薄膜电阻器及其制造方法技术

本发明专利技术涉及薄膜电阻器及其制造方法。一种形成半导体结构的方法包括：在衬底之上形成电阻器；形成与所述电阻器接触的至少一个第一接触；以及形成与所述电阻器接触的至少一个第二接触。所述电阻器被构造和设置为使电流从所述至少一个第一接触通过所述电阻器的中心部分而流到所述至少一个第二接触。所述电阻器包括沿与所述电流平行的方向从所述中心部分向外横向延伸的至少一个延伸部。所述方法包括基于所述电阻器的热扩散长度设定所述至少一个延伸部的尺寸。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体结构及其制造方法，更具体而言，涉及用于降低的发热的。
技术介绍
精确电阻器通常被用于Si基微电子集成电路芯片中。这些电阻器经常由沉积在芯片上的多晶硅层制成，但也可由绝缘体上硅(SOI)晶片中的扩散硅(Si)层制成，或者由诸如TaN或TiN的难熔金属层制成。电阻器材料通常具有高的电阻率，其总电阻受到所使用的矩形膜部分的膜厚度以及宽度和长度控制。通过R = rho女1/A给出电阻，其中rho 为电阻率，1为矩形的长度(平行于电流的方向)，且A为截面积(厚度乘宽度)。在Si电阻器的情况下，可以通过增加电导率的掺杂剂的掺杂来设计电阻率。然而，所有这些电阻器类型在电流流过它们时都产生热。在电阻器中产生的热通过电阻的热系数(β)而增加电阻率。通过改变多晶硅的晶粒尺寸、通过烧坏膜的部分(或全部)、通过使掺杂剂原子再分布，所产生的热也会永久地改变电阻值。这些效应限制了电阻器可容忍的电流量。除了对电阻器自身的影响，所产生的热可被传导到连接到电阻器的金属线路中，并可被传导到位于电阻器直接上方的金属线路中。附接的和附近的金属结构的发热增加了金属对电迁移的易感性，其中电迁移是响应于电流而在金属化中产生孔的过程。因此，限制通过电阻器的电流既保护了电阻器的稳定性也保护了附近的金属化的完整性。然而，限制通过电阻器的电流与对于高性能电路而言朝向电路小型化的持续推进和朝向不断增大的电流密度的趋势相违背。也就是，对电阻器电流的发热限制与电路小型化和电路功率要求相竞争。因此，本领域中存在克服上述缺陷和限制的需求。
技术实现思路
在本专利技术的第一方面中，一种形成半导体结构的方法包括在衬底之上形成电阻器；形成与所述电阻器接触的至少一个第一接触；以及形成与所述电阻器接触的至少一个第二接触。所述电阻器被构造和设置为使电流从所述至少一个第一接触通过所述电阻器的中心部分而流到所述至少一个第二接触。所述电阻器包括沿与所述电流平行的方向从所述中心部分向外横向延伸的至少一个延伸部。所述方法包括基于所述电阻器的热扩散长度设定所述至少一个延伸部的尺寸。在本专利技术的另一方面中，一种方法包括在衬底之上的绝缘体层之上形成电阻器； 在所述第一电阻器上的第一位置处形成第一硅化物接触；以及在所述电阻器上的第二位置处形成第二硅化物接触。所述方法还包括形成第一接触，所述第一接触在所述第一硅化物接触之上且接触所述第一硅化物接触；形成第二接触，所述第二接触在所述第二硅化物接触之上且接触所述第二硅化物接触；形成第一互连，所述第一互连在所述第一接触之上且接触所述第一接触；以及形成第二互连，所述第二互连在所述第二接触之上且接触所述第二接触。所述第二位置不同于所述第一位置，并且所述电阻器被构造和设置为使电流从所述第一接触通过所述电阻器的中心部分而流到所述第二接触。所述电阻器包括沿与所述电流平行的方向从所述中心部分向外横向延伸的延伸部。所述延伸部被形成在与所述中心部分相同的平面中。