CN116250082A - 具有改善的触点的薄膜电阻器（tfr） - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种形成在集成电路器件中的薄膜电阻器(TFR)模块。该TFR模块包括连接在第一竖直延伸的TFR侧面触点与第二竖直延伸的TFR侧面触点之间的TFR元件。该TFR元件包括在该TFR侧面触点之间横向延伸的基部部分，以及从该基部部分的相对端部竖直突出的第一TFR元件端部凸缘和第二TFR元件端部凸缘。该第一TFR元件端部凸缘形成在该第一TFR侧面触点的侧壁上，并且该第二TFR元件端部凸缘形成在该第二TFR侧面触点的侧壁上。第一TFR头部接触该第一TFR侧面触点以及该第一TFR元件端部凸缘的顶部，并且第二TFR头部接触该第二TFR侧面触点以及该第二TFR元件端部凸缘的顶部，因此限定该TFR元件与每个TFR头部之间的两个并联导电路径。

Description

具有改善的触点的薄膜电阻器(TFR)
相关专利申请
本申请要求2020年12月31日提交的共同拥有的美国临时专利申请第63/133,008号的优先权，该美国临时专利申请的全部内容据此出于所有目的以引用方式并入。
技术领域
本公开涉及薄膜电阻器(TFR)，特别地涉及形成在集成电路(IC)器件的互连件层中的TFR模块以及用于制造此类TFR模块的方法。
背景技术
半导体集成电路(IC)通常包括用于连接IC的各种组件(称为互连件)或线路后端(BEOL)元件的金属化层。铜由于较低电阻率和较高抗电迁移性而通常比铝更优选。为方便起见，抗电阻性电阻(Electrical resistance)在本文中一般地称为“电阻(resistance)”。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。类似的镶嵌工艺可用于形成集成TFR模块。
随着更多的特征被封装到单独的半导体芯片中，越来越需要将无源组件(诸如电阻器)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。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1A和图1B示出了分别使用常规工艺实施的两个示例性TFR器件10A和10B的剖视图。常规TFR器件10A和10B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与TFR头部12A和12B相应接触的TFR元件14A和14B。使用第三添加的掩膜层来形成与TFR头部12A和12B接触的TFR通孔16A和16B。如图所示，TFR元件14A和14B分别跨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1A和图1B还指示了TFR元件14A和14B与相应TFR头部12A和12B接触的区域。如图所示，TFR元件14A接触TFR头部12A和12B的顶部表面，而TFR元件14B接触TFR头部12A和12B的底部表面。在这些TFR接触区域处的抗电阻性(在本文中称为“接触电阻”)提供了整个TFR器件电阻的组件。在TFR设计中通常期望低接触电阻，使得整个TFR器件电阻由TFR元件的形状支配。然而，常规TFR器件10A和10B中的TFR接触区域往往提供相对高的和/或不可靠的接触电阻。例如，与每个TFR头部12A和12B的TFR接触区域可以为相对小的。此外，尤其是对于非常薄的TFR元件，接触电阻可根据工艺变化而显著变化。例如，TFR元件可包括具有小于
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的厚度的、用于约1KΩ/平方(1KΩ/□)的薄层电阻的SiCr、SiCCr、NiCr或TaN膜。TFR接触可靠性以及其对TFR电阻的影响是TFR设计中普遍关注的问题。
图2示出了示例性TFR器件200的表示以说明各种电阻计算。图2中所示的示例性TFR器件200的视图可表示图1A中所示的TFR器件10A的俯视图或图1B中所示的TFR器件10B的仰视图。如图所示，TFR器件200包括TFR元件202(例如，TFR膜)，该TFR元件从在第一TFR接触区域220处与第一TFR头部210接触的第一端部204和在第二TFR接触区域222处与第二TFR头部212接触的第二端部206延伸。TFR元件202的第一端部和第二端部204和206可分别与TFR头部210和212的顶部表面或底部表面接触，这取决于TFR器件200是与图1A中所示的TFR器件10A的构造相对应还是与图1B中所示的TFR器件10B的构造相对应。
