JP2002261237A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
Semiconductor device and manufacturing method thereofInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 抵抗値の精度がよく、耐熱性や耐酸化性を有
し、配線層と良好な接続を行うことができ、比較的安い
製造コストで容易に製造することが可能な構造である高
抵抗の薄膜抵抗素子を有して成る半導体装置及びその製
造方法を提供する。
【解決手段】 シリコンサーメット材料から成る抵抗膜
3と、この抵抗膜3上の絶縁性保護膜4とを少なくとも積
層して成る薄膜抵抗素子10を有し、シリコンサーメット材料は、
シリコン及び1種類以上の金属元素に酸素、窒素、炭素
から選ばれる少なくとも1種類の元素を含む組成から成
り、薄膜抵抗素子10に電気的に接続される配線11が薄膜
抵抗素子10を覆う絶縁層5に形成された開口を通じて、
抵抗膜3に直接接続されている半導体装置を構成する。
また、抵抗膜3を成膜する工程と、この抵抗膜3を形成す
る工程と同一の装置内で連続して抵抗膜3上に絶縁性保
護膜4を成膜する工程と、抵抗膜3及び絶縁性保護膜4を
一括してパターニングして薄膜抵抗素子10を形成する工
程と、薄膜抵抗素子10を覆って絶縁層5を形成する工程
とを有して、上記半導体装置を製造する。
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-precision resistance value, have heat resistance and oxidation resistance, make a good connection with a wiring layer, and to easily manufacture at relatively low manufacturing cost. Provided is a semiconductor device having a high-resistance thin-film resistance element having a possible structure, and a method for manufacturing the same. The resistive film is made of a silicon cermet material.
3 and a thin-film resistance element 10 formed by laminating at least an insulating protective film 4 on the resistance film 3, and the silicon cermet material is
An insulating layer made of a composition containing silicon and at least one element selected from oxygen, nitrogen, and carbon in one or more metal elements, wherein a wiring 11 electrically connected to the thin-film resistance element 10 covers the thin-film resistance element 10 Through the opening formed in 5,
A semiconductor device directly connected to the resistance film 3 is formed.
A step of forming the resistive film 3; a step of continuously forming the insulating protective film 4 on the resistive film 3 in the same apparatus as the step of forming the resistive film 3; The semiconductor device is manufactured by including a step of forming the thin-film resistance element 10 by patterning the insulating protective film 4 collectively and a step of forming the insulating layer 5 covering the thin-film resistance element 10.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜抵抗素子を有
して成る半導体装置に係わる。特に、高抵抗(>0.5
kΩ/□)の抵抗素子の搭載が必要とされ、バイポーラ
素子等から構成されるアナログ回路機能を有する半導体
装置もしくはバイポーラトランジスタ及びMOSトラン
ジスタから構成されるアナログ・デジタル回路機能を有
するいわゆるBiCMOS半導体装置に適用して好適な
半導体装置に係わる。The present invention relates to a semiconductor device having a thin film resistance element. In particular, high resistance (> 0.5
(kΩ / □) is required to be mounted on a semiconductor device having an analog circuit function including bipolar elements or a so-called BiCMOS semiconductor device having an analog / digital circuit function including bipolar transistors and MOS transistors. The present invention relates to a semiconductor device suitable for application.
【0002】[0002]
【従来の技術】集積回路を有する半導体装置において抵
抗素子を形成する場合に、用いられている抵抗素子の種
類としては、 (1)拡散抵抗素子 (2)電界効果型抵抗素子 (3)薄膜多結晶シリコン抵抗素子 (4)薄膜金属抵抗素子 が挙げられる。2. Description of the Related Art When forming a resistive element in a semiconductor device having an integrated circuit, the types of resistive elements used include (1) a diffused resistive element, (2) a field effect resistive element, and (3) a thin film multi-layer. Crystal silicon resistance element (4) Thin film metal resistance element.
【0003】(1)拡散抵抗素子は、半導体基体に導電
型がN型又はP型となる不純物をドーピングし、熱処理
を行うことにより形成される。拡散抵抗素子の抵抗値
は、不純物の拡散の長さ、拡散の幅、拡散の深さと、拡
散材料の抵抗率とに依存する。拡散材料の抵抗率はドー
パントと高温熱処理後のドーパント種の接合プロファイ
ルに依存する特徴がある。 (2)電界効果型抵抗素子は、デプレッションモードで
使用されるトランジスタを用いた抵抗素子であり、その
トランジスタの閾値電圧を制御するイオン注入により抵
抗値が調整されることを特徴としている。 (3)薄膜多結晶シリコン抵抗素子は、多結晶シリコン
膜に導電型がN型又はP型となる不純物をドーピング
し、熱処理を行うことによって形成される。 (4)薄膜金属抵抗素子は、絶縁材料上に成膜される抵
抗性金属材料膜により形成される。薄膜金属抵抗素子
は、回路上高いシート抵抗が必要とされるLSIにおい
て、特に有用とされてきた。(1) A diffusion resistance element is formed by doping a semiconductor substrate with an impurity of N-type or P-type conductivity and performing a heat treatment. The resistance value of the diffusion resistance element depends on the diffusion length of the impurity, the diffusion width, the diffusion depth, and the resistivity of the diffusion material. The resistivity of the diffusion material is characterized by depending on the junction profile between the dopant and the dopant species after the high-temperature heat treatment. (2) The field-effect resistance element is a resistance element using a transistor used in a depletion mode, and is characterized in that the resistance value is adjusted by ion implantation for controlling the threshold voltage of the transistor. (3) The thin-film polycrystalline silicon resistance element is formed by doping a polycrystalline silicon film with an impurity having a conductivity type of N-type or P-type and performing heat treatment. (4) The thin film metal resistance element is formed of a resistive metal material film formed on an insulating material. The thin-film metal resistance element has been particularly useful in an LSI that requires a high sheet resistance in a circuit.
【0004】従来のディジタル回路においては、不純物
をドープされた多結晶シリコン膜が抵抗体材料として用
いられてきた。しかしながら、特にアナログ回路では、
ディジタル回路と比較して、より低い抵抗温度係数が必
要とされる。そこで、高精度、高信頼性を有する薄膜金
属抵抗素子を採用するようになってきている。このよう
な高精度かつ高信頼性を有する薄膜金属抵抗素子の材料
としては、従来から、ニッケルクロム(NiCr)、窒
化タンタル(TaN)、クロムシリサイド(CrS
i2 )、クロムシリコンオキシ(CrSiO)等が知ら
れている。In a conventional digital circuit, a polycrystalline silicon film doped with an impurity has been used as a resistor material. However, especially in analog circuits,
A lower temperature coefficient of resistance is required as compared to digital circuits. Therefore, thin-film metal resistance elements having high accuracy and high reliability have been adopted. As a material of such a highly accurate and highly reliable thin film metal resistance element, nickel chromium (NiCr), tantalum nitride (TaN), chromium silicide (CrS
i 2 ), chromium silicon oxy (CrSiO) and the like are known.
【0005】近年、半導体装置の高集積化に伴い、抵抗
素子の微細化が要求されており、そのために2000μ
Ωcm程度の高い比抵抗が容易に得られるCrSiOや
CrSi2 が多く用いられるようになっている。これに
より、所要の高抵抗値の確保がなされている。尚、上記
材料の比抵抗は、CrSiOが1000〜4000μΩ
cm、CrSi2 が500〜2000μΩcm、TaN
が100μΩcm、NiCrが50μΩcm程度であ
る。In recent years, with the increase in the degree of integration of semiconductor devices, miniaturization of resistance elements has been required.
CrSiO and CrSi 2 from which a high specific resistance of about Ωcm can be easily obtained are often used. As a result, a required high resistance value is ensured. Incidentally, the specific resistance of the above materials is as follows: CrSiO is 1000 to 4000 μΩ.
cm, 500-2000 μΩcm of CrSi 2 , TaN
Is about 100 μΩcm, and NiCr is about 50 μΩcm.
【0006】そして、従来の微細化された薄膜抵抗素子
は、半導体基体上の絶縁膜上に抵抗素子となる例えばC
rSi2 膜から成る薄膜パターンが延在配設され、この
CrSi2 膜から成る薄膜パターンの両端部にアルミニ
ウムもしくはその合金から成るAl配線が直接コンタク
トした構造を有していた。A conventional miniaturized thin-film resistance element is formed by forming a resistance element such as C on an insulating film on a semiconductor substrate.
The thin film pattern made of the rSi 2 film is provided to extend, and the structure has a structure in which aluminum wiring made of aluminum or its alloy is directly in contact with both ends of the thin film pattern made of the CrSi 2 film.
【0007】さらに、特にシリコン半導体基板上に形成
された薄膜金属抵抗素子に対してとりわけ低い抵抗温度
係数が要求される場合には、その材料としてCrSiN
膜がしばしば用いられる。このCrSiN膜は高抵抗で
かつスパッタ成膜やエッチングが容易であり、ドープさ
れた多結晶シリコン膜の抵抗温度係数が1000ppm
/℃以上あるのに対して、CrSiN膜は100ppm
/℃と低い抵抗温度係数を有するため、多用されてき
た。Further, when a particularly low resistance temperature coefficient is required for a thin-film metal resistance element formed on a silicon semiconductor substrate, CrSiN is preferably used as the material.
Membranes are often used. This CrSiN film has high resistance and is easy to form by sputtering or etching, and the doped polycrystalline silicon film has a resistance temperature coefficient of 1000 ppm.
/ ° C or higher, whereas the CrSiN film is 100 ppm
It has been used frequently because of its low temperature coefficient of resistance of / ° C.
【0008】しかしながら、上述した4種類の抵抗素子
においては、以下のような問題があった。However, the above four types of resistance elements have the following problems.
【0009】拡散抵抗素子及び電界効果型抵抗素子は、
それぞれ半導体集積回路の製造プロセスに容易に統合さ
れるという利点を有しているが、多くの短所もある。特
にこれらの抵抗素子は、抵抗値を制御するパラメータが
半導体集積回路のデバイス性能のために最適化されなけ
ればならないパラメータと同一であるため、抵抗値が制
約され、自由な抵抗値の設計が難しくなっている。従っ
て、実際の半導体集積回路において、拡散抵抗素子また
は電界効果型抵抗素子を形成した場合、デバイス性能を
優先する結果、上述のパラメーターの制約により、これ
らの抵抗素子では低い抵抗値しか得られない。さらに、
拡散抵抗素子は、比較的大きなスペースを必要とするた
め、半導体集積回路の集積化や小型化を妨げてしまう短
所を有している。The diffusion resistance element and the field effect resistance element are
While each has the advantage of being easily integrated into the semiconductor integrated circuit manufacturing process, it has many disadvantages. In particular, since these resistance elements have the same parameters that control the resistance as those that must be optimized for the device performance of the semiconductor integrated circuit, the resistance is restricted, and it is difficult to freely design the resistance. Has become. Therefore, when a diffused resistance element or a field-effect resistance element is formed in an actual semiconductor integrated circuit, the device performance is prioritized. As a result, only a low resistance value can be obtained with these resistance elements due to the above-mentioned parameter restrictions. further,
The diffusion resistance element requires a relatively large space, and thus has a disadvantage that it hinders integration and miniaturization of the semiconductor integrated circuit.
【0010】一方、多結晶シリコン抵抗素子は、半導体
集積回路用の抵抗素子として現在最も幅広く採用されて
いる。しかしながら、多結晶シリコンにおけるキャリア
伝導機構を構成する因子が多く、かつ複雑であり、しか
も他工程の熱処理の影響による大きな変動を受け、特に
高抵抗側で顕著となる傾向があり、抵抗値の精度が充分
でないこと及び抵抗温度係数(〜2000ppm/℃)
が大きいことが課題となってきている。On the other hand, polycrystalline silicon resistance elements are currently most widely employed as resistance elements for semiconductor integrated circuits. However, there are many factors that compose the carrier conduction mechanism in polycrystalline silicon, and it is complicated, and is subject to a large variation due to the influence of the heat treatment in other processes, and tends to be remarkable particularly on the high resistance side. Is not enough and the temperature coefficient of resistance (~ 2000ppm / ℃)
Has become an issue.
【0011】また、薄膜金属抵抗素子で最も広く採用さ
れているCrSi系材料は、非常に酸化されやすいこと
が大きな課題となってきている。CrSi系抵抗素子の
製造プロセスでは、パターニングした抵抗膜(CrSi
系材料の膜)が直接酸素雰囲気や酸素プラズマに晒され
る工程が多い。このため、抵抗膜の表面に酸化や変質が
生じる。このように表面が酸化されたり、変質した抵抗
膜の上に直接アルミニウム膜の配線を形成すると、接触
抵抗が大きくかつ導通が不安定になる。そこで、抵抗膜
の表面の変質層を除去するために、希フッ酸水溶液で抵
抗膜の表面及び半導体ウエハの表面を洗浄することも行
われている。しかしながら、このように抵抗膜の表面に
対して洗浄を行っても、コンタクト抵抗を充分低く、か
つ安定にすることは困難である。例えばCrSiN膜は
非常に酸化されやすいため、表面の洗浄を行った後で
も、CrSiN膜の上に積層する配線膜材料との間に薄
い酸化クロム等が自然酸化膜として形成されてしまい、
配線材料と抵抗膜との導通がしばしば不安定になる。[0011] In addition, the CrSi-based material most widely used in the thin film metal resistance element is very liable to be oxidized. In a manufacturing process of a CrSi-based resistance element, a patterned resistance film (CrSi
In many cases, the base material film is directly exposed to an oxygen atmosphere or oxygen plasma. For this reason, oxidation or alteration occurs on the surface of the resistance film. If the aluminum film wiring is formed directly on the surface of the oxidized or deteriorated resistance film, the contact resistance becomes large and the conduction becomes unstable. Therefore, in order to remove the altered layer on the surface of the resistive film, the surface of the resistive film and the surface of the semiconductor wafer are also washed with a diluted hydrofluoric acid aqueous solution. However, even if the surface of the resistive film is cleaned as described above, it is difficult to make the contact resistance sufficiently low and stable. For example, since the CrSiN film is very easily oxidized, even after the surface is cleaned, a thin chromium oxide or the like is formed as a natural oxide film between the wiring film material laminated on the CrSiN film,
The conduction between the wiring material and the resistive film often becomes unstable.
【0012】さらに、薄膜金属抵抗素子の材料としてC
rSi2 膜を用いた従来の薄膜抵抗素子では、CrSi
2 の抵抗値が360℃近傍の温度で大きく変化し、薄膜
抵抗素子を形成した後に半導体装置が完成するまでに行
われる熱処理工程によって、抵抗値が大幅に変動する問
題がある。Further, C is used as a material for the thin film metal resistance element.
In a conventional thin film resistor using an rSi 2 film, CrSi
2 has a problem that the resistance value greatly changes at a temperature near 360 ° C., and the resistance value largely fluctuates due to a heat treatment process performed after the thin film resistance element is formed until the semiconductor device is completed.