在本专利技术的又一方面中，一种半导体结构包括在衬底之上的绝缘体层之上的电阻器；第一接触，其在第一位置处接触所述电阻器；第二接触，其在与所述第一位置不同的第二位置处接触所述电阻器；第一互连，其接触所述第一接触；以及第二互连，其接触所述第二接触。所述电阻器被构造和设置为使电流从所述第一接触通过所述电阻器的中心部分而流到所述第二接触。所述电阻器包括沿与所述电流平行的方向从所述中心部分向外横向延伸的延伸部。所述延伸部的尺寸基于所述电阻器的热扩散长度。在本专利技术的再一方面中，提供了用于设计、制造或测试集成电路的在机器可读的存储介质中有形地具体化的设计结构。所述设计结构包括本专利技术的结构。在另外的实施例中，一种在机器可读的数据存储介质上编码的硬件描述语言(HDL)设计结构包括这样的元件，当在计算机辅助的设计系统中被处理时，该元件产生机器可执行的电阻器表示，该电阻器包括本专利技术的结构。在进一步另外的实施例中，提供了一种在计算机辅助设计系统中的方法，用于产生电阻器的功能设计模型。该方法包括产生所述电阻器的结构元件的功能表7J\ ο附图说明在下面通过本专利技术的示例性实施例的非限制性实例参考注视的多个附图而进行的详细描述中，描述本专利技术。图1示出了电阻器面积与热阻之间的关系；图2a和2b分别示出了电阻器的平面视图和侧视图；图2c和2d分别示出了根据本专利技术的方面的电阻器的平面视图和侧视图；图2e示出了根据本专利技术的方面的电阻器的顶视图；图2f和2g分别示出了根据本专利技术的方面的电阻器的平面视图和侧视图；图3-19示出了根据本专利技术的方面的处理步骤和结构；以及图20是在半导体设计、制造和/或测试中使用的设计过程的流程图。具体实施例方式本专利技术涉及半导体结构及其制造方法，更具体而言，涉及用于降低的发热的。根据本专利技术的方面，电阻器包括横向延伸超出电阻器的接触区域之外的附加的电阻器材料(例如，扩散的硅、多晶硅、难熔金属等等)，以为电阻器提供用于热传导的较大面积而不改变电阻器的电阻。这有利地提供了电阻器的热阻的减小并因而提供了较快地降低电阻器温度的能力。在实施例中，电阻器具有提供较低热阻的扩展的热足印 (footprint)。由于使Si、多晶硅或难熔金属延伸超出接触，因此这是可能的。电阻性发热是电流通过电阻器的材料的物理结果。本专利技术的实施通过减小电阻器的热阻而降低了电阻器的温度，热阻的减小使热比常规电阻器在目前实现的速度更快地从电阻器传导离开。通过与电阻器和衬底Si (其用作储热器)接触的材料的热导率且通过厚度(例如，垂直高度)和横向尺寸(例如，长度和宽度)来确定特定电阻器的热阻。由此， 通过材料分量和几何分量来影响电阻。多晶硅电阻器典型地位于Si衬底上方的绝缘体层(例如，SiO2或类似材料)上。 电阻器中的热通过热传导到周围的氧化物中以及从氧化物传导到Si衬底中而扩展。在电阻性发热期间产生的热可通过电阻器与衬底之间的氧化物而直接向下流动。该热也可流出电阻器的顶部和侧边缘。由此，存在从电阻器的顶部、侧部和底部热传导路径。热阻依赖于电阻器的几何结构和周围的氧化物。对于大电阻器而言，侧部和顶部传导路径贡献相对小的热传导，而几乎所有的热通过底部路径流出(例如，通过电阻器的底表面进入邻近的绝缘体中)。在这种情况下，热阻可由Rth= (ti/ki)/A近似，其中A为电阻器的面积，ti为电阻器与衬底之间的绝缘体的厚度，ki为绝缘体的热导率。热阻与这些电阻器的1/A成比例。该关系由图1中的曲线10示出，其中χ轴表示电阻器面积，y轴表示热阻。对于其宽度和长度与ti可比的电阻器，侧部和顶部路径变为重要，并且热阻开始相对于1/A依赖性降低。