使用薄膜电阻器(TFR)盖层作为蚀刻停止件和/或硬掩模在集成电路器件中形成的TFR制造技术

本发明专利技术提供了一种用于在集成电路(IC)器件中形成薄膜电阻器(TFR)的方法。在包括IC元件和IC元件触点的IC结构之上形成TFR膜并且使该TFR膜退火。形成至少一个TFR盖层，并且TFR蚀刻从该TFR膜限定TFR元件。TFR触点蚀刻在该TFR元件之上形成TFR触点开口，并且金属层在该IC结构之上形成并延伸到这些TFR触点开口中以形成到这些IC元件触点和该TFR元件的金属触点。在该TFR膜之上形成的该TFR盖层，例如SiN盖和/或氧化物盖，可以(a)在该TFR触点蚀刻期间提供蚀刻停止件，和/或(b)在该TFR蚀刻期间提供硬掩模，这可以免于使用光掩模并由此免于蚀刻后去除光掩模聚合物。去除光掩模聚合物。去除光掩模聚合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用薄膜电阻器(TFR)盖层作为蚀刻停止件和/或硬掩模在集成电路器件中形成的TFR
[0001]相关专利申请
[0002]本申请要求于2020年2月28日提交的共同拥有的美国临时专利申请号62/982,905的优先权，该专利申请的全部内容以引用方式并入本文以用于所有目的。


[0003]本公开涉及形成薄膜电阻器，例如用于形成集成在半导体集成电路(IC)器件中的薄膜电阻器的系统和方法。

技术介绍

[0004]许多集成电路(“IC”)器件包含薄膜电阻器(TFR)，这些TFR提供了优于其他类型电阻器的各种优点。例如，TFR可以是高度准确的，并且可以微调以提供非常精确的电阻值。又如，TFR通常具有较小的寄生分量，这提供了有利的高频行为。此外，例如在将TCR“调整”至近零值的合适退火工艺之后，TFR通常具有低电阻温度系数(TCR)，这可在宽泛范围的操作温度内提供稳定操作。TFR退火可在高于500℃下(例如在500℃
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525℃的范围内)执行以优化TCR值。
[0005]TFR可包括在绝缘衬底上或绝缘衬底中形成的任何合适的电阻膜。一些常见的IC集成TFR电阻膜材料包括SiCr、SiCCr、TaN和TiN，但也可使用任何其他合适的材料。制造集成TFR通常需要向后端IC集成流添加多个处理步骤，诸如若干昂贵的光掩模工艺。将有利的是，减少此类步骤的数目(特别是光掩模工艺的数目)，以降低集成TFR制造的成本。
[0006]由于铝的相对低的熔点，另一个问题涉及在使用铝互连层(例如，由铝、铝铜或铝硅铜形成的互连层)的IC器件中形成TFR并使TFR退火。常见铝互连层形成为层叠堆，例如，Ti层，之后是TiN层，之后是AlSiC层(或者AlCu或Al层)，之后是第二Ti层，并且最后是第二TiN层。可涉及等于或高于500℃的温度的典型TFR退火可对这种铝互连件产生不利影响，该铝互连件具有约450℃的可接受退火温度限制。例如，在上述铝互连层叠堆中，当在形成铝互连层叠堆之后形成TFR并使TFR退火(例如，在等于或高于500℃的温度下)时，可在铝互连层叠堆内在晶界处形成TiAl3，这(例如，以50或更大的倍数)增加了铝互连件的薄层电阻，这可能导致IC结构中的电迁移问题。
[0007]某些TFR集成过程的又另一个问题涉及例如在形成TFR本身期间通过用于TFR蚀刻的聚合物光掩模形成重聚合物残余物。通常难以防止或完全去除此类聚合物残余物，因为用于去除此类聚合物残余物的化学清洁过程可能损坏区域中的敏感结构，诸如暴露于化学清洁剂的IC元件触点(例如，钨通孔)。

