JP2011138994A - Method for manufacturing resistor for audio - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a resistor for audio which has stable element composition profiles of N, O, Ta, stably contains N in a resistor film, can obtain a TaN film contains less O and has substantial stoichiometry-composition, and is superior in oxidation resistance and reliability. <P>SOLUTION: An insulating film is formed on a substrate, and a resistance film containing the TaN film is formed in a pattern on the insulating film. An interlayer dielectric is formed on the resistance film, and then, the resistance film is annealed at 750-1,100°C. After that, an electrode for drawing resistance which is connected to the resistance film is formed on the interlayer dielectric. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、N(窒素)及びTa(タンタル)等の元素が均一に分散され、混在するO(酸素)が少なく、化学量論的な組成に近く、安定した組成プロファイルが得られるTaN抵抗膜からなるオーディオ特性が優れたオーディオ用抵抗体の製造方法に関する。   The present invention is a TaN resistance film in which elements such as N (nitrogen) and Ta (tantalum) are uniformly dispersed, there is little mixed O (oxygen), a close stoichiometric composition, and a stable composition profile is obtained. It is related with the manufacturing method of the audio resistor which is excellent in the audio characteristic consisting of

アンプ等の音響製品において、特に、その出力段の回路に使用される抵抗体の性能が、音質に影響を与えていることは公知である。従来、このアンプの出力段の半導体集積回路には、ポリシリコンの薄膜抵抗体が使用されている。そして、この音質に影響を与える抵抗体の性能としては、TCR値がある。即ち、TCR値は抵抗値温度係数であり、温度変化によりどの程度抵抗値が変化するかという程度を示す特性であり、このTCR値が小さい方が(0に近い方が)、抵抗値が温度により変動せず、高音質が得られる。従来のポリシリコン抵抗体は、25乃至125℃程度の温度範囲で、TCR値が±100ppm/℃程度であり、更に一層の音質改善のために、TCR値を±50ppm/℃程度に小さくすることが望まれている。   In acoustic products such as amplifiers, it is well known that the performance of resistors used in the circuit of the output stage has an influence on sound quality. Conventionally, a polysilicon thin film resistor is used in the semiconductor integrated circuit at the output stage of the 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N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 Patent Document 1. In this conventional tantalum nitride thin film resistor, an electrode film made of Au is formed on an upper surface of a tantalum nitride thin film through an intermediate film made of Ti, and a combined resistance temperature coefficient of the intermediate film and the electrode film is set to a first resistance. When the temperature coefficient is the temperature coefficient of resistance of the tantalum nitride thin film, the sum of the first and second temperature coefficients is −10 to 0 ppm / ° C.

特開2004−342705号公報JP 2004-342705 A

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、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 of the amplifier output stage.

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、従来の方法により形成されたTaN膜は、Nの含有割合が低く、混在するOの含有割合が高いため、オーディオ用抵抗体としての特性に関して信頼性が低いという問題点がある。   However, since the TaN film formed by the conventional method has a low content ratio of N and a high content ratio of mixed O, there is a problem that the reliability as an audio resistor is low.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、N、O、Taの元素組成プロファイルが安定し、抵抗膜中にNを安定して含有し、Oが少なく、化学量論的な組成に近いTaN膜が得られ、耐酸化性が優れていて信頼性が高いオーディオ用抵抗体の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and the element composition profile of N, O, and Ta is stable, N is stably contained in the resistance film, and there is little O, and the stoichiometrical nature. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an audio resistor having a TaN film close to the composition, excellent oxidation resistance and high reliability.

本発明に係るオーディオ用抵抗体の製造方法は、
少なくともTaNを含む抵抗膜をパターン形成する工程と、
前記抵抗膜を750乃至1100℃で焼鈍する工程と、
を有することを特徴とする。
The method for manufacturing an audio resistor according to the present invention includes:
Patterning a resistive film containing at least TaN;
Annealing the resistive film at 750 to 1100 ° C .;
It is characterized by having.