TFR元件202具有在TFR头部210与212之间延伸的长度L以及宽度W。长度L被示出为由若干分区组成，其中每个分区具有与W相等的长度，因此形成若干WxW正方形。TFR元件202的电阻RTFR_元件可由公式(1)表示：
RTFR_元件＝Rs*L/W (1)
其中Rs是TFR元件202的薄层电阻，其由TFR元件202的电阻率(ρ)(取决于针对TFR元件202选择的材料的材料特性)以及TFR元件202在进入页面的方向上的厚度(t)来限定(Rs＝ρ/t)。
参考图2和公式(1)，TFR元件电阻RTFR_元件与沿着TFR元件202的长度L的WxW正方形的数量成比例。
TFR器件200的总电阻RTFR_器件包括与在每个TFR接触区域220、222处的接触电阻串联的TFR元件电阻RTFR_元件。因此，总TFR器件电阻RTFR_器件可由公式(2)表示：
RTFR_器件＝RTFR_元件+RTFR_接触_区域_220+RTFR_接触_区域_222 (2)
TFR接触电阻，诸如在每个TFR接触区域220、222处的电阻(RTFR_接触_区域_220和RTFR_接触_区域_222)，可根据制造工艺变化而显著变化，提供不可预测的电阻。此外，在每个TFR接触区域220、222处的电阻温度系数(TCR)通常是不可控的。因此，从设计角度来看，通常期望最小化或减小TFR接触电阻，使得TFR器件性能(电阻和TCR)由TFR元件本身的具有显著特征的特性支配。
因此，需要改善的集成TFR器件(在本文中也称为“TFR模块”)以及构造的方法。例如，需要在TFR元件与TFR头部之间具有改善的触点的集成TFR模块，以提供更低和更可靠的接触电阻。在一些应用中还需要具有约1kΩ/平方的薄层电阻和低电阻温度系数(TCR)(例如，绝对值接近0)的TFR模块，其能够改善集成电路的设计，特别是具有模拟组件的集成电路的设计。
发明内容
本公开的实施方案提供了改善的薄膜电阻器(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”。更具体地，本公开的实施方案提供了TFR模块，其包括在两个竖直延伸的TFR侧面触点(例如，伸长通孔)之间横向延伸的TFR元件，该两个竖直延伸的TFR侧面触点各自由相应TFR头部接触，其中TFR元件包括与竖直延伸的TFR侧面触点接触的TFR元件端部凸缘。特别地，TFR元件包括在TFR元件的一个横向端部处的第一TFR元件端部凸缘和在TFR元件的相对横向端部处的第二TFR元件端部凸缘。第一TFR元件端部凸缘平行于竖直延伸的TFR侧面触点中的一个竖直延伸的TFR侧面触点延伸并且与之接触，并且第二TFR元件端部凸缘平行于另一个竖直延伸的TFR侧面触点延伸并且与之接触。相应TFR元件端部凸缘与竖直延伸的TFR侧面触点(其继而连接到TFR头部)之间的接触可为TFR元件提供增大的接触区域，这可减小接触电阻并且改善TFR元件与TFR头部之间的接触可靠性。
此外，TFR模块可形成为使得每个TFR元件端部凸缘的远侧端部直接接触相应TFR头部的底部表面，以由此在每个TFR元件端部凸缘与相应TFR头部之间提供两种接触：(1)TFR元件端部凸缘和与相应TFR头部接触的竖直延伸的TFR侧面触点之间的接触以及(b)TFR元件端部凸缘的远侧端部和相应TFR头部之间的直接接触。这种双接触设计可限定TFR元件与每个TFR头部之间的两个并联电阻路径，这可进一步减小接触电阻并且改善接触可靠性，因为两种接触中的任一者出现故障都不会导致TFR模块故障。
在一些实施方案中，此类具有减小的接触电阻的TFR模块可形成在IC器件的镶嵌结构中。例如，一些实施方案提供了使用镶嵌技术形成TFR模块的方法，该镶嵌技术仅包括用于IC器件的背景制造工艺的一个添加的掩膜层。TFR模块可形成在IC器件中的任何互连件层级处(例如，在任何金属层处)。在一些实施方案中，此类TFR模块形成为具有约1kΩ/平方的薄层电阻和低电阻温度系数(TCR)(例如，绝对值接近0)。
本发明的一个方面提供了在集成电路(IC)结构中形成薄膜电阻器(TFR)模块的方法。第一竖直延伸的TFR侧面触点和第二竖直延伸的TFR侧面触点形成为彼此间隔开。在第一竖直延伸的TFR侧面触点与第二竖直延伸的TFR侧面触点之间形成TFR元件。TFR元件包括：(a)横向延伸的TFR元件基部，其从第一竖直延伸的TFR侧面触点近侧的第一端部延伸到第二竖直延伸的TFR侧面触点近侧的第二端部，(b)从TFR元件基部的第一端部竖直突出的第一TFR元件端部凸缘，该第一TFR元件端部凸缘平行于第一竖直延伸的TFR侧面触点延伸并且与之接触，以及(c)从TFR元件基部的第二端部竖直突出的第二TFR元件端部凸缘，该第二TFR元件端部凸缘平行于第二竖直延伸的TFR侧面触点延伸并且与之接触。第一TFR头部形成为与第一竖直延伸的TFR侧面触点接触，并且第二TFR头部形成为与第二竖直延伸的TFR侧面触点接触。