【0013】一方、CrSiO膜は、熱的な安定性が高
く、抵抗素子を形成した後の熱処理工程による抵抗値の
変動が少ないので、抵抗膜自体の材料としては望まし
い。しかしながら、このCrSiO膜は、アルミニウム
合金を積層して成る配線層と良好な電気的接続をとるこ
とが難しく、接続部の接触抵抗により初期抵抗値のばら
つきが大きくなる問題があり、実用化には複雑な素子構
造と繁雑な製造工程が必要となることから、製造コスト
の増大が大きな課題となる。On the other hand, a CrSiO film is desirable as a material of the resistive film itself because it has high thermal stability and a small change in resistance due to a heat treatment step after forming the resistive element. However, this CrSiO film has a problem that it is difficult to make a good electrical connection with a wiring layer formed by laminating an aluminum alloy, and there is a problem that the initial resistance value varies greatly due to the contact resistance of the connection portion. Since a complicated element structure and complicated manufacturing steps are required, an increase in manufacturing cost is a major issue.
【0014】さらに、従来の薄膜抵抗素子には、ニクロ
ム合金やチッ化タンタルを用いたものが多いが、これら
の材料は比抵抗が低いため、高い比抵抗とするためには
抵抗膜を薄くしなければならず、薄くすることにより熱
的安定性が悪くなるという問題があった。そこで、高い
比抵抗を有する材料として、クロムとシリコンとの合金
から成る薄膜抵抗素子が提案されているが、この合金材
料も熱を加えると抵抗値が変化するという問題があっ
た。Further, many of the conventional thin film resistance elements use a nichrome alloy or tantalum nitride. However, since these materials have low specific resistance, the resistance film must be thinned to obtain a high specific resistance. Therefore, there is a problem that thermal stability is deteriorated when the thickness is reduced. Therefore, as a material having a high specific resistance, a thin film resistance element made of an alloy of chromium and silicon has been proposed. However, this alloy material also has a problem that the resistance value changes when heat is applied.
【0015】上述した従来の抵抗素子の課題を解決する
ために、各種の抵抗素子の構成や製造方法が提案されて
いるが(例えば特開平6−5787号、特開平5−19
0547号、特開平7−245303号、特開平7−2
02124等参照)、いずれも製造コストの大幅な上昇
や抵抗精度の悪化等の短所を有していて、実用上充分な
ものとはなっていない。In order to solve the above-mentioned problems of the conventional resistance elements, various configurations and manufacturing methods of the resistance elements have been proposed (for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 6-5787 and 5-19).
0547, JP-A-7-245303, JP-A-7-2
02124), all of which have disadvantages such as a significant increase in manufacturing cost and deterioration in resistance accuracy, and are not practically sufficient.
【0016】[0016]
【発明が解決しようとする課題】以上の問題を回避し、
尚かつ、特に高抵抗の抵抗素子に求められる特性、即ち
高い抵抗(>2.0kΩ/□)、低い抵抗温度係数(<
±200ppm/℃)、高精度の抵抗値、耐熱性(45
0℃程度まで)、耐酸化性(450℃程度まで)、経時
変化に対する安定性、等の要件を全て満たすことが要求
されている。SUMMARY OF THE INVENTION To avoid the above problems,
In addition, the characteristics required especially for a high-resistance resistance element, that is, high resistance (> 2.0 kΩ / □), low temperature coefficient of resistance (<
± 200 ppm / ° C), high-precision resistance, heat resistance (45
It is required to satisfy all the requirements such as about 0 ° C.), oxidation resistance (up to about 450 ° C.), and stability with time.
【0017】そこで、これらの要求に応えられる材料と
して、(M+SiO2 )、(M+SiN)、(M+Si
C)等(Mは金属元素)の組成を有するシリコンサーメ
ット材料(絶縁材料と金属材料との合成材料)を用い
て、高抵抗の薄膜抵抗素子を形成することが考えられ
る。Therefore, as materials meeting these requirements, (M + SiO 2 ), (M + SiN), (M + SiN)
It is conceivable to form a high-resistance thin-film resistance element using a silicon cermet material (a composite material of an insulating material and a metal material) having a composition such as C) (M is a metal element).
【0018】これらのシリコンサーメット材料のうち、
例えばTa−SiO2 サーメットは、シート抵抗〜10
kΩ/□、抵抗温度係数<±100ppm/℃、耐熱性
〜600℃、耐酸化性も〜600℃という良好な特性を
有しており、さらに半導体製造装置に広く利用されてい
る絶縁膜SiO2 系やSiN系材料とも密着性が極めて
良好であるという特長を有している。Of these silicon cermet materials,
For example, Ta-SiO 2 cermet, the sheet resistance to 10
kΩ / □, temperature coefficient of resistance <± 100 ppm / ° C., heat resistance up to 600 ° C., oxidation resistance up to 600 ° C., and insulating film SiO 2 widely used in semiconductor manufacturing equipment It has the feature that the adhesion is very good with both the system and SiN-based materials.
【0019】しかしながら、上述のシリコンサーメット
材料を薄膜抵抗素子へ採用する際には、前述した従来の
他の抵抗素子の構成をそのまま適用することができない
問題がある。最大の問題は、現在半導体装置一般に幅広
く採用されているシリコン系絶縁膜との製造工程上の問
題である。特に、抵抗膜として、シリコンサーメット材
料の薄膜(膜厚10nm〜100nm)を形成しようと
したとき、抵抗膜の下地の層や抵抗膜を覆う層間絶縁層
として、シリコンサーメット材料と組成及び構成元素が
酷似したシリコン系絶縁層(SiO2 系やSiN系材
料)に挟み込まれる構造が避けられないため、これらの
シリコン系絶縁層とシリコンサーメット材料から成る抵
抗膜とのエッチング選択性を確保することが困難になっ
ている。However, when the above-mentioned silicon cermet material is used for a thin-film resistance element, there is a problem that the configuration of the other conventional resistance element described above cannot be applied as it is. The biggest problem is a problem in the manufacturing process with a silicon-based insulating film widely used at present in general semiconductor devices. In particular, when an attempt is made to form a silicon cermet material thin film (thickness: 10 nm to 100 nm) as a resistive film, the silicon cermet material, the composition and the constituent elements are used as an underlayer of the resistive film or an interlayer insulating layer covering the resistive film. Since a structure sandwiched between silicon-based insulating layers (SiO 2 -based and SiN-based materials) that are very similar cannot be avoided, it is difficult to ensure etching selectivity between these silicon-based insulating layers and a resistive film made of a silicon cermet material. It has become.
【0020】これにより、配線層と抵抗素子を接続する
コンタクト領域の形成工程の難易度が高くなり、このこ
とが実現化の最大の課題となっている。As a result, the difficulty in the step of forming a contact region connecting the wiring layer and the resistance element increases, and this is the greatest problem to be realized.
【0021】ここで、具体的な構成を挙げて、シリコン
サーメット材料を薄膜抵抗素子に適用した場合に発生す
る問題を説明する。シリコンサーメット材料を薄膜抵抗
素子に適用した場合の構造としては、まず図22に示す
ように、シリコンサーメット材料からなる抵抗膜73に
より薄膜抵抗素子70を形成し、薄膜抵抗素子70を覆
うシリコン系絶縁層74に形成した接続孔を通じて配線
77(下地膜75及び配線層76)のコンタクト部77
Cを接続した構造が考えられる。このような構造は、例
えば前述した薄膜多結晶シリコン抵抗素子において、多
く採用されている構造である。この構造を採用した場
合、シリコン系絶縁層74とシリコンサーメット材料か
ら成る抵抗膜73とのエッチング選択比がとれないため
に、絶縁層74をエッチングして接続孔を形成する際に
オーバーエッチングされて配線77のコンタクト部77
Cの下の抵抗膜73が一部削られて薄くなってしまう。
これにより、コンタクト抵抗が増えて、コンタクト抵抗
を要因とする薄膜抵抗素子70の抵抗値の変動が大きく
なる。Here, a problem that occurs when a silicon cermet material is applied to a thin-film resistance element will be described with reference to a specific configuration. As a structure when a silicon cermet material is applied to a thin-film resistance element, first, as shown in FIG. 22, a thin-film resistance element 70 is formed by a resistance film 73 made of a silicon cermet material, and a silicon-based insulating material covering the thin-film resistance element 70 is formed. The contact portion 77 of the wiring 77 (the base film 75 and the wiring layer 76) is formed through the connection hole formed in the layer 74.
A structure in which C is connected is conceivable. Such a structure is, for example, a structure that is often used in the above-described thin-film polycrystalline silicon resistance element. When this structure is adopted, since the etching selectivity between the silicon-based insulating layer 74 and the resistive film 73 made of the silicon cermet material cannot be obtained, over-etching is performed when the insulating layer 74 is etched to form a connection hole. Contact part 77 of wiring 77
The resistive film 73 under C is partially cut away and becomes thin.
As a result, the contact resistance increases, and the fluctuation of the resistance value of the thin-film resistance element 70 due to the contact resistance increases.
【0022】一方、抵抗膜73上の絶縁層74に接続孔
を形成する代わりに、抵抗膜73上に配線層を形成して
配線層をパターニングして配線77を形成する方法も考
えられる。この場合、配線層のパターニングはエッチン
グ薬液によるウエット処理か或いはプラズマエッチング
等のドライ処理により行われる。On the other hand, instead of forming a connection hole in the insulating layer 74 on the resistance film 73, a method of forming a wiring layer on the resistance film 73 and patterning the wiring layer to form a wiring 77 can be considered. In this case, patterning of the wiring layer is performed by a wet process using an etching solution or a dry process such as plasma etching.
【0023】まず、ウエット処理により配線層をパター
ニングする場合には、図23Aに示すように、抵抗膜7
3上に配線層78を直接成膜して、さらにエッチング薬
液によるウエット処理により選択的なエッチングを行っ
て、配線層78をパターニングして配線を形成する。こ
の場合には、配線層78がウエット処理が可能な材料に
限定されてしまい、Ti系のバリアメタル層の採用が不
可能となる。また、抵抗膜73の表面がエッチング薬液
により損傷することにより、薄膜抵抗素子70の抵抗値
の変動要因となる。さらに、抵抗膜73の両側に接続さ
れた配線の間隔Lにより抵抗値が規定されるが、ウエッ
ト処理では配線層78の端面78Aの位置を制御して配
線の間隔Lを高精度に制御することが難しく、抵抗値の
精度上問題となる。First, when patterning the wiring layer by wet processing, as shown in FIG.
A wiring layer 78 is formed directly on the substrate 3 and is selectively etched by a wet process using an etching solution to pattern the wiring layer 78 to form a wiring. In this case, the wiring layer 78 is limited to a material that can be wet-processed, and it becomes impossible to employ a Ti-based barrier metal layer. Further, the surface of the resistance film 73 is damaged by the etching solution, which causes a change in the resistance value of the thin-film resistance element 70. Further, the resistance value is defined by the distance L between the wirings connected to both sides of the resistance film 73. In the wet processing, the position of the end face 78A of the wiring layer 78 is controlled to control the distance L between the wirings with high precision. Is difficult, and there is a problem in accuracy of the resistance value.
【0024】また、ドライ処理により配線層をパターニ
ングする場合には、図23Bに示すように、抵抗膜73
上に下地膜75及び配線層76の積層膜を直接成膜し
て、さらにプラズマエッチングによりパターニングを行
って、配線77を形成することができる。この場合は、
下地膜75としてTi系のバリアメタル層を採用するこ
とが可能である。この場合には、プラズマ中の活性ラジ
カルや入射イオン等のダメージにより抵抗膜73表面が
損傷する(例えば図23Bのように薄くなる)ことによ
り薄膜抵抗素子70の抵抗値の変動要因となる。特にR
IE(反応性イオンエッチング)等によるイオン損傷が
抵抗膜73の表面に与える影響は無視できない。In the case where the wiring layer is patterned by dry processing, as shown in FIG.
The wiring 77 can be formed by directly forming a laminated film of the base film 75 and the wiring layer 76 on the upper surface and then performing patterning by plasma etching. in this case,
It is possible to use a Ti-based barrier metal layer as the base film 75. In this case, the surface of the resistive film 73 is damaged (eg, becomes thin as shown in FIG. 23B) by the damage of active radicals or incident ions in the plasma, which causes a change in the resistance value of the thin-film resistive element 70. Especially R
The effect of ion damage due to IE (reactive ion etching) on the surface of the resistive film 73 cannot be ignored.
【0025】そこで、抵抗膜73上に配線77を形成し
た構成において、図24に示すように、絶縁性材料から
成る保護膜79を抵抗膜73上に積層してこの保護膜7
9を介して抵抗膜73と配線77を接続する構成が考え
られる。保護膜79を積層することにより、プラズマや
薬液等による抵抗膜73の表面の損傷を回避することが
可能となる。この図24に示す構成を製造する場合に
は、抵抗膜73上に保護膜79を積層した後、これを覆
って下地膜75及び配線層76を形成し、下地膜75及
び配線層76をパターニングして配線77を形成する。
このパターニングの際には保護膜79により抵抗膜73
の表面の損傷を回避することができる。さらに、薄膜抵
抗素子70を構成するために、左右にある配線77との
接続部を分離する必要があるため、その間(中央部)の
保護膜79を除去する。このとき、保護膜79が抵抗膜
73とエッチング選択比が確保しやすい絶縁性材料であ
る場合、抵抗膜73を保護膜79の除去の際のエッチン
グストッパとして作用させることができるが、材料の性
質として配線77とのコンタクト抵抗が著しく高くな
る。一方、もし保護膜79に導電性材料を採用すると、
保護膜79が配線77や抵抗膜73に対してエッチング
選択性を確保できなるため、配線77のパターニングの
際に保護膜79も同時にエッチングされたり、中央部の
保護膜79を除去する際に抵抗膜73へダメージを与え
たりする。Therefore, in the configuration in which the wiring 77 is formed on the resistance film 73, as shown in FIG. 24, a protection film 79 made of an insulating material is laminated on the resistance film 73, and
A configuration is conceivable in which the resistance film 73 and the wiring 77 are connected via the wiring 9. By laminating the protective film 79, it is possible to prevent the surface of the resistive film 73 from being damaged by plasma, a chemical, or the like. In the case of manufacturing the configuration shown in FIG. 24, after a protective film 79 is laminated on the resistance film 73, a base film 75 and a wiring layer 76 are formed so as to cover the protection film 79, and the base film 75 and the wiring layer 76 are patterned. Then, the wiring 77 is formed.
In this patterning, the resistive film 73 is formed by the protective film 79.
Surface damage can be avoided. Further, since it is necessary to separate the connection portions with the wirings 77 on the left and right in order to form the thin film resistance element 70, the protective film 79 between them (at the center) is removed. At this time, when the protective film 79 is an insulating material that can easily secure an etching selectivity with the resistive film 73, the resistive film 73 can function as an etching stopper when removing the protective film 79. As a result, the contact resistance with the wiring 77 is significantly increased. On the other hand, if a conductive material is used for the protective film 79,
Since the protective film 79 can secure etching selectivity with respect to the wiring 77 and the resistive film 73, the protective film 79 is simultaneously etched when patterning the wiring 77, or resisting when removing the central protective film 79. The film 73 may be damaged.
