[发明专利]多晶硅-金属电介质中的镶嵌薄膜电阻器(TFR)及制造方法

说明书

本发明公开了一种镶嵌薄膜电阻器(TFR)，例如使用单个添加的掩膜层在多晶硅‑金属电介质(PMD)层内形成的镶嵌薄膜电阻器模块，以及用于制造这种器件的方法。一种用于制造TFR结构的方法可包括：形成一对间隔开的TFR头部，该对间隔开的TFR头部形成为自对准硅化物多晶硅(自对准多晶硅化物)结构；将电介质层沉积在自对准多晶硅化物TFR头部之上；图案化并蚀刻沟槽，该沟槽在每个自对准多晶硅化物TFR头部的至少一部分之上侧向延伸，以及暴露每个自对准多晶硅化物TFR头部的表面；以及将TFR材料沉积到沟槽中并沉积到暴露的TFR头部表面上，从而形成桥接对间隔开的TFR头部的TFR层。

相关专利申请

本专利申请要求提交于2017年10月6日的共同拥有的美国临时专利申请号62/569,261的优先权，出于所有目的，该申请的全部内容据此以引用方式并入。

技术领域

本公开涉及一种镶嵌薄膜电阻器(TFR)，具体地讲，涉及使用单个添加的掩膜层在多晶硅-金属电介质(PMD)层内形成的镶嵌TFR模块，以及用于制造这种器件的方法。

背景技术

半导体集成电路(IC)通常包括金属化层，该金属化层用于连接IC的各种部件，称为互连件，或线路(BEOL)元件的后端。铜通常优于铝，由于其较低的电阻率和高的电迁移电阻。然而，铜互连件通常难以通过用于铝互连件的传统光致抗蚀剂掩蔽和等离子体蚀刻来制造。

在IC上形成铜互连件的一种已知技术称为增材图案化，有时称为镶嵌工艺，其涉及传统的金属嵌补技术。所谓的镶嵌工艺可包括图案化电介质材料，诸如二氧化硅，或氟代硅酸盐玻璃(FSG)，或具有开口沟槽的有机硅酸盐玻璃(OSG)，其中铜或其他金属导体应该在其中。沉积铜扩散阻挡层(通常为Ta，TaN或两者的双层)，然后沉积铜晶种层，然后例如使用电化学镀覆工艺进行批量铜填充。然后可使用化学机械平面化(CMP)工艺来去除任何过量的铜和阻挡层，并且因此可称为铜CMP工艺。保留在沟槽中的铜用作导体。然后通常将电介质阻挡层(例如SiN或SiC)沉积在晶片上，以防止铜腐蚀并改善器件可靠性。

随着更多的特征部被封装到单独的半导体芯片中，越来越需要将无源部件诸如电阻器封装到电路中。一些电阻器可通过离子注入和扩散形成，诸如多晶硅电阻器。然而，此类电阻器通常具有高电阻值变化，并且还可具有随着温度的函数显著变化的电阻值。已在工业中引入了一种构造集成电阻器(称为薄膜电阻器(TFR))的新方法以改善集成电阻器性能。已知的TFR通常由例如SiCr(硅-铬)，SiCCr(硅-碳化硅-铬)，TaN(氮化钽)，NiCr(镍-铬)，AlNiCr(铝掺杂的镍-铬)或TiNiCr(钛-镍-铬)形成。

图1示出了使用常规方法实施的两个示例性TFR 10A和10B器件的剖视图。常规TFR10A和10B器件的制造通常需要三个添加的掩膜层。使用第一添加的掩膜层来形成TFR头部12A和12B。使用第二添加的掩膜层来形成TFR 14A和14B。使用第三添加的掩膜层来形成TFR通孔16A和16B。如图所示，TFR 12A和12B分别横跨TFR头部12A和12B的顶部和底部形成，但在每种情况下通常需要三个添加的掩膜层。

图2示出了已知IC结构的剖视图，该已知IC结构包括根据美国专利9,679,844的教导内容形成的示例性TFR 30，其中TFR 30可使用单个添加的掩膜层和镶嵌工艺来形成。可将TFR膜34(在该示例中为SiCCr膜)沉积到图案化成先前处理的半导体基板的沟槽中。如图所示，SiCCr膜34被构造为导电(例如，铜)TFR头部32之间的电阻器，具有包括电介质层36(例如SiN或SiC)的上覆电介质区域和形成在SiCCr膜34上的电介质顶盖区域38(例如，SiO₂)。可进一步处理包括TFR 30的IC结构以用于典型的Cu(铜)互连工艺(BEOL)，例如下一级通孔和沟槽。可使用连接到铜TFR头部32的典型的铜通孔将TFR 30与电路的其他部件连接。