JP5633649B2 - オーディオＬＳＩ用のＴａＮ抵抗体及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、オーディオＬＳＩ用のＴａＮ抵抗体及びその製造方法に関する。

一般に、半導体集積回路に用いられる抵抗体の性能は、その回路が使用される機器の性能に影響を与えることが知られており、例えば、オーディオアンプ等の音響製品における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が公知である。従来、このような半導体集積回路においては、例えば、ポリシリコンの薄膜抵抗体や、ＴａＮ抵抗体等が使用されている。このＴａＮ抵抗体は、ポリシリコンからなる抵抗体に較べて抵抗値温度係数が小さいことから、特に、音響製品に用いた場合に好適とされている。

しかしながら、従来のＴａＮ抵抗体では、ＴａＮ膜自体が、下地膜である絶縁酸化膜中の酸素を吸収して、その一部が絶縁物となり、エレクトロマイグレーション（ＥＭ）耐性が低下することから、抵抗体の許容電流に制限を設ける必要がある。また、ＴａＮ抵抗体のＥＭ耐性は、ＴａＮ膜上のメタル配線層の割合によって変化することから、ＥＭ耐性を高めるためには、ＴａＮ膜上に少なくとも７５％以上の割合で配線層によるメタルカバーを設ける必要があり、半導体設計における自由度が制限されるおそれがある。

また、従来のＴａＮ抵抗体は、ポリシリコンからなる抵抗体に較べて、同相信号除去比（Ｃｏｍｍｏｎ−Ｍｏｄｅ Ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ Ｒａｔｉｏ：ＣＭＲＲ）特性に劣るという問題があった。

特許文献１には、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｏ及びＷの１種以上を含む硼化物層の上部に、Ｔｉからなる層を設けた構成の薄膜抵抗体が提案されている。特許文献１に記載の薄膜抵抗体によれば、硼化物層の上部に酸化し易いＴｉ薄膜を設けることにより、その上に形成される絶縁酸化膜に含有される酸素がＴｉ薄膜に吸収されるので、硼化物層に酸素が取り込まれるのを防止でき、耐久性の低下を抑制できるとされている。

また、Ｔａ合金膜の上層に、ＴｉＷ膜、アルミニウム膜、又は、これらの合金膜、酸化膜あるいは窒化膜等からなり、Ｔａ合金膜の酸化を防止するための酸化防止膜を設けた構成の半導体装置が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。特許文献２に記載の半導体装置によれば、例えば、インクジェットプリンタのヘッドに上記構成を適用することにより、インクによる衝撃や腐食性に影響されることの無い、優れた耐薬品性や耐衝撃性を実現できるとされている。

また、基板上に設けられた絶縁酸化膜上に、窒素濃度が３０原子％以上のＴａＮからなる第３抵抗層と、窒素濃度が３０原子％未満のＴａＮからなる第１抵抗層と、窒素濃度が３０原子％以上のＴａＮからなる第２抵抗層とがこの順で積層された構成の抵抗素子を備える半導体装置が提案されている（例えば、特許文献３を参照）。特許文献３に記載の半導体装置によれば、絶縁酸化膜中に含まれる酸素により、抵抗素子の下面側の第３抵抗層及び上面側の第２抵抗層が酸化された場合でも、抵抗素子全体の抵抗変動を抑制することが可能になるとされている。

特開平０６−０４５１０３号公報 特開２００１−１５０６８１号公報 特開２００９−０２１５０９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の薄膜抵抗体では、硼化物層の上に設けられる絶縁酸化膜中に含まれる酸素をＴｉ薄膜で吸収することはできるものの、特に、抵抗体のアニール時において、下方の絶縁酸化膜に含まれる酸素を硼化物層が吸収してしまい、抵抗体としての特性が低下するという問題がある。

また、特許文献２に記載の半導体装置においても、特許文献１に記載の薄膜抵抗体と同様、Ｔａ合金膜の上に設けられる絶縁酸化膜中に含まれる酸素を酸化防止膜で吸収することはできるものの、下方の絶縁酸化膜に含まれる酸素をＴａ合金膜が吸収してしまうという問題がある。

また、特許文献３に記載の半導体装置では、下層側に窒素濃度の高い第３抵抗層を配するとともに、上層側に窒素濃度の高い第２抵抗層を配し、絶縁酸化膜に含まれる酸素を吸収した際の影響を軽減できるものの、抵抗層を絶縁物に改質してしまう酸素を遮断する構成ではないことから、抵抗層の特性低下を効果的に防止することは困難であった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、絶縁酸化膜中に含まれる酸素が抵抗体に吸収されるのを抑制可能な、オーディオＬＳＩ用のＴａＮ抵抗体及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者等は上記問題点に関して鋭意検討を行った。この結果、ＴａＮ抵抗体の下部、即ち、酸化物からなる絶縁酸化膜との境界にＴｉ膜を設けることにより、アニール時に絶縁酸化膜中に含まれる酸素をＴｉ膜で吸収させ、Ｔａ膜及びＴａＮ膜への酸素の吸収を抑制することが可能となることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明に係るオーディオＬＳＩ用のＴａＮ抵抗体は、基板上に設けられた絶縁酸化膜の上に備えられ、Ｔｉ膜、Ｔａ膜及びＴａＮ膜が順次積層された抵抗膜からなることを特徴とする。
また、本発明に係るオーディオＬＳＩ用のＴａＮ抵抗体は、上記構成において、前記絶縁酸化膜が少なくともＳｉＯ_２を含有し、この絶縁酸化膜の上に形成された前記Ｔｉ膜に酸素が含まれる構成とすることができる。
また、本発明に係るオーディオＬＳＩ用のＴａＮ抵抗体は、集積回路化上の要求より、シート抵抗が１００〜３００Ω／□となるようにするため、上記構成において、前記Ｔｉ膜の厚さが２．０〜５．０ｎｍ、より好適には３．０〜４．０ｎｍであることが好ましい。また、Ｔａ膜とＴａＮ膜との合計の膜厚を１とした場合、これに対するＴｉ膜の膜厚を０．１〜０．２の比率とすることがさらに好ましい。
また、本発明に係るオーディオＬＳＩ用のＴａＮ抵抗体は、上記構成において、前記Ｔａ膜の厚さが１０〜２５ｎｍであるとともに、前記ＴａＮ膜の厚さが１０〜２５ｎｍであり、これらの合計厚さが２０〜５０ｎｍであることが好ましく、さらに、前記Ｔａ膜の厚さが１０〜１５ｎｍであるとともに、前記ＴａＮ膜の厚さが１０〜１５ｎｍであり、これらの合計厚さが２０〜３０ｎｍであることがより好ましい。
なお、ＴａＮ膜の窒素含有率としては、５〜３０％が好ましく、１０〜２０％がより好ましく、１６％を選択することが最も好適である。これは、オーディオ品質において、ＴＣＲ抵抗低温度依存性がほぼゼロとなるためである。

