薄膜抵抗体を備えた半導体装置の製造方法
【課題】ＴＣＲ値が小さく、実用上必要な膜厚を確保できるＴａＮ膜からなる薄膜抵抗体を、その配線形成時のＴａＮ膜の損傷を防止して形成できる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体素子が形成された半導体基板上に第１層間絶縁膜を形成し、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１０％として、第１スパッタリングにより、前記第１層間絶縁膜上に窒化タンタル膜を形成する。その後、第１層間絶縁膜上に形成した第２層間絶縁膜に窒化タンタル膜に至るビアホールを湿式エッチングにより形成し、第２スパッタリングにより金属膜を堆積して前記ビアホール内に金属膜を形成し、前記窒化タンタル膜に接続するビアを設ける。
【解決手段】半導体素子が形成された半導体基板上に第１層間絶縁膜を形成し、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１０％として、第１スパッタリングにより、前記第１層間絶縁膜上に窒化タンタル膜を形成する。その後、第１層間絶縁膜上に形成した第２層間絶縁膜に窒化タンタル膜に至るビアホールを湿式エッチングにより形成し、第２スパッタリングにより金属膜を堆積して前記ビアホール内に金属膜を形成し、前記窒化タンタル膜に接続するビアを設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、良好なＴＣＲ（抵抗値温度係数）特性を保持したＴａＮ膜からなる薄膜抵抗体を備えた半導体装置の製造方法に関し、特に、高抵抗の薄膜抵抗体の配線方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３４２７０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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であって、ＴＣＲ値が小さく、実用上必要な膜厚を確保できるＴａＮ膜からなる薄膜抵抗体を、その配線形成時のＴａＮ膜の損傷を防止して形成できる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る薄膜抵抗体を備えた半導体装置の製造方法は、
半導体基板に半導体素子を形成する工程と、
前記半導体基板上に第１層間絶縁膜を形成する工程と、
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１０％として、第１スパッタリングにより、前記第１層間絶縁膜上に窒化タンタル膜を形成する工程と、
前記窒化タンタル膜を含む前記第１層間絶縁膜上に第２層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第２層間絶縁膜にこれを貫通して前記窒化タンタル膜に至るビアホールを湿式エッチングにより形成する工程と、
第２スパッタリングにより金属膜を堆積して前記ビアホール内に金属膜を形成し、前記窒化タンタル膜に接続するビアを設ける工程と、
を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明においては、ビアホールを湿式エッチングにより形成するので、ビアホール形成時に第２層間絶縁膜の下層の窒化タンタル膜を損傷させることが抑制される。また、窒化タンタル膜の形成時に、基板温度及び窒素ガス分圧比を調整することにより、得られた窒化タンタル膜の抵抗値温度係数ＴＣＲを、−５０乃至＋５０ｐｐｍ／℃に制御することができる。
【００１４】
また、前記第１スパッタリング工程において、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、前記窒化タンタル膜のシート抵抗を１００Ω／□以上とすることができる。これにより、窒化タンタル膜の厚さを１０００Å以上と厚くしても、十分に高い抵抗値を得ることができる。
【００１５】
更に、前記第１スパッタリングは、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、（１／１６５）Ｔ＋（９５／３３）≦ｍ≦（１／６６）Ｔ＋（１５５／３３）を満たすように、決定することが好ましい。これにより、前記窒化タンタル膜の抵抗値温度係数ＴＣＲを、−５０乃至＋５０ｐｐｍ／℃、厚さを１０００Å以上とすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、窒化タンタル（ＴａＮ）膜のスパッタリングによる形成時に、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℃の範囲に調整することにより、ＴａＮ膜のＴＣＲを−５０乃至＋５０ｐｐｍ／℃に制御することができる。そして、第２層間絶縁膜に対して窒化タンタル膜に到達するビアホールを湿式エッチングにより形成するので、ビアホールを掘っていくときに窒化タンタル膜を損傷してしまうことが抑制される。また、スパッタリング時のパワーを２．５ｋＷ以下とした場合は、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。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る抵抗膜を示す断面図である。
【図２】基板温度Ｔと窒素分圧比との相関関係を示すグラフ図である。
【図３】ＶＣＲとＴＣＲとの関係を示すグラフ図である。
【図４】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。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。即ち、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。
【００２１】
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。例えば、前記ビアホール内にＷをＣＶＤにより堆積し、このＷをエッチバックすることによりＷプラグを形成し、更にＡｌをスパッタリングすることにより、ビア及び配線を形成することができる。
【００２２】
一方、ＴａＮ膜２に対する配線形成については、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。
【００２３】
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、ビア３ａ，３ｂを形成する。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。
