JP4137040B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、絶縁膜上に形成された金属薄膜からなる金属薄膜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。
金属薄膜抵抗体を備えた半導体装置は、例えばマイコン、カメラ、ビデオ機器、通信機、ページャ、電卓、電子手帳、リモコン、携帯機器全般等に使用される。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device including a metal thin film resistor made of a metal thin film formed on an insulating film.
A semiconductor device including a metal thin film resistor is used in, for example, a microcomputer, a camera, a video device, a communication device, a pager, a calculator, an electronic notebook, a remote controller, and a portable device in general.
アナログ集積回路において、抵抗素子は重要な素子として多用されている。近年、抵抗素子の中でも金属薄膜からなる抵抗体(金属薄膜抵抗体と称す)がその抵抗値の温度依存性(以下TCRという)の低さから注目を集めている。金属薄膜抵抗体の材料としては、例えばクロムシリコン(CrSi)やニッケルクロム(NiCr)、窒化タンタル(TaN)、クロムシリサイド(CrSi2)、窒化クロムシリサイド(CrSiN)、クロムシリコンオキシ(CrSi0)などが用いられる。 In an analog integrated circuit, a resistance element is frequently used as an important element. In recent years, among resistive elements, a resistor made of a metal thin film (referred to as a metal thin film resistor) has attracted attention because of its low temperature dependency (hereinafter referred to as TCR). Examples of the material for the metal thin film resistor include chromium silicon (CrSi), nickel chromium (NiCr), tantalum nitride (TaN), chromium silicide (CrSi 2 ), chromium nitride silicide (CrSiN), and chromium silicon oxy (CrSi0). Used.
金属薄膜抵抗体を備えた半導体装置において、高集積化の要求を満たすために、より高いシート抵抗を目指し、1000Å(オングストローム)以下という薄い膜厚で金属薄膜抵抗体を形成することが多い。 In a semiconductor device provided with a metal thin film resistor, in order to satisfy the demand for higher integration, the metal thin film resistor is often formed with a thin film thickness of 1000 Å (angstrom) or less with the aim of higher sheet resistance.
一般に、金属薄膜抵抗体は、下地膜の組成や下地膜形成からの経過時間等に起因して抵抗値が変動するなど、下地膜の影響を受けてしまうという問題があった。
本発明は、金属薄膜抵抗体を備えた半導体装置の製造方法において、金属薄膜抵抗体の抵抗値の安定化を実現することを目的とするものである。
In general, the metal thin film resistor has a problem that the resistance value varies due to the composition of the base film, the elapsed time since the base film is formed, and the like.
An object of the present invention is to achieve stabilization of the resistance value of a metal thin film resistor in a method of manufacturing a semiconductor device provided with a metal thin film resistor.
本発明にかかる半導体装置の製造方法は、絶縁膜上に金属薄膜抵抗体を備えた半導体装置の製造方法であって、金属薄膜抵抗体を形成するための金属薄膜を前記絶縁膜上に形成する前に、Arスパッタエッチング技術により前記絶縁膜に対してエッチング処理を施す工程を含む。 A manufacturing method of a semiconductor device according to the present invention is a manufacturing method of a semiconductor device provided with a metal thin film resistor on an insulating film, and a metal thin film for forming a metal thin film resistor is formed on the insulating film. Before, an etching process is performed on the insulating film by an Ar sputter etching technique.
本発明を適用する具体的な製造方法は、(A)下地絶縁膜上に、金属薄膜抵抗体の両端部の形成予定領域に対応して配線パターンを形成する工程、(B)前記配線パターン上を含む前記下地絶縁膜上に絶縁膜を形成する工程、(C)前記絶縁膜に、金属薄膜抵抗体の両端部の形成予定領域及び前記配線パターンに対応して接続孔を形成する工程、(D)前記接続孔内を含み前記絶縁膜上に金属薄膜を形成する工程、及び(E)前記接続孔にも前記金属薄膜を残存させるように前記金属薄膜をパターニングして金属薄膜抵抗体を形成する工程を含んだものであり、工程(D)で金属薄膜を形成する前に前記絶縁膜に対してArスパッタエッチング技術によるエッチング処理を施す。 A specific manufacturing method to which the present invention is applied is as follows: (A) a step of forming a wiring pattern on the base insulating film corresponding to the regions where both ends of the metal thin film resistor are to be formed; (B) on the wiring pattern; (C) forming a connection hole in the insulating film corresponding to the formation planned region of both ends of the metal thin film resistor and the wiring pattern; D) forming a metal thin film on the insulating film including inside the connection hole; and (E) forming a metal thin film resistor by patterning the metal thin film so that the metal thin film remains in the connection hole. The insulating film is etched by an Ar sputter etching technique before forming the metal thin film in the step (D).
金属薄膜抵抗体用に形成する金属薄膜の膜厚は、5〜1000Å、好ましくは20〜500Åとするのが適当である。
Arスパッタエッチング技術による絶縁膜に対するエッチング処理後に真空を破らずに連続して金属薄膜を形成するのが好ましい。
The thickness of the metal thin film formed for the metal thin film resistor is 5 to 1000 mm, preferably 20 to 500 mm.
It is preferable to continuously form the metal thin film without breaking the vacuum after the etching process for the insulating film by the Ar sputter etching technique.
Arスパッタエッチング技術によるエッチング処理の量は、熱酸化膜エッチング量換算で例えば25Å以上の膜厚分である。ただし、Arスパッタエッチング技術による絶縁膜に対するエッチング量はこれに限られるものではない。 The amount of the etching process by the Ar sputter etching technique is, for example, a film thickness of 25 mm or more in terms of the thermal oxide film etching amount. However, the etching amount for the insulating film by the Ar sputter etching technique is not limited to this.
金属薄膜抵抗体と金属配線が直接接触している構造では、300〜400℃程度の比較的低温の熱処理により接触抵抗が大きく変動してしまうので、金属薄膜抵抗体と金属配線の間にTiW等のバリヤ膜を形成することが好ましい。そこで、金属薄膜抵抗体と接する配線パターンは、金属材料パターン及びその少なくとも上面に形成された高融点金属膜により構成されているか、又はポリシリコンパターン及びその少なくとも上面に形成された高融点金属膜により構成されていることが好ましい。 In the structure in which the metal thin film resistor and the metal wiring are in direct contact, the contact resistance largely fluctuates due to a relatively low temperature heat treatment at about 300 to 400 ° C. Therefore, TiW or the like is between the metal thin film resistor and the metal wiring. It is preferable to form a barrier film. Therefore, the wiring pattern in contact with the metal thin film resistor is composed of a metal material pattern and a refractory metal film formed on at least the upper surface thereof, or a polysilicon pattern and a refractory metal film formed on at least the upper surface thereof. It is preferable to be configured.
配線パターンの上面に形成する高融点金属膜は、例えば500〜3000Åの膜厚に形成するのが適当である。
前記工程(D)において、金属薄膜を無酸素雰囲気中で形成した後、連続して無酸素雰囲気中で金属薄膜上に金属窒化膜を形成し、前記工程(E)において、前記金属窒化膜及び前記金属薄膜をパターニングして金属窒化膜パターン及び前記金属薄膜抵抗体からなる積層パターンを形成することができる。
その金属窒化膜を形成する際のスパッタガス中の窒素分圧は18〜90%が適当である。
配線パターンは最上層の配線パターンとするのが好ましい。
The refractory metal film formed on the upper surface of the wiring pattern is suitably formed to a film thickness of, for example, 500 to 3000 mm.
In the step (D), after forming the metal thin film in an oxygen-free atmosphere, a metal nitride film is continuously formed on the metal thin film in the oxygen-free atmosphere, and in the step (E), the metal nitride film and The metal thin film may be patterned to form a laminated pattern composed of a metal nitride film pattern and the metal thin film resistor.
A suitable nitrogen partial pressure in the sputtering gas for forming the metal nitride film is 18 to 90%.
The wiring pattern is preferably the uppermost wiring pattern.
本発明では、金属薄膜抵抗体を形成するための金属薄膜を絶縁膜上に形成する前に、Arスパッタエッチング技術によりその絶縁膜に対してエッチング処理を施すようにしたので、金属薄膜抵抗体のシート抵抗の下地膜依存性の軽減及び経時変化の低減を図ることができ、金属薄膜抵抗体の抵抗値の安定化を実現することができる。 In the present invention, before the metal thin film for forming the metal thin film resistor is formed on the insulating film, the insulating film is etched by the Ar sputter etching technique. It is possible to reduce the dependency of the sheet resistance on the base film and the change with time, and to stabilize the resistance value of the metal thin film resistor.
この具体的な製造方法では、配線パターン及び接続孔を形成した後(工程(A)から(C))、金属薄膜抵抗体を形成して接続孔内で金属薄膜抵抗体と配線パターンの電気的接続を形成するので(工程(D)及び(E))、金属薄膜抵抗体を形成した後にウェットエッチング技術によるパターニングを行なう必要がない。さらに、金属薄膜抵抗体の上に配線パターンを形成する方法に比べると、金属薄膜抵抗体の配線パターンとの接触面が大気に暴露されることはなく、金属薄膜抵抗体に対する表面酸化膜除去処理及びエッチング防止用バリヤ膜形成を行なわなくても、金属薄膜抵抗体と配線パターンの良好な電気的接続を安定して得ることができるので、上記のような膜厚の金属薄膜抵抗体をもつ半導体装置及びその製造方法に適用しても、工程数を増加させることなく、金属薄膜抵抗体の微細化及び抵抗値の安定化を実現することができる。 In this specific manufacturing method, after forming a wiring pattern and a connection hole (steps (A) to (C)), a metal thin film resistor is formed, and the metal thin film resistor and the wiring pattern are electrically connected within the connection hole. Since the connection is formed (steps (D) and (E)), it is not necessary to perform patterning by the wet etching technique after forming the metal thin film resistor. Furthermore, compared to the method of forming a wiring pattern on the metal thin film resistor, the contact surface of the metal thin film resistor with the wiring pattern is not exposed to the atmosphere, and the surface oxide film removal treatment for the metal thin film resistor is performed. In addition, a semiconductor having a metal thin film resistor having a film thickness as described above can be obtained with good electrical connection between the metal thin film resistor and the wiring pattern without forming a barrier film for etching prevention. Even if it is applied to the apparatus and the manufacturing method thereof, the metal thin film resistor can be miniaturized and the resistance value can be stabilized without increasing the number of steps.