在一些实施方案中，TFR元件包含SiCr、SiCCr、NiCr或TaN。
在一个实施方案中，该方法包括形成第一TFR头部，使得该第一TFR头部的底部表面与第一TFR元件端部凸缘接触；以及形成第二TFR头部，使得该第二TFR头部的底部表面与第二TFR元件端部凸缘接触。
在一个实施方案中，该方法包括形成第一TFR头部，使得该第一TFR头部的底部表面与(a)第一竖直延伸的TFR侧面触点和(b)第一TFR元件端部凸缘两者接触；以及形成第二TFR头部，使得该第二TFR头部的底部表面与(a)第二竖直延伸的TFR侧面触点和(b)第二TFR元件端部凸缘两者接触。
在一个实施方案中，TFR元件还包括从TFR元件基部竖直突出并且在第一TFR元件端部凸缘与第二TFR元件端部凸缘之间延伸的TFR元件侧面凸缘，并且该方法包括去除每个TFR元件侧面凸缘的至少部分高度。
在一个实施方案中，该方法包括进行金属蚀刻以实现(a)限定第一TFR头部和第二TFR头部以及(b)去除每个TFR元件侧面凸缘的至少部分高度两者。
在一个实施方案中，形成第一竖直延伸的TFR侧面触点和第二竖直延伸的TFR侧面触点包括形成第一伸长通孔开口和第二伸长通孔开口，以及用金属填充第一伸长通孔开口和第二伸长通孔开口。
在一个实施方案中，形成TFR元件包括：(a)去除第一竖直延伸的TFR侧面触点与第二竖直延伸的TFR侧面触点之间的非导电区域的部分厚度，以限定暴露第一竖直延伸的TFR侧面触点的第一侧壁和第二竖直延伸的TFR侧面触点的第二侧壁的TFR开口，以及(b)在TFR开口中沉积TFR膜，所沉积的TFR膜包括(i)第一TFR膜部分，其覆盖非导电区域的在第一竖直延伸的TFR侧面触点与第二竖直延伸的TFR侧面触点之间的顶部表面，该第一TFR膜部分限定横向延伸的TFR元件基部，(ii)第二TFR膜部分，其覆盖第一竖直延伸的TFR侧面触点的暴露的第一侧壁，该第二TFR膜部分限定第一TFR元件端部凸缘，以及(iii)第三TFR膜部分，其覆盖第二竖直延伸的TFR侧面触点的暴露的第二侧壁，该第三TFR膜部分限定第二TFR元件端部凸缘。
本发明的另一方面提供了形成在IC器件结构中的TFR模块。TFR模块包括彼此间隔开的第一竖直延伸的TFR侧面触点和第二竖直延伸的TFR侧面触点、TFR元件以及第一TFR头部和第二TFR头部。TFR元件包括：(a)横向延伸的TFR元件基部，其从第一竖直延伸的TFR侧面触点近侧的第一端部延伸到第二竖直延伸的TFR侧面触点近侧的第二端部，(b)从TFR元件基部的第一端部竖直突出的第一TFR元件端部凸缘，该第一TFR元件端部凸缘平行于第一竖直延伸的TFR侧面触点延伸并且与之接触，以及(c)从TFR元件基部的第二端部竖直突出的第二TFR元件端部凸缘，该第二TFR元件端部凸缘平行于第二竖直延伸的TFR侧面触点延伸并且与之接触。第一TFR头部与第一竖直延伸的TFR侧面触点接触，并且第二TFR头部与第二竖直延伸的TFR侧面触点接触。
在一些实施方案中，TFR元件包含SiCr、SiCCr、NiCr或TaN。
在一个实施方案中，第一TFR头部的底部表面与第一TFR元件端部凸缘接触，并且第二TFR头部的底部表面与第二TFR元件端部凸缘接触。
在一个实施方案中，第一TFR头部的底部表面与(a)第一竖直延伸的TFR侧面触点和(b)第一TFR元件端部凸缘两者接触，并且第二TFR头部的底部表面与(a)第二竖直延伸的TFR侧面触点和(b)第二TFR元件端部凸缘两者接触。
在一个实施方案中，TFR元件还包括从TFR元件基部竖直突出并且在第一TFR元件端部凸缘与第二TFR元件端部凸缘之间延伸的TFR元件侧面凸缘，其中每个TFR元件侧面凸缘的竖直高度小于第一TFR元件端部凸缘和第二TFR元件端部凸缘中的每一者的竖直高度。
在一个实施方案中，第一竖直延伸的TFR侧面触点和第二竖直延伸的TFR侧面触点中的每一者都包括伸长金属通孔。
本发明的另一方面提供了形成包括TFR模块和互连结构的IC器件的方法。该方法包括同时形成(a)通孔以及(b)第一竖直延伸的TFR侧面触点和第二竖直延伸的TFR侧面触点。该方法还包括在第一竖直延伸的TFR侧面触点与第二竖直延伸的TFR侧面触点之间形成TFR元件，该TFR元件包括：(a)横向延伸的TFR元件基部，其从第一竖直延伸的TFR侧面触点近侧的第一端部延伸到第二竖直延伸的TFR侧面触点近侧的第二端部，(b)从TFR元件基部的第一端部竖直突出的第一TFR元件端部凸缘，该第一TFR元件端部凸缘平行于第一竖直延伸的TFR侧面触点延伸并且与之接触，以及(c)从TFR元件基部的第二端部竖直突出的第二TFR元件端部凸缘，该第二TFR元件端部凸缘平行于第二竖直延伸的TFR侧面触点延伸并且与之接触。该方法还包括同时形成(a)与通孔接触的金属线，(b)与第一竖直延伸的TFR侧面触点接触的第一TFR头部，以及(c)与第二竖直延伸的TFR侧面触点接触的第二TFR头部。