次に、本発明に係るオーディオＬＳＩ用のＴａＮ抵抗体の製造方法は、基板上に設けられた絶縁酸化膜の上にＴｉ膜、Ｔａ膜及びＴａＮ膜を順次積層して抵抗膜を形成する工程と、前記抵抗膜に対してランプアニールを施す工程と、を具備してなることを特徴とする。
また、本発明に係るオーディオＬＳＩ用のＴａＮ抵抗体の製造方法は、上記構成において、前記絶縁酸化膜として少なくともＳｉＯ_２を含有する膜を用いる方法とすることができる。
また、本発明に係るオーディオＬＳＩ用のＴａＮ抵抗体の製造方法は、上記構成において、前記抵抗膜を形成する工程が、前記Ｔｉ膜、Ｔａ膜及びＴａＮ膜の各々を、スパッタリング法を用いて形成することが好ましい。
また、本発明に係るオーディオＬＳＩ用のＴａＮ抵抗体の製造方法は、上記構成において、前記抵抗膜に対してランプアニールを施す工程は、６００〜１０００℃の温度、且つ、５〜３０秒の時間で行う条件とすることが好ましく、さらに、８００〜９５０℃℃の温度、且つ、５〜１０秒の時間で行う条件であることがより好ましい。

上記本発明に係るオーディオＬＳＩ用のＴａＮ抵抗体によれば、絶縁酸化膜中の酸素の拡散がＴｉ膜内でとどまり、Ｔａ膜及びＴａＮ膜に酸素が拡散することがない。これにより、Ｔａ膜及びＴａＮ膜において、その一部が酸化して絶縁物となるのを防止でき、ＥＭ耐性及びＣＭＲＲ特性に優れた、高音質のＴａＮ抵抗体が得られる。

また、上記本発明に係るオーディオＬＳＩ用のＴａＮ抵抗体の製造方法によれば、アニール時に絶縁酸化膜から抵抗膜側に拡散する酸素がＴｉ膜で吸収されるので、Ｔａ膜及びＴａＮ膜に酸素が拡散することがない。これにより、その後のランプアニールを施す工程において、絶縁酸化膜中の酸素がＴａ膜及びＴａＮ膜中に拡散して絶縁物が生成するのを抑制でき、ＥＭ耐性及びＣＭＲＲ特性に優れた、高音質のＴａＮ抵抗体を製造することが可能となる。

本発明に係るオーディオＬＳＩ用のＴａＮ抵抗体およびその製造方法によれば、絶縁酸化膜中に含まれる酸素が抵抗体に吸収されるのを抑制できるので、抵抗体としての特性を向上させることが可能となる。従って、ＥＭ耐性及びＣＭＲＲ特性に優れるとともに設計自由度が高く、音響機器等に好適な、高音質のＴａＮ抵抗体が実現できる。

本発明の実施形態に係るオーディオＬＳＩ用のＴａＮ抵抗体を備える半導体装置の断面図である。 本発明の実施形態に係るオーディオＬＳＩ用のＴａＮ抵抗体及びその製造方法について説明するグラフであり、ＴａＮ抵抗膜のエレクトロマイグレーション耐性を示す。 本発明の実施形態に係るオーディオＬＳＩ用のＴａＮ抵抗体及びその製造方法について説明するグラフであり、ＴａＮ抵抗膜のＣＭＲＲ特性を示す。 本発明に係るオーディオＬＳＩ用のＴａＮ抵抗体及びその製造方法の実施例について説明するグラフであり、ＴａＮ抵抗膜のエレクトロマイグレーション耐性を示す。 本発明に係るオーディオＬＳＩ用のＴａＮ抵抗体及びその製造方法の実施例について説明するグラフであり、（ａ）はＥＥＬＳ線分析結果、（ｂ）はＥＤＳ線分析結果を示す。 従来のＴａＮ抵抗体について説明するグラフであり、（ａ）はＥＥＬＳ線分析結果、（ｂ）はＥＤＳ線分析結果を示す。

以下に、本発明の実施形態であるオーディオＬＳＩ用のＴａＮ抵抗体及びその製造方法について、図１〜６を適宜参照しながら説明する。なお、以下の説明において参照する図は、ＴａＮ抵抗体等の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さ、寸法等は、実際のＴａＮ抵抗体等の寸法関係と異なる場合がある。

図１は、本実施形態のオーディオＬＳＩ用のＴａＮ抵抗体（以下、ＴａＮ抵抗体と略称することがある）の一例を示す断面模式図である。図１に示すＴａＮ抵抗体１０は、基板１１上に設けられた第１絶縁酸化膜（絶縁酸化膜）１２の上に、Ｔｉ膜１３、Ｔａ膜１４及びＴａＮ膜１５がこの順で積層された抵抗膜とされている。