配線パターンとして金属材料パターン及びその少なくとも上面に形成された高融点金属膜からなるものを形成するか、又はポリシリコンパターン及びその少なくとも上面に形成された高融点金属膜からなるものを形成するようにすれば、製造工程を追加しなくても、金属薄膜抵抗体と金属配線又はポリシリコン配線の間に高融点金属膜を介在させることができるので、金属薄膜抵抗体と配線パターンの接触抵抗のバラツキを低減することができ、抵抗値の精度及び歩留りの向上を図ることができる。 As a wiring pattern, a metal material pattern and a refractory metal film formed on at least the upper surface thereof are formed, or a polysilicon pattern and a refractory metal film formed on at least the upper surface thereof are formed. Thus, a refractory metal film can be interposed between the metal thin film resistor and the metal wiring or the polysilicon wiring without adding a manufacturing process, so that the contact resistance variation between the metal thin film resistor and the wiring pattern varies. And the accuracy of the resistance value and the yield can be improved.
さらに、配線パターンが金属材料パターンと高融点金属膜により形成されている場合には、金属材料パターンの上面に形成される反射防止膜としての高融点金属を金属材料パターンと金属薄膜抵抗体とのバリヤ膜として兼用するようにし、又は、配線パターンがポリシリコンパターンと高融点金属膜により形成されている場合には、ポリシリコンパターンの低抵抗素子化を目的として形成される高融点金属膜をポリシリコンパターンと金属薄膜抵抗体とのバリヤ膜として兼用するようにすれば、製造工程が増加することはないので、製造コストの増大を防止しつつ、金属薄膜抵抗体と配線パターンの接触抵抗を安定させることができる。 Further, when the wiring pattern is formed of a metal material pattern and a refractory metal film, the refractory metal as an antireflection film formed on the upper surface of the metal material pattern is connected to the metal material pattern and the metal thin film resistor. If the wiring pattern is formed of a polysilicon pattern and a refractory metal film, the refractory metal film formed for the purpose of lowering the resistance of the polysilicon pattern may be used as a barrier film. If it is used as a barrier film between the silicon pattern and the metal thin film resistor, the manufacturing process will not increase, so the contact resistance between the metal thin film resistor and the wiring pattern can be stabilized while preventing an increase in manufacturing cost. Can be made.
配線パターンの上面に高融点金属膜形成する場合、その膜厚を500〜3000Åとすれば、工程(D)で、上記金属薄膜を形成する前に、Arスパッタエッチング技術により絶縁膜に対してエッチング処理を施す工程を含むときに、接続孔内に高融点金属を十分に残存させることができるようになる。 In the case of forming a refractory metal film on the upper surface of the wiring pattern, if the film thickness is 500 to 3000 mm, the insulating film is etched by Ar sputter etching technique before forming the metal thin film in step (D). When the process is performed, the refractory metal can be sufficiently left in the connection hole.
工程(D)において、金属薄膜を無酸素雰囲気中で形成した後、連続して無酸素雰囲気中で金属薄膜上に金属窒化膜を形成し、工程(E)において、金属窒化膜及び金属薄膜をパターニングして金属窒化膜パターン及び金属薄膜抵抗体からなる積層パターンを形成するようにすれば、金属薄膜抵抗体の上面の酸化をなくすことができ、金属薄膜抵抗体の抵抗値の安定化及び精度の向上を図ることができる。 In step (D), after forming the metal thin film in an oxygen-free atmosphere, a metal nitride film is continuously formed on the metal thin film in the oxygen-free atmosphere. In step (E), the metal nitride film and the metal thin film are formed. If patterning is performed to form a laminated pattern consisting of a metal nitride film pattern and a metal thin film resistor, oxidation of the upper surface of the metal thin film resistor can be eliminated, and the resistance value of the metal thin film resistor is stabilized and accurate. Can be improved.
金属薄膜抵抗体と接続される配線パターンを最上層の配線パターンとすれば、例えば金属薄膜抵抗体のレイアウト変更を金属薄膜抵抗体及び最上層の配線パターンのレイアウト変更により実現できるなど、設計の自由度を向上させることができる。 If the wiring pattern connected to the metal thin film resistor is the uppermost wiring pattern, for example, the layout of the metal thin film resistor can be changed by changing the layout of the metal thin film resistor and the uppermost wiring pattern. The degree can be improved.
また、最上層の配線パターン上に形成された絶縁膜上に金属薄膜抵抗体を配置することにより、金属薄膜抵抗体の上層には絶縁性材料からなる最終保護膜が形成され、金属薄膜抵抗体の上層に最終保護膜以外の絶縁膜も形成されている場合に比べて金属薄膜抵抗体上の絶縁性材料の膜厚を薄くして膜厚ばらつきを小さくすることができる。これにより、金属薄膜抵抗体にレーザーを照射してトリミング処理を施す際に、金属薄膜抵抗体上の絶縁性材料でのレーザーの干渉のばらつきを小さくして金属薄膜抵抗体に与えられるレーザーエネルギーのばらつきを小さくすることができ、トリミングの正確性を向上させることができる。さらに、トリミング処理時のレーザー照射に起因する金属薄膜抵抗体の温度上昇などに対して放熱能力を向上させることができる。 In addition, by disposing the metal thin film resistor on the insulating film formed on the uppermost wiring pattern, a final protective film made of an insulating material is formed on the upper layer of the metal thin film resistor. Compared with the case where an insulating film other than the final protective film is formed on the upper layer, the film thickness of the insulating material on the metal thin film resistor can be reduced to reduce the film thickness variation. As a result, when the metal thin film resistor is subjected to trimming by irradiating a laser to the metal thin film resistor, the dispersion of laser interference in the insulating material on the metal thin film resistor is reduced to reduce the laser energy given to the metal thin film resistor. The variation can be reduced, and the trimming accuracy can be improved. Furthermore, the heat dissipation capability can be improved against the temperature rise of the metal thin film resistor caused by laser irradiation during the trimming process.
図1及び図2は製造方法の一実施例を説明するための工程断面図である。図1及び図2では、同一基板上にトランジスタ素子や容量素子などが形成されているが、それらの素子の図示は省略している。まず、図2(k)を参照してこの方法により製造される半導体装置の例を説明する。 1 and 2 are process cross-sectional views for explaining an embodiment of the manufacturing method. In FIG. 1 and FIG. 2, transistor elements, capacitor elements, and the like are formed on the same substrate, but illustration of these elements is omitted. First, an example of a semiconductor device manufactured by this method will be described with reference to FIG.
シリコン基板1上に素子分離酸化膜3が形成されている。素子分離酸化膜3の形成領域を含むシリコン基板1上にBPSG膜又はPSG(phospho silicate glass)膜からなる第1層間絶縁膜(下地絶縁膜)5が形成されている。第1層間絶縁膜5上に、金属材料パターン7と金属材料パターン7表面に形成された高融点金属膜9からなる配線パターン11が形成されている。金属材料パターン7は例えばAlSiCu膜により形成されている。高融点金属膜9は例えばTiN膜により形成されており、反射防止膜兼バリヤ膜として機能するものである。
An element
配線パターン11の形成領域を含む第1層間絶縁膜5上に、下層側から順にプラズマCVD酸化膜13、SOG(spin on glass)膜15、プラズマCVD酸化膜17からなる第2層間絶縁膜(絶縁膜)19が形成されている。第2層間絶縁膜19に、金属薄膜抵抗体の両端部及び配線パターン11に対応して接続孔21が形成されている。
A second interlayer insulating film (insulating) comprising a plasma
第2層間絶縁膜19上に、接続孔21,21間の領域から接続孔21の内壁及び配線パターン11上にわたってCrSi薄膜抵抗体(金属薄膜抵抗体)23が形成されている。CrSi薄膜抵抗体23の両端部は接続孔21内で配線パターン11と電気的に接続されている。
CrSi薄膜抵抗体23の形成領域を含む第2層間絶縁膜19上に、下層側がシリコン酸化膜25、上層側がシリコン窒化膜27からなる、最終保護膜としてのパッシベーション膜29が形成されている。
A CrSi thin film resistor (metal thin film resistor) 23 is formed on the second
On the second
図1及び図2を参照して、製造方法の一実施例を説明する。
(1)例えば常圧CVD装置を用いて、素子分離酸化膜3及びトランジスタ素子等(図示は省略)の形成が完了したウェハ状のシリコン基板1上に、BPSG膜又はPSG膜からなる第1層間絶縁膜5を約8000Åの膜厚に形成する。その後、リフロー等の熱処理を行なって第1層間絶縁膜5の表面を平坦化する(図1(a)参照)。
With reference to FIG.1 and FIG.2, one Example of a manufacturing method is described.
