one single-resistance type metal thin film. device.
前記2つの単一抵抗型の金属薄膜は、厚さ、長さおよび幅が全て同じである同一形状を有する
請求項12に記載の電子デバイス。
The electronic device according to claim 12, wherein the two single-resistance metal thin films have the same shape, all having the same thickness, length, and width.
基板に形成された積層構造における絶縁層間の導電膜配置階層の1つに、抵抗素子の抵抗値を規定する複数の抵抗膜が配置され、当該複数の抵抗膜が2種類以上の抵抗率をもつ複数の金属薄膜であり、当該複数の金属薄膜は形状が同じて抵抗率が異なる2つの金属薄膜を含み、当該2つの金属薄膜のうち、一方の上面が窒化珪素膜で覆われ、他方の上面が酸化珪素膜で覆われている
電子デバイス。
A plurality of resistance films defining the resistance value of the resistance element are arranged in one of the conductive film arrangement layers between the insulating layers in the laminated structure formed on the substrate, and the plurality of resistance films have two or more types of resistivity. A plurality of metal thin films, the plurality of metal thin films including two metal thin films having the same shape and different resistivities, and one of the two metal thin films is covered with a silicon nitride film and the other upper surface Is an electronic device covered with a silicon oxide film.
前記複数の金属薄膜は、窒化珪素膜で覆われる面領域と酸化珪素膜で覆われる面領域の双方をもつ金属薄膜を含む
請求項14に記載の電子デバイス。
The electronic device according to claim 14, wherein the plurality of metal thin films include a metal thin film having both a surface region covered with a silicon nitride film and a surface region covered with a silicon oxide film.
基板に支持された絶縁膜上に抵抗素子の抵抗膜を形成するステップを有し、当該抵抗膜を形成するステップが、
前記絶縁膜上に金属薄膜を成膜するステップと、
前記金属薄膜の前記抵抗膜となる部分を含む領域をマスク層で被覆するステップと、
前記抵抗膜となる部分の少なくとも一部の領域で前記マスク層を開口し、開口から露出した抵抗膜の領域を酸化させて抵抗率を変化させるステップと、
前記金属薄膜を、前記抵抗膜の形状にパターニングするステップと、
を含む電子デバイスの製造方法。
Forming a resistive film of the resistive element on the insulating film supported by the substrate, and forming the resistive film,
Depositing a metal thin film on the insulating film;
Covering a region including a portion to be the resistance film of the metal thin film with a mask layer;
Opening the mask layer in at least a partial region of the portion to be the resistance film, oxidizing the region of the resistance film exposed from the opening, and changing the resistivity;
Patterning the metal thin film into the shape of the resistive film;
A method of manufacturing an electronic device comprising:
基板に支持された絶縁膜上に抵抗素子の抵抗膜を形成するステップを有し、当該抵抗膜を形成するステップが、
前記絶縁膜上に金属薄膜を成膜するステップと、
異なる抵抗率の複数の前記抵抗膜となる金属薄膜の少なくとも一部の領域を酸化珪素膜で被膜し他の領域を窒化珪素膜で被覆した状態で加熱処理を施すことによって、前記酸化珪素膜で被膜した金属薄膜の領域で選択的に抵抗率を変化させるステップと、
前記金属薄膜を、前記抵抗膜の形状にパターニングするステップと、
を含む電子デバイスの製造方法。
Forming a resistive film of the resistive element on the insulating film supported by the substrate, and forming the resistive film,
Depositing a metal thin film on the insulating film;
By performing heat treatment in a state where at least a part of the metal thin film to be a plurality of the resistance films having different resistivity is coated with a silicon oxide film and the other area is covered with a silicon nitride film, Selectively changing the resistivity in the area of the coated metal film;
Patterning the metal thin film into the shape of the resistive film;
A method of manufacturing an electronic device comprising:
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