JP2011138991A - High-sound-quality resistance film and method of manufacturing the same - Google Patents
High-sound-quality resistance film and method of manufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011138991A JP2011138991A JP2009299257A JP2009299257A JP2011138991A JP 2011138991 A JP2011138991 A JP 2011138991A JP 2009299257 A JP2009299257 A JP 2009299257A JP 2009299257 A JP2009299257 A JP 2009299257A JP 2011138991 A JP2011138991 A JP 2011138991A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- sputtering
- temperature
- tan
- partial pressure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Non-Adjustable Resistors (AREA)
- Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Apparatuses And Processes For Manufacturing Resistors (AREA)
Abstract
Description
本発明は、良好なオーディオ（サウンド）特性を保持し、シート抵抗が高い高音質の抵抗膜及びその製造方法に関し，特に、ＴＣＲ特性が優れたＴａＮ膜とＴａ膜との積層膜からなる高音質抵抗膜及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a high-quality resistive film having good audio (sound) characteristics and high sheet resistance, and a method for manufacturing the same, and in particular, high-quality sound comprising a laminated film of a TaN film and a Ta film having excellent TCR characteristics. The present invention relates to a resistance film and a manufacturing method thereof.
オーディオ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、このオーディオ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。 In an acoustic product such as an audio amplifier, it is well known that the performance of a resistor used in a circuit of an output stage particularly affects sound quality. Conventionally, a polysilicon thin film resistor is used in a semiconductor integrated circuit at the output stage of the audio amplifier. The performance of the resistor that affects the sound quality includes a TCR value. That is, the TCR value is a temperature coefficient of resistance value, and is a characteristic indicating how much the resistance value changes due to temperature change. The smaller the TCR value (closer to 0), the more the resistance value is the temperature. High sound quality can be obtained without fluctuation. The conventional polysilicon resistor has a TCR value of about ± 100 ppm / ° C in a temperature range of about 25 to 125 ° C., and further reduces the TCR value to about ± 50 ppm / ° C. in order to further improve sound quality. Is desired.
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。 The adjustment of the TCR value is conventionally performed by adjusting the N 2 partial pressure ratio of the source gas when the resistance film is formed by sputtering. It has also been proposed to obtain a good TCR characteristic close to 0 as a whole by laminating a thin film resistor having a positive TCR characteristic and a thin film resistor having a negative TCR characteristic.
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。
As a tantalum nitride (TaN) thin film resistor for the purpose of reducing the TCR value, there is one disclosed in
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。 However, the conventional polysilicon thin film resistor has a high film formation temperature of about 600 ° C. during film formation by low pressure CVD (Chemical Vapor Deposition), and a metal material for wiring such as Al melts. In order to avoid this, a polysilicon thin film resistor cannot be formed after these metal wirings are formed. Therefore, it is necessary to form this polysilicon thin film resistor below the metal wiring, and its formation position is restricted on a LOCOS (Local Oxidation of Silicon) oxide film. For this reason, when polysilicon is used for the thin film resistor, it is necessary to secure a space for disposing the resistor immediately above the LOCOS oxide film while avoiding the transistor region, and it is difficult to reduce the chip area.
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、オーディオ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。 Further, as described above, the polysilicon thin film resistor does not necessarily have a sufficiently low TCR value. For this reason, it is difficult to obtain excellent sound quality even if a polysilicon thin film resistor is used in the semiconductor integrated circuit at the output stage of the audio amplifier.
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。 On the other hand, the TaN thin film resistor has a low film formation temperature of about 400 ° C. or less during film formation by sputtering. Therefore, even if the TaN thin film resistor is formed after the metal wiring is formed, the metal wiring is not melted. Does not occur. Therefore, the TaN thin film resistor can be formed on the upper layer of the metal wiring, and can be stacked on the interlayer insulating film forming the metal wiring. In particular, since the area occupancy decreases as the distance from the upper wiring layer increases, it is easy to secure a space for forming the TaN resistor, so that there is an advantage that the chip area can be reduced.