(1) A first interlayer made of a BPSG film or a PSG film is formed on a wafer-
(2)例えばDCマグネトロンスパッタリング装置を用いて、第1層間絶縁膜5上に、AlSiCu膜からなる配線用金属膜31を約5000Åの膜厚に形成し、さらにその上に、公知の技術である反射防止膜としての高融点金属膜33、ここではTiN膜を約800Åの膜厚に、真空中で連続的に形成する(図1(b)参照)。ここで、高融点金属膜33は、最終的には後工程で配線用金属膜31から形成される金属材料パターンと、金属薄膜抵抗体との接触抵抗を安定させるためのバリヤ膜としても機能するため、配線用金属膜31と高融点金属膜33を真空中で連続して形成することが好ましい。
(2) For example, using a DC magnetron sputtering apparatus, a
(3)公知の写真製版技術及びエッチング技術により、高融点金属膜33及び配線用金属膜31をパターンニングして、金属配線パターン7及び高融点金属膜9からなる配線パターン11を形成する(図1(c)参照)。この時、配線用金属膜31上に、反射防止膜として機能する高融点金属膜33が形成されているので、配線パターン11の形成領域を画定するためのレジストパターンの太りや細りなどを最小限に抑えることができる。
(3) The refractory metal film 33 and the
また、この段階では、従来技術のようには金属薄膜抵抗体は形成されておらず、配線パターン11の下地膜は第1層間絶縁膜5により形成されているので、高融点金属膜33及び配線用金属膜31のパターンニングをドライエッチング技術により十分なオーバーエッチングをもって行なうことが可能であり、従来技術の問題点となっていたウェットエッチング技術によるパターニングを適用する必要性は全く無く、回路の微細化に影響を与えることはない。
At this stage, the metal thin film resistor is not formed as in the prior art, and the base film of the
(4)例えばプラズマCVD法により、配線パターン11の形成領域を含む第1層間絶縁膜5上にプラズマCVD酸化膜13を6000Å程度の膜厚に形成する(図1(d)参照)。
(5)公知の技術であるSOGのコーティング処理及びエッチバック処理を行なうことにより、プラズマCVD酸化膜13上にSOG膜15を形成して平坦化を行なった後、SOG膜15からの成分の拡散を防止するためのプラズマCVD酸化膜17を2000Å程度の膜厚に形成して、プラズマCVD酸化膜13、SOG膜15及びプラズマCVD酸化膜17からなる第2層間絶縁膜19を形成する(図1(e)参照)。
(4) A plasma
(5) The
(6)公知の写真製版技術により、金属薄膜抵抗体の両端部の形成予定領域及び配線パターン11に対応して第2層間絶縁膜19に接続孔を形成するためのレジストパターン35を形成する。レジストパターン35には、金属薄膜抵抗体の両端部の形成予定領域及び配線パターン11に対応して開口部36が形成されている(図1(f)参照)。
(6) A resist
(7)例えば並行平板型プラズマエッチング装置により、RFパワー:700W(ワット)、Ar:500sccm(standard cc/分)、CHF3:500sccm、CF4:500sccm、圧力:3.5Torr(トル)の条件で、レジストパターン35をマスクにして第2層間絶縁膜19を選択的に除去して、第2層間絶縁膜19に接続孔21を形成する。接続孔21の底部には、反射防止膜兼バリヤ膜としての高融点金属膜9が約600Åの膜厚で残存している。
その後、レジストパターン35を除去する(図2(g)参照)。
(7) Conditions of RF power: 700 W (watts), Ar: 500 sccm (standard cc / min), CHF 3 : 500 sccm, CF 4 : 500 sccm, pressure: 3.5 Torr (torr) by, for example, a parallel plate type plasma etching apparatus Then, the second
Thereafter, the resist
ここで、接続孔21の形成後に、接続孔21の側壁等に付着しているエッチング時の副生成物除去工程を行なってもよい。また、接続孔21内部での金属薄膜抵抗体のステップカバレージを改善する目的で、エッチング条件の変更によるテーパーエッチングや、ウェットエッチング技術とドライエッチング技術を組み合わせたエッチング処理等により、接続孔21の形状の改善を行なってもよい。
Here, after the
また、上記工程(7)において、プラズマエッチング条件を最適化することにより、第2層間絶縁膜19のエッチングレートに対する高融点金属膜9のエッチングレートをさらに低く抑えることは十分可能であり、接続孔21の底部に残る高融点金属膜9の膜厚をこの実施例よりも大きくすることもできる。さらに、高融点金属膜9の形成時点での膜厚を低く抑えつつ、接続孔21形成後の高融点金属膜9の残存膜厚を確保するもできる。このように、接続孔21を形成する上記工程(7)を金属薄膜抵抗体が形成されていない段階で行なうので、金属薄膜抵抗体の薄さに起因した制約を一切受けること無く接続孔21の加工が可能であり、ドライエッチング技術の適用による微細化の追求が十分に可能である。
In the step (7), the etching rate of the
(8)例えばマルチチャンバースパッタリング装置のArスパッタエッチングチャンバーにて、真空中で、DCバイアス:1250V、Ar:20sccm、圧力:8.5mTorr(ミリトル)、処理時間:20秒の条件で、接続孔21内を含む第2層間絶縁膜19の表面に対してArスパッタエッチング処理を行なう。このエッチング条件は、1000℃、ウェット雰囲気で形成した熱酸化膜を約50Åだけエッチングする条件と同等である。この処理を行なった後の接続孔21底部に残存する高融点金属膜9の膜厚は500Å程度であった。
(8) For example, in the Ar sputter etching chamber of the multi-chamber sputtering apparatus, in the vacuum, the
続けて、Arスパッタエッチング完了後に真空を破らずに連続して金属薄膜抵抗体用のCrSi薄膜(金属薄膜)37を形成する。ここでは、半導体ウェハをArスパッタエッチングチャンバーからCrSiターゲットが装着されたスパッタチャンバーに移送した後、Si/Cr=80/20wt%(重量パーセント)のCrSiターゲットを使用し、DCパワー:0.7KW(キロワット)、Ar:85sccm、圧力:8.5mTorr、処理時間:9秒の条件で処理を行ない、接続孔21内を含む第2層間絶縁膜19上全面にCrSi薄膜37を約50Åの膜厚に形成した(図2(h)参照)。
Subsequently, after completion of the Ar sputter etching, a CrSi thin film (metal thin film) 37 for the metal thin film resistor is continuously formed without breaking the vacuum. Here, after a semiconductor wafer is transferred from an Ar sputter etching chamber to a sputter chamber equipped with a CrSi target, a Si / Cr = 80/20 wt% (weight percent) CrSi target is used and a DC power of 0.7 kW ( (Kilowatt), Ar: 85 sccm, pressure: 8.5 mTorr, processing time: 9 seconds. The CrSi
このように、金属薄膜抵抗体用のCrSi薄膜37を形成する前に、接続孔21内を含む第2層間絶縁膜19に対してArスパッタエッチング処理を行なうことにより、接続孔21の内部を清浄すると共に、接続孔21底部の高融点金属膜9表面に形成されている極少量の自然酸化膜を除去することができる。これにより、配線パターン11とCrSi薄膜37との良好な電気的接続を達成することができる。
さらに、上記Arスパッタエッチング処理を行なうことにより、後工程でCrSi薄膜37から形成されるCrSi薄膜抵抗体の下地膜依存性を改善できる。この効果については後述する。
Thus, before forming the CrSi
Furthermore, by performing the Ar sputter etching process, the dependency of the CrSi thin film resistor formed from the CrSi
(9)写真製版技術により、CrSi薄膜37上に金属薄膜抵抗体の形成領域を画定するためのレジストパターン39を形成する。例えばRIE(反応性イオンエッチング)装置を用い、レジストパターン39をマスクにしてCrSi薄膜37をパターニングし、CrSi薄膜抵抗体23を形成する(図2(i)参照)。
(9) A resist
(10)レジストパターン39を除去する(図2(j)参照)。ここで、CrSi薄膜抵抗体23は接続孔21内で配線パターン11と電気的に接続されているので、従来技術のようには金属薄膜抵抗体上面で電気的接続をとるためにフッ酸水溶液によるCrSi薄膜抵抗体23の表面の金属酸化膜除去処理を行なう必要はない。
(10) The resist
(11)例えばプラズマCVD法により、CrSi薄膜抵抗体23の形成領域を含む第2層間絶縁膜19上に、パッシベーション膜としてのシリコン酸化膜25及びシリコン窒化膜27を順次形成する。以上により、半導体装置の製造工程が完了する(図2(k)参照)。
(11) A
上記実施例によれば、配線パターン11及び接続孔21を形成した後、CrSi薄膜抵抗体23を形成して接続孔21内でCrSi薄膜抵抗体23と配線パターン11の電気的接続を形成するので、CrSi薄膜抵抗体23をパターニングした後にウェットエッチング技術によるパターニングを行なう必要はない。
According to the above embodiment, after the
さらに、CrSi薄膜抵抗体23の配線パターン11との接触面が大気に暴露されることはないので、CrSi薄膜抵抗体23に対する表面酸化膜除去処理及びエッチング防止用バリヤ膜形成を行なわなくても、CrSi薄膜抵抗体23と配線パターン11の良好な電気的接続を安定して得ることができる。
これにより、CrSi薄膜抵抗体23の膜厚に関わらず、工程数を増加させることなく、CrSi薄膜抵抗体23の微細化及び抵抗値の安定化を実現することができる。
Further, since the contact surface of the CrSi
Thereby, miniaturization of the CrSi
さらに、CrSi薄膜抵抗体23と金属材料パターン7の間にバリヤ膜として機能する高融点金属膜9を介在させているので、CrSi薄膜抵抗体23と配線パターン11の接触抵抗のバラツキを低減することができ、抵抗値の精度及び歩留りの向上を図ることができる。
Further, since the
さらに、高融点金属膜9はバリヤ膜兼反射防止膜としても機能しており、従来技術に比べて製造工程を増加させることなく高融点金属膜9を形成することができるので、製造コストの増大を防止しつつ、金属薄膜抵抗体と配線パターンの接触抵抗を安定させることができる。
Further, the
図3及び図4を参照して、上記実施例と同様の構成で形成した金属薄膜抵抗体の特性について調べた結果を示す。図3は、金属薄膜抵抗体のシート抵抗と膜厚との関係を示し、縦軸はシート抵抗(Ω/□)、横軸はCrSi膜厚(Å)を示す。図4は、金属薄膜抵抗体のシート抵抗のウェハ面内の63箇所での測定結果の標準偏差(σ)を平均値(AVE)で割った値(σ/AVE)とCrSi膜厚との関係を示し、縦軸はσ/AVE(%)、横軸はCrSi膜厚(Å)を示す。 With reference to FIG. 3 and FIG. 4, the result of having investigated the characteristic of the metal thin film resistor formed by the structure similar to the said Example is shown. FIG. 3 shows the relationship between the sheet resistance and the film thickness of the metal thin film resistor, the vertical axis represents the sheet resistance (Ω / □), and the horizontal axis represents the CrSi film thickness (Å). FIG. 4 shows the relationship between the value (σ / AVE) obtained by dividing the standard deviation (σ) of the sheet resistance of the metal thin film resistor at 63 locations in the wafer surface by the average value (AVE) and the CrSi film thickness. The vertical axis represents σ / AVE (%), and the horizontal axis represents the CrSi film thickness (Å).
金属薄膜抵抗体の形成条件は次の通りである。
マルチチャンバースパッタリング装置を用いて、DCパワー:0.7KW、Ar:85sccm、圧力:8.5mTorr、ターゲット:Si/Cr=50/50wt%及び80/20wt%の2種について、体積時間を調整することにより、CrSi薄膜を25〜500Åの膜厚にサンプルを作成した。なお、Si/Cr=50/50wt%のサンプルについては膜厚が500Åのものは作成していない。
The conditions for forming the metal thin film resistor are as follows.
Using a multi-chamber sputtering apparatus, the volume time is adjusted for two types of DC power: 0.7 kW, Ar: 85 sccm, pressure: 8.5 mTorr, target: Si / Cr = 50/50 wt% and 80/20 wt%. Thus, a sample was prepared with a CrSi thin film having a thickness of 25 to 500 mm. In addition, about the sample of Si / Cr = 50/50 wt%, the film thickness of 500 mm is not produced.