【0026】次に、図25に示す構成は、エッチング用
の加工マスクを2枚利用することで、抵抗値の精度の確
保と、保護膜79による抵抗膜73へのダメージ損傷と
を回避することを可能としたものである。この図25に
示す構成を製造する際には、抵抗膜73上に保護膜79
を積層した後、これを覆って下地膜75及び配線層76
を形成し、配線層76をパターニングして配線77を形
成する。この配線層76のパターニングにはウエット処
理を用いていて、配線層76の端面76Aが曲面となっ
ている。このとき、保護膜79によりウエット処理のエ
ッチング薬液から抵抗膜73が保護される。続いて、配
線層76のパターニングに用いたマスクを除去して、よ
り開口の小さいマスクを改めて形成する。この開口の小
さいマスクを用いて、中央部の下地膜75と保護膜79
を除去する。配線77の間隔Lがウエット処理ではなく
開口の小さいマスクにより規定されるため、薄膜抵抗素
子70の抵抗値の精度を高く確保することができる。し
かしながら、この場合は、マスクを付け直しする等煩雑
な製造工程が必要になり、製造コストの増大をもたらす
問題がある。Next, the configuration shown in FIG. 25 uses two processing masks for etching to ensure the accuracy of the resistance value and to prevent the protective film 79 from damaging and damaging the resistance film 73. Is made possible. When the structure shown in FIG. 25 is manufactured, the protective film 79 is formed on the resistance film 73.
Are stacked, and the base film 75 and the wiring layer 76 are
Is formed, and the wiring layer 76 is patterned to form the wiring 77. A wet process is used for patterning the wiring layer 76, and the end face 76A of the wiring layer 76 is curved. At this time, the resistive film 73 is protected by the protective film 79 from the wet etching chemical. Subsequently, the mask used for patterning the wiring layer 76 is removed, and a mask having a smaller opening is formed again. Using the mask having a small opening, the base film 75 and the protective film 79 at the center are used.
Is removed. Since the interval L between the wirings 77 is defined by a mask having a small opening instead of a wet process, high accuracy of the resistance value of the thin-film resistance element 70 can be secured. However, in this case, a complicated manufacturing process such as reattachment of the mask is required, and there is a problem that the manufacturing cost is increased.
【0027】図26に示す構成は、図22に示した構成
を改善したもので、配線77と薄膜抵抗素子70とのコ
ンタクト部において、抵抗膜73の下に導電性のエッチ
ングストッパ層80を形成し、部分的に抵抗膜73と積
層構造としたものである。エッチングストッパ層80に
より、絶縁層74に接続孔を形成する際に、エッチング
ストッパ層80で接続孔が止まる。そして、配線78
と、エッチングストッパ層80及び抵抗膜73とが電気
的に接続される。エッチングストッパ層80が導電性の
ため配線とのコンタクト抵抗も小さい。しかしながら、
この場合には、抵抗膜73が段差を有していて、この段
差部のカバレージが抵抗値の変動要因となる。また、エ
ッチングストッパ層80が増えることにより、この場合
も煩雑な製造工程が必要となり、製造コストの増大をも
たらす。The structure shown in FIG. 26 is an improvement of the structure shown in FIG. 22. A conductive etching stopper layer 80 is formed under a resistive film 73 in a contact portion between a wiring 77 and a thin-film resistance element 70. In addition, it has a partially laminated structure with the resistance film 73. When a connection hole is formed in the insulating layer 74 by the etching stopper layer 80, the connection hole stops at the etching stopper layer 80. Then, the wiring 78
And the etching stopper layer 80 and the resistance film 73 are electrically connected. Since the etching stopper layer 80 is conductive, the contact resistance with the wiring is small. However,
In this case, the resistance film 73 has a step, and the coverage of the step becomes a cause of a change in the resistance value. In addition, since the number of etching stopper layers 80 increases, a complicated manufacturing process is required also in this case, resulting in an increase in manufacturing cost.
【0028】上述した問題の解決のために、本発明にお
いては、抵抗値の精度がよく、耐熱性や耐酸化性を有
し、配線層と良好な接続を行うことができ、比較的安い
製造コストで容易に製造することが可能な構造である高
抵抗の薄膜抵抗素子を有して成る半導体装置及びその製
造方法を提供するものである。In order to solve the above-mentioned problems, in the present invention, the resistance value is high, the heat resistance and the oxidation resistance are good, the connection with the wiring layer can be made well, and the manufacturing cost is relatively low. An object of the present invention is to provide a semiconductor device having a high-resistance thin-film resistance element having a structure that can be easily manufactured at low cost, and a method of manufacturing the same.
【0029】[0029]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
シリコンサーメット材料から成る抵抗膜と、この抵抗膜
上の絶縁性保護膜とを少なくとも積層して成る薄膜抵抗
素子を有し、シリコンサーメット材料は、シリコン及び
1種類以上の金属元素に酸素、窒素、炭素から選ばれる
少なくとも1種類の元素を含む組成から成り、薄膜抵抗
素子に電気的に接続される配線が薄膜抵抗素子を覆う絶
縁層に形成された開口を通じて、抵抗膜に直接接続され
ているものである。According to the present invention, there is provided a semiconductor device comprising:
It has a thin film resistance element formed by stacking at least a resistive film made of a silicon cermet material and an insulating protective film on the resistive film. The silicon cermet material contains oxygen, nitrogen, Wiring electrically connected to the thin-film resistance element, which is composed of a composition containing at least one element selected from carbon, and which is directly connected to the resistance film through an opening formed in an insulating layer covering the thin-film resistance element It is.
【0030】本発明の半導体装置の製造方法は、シリコ
ンサーメット材料から成る抵抗膜を成膜する工程と、こ
の抵抗膜を形成する工程と同一の装置内で連続して抵抗
膜上に絶縁性保護膜を成膜する工程と、抵抗膜及び絶縁
性保護膜を一括してパターニングして、抵抗膜及び絶縁
性保護膜の積層膜から成る薄膜抵抗素子を形成する工程
と、薄膜抵抗素子を覆って絶縁層を形成する工程とを有
して薄膜抵抗素子を有して成る半導体装置を製造するも
のであり、シリコンサーメット材料はシリコン及び1種
類以上の金属元素に、酸素、窒素、炭素から選ばれる少
なくとも1種類の元素を含む組成から成るものである。According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a step of forming a resistive film made of a silicon cermet material, and a step of forming an insulating protective film on the resistive film continuously in the same apparatus as the step of forming the resistive film. A step of forming a film, a step of collectively patterning the resistive film and the insulating protective film to form a thin-film resistive element comprising a laminated film of the resistive film and the insulating protective film, and a step of covering the thin-film resistive element. Forming a semiconductor device having a thin film resistance element including a step of forming an insulating layer, wherein the silicon cermet material is selected from oxygen, nitrogen, and carbon as silicon and at least one metal element. It has a composition containing at least one element.
【0031】上述の本発明の半導体装置の構成によれ
ば、シリコンサーメット材料から成る抵抗膜と、この抵
抗膜上の絶縁性保護膜とを少なくとも積層して薄膜抵抗
素子が構成されていることにより、シリコンサーメット
材料の特性により低い抵抗温度係数、耐熱性、並びに耐
酸化性を有する高抵抗の薄膜抵抗素子を構成することが
できると共に、この構成の薄膜抵抗素子を製造する際に
絶縁性保護膜により抵抗膜を保護して、抵抗膜表面への
損傷を防止することができる。また、薄膜抵抗素子に電
気的に接続される配線が薄膜抵抗素子を覆う絶縁層に形
成された開口を通じて、抵抗膜に直接接続されているこ
とにより、配線と抵抗膜との接触抵抗を小さくすること
ができる。これにより接触抵抗の大きさや、接触抵抗値
のばらつきによる薄膜抵抗素子の抵抗値の変動が回避さ
れる。According to the configuration of the semiconductor device of the present invention described above, a thin film resistance element is formed by laminating at least a resistance film made of a silicon cermet material and an insulating protective film on the resistance film. A high-resistance thin-film resistance element having a low temperature coefficient of resistance, heat resistance, and oxidation resistance can be formed by the characteristics of the silicon cermet material, and an insulating protective film can be formed when manufacturing the thin-film resistance element having this configuration. This protects the resistive film and prevents damage to the resistive film surface. Further, since the wiring electrically connected to the thin-film resistance element is directly connected to the resistance film through an opening formed in the insulating layer covering the thin-film resistance element, the contact resistance between the wiring and the resistance film is reduced. be able to. As a result, a change in the resistance value of the thin-film resistance element due to a variation in the contact resistance value or the contact resistance value is avoided.
【0032】上述の本発明の半導体装置の製造方法によ
れば、シリコンサーメット材料から成る抵抗膜を成膜し
た後、抵抗膜を形成する工程と同一の装置内で連続して
抵抗膜上に絶縁性保護膜を成膜し、抵抗膜及び絶縁性保
護膜を一括してパターニングして薄膜抵抗素子を形成す
るため、抵抗膜の表面に自然酸化膜を生じないで抵抗膜
を絶縁性保護膜で覆うことができる。また、上述のよう
に絶縁性保護膜により抵抗膜を保護して、後の工程にお
ける抵抗膜表面への損傷を防止することができる。これ
により、上述した低い抵抗温度係数、耐熱性、並びに耐
酸化性を有する高抵抗の薄膜抵抗素子を製造することが
できる。According to the above-described method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, after forming a resistive film made of a silicon cermet material, the insulating film is continuously formed on the resistive film in the same apparatus as in the step of forming the resistive film. Since a resistive film is formed and a resistive film and an insulating protective film are collectively patterned to form a thin-film resistive element, the resistive film is formed of an insulating protective film without forming a natural oxide film on the surface of the resistive film. Can be covered. Further, as described above, the resistive film is protected by the insulating protective film, and damage to the resistive film surface in a later step can be prevented. Thus, a high-resistance thin-film resistance element having the above-described low temperature coefficient of resistance, heat resistance, and oxidation resistance can be manufactured.
【0033】[0033]
【発明の実施の形態】本発明は、シリコンサーメット材
料から成る抵抗膜と、この抵抗膜上の絶縁性保護膜とを
少なくとも積層して成る薄膜抵抗素子を有し、シリコン
サーメット材料は、シリコン及び1種類以上の金属元素
に酸素、窒素、炭素から選ばれる少なくとも1種類の元
素を含む組成から成り、薄膜抵抗素子に電気的に接続さ
れる配線が薄膜抵抗素子を覆う絶縁層に形成された開口
を通じて、抵抗膜に直接接続されている半導体装置であ
る。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention has a thin-film resistance element formed by laminating at least a resistive film made of a silicon cermet material and an insulating protective film on the resistive film. An opening formed in an insulating layer covering the thin-film resistance element, the wiring being made of a composition containing at least one element selected from oxygen, nitrogen, and carbon in one or more metal elements; Through the semiconductor device directly connected to the resistance film.
【0034】また本発明は、上記半導体装置において、
シリコンサーメット材料の金属元素は、Ta,Nb,
W,Ti,Mo,Ni,V,Zrから1種類以上選ばれ
る構成とする。The present invention also relates to the above semiconductor device,
The metal elements of the silicon cermet material are Ta, Nb,
One or more types are selected from W, Ti, Mo, Ni, V, and Zr.
【0035】また本発明は、上記半導体装置において、
絶縁性保護膜が薄膜抵抗素子を覆う絶縁層に対して、エ
ッチングに対する選択性を有している構成とする。According to the present invention, in the above semiconductor device,
The structure is such that the insulating protective film has selectivity to etching with respect to the insulating layer covering the thin-film resistance element.
【0036】また本発明は、上記半導体装置において、
絶縁性保護膜はシリコンサーメット材料の金属元素の酸
化物または酸窒化物から成る構成とする。According to the present invention, in the above semiconductor device,
The insulating protective film is made of an oxide or oxynitride of a metal element of a silicon cermet material.
【0037】本発明は、薄膜抵抗素子を有して成る半導
体装置を製造する方法であって、シリコンサーメット材
料から成る抵抗膜を成膜する工程と、この抵抗膜を形成
する工程と同一の装置内で連続して抵抗膜上に絶縁性保
護膜を成膜する工程と、抵抗膜及び絶縁性保護膜を一括
してパターニングして、抵抗膜及び絶縁性保護膜の積層
膜から成る薄膜抵抗素子を形成する工程と、薄膜抵抗素
子を覆って絶縁層を形成する工程とを有し、シリコンサ
ーメット材料はシリコン及び1種類以上の金属元素に、
酸素、窒素、炭素から選ばれる少なくとも1種類の元素
を含む組成から成る半導体装置の製造方法である。The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having a thin-film resistance element, wherein a step of forming a resistance film made of a silicon cermet material and an apparatus identical to the step of forming this resistance film are provided. A step of forming an insulating protective film on the resistive film continuously within the resistive film, and patterning the resistive film and the insulating protective film collectively to form a thin film resistive element comprising a laminated film of the resistive film and the insulating protective film And a step of forming an insulating layer over the thin-film resistance element, wherein the silicon cermet material is silicon and one or more metal elements,
This is a method for manufacturing a semiconductor device having a composition containing at least one element selected from oxygen, nitrogen, and carbon.
【0038】また本発明は、上記半導体装置の製造方法
において、絶縁性保護膜が、上記抵抗膜及び上記絶縁層
に対して、エッチングに対する選択性を有する。Further, according to the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device, the insulating protective film has selectivity to etching with respect to the resistance film and the insulating layer.
【0039】図1は本発明の一実施の形態として薄膜抵
抗素子を有する半導体装置の概略構成図(断面図)を示
す。この半導体装置は、例えば半導体基板や半導体基板
上にエピタキシャル層を形成して成る基体1上に絶縁層
2が形成され、この絶縁層2上に抵抗膜3とその上の保
護膜4との積層膜から成る薄膜抵抗素子10が形成され
て成る。そして、薄膜抵抗素子10の表面を絶縁層5が
覆っていて、この絶縁層5及び薄膜抵抗素子10の保護
膜4に形成された開口を通じて、配線11が抵抗膜3に
接続されている。配線11は配線層7とその下の下地膜
6とから構成され、絶縁層5及び保護膜4に形成された
開口内を埋めて抵抗膜3に電気的に接続されるようにコ
ンタクト部11Cを有している。FIG. 1 is a schematic configuration diagram (cross-sectional view) of a semiconductor device having a thin film resistance element as one embodiment of the present invention. In this semiconductor device, for example, an insulating layer 2 is formed on a semiconductor substrate or a base 1 formed by forming an epitaxial layer on the semiconductor substrate, and a resistive film 3 and a protective film 4 thereon are laminated on the insulating layer 2. The thin film resistance element 10 made of a film is formed. The insulating layer 5 covers the surface of the thin-film resistance element 10, and the wiring 11 is connected to the resistance film 3 through an opening formed in the insulating layer 5 and the protective film 4 of the thin-film resistance element 10. The wiring 11 is composed of a wiring layer 7 and a base film 6 thereunder. A contact portion 11C is formed so as to fill an opening formed in the insulating layer 5 and the protective film 4 and to be electrically connected to the resistance film 3. Have.
【0040】本実施の形態においては、特に抵抗膜3の
材料として、Si(シリコン)サーメット材料(絶縁材
料と金属材料との合成材料)を用いると共に、保護膜4
を絶縁性の膜とする。In the present embodiment, in particular, a Si (silicon) cermet material (a composite material of an insulating material and a metal material) is used as the material of the resistance film 3 and the protective film 4 is used.
Is an insulating film.
【0041】Si(シリコン)サーメット材料は、Si
(シリコン)と金属元素Mとその他の元素(例えば酸
素)とから構成される。金属元素Mとしては、好ましく
は、Ta,Nb,W,Ti,Mo,Ni,V,Zrの金
属から少なくとも1種類を選択する。その他の元素とし
ては、酸素、窒素、炭素の反応種の元素から少なくとも
1種類を選択する。The Si (silicon) cermet material is Si
(Silicon), a metal element M, and another element (for example, oxygen). As the metal element M, preferably, at least one kind is selected from metals of Ta, Nb, W, Ti, Mo, Ni, V, and Zr. As the other elements, at least one element is selected from reactive elements of oxygen, nitrogen, and carbon.