しかしながら、特許文献１に記載のＴａＮ薄膜抵抗体は、複層（Ｔｉ膜＋Ａｕ膜）金属膜との積層膜として、ＴａＮ膜を形成し、複層金属膜のＴＣＲ値とＴａＮ膜のＴＣＲ値との和としての全体のＴＣＲ値を０に近づけている。このような金属膜との積層膜では、金属膜の抵抗値が極めて小さいために抵抗値の制御が困難であり、また、Ｔｉ膜及びＡｕ膜の形成コストが高いと共に、複層金属膜及びＴａＮ膜のパターニング工程が複雑であるという問題点がある。
However, the TaN thin film resistor described in
また、従来のＴａＮ膜は、抵抗率が低く、１００乃至３００Ωのシート抵抗を得るためには、ＴａＮ膜を２００乃至３００Åという極めて薄い膜厚に形成する必要がある。このような薄い抵抗膜は、成膜が困難である。また、抵抗膜上に層間絶縁膜を形成し、この層間絶縁膜にビアホールを形成し、このビアホールにアルミニウム等の金属を埋め込んでビアを形成することにより、層間絶縁膜上に形成した配線と抵抗膜とを電気的に接続する際に、ビアホール形成時のエッチングにより、薄いＴａＮ膜が削られてしまい、抵抗膜として機能しなくなる虞がある。 Further, the conventional TaN film has a low resistivity, and in order to obtain a sheet resistance of 100 to 300Ω, it is necessary to form the TaN film with a very thin film thickness of 200 to 300 mm. Such a thin resistive film is difficult to form. In addition, an interlayer insulating film is formed on the resistance film, a via hole is formed in the interlayer insulating film, and a metal such as aluminum is buried in the via hole to form a via, thereby forming wiring and resistance formed on the interlayer insulating film. When the film is electrically connected, the thin TaN film may be removed by etching during the formation of the via hole, and the film may not function as a resistance film.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、オーディオ信号処理回路に最適なＴａＮ膜とＴａ膜との積層膜を使用して、ＴＣＲ値が小さく、シート抵抗が大きく、実用上必要な膜厚を確保できる高抵抗の高音質抵抗膜及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and uses a laminated film of a TaN film and a Ta film optimal for an audio signal processing circuit, has a small TCR value, a large sheet resistance, and is practically necessary. An object of the present invention is to provide a high-resistance high-quality sound resistance film that can secure a sufficient film thickness and a method for manufacturing the same.
本発明に係る高音質抵抗膜は、窒化タンタル膜とタンタル膜との積層膜からなり、この積層膜全体として、抵抗値温度係数ＴＣＲが−５０乃至＋５０ｐｐｍ／℃であると共に、シート抵抗が１００Ω／□以上であり、前記窒化タンタル膜は、半導体装置の製造工程で常温から４００℃までの温度で、窒素分圧比を３乃至１５％として、２．５ｋＷ以下のパワーで、スパッタリングにより成膜されたものであることを特徴とする。 The high-quality sound resistance film according to the present invention is composed of a laminated film of a tantalum nitride film and a tantalum film, and the laminated film as a whole has a resistance temperature coefficient TCR of −50 to +50 ppm / ° C. and a sheet resistance of 100Ω / The tantalum nitride film was formed by sputtering at a temperature from room temperature to 400 ° C. in a semiconductor device manufacturing process, with a nitrogen partial pressure ratio of 3 to 15%, and a power of 2.5 kW or less. It is characterized by being.
本発明に係る第１の高音質抵抗膜の製造方法は、半導体装置の製造工程において、層間絶縁膜の形成後、スパッタリングにより、基板温度を常温から４００℃までの温度に設定してタンタル膜を形成し、更に、スパッタリングにより、基板温度を常温から４００℃までの温度に設定し、反応ガス中の窒素ガス分圧比を３乃至１５％とし、スパッタリング時のパワーを２．５ｋＷ以下として、窒化タンタル膜を前記タンタル膜上に形成することを特徴とする。 According to the first high-quality resistive film manufacturing method of the present invention, in the semiconductor device manufacturing process, after the formation of the interlayer insulating film, the substrate temperature is set to a temperature from room temperature to 400 ° C. by sputtering to form the tantalum film. Further, by sputtering, the substrate temperature is set from room temperature to 400 ° C., the nitrogen gas partial pressure ratio in the reaction gas is set to 3 to 15%, the power during sputtering is set to 2.5 kW or less, and tantalum nitride. A film is formed on the tantalum film.
