一种具有为底层薄膜电阻器（TFR）头部提供扩散屏障的TFR元件的TFR制造技术

本公开提供一种在集成电路器件中形成的薄膜电阻器(TFR)模块。该TFR模块包括一对金属TFR头部(例如，铜镶嵌沟槽结构)、TFR元件和连接到该TFR头部的TFR接触件，该TFR元件在该金属TFR头部上直接形成以限定穿过该TFR元件位于该对TFR头部之间的导电路径。该TFR头部可与该集成电路器件的各种互连元件一起在金属互连层中形成。可以通过在该金属互连层中形成的TFR头部和互连元件上沉积并图案化TFR元件/扩散屏障层来形成该TFR元件。该TFR元件可由材料形成，该材料还提供抵抗来自各个金属TFR头部和互连元件的金属扩散(例如，铜扩散)的屏障。例如，该TFR元件可由氮化钽(TaN)形成。该TFR元件可由氮化钽(TaN)形成。该TFR元件可由氮化钽(TaN)形成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种具有为底层薄膜电阻器(TFR)头部提供扩散屏障的TFR元件的TFR
[0001]相关专利申请
[0002]本申请要求于2021年2月23日提交的共同拥有的美国临时专利申请号63/152,374的优先权，该专利申请的全部内容据此以引用方式并入以用于所有目的。


[0003]本公开涉及在集成电路(IC)器件上形成的薄膜电阻器(TFR)，并且更具体地涉及一种具有TFR元件的TFR模块以及用于形成此类TFR模块的方法，该TFR元件还充当用于底层金属TFR头部的扩散屏障。

技术介绍

[0004]基于半导体的集成电路(IC)器件通常包括称为互连件的图案化金属层，以连接该IC器件的各种组件，例如后段制程(BEOL)电路元件。铜(Cu)和铝(Al)是常见的互连材料。铜由于它的较低电阻率和高抗电迁移性而通常比铝更优选。然而，铜互连件通常难以通过传统光致抗蚀剂掩蔽和等离子体蚀刻技术来制造。
[0005]在IC器件中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。镶嵌工艺可包括图案化介电区域，例如，包括二氧化硅、氟代硅酸盐玻璃(FSG)或有机硅酸盐玻璃(OSG)，以便形成开口沟槽，以在其中形成铜(或其他金属)。沉积铜扩散屏障层(通常为钽(Ta)、氮化钽(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屏障层材料，并且因此可称为铜CMP。保留在各个沟槽中的铜用作导体。然后通常在晶片上沉积介电屏障层，例如氮化硅(SiN)或碳化硅(SiC)，以防止铜扩散(例如扩散到相邻的硅中)，从而提高器件可靠性。
[0006]随着更多的特征被封装到单独的半导体芯片中，越来越需要将大量诸如电阻器的无源组件封装到电路中。可以通过离子注入和扩散来创建一些电阻器，诸如多晶硅电阻器。然而，此类电阻器通常在电阻值上具有高的变化，并且还可以具有随温度急剧变化的电阻值。用于构造集成电阻器(称为薄膜电阻器(TFR))的开发技术通常改进集成电阻器性能。TFR通常由例如硅
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铬(SiCr)、硅
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碳化硅
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铬(SiCCr)、TaN、镍
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铬(NiCr)、铝掺杂的镍
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铬(AlNiCr)或钛
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镍
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铬(TiNiCr)形成。
[0007]图1示出了使用常规技术实现的两个示例性TFR 10A和10B的剖视图。参考相关IC器件的背景制造工艺，常规TFR 10A或10B的制造通常需要三个增添掩模层。特别地，可以使用第一增添掩模层来创建TFR头部12A和12B，可以使用第二增添掩模层来创建TFR元件14，并且可以使用第三增添掩模层来创建TFR通孔16A和16B。如图所示，TFR 10A的TFR元件14跨越TFR头部12A和12B的顶部形成，而TFR 10B的TFR元件14跨越TFR头部12A和12B的底部形成，但是每个设计通常都使用三个增添掩模层。
[0008]例如通过将TFR头部12A和12B形成为Cu镶嵌结构，在铜互连件中形成TFR 10A和
10B的部分实现。然而，将铜互连件用于TFR模块一直都特别具有挑战性。例如，铜TFR头部12A和12B通常容易受到TFR制造期间的铜腐蚀以及TFR制造期间和/或之后的铜扩散的影响，这可能形成深能级陷阱并且显著降低相关器件中的晶体管性能。介电屏障层，诸如氮化硅或碳化硅，通常用于例如在铜CMP之后密封暴露的铜互连件表面，但是这种屏障层阻止与铜的直接电连接，因此不适于保护铜TFR头部。
[0009]需要用于集成电路的改进TFR和构造方法。例如，需要集成在铜互连件中的TFR模块，其避免或减少与常规设计相关联的铜腐蚀和/或铜扩散，从而改进器件性能。进一步地，例如，与上文所述的常规TFR 10A和10B相比，存在减少构造集成TFR所需的掩模层数的需要或优势(例如，成本和时间优势)。在一些应用中还需要TFR模块，此类TFR模块提供例如大约1kΩ/平方的薄层电阻R
s
和接近0的电阻温度系数(TCR)，例如在
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100ppm/℃至+100ppm/℃的范围内或者更接近0的TCR，这可以实现新的集成电路设计，特别是在铜互连结构中包括模拟组件的设计。