本発明に係る他のオーディオ用抵抗体の製造方法は、
基板上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に、少なくともTaNを含む抵抗膜をパターン形成する工程と、
前記抵抗膜上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記抵抗膜を750乃至1100℃で焼鈍する工程と、
前記層間絶縁膜上に、前記抵抗膜に接続された抵抗引き出し用の電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする。
Other audio resistor manufacturing method according to the present invention,
Forming an insulating film on the substrate;
Patterning a resistance film containing at least TaN on the insulating film;
Forming an interlayer insulating film on the resistance film;
Annealing the resistive film at 750 to 1100 ° C .;
Forming a resistance drawing electrode connected to the resistance film on the interlayer insulating film;
It is characterized by having.

この場合に、前記焼鈍は、窒素ガス雰囲気で前記抵抗膜を加熱することにより行うことが好ましい。また、前記TaN膜は、スパッタリングにより形成することができる。更に、前記焼鈍は、前記層間絶縁膜を形成した後、前記電極を形成する前に行うことが好ましい。   In this case, the annealing is preferably performed by heating the resistance film in a nitrogen gas atmosphere. The TaN film can be formed by sputtering. Further, the annealing is preferably performed after the interlayer insulating film is formed and before the electrode is formed.

本発明においては、前記焼鈍により、前記抵抗膜の形成時にその上層及び/又は下層に分散していたNを、前記抵抗膜に向けて拡散させて、前記抵抗膜のNの含有割合を高めるものである。   In the present invention, by annealing, the N dispersed in the upper layer and / or the lower layer at the time of forming the resistive film is diffused toward the resistive film to increase the N content ratio of the resistive film. It is.

本発明によれば、上述のごとく、抵抗膜を750乃至1100℃で焼鈍することにより、抵抗膜の形成時に、その上層及び/又は下層に分散していたNを、抵抗膜に向けて拡散させることができ、これにより、抵抗膜のNの含有割合が高くなる。これにより、TaN膜は、化学量論的な組成に近いものとなり、抵抗膜の耐酸化性が向上し、高信頼性且つ高音質の抵抗体を得ることができる。   According to the present invention, as described above, the resistance film is annealed at 750 to 1100 ° C., so that N dispersed in the upper layer and / or lower layer is diffused toward the resistance film when the resistance film is formed. This can increase the N content of the resistive film. Thereby, the TaN film becomes close to the stoichiometric composition, the oxidation resistance of the resistance film is improved, and a highly reliable and high-quality resistor can be obtained.

本発明の実施形態に係る抵抗膜を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the resistive film which concerns on embodiment of this invention. 焼鈍後の抵抗体の組成割合の相違を示すグラフ図である。It is a graph which shows the difference in the composition ratio of the resistor after annealing. 焼鈍前の抵抗体の組成割合の相違を示すグラフ図である。It is a graph which shows the difference in the composition ratio of the resistor before annealing. 本発明の他の実施形態に係る抵抗膜を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the resistive film which concerns on other embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。図1は、本発明の実施形態に係る高抵抗抵抗膜が形成された半導体装置を示す断面図である。この半導体装置は、先ず、シリコン基板等の基板1に種々のトランジスタ等を作り込む。このとき、基板1の表面上に、第1層間絶縁膜10が形成され、この第1層間絶縁膜10上に、アルミニウム又は銅等により第1配線層21が形成される。この第1配線層21は、第1層間絶縁膜10上にアルミニウム又は銅の層を通常の膜形成技術により形成した後、この層を、通常のレジストを使用したパターニング方法により所望の配線パターンにパターニングすることにより形成される。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a semiconductor device in which a high resistance 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 substrate 1 such as a silicon substrate. At this time, the first interlayer insulating film 10 is formed on the surface of the substrate 1, and the first wiring layer 21 is formed on the first interlayer insulating film 10 from aluminum or copper. The first wiring layer 21 is formed by forming a layer of aluminum or copper on the first interlayer insulating film 10 by a normal film forming technique, and then forming this layer into a desired wiring pattern by a patterning method using a normal resist. It is formed by patterning.