在一个实施方案中，第一竖直延伸的TFR侧面触点和第二竖直延伸的TFR侧面触点中的每一者都包括伸长金属通孔。
在一个实施方案中，第一竖直延伸的TFR侧面触点和第二竖直延伸的TFR侧面触点中的每一者在第一横向方向上具有与通孔的宽度相等的TFR侧面触点宽度，并且在第二横向方向上具有是TFR侧面触点宽度的至少两倍的TFR侧面触点长度。
在一个实施方案中，该方法包括形成第一TFR头部，使得该第一TFR头部的底部表面与第一TFR元件端部凸缘接触，以及形成第二TFR头部，使得该第二TFR头部的底部表面与第二TFR元件端部凸缘接触。
在一个实施方案中，形成TFR元件还包括形成从TFR元件基部竖直突出并且在第一TFR元件端部凸缘与第二TFR元件端部凸缘之间延伸的TFR元件侧面凸缘，以及去除TFR元件侧面凸缘的至少部分高度。在一个实施方案中，进行金属蚀刻以(a)形成与通孔接触的金属线，(b)形成第一TFR头部和第二TFR头部以及(c)去除TFR元件侧面凸缘的至少部分高度。
附图说明
下文结合附图描述了本公开的示例方面，其中：
图1A和图1B为使用已知工艺实施的两个示例性薄膜电阻器(TFR)器件的剖视图；
图2为包括根据已知技术形成的示例性TFR的已知集成电路(IC)结构的剖视图；
图3A为根据本发明的一个实施方案的包括在典型金属互连结构附近形成的示例性TFR模块的IC器件结构的横截面侧视图；
图3B为根据本发明的一个实施方案的图3A所示的TFR模块的一个端部的放大视图，示出了在TFR元件的一个端部与相应TFR头部之间的两个并联导电路径；
图4A至图10C示出了根据本发明的一个实施方案的用于形成包括示例性TFR模块和金属互连结构的IC器件结构的示例性过程。
图11为根据一个示例性具体实施的示出了相对于下面的TFR侧面触点在x方向上良好对准的图案化掩膜开口的横截面侧视图；
图12A至图12B为根据另一示例性具体实施的示出了用于形成TFR沟槽的图案化掩膜开口的示例性不对准(图12A)，以及示出了此类不对准对所得的TFR元件不存在负面影响(图12B)的横截面侧视图；并且
图13示出了根据一个示例性实施方案的包括形成在多晶硅层与金属层之间的TFR模块和互连结构的示例性IC器件结构的横截面侧视图。
应当理解，出现在多个不同附图中的任何所示元件的参考标号在多个附图中具有相同含义，并且本文在任何特定附图的上下文中提及或讨论任何所示元件也适用于每个其他附图(如果有的话)，其中示出了相同的所示元件。
具体实施方式
本发明的实施方案提供了形成在IC器件中的TFR模块，以及形成此类TFR模块的方法。该TFR模块包括连接在第一竖直延伸的TFR侧面触点与第二竖直延伸的TFR侧面触点之间的TFR元件。TFR元件可包括在竖直延伸的TFR侧面触点之间延伸的横向延伸的基部部分，以及从基部部分的相对端部竖直(例如，向上)突出的第一竖直延伸的凸缘和第二竖直延伸的凸缘。第一竖直延伸的凸缘可形成在第一竖直延伸的TFR侧面触点的侧壁上，并且第二竖直延伸的凸缘可形成在第二竖直延伸的TFR侧面触点的侧壁上。第一TFR头部可形成为与第一TFR侧面触点和第一TFR元件竖直凸缘的顶部端部接触，并且第二TFR头部可形成为与第二TFR侧面触点和第二TFR元件竖直凸缘的顶部端部接触，因此限定TFR元件与每个TFR头部之间的两个并联导电路径，这可减小接触电阻并且改善接触可靠性。
图3A为根据本发明的一个实施方案的包括在金属互连结构304附近形成的具有TFR元件320的TFR模块302的IC器件结构300的横截面侧视图。图3B为TFR模块302的一个端部的放大视图，示出了在TFR元件320的一个端部与相应TFR头部322b之间的两个并联导电路径。
如图3A和图3B所示，TFR模块302和金属互连结构304形成在IC器件结构300的公共层中，包括第一金属层310、第二金属层312和电介质区域314(例如，包括一个或多个氧化物层)。因此，TFR模块302可与金属互连结构304和IC器件结构300的其他结构同时形成。如下文所讨论的，TFR模块302可形成在IC器件结构300中任何深度处，即在任何两个金属层之间。
示例性金属互连结构304可包括通孔触点，该通孔触点包括连接形成在第二金属层312中的金属线352与形成在下面的第一金属层310中的金属线354的通孔350。