【００２４】
本実施形態においては、高抵抗抵抗体としてのＴａＮ膜２を、スパッタリングにより形成し、こ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、ＴａＮ膜２のＴＣＲを制御する。また、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２のシート抵抗を１００Ω／□以上に高抵抗化する。
【００２５】
即ち、ＴａＮ膜２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２の成膜速度を低下させ、形成されるＴａＮ膜２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２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／□以上の高抵抗である膜質を有するＴａＮ膜２を得ることができる。
【００２６】
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、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、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、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、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２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、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、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。
【００２７】
次に、ＴＣＲの調整方法について説明する。ＴａＮ膜２を、基板温度を常温から３５０℃までの温度に設定し、窒素ガス分圧比を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、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。
【００２８】
基板温度を上げると、得られたＴａＮ膜２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２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、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。
【００２９】
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５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。
【００３０】
なお、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、例えば５ｍＴｏｒｒである。このスパッタリングガスの流量は、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、例えば０．５〜３ｋＷである。
【００３１】
【数１】
【００３２】
【数２】
これらの数式から、下記数式３，４が成立する。
【００３３】
【数３】
【００３４】
【数４】
【００３５】
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、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、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、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、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、ＴＣＲ値を調整してもよい。
【００３６】
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。
【００３７】
【数５】
【００３８】
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、薄膜抵抗体としてのＴａＮ膜２の抵抗値が高いと共に、このときの抵抗値は、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。
【００３９】
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２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。
【００４０】
而して、ＴａＮ膜は、ＴＣＲ（抵抗の温度特性）とＶＣＲ（抵抗の電圧特性）との間に、相関関係をもつ。即ち、本発明者等は、図３に示すように、ＴＣＲ（ｘ）とＶＣＲ（ｙ）との間に、ＴＣＲが小さくなれば、それに比例してＶＣＲも小さくなり、ｙ＝２．８３ｘという関係式が成立することを、実験的に知見した。但し，ＴＣＲ及びＶＣＲの単位は、夫々ｐｐｍ／℃及びｐｐｍ／Ｖである。
【００４１】
一般のオーディオアンプを含む集積回路においては、その回路中に使用される抵抗膜は印加される電圧に応じて抵抗の絶対値が変化する固有のＶＣＲ特性を有している。このようなＶＣＲ特性を有する抵抗体を使用したオーディオアンプを含む集積回路においては、オーディオ信号（音量）に応じて、その回路中に流れる電気信号の電圧振幅は大きく変化する。この電圧振幅に対して、回路中に用いられる抵抗値の絶対値が変化すると、最終的にこのアンプから出力されるオーディオ信号は、抵抗値の変化分の歪みが乗った歪んだ音として、再生されることとなる。一方，回路中に使用される抵抗体のＶＣＲが小さければ小さいほど、電気信号の電圧振幅に対する抵抗値の絶対値の変化は小さくなるため、最終的にこのアンプから出力されるオーディオ信号の歪みは小さくなり、アンプのオーディオ特性が良くなる。
【００４２】