次いで、これらの第1配線層21を含む第1層間絶縁膜10上に第2層間絶縁膜11を形成し、この第2層間絶縁膜11上に、第2配線層22を形成する。そして、第2配線層22上を含む全面に第3層間絶縁膜12を形成し、この第3層間絶縁膜12上に第3配線層23を形成し、第3配線層23を含む第3層間絶縁膜12上に第4層間絶縁膜13を形成する。   Next, a second interlayer insulating film 11 is formed on the first interlayer insulating film 10 including these first wiring layers 21, and a second wiring layer 22 is formed on the second interlayer insulating film 11. Then, the third interlayer insulating film 12 is formed on the entire surface including the second wiring layer 22, the third wiring layer 23 is formed on the third interlayer insulating film 12, and the third interlayer including the third wiring layer 23 is formed. A fourth interlayer insulating film 13 is formed on the insulating film 12.

この第4層間絶縁膜13は、下層絶縁膜13aと上層絶縁膜13bの2層に分けて形成する。そして、下層絶縁膜13aを形成した後、上層絶縁膜13bを形成する前に、下層絶縁膜13a上に、窒化タンタル(TaN)膜2を所定の寸法及び形状になるように、パターン形成する。このTaN膜2は、以下のようにして形成することができる。即ち、下層絶縁膜13a上にTaN膜2の形成予定領域が開口したレジストパターン(図示せず)を形成した後、このレジストパターンをマスクとし、Taターゲットを使用して、Arガスに窒素ガスを所定の分圧比で添加した反応ガスによりスパッタリング(第1スパッタリング)することにより、TaNを全面に堆積する。その後、レジストを除去することにより、レジスト上のTaN膜2をリフトオフすることによって、TaN膜2を形成することができる。又は、以下の方法によって、TaN膜2を形成することもできる。下層絶縁膜13a上の全面にTaN膜を上記スパッタリングにより形成し、このTaN膜上にレジストパターンを形成した後、このレジストパターンをマスクとして、前記TaN膜をエッチングする。この方法によっても、TaN膜2を形成することができる。   The fourth interlayer insulating film 13 is formed in two layers of a lower insulating film 13a and an upper insulating film 13b. Then, after forming the lower insulating film 13a, before forming the upper insulating film 13b, a pattern is formed on the lower insulating film 13a so that the tantalum nitride (TaN) film 2 has a predetermined size and shape. The TaN film 2 can be formed as follows. That is, after forming a resist pattern (not shown) having an opening in the region where the TaN film 2 is to be formed on the lower insulating film 13a, using this resist pattern as a mask, using a Ta target, a nitrogen gas is introduced into the Ar gas. By sputtering (first sputtering) with a reaction gas added at a predetermined partial pressure ratio, TaN is deposited on the entire surface. Thereafter, the TaN film 2 can be formed by removing the resist and lifting off the TaN film 2 on the resist. Alternatively, the TaN film 2 can be formed by the following method. A TaN film is formed on the entire surface of the lower insulating film 13a by sputtering, and a resist pattern is formed on the TaN film. Then, the TaN film is etched using the resist pattern as a mask. The TaN film 2 can also be formed by this method.

そして、TaN膜2の形成後、TaN膜2を含む下層絶縁膜13aの全面に上層絶縁膜13bを形成した後、この第4層間絶縁膜13上に第4配線層24cを形成する。各配線層は層間絶縁膜に形成したビアホール内に導電物質を形成することにより設けたビアにより接続される。例えば、第4配線層24cと第2配線層22とはビア4により接続される。即ち、第3層間絶縁膜12及び第4層間絶縁膜13の形成工程において、夫々第3層間絶縁膜12及び第4層間絶縁膜13にこれらの膜を貫通するビアホールを、レジスト膜をマスクとしてウエットエッチング又はドライエッチングにより形成し、その後、アルミニウム等の金属材料をスパッタリングするか、又はCVD(化学的気相成長法)により堆積し、この金属材料をビアホール内に形成することにより、ビア4を形成し、このビア4に接続されるように、第3層間絶縁膜12及び第4層間絶縁膜13上に、夫々配線23及び配線24cを形成する。   After the TaN film 2 is formed, an upper insulating film 13b is formed on the entire surface of the lower insulating film 13a including the TaN film 2, and then a fourth wiring layer 24c is formed on the fourth interlayer insulating film 13. Each wiring layer is connected by a via provided by forming a conductive material in a via hole formed in the interlayer insulating film. For example, the fourth wiring layer 24 c and the second wiring layer 22 are connected by the via 4. That is, in the step of forming the third interlayer insulating film 12 and the fourth interlayer insulating film 13, the third interlayer insulating film 12 and the fourth interlayer insulating film 13 are wet using the via holes penetrating these films and the resist film as a mask. After forming by etching or dry etching, a metal material such as aluminum is sputtered or deposited by CVD (Chemical Vapor Deposition), and this metal material is formed in the via hole, thereby forming the via 4. Then, a wiring 23 and a wiring 24 c are formed on the third interlayer insulating film 12 and the fourth interlayer insulating film 13 so as to be connected to the via 4.