TFR模块302可包括形成在一对TFR头部322a和322b之间的TFR元件320，以及将相应TFR头部322a和322b连接到下面的金属线328a和328b的一对竖直延伸的TFR侧面触点326a和326b，该下面的金属线328a、328b形成在下面的第一金属层310中。TFR头部322a和322b形成在第二金属层312中。每个竖直延伸的TFR侧面触点326a和326b可在进入页面的方向上伸长，例如，以加宽的或“开槽的”通孔的形式，如参考图4A和图4B在下文所讨论的。可使用包括化学机械平坦化(CMP)工艺的镶嵌工艺来形成TFR元件320。元件326a和326b被称为“竖直延伸的TFR侧面触点”，因为TFR元件320的竖直延伸的凸缘接触竖直延伸的TFR侧面触点326a和326b的侧壁，如下文所讨论的。
如图3A所示，TFR元件320包括：(a)横向延伸的TFR元件基部330，其从第一竖直延伸的TFR侧面触点326a近侧的第一端部330a延伸到第二竖直延伸的TFR侧面触点326b近侧的第二端部330b，以及(b)TFR元件端部凸缘332a和332b，其各自分别从TFR元件基部330的第一端部330a和第二端部330b竖直突出。在竖直延伸的TFR侧面触点326a的侧壁336a上形成第一TFR元件端部凸缘332a，并且在竖直延伸的TFR侧面触点326b的侧壁336b上形成TFR元件端部凸缘332b。
TFR元件320可包括例如由SiCCr、SiCr、NiCr、TaN或其他合适的TFR材料形成的导电膜。可在TFR元件320上方形成例如包含SiN或SiO2的保护性顶盖338，如下文更详细讨论的。
如图所示，TFR模块302可形成为使得TFR元件端部凸缘332a的顶部(远侧)端部340a与TFR头部322a的底部表面366a接触，并且TFR元件端部凸缘332b的顶部(远侧)端部340b与TFR头部322b的底部表面366b接触。因此，每个TFR元件端部凸缘332a、332b通过两个并联导电路径接触相关联的TFR头部322a、322b：(1)通过每个TFR元件端部凸缘322a、322b的相应顶部(远侧)端部340a、340b与相关联的TFR头部322a、322b之间的直接接触的第一(直接)导电触点路径，以及(2)经由相关联的竖直延伸的TFR侧面触点326a、326b，在每个TFR元件端部凸缘322a、322b与相关联的TFR头部322a、322b之间的第二(间接)导电触点路径。
图3B提供了TFR元件端部凸缘332b与TFR头部322b之间的两个导电触点路径的更详细的视图。如图所示，TFR元件端部凸缘332b的顶部端部340b与TFR头部322b的底部表面366b直接接触，并且TFR元件端部凸缘332b的侧壁364与竖直延伸的TFR侧面触点326b的侧壁336b接触。这种构造限定(a)TFR元件端部凸缘332b的顶部端部340b与TFR头部322b的底部表面366b之间的第一(直接)导电路径360，以及(b)从TFR元件端部凸缘332b延伸通过TFR元件端部凸缘332b的侧壁364与竖直延伸的TFR侧面触点326b的侧壁336b之间的界面并且通过竖直延伸的TFR侧面触点326b到TFR头部322b的第二(间接)导电路径362。导电路径360和362电并联。因此，导电路径360和362限定TFR元件320与TFR头部322b之间的两个并联接触电阻：(1)与第一(直接)导电触点路径360相关联的第一电阻RTFR凸缘顶部–TFR头部，和(2)与第二(间接)导电触点路径362相关联的第二电阻RTFR凸缘–TFR侧面触点–TFR头部。在TFR元件端部凸缘332a与TFR头部322a之间限定类似的并联导电路径和并联接触电阻。
基于上文所讨论的并联导电路径(和相关联的并联电阻)，TFR元件320与每个相应TFR头部322a和322b之间的接触电阻R触点:TFR元件–TFR头部可由公式(3)中所示的并联电阻计算来表示：
1/R触点:TFR元件–TFR头部＝1/RTFR凸缘顶部–TFR头部+1/RTFR凸缘–TFR侧面触点–TFR头部 (3)
如公式(3)所示，由于接触电阻(R触点:TFR元件–TFR头部)分别低于两个并联电阻分量(RTFR凸缘顶部–TFR头部和RTFR凸缘–TFR侧面触点–TFR头部)中的每一者，并联导电路径(和并联电阻)可减小在TFR元件320的每一个端部处的接触电阻(R触点:TFR元件–TFR头部)。此外，并联导电触点路径可改善TFR模块302的接触可靠性，因为即使在TFR元件320与TFR头部322a或322b之间的导电路径360和362中的一者发生故障的情况下，TFR模块320也可继续操作。