また、図１に例示するＴａＮ抵抗体１０は、オーディオ用ＬＳＩである半導体装置１の回路中に備えられる抵抗体とされている。半導体装置１は、シリコン基板等からなる基板１１に図示略の種々のトランジスタ等が作り込まれてなる。さらに、基板１１の表面上には、第１絶縁酸化膜１２が形成され、この第１絶縁酸化膜１２上に、Ｔｉ膜１３が形成されている。そして、Ｔｉ膜１３上に、Ｔａ膜１４及びＴａＮ膜１５が積層されることにより、基板１１上の第１絶縁酸化膜１２の上に、ＴａＮ抵抗体１０が形成されている。

本実施形態のＴａＮ抵抗体１０は、その下に設けられる第１絶縁酸化膜１２が、例えば、少なくともＳｉＯ_２を含有する酸化膜であり、この上に、Ｔｉ膜１３、Ｔａ膜１４及びＴａＮ膜１５が順次積層されることで構成される。このような、ＳｉＯ_２、あるいは、ＳｉＯ_２の他にＢやＰを含むＢＰＳＧ等の材料は、半導体装置の層間膜として優れた絶縁性を備える一方、加熱時に内部の酸素を放出する特性がある。

ＴａＮ抵抗体１０上、並びに、ＴａＮ抵抗体１０の形成箇所を除いた第１絶縁酸化膜１２上の全面には、第２絶縁酸化膜１６が形成されている。また、この第２絶縁酸化膜１６には、ＴａＮ抵抗体１０に到達する２箇所のビアホールが形成されており、このビアホールの中に、アルミニウム、銅又はタングステン等の金属からなるビア１７ａ、１７ｂが、ＴａＮ抵抗体１０と接続するように設けられている。さらに、第２絶縁酸化膜１６上には、各々がビア１７ａ、１７ｂに接続される第１配線層１８ａがパターニング形成されている。この第１配線層１８ａにより、ＴａＮ抵抗体１０は、半導体装置１の回路中に設けられた薄膜抵抗体として接続される。

また、図１に示す例においては、第１絶縁酸化膜１２及び第２絶縁酸化膜１６を貫通するように、さらに、シリコンからなる基板１１に到達する２箇所のビアホールが形成されており、この内部に導電物質が埋め込まれることで、ビア１９ａ、１９ｂが基板１１と接続するように設けられている。そして、第２絶縁酸化膜１６上には、各々がビア１９ａ、１９ｂと接続される第１配線層１８ｂが形成されている。

また、第１配線層１８ａ、１８ｂ、及び、この第１配線層１８ａ、１８ｂの形成箇所を除いた第２絶縁酸化膜１６上の全面には、第３絶縁酸化膜２１が形成されている。また、この第３絶縁酸化膜２１には、第１配線層１８ｂに到達する２箇所のビアホールが形成されており、このビアホールの中に導電物質が埋め込まれることで、ビア２２ａ、２２ｂが第１配線層１８ｂと接続するように設けられている。さらに、第３絶縁酸化膜２１上には、各々がビア２２ａ、２２ｂに接続される第２配線層２３がパターニング形成されている。

次に、第２配線層２３上、及び、この第２配線層２３の形成箇所を除いた第３絶縁酸化膜２１上の全面には、第４絶縁酸化膜２５が形成されている。また、この第４絶縁酸化膜２５には、第２配線層２３に到達する２箇所のビアホールが形成されており、このビアホールの中には、第２配線層２３に接続するようにビア２６ａ、２６ｂが形成されている。そして、本実施形態では、第４絶縁酸化膜２５の上に、各々がビア２６ａ、２６ｂに接続される上部配線層２７が設けられている。

本実施形態のＴａＮ抵抗体１０は、まず、第１絶縁酸化膜１２の上にＴｉ膜１３が形成されており、その上に、Ｔａ膜１４及びＴａＮ膜１５が積層された抵抗膜とされている。このように、ＴａＮ抵抗体１０の下部、即ち、酸化物からなる第１絶縁酸化膜１２との境界にＴｉ膜１３を設けた積層構造を採用することにより、特に詳細を後述するアニール時に、第１絶縁酸化膜１２中に含まれる酸素をＴｉ膜１３で吸収させ、Ｔａ膜１４及びＴａＮ膜１５への酸素の吸収を抑制することが可能となる。これにより、第１絶縁酸化膜１２中に含まれる酸素のＴａ膜１４やＴａＮ膜１５への吸収が抑制され、これら抵抗膜の一部が酸化して絶縁物に改質されるのを防止でき、抵抗体としてのＥＭ耐性が高められる。従って、許容電流制限の緩和や撤廃が可能になるとともに、ＴａＮ抵抗体１０上のビア１７ａ、１７ｂによるメタル面積比のＥＭ耐性への影響が最小限となるので、金属配線でＴａＮ抵抗体１０上にメタルカバーを形成するというような設計上の制約が解消できる。
上記により、第１絶縁酸化膜１２の上に形成されたＴｉ膜１３は、第１絶縁酸化膜１２に由来する酸素も含むものとなる。

なお、本実施形態のＴａＮ抵抗体１０においては、第１絶縁酸化膜１２の上に成膜されるＴｉ膜１３の厚さが、２．０〜５．０ｎｍの範囲であることがより好ましく、３．０〜４．０ｎｍの範囲であることがより好適である。Ｔｉ膜１３の厚さが３．０ｎｍ以上であれば、第１絶縁酸化膜１２中に含まれる酸素を効果的に吸収する作用が安定して得られる。一方、Ｔｉ膜１３が厚すぎると、シート抵抗が小さくなり、抵抗体の面積が増加してしまう等のデメリットもあることから、その上限は５．０ｎｍとすることが好ましい。