【0042】これらシリコン、金属元素M、反応種の元
素から3元系以上の組成のサーメットを構成する。例え
ばMx Siy Oz ,Mx Siy Nz ,Mx Siy Cz ,
Mx Siy Oz N w (x,y,z,wは正の数)といっ
た組成のサーメットを用いることができる。The silicon, the metal element M, and the source of the reactive species
A cermet having a composition of three or more components is composed of elemental materials. example
MxSiyOz, MxSiyNz, MxSiyCz,
MxSiyOzN w(X, y, z, w are positive numbers)
Cermets having different compositions can be used.
【0043】シリコンサーメット材料から成る抵抗膜3
のシート抵抗は、好ましくは0.1KΩ/□以上とす
る。また、抵抗膜3の膜厚は、好ましくは10nm〜3
00nmの範囲内とする。また、シリコンサーメット材
料の金属元素MとシリコンSiとの組成比は、M/(M
+Si)=25〜55(mol%)とすることが好まし
い。Resistive film 3 made of silicon cermet material
Is preferably 0.1 KΩ / □ or more. The thickness of the resistance film 3 is preferably 10 nm to 3 nm.
Within the range of 00 nm. The composition ratio of the metal element M and silicon Si of the silicon cermet material is M / (M
+ Si) = 25 to 55 (mol%).
【0044】このようなシリコン系サーメット材料は、
例えばサーマルプリンターヘッドやインクジェットヘッ
ド等の発熱体(ヒーター)に用いられている。Such a silicon-based cermet material is
For example, it is used for a heating element (heater) such as a thermal printer head or an ink jet head.
【0045】絶縁性の保護膜4としては、絶縁性金属酸
化物、絶縁性金属酸窒化物を用いることができる。好ま
しくは、抵抗膜3のサーメットを構成する金属元素Mの
酸化物や酸窒化物(Mx Oy ,Mx Oy Nz 等、x,
y,zは正の数)を用いて、抵抗膜3に対して良好な相
性を有するようにする。また、絶縁性の保護膜4とし
て、微細結晶性多結晶シリコンやアモルファス(非晶
質)シリコン、並びにそれらが混合した状態の膜を用い
ることも可能である。As the insulating protective film 4, an insulating metal oxide or an insulating metal oxynitride can be used. Preferably, an oxide or an oxynitride (M x O y , M x O y N z, etc.) of the metal element M constituting the cermet of the resistance film 3 is used.
y and z are positive numbers) so as to have good compatibility with the resistance film 3. Further, as the insulating protective film 4, it is also possible to use fine crystalline polycrystalline silicon, amorphous (amorphous) silicon, or a film in which they are mixed.
【0046】絶縁性の保護膜4のシート抵抗は、好まし
くは100kΩ/□以上とする。また、保護膜4の膜厚
は、好ましくは5〜50nmの範囲内とする。The sheet resistance of the insulating protective film 4 is preferably set to 100 kΩ / □ or more. The thickness of the protective film 4 is preferably in the range of 5 to 50 nm.
【0047】さらに、絶縁性の保護膜4は、薄膜抵抗素
子10を上下に挟む絶縁層2及び5、特に薄膜抵抗素子
10を覆う絶縁層5に対してエッチング選択性(選択
比)が高いことが好ましい。通常、半導体装置におい
て、絶縁層2及び5の材料としてはシリコン化合物(酸
化シリコンや窒化シリコン)が用いられる。上述した絶
縁性金属酸化物、絶縁性金属窒化物、微細結晶性多結晶
シリコン、アモルファスシリコン等の材料で、絶縁層5
のシリコン化合物に対してエッチング選択性の高い材料
を、絶縁性の保護膜4に用いる。これにより、薄膜抵抗
素子10を覆う絶縁層5に配線11のコンタクト部11
Cのための開口を形成するエッチングを行う工程におい
て、絶縁性の保護膜4をエッチングストッパをして作用
させることができる。Further, the insulating protective film 4 has a high etching selectivity (selectivity) with respect to the insulating layers 2 and 5 sandwiching the thin-film resistance element 10 above and below, especially the insulation layer 5 covering the thin-film resistance element 10. Is preferred. Usually, in a semiconductor device, a silicon compound (silicon oxide or silicon nitride) is used as a material of the insulating layers 2 and 5. The insulating layer 5 is made of a material such as the above-described insulating metal oxide, insulating metal nitride, microcrystalline polycrystalline silicon, amorphous silicon, or the like.
A material having high etching selectivity to the silicon compound is used for the insulating protective film 4. As a result, the contact portion 11 of the wiring 11 is formed on the insulating layer 5 covering the thin-film resistance element 10.
In the step of performing the etching for forming the opening for C, the insulating protective film 4 can act as an etching stopper.
【0048】そして、上述のように保護膜4をシリコン
化合物から成る絶縁層5に対してエッチング選択性が高
い材料とすれば、保護膜4がシリコン系サーメット材料
から成る抵抗膜3に対してもエッチング選択性が高くな
る。これにより、保護膜に配線11のコンタクト部11
Cのための開口を形成するエッチングを行う工程におい
て、絶縁性の保護膜4だけエッチングされて、抵抗膜3
がエッチングされないようにすることができる。If the protective film 4 is made of a material having a high etching selectivity with respect to the insulating layer 5 made of a silicon compound as described above, the protective film 4 is made of a material having a high etching selectivity with respect to the resistance film 3 made of a silicon-based cermet material. Etching selectivity is increased. Thereby, the contact portion 11 of the wiring 11 is formed on the protective film.
In a step of performing an etching for forming an opening for C, only the insulating protective film 4 is etched to form the resistive film 3.
Can be prevented from being etched.
【0049】配線11には、Al,Ti,W,Ta,M
o,Cuから選ばれた1種類以上の元素もしくはこれら
を主成分にもつ化合物から選択した材料を用いることが
できる。またこれらの材料を用いた複数の膜の積層構造
であっても良い。配線11の下地膜6は、特にTi等を
用いることにより、バリアメタルとして作用させること
ができる。The wiring 11 includes Al, Ti, W, Ta, M
One or more elements selected from o and Cu or a material selected from compounds having these as main components can be used. Further, a stacked structure of a plurality of films using these materials may be used. The base film 6 of the wiring 11 can function as a barrier metal particularly by using Ti or the like.
【0050】本実施の形態の半導体装置において、薄膜
抵抗素子10及びその周辺の各層のの材料及び膜厚につ
いては、例えば次のような構成を採ることができる。 (A)基体1としてシリコン基板、絶縁層2としてSi
O2 膜を膜厚800nm、抵抗膜3としてTa−SiO
2 サーメット(モル比でTa:SiO2 =45:55)
膜を膜厚80nm(シート抵抗3kΩ/□)、絶縁性の
保護膜4として、Tax Oy を膜厚25nm、絶縁層5
としてSiO2 膜を膜厚400nm、配線11として、
下層から順にTi/TiON/Tiをそれぞれ膜厚30
nm/70nm/30nmとした積層構造(下地膜6に
相当)、Al−Si膜を膜厚800nm、TiON膜を
膜厚25nm、それぞれ形成する。 (B)基体1としてGaAs基板、絶縁層2としてSi
3 N4 膜を膜厚300nm、抵抗膜3としてTa−Si
O2 サーメット(モル比でTa:SiO2 =45:5
5)膜を膜厚80nm(シート抵抗3kΩ/□)、絶縁
性の保護膜4として、Tax Oy を膜厚25nm、絶縁
層5としてSi3 N4 膜を膜厚300nm、配線11と
して、下層から順にTi膜を膜厚50nm(下地膜6に
相当)、Pt膜を膜厚50nm、Au膜を膜厚500n
m、それぞれ形成する。In the semiconductor device of the present embodiment, for example, the material and thickness of the thin-film resistance element 10 and the layers around it may be as follows. (A) Silicon substrate as substrate 1 and Si as insulating layer 2
The O 2 film is 800 nm in thickness, and the resistive film 3 is Ta-SiO
2 cermet (Ta: SiO 2 = 45: 55 in molar ratio)
Film thickness 80 nm (sheet resistance 3 k [Omega / □), as a protective film 4 of insulating thickness 25nm and Ta x O y, the insulating layer 5
A SiO 2 film having a thickness of 400 nm as the wiring 11
In order from the lower layer, Ti / TiON / Ti are each formed with a film thickness of 30.
A laminated structure of nm / 70 nm / 30 nm (corresponding to the base film 6), an Al-Si film having a thickness of 800 nm, and a TiON film having a thickness of 25 nm are formed. (B) GaAs substrate as base 1, Si as insulating layer 2
3 N 4 film is 300 nm in thickness, and Ta-Si is used as the resistance film 3.
O 2 cermet (Ta: SiO 2 = 45: 5 in molar ratio)
5) film thickness 80 nm (sheet resistance 3 k [Omega / □), as a protective film 4 of insulating, film thickness Ta x O y 25 nm, the the Si 3 N 4 film thickness 300 nm, as a wiring 11 as an insulating layer 5, In order from the lower layer, a Ti film is 50 nm thick (corresponding to the underlayer 6), a Pt film is 50 nm thick, and an Au film is 500 nm thick.
m, respectively.
【0051】また、本実施の形態の半導体装置は、その
構造に上述した特徴を有すると共に、以下述べるよう
に、その製造工程にも特徴を有する。Further, the semiconductor device of the present embodiment has the above-described features in its structure and also has features in its manufacturing process as described below.
【0052】まず、薄膜抵抗素子10の抵抗値の変動を
抑制するために、抵抗膜3及び保護膜4とを積層するだ
けでなく、好ましくは同一スパッタ装置内で連続して抵
抗膜3の成膜及び保護膜4の成膜を行う。これにより、
抵抗膜3の表面が酸化されたり損傷したりすることな
く、保護膜4に覆われる。First, in order to suppress the fluctuation of the resistance value of the thin film resistance element 10, not only the resistance film 3 and the protection film 4 are laminated, but also preferably, the resistance film 3 is formed continuously in the same sputtering apparatus. The film and the protective film 4 are formed. This allows
The surface of the resistive film 3 is covered with the protective film 4 without being oxidized or damaged.
【0053】また、抵抗膜3の上に保護膜4が形成され
ていることにより、抵抗膜3が酸素雰囲気や酸素プラズ
マに晒されることがなく、かつ剥離薬液等のアルカリ性
薬液による抵抗膜3の腐食も回避することができる。即
ち後の工程、例えば配線層7等の成膜及びパターニング
工程における、抵抗膜3の表面に対する酸素雰囲気やエ
ッチング薬液による化学変化、並びに酸素プラズマによ
る損傷が防止される。これにより、薄膜抵抗素子10の
抵抗値の変動が抑制されるため、薄膜抵抗素子10の抵
抗値の高精度化を一層実現することができる。Further, since the protective film 4 is formed on the resistive film 3, the resistive film 3 is not exposed to an oxygen atmosphere or oxygen plasma, and the resistive film 3 is formed by an alkaline chemical such as a stripping chemical. Corrosion can also be avoided. In other words, in the subsequent steps, for example, in the film formation and patterning steps of the wiring layer 7 and the like, the surface of the resistive film 3 is prevented from being chemically changed by an oxygen atmosphere or an etching chemical and damaged by oxygen plasma. This suppresses a change in the resistance value of the thin-film resistance element 10, so that the resistance value of the thin-film resistance element 10 can be further improved in accuracy.
【0054】そして、抵抗膜3及び保護膜4からなる薄
膜抵抗素子10をパターニング加工する際には、フォト
レジストによりパターンを形成した後、反応性イオンエ
ッチングRIEもしくはイオンミリングのいずれかによ
り加工を行う。このとき、同一のフォトレジストをマス
クとして用いて、一括して抵抗膜3及び保護膜4を加工
することが望ましい。When patterning the thin-film resistance element 10 composed of the resistance film 3 and the protective film 4, after forming a pattern with a photoresist, the processing is performed by either reactive ion etching RIE or ion milling. . At this time, it is desirable to process the resistive film 3 and the protective film 4 collectively using the same photoresist as a mask.
【0055】薄膜抵抗素子10とこの薄膜抵抗素子10
に接続される配線11とのコンタクト部11Cの形成に
あたっては、薄膜抵抗素子10を覆う絶縁層5に対し
て、反応性イオンエッチング(RIE)による加工、も
しくはエッチング薬液による加工のいずれか、或いはこ
れらの加工の組み合わせによりコンタクト部11Cのた
めの開口(接続孔)を形成する。さらに、絶縁性の保護
膜4にも加工を行って、コンタクト部11Cのための開
口(接続孔)を形成する。シリコン化合物からなる絶縁
層5の加工工程と絶縁性の保護膜4の加工工程は、同一
設備と同マスクでエッチング処理条件を切り換えること
で可能になる。The thin film resistor 10 and the thin film resistor 10
In forming the contact portion 11C with the wiring 11 connected to the substrate, the insulating layer 5 covering the thin-film resistance element 10 is processed by reactive ion etching (RIE) or processing by an etching chemical, or An opening (connection hole) for the contact portion 11C is formed by a combination of the above processes. Further, the insulating protective film 4 is processed to form an opening (connection hole) for the contact portion 11C. The process of processing the insulating layer 5 made of a silicon compound and the process of processing the insulating protective film 4 can be performed by switching the etching process conditions using the same equipment and the same mask.
【0056】そして、上述したように絶縁性の保護膜4
の材料をシリコン化合物から成る絶縁層5に対してエッ
チング選択比の高い材料とすることにより、反応性イオ
ンエッチング(RIE)法により高選択比のエッチング
を行って、絶縁層5に接続孔を形成するエッチングにお
いて保護膜4をエッチングストッパとして用いることが
できる。このとき、絶縁性の保護膜4の膜厚をエッチン
グストッパとして充分耐えうる膜厚とする。この高選択
比のエッチングを行うための条件としては、例えばエッ
チングガスにCF4 ,CHF3 ,C2 F6 ,C4 F8 ,
Ar,COの少なくとも1種以上のガス種を採用して、
それらのプラズマ生成により反応性イオンエッチング
(RIE)を行うことが挙げられる。Then, as described above, the insulating protective film 4
Is made of a material having a high etching selectivity with respect to the insulating layer 5 made of a silicon compound, thereby performing a high selectivity etching by a reactive ion etching (RIE) method to form a connection hole in the insulating layer 5. In the etching to be performed, the protective film 4 can be used as an etching stopper. At this time, the thickness of the insulating protective film 4 is set to a thickness that can sufficiently withstand the etching stopper. Conditions for performing this high selectivity etching include, for example, CF 4 , CHF 3 , C 2 F 6 , C 4 F 8 ,
Adopting at least one gas species of Ar and CO,
Reactive ion etching (RIE) may be performed by generating the plasma.