また、CrSi薄膜形成前のArスパッタエッチング処理は、上記マルチチャンバースパッタリング装置を用いて、DCバイアス:1250V、Ar:20sccm、圧力:8.5mTorr、処理時間:160秒の条件で行なった。これは、1000℃、ウェット雰囲気で形成した熱酸化膜を400Åだけエッチング除去するのに相当する処理である。
また、本サンプルでは、金属薄膜抵抗体に接続する下層の金属配線として、膜厚が5000ÅのAlSiCu膜を用い、AlSiCu膜とCrSi薄膜間の接続孔底部にはAlSiCu膜上のTiN膜が形成されていない構造を採用した。
Further, the Ar sputter etching process before forming the CrSi thin film was performed using the multi-chamber sputtering apparatus under the conditions of DC bias: 1250 V, Ar: 20 sccm, pressure: 8.5 mTorr, and processing time: 160 seconds. This is a process corresponding to removing 400 nm of a thermal oxide film formed in a wet atmosphere at 1000 ° C. by etching.
In this sample, an AlSiCu film having a thickness of 5000 mm is used as the lower layer metal wiring connected to the metal thin film resistor, and a TiN film on the AlSiCu film is formed at the bottom of the connection hole between the AlSiCu film and the CrSi thin film. Adopted a structure that is not.
シート抵抗の測定は、幅が0.5μm(マイクロメートル)、長さが50μmの帯状パターンを0.5μm間隔で20本配置したうちの1本の金属薄膜抵抗体の両端に1Vの電圧を印加して電流値を測定する2端子法にて行なった。
また、金属配線とCrSi薄膜抵抗体とをつなぐ接続孔の平面寸法は0.6μm×0.6μmであった。
Sheet resistance was measured by applying a voltage of 1V across one metal thin film resistor of 20 strips with a width of 0.5 μm (micrometer) and a length of 50 μm arranged at intervals of 0.5 μm. The two-terminal method for measuring the current value was performed.
The plane dimension of the connection hole connecting the metal wiring and the CrSi thin film resistor was 0.6 μm × 0.6 μm.
図3に示すように、ターゲット(Si/Cr=50/50wt%とSi/Cr=80/20wt%)の組成に関わらず、200Å以上の膜厚から25Åという極めて薄い膜厚まで、膜厚とシート抵抗の線形性が維持されており、従来技術では形成できないような微細な寸法の金属薄膜抵抗体を薄い膜厚に形成できることが分かる。 As shown in FIG. 3, regardless of the composition of the target (Si / Cr = 50/50 wt% and Si / Cr = 80/20 wt%), the film thickness ranges from a thickness of 200 mm or more to a very thin film thickness of 25 mm. It can be seen that the linearity of the sheet resistance is maintained, and a metal thin film resistor having a fine dimension that cannot be formed by the conventional technique can be formed in a thin film thickness.
また、ウェハ面内63箇所におけるシート抵抗のバラツキを示す図4を見ても、ターゲット(Si/Cr=50/50wt%とSi/Cr=80/20wt%)の両方とも、抵抗値のバラツキは膜厚の影響をほとんど受けておらず、抵抗値のバラツキも非常に小さく安定していることが分かる。このことから、本発明の構造を採用すれば、極めて微細な金属薄膜抵抗体パターンを金属薄膜抵抗体の膜厚に関係なく安定して形成できる。 Moreover, even if it sees FIG. 4 which shows the variation of the sheet resistance in 63 places in a wafer surface, the variation in resistance value of both targets (Si / Cr = 50/50 wt% and Si / Cr = 80/20 wt%) It can be seen that the film is hardly affected by the film thickness, and the variation in resistance value is very small and stable. From this, if the structure of this invention is employ | adopted, a very fine metal thin film resistor pattern can be formed stably irrespective of the film thickness of a metal thin film resistor.
図5は、金属薄膜抵抗体用の金属薄膜を形成する前にArスパッタエッチング処理を行なった場合及び行なわなかった場合のCrSi薄膜抵抗体のシート抵抗と金属薄膜抵抗体の下地膜を形成してから経過した時間との関係を示す図であり、(A)は行なった場合、(B)は行なわなかった場合を示す。図5において、縦軸はシート抵抗(Ω/□)、横軸は下地膜形成後経過時間(時間)を示す。 FIG. 5 shows the sheet resistance of the CrSi thin film resistor and the base film of the metal thin film resistor when the Ar sputter etching process is performed and not performed before forming the metal thin film for the metal thin film resistor. It is a figure which shows the relationship with the time which passed since (A) when it does, (B) shows the case where it does not perform. In FIG. 5, the vertical axis represents the sheet resistance (Ω / □), and the horizontal axis represents the elapsed time (time) after forming the base film.
図5のサンプルとして、下地膜としてプラズマCVD法によって2000Åの膜厚に形成したプラズマSiN膜とプラズマNSG(non-doped silicate glass)膜の2つのシリコンウェハを準備し、これらのシリコンウェハに形成したCrSi薄膜抵抗体を用い、CrSi薄膜抵抗体のシート抵抗を4端子法によって測定した。 As a sample of FIG. 5, two silicon wafers of a plasma SiN film and a plasma NSG (non-doped silicate glass) film formed to a film thickness of 2000 mm as a base film by a plasma CVD method were prepared and formed on these silicon wafers. Using a CrSi thin film resistor, the sheet resistance of the CrSi thin film resistor was measured by the four-terminal method.
下地膜のプラズマSiN膜は、並行平板型プラズマCVD装置を用いて、温度:360℃、圧力:5.5Torr、RFパワー:200W、SiH4:70sccm、N2:3500sccm、NH3:40sccmの条件で形成した。
プラズマNSG膜は、並行平板型プラズマCVD装置を用いて、温度:400℃、圧力:3.0Torr、RFパワー:250W、SiH4:16sccm、N2O:1000sccmの条件で形成した。
The plasma SiN film as a base film is formed using a parallel plate type plasma CVD apparatus under conditions of temperature: 360 ° C., pressure: 5.5 Torr, RF power: 200 W, SiH 4 : 70 sccm, N 2 : 3500 sccm, NH 3 : 40 sccm. Formed with.
The plasma NSG film was formed using a parallel plate plasma CVD apparatus under the conditions of temperature: 400 ° C., pressure: 3.0 Torr, RF power: 250 W, SiH 4 : 16 sccm, N 2 O: 1000 sccm.
CrSi薄膜抵抗体は、マルチチャンバースパッタリング装置を用いて、Si/Cr=80/20wt%のターゲット、DCパワー:0.7KW、Ar:85sccm、圧力:8.5mTorr、体積時間:13秒の条件で処理を行なうことで、100Åの膜厚に形成した。 The CrSi thin film resistor is formed using a multi-chamber sputtering apparatus under the conditions of Si / Cr = 80/20 wt% target, DC power: 0.7 kW, Ar: 85 sccm, pressure: 8.5 mTorr, volume time: 13 seconds. By performing the treatment, a film thickness of 100 mm was formed.
Arスパッタエッチング処理を行なったサンプルには、上記マルチチャンバースパッタリング装置を用いて、DCバイアス:1250V、Ar:20sccm、圧力:8.5mTorr、処理時間:80秒の条件で行なった。これは、1000℃、ウェット雰囲気で形成した熱酸化膜を200Åだけエッチング除去するのに相当する処理である。 The sample subjected to the Ar sputter etching process was performed using the multi-chamber sputtering apparatus under the conditions of DC bias: 1250 V, Ar: 20 sccm, pressure: 8.5 mTorr, and processing time: 80 seconds. This is a process corresponding to etching and removing a thermal oxide film formed at 1000 ° C. in a wet atmosphere by 200 mm.
(B)に示すように、CrSi薄膜の形成前にArスパッタエッチング処理を行なっていない場合、下地膜の違い(SiN膜上とNSG膜上)によりシート抵抗が大きく異なっているのが分かる。さらに、下地膜を形成してからCrSi薄膜抵抗体を形成するまでに経過した時間の影響を大きく受けているのが分かる。
これに対し、(A)に示すように、Arスパッタエッチング処理を行なった場合、下地膜の種類及び経過時間ともに、CrSi薄膜抵抗体のシート抵抗にほとんど影響を与えていないのが分かる。
As shown in (B), when the Ar sputter etching process is not performed before the formation of the CrSi thin film, it can be seen that the sheet resistance is greatly different depending on the difference in the underlying film (on the SiN film and on the NSG film). Furthermore, it can be seen that the time elapsed from the formation of the base film to the formation of the CrSi thin film resistor is greatly affected.
On the other hand, as shown in (A), when Ar sputter etching is performed, it can be seen that both the type of the underlying film and the elapsed time have little effect on the sheet resistance of the CrSi thin film resistor.
このことから、Arスパッタエッチング処理を行なった後、真空中で連続して金属薄膜抵抗体用の金属薄膜を形成することにより、前工程からの経過時間や製品毎に異なる下地膜の違い等によって発生する抵抗値のバラツキを大幅に改善できることが分かる。 From this, after performing Ar sputter etching process, by forming a metal thin film for metal thin film resistors continuously in vacuum, depending on the elapsed time from the previous process, the difference in the underlying film for each product, etc. It can be seen that the variation in the generated resistance value can be greatly improved.
図6は、Arスパッタエッチングの量とシート抵抗の関係を示す図である。縦軸はシート抵抗(Ω/□)、横軸はエッチング量(熱酸化膜エッチング量換算)(Å)を示す。図6のサンプルについて、下地膜及びCrSi薄膜抵抗体は図5のサンプル形成と同じ条件で形成したプラズマNSG膜及びCrSi薄膜抵抗体を用いた。なお、成膜から1週間経過したプラズマNSG膜に対してArスパッタエッチングを行なった後、そのプラズマNSG膜上にCrSi薄膜抵抗体を形成した。Arスパッタエッチングの条件は、エッチング量以外は図5のサンプルと同じ条件で行なった。そして、ウェット雰囲気で形成した熱酸化膜エッチング量換算で0Å(Arスパッタエッチング無し)、25Å、50Å、100Å、200Å、400Å、1000Åとなるように調整した。CrSi薄膜抵抗体のシート抵抗を4端子法によって測定した。 FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the amount of Ar sputter etching and the sheet resistance. The vertical axis represents the sheet resistance (Ω / □), and the horizontal axis represents the etching amount (in terms of thermal oxide film etching amount) (Å). For the sample of FIG. 6, the plasma NSG film and the CrSi thin film resistor formed under the same conditions as the sample formation of FIG. 5 were used as the base film and the CrSi thin film resistor. In addition, after carrying out Ar sputter etching with respect to the plasma NSG film which passed one week after film-forming, the CrSi thin film resistor was formed on the plasma NSG film. The Ar sputter etching was performed under the same conditions as the sample of FIG. 5 except for the etching amount. And it adjusted so that it might be set to 0 (no Ar sputter etching), 25 (s), 50 (s), 100 (s), 200 (s), 400 (s), and 1000 (s) in conversion of the etching amount of the thermal oxide film formed in the wet atmosphere. The sheet resistance of the CrSi thin film resistor was measured by the 4-terminal method.