本発明に係る第２の高音質抵抗膜の製造方法は、半導体装置の製造工程において、層間絶縁膜の形成後、スパッタリングにより、基板温度を常温から４００℃までの温度に設定し、反応ガス中の窒素ガス分圧比を３乃至１５％とし、スパッタリング時のパワーを２．５ｋＷ以下として、窒化タンタル膜を形成し、更に、スパッタリングにより、基板温度を常温から４００℃までの温度に設定してタンタル膜を前記窒化タンタル膜上に形成することを特徴とする。 According to the second method for producing a high-quality resistive film of the present invention, in the manufacturing process of the semiconductor device, the substrate temperature is set to a temperature from room temperature to 400 ° C. by sputtering after the formation of the interlayer insulating film, and in the reaction gas. A tantalum nitride film is formed with a nitrogen gas partial pressure ratio of 3 to 15%, a sputtering power of 2.5 kW or less, and the substrate temperature is set from room temperature to 400 ° C. by sputtering. A film is formed on the tantalum nitride film.
これらの場合に、前記窒化タンタル膜を形成するスパッタリング時の基板温度をＴとし、窒素ガス分圧比をｍとしたとき、前記基板温度Ｔ及び窒素ガス分圧比ｍは、（２／１６５）Ｔ＋（９１／３３）≦ｍ≦（１／６６）Ｔ＋（１５５／３３）を満たすように、決定することが好ましい。 In these cases, when the substrate temperature during sputtering for forming the tantalum nitride film is T and the nitrogen gas partial pressure ratio is m, the substrate temperature T and the nitrogen gas partial pressure ratio m are (2/165) T + ( 91/33) ≦ m ≦ (1/66) T + (155/33) is preferably determined.
本発明によれば、タンタル（Ｔａ）膜を形成した後、このＴａ膜上に、窒化タンタル（ＴａＮ）膜を、窒素ガス分圧比を３乃至１０％に調整すると共に、基板温度を常温から４００℃の範囲に調整して、スパッタリングにより形成することにより、ＴａＮ膜及びＴａ膜の積層膜のＴＣＲを−５０乃至＋５０ｐｐｍ／℃に制御することができる。このとき、スパッタリング時のパワーを２．５ｋＷ以下とすることにより、ＴａＮ膜の堆積速度が遅くなり、これにより、高シート抵抗のＴａＮ膜を得ることができる。ＴａＮ膜を先に形成し、その後にＴａ膜を形成した場合も同様である。 According to the present invention, after the tantalum (Ta) film is formed, the tantalum nitride (TaN) film is adjusted on the Ta film so that the nitrogen gas partial pressure ratio is adjusted to 3 to 10% and the substrate temperature is changed from room temperature to 400%. The TCR of the TaN film and the stacked film of the Ta film can be controlled to −50 to +50 ppm / ° C. by adjusting the temperature within the range of ° C. and forming the film by sputtering. At this time, by setting the power at the time of sputtering to 2.5 kW or less, the deposition rate of the TaN film is slowed, whereby a TaN film having a high sheet resistance can be obtained. The same applies when the TaN film is formed first and then the Ta film is formed.
以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。本発明は、ＴａＮ（窒化タンタル）膜とＴａ（タンタル）膜との積層膜を抵抗膜とするが、このＴａ膜及びＴａＮ膜をスパッタリング法により形成し、スパッタリング時のパワーを２．５ｋＷ以下と低パワーにすることにより、得られるＴａＮ膜のシート抵抗を１００Ω／□以上と高くし、このＴａＮ膜のスパッタリング時の窒素ガス分圧比を調整すると共に、更に、スパッタリング温度（基板温度）を調整することにより、積層膜のＴＣＲ値を０に近いものに制御する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described. In the present invention, a laminated film of a TaN (tantalum nitride) film and a Ta (tantalum) film is used as a resistance film. The Ta film and the TaN film are formed by a sputtering method, and the power during sputtering is 2.5 kW or less. By making the power low, the sheet resistance of the obtained TaN film is increased to 100Ω / □ or more, the nitrogen gas partial pressure ratio during sputtering of this TaN film is adjusted, and further the sputtering temperature (substrate temperature) is adjusted. As a result, the TCR value of the laminated film is controlled to be close to zero.
