使用电介质盖的湿法蚀刻形成于集成电路器件中的薄膜电阻器(TFR)制造技术

本发明专利技术提供了一种用于在包括集成电路(IC)元件和IC元件触点的IC器件中形成集成薄膜电阻器(TFR)的方法。在IC结构上方形成TFR膜层和TFR电介质层，并且执行湿法蚀刻以在该TFR膜层上方限定具有倾斜侧向边缘的电介质盖。对该TFR膜层的暴露部分进行蚀刻以限定TFR元件。TFR触点蚀刻在该TFR元件上方形成触点开口，并且形成金属层以形成到该IC元件触点和该TFR元件的金属层连接。该电介质盖的倾斜边缘可以改进对与该TFR元件相邻的金属的去除，以防止完整的器件中的电短路。在形成该金属层之前，在任何合适的时间执行TFR退火以减小TFR的TCR。任何合适的时间执行TFR退火以减小TFR的TCR。任何合适的时间执行TFR退火以减小TFR的TCR。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用电介质盖的湿法蚀刻形成于集成电路器件中的薄膜电阻器(TFR)
[0001]相关专利申请
[0002]本申请要求于2020年2月27日提交的共同拥有的美国临时专利申请号62/982,107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的方法，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(
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IC
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)器件包含薄膜电阻器(TFR)，该TFR提供了优于其它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
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调整
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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。可以在高于500℃下执行TFR退火(例如，在500℃至525℃的范围内)以优化TCR值。
[0005]TFR可包括在绝缘基材上或绝缘基材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，但也可使用任何其它合适的材料。制造集成TFR通常需要向后台IC集成流添加多种处理，诸如若干昂贵的光掩模工艺。减少此类步骤的数量，特别是光掩模工艺的数目，以降低集成TFR制造的成本将是有利的。
[0006]另一个问题涉及在由于铝的熔点相对较低而使用铝互连层(例如，由铝、铝铜或铝硅铜形成的互连层)的IC器件中形成和退火TFR。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AlCu或Al层)，之后是第二Ti层，并且最后是第二TiN层。典型的TFR退火可以涉及500℃或以上的温度，可能会对此类铝互连件产生负面影响，铝互连件具有的可接受的退火温度极限为约450℃。例如，在上述铝互连层叠堆中，如果在形成铝互连件后形成和退火TFR(例如，在500℃或以上的温度下)，则会在互连层叠堆内的晶界处形成TiAl3，这增加了互连件的薄层电阻(例如，增加50倍或更多)，薄层电阻增加可能导致IC结构中的电迁移问题。