一方、TaN膜2については、このTaN膜2の形成後、TaN膜2を含む下層絶縁膜13aの全面に上層絶縁膜13bを形成し、上層絶縁膜13bにTaN膜2に到達する2個のビアホールを形成する。このビアホールは、湿式エッチング(ウエットエッチング)により形成する。ウエットエッチングの場合は、ドライエッチングに比べて、オーバーエッチングによるビアホール底部のTaN膜の削れを抑制することができる。これにより、加工マージンが向上し、TaN膜2のより一層の薄膜化による高抵抗化が可能となる。   On the other hand, for the TaN film 2, after the TaN film 2 is formed, the upper insulating film 13b is formed on the entire surface of the lower insulating film 13a including the TaN film 2, and the upper insulating film 13b reaches the TaN film 2. A via hole is formed. This via hole is formed by wet etching (wet etching). In the case of wet etching, the TaN film on the bottom of the via hole due to overetching can be suppressed compared to dry etching. As a result, the processing margin is improved, and the resistance can be increased by further reducing the thickness of the TaN film 2.

そして、これらのビアホールにアルミニウム又は銅等の金属膜を第2スパッタリングにより堆積して形成し、ビア3a,3bを設ける。   Then, a metal film such as aluminum or copper is deposited and formed in these via holes by the second sputtering to provide vias 3a and 3b.

その後、上層絶縁膜13b上に、ビア3a,3bに接続されるようにして、夫々、第4配線層24a,24bを形成する。この第4配線層24a,24bにより、TaN膜2は、アンプの出力段の回路の中に、出力電流が流れる通り道に設けられた薄膜抵抗体として接続される。   Thereafter, fourth wiring layers 24a and 24b are formed on the upper insulating film 13b so as to be connected to the vias 3a and 3b, respectively. By the fourth wiring layers 24a and 24b, the TaN film 2 is connected as a thin film resistor provided in a path through which an output current flows in the circuit of the output stage of the amplifier.

而して、本実施形態においては、第4層間絶縁膜13の上層絶縁膜13bを形成した後、この上層絶縁膜13bにビア3a、3b用のビアホールを形成する前に、デバイスを窒素ガス雰囲気にして、750乃至1100℃の温度に加熱することにより、TaN膜2を窒素ガス雰囲気の750乃至1100℃の温度で焼鈍する。この焼鈍は、ランプアニールにより行うことができる。   Thus, in the present embodiment, after forming the upper insulating film 13b of the fourth interlayer insulating film 13, before forming the via holes for the vias 3a and 3b in the upper insulating film 13b, the device is placed in a nitrogen gas atmosphere. Then, by heating to a temperature of 750 to 1100 ° C., the TaN film 2 is annealed at a temperature of 750 to 1100 ° C. in a nitrogen gas atmosphere. This annealing can be performed by lamp annealing.