图4A至图10C示出了根据本发明的一个实施方案的用于形成包括示例性TFR模块和金属互连结构(其可与图3A至图3B中所示的示例性TFR模块302和金属互连结构304相对应)的示例性IC器件结构400的示例性过程。这些图被布置成三个一组(图4A至图4C、图5A至图5C等)，其中每组的三个图包括：(a)顶视图(例如，图4A、图5A等)、(b)第一横截面侧视图(例如，图4B、图5B等)以及(c)第二横截面侧视图(例如，图4C、图5C等)。
首先转向图4A至图4C，图4A示出了顶视图，图4B示出了通过图4A中所示的切割线4B-4B的第一横截面侧视图，并且图4C示出了通过图4A中所示的切割线4C-4C的第二横截面侧视图。如图所示，该过程可开始于形成包括金属线404a、404b和404c的金属层402，以及形成通孔406和在相应金属线404a至404c上方并与之接触的竖直延伸的TFR侧面触点408a和408b。金属层402可为正在形成的IC器件结构400中的任何深度处的任何金属层(例如，互连层)。通孔406和TFR侧面触点408a、408b可形成在包括一个或多个氧化物层和/或其他电介质层的电介质区域410中。
通孔406可包括使用常规技术形成的常规通孔。每个竖直延伸的TFR侧面触点408a、408b可在横向方向上伸长，在该示例中为y方向，以提供用于接触随后形成的TFR元件的竖直延伸的凸缘的连续结构，如下文参考图10A至图10B所讨论的。例如，每个竖直延伸的TFR侧面触点408a、408b可在x方向上具有宽度WTFR_触点，并且在y方向上具有是宽度WTFR_触点的至少2倍、至少4倍、至少6倍、至少8倍或至少10倍的伸长的长度LTFR_触点。在一些实施方案中，每个竖直延伸的TFR侧面触点408a、408b可具有在0.1μm-0.5μm范围内的宽度WTFR_触点和在1μm-100μm范围内的长度LTFR_触点。通孔406和竖直延伸的TFR侧面触点408a、408b可通过以下来同时形成：在电介质区域410中形成相应开口，用钨或其他合适的金属填充开口以及进行CMP，以达到图4A至图4C中所示的结构。在一个实施方案中，每个竖直延伸的TFR侧面触点408a、408b可通过形成伸长通孔开口(在y方向上伸长)，使用与用于通孔406的常规通孔开口相同的通孔掩膜以及同时填充伸长通孔开口和常规通孔开口来形成。
接下来转到图5A至图5C，该过程可通过沉积光致抗蚀剂420并且图案化掩膜开口422来继续，该掩膜开口用于在x方向上从竖直延伸的TFR侧面触点408a延伸到竖直延伸的TFR侧面触点408b以及在y方向上延伸跨过竖直延伸的TFR侧面触点408a、408b的全部或部分宽度(在y方向上)。在所示的示例中，掩膜开口422被对准，使得掩膜开口422在x方向上的横向端部直接对准在竖直延伸的TFR侧面触点408a和408b上方。然而，所公开的工艺允许掩膜开口422在x方向上的一些偏移或不对准，而不会负面地影响在TFR侧面触点408a与408b之间的随后形成的TFR元件。特别地，如下文参考图11和图12A至图12B所讨论的，掩膜开口422的每个横向边缘422a、422b可在x方向上在相应的竖直延伸的TFR侧面触点408a、408b上方的任何地方对准，或甚至在远离其他竖直延伸的TFR侧面触点408a、408b的方向上超过相应的竖直延伸的TFR侧面触点408a、408b，而不会负面地影响随后形成的TFR元件460。
接下来，如图6A至图6C所示，通过图5B所示的掩膜开口422来进行沟槽蚀刻，以在竖直延伸的TFR侧面触点408a与408b之间形成TFR沟槽430。在一些实施方案中，可使用等离子体蚀刻或替代地湿式蚀刻。在沟槽蚀刻之后，可进行抗蚀剂剥离和清洁工艺，得到图6A至图6C所示的结构。
如图所示，TFR沟槽430暴露竖直延伸的TFR侧面触点408a的侧壁474a和竖直延伸的TFR侧面触点408b的侧壁474b。如下文所讨论的，随后形成的TFR元件可包括形成为与这些暴露的侧壁474a和474b接触的凸缘。
TFR沟槽430具有由竖直延伸的TFR侧面触点408a与408b之间的距离限定的x方向沟槽长度LTFR_沟槽、由掩膜开口422的y方向宽度限定的y方向沟槽宽度WTFR_沟槽以及由相关的蚀刻参数(例如，蚀刻化学、时间，但不限于此)限定的z方向沟槽深度DTFR_沟槽。沟槽宽度WTFR_沟槽和沟槽深度DTFR_沟槽可限定随后形成的TFR元件的竖直延伸的凸缘与每个竖直延伸的TFR侧面触点408a、408b之间的接触区域，如下文所讨论的图10A和图10B所示。该接触区域可影响TFR元件与每个竖直延伸的TFR侧面触点408a、408b之间的接触电阻(上文所讨论的RTFR凸缘–TFR侧面触点–TFR头部)，这可影响所得的TFR模块的整个电阻(上文所讨论的R触点:TFR元件–TFR头部)。