【0057】同様に、絶縁性の保護膜4の材料はシリコ
ンサーメット材料から成る抵抗膜3に対してエッチング
選択比の高い材料とすることにより、反応性イオンエッ
チング(RIE)法により高選択比のエッチングを行っ
て、保護膜4に配線11のコンタクト部11Cを形成す
るための開口を形成するエッチングにおいて抵抗膜3を
エッチングストッパとして用いることができる。この高
選択比のエッチングを行うための条件としては、例えば
エッチングガスにCl2 ,BCl3 ,SF6 ,CH2 F
2 の少なくとも1種以上のガス種、或いはCF4 ,CH
F3 ,C2 F6 ,C4 F8 ,Ar,COの少なくとも1
種以上のガス種を採用して、それらのプラズマ生成によ
り反応性イオンエッチング(RIE)を行うことが挙げ
られる。Similarly, the material of the insulating protective film 4 is made of a material having a high etching selectivity with respect to the resistive film 3 made of a silicon cermet material, so that a material having a high selectivity is obtained by the reactive ion etching (RIE) method. The resistive film 3 can be used as an etching stopper in etching for forming an opening for forming the contact portion 11C of the wiring 11 in the protective film 4 by performing etching. Conditions for performing this etching with a high selectivity include, for example, Cl 2 , BCl 3 , SF 6 , and CH 2 F in an etching gas.
2 , at least one gas species, or CF 4 , CH
At least one of F 3 , C 2 F 6 , C 4 F 8 , Ar and CO
More specifically, reactive ion etching (RIE) may be performed by employing a plurality of types of gases and generating plasma thereof.
【0058】このように製造を行うことにより、従来不
可能であった、薄膜抵抗素子10の抵抗膜3と配線11
とを安定して電気的に接続することを可能にすると共
に、さらに抵抗膜3と配線11との接触抵抗値を常に安
定化することができるため、薄膜抵抗素子10の抵抗値
の変動要因を抑えることを可能にする。By performing the manufacturing as described above, the resistance film 3 of the thin film resistance element 10 and the wiring 11
Can be stably electrically connected to each other, and furthermore, the contact resistance value between the resistance film 3 and the wiring 11 can be constantly stabilized. It is possible to suppress.
【0059】そして、図1に示した薄膜抵抗素子10を
有する半導体装置は、具体的には例えば次のようにして
製造することができる。尚、各層の材料及び膜厚は、前
述した(A)の構成として説明している。まず、図2A
に示すように、基板1上に、例えばSiO2 から成る絶
縁層2を例えば800nmの厚さに形成する。The semiconductor device having the thin film resistance element 10 shown in FIG. 1 can be specifically manufactured, for example, as follows. Note that the material and the thickness of each layer are described as the above-described configuration (A). First, FIG. 2A
As shown in FIG. 1, an insulating layer 2 made of, for example, SiO 2 is formed on a substrate 1 to a thickness of, for example, 800 nm.
【0060】次に、図2Bに示すように、スパッタ法に
より、絶縁層2上に例えばTa−SiO2 サーメット材
料から成る抵抗膜3を例えば80nmの厚さに成膜し、
さらに同一スパッタ装置内で連続して、スパッタ法によ
り、例えばTa2 O5 から成る保護膜4を例えば25n
mの厚さに成膜する。ここで、サーメット材料の組成を
Ta/(Ta+SiO2 )=45%(モル比)とした場
合には抵抗膜3のシート抵抗は3kΩ/□が得られる。
一方、Ta2O5 から成る保護膜4のシート抵抗は3M
Ω/□以上とする。Next, as shown in FIG. 2B, a resistive film 3 made of, for example, a Ta—SiO 2 cermet material is formed on the insulating layer 2 to a thickness of, for example, 80 nm by sputtering.
Further, the protective film 4 made of, for example, Ta 2 O 5 is continuously formed in the same sputtering apparatus by sputtering, for example, by 25 n.
m to form a film. Here, when the composition of the cermet material is Ta / (Ta + SiO 2 ) = 45% (molar ratio), the sheet resistance of the resistive film 3 is 3 kΩ / □.
On the other hand, the protective film 4 made of Ta 2 O 5 has a sheet resistance of 3M.
Ω / □ or more.
【0061】次に、水素雰囲気中で450℃・15分の
熱処理を行い、薄膜抵抗素子10のストレスを緩和し、
熱変動を安定化させる。この熱処理工程により、抵抗膜
3のシート抵抗が8%程度変動するが、この後の製造工
程において同様の熱処理を行う際の抵抗値の変動が回避
される。尚、この熱処理工程は配線11を形成した後に
行ってもよい。Next, a heat treatment is performed at 450 ° C. for 15 minutes in a hydrogen atmosphere to reduce the stress of the thin-film resistance element 10.
Stabilizes thermal fluctuations. Although the sheet resistance of the resistive film 3 fluctuates by about 8% due to this heat treatment step, the fluctuation of the resistance value when the same heat treatment is performed in the subsequent manufacturing steps is avoided. Note that this heat treatment step may be performed after the wiring 11 is formed.
【0062】次に、図2Cに示すように、薄膜抵抗素子
10のパターンを形成するためのフォトレジスト21を
保護膜4上に形成する。続いて、図2Dに示すように、
このフォトレジスト21を用いて、抵抗膜3及び保護膜
4をエッチングにより一括して加工することにより、こ
れら抵抗膜3及び保護膜4をパターニングする。このと
きのエッチングは、例えばプラズマ生成装置によるRI
E(反応性イオンエッチング)を利用して、例えば混合
ガス(BCl3 +Cl2 )、圧力10mTorrの雰囲
気で行う。Next, as shown in FIG. 2C, a photoresist 21 for forming a pattern of the thin-film resistance element 10 is formed on the protective film 4. Subsequently, as shown in FIG. 2D,
The resistive film 3 and the protective film 4 are collectively processed by etching using the photoresist 21 to pattern the resistive film 3 and the protective film 4. The etching at this time is performed, for example, by RI using a plasma generator.
Using E (reactive ion etching), the etching is performed, for example, in a mixed gas (BCl 3 + Cl 2 ) atmosphere at a pressure of 10 mTorr.
【0063】抵抗膜3及び保護膜4をパターニングした
後に、プラズマ生成装置によりレジストアッシングを行
う。即ち図2Eに示すように、保護膜4上に残ったフォ
トレジスト21Xを酸素プラズマ22により除去する。
アッシングの条件は、酸素を主成分とするガスから構成
し、例えば圧力1.6Torrの下で行う。このとき、
Ta2 O5 から成る絶縁性の保護膜4が、Ta−SiO
2 サーメットから成る抵抗膜3を酸素プラズマ22の照
射損傷から保護する役割を果たす。After patterning the resistive film 3 and the protective film 4, resist ashing is performed by a plasma generating apparatus. That is, as shown in FIG. 2E, the photoresist 21X remaining on the protective film 4 is removed by the oxygen plasma 22.
Ashing is performed under a pressure of 1.6 Torr, for example, using a gas containing oxygen as a main component. At this time,
The insulating protective film 4 made of Ta 2 O 5 is made of Ta-SiO
It plays a role of protecting the resistance film 3 made of two cermets from damage caused by irradiation of the oxygen plasma 22.
【0064】また、さらにアッシング後の残留有機物、
ポリマー、エッチング残さ、レジスト変質層等を除去す
るための洗浄工程を行う。図3Fに示すように、例えば
アルカリ性有機剥離液23により、表面に対して薬液処
理を行う。このとき、Ta2 O5 から成る絶縁性の保護
膜4が、Ta−SiO2 サーメットから成る抵抗膜3を
アルカリ性腐食性薬液23から保護して、抵抗膜3の腐
食やエッチング損傷を防止する役割を果たす。Further, residual organic matter after ashing,
A cleaning step for removing the polymer, the etching residue, the deteriorated resist layer, and the like is performed. As shown in FIG. 3F, the surface is subjected to a chemical treatment with, for example, an alkaline organic stripping solution 23. At this time, the insulating protective film 4 made of Ta 2 O 5 protects the resistive film 3 made of Ta—SiO 2 cermet from the alkaline corrosive chemical solution 23 and prevents corrosion and etching damage of the resistive film 3. Fulfill.
【0065】上述したアッシングや薬液処理を経て、図
3Gに示すように抵抗膜3及び保護膜4の積層膜から成
る薄膜抵抗素子10が完成する。次に、図3Hに示すよ
うに、薄膜抵抗素子10の積層膜を被覆して、プラズマ
CVD法により、例えばSiO2 から成る絶縁層5を例
えば400nmの厚さに成膜する。プラズマCVDの温
度は400℃以下の低温とする。尚、必要に応じて、こ
の後に表面の平滑化工程を行う。この平滑化工程ではS
OG(Spin on glass )等の塗布膜を利用するが、絶縁
層5が覆っているため薄膜抵抗素子10には影響が及ば
ない。After the ashing and the chemical treatment described above, the thin film resistance element 10 composed of the laminated film of the resistance film 3 and the protection film 4 is completed as shown in FIG. 3G. Next, as shown in FIG. 3H, the laminated film of the thin-film resistance element 10 is covered, and an insulating layer 5 made of, for example, SiO 2 is formed to a thickness of, for example, 400 nm by a plasma CVD method. The plasma CVD temperature is a low temperature of 400 ° C. or less. If necessary, a surface smoothing step is performed thereafter. In this smoothing step, S
Although a coating film such as OG (Spin on glass) is used, the thin film resistance element 10 is not affected because the insulating layer 5 covers the coating film.
【0066】続いて、薄膜抵抗素子10を覆う絶縁層5
に接続孔を形成する。図3Iに示すように、絶縁層5上
にフォトレジスト24を形成し、このフォトレジスト2
4に接続孔の形成のための開口25を形成する。Subsequently, the insulating layer 5 covering the thin-film resistance element 10
A connection hole is formed in the substrate. As shown in FIG. 3I, a photoresist 24 is formed on the insulating layer 5 and the photoresist 2
4, an opening 25 for forming a connection hole is formed.
【0067】次に、図4Jに示すように、開口25が形
成されたフォトレジスト24をマスクとして用いて、絶
縁層5を例えばプラズマ装置によるRIE(反応性イオ
ンエッチング)により加工して、絶縁層5に開口を形成
する。この際に、Ta2 O5 から成る絶縁性の保護膜4
をSiO2 から成る絶縁層5のエッチングのエッチング
ストッパとするため、プラズマエッチングの条件は、例
えばエッチングガスとして混合ガス(CF4 +CHF3
+Ar)、処理圧力500mTorrとする。この条件
を採用することにより、エッチング選択比10以上(S
iO2 エッチレート/Ta2 O5 エッチレート)が得ら
れる。Next, as shown in FIG. 4J, using the photoresist 24 in which the opening 25 is formed as a mask, the insulating layer 5 is processed by, for example, RIE (reactive ion etching) using a plasma device. An opening is formed in 5. At this time, the insulating protective film 4 made of Ta 2 O 5 is used.
Is used as an etching stopper for etching the insulating layer 5 made of SiO 2 , the conditions of the plasma etching are, for example, a mixed gas (CF 4 + CHF 3) as an etching gas.
+ Ar), and the processing pressure is 500 mTorr. By adopting this condition, the etching selectivity is 10 or more (S
iO 2 etch rate / Ta 2 O 5 etch rate).
【0068】さらに続けて、図4Kに示すように、同じ
くフォトレジスト24をマスクとして用いて、RIEに
より保護膜4を加工して、保護膜4に開口を形成する。
この際に、Ta−SiO2 サーメット材料から成る抵抗
膜3をTa2 O5 から成る絶縁性の保護膜4のエッチン
グストッパーとするため、プラズマエッチングの条件
は、例えばエッチングガスとして混合ガス(SF6 +C
l2 )、処理圧力16mTorrとする。この条件を採
用することにより、エッチング選択比8以上(Ta2 O
5 エッチレート/Ta−SiO2 エッチレート)が得ら
れる。Subsequently, as shown in FIG. 4K, the protective film 4 is processed by RIE using the photoresist 24 as a mask to form an opening in the protective film 4.
At this time, in order to use the resistive film 3 made of a Ta—SiO 2 cermet material as an etching stopper for the insulating protective film 4 made of Ta 2 O 5 , the conditions of the plasma etching are, for example, a mixed gas (SF 6) as an etching gas. + C
l 2 ), and the processing pressure is 16 mTorr. By adopting this condition, an etching selectivity of 8 or more (Ta 2 O
5 etch rate / Ta-SiO 2 etch rate).
【0069】その後、図4Lに示すように、絶縁層5上
のフォトレジスト24を除去する。続いて、下地膜6及
び配線層7を順次スパッタリング装置を用いて成膜し、
これら下地膜6及び配線層7を所定のパターンにパター
ニングして、図4Mに示すように配線11を形成する。
下地膜6としては、例えばTi/TiON/Tiの積層
構造を例えば合計膜厚130nmとなるように形成して
バリアメタルとする。配線層7としては、例えばAl−
Si合金を例えば800nmの厚さに形成する。このよ
うにして、図1に示した本実施の形態の薄膜抵抗素子1
0を有する半導体装置を製造することができる。Thereafter, as shown in FIG. 4L, the photoresist 24 on the insulating layer 5 is removed. Subsequently, a base film 6 and a wiring layer 7 are sequentially formed using a sputtering apparatus,
The underlying film 6 and the wiring layer 7 are patterned into a predetermined pattern to form the wiring 11 as shown in FIG. 4M.
As the base film 6, for example, a stacked structure of, for example, Ti / TiON / Ti is formed so as to have a total film thickness of 130 nm, for example, to be a barrier metal. As the wiring layer 7, for example, Al-
An Si alloy is formed to a thickness of, for example, 800 nm. Thus, the thin film resistance element 1 of the present embodiment shown in FIG.
A semiconductor device having 0 can be manufactured.
【0070】上述の本実施の形態によれば、薄膜抵抗素
子10の抵抗膜3にシリコンサーメット材料を用いたこ
とにより、シリコンサーメット材料の特徴であるシート
抵抗〜10kΩ/□、抵抗温度係数<±100ppm/
℃という特性から、薄膜抵抗素子10において比較的高
いシート抵抗及び低い抵抗温度係数が得られ、高抵抗で
あり熱処理により受ける影響が少ない(耐熱性を有す
る)薄膜抵抗素子10を構成することができる。さら
に、シリコンサーメット材料の特徴である耐酸性及び耐
酸化性を600℃まで確保できる特性から、耐酸性及び
耐酸化性を有する薄膜抵抗素子10を構成することがで
きる。According to the above-described embodiment, since the silicon cermet material is used for the resistance film 3 of the thin-film resistance element 10, the sheet resistance, which is a characteristic of the silicon cermet material, is 10 kΩ / □ and the temperature coefficient of resistance is less than ±±. 100 ppm /
From the characteristic of ° C., a relatively high sheet resistance and a low temperature coefficient of resistance can be obtained in the thin-film resistance element 10, and the thin-film resistance element 10 having high resistance and less affected by heat treatment (having heat resistance) can be configured. . Further, the thin-film resistance element 10 having acid resistance and oxidation resistance can be constituted from the characteristic that the acid resistance and oxidation resistance, which are the characteristics of the silicon cermet material, can be ensured up to 600 ° C.
【0071】また、抵抗膜3上に絶縁性の保護膜4を積
層して薄膜抵抗素子10を構成したことにより、保護膜
4により抵抗膜3の表面が保護されて、例えば薄膜抵抗
素子10のパターニング後のレジストアッシング工程や
剥離液工程等において、シリコンサーメット材料から成
る抵抗膜3への損傷や化学変化を防止することができ
る。これにより、抵抗膜3の損傷等を要因とする薄膜抵
抗素子10の抵抗値の変動を抑制して、薄膜抵抗素子1
0の高精度化が可能になる。Further, by forming the thin-film resistance element 10 by laminating the insulating protection film 4 on the resistance film 3, the surface of the resistance film 3 is protected by the protection film 4. In the resist ashing step, the stripping liquid step, and the like after the patterning, it is possible to prevent the resistive film 3 made of the silicon cermet material from being damaged or chemically changed. Thereby, the fluctuation of the resistance value of the thin-film resistance element 10 due to the damage of the resistance film 3 or the like is suppressed, and the thin-film resistance element 1
It is possible to increase the precision of 0.