技术实现思路

[0008]本专利技术的实施方案通过在形成IC元件(例如，存储器器件)和触点(例如，钨通孔)之后但在形成第一金属/互连层(通常称为“金属1”层)之前形成薄膜电阻器(TFR)来解决常
规TFR集成的各种问题。通过在形成金属1层之前形成TFR，可能在将对金属1层的材料产生不利影响的温度下(例如在铝(或具有低熔融温度的其他金属)用于金属1层的情况下)执行TFR退火。因此，在形成金属1层(例如铝金属1层)之前形成TFR实现在最佳温度下的TFR退火(例如，以优化TFR膜的TCR值)，例如在等于或高于500℃下(例如，在500℃
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525℃的范围内)的退火。因此，本专利技术的实施方案允许在利用铝互连件的IC生产流中进行TFR的形成和最佳退火。
[0009]如本文所用，“形成”任何特定材料层(或其他结构)可包括沉积相应材料层、生长相应材料层(例如，生长氧化物层)或以其他方式形成相应材料层，并且可包括本领域已知的相对于在IC结构中形成各种类型的层的各种过程步骤。
[0010]另外，如本文所用，“蚀刻过程”可包括单一蚀刻或可包括不同蚀刻化学反应或其他蚀刻参数的多种蚀刻。
[0011]在一些实施方案中，形成TFR的过程包括添加到背景IC生产流(即，在不形成TFR的情况下的IC生产流)的仅两个光掩模。
[0012]在一些实施方案中，TFR集成过程包括在TFR膜层之上形成相对薄的氮化物盖层(例如，SiN盖层)，该层在TFR触点蚀刻期间充当蚀刻停止件，该TFR触点蚀刻用于形成用于将金属互连层(例如，金属1层)耦接到TFR的触点开口。氮化物盖层可为下面的结构(例如，钨通孔或其他IC元件触点)提供保护，其可允许使用化学清洁剂(其通常对未受保护的结构有害)以去除在TFR蚀刻过程期间形成的光致抗蚀剂聚合物残余物。
[0013]在其他实施方案中，在TFR膜层之上形成的氮化物盖层(例如，SiN盖层)既(a)在用于从TFR膜层限定TFR元件的TFR蚀刻期间充当硬掩模又(b)在用于形成用于将金属互连层(例如，金属1层)耦接到TFR的触点开口的后续TFR触点蚀刻期间充当蚀刻停止件。通过提供在TFR蚀刻期间充当硬掩模的氮化物盖层，可在执行TFR蚀刻之前去除结构上的现有光致抗蚀剂材料(如果有的话)，从而消除或极大地减少聚合物材料在TFR蚀刻过程期间的形成，并且因此消除或减少对此类聚合物材料的化学清洁剂的需要。另外，氮化物盖层可在TFR触点蚀刻期间保护下面的结构(例如，钨通孔或其他IC元件触点)。
[0014]在又其他实施方案中，在氮化物盖层之上形成氧化物盖层，这些层在(用于从TFR膜层限定TFR元件的)TFR蚀刻期间共同充当硬掩模以减少或消除聚合物在TFR蚀刻期间的形成。氧化物盖层可在TFR蚀刻期间圆化，这可有助于防止沿着TFR元件以及在相邻金属层结构(例如，金属1层结构)之间发生电短路(“纵梁(stringer)”)。
[0015]在本专利技术的一个方面，提供了一种用于在半导体集成电路器件中形成集成薄膜电阻器(TFR)的方法。提供了一种集成电路(IC)结构，该IC结构可包括多个IC元件和连接到该多个IC元件的多个导电IC元件触点。TFR膜层形成在该IC结构之上，并且TFR蚀刻停止盖层形成在该TFR膜层之上。执行第一蚀刻过程以去除该TFR蚀刻停止盖层的选定部分和下面的该TFR膜层的部分，从而限定蚀刻停止盖和下面的TFR元件。氧化物盖层形成在该结构之上。执行第二蚀刻以在该TFR元件之上的该氧化物盖层中形成至少一个氧化物盖开口，该第二蚀刻过程在该蚀刻停止盖处停止，并且穿过该至少一个氧化物盖开口执行第三蚀刻过程以在该蚀刻停止盖中形成至少一个TFR触点开口，从而暴露该TFR元件的表面。在该IC结构之上形成金属互连层，并且该金属互连层包括(a)耦接到该多个导电IC元件触点中的至少一个导电IC元件触点的至少一个金属互连元件和(b)延伸到该至少一个TFR触点开口中以接
触该下面的TFR元件的至少一个金属互连件。
[0016]在一些实施方案中，可在形成该TFR膜层之后但在沉积该金属互连层之前的任何时间执行TFR退火，例如以减少和/或优化该TFR膜层或TFR元件的电阻热系数(TCR)。例如，可在用于限定该TFR元件的该第一蚀刻之前执行TFR退火，或者可在用于限定该TFR元件的该第一蚀刻之后并且在形成该氧化物盖层之前或之后执行TFR退火，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在半导体集成电路器件中形成集成薄膜电阻器(TFR)的方法，所述方法包括：形成集成电路(IC)结构，所述IC结构包括多个IC元件和连接到所述多个IC元件的多个导电IC元件触点；在所述IC结构之上形成TFR膜层；在所述TFR膜层之上形成TFR盖层；执行第一蚀刻过程以去除所述TFR盖层的选定部分，从而限定盖和下面的TFR元件；形成氧化物盖层；执行第二蚀刻过程以在所述TFR元件之上的所述氧化物盖层中形成至少一个氧化物盖开口；穿过所述至少一个氧化物盖开口执行第三蚀刻过程以在所述盖中形成至少一个TFR触点开口，从而暴露所述TFR元件的表面；在所述IC结构之上形成金属互连层，所述金属互连层包括(a)耦接到所述多个导电IC元件触点中的至少一个导电IC元件触点的至少一个金属互连元件和(b)延伸到所述至少一个TFR触点开口中以接触所述TFR元件的至少一个金属互连件；并且于在形成所述TFR膜层之后并且在形成所述金属互连层之前的某个时间，执行TFR退火以使所述TFR膜层或所述TFR元件退火。2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：在形成所述TFR膜层之前在所述IC结构之上形成电介质蚀刻停止层；其中所述第一蚀刻在所述电介质蚀刻停止层处停止。3.根据权利要求1
‑
2中任一项所述的方法，其中所述IC结构包括：存储器单元或晶体管结构，所述存储器单元或所述晶体管结构包括连接到所述存储器单元或所述晶体管结构的源极区、漏极区和栅极区中的至少一者的至少一个导电IC元件触点。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的方法，其中所述TFR膜层包括碳化硅铬(SiCCr)、硅铬(SiCr)、氮化铬硅(CrSiN)、氮化钽(TaN)、硅化钽(Ta2Si)或氮化钛(TiN)。5.根据权利要求1
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4中任一项所述的方法，其中所述TFR盖层包含氮化硅(SiN)。6.根据权利要求1
‑
5中任一项所述的方法，其中所述金属互连层包含铝。7.根据权利要求1
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6中任一项所述的方法，其中所述TFR退火包括在至少500℃的温度下的退火。8.根据权利要求1
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6中任一项所述的方法，其中所述TFR退火包括在515℃
±
10℃的温度下持续15分钟
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60分钟的退火。9.根据权利要求1
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8中任一项所述的方法，其中所述第二蚀刻过程包括湿法蚀刻。10.根据权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：微芯片技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：