また、Ｔａ膜１４の厚さは１０〜２５ｎｍの範囲とし、且つ、ＴａＮ膜１５の厚さを１０〜２５ｎｍの範囲とし、これらの合計厚さを２０〜５０ｎｍとすることが好ましい。さらに、Ｔａ膜１４の厚さを１０〜１５ｎｍの範囲とし、且つ、ＴａＮ膜１５の厚さを１０〜１５ｎｍの範囲とし、これらの合計厚さを２０〜３０ｎｍとすることが、抵抗体としての基本特性のみならず、非常に優れたＥＭ耐性及びＣＭＲＲ特性が得られる点からより好ましい。Ｔａ膜１４及びＴａＮ膜１５の厚さ、並びに、これらの合計厚さが上記範囲の下限未満だと、所望のＥＭ耐性やＣＭＲＲ特性が得られないおそれがある。また、各厚さが上記範囲の上限を超えると、工程時間が長くなって生産性が低下する。

本実施形態のような、ＴａＮ抵抗体１０の下部、即ち、第１絶縁酸化膜１２との境界にＴｉ層１３を設けた積層構造を採用することで、エレクトロマイグレーション（ＥＭ）耐性が向上する効果について、図２（ａ）、（ｂ）のグラフを参照しながら以下に説明する。この図２（ａ）、（ｂ）のグラフは、抵抗膜に、１７５℃の雰囲気温度において低電流を流し続けた際の抵抗変化率を示すものであり、ＥＭ耐性の指標となるものである。

図２（ｂ）のグラフに示すように、酸化物からなる絶縁酸化膜の上にＴａ膜及びＴａＮ膜を順次積層させた、従来の構成のＴａＮ抵抗体（ｎ＝５）では、最も早い試料では２００時間程度の通電時間で抵抗変化率が１０％を超えている。さらに、通電時間が１０００時間程度になると、全ての試料の抵抗変化率が１０％を超えていることから、従来の積層構造のＴａＮ抵抗体では、高いＥＭ耐性が得られないことがわかる。

一方、図２（ａ）のグラフに示すように、酸化物からなる絶縁酸化膜の上にＴｉ膜を設け、この上にＴａ膜及びＴａＮ膜を順次積層させてなる、本発明に係る積層構造を採用したＴａＮ抵抗体（ｎ＝５）では、１０００時間通電時の抵抗変化率が０．５％程度、２０００時間通電時の抵抗変化率が１．３％程度である。このように、本発明に係る積層構造を有するＴａＮ抵抗体の試料は、高温下での連続通電時においても温度変化率が小さく、ＥＭ耐性に優れていることが明らかである。

また、本実施形態のＴａＮ抵抗体１０では、上記積層構造を採用することにより、集積回路に組み込まれたオペアンプの同相信号除去比（ＣＭＲＲ）特性が向上するという効果が得られる。このように、ＣＭＲＲ特性が向上するということは、集積回路上の抵抗体の隣接ペア性が向上することを示している。図３（ａ）〜（ｃ）は、抵抗膜のＣＭＲＲ特性を示すグラフで、（ａ）はＴａ膜と絶縁酸化膜との間にＴｉ膜を設けた場合、（ｂ）はＴｉ膜が備えられていない従来の構成のＴａＮ抵抗膜の場合、（ｃ）は従来のポリシリコン抵抗体の場合を示すものである。

図３（ｂ）に示すように、酸化物からなる絶縁酸化膜の上にＴａ膜及びＴａＮ膜を順次積層させた、従来の構成のＴａＮ抵抗体は、ＣＭＲＲ特性が所定以上であるチップ数（個）が非常に少なく、ＣＭＲＲ特性に劣ることが明らかである。
また、図３（ｃ）に示すように、ポリシリコンからなる従来の構成の抵抗体においては、ＣＭＲＲ特性が所定以上であるチップ数（個）が比較的多く、ＣＭＲＲ特性については比較的高いことがわかる。

これらに対し、図３（ａ）に示すように、酸化物からなる絶縁酸化膜の上にＴｉ膜、Ｔａ膜及びＴａＮ膜を順次積層させてなる、本発明に係る積層構造を採用したＴａＮ抵抗体では、常温又は高温（１１５℃）に関わらず、ＣＭＲＲ特性が所定以上であるチップ数（個）が非常に多くなっている一方、ＣＭＲＲ特性の低いチップの割合は僅かとなっている。このように、本発明に係る積層構造を採用したＴａＮ抵抗体は、ＣＭＲＲ特性に優れている、すなわち、差動入力オペアンプの入力抵抗や帰還抵抗として用いられている集積回路上のＴａＮ抵抗体の隣接ペア性が向上していることがわかる。

次に、図１に示す本実施形態のＴａＮ抵抗体１０を製造する方法について詳述する。
本実施形態で説明する製造方法は、基板１１上に設けられた絶縁酸化膜１２の上にＴｉ膜１２、Ｔａ膜１４及びＴａＮ膜１５を順次積層して抵抗膜（ＴａＮ抵抗体）を形成する工程と、第１絶縁酸化膜１２上に積層された抵抗膜に対してランプアニールを施す工程と
を具備してなり、概略構成される。また、本実施形態においては、さらに、Ｔｉ膜１３上にＴａ膜１４とＴａＮ膜１５とを順次積層した後、パターン形成することで抵抗膜（ＴａＮ抵抗体）を形成する工程と、ランプアニールを施す工程の後、第１絶縁酸化膜１２上に、ＴａＮ抵抗体１０に接続されるビア（電極）１７ａ、１７ｂを形成する工程とを具備する。また、本実施形態では、上述したような半導体装置１に備えられるＴａＮ抵抗体１０を製造する場合について説明する。

まず、本実施形態においては、シリコン基板等からなる基板１１に、図示略の種々のトランジスタ等を作り込む。
次いで、図１に示すように、基板１１の表面上に第１絶縁酸化膜１２を形成する。この際、第１絶縁酸化膜１２の材料としては、少なくともＳｉＯ_２を含有する酸化膜、例えば、ＳｉＯ_２、あるいは、ＳｉＯ_２の他にＢやＰを含むＢＰＳＧ等を用いる。