【0072】さらに、絶縁性の保護膜4を抵抗膜3を覆
っているシリコン化合物から成る絶縁層5に対してエッ
チング選択性を有する材料とすることにより、薄膜抵抗
素子10に配線11を接続するコンタクト部11Cを形
成するためにエッチングにより絶縁層5に開口を形成す
る工程において、絶縁性の保護膜4がエッチングストッ
パとして作用して抵抗膜3へのエッチングダメージを回
避することができる。また、これにより、絶縁性の保護
膜4がシリコンサーメット材料から成る抵抗膜3ともエ
ッチング選択性を有するので、コンタクト部11Cを形
成するためにエッチングにより絶縁性の保護膜4に開口
を形成する工程において、絶縁性の保護膜4のエッチン
グ残渣が残ったり抵抗膜3がエッチングされたりしない
ようにして、確実に配線11を抵抗膜3に接続して形成
することができる。従って、薄膜抵抗素子10の寄生抵
抗であるコンタクト抵抗成分を低く抑えることができる
と共に、コンタクト抵抗のばらつき変動も抑えることが
可能となり、その結果、薄膜抵抗素子10の抵抗値の高
精度化をさらに図ることができる。Further, the wiring 11 is connected to the thin-film resistance element 10 by using the insulating protective film 4 as a material having etching selectivity with respect to the insulating layer 5 made of a silicon compound covering the resistance film 3. In the step of forming an opening in the insulating layer 5 by etching to form the contact portion 11C, the insulating protective film 4 acts as an etching stopper, so that etching damage to the resistive film 3 can be avoided. Further, since the insulating protective film 4 has etching selectivity with respect to the resistance film 3 made of a silicon cermet material, a step of forming an opening in the insulating protective film 4 by etching to form the contact portion 11C. In this case, the wiring 11 can be reliably connected to the resistive film 3 so that the etching residue of the insulating protective film 4 does not remain or the resistive film 3 is not etched. Therefore, the contact resistance component, which is the parasitic resistance of the thin-film resistance element 10, can be reduced, and the variation in the contact resistance can be suppressed. As a result, the precision of the resistance value of the thin-film resistance element 10 can be further improved. Can be planned.
【0073】即ち本実施の形態の半導体装置によれば、
特に高抵抗の薄膜抵抗素子10において、高精度の抵抗
値及び高信頼性を実現することが可能になる。That is, according to the semiconductor device of the present embodiment,
Particularly, in the high-resistance thin-film resistance element 10, it is possible to realize a high-precision resistance value and high reliability.
【0074】また、シリコン系サーメット材料を組成が
類似したシリコン系絶縁膜から構成された半導体集積回
路装置に搭載することは従来は不可能であったが、本実
施の形態の半導体装置により、製造コストの大幅な増大
を招くことなく、かつ複雑な素子構造や繁雑な製造工程
を必要としないで実現することが可能になる。Although it has conventionally been impossible to mount a silicon-based cermet material on a semiconductor integrated circuit device composed of a silicon-based insulating film having a similar composition, the semiconductor cermet material is manufactured using the semiconductor device of the present embodiment. The present invention can be realized without causing a significant increase in cost and without requiring a complicated element structure and complicated manufacturing steps.
【0075】さらに、薄膜抵抗素子10により抵抗素子
を構成しているため、拡散抵抗による抵抗素子と比較し
て、抵抗素子が占有するスペースを小さくすることがで
き、半導体装置の微細化・小型化を図ることができる。Further, since the resistance element is constituted by the thin film resistance element 10, the space occupied by the resistance element can be reduced as compared with the resistance element using the diffusion resistance, and the semiconductor device can be miniaturized and miniaturized. Can be achieved.
【0076】また、薄膜抵抗素子10の構成は、抵抗膜
3にシリコンサーメット材料を用い、抵抗膜3上に絶縁
性の保護膜4を積層して、配線11を接続するための接
続孔を保護膜4にも形成している他は、従来の多結晶シ
リコン膜による抵抗素子と同様であり、比較的簡単な構
成となっている。このため、薄膜抵抗素子10の製造工
程は、絶縁性の保護膜4の形成工程が増える他は、従来
の多結晶シリコン膜による抵抗素子の製造工程と同様で
あり、半導体装置の他の部分の製造工程に薄膜抵抗素子
10の製造工程を組み込むことができる。さらに、絶縁
性の保護膜4の成膜は、抵抗膜3の成膜工程と同一のス
パッタ装置内で連続して行うため、保護膜4の成膜工程
を追加したことによる製造コストの増加は小さい。The structure of the thin-film resistance element 10 is such that a silicon cermet material is used for the resistance film 3, an insulating protective film 4 is laminated on the resistance film 3, and a connection hole for connecting the wiring 11 is protected. Other than the fact that it is also formed on the film 4, it is the same as a conventional resistance element using a polycrystalline silicon film, and has a relatively simple configuration. For this reason, the manufacturing process of the thin-film resistance element 10 is the same as the manufacturing process of the conventional resistance element using a polycrystalline silicon film except that the step of forming the insulating protective film 4 is increased. The manufacturing process of the thin-film resistance element 10 can be incorporated in the manufacturing process. Further, since the formation of the insulating protective film 4 is performed continuously in the same sputtering apparatus as the process of forming the resistive film 3, the increase in the manufacturing cost due to the additional process of forming the protective film 4 does not increase. small.
【0077】このように、本実施の形態によれば、複雑
な素子構成や煩雑な製造工程を必要としない。従って、
本実施の形態によれば、製造コストの増大を招かないで
比較的安いコストで高抵抗の薄膜抵抗素子10を有する
半導体装置を製造することができると共に、抵抗素子1
0の抵抗値の変動を抑制して良好な特性の抵抗素子10
を有する半導体装置を安定して製造することができる。As described above, according to the present embodiment, a complicated device configuration and a complicated manufacturing process are not required. Therefore,
According to the present embodiment, it is possible to manufacture a semiconductor device having the high-resistance thin-film resistance element 10 at a relatively low cost without increasing the manufacturing cost, and to reduce the resistance element 1
Resistance element 10 having good characteristics by suppressing the fluctuation of the resistance value of 0
Can be manufactured stably.
【0078】続いて、本発明の他の実施の形態として、
図1に示した薄膜抵抗素子10の構造を組み込んだBi
CMOS半導体装置の概略構成図(断面図)を図5に示
す。このBiCMOS半導体装置は、図5に示すよう
に、シリコン基板41上にN型のエピタキシャル層42
が形成されて基体が構成され、この基体にPMOSトラ
ンジスタ31P及びNMOSトランジスタ31Nから成
るCMOSトランジスタ部31と、縦型のNPNバイポ
ーラトランジスタ(以下NPNトランジスタとする)か
ら成るバイポーラトランジスタ部32と、薄膜抵抗素子
30を有する抵抗素子部33とを有して構成される。基
体の表面にはLOCOSにより形成された素子分離層4
4が形成されて、各トランジスタ31P,31N,32
を分離している。Subsequently, as another embodiment of the present invention,
Bi incorporating the structure of the thin film resistance element 10 shown in FIG.
FIG. 5 shows a schematic configuration diagram (cross-sectional view) of the CMOS semiconductor device. This BiCMOS semiconductor device has an N-type epitaxial layer 42 on a silicon substrate 41 as shown in FIG.
Are formed to form a base. On this base, a CMOS transistor section 31 composed of a PMOS transistor 31P and an NMOS transistor 31N, a bipolar transistor section 32 composed of a vertical NPN bipolar transistor (hereinafter referred to as an NPN transistor), and a thin film resistor And a resistance element section 33 having the element 30. An element isolation layer 4 formed by LOCOS is formed on the surface of the substrate.
4 are formed, and each transistor 31P, 31N, 32
Are separated.
【0079】CMOSトランジスタ部31のPMOSト
ランジスタ31Pは、基体の表面にN- の半導体ウエル
領域45が形成され、このN- の半導体ウエル領域45
内にP型のソース/ドレイン領域47が形成されて構成
されている。これらソース/ドレイン領域47の内側に
チャネルが形成される。チャネル上にはゲート酸化膜を
介して多結晶シリコン膜55とシリサイド膜56との積
層構造からなるゲート電極Gが形成されている。ゲート
電極Gの側壁には、絶縁膜から成るサイドウォールが形
成されている。P型のソース/ドレイン領域47には、
下地膜61、配線層62、導電性反射防止膜63の3層
構造から成る配線64が接続されている。[0079] PMOS transistor 31P of the CMOS transistor 31, N on the surface of the substrate - the semiconductor well region 45 is formed, the N - semiconductor well region 45 of the
A P-type source / drain region 47 is formed therein. Channels are formed inside these source / drain regions 47. A gate electrode G having a laminated structure of a polycrystalline silicon film 55 and a silicide film 56 is formed on the channel via a gate oxide film. On the side wall of the gate electrode G, a side wall made of an insulating film is formed. In the P-type source / drain region 47,
A wiring 64 having a three-layer structure of a base film 61, a wiring layer 62, and a conductive antireflection film 63 is connected.
【0080】CMOSトランジスタ部31のNMOSト
ランジスタ31Nは、基体(半導体エピタキシャル層4
2)の表面にP- の半導体ウエル領域46が形成され、
このP- の半導体ウエル領域46内にN型のソース/ド
レイン領域48が形成されて構成されている。これらソ
ース/ドレイン領域48の内側にチャネルが形成され
る。これらソース/ドレイン領域48は、内側(チャネ
ル側)にN型の低濃度領域(いわゆるLDD領域)を有
している。チャネル上にはゲート酸化膜を介して多結晶
シリコン膜55とシリサイド膜56との積層構造からな
るゲート電極Gが形成されている。ゲート電極Gの側壁
には、絶縁膜から成るサイドウォールが形成されてい
る。N型のソース/ドレイン領域48には、下地膜6
1、配線層62、導電性反射防止膜63の3層構造から
成る配線64が接続されている。The NMOS transistor 31N of the CMOS transistor section 31 has a base (semiconductor epitaxial layer 4).
A semiconductor well region 46 of P − is formed on the surface of 2),
An N-type source / drain region 48 is formed in the P − semiconductor well region 46. Channels are formed inside the source / drain regions 48. These source / drain regions 48 have N-type low concentration regions (so-called LDD regions) inside (on the channel side). A gate electrode G having a laminated structure of a polycrystalline silicon film 55 and a silicide film 56 is formed on the channel via a gate oxide film. On the side wall of the gate electrode G, a side wall made of an insulating film is formed. The N-type source / drain region 48 has a base film 6
1, a wiring 64 having a three-layer structure of a wiring layer 62 and a conductive antireflection film 63 is connected.
【0081】バイポーラトランジスタ部32の縦型NP
Nバイポーラトランジスタは、半導体基体の内部にN型
の埋め込み拡散領域43が形成されて構成されている。
そして、N型のエピタキシャル層42内に、ベース領域
49が形成され、さらにベース領域49の中央の表面付
近にエミッタ領域50が形成されている。また、コレク
タ取り出し部では、N型の埋め込み拡散領域43に接続
するように、コレクタ取り出し領域51が形成されてい
る。ベース領域49には、多結晶シリコン膜57により
シリサイド膜58を挟んだ3層構造のベース電極が接続
されている。エミッタ領域50には、多結晶シリコン膜
59によりシリサイド膜60を挟んだ3層構造のエミッ
タ電極が接続されている。そして、ベース電極にはCM
OSトランジスタ部31の配線64と同様の3層構造の
ベース配線64Bが接続され、同様にエミッタ電極には
3層構造のエミッタ配線64Eが接続され、コレクタ取
り出し領域51には3層構造のコレクタ配線64Cが接
続されている。Vertical NP of bipolar transistor section 32
The N bipolar transistor has an N-type buried diffusion region 43 formed inside a semiconductor substrate.
Then, a base region 49 is formed in the N-type epitaxial layer 42, and an emitter region 50 is formed near a central surface of the base region 49. In the collector take-out portion, a collector take-out region 51 is formed so as to be connected to the N-type buried diffusion region 43. A base electrode having a three-layer structure in which a silicide film 58 is interposed between polycrystalline silicon films 57 is connected to the base region 49. An emitter electrode having a three-layer structure in which a silicide film 60 is sandwiched by a polycrystalline silicon film 59 is connected to the emitter region 50. And the base electrode is CM
A base wiring 64B having a three-layer structure similar to the wiring 64 of the OS transistor portion 31 is connected, an emitter electrode 64E having a three-layer structure is connected to the emitter electrode, and a collector wiring having a three-layer structure is connected to the collector extraction region 51. 64C is connected.
【0082】抵抗素子部33は、図1に示した薄膜抵抗
素子10と同様の構成のシリコンサーメット材料から成
る抵抗膜3及びその上の絶縁性の保護膜4から成る薄膜
抵抗素子30が形成されて成る。この薄膜抵抗素子30
は、素子分離層44上に形成された絶縁層52,53上
に形成され、表面を薄い絶縁膜54で覆われている。絶
縁膜54及び保護膜4に形成された開口を通じて、CM
OSトランジスタ部31の配線64と同様の3層構造の
配線64Rが薄膜抵抗素子30の抵抗膜3に直接接続さ
れている。The resistive element portion 33 is formed with a resistive film 3 made of a silicon cermet material having the same configuration as the thin film resistive element 10 shown in FIG. Consisting of This thin film resistance element 30
Are formed on the insulating layers 52 and 53 formed on the element isolation layer 44, and the surface is covered with a thin insulating film 54. Through the openings formed in the insulating film 54 and the protective film 4, the CM
A wiring 64R having a three-layer structure similar to the wiring 64 of the OS transistor section 31 is directly connected to the resistance film 3 of the thin-film resistance element 30.
【0083】尚、図5では省略しているが、各配線6
4、64B,64E,64C,64Rは絶縁層で覆われ
て、さらに絶縁層上に上層の配線等が形成されてBiC
MOS半導体装置が構成される。Although not shown in FIG. 5, each wiring 6
4, 64B, 64E, 64C and 64R are covered with an insulating layer, and an upper layer wiring or the like is further formed on the insulating layer to form a BiC.
A MOS semiconductor device is configured.
【0084】本実施の形態では、抵抗素子部33の薄膜
抵抗素子30が図1に示した薄膜抵抗素子10と同様の
構成を有するので、前述した先の実施の形態と同様に、
高精度の抵抗値を有する高抵抗の薄膜抵抗素子を構成す
ることができる。In this embodiment, since the thin-film resistance element 30 of the resistance element section 33 has the same configuration as the thin-film resistance element 10 shown in FIG. 1, similar to the above-described embodiment,
A high-resistance thin-film resistance element having a high-precision resistance value can be configured.
【0085】また、本実施の形態では、薄膜抵抗素子3
0の抵抗膜に接続される配線64Rは、CMOSトラン
ジスタ部31の配線64や、バイポーラトランジスタ部
32の配線64B,64E,64Cと同じ3層構造6
1,62,63を有しており、同一工程で同時に形成す
ることが可能になっている。また、CMOSトランジス
タ部31のゲート電極Gを覆う絶縁膜と、抵抗素子部3
3の薄膜抵抗素子30を覆う絶縁膜とが、同一の絶縁膜
54となっている。In this embodiment, the thin film resistance element 3
The wiring 64R connected to the zero resistance film has the same three-layer structure 6 as the wiring 64 of the CMOS transistor part 31 and the wirings 64B, 64E, and 64C of the bipolar transistor part 32.