図2及び図3は、横軸にTaN膜分析時のスパッタ時間をとり、縦軸に膜の組成割合を示す測定結果のグラフ図である。図2は、TaN膜2を焼鈍した場合の焼鈍後の組成割合、図3は、TaN膜2を焼鈍する前の組成割合を示す。各図において、横軸は、TaN膜分析時のスパッタ時間であるが、これは、膜の厚さ方向を示しており、スパッタ時間が0分の場合はTaN膜2の表面の分析値を示し、スパッタによりTaN膜2を掘り進んでいき、スパッタ時間が長くなるほど、膜の厚さ方向のより下部の部分の分析値を示していることになる。従って、各図はTaN膜の厚さ方向の元素プロファイルを示している。よって、図2及び図3において、右端は、下層の第4層間絶縁膜13の下層絶縁膜13aとの境界であり、この下層絶縁膜13aはSiO膜であるから、下層絶縁膜13aとの境界にSi酸化膜が生成している。一方、図2及び図3の左端は、スパッタリングにより形成された膜の上面であるが、TaN膜を抵抗膜形状にパターニングするために、デバイスを空気中に取り出し、レジスト膜をパターン形成した後、レジスト膜に覆われていない部分のTaN膜をエッチングし、その後、レジスト膜を酸素アッシングにより除去する。このとき、TaN膜の表面が酸化されるために、TaN膜の表面には、Oが多量に存在するTaの酸化膜が形成されている。 2 and 3 are graphs of measurement results in which the horizontal axis represents the sputtering time during TaN film analysis and the vertical axis represents the composition ratio of the film. FIG. 2 shows a composition ratio after annealing when the TaN film 2 is annealed, and FIG. 3 shows a composition ratio before annealing the TaN film 2. In each figure, the horizontal axis represents the sputtering time at the time of analyzing the TaN film. This shows the thickness direction of the film, and when the sputtering time is 0 minute, the analysis value of the surface of the TaN film 2 is shown. As the TaN film 2 is dug by sputtering and the sputtering time becomes longer, the analysis value of the lower part in the thickness direction of the film is shown. Therefore, each figure shows the element profile in the thickness direction of the TaN film. 2 and 3, the right end is the boundary between the lower fourth interlayer insulating film 13 and the lower insulating film 13a. Since this lower insulating film 13a is a SiO 2 film, A Si oxide film is generated at the boundary. On the other hand, the left end of FIG. 2 and FIG. 3 is the upper surface of the film formed by sputtering. In order to pattern the TaN film into a resistive film shape, the device is taken out into the air and the resist film is patterned, The portion of the TaN film not covered with the resist film is etched, and then the resist film is removed by oxygen ashing. At this time, since the surface of the TaN film is oxidized, a Ta oxide film containing a large amount of O is formed on the surface of the TaN film.

図3に示すように、TaN膜をスパッタリングにより形成した後、このTaN膜の表面部分には、Oが多量に存在し、TaO酸化膜が形成されているが、この表面部分には、Nも比較的多量に存在する。TaN膜の表面には、C(炭素)も若干存在する。一方、TaN膜の下面部分には、Si酸化膜(Si及びO)が存在するが、Nも比較的多量に存在する。そして、TaN膜のバルク部分(厚さ方向中央部分)には、Ta及びNが多量に存在することは当然であるが、その他にOも比較的多量に存在する。従来のTaN膜はこのような各元素のプロファイルを有しているので、TaN膜のバルク部分には、Nが化学量論的組成割合よりも低く、酸素が比較的多量に分布している。このため、従来のTaN膜は耐酸化性という点で信頼性が低く、抵抗体としてはオーディオ品質が低い。   As shown in FIG. 3, after the TaN film is formed by sputtering, a large amount of O is present on the surface portion of the TaN film, and a TaO oxide film is formed. A relatively large amount exists. Some C (carbon) is also present on the surface of the TaN film. On the other hand, Si oxide films (Si and O) are present on the lower surface portion of the TaN film, but N is also present in a relatively large amount. Of course, a large amount of Ta and N is present in the bulk portion (the central portion in the thickness direction) of the TaN film, but a relatively large amount of O is also present. Since the conventional TaN film has such a profile of each element, N is lower than the stoichiometric composition ratio and oxygen is distributed in a relatively large amount in the bulk portion of the TaN film. For this reason, the conventional TaN film has low reliability in terms of oxidation resistance, and the audio quality is low as a resistor.

