JP4363061B2 - 抵抗体を備えた半導体装置の製造方法 - Google Patents

抵抗体を備えた半導体装置の製造方法 Download PDF

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に抵抗体材料とバリアメタルを形成したのち、バリアメタルと抵抗体材料をパターニングすることにより、所望の形状の抵抗体を形成する抵抗体を備えた半導体装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体基板上に薄膜抵抗からなる抵抗体を搭載することにより、半導体素子の小型化および低コスト化を図っている。特に、温度係数(TCR)が小さく、レーザトリミングによる抵抗値調整でICの高精度化が可能となるクロム(Cr)、シリコン(Si)および窒素(N)を含む化合物からなる薄膜抵抗体が電子デバイスなどに広く用いられている。この薄膜抵抗体は、TiWなどのバリアメタルを介してAl配線等と電気的に接続され、集積回路内において抵抗体として機能するようになっている。
【0003】
このような薄膜抵抗体は、図2(a)の製造プロセスが表されたフローチャートに示されるように、半導体基板上に抵抗体材料であるCrSiNおよびバリアメタルであるTiWを真空中で連続で成膜したのち、バリアメタルをウェットエッチングにてパターニング(図2(a)のステップ200)し、さらに、抵抗体材料をドライエッチングにてパターニング(図2(a)のステップ210)することで形成される(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開平11−135733号公報
【0005】
【特許文献2】
特開2000−150459号公報
【0006】
【特許文献3】
特開平7−150459号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記した製造プロセスのようにCrSiNおよびTiWを同じチャンバー内で連続的に成膜した場合、これらの界面にはTiWがCrSiN中に拡散して合金層が形成される。このようなCrSiN中に拡散してしまったTiWはウェットエッチングで除去され難く、除去されずに残ったTiWがその後のCrSiNのパターニングのためのドライエッチングの際にマスクとなってしまい、エッチングが阻害される。このため、CrSiNやTiWの残渣を発生させたり、CrSiNの下地膜の表面荒れを発生させるという不具合を発生させ、安定した薄膜抵抗体を得ることができなかった。
【0008】
本発明は上記点に鑑みて、抵抗体の上に形成されるバリアメタルを確実にパターニングできるようにし、上記不具合を解消することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、TiWからなるバリアメタル(4)をウェットエッチングによりパターニングする工程と、バリアメタル(4)とCrSiNからなる抵抗体材料(10)との界面に形成された抵抗体材料(10)とバリアメタル(4)との合金層内における抵抗体材料(10)を除去する工程と、バリアメタル(4)のウェットエッチングを再度行うことにより、抵抗体材料(10)の表面に残ったバリアメタル(4)を除去する工程と、抵抗体材料(10)をドライエッチングすることで抵抗体(3)をパターニングする工程と、を備えていることを特徴とする。
【0010】
このように、バリアメタル(4)をパターニングするためのウェットエッチングを行った後、ドライエッチングを行ってバリアメタル(4)と抵抗体材料(10)との界面に形成される合金層内の抵抗体材料(10)を除去している。このため、この後に再度行うウェットエッチングにて合金層内のバリアメタル(4)を除去することができ、除去されずに残ったバリアメタル(4)がその後の抵抗体材料(10)のパターニングの際にマスクとなってしまってエッチングが阻害されることを防止することができる。このため、安定した薄膜抵抗体(10)を得ることができる。
【0011】
具体的には、請求項2に示すように、合金層内の抵抗体材料(10)を除去する工程は、抵抗体(3)をパターニングするためのドライエッチングと同様のドライエッチングにて行われる。このときのドライエッチングは、請求項5に示すように、抵抗体(3)をパターニングするためのドライエッチングよりも短時間とされる。
【0012】
請求項3に示すように、バリアメタル(4)をパターニングする工程におけるウェットエッチングには、過酸化水素もしくは過酸化水素水とアンモニア加水の混合液が用いられる。また、請求項4に示すように、抵抗体(3)をパターニングする工程における抵抗体材料(10)ドライエッチングには、CF4とO2との混合ガスが用いられる。