1, 62 and 63, and can be formed simultaneously in the same process. Further, an insulating film covering the gate electrode G of the CMOS transistor unit 31 and the resistance element unit 3
The insulating film covering the third thin-film resistance element 30 is the same insulating film 54.
【0086】そして、薄膜抵抗素子30により抵抗素子
を構成しているため、抵抗素子の抵抗値は、CMOSト
ランジスタ部31やバイポーラトランジスタ部32の特
性のパラメーターにより影響されない。従って、抵抗素
子部33の素子の設計と、CMOSトランジスタ部31
やバイポーラトランジスタ部32の設計とを、それぞれ
制約が少なくなるようにして、より自由に行うことがで
きる。Since the resistance element is constituted by the thin film resistance element 30, the resistance value of the resistance element is not affected by the parameters of the characteristics of the CMOS transistor section 31 and the bipolar transistor section 32. Therefore, the element design of the resistance element section 33 and the CMOS transistor section 31
And the design of the bipolar transistor section 32 can be performed more freely with less restrictions.
【0087】次に、本実施の形態の図5に示したBiC
MOS半導体装置の製造工程を、図6〜図13を参照し
て説明する。尚、シリコン基板41とN型の半導体エピ
タキシャル層42から成る基体の内部に素子分離層44
や各半導体領域を形成する工程は、説明を省略する。基
体上に、ゲート絶縁膜を介してゲート電極Gを形成し、
ゲート電極Gの側壁に絶縁膜から成るサイドウォールを
形成した後、ゲート電極Gを覆って全面的に絶縁膜52
を形成する。さらに、バイポーラトランジスタ部32に
おいては、ベース領域49上の絶縁膜52を除去して開
口を形成する。次に、絶縁膜52の上に多結晶シリコン
膜57・シリサイド膜58・多結晶シリコン膜57の3
層を成膜し、これをパターニングして3層構造から成る
ベース電極を形成する。このベース電極は、絶縁膜52
の開口を通じてベース領域49に接続される。次に、ベ
ース電極を覆って、比較的厚い絶縁層53を形成する。
さらに、バイポーラトランジスタ部32においては、エ
ミッタ領域50及びその付近のベース領域49上のベー
ス電極及び絶縁層53に開口を形成する。開口の側壁に
はさらに絶縁膜によりサイドウォールを形成する。その
後、この開口を埋めるように、多結晶シリコン膜59・
シリサイド膜60・多結晶シリコン膜59の3層を成膜
し、これをパターニングして3層構造から成るエミッタ
電極を形成する。このエミッタ電極は、ベース電極及び
絶縁層53の開口を通じてエミッタ領域50に接続され
る。ベース電極の開口の側壁に形成されたサイドウォー
ルにより、エミッタ電極とベース電極とが分離される。
次に、絶縁層53及びエミッタ電極を覆って、シリコン
サーメット材料から成る抵抗膜3と、保護膜4とを順次
成膜する。そして、抵抗素子部33においては、保護膜
4上に抵抗素子のパターンを形成するためのフォトレジ
スト81を形成する。この状態を示しているのが図6で
ある。Next, the BiC of this embodiment shown in FIG.
The manufacturing process of the MOS semiconductor device will be described with reference to FIGS. It should be noted that an element isolation layer 44 is provided inside a base comprising a silicon substrate 41 and an N-type semiconductor epitaxial layer 42.
The description of the steps of forming each semiconductor region is omitted. Forming a gate electrode G on a base via a gate insulating film;
After a sidewall made of an insulating film is formed on the side wall of the gate electrode G, the insulating film 52 is entirely covered over the gate electrode G.
To form Further, in the bipolar transistor section 32, the opening is formed by removing the insulating film 52 on the base region 49. Next, a polycrystalline silicon film 57, a silicide film 58, and a polycrystalline silicon film 57 are formed on the insulating film 52.
A layer is formed and patterned to form a base electrode having a three-layer structure. This base electrode is made of an insulating film 52
Is connected to the base region 49 through the opening. Next, a relatively thick insulating layer 53 is formed to cover the base electrode.
Further, in the bipolar transistor section 32, an opening is formed in the base region and the insulating layer 53 on the emitter region 50 and the base region 49 in the vicinity thereof. A sidewall is further formed on the side wall of the opening by an insulating film. Thereafter, a polycrystalline silicon film 59
Three layers of a silicide film 60 and a polycrystalline silicon film 59 are formed, and are patterned to form an emitter electrode having a three-layer structure. This emitter electrode is connected to the emitter region 50 through an opening in the base electrode and the insulating layer 53. The emitter electrode and the base electrode are separated by the sidewall formed on the side wall of the opening of the base electrode.
Next, a resistive film 3 made of a silicon cermet material and a protective film 4 are sequentially formed so as to cover the insulating layer 53 and the emitter electrode. Then, in the resistive element portion 33, a photoresist 81 for forming a resistive element pattern is formed on the protective film 4. FIG. 6 shows this state.
【0088】次に、図7に示すように、フォトレジスト
81をマスクとして、保護膜4及び抵抗膜3を一括して
パターニングする。続いて、フォトレジスト81を除去
して、図8に示すように、表面を絶縁膜54で覆う。こ
れにより、抵抗膜3及び保護膜4から成る薄膜抵抗素子
30が絶縁膜54で覆われる。Next, as shown in FIG. 7, the protective film 4 and the resistive film 3 are collectively patterned using the photoresist 81 as a mask. Subsequently, the photoresist 81 is removed, and the surface is covered with the insulating film 54 as shown in FIG. Thus, the thin-film resistance element 30 including the resistance film 3 and the protection film 4 is covered with the insulating film 54.
【0089】次に、図9に示すように、薄膜抵抗素子3
0へのコンタクト部を形成するための開口を有するフォ
トレジスト82を形成し、このフォトレジスト82をマ
スクとして、エッチングを行って絶縁膜54に開口(接
続孔)を形成する。引き続いて、図10に示すように、
同じフォトレジスト82をマスクとして、条件を変えて
エッチングを行って、保護膜4に開口(接続孔)を形成
する。Next, as shown in FIG.
A photoresist 82 having an opening for forming a contact portion to 0 is formed, and etching is performed using the photoresist 82 as a mask to form an opening (connection hole) in the insulating film 54. Subsequently, as shown in FIG.
Using the same photoresist 82 as a mask, etching is performed under different conditions to form openings (connection holes) in the protective film 4.
【0090】次に、フォトレジスト82を除去して、図
11に示すように、改めてCMOSトランジスタ部31
及びバイポーラトランジスタ部32の接続孔を形成する
ための開口を有するフォトレジスト83を形成し、この
フォトレジスト83をマスクとして、絶縁膜54や絶縁
層53、並びに絶縁膜52に対してエッチングを行っ
て、それぞれ、ソース/ドレイン領域57,58、ベー
ス電極、コレクタ取り出し領域51に達する開口(接続
孔)を形成する。Next, the photoresist 82 is removed, and as shown in FIG.
A photoresist 83 having an opening for forming a connection hole of the bipolar transistor portion 32 is formed, and the insulating film 54, the insulating layer 53, and the insulating film 52 are etched using the photoresist 83 as a mask. Then, openings (connection holes) reaching the source / drain regions 57 and 58, the base electrode, and the collector extraction region 51, respectively, are formed.
【0091】次に、図12に示すように、フォトレジス
ト83を除去する。さらに、下地膜61・配線層62・
導電性反射防止膜63の3層を順次形成して、これをパ
ターニングすることにより、図13に示すように、CM
OSトランジスタ部31の配線64と、バイポーラトラ
ンジスタ部32の配線64B,64E,64Cと、抵抗
素子部33の配線64Rを形成する。このようにして、
図5に示した構成のBiCMOS半導体装置を製造する
ことができる。この後は、必要に応じて層間絶縁層や上
層の配線を形成する。Next, as shown in FIG. 12, the photoresist 83 is removed. Further, a base film 61, a wiring layer 62,
By sequentially forming three layers of the conductive anti-reflection film 63 and patterning the three layers, as shown in FIG.
The wiring 64 of the OS transistor section 31, the wirings 64B, 64E, 64C of the bipolar transistor section 32, and the wiring 64R of the resistance element section 33 are formed. In this way,
The BiCMOS semiconductor device having the configuration shown in FIG. 5 can be manufactured. Thereafter, an interlayer insulating layer and an upper layer wiring are formed as necessary.
【0092】続いて、本発明のさらに他の実施の形態と
して、図1に示した薄膜抵抗素子10の構造を組み込ん
だBiCMOS半導体装置の概略構成図(断面図)を図
14に示す。このBiCMOS半導体装置は、概略構成
は図5と同様であるが、縦型のNPNバイポーラトラン
ジスタ(以下NPNトランジスタとする)から成るバイ
ポーラトランジスタ部32のエミッタ配線64Eの付近
が異なっている。即ちエミッタ配線64E及びエミッタ
電極の左右に、これらエミッタ配線64E及びエミッタ
電極の間の層として、薄膜抵抗素子30の抵抗膜3及び
保護膜4が存在している。この部分の抵抗膜3は、エミ
ッタ配線64の下地膜61やエミッタ電極の多結晶シリ
コン膜59及びシリサイド膜60の側壁に接していて、
エミッタ配線64及びエミッタ電極と一体化した導電体
となっている。その他の構成は図5と同様であるため、
重複説明を省略する。Next, as still another embodiment of the present invention, FIG. 14 shows a schematic configuration diagram (cross-sectional view) of a BiCMOS semiconductor device incorporating the structure of the thin-film resistance element 10 shown in FIG. This BiCMOS semiconductor device has a schematic configuration similar to that of FIG. 5, but differs in the vicinity of an emitter wiring 64E of a bipolar transistor portion 32 composed of a vertical NPN bipolar transistor (hereinafter referred to as an NPN transistor). That is, the resistance film 3 and the protection film 4 of the thin-film resistance element 30 exist on the left and right sides of the emitter wiring 64E and the emitter electrode as layers between the emitter wiring 64E and the emitter electrode. The resistive film 3 in this portion is in contact with the base film 61 of the emitter wiring 64 and the side walls of the polycrystalline silicon film 59 and the silicide film 60 of the emitter electrode.
It is a conductor integrated with the emitter wiring 64 and the emitter electrode. Other configurations are the same as those in FIG.
A duplicate description is omitted.
【0093】また、本実施の形態の図14に示したBi
CMOS半導体装置の製造工程を、図15〜図21に示
す。まず、先の実施の形態の図6に示した状態までは、
先の実施の形態と同様にして製造を行う。次に、フォト
レジスト81で薄膜抵抗素子30のパターニングを行う
前に、バイポーラトランジスタ部32のエミッタ電極の
部分を覆うようにフォトレジスト84を形成する。そし
て、図15に示すように、2つのフォトレジスト81及
び84をマスクとして、保護膜4及び抵抗膜3をエッチ
ングする。これにより、抵抗膜3及び保護膜4による薄
膜抵抗素子30のパターンが形成されると共に、これら
抵抗膜3及び保護膜4がエミッタ電極を覆って残る。Further, the Bi of this embodiment shown in FIG.
The manufacturing process of the CMOS semiconductor device is shown in FIGS. First, up to the state shown in FIG. 6 of the above embodiment,
Manufacturing is performed in the same manner as in the previous embodiment. Next, before patterning the thin film resistance element 30 with the photoresist 81, a photoresist 84 is formed so as to cover the emitter electrode portion of the bipolar transistor section 32. Then, as shown in FIG. 15, the protective film 4 and the resistive film 3 are etched using the two photoresists 81 and 84 as a mask. As a result, a pattern of the thin-film resistance element 30 is formed by the resistive film 3 and the protective film 4, and the resistive film 3 and the protective film 4 remain over the emitter electrode.
【0094】続いて、フォトレジスト81及び84を除
去して、図16に示すように、表面に絶縁膜54を形成
する。このとき、エミッタ電極を覆う抵抗膜3及び保護
膜4が絶縁膜54により覆われる。Subsequently, the photoresists 81 and 84 are removed, and an insulating film 54 is formed on the surface as shown in FIG. At this time, the resistive film 3 and the protective film 4 covering the emitter electrode are covered with the insulating film 54.
【0095】次に、図17に示すように、フォトレジス
ト82をマスクとしてエッチングを行って、薄膜抵抗素
子30上の絶縁膜54に開口(接続孔)を形成する。さ
らに、図18に示すように、同じフォトレジスト82を
マスクとして条件を変えてエッチングを行って、薄膜抵
抗素子30の保護膜4に開口(接続孔)を形成する。Next, as shown in FIG. 17, an opening (connection hole) is formed in the insulating film 54 on the thin-film resistance element 30 by performing etching using the photoresist 82 as a mask. Further, as shown in FIG. 18, etching is performed using the same photoresist 82 as a mask under different conditions to form openings (connection holes) in the protective film 4 of the thin-film resistance element 30.
【0096】次に、フォトレジスト82を除去して、図
19に示すように、改めてCMOSトランジスタ部31
及びバイポーラトランジスタ部32の接続孔を形成する
ための開口を有するフォトレジスト83を形成し、この
フォトレジスト83をマスクとして、絶縁膜54や絶縁
層53、絶縁膜52、並びにエミッタ電極上の保護膜4
及び抵抗膜3に対してエッチングを行って、それぞれ、
ソース/ドレイン領域57,58、ベース電極、コレク
タ取り出し領域51に達する開口(接続孔)を形成す
る。Next, the photoresist 82 is removed, and as shown in FIG.
And a photoresist 83 having an opening for forming a connection hole of the bipolar transistor portion 32 is formed. Using the photoresist 83 as a mask, the insulating film 54, the insulating layer 53, the insulating film 52, and the protective film on the emitter electrode are formed. 4
And the resistive film 3 are etched,
Openings (connection holes) reaching the source / drain regions 57 and 58, the base electrode, and the collector extraction region 51 are formed.
【0097】次に、図20に示すように、フォトレジス
ト83を除去する。さらに、下地膜61・配線層62・
導電性反射防止膜63の3層を順次形成して、これをパ
ターニングすることにより、図21に示すように、CM
OSトランジスタ部31の配線64と、バイポーラトラ
ンジスタ部32の配線64B,64E,64Cと、抵抗
素子部33の配線64Rを形成する。このようにして、
図14に示した構成のBiCMOS半導体装置を製造す
ることができる。この後は、必要に応じて層間絶縁層や
上層の配線を形成する。Next, as shown in FIG. 20, the photoresist 83 is removed. Further, a base film 61, a wiring layer 62,
By sequentially forming three layers of the conductive anti-reflection film 63 and patterning the three layers, as shown in FIG.
The wiring 64 of the OS transistor section 31, the wirings 64B, 64E, 64C of the bipolar transistor section 32, and the wiring 64R of the resistance element section 33 are formed. In this way,
A BiCMOS semiconductor device having the configuration shown in FIG. 14 can be manufactured. Thereafter, an interlayer insulating layer and an upper layer wiring are formed as necessary.