これに対し、本実施形態では、層間絶縁膜(第4層間絶縁膜13の上層絶縁膜13b)の形成後に、TaN膜を750乃至1100℃で焼鈍しているので、図2に示すように、TaN膜における各元素のプロファイルが化学量論的な組成に近いものとなり、耐酸化性が向上し、優れたオーディオ品質の抵抗体が得られる。即ち、図2に示すように、TaN膜のスパッタリング後に、層間絶縁膜(上層絶縁膜13b)を形成し、その後、750乃至1100℃で焼鈍することにより、Taが多量に存在するTaN膜のバルクの部分に向けて、Nが拡散し、このバルクの部分にNが集まり、TaとNとが化学量論的な組成比に近い割合で存在する膜が得られる。このNは、TaNスパッタリング膜の表面部分のNと、下層の絶縁膜13a近傍のTaNスパッタリング膜の下部部分のNとが、TaNスパッタリング膜の中央部分(バルク部分)に拡散により集まってきたものである。この拡散の駆動力としては、NがTaとの間でエントロピーが高いことが考えられる。理論的には、この駆動力は推定にすぎないが、実験的には、高温焼鈍することにより、NがTaNスパッタリング膜の厚さ方向中央部に集まってくることは確実な知見である。一方、TaN膜のバルク部分に存在していたOは、焼鈍により、主にTaN膜の表面側に移動して酸化層を形成する。そして、TaN膜2上の層間絶縁膜13bからもOが供給されるために、表面の酸化層は更に厚くなる。   On the other hand, in this embodiment, since the TaN film is annealed at 750 to 1100 ° C. after the formation of the interlayer insulating film (the upper insulating film 13b of the fourth interlayer insulating film 13), as shown in FIG. The profile of each element in the TaN film becomes close to the stoichiometric composition, the oxidation resistance is improved, and an excellent audio quality resistor can be obtained. That is, as shown in FIG. 2, after the TaN film is sputtered, an interlayer insulating film (upper insulating film 13b) is formed, and then annealed at 750 to 1100 ° C., so that the bulk of the TaN film containing a large amount of Ta is obtained. Thus, a film in which N diffuses toward this portion, N gathers in this bulk portion, and Ta and N are present in a ratio close to the stoichiometric composition ratio is obtained. This N is obtained by diffusion of N in the surface portion of the TaN sputtering film and N in the lower portion of the TaN sputtering film in the vicinity of the lower insulating film 13a by diffusion in the central portion (bulk portion) of the TaN sputtering film. is there. As the driving force for this diffusion, it is conceivable that entropy is high between N and Ta. Theoretically, this driving force is only an estimate, but experimentally, it is a reliable finding that N collects in the center in the thickness direction of the TaN sputtering film by high-temperature annealing. On the other hand, O present in the bulk portion of the TaN film moves mainly to the surface side of the TaN film by annealing to form an oxide layer. Since O is also supplied from the interlayer insulating film 13b on the TaN film 2, the surface oxide layer becomes thicker.

このようにして、図2と図3との対比から明らかなように、高温焼鈍により、TaN膜の中央部分のバルク部分からは、Oが減少し、TaNスパッタリング膜の表面部分にOが集まり、TaO酸化膜の厚さが厚くなる。これにより、TaN膜のバルク部分では、TaとNとが高純度で存在し、その存在割合は化学量論的なものに極めて近くなる。これにより、この中央バルク部分のTaN膜を、オーディオアンプの抵抗体として使用するために、このTaN膜にビアを接続して、抵抗体として回路内に配線することにより、高品質のオーディオ特性が得られる。即ち、この抵抗体は、耐酸化性が優れており、オーディオアンプの使用の過程で抵抗体自体に発熱が生じたとしても、抵抗体は酸化が進行せず、経時的に抵抗値が上昇することがない。これは、高温焼鈍により、膜中のOとNとが拡散駆動力の方向に移動しきっており、OとNとの再分配が生じないため、自己発熱しても抵抗値が変化しないからであると考えられる。   In this way, as is clear from the comparison between FIG. 2 and FIG. 3, O decreases from the bulk portion of the central portion of the TaN film due to high temperature annealing, and O collects on the surface portion of the TaN sputtering film, The thickness of the TaO oxide film is increased. Thereby, in the bulk part of the TaN film, Ta and N are present with high purity, and the abundance ratio is very close to that of the stoichiometric amount. As a result, in order to use the TaN film in the central bulk part as a resistor of an audio amplifier, by connecting a via to the TaN film and wiring in the circuit as a resistor, high-quality audio characteristics can be obtained. can get. That is, this resistor has excellent oxidation resistance, and even if the resistor itself generates heat during the use of the audio amplifier, the resistor does not oxidize and the resistance value increases with time. There is nothing. This is because O and N in the film have moved in the direction of the diffusion driving force due to high temperature annealing, and redistribution of O and N does not occur, so the resistance value does not change even if self-heating occurs. It is believed that there is.