沟槽长度LTFR_沟槽、沟槽宽度WTFR_沟槽和沟槽深度DTFR_沟槽限定要形成在TFR沟槽430中的TFR元件的尺寸以及由此限定性能。因此，可选择沟槽长度LTFR_沟槽、沟槽宽度WTFR_沟槽和沟槽深度DTFR_沟槽以提供所得的TFR模块的期望性能特性。可通过选择或调整竖直延伸的TFR侧面触点408a与408b之间的x方向距离来选择沟槽长度LTFR_沟槽。可通过选择或调整掩膜开口422的y方向宽度来选择沟槽宽度WTFR_沟槽。可通过选择或调整相关的蚀刻参数(例如，蚀刻化学、时间，但不限于此)来选择沟槽深度DTFR_沟槽。
接下来，如图7A至图7C所示，例如通过物理气相沉积(PVD)工艺，TFR膜440在结构上方沉积并且向下延伸到TFR沟槽430中。TFR膜440可包含SiCCr、SiCr、NiCr、TaN或任何其他合适的TFR元件材料，并且可具有小于
Figure BDA0004113740130000141
(1μm)，例如在0.01μm-0.1μm范围内的厚度。
接下来，如图8A至图8C所示，TFR顶盖450可沉积在TFR膜440上方并且延伸到TFR沟槽430中。TFR顶盖450可包含氮化物或氧化物，例如SiN或SiO2，并且可具有在0.01μm-0.1μm范围内的厚度。
接下来，如图9A至图9C所示，可进行CMP以去除TFR顶盖450和TFR膜440的在TFR沟槽430之外和在电介质区域410之上的部分。TFR膜440的保留部分限定TFR元件460，该TFR元件包括：
(a)横向延伸的TFR元件基部462，其从第一竖直延伸的TFR侧面触点408a近侧的第一端部464a延伸到第二竖直延伸的TFR侧面触点408b近侧的第二端部464b；
(b)从TFR元件基部462的第一端部464a和第二端部464b分别竖直(向上)突出的竖直延伸的TFR元件端部凸缘466a和466b，以及
(c)从TFR元件基部462的相对侧竖直(向上)突出的TFR元件侧面凸缘468a和468b。
在竖直延伸的TFR侧面触点408a的侧壁474a上形成竖直延伸的TFR元件端部凸缘466a，并且在竖直延伸的TFR侧面触点408b的侧壁474b上形成竖直延伸的TFR元件端部凸缘466b。(竖直延伸的TFR侧面触点408a、408b的侧壁474a、474b先前通过上文参考图6B所讨论的沟槽蚀刻而被暴露)。
TFR元件侧面凸缘468a和468b可能对TFR模块产生不想要的TCR效应，例如TCR对TFR沟槽宽度(WTFR_沟槽)的依赖性，如美国专利号10,818,748中所描述的，该美国专利的全部内容据此出于所有目的以引用方式并入。因此，如下文所讨论的，可去除TFR元件侧面凸缘468a和468b的至少一部分，从而减小TFR模块的TCR对TFR沟槽宽度的依赖性。
接下来参考图10A至图10C，使用金属沉积、图案化和金属蚀刻技术来沉积、图案化和蚀刻金属层480，以形成TFR头部482a和482b以及金属线482c，从而完成分别在490和492处指示的TFR模块和互连结构的形成。TFR顶盖450(例如，包含SiN或SiO2)保护下面的TFR元件基部462免于金属蚀刻。金属层480可为在正形成的IC器件结构中的任何深度处的任何金属层(例如，互连层)。TFR头部482a形成有与(a)第一竖直延伸的TFR侧面触点408a和(b)竖直延伸的TFR元件端部凸缘466a的顶部(远侧)端部470a接触的底部表面484a。类似地，TFR头部482b形成有与(a)第二竖直延伸的TFR侧面触点408b和(b)竖直延伸的TFR元件端部凸缘466b的顶部(远侧)端部470b接触的底部表面484b。
如上所述，TFR元件460的TFR元件侧面凸缘468a和468b(图9A至图9C)可能对TFR模块产生不想要的TCR效应。因此，用于形成TFR头部482a和482b以及金属线482c的金属蚀刻可用于去除TFR元件侧面凸缘468a和468b的在TFR头部482a和482b的占有面积之外的全部或部分竖直高度(z方向)。例如，图10C示出了通过蚀刻TFR元件侧面凸缘468a和468b的全部高度形成的开口486a和486b。在另一示例性实施方案中，金属蚀刻可去除TFR元件侧面凸缘468a和468b的在TFR头部482a和482b的占有面积之外的部分竖直高度(z方向)，使得保留的(蚀刻后的)TFR元件侧面凸缘468a和468b从TFR元件基部462向上延伸，但是延伸到比TFR元件端部凸缘466a和466b低的高度。