図１は、本発明の実施形態に係る高音質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。そして、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。そして、この第４層間絶縁膜１３上に第４配線層２４ｃを形成する。各配線層は各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）により堆積することにより、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を設け、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。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a semiconductor device in which a high-quality sound resistance film according to an embodiment of the present invention is formed. In this semiconductor device, first, various transistors and the like are formed on a
而して、本実施形態においては、第３層間絶縁膜１３を下層絶縁膜１３ａと上層絶縁膜１３ｂの２層に分けて形成し、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、タンタル（Ｔａ）膜２ｂ及び窒化タンタル（ＴａＮ）膜２ａからなる積層膜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２ａ及びＴａ膜２ｂの積層膜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上に積層膜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、反応ガスをＡｒガスとしてスパッタリングすることにより、Ｔａを全面に堆積し、その後、反応ガスをＡｒガスに窒素ガスを所定の分圧比で添加したものに切り替えて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Ｔａ膜及びＴａＮ膜をリフトオフすることによって、積層膜２を形成することができる。又は、以下の方法によって、積層膜２を形成することもできる。下層絶縁膜１３ａ上の全面にＴａ膜を上記スパッタリングにより形成し、更にこのＴａ膜の上に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膜及びＴａ膜をエッチングする。この方法によっても、積層膜２を形成することができる。この窒化タンタル膜２ａ及びＴａ膜の積層膜２は、本実施形態の高音質抵抗膜になる。
Thus, in the present embodiment, the third
この積層膜２の形成後、積層膜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２ａ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、ウエットエッチングにより形成することが好ましい。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２ａ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２ａのより一層の薄膜化による高音質化が可能となる。
After the formation of the
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をスパッタリング又はＣＶＤにより埋め込み、ビア３ａ，３ｂを形成する。更に、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２ａ及びＴａ膜２ｂの積層膜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。
Then, a metal such as aluminum or copper is buried in these via holes by sputtering or CVD to form
本実施形態においては、高音質抵抗体としてのＴａＮ膜２ａ及びＴａ膜２ｂの積層膜２を、スパッタリングにより形成し、このＴａＮ膜２ａのスパッタリング時の基板温度と、窒素ガス分圧比とを、調節することにより、積層膜２のＴＣＲを制御する。また、ＴａＮ膜２ａのスパッタリング時のパワーを２．５ｋＷ以下とすることにより、ＴａＮ膜２ａのシート抵抗を１００Ω／□以上にする。
In this embodiment, a
即ち、ＴａＮ膜２ａのスパッタリング時のパワーを２．５ｋＷ以下と低パワーにすることにより、ＴａＮ膜２ａの成膜速度を低下させ、形成されるＴａＮ膜２ａの膜質を、抵抗率ρが高いものに変え、膜厚ｔを厚くしても、シート抵抗Ｒｓが十分高いＴａＮ膜２ａを得る。即ち、スパッタリング時のパワーを低くすることにより、膜厚ｔが１０００Å以上であっても、シート抵抗Ｒｓが１００Ω／□以上の高音質である膜質を有するＴａＮ膜２ａを得ることができる。
That is, by lowering the sputtering power of the