次いで、抵抗膜を形成する工程においては、第１絶縁酸化膜１２上に、ＴａＮ抵抗体１０を、所定の寸法及び形状になるようにパターン形成する。
具体的には、例えば、第１絶縁酸化膜１２上の全面に、Ｔｉ膜をスパッタリング法によって成膜した後、このＴｉ膜上に、さらにＴａ膜及びＴａＮ膜を成膜する。そして、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、第１絶縁酸化膜１２上の全面に積層されたＴｉ膜、Ｔａ膜及びＴａＮ膜をエッチングする。この際、第１絶縁酸化膜１２がエッチングストッパとして機能する。
このような手順により、第１絶縁酸化膜１２上に、Ｔｉ膜１３、Ｔａ膜１４及びＴａＮ膜１５が順次積層されてなる抵抗膜をパターン形成する。

次いで、第１絶縁酸化膜１２上に積層された上記の抵抗膜に対し、ランプアニールを施す。
具体的には、ハロゲンランプ等を用いて、例えば、アニール温度を６００〜１０００℃とするとともに、アニール時間を５〜３０秒とした条件、より好適には、アニール温度を８００〜９５０℃とするとともに、アニール時間を５〜１０秒とした条件で、抵抗膜に対してランプアニールを施す。このような条件のランプアニールにより、第１絶縁酸化膜１２内に含有される酸素を、Ｔｉ膜内で吸収させることができる。このような手順により、基板１１上の第１絶縁酸化膜１２の上に、ＴａＮ抵抗体１０を形成する。

次いで、ＴａＮ抵抗体１０上、並びに、ＴａＮ抵抗体１０の形成箇所を除いた第１絶縁酸化膜１２上の全面に、第２絶縁酸化膜１６を形成する。この第２絶縁酸化膜１６には、第１絶縁酸化膜１２と同じ材料を用いることができる。
次いで、第２絶縁酸化膜１６に、この第２絶縁酸化膜１６を貫通してＴａＮ抵抗体１０に到達する２箇所のビアホールを、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って形成する。そして、このビアホールの中に、アルミニウム、銅又はタングステン等の金属材料をスパッタリング法又はＣＶＤ（化学的気相成長法）法によって堆積させることにより、ＴａＮ抵抗体１０と接続するようにビア１７ａ、１７ｂを形成する。
次いで、第１絶縁酸化膜１２及び第２絶縁酸化膜１６を貫通するように、さらに、シリコンからなる基板１１に到達する２箇所のビアホールを、上記同様のエッチング法によって形成する。そして、このビアホールの内部に、上記同様の材料並びに手順によって金属材料を埋め込み、基板１１と接続するようにビア１９ａ、１９ｂを形成する。

次いで、第２絶縁酸化膜１６上に、各々がビア１７ａ、１７ｂに接続するように第１配線層１８ａを、また、各々がビア１９ａ、１９ｂに接続するように第１配線層１８ｂを、それぞれパターニング形成する。
具体的には、第２絶縁酸化膜１６上に、アルミニウム又は銅からなる金属層を常法の成膜手段によって形成した後、レジストパターンを用いた常法により、金属層を所望の配線パターンにパターニング形成する。

次いで、第１配線層１８ａ、１８ｂ、及び、この第１配線層１８ａ、１８ｂの形成箇所を除いた第２絶縁酸化膜１６上の全面に、第１絶縁酸化膜１２及び第２絶縁酸化膜１６と同じ材料を用いて、第３絶縁酸化膜２１を形成する。
次いで、第３絶縁酸化膜２１に、上記同様のエッチング法により、第１配線層１８ｂに到達する２箇所のビアホールを形成する。そして、このビアホールの中に、上記同様の材料並びに手順によって金属材料を埋め込むことで、第１配線層１８ｂと接続するようにビア２２ａ、２２ｂを形成する。

次いで、第３絶縁酸化膜２１上に、第２配線層２３を、各々がビア２２ａ、２２ｂに接続されるように形成する。この際、上述した第１配線層１２を形成する際と同様の手順及び材料により、第２配線層２３を所望の配線パターンでパターニング形成することができる。

次いで、第２配線層２３上、及び、この第２配線層２３の形成箇所を除いた第３絶縁酸化膜２１上の全面に、上記した第１絶縁酸化膜１２、第２絶縁酸化膜１６及び第３絶縁酸化膜２１と同じ材料を用いて第４絶縁酸化膜２５を形成する。
次いで、第４絶縁酸化膜２５に、上記同様のエッチング法により、第２配線層２３に到達する２箇所のビアホールを形成した後、このビアホールの中に、上記同様の材料並びに手順によって金属材料を埋め込むことで、第２配線層２３に接続するようにビア２６ａ、２６ｂを形成する。

そして、本実施形態では、第４絶縁酸化膜２５の上に、上述した第１配線層１２及び第２配線層２３を形成する際と同様の手順及び材料により、各々がビア２６ａ、２６ｂに接続される上部配線層２７を、所望の配線パターンでパターニング形成することができる。
以上のような手順により、本実施形態のＴａＮ抵抗体１０を備える半導体装置１を製造することができる。

本実施形態の製造方法によって得られるＴａＮ抵抗体１０は、第１絶縁酸化膜１２の上に、Ｔｉ膜１３、Ｔａ膜１４及びＴａＮ膜１５が順次積層された構造の抵抗膜が、上記条件のランプアニールによって熱処理されることで形成されたものである。このようなＴａＮ抵抗体１０は、第１絶縁酸化膜１２に含まれる酸素がＴｉ膜１３内で吸収され、Ｔａ膜１４及びＴａＮ膜１５に吸収されるのが抑制されているので、これら各層の抵抗のばらつきや、分布の改善ができるので、ＥＭ耐性及びＣＭＲＲ特性に優れたものとなる。