図6の結果から、Arスパッタエッチングは、ウェット雰囲気で形成した熱酸化膜エッチング量換算で25Å以上の膜厚分だけ行なえば、CrSi薄膜抵抗体の抵抗値安定化の効果が得られることが分かった。なお、図6ではArスパッタエッチング条件について熱酸化膜エッチング量換算で1000Åの膜厚分だけエッチングしたものまでしかサンプルを製作していないが、熱酸化膜エッチング量換算で1000Åよりも大きい膜厚分だけエッチングした場合であっても、金属薄膜抵抗体の形成領域に下地膜が残存しているのであれば、上記Arスパッタエッチングの効果が得られるものと予想できる。 From the results of FIG. 6, it is understood that the effect of stabilizing the resistance value of the CrSi thin film resistor can be obtained if the Ar sputter etching is performed by a film thickness of 25 mm or more in terms of the etching amount of the thermal oxide film formed in the wet atmosphere. It was. In FIG. 6, the sample is manufactured only up to an etching amount of 1000 mm in terms of the thermal oxide film etching amount in terms of the Ar sputter etching condition, but a film thickness larger than 1000 mm in terms of the thermal oxide film etching amount. Even if only etching is performed, if the base film remains in the formation region of the metal thin film resistor, the effect of the Ar sputter etching can be expected to be obtained.
さらに、Arスパッタエッチング処理の効果は下地の影響のみならず、CrSi薄膜の抵抗値そのものの安定性にも影響を与えることが分かった。
図7は、CrSi薄膜を形成した後に、温度25℃、湿度45%の大気中に放置した時間と、形成直後のシート抵抗(R0)からのシート抵抗の変化率(ΔR/R0)の関係を示す図であり、縦軸はΔR/R0(%)、横軸は放置時間(時間)を示す。
Furthermore, it has been found that the effect of the Ar sputter etching process affects not only the influence of the base but also the stability of the resistance value of the CrSi thin film itself.
FIG. 7 shows the relationship between the time of standing in the atmosphere at a temperature of 25 ° C. and a humidity of 45% after the formation of the CrSi thin film and the rate of change in sheet resistance (ΔR / R0) from the sheet resistance (R0) immediately after formation. The vertical axis represents ΔR / R0 (%), and the horizontal axis represents the standing time (hours).
図7のサンプルについて、下地膜及びCrSi薄膜抵抗体は図5のサンプル形成と同じ条件で形成したプラズマNSG膜及びCrSi薄膜抵抗体を用いた。
Arスパッタエッチングについては、処理を行なわないもの(Arエッチ無)、処理時間40秒で熱酸化膜換算:100Åのもの(Arエッチ:100Å)、処理時間80秒で熱酸化膜換算:200Åのもの(Arエッチ:200Å)の3種を準備した。
For the sample of FIG. 7, the plasma NSG film and the CrSi thin film resistor formed under the same conditions as the sample formation of FIG. 5 were used as the base film and the CrSi thin film resistor.
For Ar sputter etching, no treatment is performed (without Ar etching), thermal oxide film conversion: 100 liters with a processing time of 40 seconds (Ar etching: 100 liters), thermal oxide film conversion with a processing time of 80 seconds: 200 liters Three types (Ar etch: 200 mm) were prepared.
Arスパッタエッチング処理を行なっていないサンプル(Arエッチ無)では、形成後から時間が経過すると共に抵抗値が上昇し、300時間以上放置した場合、3%以上も抵抗値が変動しているのが分かる。
これに対し、Arスパッタエッチング処理を行なったサンプル(Arエッチ:100Å、及びArエッチ:200Å)では、抵抗値の変化率は大幅に減少し、300時間以上放置しても、形成直後のシート抵抗±1%から外れることはなかった。
さらに、Arエッチ:100ÅとArエッチ:200Åを比較すると、Arスパッタエッチング量の大小の影響は小さく、わずかなエッチング量で効果があることが判明した。
In the sample not subjected to the Ar sputter etching process (without Ar etching), the resistance value increases as time passes after the formation, and the resistance value fluctuates by 3% or more when left for 300 hours or more. I understand.
On the other hand, in the samples subjected to the Ar sputter etching process (Ar etch: 100 mm and Ar etch: 200 mm), the rate of change in resistance value is greatly reduced, and the sheet resistance immediately after formation is reduced even after being left for 300 hours or longer. There was no deviation from ± 1%.
Further, when comparing Ar etch: 100 Å with Ar etch: 200 Å, it was found that the effect of the Ar sputter etching amount is small, and the effect is small with a small etching amount.
以上、図3から図7を参照して、下地膜のシート抵抗への影響や大気放置時間の影響に対する本発明の効果を説明したが、これらの効果は、サンプルとして使用した、ターゲットがSi/Cr=50/50wt%又は80/20wt%のCrSi薄膜抵抗に限定されるものではない。なお、Si/Cr=50/50〜90/10wt%のターゲットで形成したCrSi薄膜及びCrSiN膜の全てで上記と同様の効果が観察されている。
また、Arスパッタエッチング方法も今回使用したDCバイアススパッタエッチング法に限定されるものではない。
As described above, the effects of the present invention on the influence of the base film on the sheet resistance and the influence of the air standing time have been described with reference to FIGS. 3 to 7. These effects are obtained when the target used as a sample is Si / It is not limited to Cr = 50/50 wt% or 80/20 wt% CrSi thin film resistor. In addition, the same effect as the above is observed in all of the CrSi thin film and the CrSiN film formed with the target of Si / Cr = 50/50 to 90/10 wt%.
Also, the Ar sputter etching method is not limited to the DC bias sputter etching method used this time.
図8は、接続孔形成時に接続孔底部に高融点金属膜を残存させたサンプルと完全に除去したサンプルについて熱処理に起因する金属薄膜抵抗と金属配線の接触抵抗の変動を調べた結果を示す図である。縦軸は熱処理前の接触抵抗値で規格化した値を示し、横軸は熱処理回数を示す。 FIG. 8 is a diagram showing the results of examining the fluctuations in the metal thin film resistance and the metal wiring contact resistance caused by the heat treatment for the sample in which the refractory metal film is left at the bottom of the connection hole when the connection hole is formed and the sample that is completely removed. It is. The vertical axis represents the value normalized by the contact resistance value before heat treatment, and the horizontal axis represents the number of heat treatments.
図8のサンプルとして、接続孔形成時のドライエッチング時間を調整することで、接続孔底部の高融点金属膜を500Å程度残存させたサンプルと、完全に除去したサンプルを作成した。
高融点金属膜にはTiN膜を用いた。
CrSi薄膜抵抗体は、Si/Cr=80/20wt%、DCパワー:0.7KW、Ar:85sccm、圧力:8.5mTorr、体積時間:6秒の条件で50Åの膜厚に形成した。
CrSi薄膜形成前のArスパッタエッチング処理は、DCバイアス:1250V、Ar:20sccm、圧力:8.5mTorr、処理時間:160秒の条件で行なった。これは、1000℃、ウェット雰囲気で形成した熱酸化膜を400Åだけエッチング除去するのに相当する処理である。
接続孔の平面寸法は0.6μm×0.6μmであった。接触抵抗測定方法は4端子法を用いた。
As a sample of FIG. 8, by adjusting the dry etching time at the time of forming the connection hole, a sample in which about 500 mm of the refractory metal film at the bottom of the connection hole was left and a sample in which the complete removal was made were prepared.
A TiN film was used as the refractory metal film.
The CrSi thin film resistor was formed to a thickness of 50 mm under the conditions of Si / Cr = 80/20 wt%, DC power: 0.7 KW, Ar: 85 sccm, pressure: 8.5 mTorr, volume time: 6 seconds.
The Ar sputter etching process before forming the CrSi thin film was performed under the conditions of DC bias: 1250 V, Ar: 20 sccm, pressure: 8.5 mTorr, and processing time: 160 seconds. This is a process corresponding to removing 400 nm of a thermal oxide film formed in a wet atmosphere at 1000 ° C. by etching.
The plane dimension of the connection hole was 0.6 μm × 0.6 μm. A four-terminal method was used as the contact resistance measurement method.
上記のサンプルについて、350℃、窒素雰囲気中で30分の熱処理を追加することで、接触抵抗がどのように変化するかを調べた。
TiN膜を接続孔底部に有するサンプル(TiN有)は、熱処理を2回追加してもほとんど熱処理前の接触抵抗から変化していない。これに対し、TiN膜を完全に除去したサンプル(TiN無)は、2回の熱処理追加によって接触抵抗が熱処理前に比べて20%以上変動している。このことは、TiN膜がCrSi薄膜と金属配線の相互作用による抵抗変動を防止するバリヤ膜としての機能を有することを意味している。
About said sample, it was investigated how contact resistance changed by adding heat processing for 30 minutes in 350 degreeC and nitrogen atmosphere.
A sample (with TiN) having a TiN film at the bottom of the connection hole hardly changes from the contact resistance before the heat treatment even if the heat treatment is added twice. On the other hand, in the sample from which the TiN film was completely removed (without TiN), the contact resistance fluctuated by 20% or more compared to before the heat treatment due to the addition of two heat treatments. This means that the TiN film has a function as a barrier film that prevents resistance fluctuation due to the interaction between the CrSi thin film and the metal wiring.
CrSi薄膜抵抗体と金属配線の間にTiN膜を存在させることにより、例えばシンタリングやCVDなど、製造工程で行なわれる熱処理による接触抵抗の変動を極めて小さくできると共に、後工程である組立て作業で行なわれる半田処理などの熱処理での接触抵抗の変動を防止できる。これにより、設定通りの接触抵抗を安定して得ることができると共に、組立て前後の接触抵抗の変動を防止することができ、製品の高精度化や歩留の向上が可能となる。 The presence of the TiN film between the CrSi thin film resistor and the metal wiring makes it possible to extremely reduce fluctuations in contact resistance due to heat treatment performed in the manufacturing process, such as sintering and CVD, and to perform assembly work as a subsequent process. Fluctuations in contact resistance due to heat treatment such as soldering. As a result, the contact resistance as set can be stably obtained, and fluctuations in the contact resistance before and after assembly can be prevented, so that the accuracy of the product and the yield can be improved.