【0098】上述の各実施の形態では、CMOSトラン
ジスタ部31とバイポーラトランジスタ部32を有する
BiCMOS半導体装置に、本発明を適用して薄膜抵抗
素子30を有する抵抗素子部33を形成した構成であっ
たが、その他の構成の半導体装置においても、本発明を
適用することができる。例えば上述の各実施の形態の構
成の他に、容量素子(キャパシタ)やPNPバイポーラ
トランジスタ等を有していてもよい。In each of the above embodiments, the present invention is applied to the BiCMOS semiconductor device having the CMOS transistor section 31 and the bipolar transistor section 32, and the resistance element section 33 having the thin film resistance element 30 is formed. However, the present invention can be applied to a semiconductor device having another configuration. For example, a capacitor (capacitor), a PNP bipolar transistor, or the like may be provided in addition to the configuration of each of the above embodiments.
【0099】本発明は、上述の実施の形態に限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他
様々な構成が取り得る。The present invention is not limited to the above-described embodiment, and may take various other configurations without departing from the gist of the present invention.
【0100】[0100]
【発明の効果】上述の本発明によれば、シリコンサーメ
ット材料から成る抵抗膜と絶縁性保護膜とを少なくとも
積層して薄膜抵抗素子を構成することにより、シリコン
サーメット材料の特性により低い抵抗温度係数、耐熱
性、並びに耐酸化性を有する高抵抗の薄膜抵抗素子を構
成することができると共に、この構成の薄膜抵抗素子を
製造する際に絶縁性保護膜により抵抗膜を保護して、抵
抗膜表面への損傷を防止することができる。これによ
り、抵抗膜表面への損傷を要因とする薄膜抵抗素子の抵
抗値の変動を抑制することができる。According to the present invention described above, by forming a thin-film resistance element by laminating at least a resistive film made of a silicon cermet material and an insulating protective film, a low temperature coefficient of resistance can be obtained due to the characteristics of the silicon cermet material. A high-resistance thin-film resistance element having heat resistance and oxidation resistance can be formed, and when the thin-film resistance element having this configuration is manufactured, the resistance film is protected by an insulating protective film, and the surface of the resistance film is protected. To prevent damage. Accordingly, it is possible to suppress a change in the resistance value of the thin-film resistance element due to damage to the surface of the resistance film.
【0101】また、薄膜抵抗素子を有する半導体装置の
製造において、シリコンサーメット材料から成る抵抗膜
を成膜した後、同一の装置内で連続して抵抗膜上に絶縁
性保護膜を成膜し、抵抗膜及び絶縁性保護膜を一括して
パターニングすることにより、抵抗膜の表面に自然酸化
膜を生じないで抵抗膜を絶縁性保護膜で覆うことができ
る。これにより、抵抗膜表面の自然酸化膜を要因とする
抵抗値の変動や配線との接触抵抗の増大を回避すること
ができる。In the manufacture of a semiconductor device having a thin-film resistance element, after forming a resistance film made of a silicon cermet material, an insulating protective film is continuously formed on the resistance film in the same device. By patterning the resistive film and the insulating protective film collectively, the resistive film can be covered with the insulating protective film without forming a natural oxide film on the surface of the resistive film. As a result, it is possible to avoid a change in resistance value due to a natural oxide film on the surface of the resistive film and an increase in contact resistance with the wiring.
【0102】また、薄膜抵抗素子に電気的に接続される
配線を薄膜抵抗素子を覆う絶縁層に形成された開口を通
じて抵抗膜に直接接続することにより、配線と抵抗膜と
の接触抵抗を小さくすることができ、接触抵抗の大きさ
や接触抵抗値のばらつきを要因とする薄膜抵抗素子の抵
抗値の変動が回避される。Further, by directly connecting a wiring electrically connected to the thin-film resistance element to the resistance film through an opening formed in the insulating layer covering the thin-film resistance element, the contact resistance between the wiring and the resistance film is reduced. Therefore, the fluctuation of the resistance value of the thin film resistance element due to the magnitude of the contact resistance and the variation of the contact resistance value is avoided.
【0103】従って、本発明によれば、薄膜抵抗素子の
抵抗値の変動を抑制して、薄膜抵抗素子の抵抗値の精度
が高く、かつ信頼性の高い半導体装置を実現することが
できる。また、製造コストの大幅な増大を招くことな
く、かつ複雑な素子構造や繁雑な製造工程を必要としな
いので、シリコンサーメット材料から成る薄膜抵抗素子
を半導体装置に搭載することが容易になる。Therefore, according to the present invention, it is possible to realize a highly reliable semiconductor device having high accuracy of the resistance value of the thin film resistance element while suppressing the fluctuation of the resistance value of the thin film resistance element. In addition, since a large increase in manufacturing cost does not occur and a complicated element structure and complicated manufacturing steps are not required, it becomes easy to mount a thin-film resistance element made of a silicon cermet material on a semiconductor device.
【0104】さらに、絶縁性保護膜を抵抗膜を覆ってい
るシリコン化合物から成る絶縁層に対してエッチング選
択性を有する材料としたときには、抵抗素子に配線を接
続するコンタクト部を形成する工程において、抵抗膜へ
のエッチングダメージを回避し、かつ配線を抵抗膜に確
実に接続して形成することができる。これにより、抵抗
素子のコンタクト抵抗成分を低く抑えると共にコンタク
ト抵抗成分のばらつき変動も抑えることが可能となり、
薄膜抵抗素子の抵抗値の高精度化をさらに向上すること
ができる。Further, when the insulating protective film is made of a material having etching selectivity with respect to the insulating layer made of a silicon compound covering the resistive film, in the step of forming a contact portion for connecting a wiring to the resistive element, An etching damage to the resistance film can be avoided, and the wiring can be securely connected to the resistance film. As a result, it is possible to suppress the contact resistance component of the resistance element to be low, and also to suppress the variation fluctuation of the contact resistance component.
It is possible to further improve the accuracy of the resistance value of the thin-film resistance element.
【図1】本発明の一実施の形態の薄膜抵抗素子を有する
半導体装置の概略構成図(断面図)である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram (cross-sectional view) of a semiconductor device having a thin-film resistance element according to an embodiment of the present invention.
【図2】A〜E 図1の半導体装置の製造工程を示す工
程図である。2A to 2E are process diagrams showing a manufacturing process of the semiconductor device of FIG. 1;
【図3】F〜I 図1の半導体装置の製造工程を示す工
程図である。FIGS. 3A to 3F are process diagrams showing a manufacturing process of the semiconductor device of FIG. 1;
【図4】J〜M 図1の半導体装置の製造工程を示す工
程図である。4A to 4M are process diagrams showing a manufacturing process of the semiconductor device of FIG. 1;
【図5】本発明の他の実施の形態のBiCMOS半導体
装置の概略構成図(断面図)である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram (cross-sectional view) of a BiCMOS semiconductor device according to another embodiment of the present invention.
【図6】図5のBiCMOS半導体装置の製造工程を示
す工程図である。FIG. 6 is a process chart showing a manufacturing process of the BiCMOS semiconductor device of FIG. 5;
【図7】図5のBiCMOS半導体装置の製造工程を示
す工程図である。7 is a process chart showing a manufacturing process of the BiCMOS semiconductor device of FIG. 5;
【図8】図5のBiCMOS半導体装置の製造工程を示
す工程図である。FIG. 8 is a process chart showing a manufacturing process of the BiCMOS semiconductor device of FIG. 5;
【図9】図5のBiCMOS半導体装置の製造工程を示
す工程図である。FIG. 9 is a process chart showing a manufacturing process of the BiCMOS semiconductor device of FIG. 5;
【図10】図5のBiCMOS半導体装置の製造工程を
示す工程図である。FIG. 10 is a process chart showing a manufacturing process of the BiCMOS semiconductor device of FIG. 5;
【図11】図5のBiCMOS半導体装置の製造工程を
示す工程図である。FIG. 11 is a process chart showing a manufacturing process of the BiCMOS semiconductor device of FIG. 5;
【図12】図5のBiCMOS半導体装置の製造工程を
示す工程図である。FIG. 12 is a process chart showing a manufacturing process of the BiCMOS semiconductor device of FIG. 5;
【図13】図5のBiCMOS半導体装置の製造工程を
示す工程図である。FIG. 13 is a process chart showing a manufacturing process of the BiCMOS semiconductor device of FIG. 5;
【図14】本発明のさらに他の実施の形態のBiCMO
S半導体装置の概略構成図(断面図)である。FIG. 14 shows a BiCMO according to still another embodiment of the present invention.
1 is a schematic configuration diagram (cross-sectional view) of an S semiconductor device.
【図15】図14のBiCMOS半導体装置の製造工程
を示す工程図である。FIG. 15 is a process chart showing a manufacturing process of the BiCMOS semiconductor device of FIG. 14;
【図16】図14のBiCMOS半導体装置の製造工程
を示す工程図である。FIG. 16 is a process chart showing a manufacturing process of the BiCMOS semiconductor device of FIG. 14;
【図17】図14のBiCMOS半導体装置の製造工程
を示す工程図である。FIG. 17 is a process chart showing a manufacturing process of the BiCMOS semiconductor device of FIG. 14;
【図18】図14のBiCMOS半導体装置の製造工程
を示す工程図である。FIG. 18 is a process chart showing a manufacturing process of the BiCMOS semiconductor device of FIG. 14;
【図19】図14のBiCMOS半導体装置の製造工程
を示す工程図である。FIG. 19 is a process chart showing a manufacturing process of the BiCMOS semiconductor device of FIG. 14;
【図20】図14のBiCMOS半導体装置の製造工程
を示す工程図である。FIG. 20 is a process chart showing a manufacturing process of the BiCMOS semiconductor device of FIG. 14;
【図21】図14のBiCMOS半導体装置の製造工程
を示す工程図である。FIG. 21 is a process chart showing a manufacturing process of the BiCMOS semiconductor device of FIG. 14;
【図22】シリコンサーメット材料を用いた薄膜抵抗素
子の概略構成図(断面図)である。FIG. 22 is a schematic configuration diagram (cross-sectional view) of a thin-film resistance element using a silicon cermet material.
【図23】A、B シリコンサーメット材料を用いた薄
膜抵抗素子の概略構成図(断面図)である。23A and 23B are schematic configuration diagrams (cross-sectional views) of thin-film resistance elements using a silicon cermet material.
【図24】シリコンサーメット材料を用いた薄膜抵抗素
子の概略構成図(断面図)である。FIG. 24 is a schematic configuration diagram (cross-sectional view) of a thin-film resistance element using a silicon cermet material.
【図25】シリコンサーメット材料を用いた薄膜抵抗素
子の概略構成図(断面図)である。FIG. 25 is a schematic configuration diagram (cross-sectional view) of a thin-film resistance element using a silicon cermet material.
【図26】シリコンサーメット材料を用いた薄膜抵抗素
子の概略構成図(断面図)である。FIG. 26 is a schematic configuration diagram (cross-sectional view) of a thin-film resistance element using a silicon cermet material.
1 基板、2,5,53 絶縁層、3 抵抗膜、4 絶
縁性の保護膜、6 下地膜、7 配線層、10,30
薄膜抵抗素子、11,64,64B,64E,64C,
64R 配線、21,24,81,82,83,84
フォトレジスト、31 CMOSトランジスタ部、32
バイポーラトランジスタ部、33 抵抗素子部、5
2,54 絶縁膜DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate, 2, 5, 53 insulating layer, 3 resistance film, 4 insulating protective film, 6 base film, 7 wiring layer, 10, 30
Thin film resistance element, 11, 64, 64B, 64E, 64C,
64R wiring, 21, 24, 81, 82, 83, 84
Photoresist, 31 CMOS transistor part, 32
Bipolar transistor part, 33 resistance element part, 5
2,54 insulating film
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/8249 Fターム(参考) 5F038 AR07 AR15 AR25 AV05 AV06 EZ15 EZ20 5F048 AA09 AC05 AC10 BA02 BA12 BB05 BB08 BB12 BC06 BE03 BF12 BG12 CA07 CA13 DA23 5F082 AA21 AA38 BA04 BC09 BC18 DA09 DA10 EA13 EA15 EA27──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 21/8249 F-term (Reference) 5F038 AR07 AR15 AR25 AV05 AV06 EZ15 EZ20 5F048 AA09 AC05 AC10 BA02 BA12 BB05 BB08 BB12 BC06 BE03 BF12 BG12 CA07 CA13 DA23 5F082 AA21 AA38 BA04 BC09 BC18 DA09 DA10 EA13 EA15 EA27
Claims (6)
と、該抵抗膜上の絶縁性保護膜とを少なくとも積層して
成る薄膜抵抗素子を有し、 上記シリコンサーメット材料は、シリコン及び1種類以
上の金属元素に、酸素、窒素、炭素から選ばれる少なく
とも1種類の元素を含む組成から成り、 上記薄膜抵抗素子に電気的に接続される配線が、上記薄
膜抵抗素子を覆う絶縁層に形成された開口を通じて、上
記抵抗膜に直接接続されていることを特徴とする半導体
装置。1. A thin-film resistance element comprising at least a resistive film made of a silicon cermet material and an insulating protective film on the resistive film. The element includes a composition including at least one element selected from oxygen, nitrogen, and carbon, and a wiring electrically connected to the thin-film resistance element passes through an opening formed in an insulating layer covering the thin-film resistance element. And a semiconductor device directly connected to the resistance film.
は、Ta,Nb,W,Ti,Mo,Ni,V,Zrから
1種類以上選ばれることを特徴とする請求項1に記載の
半導体装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the metal element of the silicon cermet material is at least one selected from the group consisting of Ta, Nb, W, Ti, Mo, Ni, V, and Zr.
を覆う絶縁層に対して、エッチングに対する選択性を有
していることを特徴とする請求項1に記載の半導体装
置。3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the insulating protective film has etching selectivity with respect to an insulating layer covering the thin-film resistance element.
メット材料の金属元素の酸化物または酸窒化物から成る
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。4. The semiconductor device according to claim 1, wherein said insulating protective film is made of an oxide or oxynitride of a metal element of said silicon cermet material.
製造する方法であって、 シリコンサーメット材料から成る抵抗膜を成膜する工程
と、 上記抵抗膜を形成する工程と同一の装置内で、連続して
上記抵抗膜上に絶縁性保護膜を成膜する工程と、 上記抵抗膜及び上記絶縁性保護膜を一括してパターニン
グして、上記抵抗膜及び上記絶縁性保護膜の積層膜から
成る上記薄膜抵抗素子を形成する工程と、 上記薄膜抵抗素子を覆って絶縁層を形成する工程とを有
し、 上記シリコンサーメット材料は、シリコン及び1種類以
上の金属元素に、酸素、窒素、炭素から選ばれる少なく
とも1種類の元素を含む組成から成ることを特徴とする
半導体装置の製造方法。5. A method for manufacturing a semiconductor device having a thin-film resistance element, comprising: forming a resistive film made of a silicon cermet material; and forming the resistive film in the same apparatus. A step of continuously forming an insulating protective film on the resistive film, and patterning the resistive film and the insulating protective film collectively, from the laminated film of the resistive film and the insulating protective film. Forming a thin-film resistance element, and forming an insulating layer covering the thin-film resistance element, wherein the silicon cermet material includes silicon, one or more metal elements, oxygen, nitrogen, and carbon. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising a composition containing at least one element selected from the group consisting of:
記絶縁層に対して、エッチングに対する選択性を有して
いることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製
造方法。6. The method according to claim 5, wherein the insulating protective film has etching selectivity with respect to the resistance film and the insulating layer.
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