なお、本実施形態においては、Ｔｉ膜１３の上に、Ｔａ膜１４及びＴａＮ膜１５をこの順で積層した構造を説明しているが、本発明において特に限定されるものではなく、例えば、Ｔｉ膜１３の直上にＴａＮ膜１５を形成し、その上にＴａ膜１４を積層しても良い。
また、本実施形態においては、ＴａＮ抵抗体１０を、最下層の第１絶縁酸化膜１２と第２絶縁酸化膜１６との間に設けた例を説明しているが、これには限定されず、例えば、図示を省略するが、最上層の第３絶縁酸化膜２１と第４絶縁酸化膜２５との間に設けても良い。このように、ＴａＮ抵抗体１０を配置する絶縁酸化膜は任意であり、最下層には限定されず、配置位置の選択の余裕度等により、適宜、設計することが可能である。

以上説明したような、本発明に係るオーディオＬＳＩ用のＴａＮ抵抗体１０によれば、基板１１上に設けられた第１絶縁酸化膜１２の上に備えられ、抵抗膜を構成するＴａ膜１４との間にＴｉ膜１３が設けられた構成なので、アニール時に第１絶縁酸化膜１２中から拡散する酸素がＴｉ膜１３内でとどめられ、Ｔａ膜１４及びＴａＮ膜１５への酸素の拡散が抑制されるので、これらＴａ膜１４及びＴａＮ膜１５の一部が酸化して絶縁物となるのを防止できる。これにより、抵抗体としてのＥＭ耐性が高められるので、許容電流制限の緩和や撤廃が可能になるとともに、ＴａＮ抵抗体１０上のメタル面積比によるＥＭ耐性への影響が最小限となるので、配線層によってＴａＮ抵抗体１０上にメタルカバーを形成するような設計上の制約が解消できる。従って、ＥＭ耐性及びＣＭＲＲ特性に優れるとともに設計自由度が高く、音響機器等に好適な、高音質のＴａＮ抵抗体１０が得られる。
また、第１絶縁酸化膜１２が少なくともＳｉＯ_２を含有する膜である場合でも、Ｔｉ膜１３が第１絶縁酸化膜１２から拡散する酸素を吸収することで、Ｔａ膜１４及びＴａＮ膜１５の一部が絶縁物となるのを確実に防止できる。
また、Ｔｉ膜１３の厚さは、シート抵抗が下がりすぎないように、２．０〜５．０ｎｍ、より好適には３．０〜４．０ｎｍとし、さらに、Ｔａ膜とＴａＮ膜との合計の膜厚を１とした場合の、これに対するＴｉ膜の膜厚を０．１〜０．２の範囲とすることで、第１絶縁酸化膜１２中の酸素をＴｉ膜１３内でより確実に吸収することができ、Ｔａ膜１４及びＴａＮ膜１５の一部が絶縁物となるのをより効果的に防止することが可能となる。
また、Ｔａ膜１４の厚さを１０〜２５ｎｍの範囲にするとともに、ＴａＮ膜１５の厚さを１０〜２５ｎｍの範囲、これらの合計厚さを２０〜５０ｎｍとし、より好適には、Ｔａ膜１４の厚さを１０〜１５ｎｍの範囲とするとともに、ＴａＮ膜１５の厚さを１０〜１５ｎｍの範囲とし、これらの合計厚さを２０〜３０ｎｍとすることで、ＥＭ耐性及び同相信号除去比特性をより効果的に防止でき、また、より高音質のＴａＮ抵抗体１０が得られる。

また、本発明に係るオーディオＬＳＩ用のＴａＮ抵抗体１０の製造方法によれば、第１絶縁酸化膜１２上にＴｉ膜１３を形成し、このＴｉ膜１３上にＴａ膜１４とＴａＮ膜１５とを順次積層した後、この抵抗膜に対してランプアニールを施す工程を備えた方法なので、アニール時に第１絶縁酸化膜１２から抵抗膜側に拡散する酸素をＴｉ膜１３で吸収し、Ｔａ膜１４及びＴａＮ膜１５に酸素が拡散するのを抑制できる。これにより、Ｔａ膜１４及びＴａＮ膜１５に酸素が拡散して絶縁物が生成するのを防止できるので、ＥＭ耐性及びＣＭＲＲ特性に優れるとともに設計自由度が高く、音響機器等に好適な高音質のＴａＮ抵抗体１０を製造することが可能となる。
また、抵抗膜を形成する工程において、Ｔｉ膜１３、Ｔａ膜１４及びＴａＮ膜１５を、スパッタリング法を用いて形成することにより、膜厚を適正に制御しながら良好な特性を有する抵抗膜を成膜できる。
また、ランプアニールを施す工程において、６００〜１０００℃の温度、且つ、５〜３０秒の時間で行う条件、より好適には、８００〜９５０℃の温度、且つ、５〜１０秒の時間で行う条件とすることで、第１絶縁酸化膜１２内に含有される酸素が拡散されるのをＴｉ膜１３内で効果的に停止させ、Ｔａ膜１４及びＴａＮ膜１５に酸素が拡散して絶縁物が生成されるのを確実に防止できる。

本発明に係るオーディオＬＳＩ用のＴａＮ抵抗体１０は、例えば、オーディオアンプを始めとする音響製品等に用いられる半導体装置において、特に、アナログ音声信号が流れる回路中に配置される抵抗素子に適用することで、聴感上の音質向上効果が得られる。音響製品等においてアナログ音声信号が流れる回路は、特に、抵抗素子の特性によって音質が大きく左右される。このようなアナログ音声回路、例えば、電力増幅回路の抵抗回路網は、その分割比（分圧比）によって回路のゲインが変動するので、分割比が温度や電圧によって変動しないことが重要である。このようなアナログ音声回路を備える半導体装置等に、ＥＭ耐性及びＣＭＲＲ特性に優れた本発明に係るオーディオＬＳＩ用のＴａＮ抵抗体１０を適用することにより、非常に顕著な音質向上効果が得られることが明らかである。