例えば、電源電圧が６Ｖで駆動されるオーディオアンプの場合を考えてみると、ＶＣＲを仮に１５０ｐｐｍ／Ｖとすれば、抵抗成分による歪み率は、０．０９％となる。一般に、このような大音量においてさえ、歪み率が０．１％以下であれば、一般のユーザには十分に小さい歪み率のアンプと考えられるため、このような小さなＶＣＲを有する抵抗体をオーディオアンプに使用することにより、オーディオアンプに要求される歪み率を十分に小さくすることが可能となる。
【００４３】
上述のように、１５０ｐｐｍ／Ｖよりも小さなＶＣＲ特性を有するＴａＮ膜は、高音質抵抗膜ということができる。これを、図３を使用して、ＴＣＲの値に変換すると、５３ｐｐｍ／℃となる。前述のごとく、図２のｍ１とｍ２との間の窒素ガス分圧比−基板温度特性を有している場合は、ＴＣＲが±５０ｐｐｍ／℃の範囲内であるので、ＶＣＲも±１５０ｐｐｍ／Ｖの範囲内になり、高音質のオーディオ用抵抗膜となる。
【００４４】
なお、この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。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の製造方法は、基板温度及び窒素ガス分圧比を調節してＴＣＲが小さいＴａＮ膜からなる薄膜抵抗体を得ることができ、更に、スパッタリングパワーを低くすることにより、前記ＴａＮ膜からなる薄膜抵抗体を高抵抗化することができると共に、配線のためのビアホールを湿式エッチングにより形成するので、ＴａＮ膜のエッチングによる損傷を防止することができる。このため、本発明は、ＴＣＲが小さく高抵抗の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。更に、ＴａＮ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値が小さい高抵抗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。
【符号の説明】
【００４６】
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
【技術分野】
【０００１】
本発明は、良好なＴＣＲ（抵抗値温度係数）特性を保持したＴａＮ膜からなる薄膜抵抗体を備えた半導体装置の製造方法に関し、特に、高抵抗の薄膜抵抗体の配線方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３４２７０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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であって、ＴＣＲ値が小さく、実用上必要な膜厚を確保できるＴａＮ膜からなる薄膜抵抗体を、その配線形成時のＴａＮ膜の損傷を防止して形成できる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る薄膜抵抗体を備えた半導体装置の製造方法は、
半導体基板に半導体素子を形成する工程と、
前記半導体基板上に第１層間絶縁膜を形成する工程と、
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１０％として、第１スパッタリングにより、前記第１層間絶縁膜上に窒化タンタル膜を形成する工程と、
前記窒化タンタル膜を含む前記第１層間絶縁膜上に第２層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第２層間絶縁膜にこれを貫通して前記窒化タンタル膜に至るビアホールを湿式エッチングにより形成する工程と、
第２スパッタリングにより金属膜を堆積して前記ビアホール内に金属膜を形成し、前記窒化タンタル膜に接続するビアを設ける工程と、
を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明においては、ビアホールを湿式エッチングにより形成するので、ビアホール形成時に第２層間絶縁膜の下層の窒化タンタル膜を損傷させることが抑制される。また、窒化タンタル膜の形成時に、基板温度及び窒素ガス分圧比を調整することにより、得られた窒化タンタル膜の抵抗値温度係数ＴＣＲを、−５０乃至＋５０ｐｐｍ／℃に制御することができる。
【００１４】
また、前記第１スパッタリング工程において、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、前記窒化タンタル膜のシート抵抗を１００Ω／□以上とすることができる。これにより、窒化タンタル膜の厚さを１０００Å以上と厚くしても、十分に高い抵抗値を得ることができる。
【００１５】
更に、前記第１スパッタリングは、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、（１／１６５）Ｔ＋（９５／３３）≦ｍ≦（１／６６）Ｔ＋（１５５／３３）を満たすように、決定することが好ましい。これにより、前記窒化タンタル膜の抵抗値温度係数ＴＣＲを、−５０乃至＋５０ｐｐｍ／℃、厚さを１０００Å以上とすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、窒化タンタル（ＴａＮ）膜のスパッタリングによる形成時に、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℃の範囲に調整することにより、ＴａＮ膜のＴＣＲを−５０乃至＋５０ｐｐｍ／℃に制御することができる。そして、第２層間絶縁膜に対して窒化タンタル膜に到達するビアホールを湿式エッチングにより形成するので、ビアホールを掘っていくときに窒化タンタル膜を損傷してしまうことが抑制される。また、スパッタリング時のパワーを２．５ｋＷ以下とした場合は、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。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る抵抗膜を示す断面図である。
【図２】基板温度Ｔと窒素分圧比との相関関係を示すグラフ図である。
【図３】ＶＣＲとＴＣＲとの関係を示すグラフ図である。
【図４】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。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。即ち、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。
【００２１】
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。例えば、前記ビアホール内にＷをＣＶＤにより堆積し、このＷをエッチバックすることによりＷプラグを形成し、更にＡｌをスパッタリングすることにより、ビア及び配線を形成することができる。