【0013】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態に基づいて説明する。図1は、本発明の一実施形態を示す半導体装置の製造工程を示す断面図である。この半導体装置には薄膜抵抗体が備えられ、図1(d)は、薄膜抵抗体が形成された時の半導体装置の断面図を示している。
【0015】
図1(d)に示されるように、単結晶シリコン基板1の表層部には所望の素子形成プロセスを経て半導体素子(図示せず)が作り込まれており、その表面にはシリコン酸化膜2が形成されている。シリコン酸化膜2の表面には、CrSiNで構成された薄膜抵抗体3がパターニングされており、薄膜抵抗体3の両端部の表面上にTiWで構成されたバリアメタル4が形成されている。そして、バリアメタル4を覆うように、アルミニウムで構成された電極パターン5が形成され、薄膜抵抗体3を有する半導体装置が構成されている。なお、実際には、薄膜抵抗体3や他の半導体素子を覆うように保護膜などが形成されているが、ここでは図示していない。
【0016】
次に、本実施形態における薄膜抵抗体3を備える半導体装置の製造方法について図1(a)〜(d)および図2()を参照して説明する。なお、図2()は、図1(b)、(c)の工程の際に行われるエッチング工程のフローチャートを示すものである。
【0017】
[図1(a)に示す工程]
まず、単結晶シリコン基板1上に、周知の方法により、MOSFETやバイポーラトランジスタなどの半導体素子を作り込む。続いて、単結晶シリコン基板1の上に層間絶縁膜となるシリコン酸化膜2をCVD法等により形成したのち、そのシリコン酸化膜2の上にCrSiNで構成される抵抗体材料10およびTiWで構成されるバリアメタルを順に積層形成する。この時、抵抗体材料10やバリアメタルの形成工程は、同一の真空チャンバー内において連続して行われる。このため、バリアメタルを構成するTiWがCrSiNで構成される抵抗体材料10の表層部に拡散し、バリアメタルと抵抗体材料10との界面にTiWとCrSiNとによる合金層が形成される。
【0018】
[図1(b)に示す工程]
バリアメタルの表面にマスクパターン11を形成したのち、このマスクパターン11を用いてウェットエッチングを例えば45分間行う(図2()のステップ100)。このウェットエッチング工程は、過酸化水素水もしくは過酸化水素水とアンモニア加水の混合液を用いて行われ、最後の20秒間ほどはアンモニア成分を濃くした混合液を使用して行われる。
【0019】
これにより、マスクパターン11にて覆われていない部分においてバリアメタルが除去される。
【0020】
続いて、マスクパターン11をそのまま残した状態で、短時間のドライエッチングを行う(図2()のステップ110)。このドライエッチング工程は、例えばダウンフロー型のケミカルドライエッチング装置を用いて行われ、例えばCFとOとの混合ガスを用いて100秒間程度実施される。これにより、バリアメタルと抵抗体材料10との界面に形成された合金層のCrSiNが除去される。このときのドライエッチング時間は特に制限されるものではないが、ドライエッチングによって下地に段差ができない程度に設定されるのが好ましい。
【0021】
そして、再度、マスクパターン11をそのまま残した状態で、上記と同様のウェットエッチングを行い、抵抗体材料10の表面に先に行ったウェットエッチングで除去できずに残ったバリアメタルの残部を除去する(図2()のステップ120)。これにより、バリアメタルの残部が完全に除去される。このように除去されるのは、前工程として合金層のCrSiNを除去するためのドライエッチングを行っているため、合金層のTiWが抵抗体材料10の表面に析出し、ウェットエッチングにより除去され易い状態になったためだと考えられる。このウェットエッチングは、例えば10秒間程行われる。ウェットエッチングの時間的な制限は特にないが、最終的に形成される薄膜抵抗体3のパターン幅のバラツキを考慮すると、上述した1回目のウェットエッチングの最後のアンモニア成分を濃くした混合液を適用する時間との合計が30秒以下となるように設定されるのが好ましい。
【0022】
[図1(c)に示す工程]
マスクパターン11を用いてドライエッチングを行う(図2()のステップ130)。このドライエッチング工程は、図1(b)に示す工程で行ったドライエッチング工程と同様に行われるが、それよりも長時間、例えば350秒間行われる。これにより、マスクパターン11に覆われていない部分の抵抗体材料10が除去され、薄膜抵抗体3がパターニングされる。
【0023】
[図1(d)に示す工程]
マスクパターン11を除去したのち、アルミニウムで構成される電気配線材料を成膜し、フォトリソグラフィ処理により、電気配線材料のうち薄膜抵抗体3の両端に位置する部分を残すようにパターニングする。これにより、電極パターン5が形成されると共に、バリアメタル4の露出部分が除去されて、薄膜抵抗体3の両端部にのみ残った状態となる。この後、図示しない保護膜形成工程などを経て、薄膜抵抗体3を備えた半導体装置が完成する。