図1及び図2を参照して説明した製造方法の実施例では、上記工程(2)において、配線用金属膜31と高融点金属膜33を真空中で連続して形成しているが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、配線用金属膜31を形成し、一旦大気に暴露した後、高融点金属膜33を形成した場合には、配線用金属膜31表面に形成される自然酸化膜の影響で、配線用金属膜31と高融点金属膜33との間で電気的導通を確保することが困難になる。
In the embodiment of the manufacturing method described with reference to FIGS. 1 and 2, the
For example, when the
このような場合、配線用金属膜31及び高融点金属膜33をパターニングして形成した金属材料パターン7及び高融点金属膜9からなる配線パターン11上の第2層間絶縁膜19に接続孔21を形成する段階で、接続孔21底部の高融点金属膜9を全部除去することによって、配線パターン11とCrSi薄膜抵抗体23間の電気的接続を得ることができる。
In such a case, the
また、上記工程(2)において、反射防止膜兼バリヤ膜として機能する高融点金属膜33を800Åの膜厚に形成しているが、本発明はこれに限定されるものではない。
一般に、反射防止膜としての高融点金属膜は500Å以下の膜厚に形成されるが、本発明の半導体装置の製造方法において、接続孔21の底部にバリヤ膜としての高融点金属膜9を残存させたい場合には、接続孔21形成時のオーバーエッチング(上記工程(7)参照)や、金属薄膜形成時のArスパッタエッチング処理(上記工程(8)参照)において、高融点金属膜9の膜ベリが若干生じてしまうため、バリヤ膜としての機能を安定的に得るために、500Å以上の膜厚に形成することが好ましい。
In the step (2), the refractory metal film 33 functioning as an antireflection film / barrier film is formed to a thickness of 800 mm, but the present invention is not limited to this.
In general, the refractory metal film as the antireflection film is formed to a thickness of 500 mm or less. However, in the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the
ただし、上述したように、接続孔21形成用のエッチング条件やArスパッタエッチング条件を最適化することにより、高融点金属膜9の膜厚が500Å以下でも高融点金属膜9の膜ベリを最小限に抑えてバリヤ膜としての機能を発揮させることは可能である。
However, as described above, by optimizing the etching conditions for forming the connection holes 21 and the Ar sputter etching conditions, even if the film thickness of the
また、上記工程(8)において、CrSi薄膜37の形成直前にArスパッタエッチング処理を行なっているが、バリヤ膜としての高融点金属膜9が接続孔21底部に残存している場合には、TiN膜からなる高融点金属膜9は大気に晒されてもAlSiCu膜ほど強固な自然酸化膜を形成しないため、上記Arスパッタエッチング処理を行なわなくてもCrSi薄膜37と配線パターン11の電気的接続を得ることができる。ただし、上述したように、CrSi薄膜37の形成直前にArスパッタエッチング処理を行なうことによりCrSi薄膜抵抗体23の抵抗値の安定性を改善することができるので、Arスパッタエッチング処理を行なうことが好ましい。
In the step (8), Ar sputter etching is performed immediately before the formation of the CrSi
また、上記の実施例では、第2層間絶縁膜19として、SOG膜15の形成及びエッチバック技術を用いて平坦化したものを用いているが、金属薄膜抵抗体の下地となる絶縁膜はこれに限定されるものではない。金属薄膜抵抗体の下地となる絶縁膜としては、例えば公知の技術であるCMP(chemical mechanical polish)技術を用いて平坦化を行なった絶縁膜や、平坦化を行なっていないプラズマCVD酸化膜など、他の絶縁膜であってもよい。ただし、アナログ抵抗素子の中には、TCRのみならず、ペア性や比精度も重要となるような構成で使用されている場合も多いので、特に、本発明の半導体装置を構成する金属薄膜抵抗体をアナログ抵抗素子に適用する場合には、金属薄膜抵抗体の下地となる絶縁膜は平坦化処理が施されていることが好ましい。
In the above embodiment, the second
図9は、金属薄膜抵抗体の下地となる絶縁膜が上記で説明した実施例とは異なる構造をもつ半導体装置及びその製造方法の実施例を説明するための断面図である。図9では、同一基板上にトランジスタ素子や容量素子などが形成されているが、それらの素子の図示は省略している。図1及び図2と同じ機能を果たす部分には同じ符号を付し、それらの部分の詳細な説明は省略する。 FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining an embodiment of a semiconductor device having a structure different from that of the embodiment described above, and a method for manufacturing the same, as an insulating film serving as a base of the metal thin film resistor. In FIG. 9, transistor elements, capacitor elements, and the like are formed over the same substrate, but illustration of these elements is omitted. Parts having the same functions as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
シリコン基板1上に素子分離酸化膜3、第1層間絶縁膜5、金属材料パターン7及び高融点金属膜9からなる配線パターン11が形成されている。
配線パターン11の形成領域を含む第1層間絶縁膜5上に、SOG膜からなる第2層間絶縁膜44が形成されている。第2層間絶縁膜19に、金属薄膜抵抗体の両端部及び配線パターン11に対応して接続孔21が形成されている。
第2層間絶縁膜44上に、接続孔21,21間の領域から接続孔21の内壁及び配線パターン11上にわたってCrSi薄膜抵抗体23が形成されている。CrSi薄膜抵抗体23の形成領域を含む第2層間絶縁膜44上にシリコン酸化膜25及びシリコン窒化膜27からなるパッシベーション膜29が形成されている。
A
A second
A CrSi
第2層間絶縁膜44の形成方法について説明すると、SOGを例えば4000Åの膜厚に塗布した後、熱処理を施すことにより第2層間絶縁膜44の形成を行なう。これにより、SOG膜からなる第2層間絶縁膜44表面の段差を軽減することができる。
The method for forming the second
図10は、金属薄膜抵抗体の下地となる絶縁膜が上記で説明した実施例とはさらに異なる構造をもつ半導体装置及びその製造方法の実施例を説明するための断面図である。図10では、同一基板上にトランジスタ素子や容量素子などが形成されているが、それらの素子の図示は省略している。図1及び図2と同じ機能を果たす部分には同じ符号を付し、それらの部分の詳細な説明は省略する。 FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining an embodiment of a semiconductor device having a structure different from that of the above-described embodiment in which the insulating film serving as the base of the metal thin film resistor and the manufacturing method thereof. In FIG. 10, transistor elements, capacitor elements, and the like are formed on the same substrate, but illustration of these elements is omitted. Parts having the same functions as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
この実施例が図2(k)を参照して説明した実施例及び図9を参照して説明した実施例と異なる点は、第2層間絶縁膜46がCMP法により平坦化されている点である。第2層間絶縁膜46の材料は例えばプラズマCVD酸化膜である。これにより、CrSi薄膜抵抗体23の下地膜である第2層間絶縁膜46の平坦性をさらに向上させることができる。
第2層間絶縁膜46の形成方法の一例を説明すると、プラズマCVD酸化膜を約10000Åの膜厚に形成し、CMP法により約4000Åの膜厚まで研磨して平坦化する。
This embodiment differs from the embodiment described with reference to FIG. 2K and the embodiment described with reference to FIG. 9 in that the second
An example of a method for forming the second
また、CrSi薄膜抵抗体の下地となる絶縁膜として、HDP(high-density-plasma)−CVD法により形成されたCVD絶縁膜を用いてもよい。例えば約8000Åの膜厚に形成したHDP−CVD膜を約4000Åの膜厚にエッチバックすることにより、良好な平坦性をもつ絶縁膜を形成することができる。 In addition, a CVD insulating film formed by HDP (high-density-plasma) -CVD may be used as an insulating film serving as a base for the CrSi thin film resistor. For example, an HDP-CVD film formed to a thickness of about 8000 mm is etched back to a thickness of about 4000 mm, whereby an insulating film having good flatness can be formed.
また、上記の実施例では、CrSi薄膜抵抗体23の上にパッシベーション膜29を形成しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば第2層目の金属配線を形成するための層間絶縁膜など、CrSi薄膜抵抗体23上の膜は、いかなる絶縁膜であってもよい。
In the above embodiment, the
図11は、製造方法のさらに他の実施例を説明するための工程断面図である。図11(d)は半導体装置のさらに他の実施例を示している。図11では、同一基板上にトランジスタ素子や容量素子などが形成されているが、それらの素子の図示は省略している。図1及び図2と同じ機能を果たす部分には同じ符号を付し、それらの部分の詳細な説明は省略する。まず、図11(d)を参照して半導体装置の実施例を説明する。 FIG. 11 is a process cross-sectional view for explaining still another embodiment of the manufacturing method. FIG. 11D shows still another embodiment of the semiconductor device. In FIG. 11, transistor elements, capacitor elements, and the like are formed over the same substrate, but illustration of these elements is omitted. Parts having the same functions as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. First, an embodiment of a semiconductor device will be described with reference to FIG.
シリコン基板1上に素子分離酸化膜3、第1層間絶縁膜5、金属材料パターン7及び高融点金属膜9からなる配線パターン11、並びに、プラズマCVD酸化膜13、SOG膜15及びプラズマCVD酸化膜17からなる第2層間絶縁膜19が形成されている。第2層間絶縁膜19に、金属薄膜抵抗体の両端部及び配線パターン11に対応して接続孔21が形成されている。
On the
第2層間絶縁膜19上に、接続孔21,21間の領域から接続孔21の内壁及び配線パターン11上にわたってCrSi薄膜抵抗体23が形成されている。CrSi薄膜抵抗体23の上面にCrSiN膜(金属窒化膜)41が形成されている。CrSi薄膜抵抗体23とCrSiN膜41の間にはCrSiOは形成されていない。
図示は省略するが、CrSi薄膜抵抗体23の形成領域を含む第2層間絶縁膜19上に、層間絶縁膜又はパッシベーション膜が形成されている。
A CrSi
Although illustration is omitted, an interlayer insulating film or a passivation film is formed on the second
図11を参照して、製造方法の実施例を説明する。
(1)図1及び図2(g)を参照して説明した上記工程(1)から(7)と同じ工程により、素子分離酸化膜3の形成が完了したウェハ状のシリコン基板1上に、第1層間絶縁膜5、金属配線パターン7及び高融点金属膜9からなる配線パターン11、並びに、プラズマCVD酸化膜13、SOG膜15及びプラズマCVD酸化膜17からなる第2層間絶縁膜19を形成し、第2層間絶縁膜19に接続孔21を形成する(図11(a)参照)。
An embodiment of the manufacturing method will be described with reference to FIG.