しかしながら、抵抗率ρが高い膜質にすると、ＴＣＲもその絶対値が大きくなり、ＴＣＲが負の場合は、より負の側に、ＴＣＲが正の場合は、より正の側に、ＴＣＲがシフトする。そこで、以下のようにして、ＴａＮ膜２ａのスパッタリング時の基板温度及び／又は窒素ガス分圧比を調節することにより、積層膜２のＴＣＲを０に近い値、即ち、−５０乃至＋５０ｐｐｍ／℃に制御する。又は、以下のようにして、ＴａＮ膜２ａのスパッタリング時の基板温度及び／又は窒素ガス分圧比を調節することにより、積層膜２のＴＣＲを０に近い値、即ち、−５０乃至＋５０ｐｐｍ／℃に制御した後、スパッタリング時のパワーを低下させることにより、抵抗率ρ及びシート抵抗Ｒｓが高いＴａＮ膜２ａを得るようにしてもよい。このときのパワーの低下により、抵抗率ρが高くなり、ＴＣＲもその絶対値が大きくなるが、この場合は、予め、ＴａＮ膜２ａのスパッタリング時の基板温度及び／又は窒素ガス分圧比の調整によりＴＣＲが小さい値になっているので、抵抗率が上昇しても、積層膜２のＴＣＲは−５０乃至＋５０ｐｐｍ／℃の範囲内にとどまるようにすることができる。
However, when the film quality is high in resistivity ρ, the absolute value of the TCR also increases. When the TCR is negative, the TCR shifts to the more negative side, and when the TCR is positive, the TCR shifts to the more positive side. . Therefore, by adjusting the substrate temperature and / or nitrogen gas partial pressure ratio during sputtering of the
一方、本実施形態の積層膜２は金属であるＴａ膜２ｂと窒化膜であるＴａＮ膜２ａとの複合膜である。このＴａ膜２ｂは金属であるので、ＴＣＲ値は正（＋）である。また、Ｔａ膜２ｂは金属であるため、抵抗率が小さい。よって、ＴａＮ膜２ａは、ＴＣＲ値が負（−）になるように、スパッタリング時の基板温度及び窒素ガス分圧比を調節する。これにより、Ｔａ膜２ｂのＴＣＲ値とＴａＮ膜２ａのＴＣＲ値とが相殺され、積層膜２の全体のＴＣＲ値が０に近いものとなる。Ｔａ膜２ｂとＴａＮ膜２ａとは積層されているので、図１の配線２３ａ，２３ｂ間にあらわれる積層膜２の抵抗値は、Ｔａ膜２ｂとＴａＮ膜２ａとの並列接続の合成抵抗値となる。よって、Ｔａ膜２ｂの抵抗値をＲ１、ＴａＮ膜２ａの抵抗値をＲ２とすると、積層膜２の抵抗値（Ｒ１及びＲ２の合成抵抗値）Ｒは、Ｒ１×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）となり、抵抗膜としての使用時に、温度が変化して、抵抗値が相互に反対方向にΔｒ及び−Δｒだけずれた場合、合成抵抗値Ｒは、Ｒ＝｛Ｒ１Ｒ２＋Δｒ（Ｒ２−Ｒ１）｝／（Ｒ１＋Δｒ＋Ｒ２−Δｒ）となる。Δｒ及びＲ２−Ｒ１は、Ｒ１及びＲ２に比して小さいので、合成抵抗Ｒは（Ｒ１Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２）となり、温度が変化してＴａ膜２及びＴａＮ膜２ａの抵抗値が個別に変化しても、その合成抵抗の抵抗値はほぼ一定値となる（ＴＣＲ値が０に近い）。よって、Ｔａ膜２ｂの正（＋）のＴＣＲに対して、ＴａＮ膜２ａのスパッタリング条件（基板温度及び窒素ガス分圧）を調節して、ＴａＮ膜２ａのＴＣＲを負（−）にすることにより、積層膜２としての全体のＴＣＲを−５０乃至＋５０ｐｐｍ／℃の範囲に制御することができる。
On the other hand, the
次に、ＴＣＲの調整方法について説明する。ＴａＮ膜２ａを、基板温度を常温から４００℃までの温度、好ましくは３５０℃までの温度に設定し、窒素ガス分圧比を３乃至１５％、好ましくは３乃至１０％に設定して、スパッタリングにより形成する。この温度条件範囲及び窒素ガス分圧比条件範囲の中で、Ｔａ膜２ｂとの並列接続体しての積層膜２のＴＣＲ値が−５０〜＋５０ｐｐｍ／℃になるように、基板温度及び窒素ガス分圧比を決める。
Next, a method for adjusting the TCR will be described. The
基板温度を上げると、得られたＴａＮ膜２ａのＴＣＲ値は、より正（＋）の方向に変化する。また、窒素ガス分圧比を上げると、得られたＴａＮ膜２ａのＴＣＲ値は、より負（−）の方向に変化する。この基板温度と窒素ガス分圧比とを、Ｔａ膜２ｂとの積層膜２のＴＣＲ値が０に近い値になるように、バランスをとって決める。
When the substrate temperature is raised, the TCR value of the obtained
本発明においては、積層膜２のＴＣＲ値が−５０〜＋５０ｐｐｍ／℃になるように、基板温度及び窒素ガス分圧比を決める。この基板温度は、室温から４００℃までの範囲とし、窒素ガス分圧比は、３乃至１５％の範囲として、上記基準に則って窒化タンタル膜形成時の基板温度及び窒素ガス分圧比を決めればよい。この場合に、基板温度が低い場合は，窒素ガス分圧比を比較的低く、基板温度が高い場合は、窒素ガス分圧比を比較的高くすることが好ましい。即ち、基板温度が常温（２０℃）の場合は、窒素ガス分圧比は３乃至５％であり、基板温度が３５０℃の場合は、窒素ガス分圧比は７乃至１０％とすることが好ましい。この常温から３５０℃までの温度範囲の途中においては、窒素ガス分圧比の上限値及び下限値は温度に対して比例配分すればよい。即ち、基板温度をＴ、このときの好ましい窒素ガス分圧比の下限値をｍ１、上限値をｍ２とすると、下記数式１，２が成立する。