以下に、本発明に係るオーディオＬＳＩ用のＴａＮ抵抗体及びその製造方法について、実施例によってさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。

［実施例］
本実施例では、上述した製造方法の各工程により、基板１１上に第１絶縁酸化膜１２を形成した後、この上にＴａＮ抵抗膜１０を形成した（ｎ＝１７４）。

「ＴａＮ抵抗体の形成」
まず、基板１１表面全体に、ＳｉＯ_２を含有するＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｇｌａｓｓ）を用い、従来公知の方法で第１絶縁酸化膜１２を成膜した。そして、第１絶縁酸化膜１２の上にＴｉ膜１３を成膜した後、さらに、Ｔａ膜１４とＴａＮ膜１５をこの順で成膜し、積層抵抗膜を形成した。この際の成膜条件は、以下の通りである。

＜Ｔｉ膜の成膜条件＞
（１）アルゴンガス流量：４０ｓｃｃｍ、（２）ガス圧：３ｍＴｏｒｒ、（３）投入電力：０．５ｋｗ、（４）基板温度：１５０℃、（５）スパッタ時間：４．０秒

＜Ｔａ膜の成膜条件＞
（１）アルゴンガス流量：７５ｓｃｃｍ、（２）ガス圧：５ｍＴｏｒｒ、（３）投入電力：３．０ｋｗ、（４）基板温度：３５０℃、（５）スパッタ時間：１．５秒

＜ＴａＮ膜の成膜条件＞
（１）ガス流量：アルゴンガス＝６３ｓｃｃｍ；窒素ガス＝１２ｓｃｃｍ、（２）全ガス圧：５ｍＴｏｒｒ、（３）窒素ガスの分圧比：１６％（窒素ガス分圧＝０．８ｍＴｏｒｒ）、（４）投入電力：３．０ｋｗ、（５）基板温度：３５０℃、（６）スパッタ時間：１．５秒

上記成膜条件によって各層を成膜したところ、Ｔｉ膜１３は３０Å、Ｔａ膜１４は１００Å、ＴａＮ膜１５も１００Åの厚さで形成されていた。また、積層した抵抗膜は、常法のエッチング法により、長さ：３０μｍ、幅：２μｍにパターン形成した。

「抵抗膜のランプアニール：ＴａＮ抵抗体の形成」
上記条件及び手順で形成された抵抗膜に対し、以下の条件でランプアニールを施し、ＴａＮ抵抗体を得た。
（１）使用ランプ：ハロゲンランプ、（２）ランプと抵抗膜との距離：４０ｍｍ、（３）アニール温度：９５０℃、（４）アニール時間：５秒

「評価項目」
上記各条件及び手順によって得られたＴａＮ抵抗体のサンプルについて、以下に説明するような評価試験を行った。

＜エレクトロマイグレーション耐性：ＥＭ耐性＞
上記のＴａＮ抵抗体１０のサンプルについて、ＥＭ耐性の評価試験を行った。具体的には、１７５℃の雰囲気温度において１．３ｍＡの低電流を印加し続けた際の、この通電時間に対する抵抗変化率を測定した。この抵抗変化率は、ＥＭ耐性を示す指標となるものである。
そして、抵抗変化率の測定結果について、通電時間を横軸、抵抗変化率を縦軸として、図４（ａ）に示した。

＜ＥＥＬＳ線分析並びにＥＤＳ分析＞
上記のＴａＮ抵抗体１０のサンプルについて、電子エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ． Ｅｎｅｒｇｙ−Ｌｏｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）により、膜厚方向における励起スペクトルを分析した。この際、電子エネルギー損失分光器として、日立ハイテクノロジーズ社製（製品番号：ＨＤ−２７００）のものを用い、ＴａＮ抵抗体１０の膜厚方向でスキャニングした。そして、この励起スペクトルの分析結果を、膜厚方向の位置を横軸、励起スペクトル強度を縦軸として、図５（ａ）のグラフに示した。

さらに、ＴａＮ抵抗体１０のサンプルについて、エネルギー分散型分光法（ＥＤＳ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−Ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により、膜厚方向における組成（元素）分布を測定した。そして、この分析結果を、膜厚方向の位置を横軸、組成（原子％）を縦軸として、図５（ｂ）のグラフに示した。

「歩留評価」
またさらに、集積回路に適用したＴａＮ抵抗体１０を用いたオーディオ用ＬＳＩのサンプルについて、通常の半導体製造工程において用いられる試験装置により、ウェハ段階のテスト工程であるダイソートを行い、歩留まりについて評価した。この際、ＰＦ（Ｐｒｅ−Ｆｉｎａｌ Ｔｅｓｔ）においては、１１５℃の雰囲気温度中で通電試験を行い、ＦＴ（Ｆｉｎａｌ Ｔｅｓｔ）においては、常温で通電試験を行った。そして、歩留評価の結果を下記表２に示した。

［比較例］
基板上に形成した絶縁酸化膜上に、Ｔｉ膜を設けずに、Ｔａ膜及びＴａＮ膜を順次積層した点を除き、上記実施例と同様の手順で従来の構成のＴａＮ抵抗体を作製し、抵抗変化率、ＥＥＬＳ線分析及びＥＤＳ分析について上記同様の評価を行った。
そして、抵抗変化率の測定結果について、図４（ｂ）に示すとともに、ＥＥＬＳ線分析結果を図６（ａ）のグラフに示し、さらに、ＥＤＳ分析結果を図６（ｂ）のグラフに示した。