(1) On the wafer-
(2)図2(h)を参照して説明した上記工程(8)と同じ工程により、例えばマルチチャンバースパッタリング装置のArスパッタエッチングチャンバーにて、真空中で、接続孔21内を含む第2層間絶縁膜19の表面に対してArスパッタエッチング処理を行ない、続けて、Arスパッタエッチング完了後に真空を破らずに連続して金属薄膜抵抗体用のCrSi薄膜37を形成する。
(2) By the same step as the above step (8) described with reference to FIG. 2 (h), for example, in the Ar sputter etching chamber of the multi-chamber sputtering apparatus, in the vacuum, the second interlayer including the inside of the
さらに、CrSi薄膜37形成後、真空を破らずに連続して、CrSi薄膜37上にCrSiN膜43を形成する。ここでは、CrSi薄膜37の形成で用いたSi/Cr=80/20wt%のCrSiターゲットを使用し、DCパワー:0.7KW(キロワット)、Ar+N2(アルゴンと窒素の混合ガス):85sccm、圧力:8.5mTorr、処理時間:6秒の条件で処理を行ない、CrSi薄膜37上にCrSiN膜43を約50Åの膜厚に形成した(図11(b)参照)。
Further, after the CrSi
(3)図2(i)を参照して説明した上記工程(9)と同様にして、写真製版技術により、CrSiN膜43上に金属薄膜抵抗体の形成領域を画定するためのレジストパターン39を形成し、RIE(反応性イオンエッチング)装置を用いてレジストパターン39をマスクにしてCrSiN膜43及びCrSi薄膜37をパターニングして、CrSiN膜41及びCrSi薄膜抵抗体23からなる積層パターンを形成する(図11(c)参照)。
(3) Similar to the above step (9) described with reference to FIG. 2 (i), a resist
(4)レジストパターン39を除去する(図11(d)参照)。上記の実施例と同様に、CrSi薄膜抵抗体23は配線パターン11と電気的に接続されているので、従来技術のようにはフッ酸水溶液によるCrSi薄膜抵抗体23の表面の金属酸化膜除去処理を行なう必要はない。さらに、CrSi薄膜抵抗体23の上面はCrSiN膜41により覆われているので、大気など、酸素を含む雰囲気中に暴露されてもCrSi薄膜抵抗体23の上面が酸化されることはない。
その後、図示は省略するが、CrSi薄膜抵抗体23及びCrSiN膜41の形成領域を含む第2層間絶縁膜19上に、層間絶縁膜又はパッシベーション膜を形成する。
(4) The resist
Thereafter, although not shown, an interlayer insulating film or a passivation film is formed on the second
一般に、金属薄膜は酸素との反応性が高く、金属薄膜を大気に晒した状態で長時間放置すると抵抗値が変動してしまうことが知られている。
この実施例では、CrSi薄膜抵抗体23の上面にCrSiN膜41を形成することにより、CrSi薄膜抵抗体23の上面が大気に晒されてCrSi薄膜抵抗体23の抵抗値が変動するのを防止している。ここで、CrSi薄膜抵抗体23を形成するためのCrSi薄膜37が成膜された段階で、CrSi薄膜37と配線パターン11との電気的接続は完了しているため、CrSi薄膜37上に新たな薄膜が成膜されても、特性上何ら影響を与えるものではない。
In general, a metal thin film has high reactivity with oxygen, and it is known that the resistance value fluctuates when the metal thin film is left for a long time in a state exposed to the atmosphere.
In this embodiment, the
図12に、CrSiN膜形成用のガスのN2分圧とCrSiN膜の抵抗率の関係を示す図であり、縦軸は抵抗率ρ(mohm・cm(ミリオーム・センチメートル))、横軸はN2分圧(%)を示す。ここでは、ターゲット:Si/Cr=50/50wt%、DCパワー:0.7KW、Ar+N2:85sccm、圧力:8.5mTorr、処理時間:6秒の条件でAr+N2ガスのN2分圧を調整してCrSiN膜を形成した。 FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the N 2 partial pressure of the gas for forming the CrSiN film and the resistivity of the CrSiN film, where the vertical axis represents resistivity ρ (mohm · cm (mohm · cm)), and the horizontal axis represents N 2 partial pressure (%) is indicated. Here, the N 2 partial pressure of Ar + N 2 gas is adjusted under the conditions of target: Si / Cr = 50/50 wt%, DC power: 0.7 kW, Ar + N 2 : 85 sccm, pressure: 8.5 mTorr, treatment time: 6 seconds. Thus, a CrSiN film was formed.
N2分圧を18%以上添加してリアクティブスパッタにより形成されたCrSiN膜は、N2を全く添加しないガスを用いた場合(N2分圧が0%)に比べて10倍以上の高い抵抗率を示す。したがって、N2分圧を18%以上に設定してCrSiN膜を成膜するようにすれば、CrSi薄膜抵抗体上に直接CrSiN膜を形成しても、CrSi薄膜抵抗体全体の抵抗値はCrSi薄膜が決定することとなり、CrSiN膜は抵抗値にほとんど影響を与えない。ここで、N2分圧の上限は90%程度である。N2分圧を90%よりも大きく設定した場合、スパッタリング速度の大幅な低下を招き、生産効率が低下するので好ましくない。
なお、CrSiN膜は、N2分圧を例えば6〜11%程度添加してリアクティブスパッタにより形成するようにすれば、CrSiN膜自体を金属薄膜抵抗体として使用することも可能である。
The CrSiN film formed by reactive sputtering with an N 2 partial pressure of 18% or more is 10 times higher than when a gas not containing N 2 is used at all (N 2 partial pressure is 0%). Resistivity is shown. Therefore, if the CrSiN film is formed by setting the N 2 partial pressure to 18% or more, even if the CrSiN film is directly formed on the CrSi thin film resistor, the resistance value of the entire CrSi thin film resistor is CrSi. The thin film is determined, and the CrSiN film has little influence on the resistance value. Here, the upper limit of the N 2 partial pressure is about 90%. If the N 2 partial pressure is set to be larger than 90%, it is not preferable because the sputtering rate is significantly reduced and the production efficiency is lowered.
Note that the CrSiN film itself can be used as a metal thin film resistor if the CrSiN film is formed by reactive sputtering with an N 2 partial pressure of about 6 to 11%, for example.
また、上記の実施例では、CrSi薄膜抵抗体23上にCrSiN膜41を形成しているが、CrSi薄膜抵抗体23上にCVD系の絶縁膜、例えばシリコン窒化膜等を形成してもよい。しかし、一般的なマルチチャンバースパッタ装置にはCVDチャンバーは接続されておらず、CVD系の絶縁膜を真空中で連続してCrSi薄膜抵抗体23上に形成するためには、対応する新しい設備を購入する必要があり、製造コストに多大な影響を与えてしまう。
In the above embodiment, the
上記実施例のように、CrSi薄膜抵抗体23用のCrSi薄膜37上にCrSiN膜43を形成する構成であれば、新しい装置を購入すること無く、既存のマルチチャンバースパッタ装置を用いてCrSi薄膜抵抗体23の耐酸化カバー膜となるCrSiN膜43を、真空を破ること無く形成することができる。
As in the above embodiment, if the
上記の実施例では、高融点金属膜9,33としてTiN膜を用いた例を挙げているが、配線パターンを構成する高融点金属膜はこれに限定されるものではなく、例えばTiWやWSiなど、他の高融点金属膜を用いてもよい。
In the above embodiments, TiN films are used as the
また、上記の実施例では、金属配線として一層の配線パターン11を備えた半導体装置に本発明を適用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、多層金属配線構造の半導体装置に本発明を適用することもできる。その場合、金属薄膜抵抗体の電気的接続を得るための、金属薄膜抵抗体の下層の金属配線は何層目の金属配線であってもよい。多層金属配線構造の半導体装置に本発明を適用する場合、金属薄膜抵抗体の下層の配線パターン(金属配線)、すなわち金属薄膜抵抗体と電気的に接続される配線パターンが最上層の配線パターンであるようにすれば、例えば金属薄膜抵抗体のレイアウト変更を金属薄膜抵抗体及び最上層の配線パターンのレイアウト変更により実現できるなど、設計の自由度を向上させることができる。また、最上層の配線パターン上に形成された絶縁膜上に金属薄膜抵抗体を配置することにより、金属薄膜抵抗体の上層には絶縁性材料からなる最終保護膜が形成され、金属薄膜抵抗体の上層に最終保護膜以外の絶縁膜も形成されている場合に比べて金属薄膜抵抗体上の絶縁性材料の膜厚を薄くして膜厚ばらつきを小さくすることができる。これにより、金属薄膜抵抗体にレーザーを照射してトリミング処理を施す際に、金属薄膜抵抗体上の絶縁性材料でのレーザーの干渉のばらつきを小さくして金属薄膜抵抗体に与えられるレーザーエネルギーのばらつきを小さくすることができ、トリミングの正確性を向上させることができる。さらに、トリミング処理時のレーザー照射に起因する金属薄膜抵抗体の温度上昇などに対して放熱能力を向上させることができる。
In the above embodiment, the present invention is applied to a semiconductor device having a
また、上記の実施例では、配線パターン11として、金属材料パターン7の上面に高融点金属膜9が形成されたものを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、配線パターンとして上面に高融点金属膜が形成されていない金属材料パターンからなるものを用いてもよい。この場合、金属材料パターンとして例えばAl系合金を用いた場合には、金属材料パターン表面に強固な自然酸化膜が形成されるので、接続孔形成後で金属薄膜抵抗体用の金属薄膜を形成する前に、接続孔底部の金属材料パターン表面の自然酸化膜を除去する工程を行なうことが好ましい。その自然酸化膜除去工程は、金属薄膜抵抗体の抵抗値の経時的変化抑制を目的とした上記Arスパッタエッチング処理を兼ねて行なってもよい。また、配線パターンはAl系合金を含むものに限定されるものではなく、いわゆるダマシン法により形成されたCu配線など、他の金属材料からなる配線パターンであってもよい。
In the above embodiment, the
また、上記の実施例では、CrSi薄膜抵抗体23の電位をとるための配線パターン11として金属材料パターン7及び高融点金属膜9からなるものを用いているが、金属材料パターン7に替えてポリシリコンパターンを用いることもできる。
In the above embodiment, the
図13は、製造方法のさらに他の実施例を説明するための工程断面図である。図13(d)は半導体装置のさらに他の実施例を示している。図13では、同一基板上にトランジスタ素子や容量素子などが形成されているが、それらの素子の図示は省略している。図1及び図2と同じ機能を果たす部分には同じ符号を付し、それらの部分の詳細な説明は省略する。まず、図13(d)を参照して半導体装置の実施例を説明する。 FIG. 13 is a process cross-sectional view for explaining still another embodiment of the manufacturing method. FIG. 13D shows still another embodiment of the semiconductor device. In FIG. 13, transistor elements, capacitor elements, and the like are formed over the same substrate, but illustration of these elements is omitted. Parts having the same functions as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. First, an embodiment of a semiconductor device will be described with reference to FIG.