In the present invention, the substrate temperature and the nitrogen gas partial pressure ratio are determined so that the TCR value of the
なお、Ｔａ膜及びＴａＮ膜の成膜条件は、基板温度は常温から３５０℃の範囲であるが、スパッタリングガスの圧力は、いずれも例えば５ｍＴｏｒｒである。このスパッタリングガスの流量は、Ｔａ膜の場合は例えばＡｒガスが７５ｓｃｃｍ、Ｎ２ガスが０ｓｃｃｍであり、ＴａＮ膜の場合は例えばＡｒガスが６７ｓｃｃｍ、Ｎ２ガスが８ｓｃｃｍ（Ｎ２ガス分圧比が１０％）である。供給パワーは、いずれも、例えば０．５〜３ｋＷである。
The film formation conditions for the Ta film and the TaN film are such that the substrate temperature is in the range of room temperature to 350 ° C., and the pressure of the sputtering gas is, for example, 5 mTorr. The flow rate of the sputtering gas, 75 sccm is for example Ar gas when the Ta film, an N 2 gas is 0 sccm, for example Ar gas when the TaN film is 67Sccm, N 2 gas is 8 sccm (N 2 gas
これらの数式から、下記数式３，４が成立する。
From these mathematical expressions, the following
図２は、横軸に基板温度Ｔをとり、縦軸に窒素ガス分圧比をとって、窒素ガス分圧比の上限ｍ２及び下限ｍ１と、基板温度Ｔとの関係（数式３，４）を示すグラフ図である。基板温度Ｔに応じて、ｍ１及びｍ２を求め、ｍ１〜ｍ２の範囲で、窒素ガス分圧比を選択して、Ｔａ膜２ｂとの積層膜２のＴＣＲが−５０〜＋５０ｐｐｍ／℃の範囲に入るように窒素ガス分圧比を調節するか、又は、図２の線分ｍ２と線分ｍ１との間の領域であって基板温度が２０乃至３５０℃の間の領域において、窒素ガス分圧比を選択し、その上で、基板温度Ｔを、Ｔａ膜２ｂとの積層膜２のＴＣＲが−５０〜＋５０ｐｐｍ／℃の範囲に入るように調節すればよい。このとき、前述の如く、基板温度Ｔを上げるとＴＣＲはより正（＋）の方向に変化し、基板温度を下げるとＴＣＲはより負（−）の方向に変化するので、この基準に応じて、Ｔａ膜２ｂとの積層膜２のＴＣＲ値を−５０〜＋５０ｐｐｍ／℃の範囲に入るように制御することができる。また、例えば、一旦、一方の因子である窒素ガス分圧比又は基板温度を決め、その後、上述のようにして、他方の因子である夫々基板温度又は窒素ガス分圧比を変更して、ＴａＮ膜２ａのＴＣＲ値を調整し、更に、前記一方の因子である窒素ガス分圧比又は基板温度を変更する等、２段階に限らず、３段階以上に分けて、因子を変更することにより、ＴａＮ膜２ａのＴＣＲ値を調整してもよい。
FIG. 2 shows the relationship between the upper limit m2 and lower limit m1 of the nitrogen gas partial pressure ratio and the substrate temperature T (formulas 3 and 4), with the substrate temperature T on the horizontal axis and the nitrogen gas partial pressure ratio on the vertical axis. FIG. According to the substrate temperature T, m1 and m2 are obtained, the nitrogen gas partial pressure ratio is selected in the range of m1 to m2, and the TCR of the
結局、スパッタリングにおいて、基板温度がＴ、窒素ガス分圧比がｍであるとしたとき、ｍはｍ１≦ｍ≦ｍ２であるべきであるから、数式３，４より、ｍは下記数式５を満たすことが好ましい。
Eventually, in sputtering, when the substrate temperature is T and the nitrogen gas partial pressure ratio is m, m should satisfy m1 ≦ m ≦ m2, and therefore m satisfies the following equation 5 from
このようにして、スパッタリングによる成膜時の成膜条件である基板温度Ｔ及び窒素ガス分圧比ｍを、基板温度Ｔ及び窒素ガス分圧比ｍが上記数式５を満たす範囲内で、基板温度を上げるとＴＣＲが正（＋）の方向に変化し、窒素ガス分圧比を上げるとＴＣＲが負（−）の方向に変化するという基準に基づいて適宜調整することにより、ＴａＮ膜２のＴＣＲ値を制御することにより、Ｔａ膜２ｂとの積層膜２のＴＣＲを所望の範囲−５０〜＋５０ｐｐｍ／℃に制御することができる。よって、本発明の実施形態においては、アンプの出力電流が、薄膜抵抗体としてのＴａＮ膜２ａ及びＴａ膜２ｂの積層膜２を通過するときの抵抗値は、温度の変化に拘わらず、ほぼ一定である。従って、温度変化に起因するオーディオアンプ出力段の出力電流の変化は少ない。なお、この効果は、スパッタリング温度が３５０℃を超えて、４００℃までの温度範囲において、得ることができる。よって、本発明においては、ＴａＮ膜のスパッタリング温度は、常温から４００℃とする。