なお、本発明は、上記実施形態に限らず、種々の変形が可能である。例えば、TaN膜2は、上述の実施形態のように、最上層の層間絶縁膜(第4層間絶縁膜13)内に形成する場合に限らず、図4に示すように、第1配線層21の下層の第1層間絶縁膜10内に形成しても良い。この場合に、このTaN膜2にビア3a、3bを介して接続される配線層24a、24bは第1配線層21と同層に形成される。このように、このTaN膜2を配置すべき層間絶縁膜は、任意であり、最上層に限らないが、配置位置の選択の余裕度からすると、最上層の層間絶縁膜内が有利である。   In addition, this invention is not restricted to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible. For example, the TaN film 2 is not limited to being formed in the uppermost interlayer insulating film (fourth interlayer insulating film 13) as in the above-described embodiment, but as shown in FIG. The first interlayer insulating film 10 may be formed in the lower layer. In this case, the wiring layers 24 a and 24 b connected to the TaN film 2 through the vias 3 a and 3 b are formed in the same layer as the first wiring layer 21. As described above, the interlayer insulating film on which the TaN film 2 is to be disposed is arbitrary and is not limited to the uppermost layer. However, in terms of the margin of selection of the arrangement position, the inside of the uppermost interlayer insulating film is advantageous.

また、本明細書において、窒化タンタル膜を、TaN膜と表記したが、正確には、TaNx膜(xは正数)とすべきであり、本発明は、TaとNとが1対1に存在する膜に限定されるものではない。また、上記実施形態において、TaN膜の形成後、層間絶縁膜を形成した後に、TaN膜を高温焼鈍しているが、本発明は、これに限らず、TaN膜の形成後、直ちに、高温焼鈍してもよい。更に、上記実施形態では、TaN膜の抵抗体にビアを形成し、その後、このビアに接続される配線を形成しているが、抵抗体としては、配線まで形成することなく、抵抗の引き出し用の電極を形成するだけでも良い。   In this specification, the tantalum nitride film is expressed as a TaN film. However, it should be a TaNx film (x is a positive number), and in the present invention, Ta and N are in a one-to-one relationship. It is not limited to the existing film. In the above embodiment, after the TaN film is formed, the TaN film is annealed at a high temperature after the interlayer insulating film is formed. However, the present invention is not limited to this, and immediately after the TaN film is formed, the high temperature annealing is performed. May be. Furthermore, in the above embodiment, a via is formed in the resistor of the TaN film, and then a wiring connected to the via is formed. However, the resistor can be used for drawing out the resistance without forming the wiring. It is also possible to form only the electrode.