【００２２】
一方、ＴａＮ膜２に対する配線形成については、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。
【００２３】
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、ビア３ａ，３ｂを形成する。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。
【００２４】
本実施形態においては、高抵抗抵抗体としてのＴａＮ膜２を、スパッタリングにより形成し、こ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、ＴａＮ膜２のＴＣＲを制御する。また、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２のシート抵抗を１００Ω／□以上に高抵抗化する。
【００２５】
即ち、ＴａＮ膜２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２の成膜速度を低下させ、形成されるＴａＮ膜２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２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／□以上の高抵抗である膜質を有するＴａＮ膜２を得ることができる。
【００２６】
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、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、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、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、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２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、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、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。
【００２７】
次に、ＴＣＲの調整方法について説明する。ＴａＮ膜２を、基板温度を常温から３５０℃までの温度に設定し、窒素ガス分圧比を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、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。
【００２８】
基板温度を上げると、得られたＴａＮ膜２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２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、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。
【００２９】
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５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。
【００３０】
なお、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、例えば５ｍＴｏｒｒである。このスパッタリングガスの流量は、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、例えば０．５〜３ｋＷである。
【００３１】
【数１】
【００３２】
【数２】
これらの数式から、下記数式３，４が成立する。
【００３３】
【数３】
【００３４】
【数４】
【００３５】
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、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、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、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、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、ＴＣＲ値を調整してもよい。
【００３６】
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。
【００３７】
【数５】
【００３８】
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、薄膜抵抗体としてのＴａＮ膜２の抵抗値が高いと共に、このときの抵抗値は、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。
【００３９】
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２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。
【００４０】
而して、ＴａＮ膜は、ＴＣＲ（抵抗の温度特性）とＶＣＲ（抵抗の電圧特性）との間に、相関関係をもつ。即ち、本発明者等は、図３に示すように、ＴＣＲ（ｘ）とＶＣＲ（ｙ）との間に、ＴＣＲが小さくなれば、それに比例してＶＣＲも小さくなり、ｙ＝２．８３ｘという関係式が成立することを、実験的に知見した。但し，ＴＣＲ及びＶＣＲの単位は、夫々ｐｐｍ／℃及びｐｐｍ／Ｖである。
【００４１】
一般のオーディオアンプを含む集積回路においては、その回路中に使用される抵抗膜は印加される電圧に応じて抵抗の絶対値が変化する固有のＶＣＲ特性を有している。このようなＶＣＲ特性を有する抵抗体を使用したオーディオアンプを含む集積回路においては、オーディオ信号（音量）に応じて、その回路中に流れる電気信号の電圧振幅は大きく変化する。この電圧振幅に対して、回路中に用いられる抵抗値の絶対値が変化すると、最終的にこのアンプから出力されるオーディオ信号は、抵抗値の変化分の歪みが乗った歪んだ音として、再生されることとなる。一方，回路中に使用される抵抗体のＶＣＲが小さければ小さいほど、電気信号の電圧振幅に対する抵抗値の絶対値の変化は小さくなるため、最終的にこのアンプから出力されるオーディオ信号の歪みは小さくなり、アンプのオーディオ特性が良くなる。