シリコン基板1上に素子分離酸化膜3が形成されている。シリコン基板1上に形成された酸化膜(図示は省略)上及び素子分離酸化膜3上に、ポリシリコンパターン45と、ポリシリコンパターン45上に形成された高融点金属膜47からなる配線パターン49が形成されている。高融点金属膜47は例えばWSi又はTiSiにより形成されている。
An element
配線パターン49及び素子分離酸化膜3の形成領域を含むシリコン基板1上に第1層間絶縁膜5が形成されている。第1層間絶縁膜5に、金属薄膜抵抗体の両端部及び配線パターン49に対応して接続孔21が形成されている。
A first
第1層間絶縁膜5上に、接続孔21,21間の領域から接続孔21の内壁及び配線パターン49上にわたってCrSi薄膜抵抗体23が形成されている。
図示は省略するが、CrSi薄膜抵抗体23の形成領域を含む第1層間絶縁膜5上に、層間絶縁膜、金属配線及びパッシベーション膜が形成されている。
On the first
Although illustration is omitted, an interlayer insulating film, a metal wiring, and a passivation film are formed on the first
図13を参照して、製造方法の実施例を説明する。
(1)シリコン基板1上に素子分離酸化膜3を形成し、素子分離酸化膜3以外のシリコン基板1表面にトランジスタのゲート酸化膜などの酸化膜(図示は省略)を形成した後、シリコン基板1上全面にポリシリコン膜を形成する。例えばトランジスタのゲート電極の形成と同時に、低抵抗化したポリシリコンパターン45を形成する。ポリシリコンパターン45上を含むシリコン基板1上全面に高融点金属膜を形成し、ポリシリコンパターン45のサリサイド化を行なって、ポリシリコンパターン45上にTiSiやWSiなどの高融点金属膜47を形成し、配線パターン49を形成する(図13(a)参照)。
An example of the manufacturing method will be described with reference to FIG.
(1) An element
(2)図1(a)を参照して説明した上記工程(1)と同様にして、配線パターン49上を含むシリコン基板1上全面に第1層間絶縁膜5を形成する(図13(b)参照)。
(3)公知の写真製版技術により、金属薄膜抵抗体の両端部及び配線パターン49に対応して第1層間絶縁膜5に接続孔を形成するためのレジストパターン(図示は省略)を形成する。そのレジストパターンをマスクにして、第1層間絶縁膜5を選択的に除去して、第1層間絶縁膜5に接続孔21を形成する。接続孔21の底部に高融点金属膜47が残存している。その後、レジストパターンを除去する(図13(c)参照)。
(2) The first
(3) A resist pattern (not shown) for forming connection holes in the first
(4)図2(h)及び(i)を参照して説明した上記工程(8)及び(9)と同じ工程により、例えばマルチチャンバースパッタリング装置のArスパッタエッチングチャンバーにて、真空中で、接続孔21内を含む第2層間絶縁膜19の表面に対してArスパッタエッチング処理を行ない、続けて、Arスパッタエッチング処理の完了後に真空を破らずに連続して金属薄膜抵抗体用の金属薄膜を形成し、金属薄膜をパターニングしてCrSi薄膜抵抗体23を形成する(図13(d)参照)。
その後、図示は省略するが、CrSi薄膜抵抗体23の形成領域を含む第1層間絶縁膜5上に、層間絶縁膜、金属配線及びパッシベーション膜を形成する。
(4) By the same step as the above steps (8) and (9) described with reference to FIGS. 2 (h) and (i), for example, in a vacuum in an Ar sputter etching chamber of a multi-chamber sputtering apparatus. An Ar sputter etching process is performed on the surface of the second
Thereafter, although not shown, an interlayer insulating film, a metal wiring, and a passivation film are formed on the first
この実施例においても、図1及び図2を参照して説明した実施例と同様に、CrSi薄膜抵抗体23をパターニングした後にウェットエッチング技術によるパターニングを行なう必要はなく、さらに、CrSi薄膜抵抗体23の配線パターン49との接触面が大気に暴露されることはないのでCrSi薄膜抵抗体23と配線パターン49の良好な電気的接続を安定して得ることができ、CrSi薄膜抵抗体23の膜厚に関わらず、工程数を増加させることなく、CrSi薄膜抵抗体23の微細化及び抵抗値の安定化を実現することができる。
In this embodiment, similarly to the embodiment described with reference to FIGS. 1 and 2, it is not necessary to pattern the CrSi
さらに、CrSi薄膜抵抗体23とポリシリコンパターン45の間にバリヤ膜として機能する高融点金属膜47を介在させているので、CrSi薄膜抵抗体23と配線パターン49の接触抵抗のバラツキを低減することができ、抵抗値の精度及び歩留りの向上を図ることができる。
Furthermore, since the
さらに、高融点金属膜47はポリシリコンパターン45の低抵抗化にも寄与しており、従来技術に比べて製造工程を増加させることなく高融点金属膜47を形成することができるので、製造コストの増大を防止しつつ、金属薄膜抵抗体と配線パターンの接触抵抗を安定させることができる。
Furthermore, the
また、上記の製造方法の実施例では、CrSi薄膜抵抗体23用の金属薄膜を形成する前にArスパッタエッチング処理を行なっているので、前工程からの経過時間や製品毎に異なる下地膜の違い等によって発生する抵抗値のバラツキを低減することができる。
Further, in the embodiment of the manufacturing method described above, the Ar sputter etching process is performed before the metal thin film for the CrSi
図13に示した実施例において、図11に示した実施例と同様に、CrSi薄膜抵抗体23上にCrSiN膜を形成するようにしてもよい。
また、図1から図13に示した上記の実施例及びサンプルでは、金属薄膜抵抗体の材料としてCrSiを用いた例を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、金属薄膜抵抗体の材料としては、例えばNiCr、TaN、CrSi2、CrSiN、CrSi、CrSi0など、他の材料を用いてもよい。
In the embodiment shown in FIG. 13, a CrSiN film may be formed on the CrSi
In the above-described embodiments and samples shown in FIGS. 1 to 13, an example is shown in which CrSi is used as the material of the metal thin film resistor, but the present invention is not limited to this, and the metal thin film As the material of the resistor, other materials such as NiCr, TaN, CrSi 2 , CrSiN, CrSi, and
本発明の半導体装置を構成する金属薄膜抵抗体、及び本発明の製造方法により形成された金属薄膜抵抗体は、例えばアナログ回路を備えた半導体装置に適用することができる。
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、寸法、形状、材料、配置などは一例であり、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
The metal thin film resistor constituting the semiconductor device of the present invention and the metal thin film resistor formed by the manufacturing method of the present invention can be applied to a semiconductor device including an analog circuit, for example.
The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to these, and the dimensions, shapes, materials, arrangements, and the like are examples, and are within the scope of the present invention described in the claims. Various changes can be made.
本発明は、絶縁膜上に形成された金属薄膜からなる金属薄膜抵抗体を備えた半導体装置を製造するのに利用することができる。 The present invention can be used to manufacture a semiconductor device including a metal thin film resistor made of a metal thin film formed on an insulating film.
1 シリコン基板
3 素子分離酸化膜
5 第1層間絶縁膜
7 金属材料パターン
9 高融点金属膜
11 配線パターン
13,17 プラズマCVD酸化膜
15 SOG膜
19 第2層間絶縁膜
21 接続孔
23 CrSi薄膜抵抗体
25 シリコン酸化膜
27 シリコン窒化膜
29 パッシベーション膜
31 配線用金属膜
33 高融点金属膜
35,39 レジストパターン
36 開口部
37 CrSi薄膜
41,43 CrSiN膜
44 第2層間絶縁膜
45 ポリシリコンパターン
46 第2層間絶縁膜
47 高融点金属膜
49 配線パターン
DESCRIPTION OF
Claims (11)
金属薄膜抵抗体を形成するための金属薄膜を前記絶縁膜上に形成する前に、Arスパッタエッチング技術により前記絶縁膜に対してエッチング処理を施す工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In a method for manufacturing a semiconductor device having a metal thin film resistor on an insulating film,
Before forming a metal thin film for forming a metal thin film resistor on the insulating film, the semiconductor device manufacturing method includes a step of etching the insulating film by an Ar sputter etching technique. .
(B)前記配線パターン上を含む前記下地絶縁膜上に絶縁膜を形成する工程、
(C)前記絶縁膜に、金属薄膜抵抗体の両端部の形成予定領域及び前記配線パターンに対応して接続孔を形成する工程、
(D)前記接続孔内を含み前記絶縁膜上に金属薄膜を形成する工程、及び
(E)前記接続孔にも前記金属薄膜を残存させるように前記金属薄膜をパターニングして金属薄膜抵抗体を形成する工程を含み、
前記工程(D)で金属薄膜を形成する前に前記絶縁膜に対して前記Arスパッタエッチング技術によるエッチング処理を施す請求項1に記載の製造方法。 (A) A step of forming a wiring pattern on the base insulating film corresponding to the formation planned regions at both ends of the metal thin film resistor,
(B) forming an insulating film on the base insulating film including the wiring pattern;
(C) a step of forming connection holes in the insulating film corresponding to the formation planned regions at both ends of the metal thin film resistor and the wiring pattern;
(D) forming a metal thin film on the insulating film including the inside of the connection hole; and (E) patterning the metal thin film so that the metal thin film remains in the connection hole to form a metal thin film resistor. Including the step of forming,
The manufacturing method according to claim 1, wherein the insulating film is etched by the Ar sputter etching technique before the metal thin film is formed in the step (D).
前記工程(E)において、前記金属窒化膜及び前記金属薄膜をパターニングして金属窒化膜パターン及び前記金属薄膜抵抗体からなる積層パターンを形成する請求項2から8のいずれかに記載の製造方法。 In the step (D), after forming the metal thin film in an oxygen-free atmosphere, continuously forming a metal nitride film on the metal thin film in an oxygen-free atmosphere,
The manufacturing method according to claim 2, wherein in the step (E), the metal nitride film and the metal thin film are patterned to form a laminated pattern including the metal nitride film pattern and the metal thin film resistor.
The manufacturing method according to claim 2, wherein the wiring pattern is an uppermost wiring pattern.
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