In this way, the substrate temperature T and the nitrogen gas partial pressure ratio m, which are film formation conditions during film formation by sputtering, are raised within a range where the substrate temperature T and the nitrogen gas partial pressure ratio m satisfy the above-described Expression 5. The TCR value of the
そして、本発明においては、ＴａＮ膜のスパッタリング温度が高々４００℃であるから、アルミニウム配線等を溶融させてしまうことがないため、抵抗体としてのＴａＮ膜２ａを、半導体装置製造工程の比較的後期に形成することができ、層間絶縁膜の上層に配置することができる。このため、アルミニウム配線層の上に、ＴａＮ膜抵抗膜を配置することができ、チップ面積の縮小化が可能である。また、本発明のＴａＮ膜はスパッタリング温度が低くてもよいので、抵抗体単体ではなく、ＬＳＩ（大規模集積回路）の中に組み込むことが容易であり、これにより、ＴＣＲ値が小さい抵抗を具備する回路を容易に得ることができる。
In the present invention, since the sputtering temperature of the TaN film is at most 400 ° C., the aluminum wiring or the like is not melted. Therefore, the
更に、本発明においては、Ｔａ膜２ｂとＴａＮ膜２ａとの積層体２により、所望のＴＣＲ値を得ている。こうすることにより、積層膜２からなる抵抗膜の厚さを厚くすることができ、信頼性を向上させることができると共に、製造工程において、製造条件の制御が容易になる。
Furthermore, in the present invention, a desired TCR value is obtained by the
本発明は、上述の実施形態に限らず、種々の変形が可能である。例えば、上述の実施形態では、ＴａＮ膜２ａとＴａ膜２ｂは、最初にＴａ膜２ｂを形成した後、ＴａＮ膜２ａを形成しており、積層膜２は、下層にＴａ膜２ｂ、上層にＴａＮ膜２ａが形成されたものであったが、最初にＴａＮ膜２ａを形成し、その後、Ｔａ膜２ｂを形成し、下層がＴａＮ膜２ａ、上層がＴａ膜２ｂの積層膜としてもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiment, the
また、このＴａ膜２ｂ及びＴａＮ膜２ａの積層膜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３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、この積層膜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。
Further, the
本発明の高音質抵抗膜は、ＴａＮ膜及びＴａ膜の積層膜で、ＴＣＲが極めて小さいので、使用時の温度変化に拘わらず抵抗値変化が抑制され、しかも抵抗値が高いので、高音質抵抗膜を必要とする半導体集積回路の製造に有益である。また、本発明の高音質抵抗膜は、その形成のためのスパッタリング温度が低いので、半導体集積回路の製造工程の後期に、容易に組み込むことができるため、ＴＣＲ値が小さい高音質抵抗膜を備えた半導体集積回路のチップ面積の縮小に有益である。 The high sound quality resistance film of the present invention is a laminated film of a TaN film and a Ta film, and since the TCR is extremely small, the resistance value change is suppressed regardless of the temperature change during use, and the resistance value is high. This is useful for manufacturing a semiconductor integrated circuit that requires a film. In addition, since the high-quality sound resistance film of the present invention has a low sputtering temperature for its formation, it can be easily incorporated in the latter stage of the manufacturing process of the semiconductor integrated circuit, and therefore includes a high-quality sound resistance film having a small TCR value. This is useful for reducing the chip area of a semiconductor integrated circuit.