本発明の製造方法では、TaN膜をスパッタリングした後、750乃至1100℃の温度で焼鈍するから、スパッタリング成膜時に分散していたNはTaN膜の厚さ方向の中央部付近に向けて拡散してこの部分に集まり、TaN膜の中央部付近に存在していたOは、焼鈍により、主にTaN膜の表面側に移動して酸化層を形成する。そして、TaN膜上の層間絶縁膜からもOが供給されるために、表面の酸化層は更に厚くなる。このOの移動によって、TaN膜中央部分には、TaとNとが化学量論的な組成比に近い割合で存在することとなる。これにより、TaN膜の耐酸化性が優れたものとなり、経時的な抵抗値の変動が防止され、優れたオーディオ品質の抵抗体を得ることができる。従って、本発明の抵抗体は、高品質オーディオアンプの抵抗体として有益である。   In the manufacturing method of the present invention, after the TaN film is sputtered, annealing is performed at a temperature of 750 to 1100 ° C. Therefore, the N dispersed at the time of sputtering film formation diffuses near the central portion in the thickness direction of the TaN film. O gathered in the lever portion and present in the vicinity of the center of the TaN film moves mainly to the surface side of the TaN film by annealing to form an oxide layer. Since O is also supplied from the interlayer insulating film on the TaN film, the surface oxide layer becomes thicker. Due to the movement of O, Ta and N are present in the center portion of the TaN film at a ratio close to the stoichiometric composition ratio. As a result, the oxidation resistance of the TaN film becomes excellent, the resistance value variation with time is prevented, and an excellent audio quality resistor can be obtained. Therefore, the resistor of the present invention is useful as a resistor of a high quality audio amplifier.

1:シリコン基板、2:窒化タンタル(TaN)膜、3a、3b、4:ビア、10:第1層間絶縁膜、11:第2層間絶縁膜、12:第3層間絶縁膜、13:第4層間絶縁膜、13a:下層絶縁膜、13b:上層絶縁膜、21:第1配線層、22:第2配線層、23:第3配線層、24a、24b、24c:第4配線層 1: silicon substrate, 2: tantalum nitride (TaN) 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 (6)

少なくともTaNを含む抵抗膜をパターン形成する工程と、
前記抵抗膜を750乃至1100℃で焼鈍する工程と、
を有することを特徴とするオーディオ用抵抗体の製造方法。
Patterning a resistive film containing at least TaN;
Annealing the resistive film at 750 to 1100 ° C .;
A method of manufacturing an audio resistor, comprising:
基板上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に、少なくともTaNを含む抵抗膜をパターン形成する工程と、
前記抵抗膜上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記抵抗膜を750乃至1100℃で焼鈍する工程と、
前記層間絶縁膜上に、前記抵抗膜に接続された抵抗引き出し用の電極を形成する工程と、
を有することを特徴とするオーディオ用抵抗体の製造方法。
Forming an insulating film on the substrate;
Patterning a resistance film containing at least TaN on the insulating film;
Forming an interlayer insulating film on the resistance film;
Annealing the resistive film at 750 to 1100 ° C .;
Forming a resistance drawing electrode connected to the resistance film on the interlayer insulating film;
A method of manufacturing an audio resistor, comprising:
前記焼鈍は、窒素ガス雰囲気で前記抵抗膜を加熱することにより行うことを特徴とする請求項1又は2に記載のオーディオ用抵抗体の製造方法。 3. The method of manufacturing an audio resistor according to claim 1, wherein the annealing is performed by heating the resistance film in a nitrogen gas atmosphere. 前記TaN膜は、スパッタリングにより形成することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のオーディオ用抵抗体の製造方法。 The method for manufacturing an audio resistor according to claim 1, wherein the TaN film is formed by sputtering. 前記焼鈍は、前記層間絶縁膜を形成した後、前記電極を形成する前に行うことを特徴とする請求項2に記載のオーディオ用抵抗体の製造方法。 3. The method of manufacturing an audio resistor according to claim 2, wherein the annealing is performed after the interlayer insulating film is formed and before the electrode is formed. 前記焼鈍により、前記抵抗膜の形成時にその上層及び下層に分散していたNを、前記抵抗膜に向けて拡散させて、前記抵抗膜のNの含有割合を高めることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のオーディオ用抵抗体の製造方法。 2. The N content ratio of the resistance film is increased by diffusing N dispersed in the upper layer and the lower layer when the resistance film is formed by the annealing to the resistance film. 6. A method for manufacturing an audio resistor according to any one of items 1 to 5.
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JP2013211360A (en) * 2012-03-30 2013-10-10 Seiko Epson Corp Method of manufacturing resistance element, resistance element, and semiconductor device
CN107086103A (en) * 2017-05-03 2017-08-22 中国振华集团云科电子有限公司 The resistance trimming process of film resistor and film resistor method of manufacturing technology

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