技术实现思路

[0010]本公开的实施方案提供了TFR，其能够以模块化的方式集成在IC器件中并且因此在本文中被称为“TFR模块”。例如，一些实施方案提供了在IC器件的镶嵌互连结构中形成的TFR模块，以及用于制造此类TFR模块的方法。该TFR模块可在IC器件结构中的任何互连层级处(例如，在任何金属层处)形成。
[0011]一些实施方案提供了在集成电路器件中形成的薄膜电阻器(TFR)模块。TFR模块可包括一对金属TFR头部(例如，铜镶嵌沟槽结构)、在该金属TFR头部上直接形成的TFR元件、以及连接到该金属TFR头部的TFR接触件。该金属TFR头部可与各自的集成电路器件的各种互连元件一起在金属互连层中形成。可以通过在该金属TFR头部上以及在该互连元件上沉积并图案化TFR元件/扩散屏障层来形成该TFR元件。在该金属TFR头部上沉积并图案化该TFR元件/扩散屏障层是为了限定TFR元件，其还阻止来自该TFR头部的金属扩散。在该互连元件上沉积并图案化该TFR元件/扩散屏障层是为了阻止来自该互连元件的金属扩散。因此，该TFR元件/扩散屏障层可包括一种材料，该材料既可(a)充当连接该TFR头部的TFR元件，还可以(b)充当用于该底层金属TFR头部和互连元件的扩散屏障。例如，该TFR元件/扩散屏障层可由氮化钽(TaN)形成，其特别适用于此类功能。或者，该TFR元件/扩散屏障层可由SiCr、硅
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碳
‑
铬(SiCCr)、氮氧化钛(TiN
x
O
y
)、氮化钛(TiN)、钛
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钨(TiW)、钛
‑
钨
‑
氮化物(TiW2N)或钛
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锌
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氮化物(TiZrN)形成。
[0012]在一些实施方案中，可以在该TFR元件/扩散屏障层上形成例如包括SiN、SiC或其它介电材料层的补充扩散屏障层，对该TFR元件/扩散屏障层的扩散屏障功能进行补充。
[0013]一方面提供了一种在集成电路结构中形成TFR模块的方法。在该集成电路结构中形成彼此间隔开的一对金属TFR头部，在该对金属TFR头部上直接形成TFR元件，以限定穿过该TFR元件位于该对金属TFR头部之间的导电路径，并且TFR接触件连接到该对金属TFR头部中的每个金属TFR头部。该TFR元件包括材料，该材料提供抵抗来自该金属TFR头部的金属扩散的屏障。
[0014]在一些实施方案中，该TFR元件包括TaN。在其它实施方案中，该TFR元件包括SiCr、SiCCr、TiN
x...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在集成电路结构中形成薄膜电阻器(TFR)模块的方法，所述方法包括：在所述集成电路结构中形成彼此间隔开的一对金属TFR头部；直接在所述一对金属TFR头部上形成TFR元件，以限定穿过所述TFR元件位于所述一对金属TFR头部之间的导电路径，所述TFR元件包括材料，所述材料提供抵抗来自所述金属TFR头部的金属扩散的屏障；以及形成连接到所述一对金属TFR头部中的每个金属TFR头部的TFR接触件。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述材料包括TaN。3.根据权利要求1
‑
2中任一项所述的方法，其中所述材料包括SiCr、SiCCr、TiN
x
O
y
、TiN、TiW、TiW2N或TiZrN。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的方法，其中所述TFR元件：(a)具有在200Ω/平方至2kΩ/平方范围内的薄层电阻；以及(b)具有在
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100ppm/℃至+100ppm/℃范围内的电阻温度系数(TCR)。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的方法，其中所述一对金属TFR头部是在公共金属互连层中形成的。6.根据权利要求1
‑
5中任一项所述的方法，其中形成连接到所述一对金属TFR头部中的每个金属TFR头部的TFR接触件包括：形成分别连接到所述一对金属TFR头部的通孔；以及在所述金属TFR头部之上的金属层中形成通过相应的通孔连接到所述金属TFR头部的TFR接触件。7.根据权利要求1
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6中任一项所述的方法，其中所述一对金属TFR头部包括铜TFR头部。8.根据权利要求1
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7中任一项所述的方法，包括使用铜镶嵌工艺形成所述一对金属TFR头部。9.根据权利要求1
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8中任一项所述的方法，包括形成所述TFR元件以完全覆盖所述一对金属TFR头部中的每个金属TFR头部的顶表面。10.根据权利要求1
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9中任一项所述的方法，其中形成所述TFR元件包括：沉积TFR元件/扩散屏障层以及蚀刻所述TFR元件/扩散屏障层以限定所述TFR元件；并且其中所述方法还包括在蚀刻所述TFR元件/扩散屏障层之前，在所述TFR元件/扩散屏障层上形成介电屏障层，使得所述介电屏障层与所述TFR元件/扩散屏障层一起被蚀刻。11.根据权利要求1
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9中任一项所述的方法，其中形成所述T...

【专利技术属性】
技术研发人员：冷耀俭，
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：