图2a示出了电阻器100的平面视图(例如，自顶向下视图)，图2b示出了电阻器 100的对应侧视图。电阻器100包括在半导体结构的层中形成的电阻材料(例如，扩散的硅、多晶硅、难熔金属等等)。例如，电阻器100可由在覆于硅区域103(例如，衬底)上的氧化物层102之上形成的多晶硅构成。虽然未示出，但可在电阻器100与氧化物层102之间可选地存在附加的硅膜。在电阻器100上方的半导体结构的层中形成金属化元件105a和105b (例如，布线或互连)。至少一个接触IlOa在电阻器100与第一金属化105a之间垂直地延伸，并且至少一个接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2010.11.19 US 12/950,6351.一种形成半导体结构的方法，包括 在衬底之上形成电阻器；形成与所述电阻器接触的至少一个第一接触；以及形成与所述电阻器接触的至少一个第二接触；其中所述电阻器被构造和设置为使电流从所述至少一个第一接触通过所述电阻器的中心部分而流到所述至少一个第二接触；所述电阻器包括沿与所述电流平行的方向从所述中心部分向外横向延伸的至少一个延伸部；以及形成所述电阻器包括基于所述电阻器的热扩散长度设定所述至少一个延伸部的尺寸。2.根据权利要求1的方法，其中形成所述电阻器包括在所述衬底之上的绝缘体层之上形成所述电阻器。3.根据权利要求2的方法，其中设定所述延伸部的尺寸包括基于所述电阻器的热扩散长度、所述绝缘体层的热扩散长度和所述绝缘体层的厚度来设定所述至少一个延伸部的尺寸。4.根据权利要求1的方法，其中所述衬底被包括在绝缘体上硅(SOI)晶片中；所述SOI晶片包括在所述衬底上的掩埋绝缘体层和在所述掩埋绝缘体层上的硅膜；以及形成所述电阻器包括在取代所述硅膜的一部分的绝缘体层上形成多晶硅电阻器。5.根据权利要求1的方法，其中所述衬底被包括在绝缘体上硅(SOI)晶片中；所述SOI晶片包括在所述衬底上的掩埋绝缘体层和在所述掩埋绝缘体层上的硅膜；以及形成所述电阻器包括在所述硅膜中形成扩散电阻器。6.根据权利要求1的方法，其中形成所述电阻器包括在所述衬底之上的布线级中形成难熔金属电阻器。7.根据权利要求1的方法，其中所述衬底包括体半导体衬底，并且形成所述电阻器包括在所述体半导体衬底的顶表面中形成沟槽； 用绝缘体材料填充所述沟槽；以及在所述绝缘体材料上形成多晶硅电阻器。8.根据权利要求1的方法，其中所述衬底包括体半导体衬底，并且形成所述电阻器包括在所述体半导体衬底的顶表面上形成栅极电介质材料层；以及在所述栅极电介质材料层上形成多晶硅电阻器。9.根据权利要求1的方法，还包括在所述电阻器的所述中心部分之上形成热沉。10.根据权利要求9的方法，还包括形成从所述热沉延伸到所述衬底的至少一个热沉接触。11.根据权利要求1的方法，还包括在所述电阻器上形成至少一个硅化物接触，其中所述至少一个硅化物接触直接接触所述至少一个第一接触和所述至少一个第二接触中的一个；以及在所述至少一个延伸部上形成硅化物。12.根据权利要求11的方法，还包括在所述至少一个硅化物接触与在所述至少一个延伸部上的所述硅化物之...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·L·哈尔蒙，J·M·鲁卡伊提斯，S·E·劳赫三世，R·R·罗比松，D·K·斯里舍尔，J·H·斯隆，T·D·苏利万，K·M·沃特森，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：