【0024】
このように、本実施形態では、バリアメタル4をパターニングするためのウェットエッチングを行った後、短時間のドライエッチングを行ってバリアメタル4と抵抗体材料10との界面に形成される合金層のCrSiNを除去している。このため、この後に再度行うウェットエッチングにて合金層のTiWを除去することができ、除去されずに残ったTiWがその後の抵抗体材料10のパターニングの際にマスクとなってしまってエッチングが阻害されることを防止することができる。このため、CrSiNやTiWの残渣を発生させたり、CrSiNの下地膜の表面荒れを発生させるという不具合をなくすことができ、安定した薄膜抵抗体3を得ることができる。
【0025】
図3に、従来の製造プロセスにて薄膜抵抗体を形成した場合と、本実施形態に示す製造プロセスにて薄膜抵抗体3を形成した場合とを比較した結果を示す。この図は、ウェハ面内の各部位において、抵抗体材料10のドライエッチングによるシリコン酸化膜2のオーバエッチ量を示したもので、CrSiNやTiWの残渣の発生や、CrSiNの下地膜となるシリコン酸化膜2の表面荒れを定量的に示している。
【0026】
この図からも分かるように、従来の製造プロセスによると、CrSiNやTiWの残渣が発生したり、CrSiNの下地膜となるシリコン酸化膜2の表面荒れが発生して、ドライエッチングが阻害され、シリコン酸化膜のオーバエッチ量のバラツキが大きくなっている。このため、同一の単結晶シリコン基板内においても、製造ロット間においても薄膜抵抗体のバラツキが大きくなり、安定した薄膜抵抗体とならなかった。これに対し、本実施形態の製造プロセスによれば、上述したようにドライエッチングが阻害されないため、シリコン酸化膜2のオーバエッチ量のバラツキが小さくなる。従って、安定した薄膜抵抗体3を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態における薄膜抵抗体3を備える半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図2】図1(b)、(c)で実施されるエッチングプロセスを示したフローチャートである。
【図3】従来の製造プロセスと本発明の一実施形態の製造プロセスを行った場合におけるシリコン酸化膜2のオーバエッチ量を表した比較図である。
【符号の説明】
1…単結晶シリコン基板、2…シリコン酸化膜、3…薄膜抵抗体、4…バリアメタル、5…電極パターン。

Claims (5)

  1. 基板(1)の上にCrSiNからなる抵抗体材料(10)およびTiWからなるバリアメタル(4)を連続的に配置したのち、前記バリアメタル(4)および前記抵抗体材料(10)をパターニングすることで、抵抗体(3)を形成する半導体装置の製造方法において、
    前記バリアメタル(4)をウェットエッチングによりパターニングする工程と、
    前記バリアメタル(4)と前記抵抗体材料(10)との界面に形成された前記抵抗体材料(10)と前記バリアメタル(4)との合金層内における前記抵抗体材料(10)を除去する工程と、
    前記バリアメタル(4)のウェットエッチングを再度行うことにより、前記抵抗体材料(10)の表面に残った前記バリアメタル(4)を除去する工程と、
    前記抵抗体材料(10)をドライエッチングすることで前記抵抗体(3)をパターニングする工程と、を備えていることを特徴とする抵抗体を備えた半導体装置の製造方法。
  2. 前記合金層内における前記抵抗体材料(10)を除去する工程は、前記抵抗体(3)をパターニングするためのドライエッチングと同様のドライエッチングにて行われることを特徴とする請求項1に記載の抵抗体を備えた半導体装置の製造方法。
  3. 前記バリアメタル(4)をパターニングする工程における前記ウェットエッチングには、過酸化水素もしくは過酸化水素水とアンモニア加水の混合液が用いられることを特徴とする請求項1又は2に記載の抵抗体を備えた半導体装置の製造方法。
  4. 前記抵抗体(3)をパターニングする工程における前記抵抗体材料(10)前記ドライエッチングには、CF4とO2との混合ガスが用いられることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載の抵抗体を備えた半導体装置の製造方法。
  5. 前記合金層を除去する工程におけるドライエッチングは、前記抵抗体材料(10)をパターニングするためのドライエッチングよりも短時間であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載の抵抗体を備えた半導体装置の製造方法。
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