【００４２】
例えば、電源電圧が６Ｖで駆動されるオーディオアンプの場合を考えてみると、ＶＣＲを仮に１５０ｐｐｍ／Ｖとすれば、抵抗成分による歪み率は、０．０９％となる。一般に、このような大音量においてさえ、歪み率が０．１％以下であれば、一般のユーザには十分に小さい歪み率のアンプと考えられるため、このような小さなＶＣＲを有する抵抗体をオーディオアンプに使用することにより、オーディオアンプに要求される歪み率を十分に小さくすることが可能となる。
【００４３】
上述のように、１５０ｐｐｍ／Ｖよりも小さなＶＣＲ特性を有するＴａＮ膜は、高音質抵抗膜ということができる。これを、図３を使用して、ＴＣＲの値に変換すると、５３ｐｐｍ／℃となる。前述のごとく、図２のｍ１とｍ２との間の窒素ガス分圧比−基板温度特性を有している場合は、ＴＣＲが±５０ｐｐｍ／℃の範囲内であるので、ＶＣＲも±１５０ｐｐｍ／Ｖの範囲内になり、高音質のオーディオ用抵抗膜となる。
【００４４】
なお、この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。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の製造方法は、基板温度及び窒素ガス分圧比を調節してＴＣＲが小さいＴａＮ膜からなる薄膜抵抗体を得ることができ、更に、スパッタリングパワーを低くすることにより、前記ＴａＮ膜からなる薄膜抵抗体を高抵抗化することができると共に、配線のためのビアホールを湿式エッチングにより形成するので、ＴａＮ膜のエッチングによる損傷を防止することができる。このため、本発明は、ＴＣＲが小さく高抵抗の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。更に、ＴａＮ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値が小さい高抵抗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。
【符号の説明】
【００４６】
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に半導体素子を形成する工程と、
前記半導体基板上に第１層間絶縁膜を形成する工程と、
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１０％として、第１スパッタリングにより、前記第１層間絶縁膜上に窒化タンタル膜を形成する工程と、
前記窒化タンタル膜を含む前記第１層間絶縁膜上に第２層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第２層間絶縁膜にこれを貫通して前記窒化タンタル膜に至るビアホールを湿式エッチングにより形成する工程と、
第２スパッタリングにより金属膜を堆積して前記ビアホール内に金属膜を形成し、前記窒化タンタル膜に接続するビアを設ける工程と、
を有することを特徴とする薄膜抵抗体を備えた半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１スパッタリング工程は、スパッタリング時のパワーが２．５ｋＷ以下であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜抵抗体を備えた半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１スパッタリングは、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、（１／１６５）Ｔ＋（９５／３３）≦ｍ≦（１／６６）Ｔ＋（１５５／３３）を満たすように、決定することを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜抵抗体を備えた半導体装置の製造方法。
【請求項１】
半導体基板に半導体素子を形成する工程と、
前記半導体基板上に第１層間絶縁膜を形成する工程と、
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１０％として、第１スパッタリングにより、前記第１層間絶縁膜上に窒化タンタル膜を形成する工程と、
前記窒化タンタル膜を含む前記第１層間絶縁膜上に第２層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第２層間絶縁膜にこれを貫通して前記窒化タンタル膜に至るビアホールを湿式エッチングにより形成する工程と、
第２スパッタリングにより金属膜を堆積して前記ビアホール内に金属膜を形成し、前記窒化タンタル膜に接続するビアを設ける工程と、
を有することを特徴とする薄膜抵抗体を備えた半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１スパッタリング工程は、スパッタリング時のパワーが２．５ｋＷ以下であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜抵抗体を備えた半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１スパッタリングは、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、（１／１６５）Ｔ＋（９５／３３）≦ｍ≦（１／６６）Ｔ＋（１５５／３３）を満たすように、決定することを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜抵抗体を備えた半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１３８９９３（Ｐ２０１１−１３８９９３Ａ）
【公開日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９９２６１（Ｐ２００９−２９９２６１）
【出願日】平成２１年１２月２９日（２００９．１２．２９）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２９日（２００９．１２．２９）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
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