技术实现思路

[0007]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
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金属1
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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，可以在会对金属1层的材料产生负面影响的温度下执行TFR退火，例如在铝(或其它具有低熔融温度的金属)用于金属1层的情况下。因此，在形成金属1层之前形成TFR(例如，铝金属1层)允许最佳温度下的TFR退火(例如，以优化TFR膜的TCR值)，例如在500℃或以上的温度退火(例如，在500℃至525℃的范
围内)。因此，本专利技术的实施方案允许在利用铝互连件的IC生产流中形成TCR并进行最佳退火。
[0008]如本文所用，
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形成
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任何特定材料层(或其它结构)可包括沉积相应材料层、使相应材料层增强(例如，增强氧化层)或以其它方式形成相应材料层，并且可包括本领域已知的关于在IC结构中形成各种类型的层的各种工艺步骤。
[0009]此外，如本文所用，
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蚀刻过程
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可包括单个蚀刻或多个蚀刻，该多个蚀刻可包括不同的蚀刻化学组成或其它蚀刻参数。
[0010]在一些实施方案中，形成TFR的过程仅包括在后台IC生产流中添加两个光掩模(即，不形成TFR的IC生产流)。
[0011]在一些实施方案中，在IC器件中形成TFR的公开的方法包括在TFR膜(例如，SiCCr膜)上方形成盖状氧化层，并且执行湿法蚀刻以去除盖状氧化层的部分，从而在TFR膜上方形成氧化物盖。湿法蚀刻(相比于干法蚀刻)可以在TFR膜上方形成氧化物盖的倾斜(即，非竖直)侧向边缘。氧化物盖的倾斜边缘可以促进(例如，使之更容易)对与TFR元件相邻的金属(例如，沉积金属1层的部分)的去除，以防止完整的器件中的电短路(通常称为
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纵梁
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)。
[0012]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。形成集成电路(IC)结构，包括多个IC元件和连接至多个IC元件的多个导电IC元件触点。在IS结构上方形成TFR膜层，并且在TFR膜层上方形成TFR电介质层。执行湿法蚀刻以去除TFR电介质层的选定部分，从而在TFR膜层上方留下TFR电介质盖，其中湿法蚀刻在TFR膜层处停止，并且其中湿法蚀刻限定TFR电介质盖的倾斜侧向边缘。执行TFR蚀刻以去除TFR膜层的选定部分(例如，那些不在TFR电介质盖下方的)，从而限定TFR元件，其中TFR电介质盖的倾斜侧向边缘在TFR元件的相应侧向边缘上方对准。然后执行TFR触点蚀刻以在TFR元件上方的在TFR电介质盖上形成TFR触点开口，并且金属层(例如，
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金属1
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层)在导电IC元件触点上方和TFR电介质盖上方沉积，并且延伸到TFR触点开口中并与TFR元件接触。
[0013]在形成TFR膜层之后，但在沉积金属层之前的某个时间执行TFR退火，例如以减小TFR膜层的热阻抗系数(TCR)。例如，可以在形成TFR膜层和TFR电介质层之后，但在湿法蚀刻以限定TFR电介质盖之前执行TFR退火，或可以在限定TFR元件的TFR蚀刻之后，或在形成TFR膜层之后但在沉积金属层之前的任何其它时间执行。
[0014]在一些实施方案中，形成金属层的步骤包括在TFR电介质盖上方沉积共形金属层，并且执行金属蚀刻以去除共形金属层的选定部分。沉积的共形金属层包括倾斜金属区，该倾斜金属区在TFR电介质盖的相应倾斜侧向边缘上方延伸，其中倾斜金属区在与TFR元件的相应侧向边缘相邻的第一位置处具有与在TFR电介质盖的顶部上表面上方的第二位置处相比更低的高度。用于去除共形金属层的选定部分的金属蚀刻，包括去除在与TFR元件的相应侧向边缘相邻的第一位置处的倾斜金属区的一部分。第一位置处倾斜金属区的更低的高度可以允许减小的蚀刻时间或强度，以去除在第一位置处的(例如，与其中TFR电介质盖具有竖直侧向边缘(即，偏离方形边缘)而不是通过TFR电介质层的湿法蚀刻产生的倾斜侧向边缘的类似结构相比)倾斜金属区的全部厚度。
[0015]在一个实施方案中，集成电路结构包括存储器单元或晶体管结构，该存储器单元或晶体管结构包括连接至存储器单元或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。
[0016]在一些实施方案中，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)。
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【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，所述集成电路结构包括多个IC元件和连接至所述多个IC元件的多个导电IC元件触点；在形成的IC结构上方形成TFR膜层；在所述TFR膜层上方形成TFR电介质层；执行第一蚀刻，以去除所述TFR电介质层的选定部分或暴露部分，从而在所述TFR膜层上方限定TFR电介质盖，其中所述第一蚀刻在所述TFR膜层处停止，并且其中所述第一蚀刻限定所述TFR电介质盖的倾斜侧向边缘；执行第二蚀刻，以去除所述TFR膜层的选定部分或暴露部分，从而限定TFR元件，其中所述TFR电介质盖的所述倾斜侧向边缘在所述TFR元件的相应侧向边缘上方对准；执行第三蚀刻，以在所述TFR元件上方的所述TFR电介质盖中形成TFR触点开口；以及形成金属层，所述金属层在所述导电IC元件触点上方和所述TFR电介质盖上方延伸，并且延伸到所述TFR触点开口中并与所述TFR元件接触；并且在形成所述TFR膜层之后且在形成所述金属层之前的某个时间，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，其中所述形成的IC结构包括存储器单元或晶体管结构，所述存储器单元或晶体管结构包括连接至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。3.根据权利要求1至2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)。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述金属层包括铝。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述TFR电介质层包括氧化层。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述第二蚀刻包括干法蚀刻。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中使所述TFR膜层或所述TFR元件退火包括在至少500℃的温度下退火。8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中使所述TFR膜层或所述TFR元件退火包括在515℃
±
10℃的温度下退火持续15分钟至60分钟。9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中：形成所述金属层包括：在所述TFR电介质盖上方沉积共形金属层；以及执...

【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：