上記実施例及び比較例で作製した抵抗体のサンプルの仕様一覧を下記表１に示すとともに、上記実施例における歩留評価の結果を下記表２に示す。

［評価結果］
表１に示すように、本発明の製造方法によって得られ、本発明で規定する積層構造、即ち、基板上の絶縁酸化膜の上に、Ｔｉ膜、Ｔａ膜及びＴａＮ膜が順次積層された構成を有するＴａＮ抵抗体１０は、図４（ａ）に示すように、ＥＭ耐性に優れていることが明らかである。また、先に説明するとともに、図３（ａ）にも示したように、本発明の実施例に係るＴａＮ抵抗体１０は、このＴａＮ抵抗体を集積回路化したオーディオ用オペアンプの性能を表す一つの指標としてのＣＭＲＲ特性においても、非常に優れていることが明らかである。
なお、本発明の実施例におけるＴａＮ抵抗体１０は、図５（ａ）、（ｂ）に示すＥＥＬＳ線分析及びＥＤＳ分析の結果より、上層側から、Ｔａ酸化膜／ＴａＮ膜／Ｔａ・Ｔｉ酸化膜が形成されているものと見られる。従って、基板１１上の第１絶縁酸化膜１２の上に形成されたＴｉ膜１３が、第１絶縁酸化膜１２に含まれる酸素を効果的に吸収しているものと考えられる。

また、本発明の実施例におけるＴａＮ抵抗体１０を集積回路に用いたサンプルでは、ウェハ段階のテスト工程であるダイソートにおける歩留まりが、ＰＦ（Ｐｒｅ−Ｆｉｎａｌ Ｔｅｓｔ）で９９．４％、ＦＴ（Ｆｉｎａｌ Ｔｅｓｔ）で９３．１％であった。

これに対し、比較例のＴａＮ抵抗体では、図４（ｂ）に示すように、上記実施例に較べて抵抗変化率が著しく大きいことから、ＥＭ耐性に劣ることが明らかである。また、先に説明するとともに、図３（ｂ）にも示したように、絶縁酸化膜とＴａ膜との間にＴｉ膜が設けられていない従来の構成のＴａＮ抵抗体は、ＣＭＲＲ特性が劣っていることが明らかである。
また、比較例１のＴａＮ抵抗体では、図６（ａ）、（ｂ）に示すＥＥＬＳ線分析及びＥＤＳ分析の結果より、上層側から、Ｔａ酸化膜／ＴａＮ膜／Ｔａ酸化膜が形成されているものと考えられる。ここで、最下層のＴａ酸化膜は、絶縁酸化膜に含まれる酸素が、Ｔａ膜に吸収されたものと考えられる。

以上の結果により、本発明のオーディオＬＳＩ用のＴａＮ抵抗体が、酸化物からなる層間絶縁物からの酸素の吸収を効果的に抑制でき、ＥＭ耐性及びＣＭＲＲ特性に優れていることが明らかである。

本発明のオーディオＬＳＩ用のＴａＮ抵抗体は、特に、オーディオアンプに用いられる半導体装置において、特に、アナログ音声信号が流れる回路中に配置される抵抗素子に適用することで、聴感上の音質向上効果が顕著となることから、オーディオ用ＬＳＩ等に用いられるＴａＮ抵抗体として非常に有益である。

１…半導体装置、
１０…ＴａＮ抵抗体、
１１…基板、
１２…第１絶縁酸化膜（絶縁酸化膜）、
１３…Ｔｉ膜、
１４…Ｔａ膜、
１５…ＴａＮ膜、
１６…第２絶縁酸化膜、
１７ａ、１７ｂ…ビア（電極）、
１９ａ、１９ｂ、２２ａ、２２ｂ、２６ａ、２６ｂ…ビア、
１８ａ、１８ｂ…第１配線層（電極）、
２１…第３絶縁酸化膜、
２３…第２配線層、
２５…第４絶縁酸化膜、
２７…上部配線層、

Claims (8)

1. 基板上に設けられた絶縁酸化膜の上に備えられ、Ｔｉ膜、Ｔａ膜及びＴａＮ膜が順次積層された抵抗膜からなることを特徴とするオーディオＬＳＩ用のＴａＮ抵抗体。
2. 前記絶縁酸化膜が少なくともＳｉＯ_２を含有し、この絶縁酸化膜の上に形成された前記Ｔｉ膜に酸素が含まれることを特徴とする請求項１に記載のオーディオＬＳＩ用のＴａＮ抵抗体。
3. 前記Ｔｉ膜の厚さが３．０〜４．０ｎｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のオーディオＬＳＩ用のＴａＮ抵抗体。
4. 前記Ｔａ膜の厚さが１０〜１５ｎｍであるとともに、前記ＴａＮ膜の厚さが１０〜１５ｎｍであり、これらの合計厚さが２０〜３０ｎｍであることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のオーディオＬＳＩ用のＴａＮ抵抗体。
5. 基板上に設けられた絶縁酸化膜の上にＴｉ膜、Ｔａ膜及びＴａＮ膜を順次積層して抵抗膜を形成する工程と、
   前記抵抗膜に対してランプアニールを施す工程と、
   を具備してなることを特徴とするオーディオＬＳＩ用のＴａＮ抵抗体の製造方法。
6. 前記絶縁酸化膜が少なくともＳｉＯ_２を含有することを特徴とする請求項５に記載のオーディオＬＳＩ用のＴａＮ抵抗体の製造方法。
7. 前記抵抗膜を形成する工程は、前記Ｔｉ膜、Ｔａ膜及びＴａＮ膜を、スパッタリング法で形成することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のオーディオＬＳＩ用のＴａＮ抵抗体の製造方法。
8. 前記抵抗膜に対してランプアニールを施す工程は、８００〜９５０℃の温度、且つ、５〜１０秒の時間で行う条件であることを特徴とする請求項５〜請求項７の何れか１項に記載のオーディオＬＳＩ用のＴａＮ抵抗体の製造方法。

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