１：シリコン基板、２：積層膜、２ａ：窒化タンタル（ＴａＮ）膜、２ｂ：タンタル（Ｔａ）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 1: silicon substrate, 2: laminated film, 2a: tantalum nitride (TaN) film, 2b: tantalum (Ta) film, 3a, 3b, 4: via, 10: first interlayer insulating film, 11: second interlayer insulating film , 12: third interlayer insulating film, 13: fourth interlayer insulating film, 13a: lower insulating film, 13b: upper insulating film, 21: first wiring layer, 22: second wiring layer, 23: third wiring layer, 24a, 24b, 24c: fourth wiring layer
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009299257A JP2011138991A (en) | 2009-12-29 | 2009-12-29 | High-sound-quality resistance film and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009299257A JP2011138991A (en) | 2009-12-29 | 2009-12-29 | High-sound-quality resistance film and method of manufacturing the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2011138991A true JP2011138991A (en) | 2011-07-14 |
Family
ID=44350106
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009299257A Pending JP2011138991A (en) | 2009-12-29 | 2009-12-29 | High-sound-quality resistance film and method of manufacturing the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2011138991A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013001621A1 (en) * | 2011-06-29 | 2013-01-03 | ヤマハ株式会社 | Tan resistor element for audio lsi and method for manufacturing same |
| US9806020B1 (en) | 2016-04-26 | 2017-10-31 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device |
| CN115632048A (en) * | 2022-09-23 | 2023-01-20 | 北京科技大学 | TaN thin film resistor with nano-diamond passivation layer and preparation method thereof |
-
2009
- 2009-12-29 JP JP2009299257A patent/JP2011138991A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013001621A1 (en) * | 2011-06-29 | 2013-01-03 | ヤマハ株式会社 | Tan resistor element for audio lsi and method for manufacturing same |
| US9806020B1 (en) | 2016-04-26 | 2017-10-31 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device |
| CN115632048A (en) * | 2022-09-23 | 2023-01-20 | 北京科技大学 | TaN thin film resistor with nano-diamond passivation layer and preparation method thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5210559B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JP5834189B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
| JP2005276887A (en) | Semiconductor device | |
| WO2005124847A1 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JP2011138991A (en) | High-sound-quality resistance film and method of manufacturing the same | |
| WO1993013555A1 (en) | Semiconductor device | |
| JP2011138993A (en) | Method for manufacturing semiconductor device with thin-film resistor | |
| JP2011138989A (en) | High sound-quality resistance film and method for manufacturing the same | |
| JP2010027874A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing same | |
| KR100896159B1 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing same | |
| JP2011138992A (en) | High sound-quality resistance film and method for manufacturing the same | |
| JP2008016464A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JP2011061005A (en) | Electronic device | |
| JP2011138990A (en) | High sound-quality resistance film and method for manufacturing the same | |
| JP2011138994A (en) | Method for manufacturing resistor for audio | |
| JP2009182203A (en) | Semiconductor apparatus and method of manufacturing same | |
| US6551928B2 (en) | Method of forming a semiconductor device with a multi-layer WSix film with small grain size structure | |
| KR20070082887A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
| JP3495034B1 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| US7276777B2 (en) | Thin film resistor and method of making the same | |
| JP2010010372A (en) | Electronic device and method of manufacturing the same | |
| JP5633649B2 (en) | TaN resistor for audio LSI and manufacturing method thereof | |
| JPH05114599A (en) | Semiconductor device and manufacture thereof | |
| KR100440475B1 (en) | Method for fabricating semiconductor device | |
| JPH11265938A (en) | Semiconductor device and its manufacture |