在TFR头部482a和/或482b部分地重叠相应TFR元件侧面凸缘468a和/或468b的具体实施中，例如，如图10A和图10B中的重叠距离O482a和O482b所指示的，这些重叠区域中的TFR元件侧面凸缘468a和468b的一部分可被保护免于金属蚀刻(通过上覆的掩膜，如本领域中已知的)并且因此不被去除。TFR元件侧面凸缘468a和468b的这些被保护的、未蚀刻的部分在图10A中以468a'、468a”、468b'和468b”示出。在一些具体实施中，TFR头部482a和482b可被对准从而不在相应TFR元件侧面凸缘468a和468b上方提供重叠(即，重叠距离O482a和O482b＝0)，使得可在金属蚀刻期间去除TFR元件侧面凸缘468a和/或468b在x方向上的全部长度。TFR元件端部凸缘466a和466b提供TFR元件460与TFR头部482a和482b之间的双导电路径，如本文(例如，上文关于图3A至图3B)所讨论的。
在一些实施方案中，金属蚀刻可向下延伸到电介质(例如，氧化物)区域410中，如在488处所指示。
如上文关于图5A至图5C所讨论的，所公开的工艺可为光致抗蚀剂420中图案化的掩膜开口422的对准提供对准裕度(在x方向上)，而不会负面地影响所得的TFR元件460。下文所讨论的图11和图12A至图12B示出了该概念。
图11为对应于图5B的横截面侧视图，示出了相对于竖直延伸的TFR侧面触点408a和408b在x方向上良好对准的图案化掩膜开口422。如图所示，TFR沟槽430的x方向长度LTFR_沟槽(其中沉积TFR膜440以形成TFR元件460(参见图7A至图7C到图10A至图10C))由TFR侧面触点408a和408b之间的距离限定。图案化掩膜开口422的x方向长度L掩膜_开口可显著长于TFR沟槽长度LTFR_沟槽，而不影响所得的TFR沟槽430和随后形成的TFR元件460，因为沉积在TFR沟槽430之外的TFR膜440的任何部分如图9A至图9C所示被去除(或者与TFR沟槽430内的TFR膜440物理地断开连接，如下文所讨论的图12B所示)，并且因此不影响所得的TFR元件460。
使用比TFR沟槽长度LTFR_沟槽长的图案化掩膜开口长度L掩膜_开口为图案化掩膜开口422相对于竖直延伸的TFR侧面触点408a和408b的对准提供了对准裕度，因此允许图案化掩膜开口422的一定程度的不对准(例如，由光掩膜重叠的不对准引起的，如本领域已知的)。
图12A至图12B示出了根据一个示例性具体实施的图案化掩膜开口422的示例性不对准，以及此类不对准对所得的TFR元件460不存在影响。在该具体实施中，具有与图11中所示出的良好对准的具体实施相同的x方向长度L掩膜_开口的图案化掩膜开口422在x方向上不佳地对准，如“不对准”箭头所指示。
图12A为示出不对准的掩膜开口422和通过穿过该不对准的掩膜开口422的TFR蚀刻形成的所得的TFR沟槽430的横截面侧视图。在该示例中，不对准的掩膜开口422的横向边缘422a在x方向上远离超过TFR侧面触点408a被对准，这使得在TFR沟槽蚀刻期间超过TFR侧面触点408a形成附加的沟槽1202。
图12B为示出在例如根据图7A至图7C到图9A至图9C中所示的工艺步骤沉积TFR膜440、沉积TFR顶盖450以及进行CMP以去除TFR膜440和TFR顶盖450的在电介质区域410之上的部分之后，在TFR沟槽430中形成的所得的TFR元件460的横截面侧视图。如图所示，在TFR膜440的沉积期间，在1204处指示的TFR膜材料的附加区域向下延伸到附加的沟槽1202中。然而，在CMP去除TFR膜440和TFR顶盖450的在电介质区域410上方的部分之后，这个附加的TFR膜区域1204被从TFR沟槽430中的TFR元件460物理地分离，并且因此不影响所得的TFR模块的性能。
如上文所讨论的，根据本发明的TFR模块(例如，图3A至图3B中所示的TFR模块302和根据图4A至图4C到图10C至图10C中所示的过程所形成的TFR模块490)可形成在相关IC器件结构中的任何深度处。在一些实施方案中，TFR模块可形成在相关IC器件结构中的任何两个金属层之间，例如图3A中所示的金属层310与312，或者图10B中所示的金属层402与480之间。在其它实施方案中，TFR模块可形成在IC器件结构中的硅化多晶硅层与金属层(例如，金属-1层)之间。
图13示出了根据一个示例性实施方案的包括形成在多晶硅层1306与金属层480(例如，金属-1层)之间的TFR模块1302和互连结构1304的示例性IC器件结构1300的横截面侧视图。IC器件结构1300类似于图10B中所示的IC器件结构400，不同的是IC器件结构400的下部金属线404a-404c由相应的硅化多晶硅元件1310a-1310c代替。每个多晶硅元件1310a-1310c包括形成在多晶硅层1306中的相应多晶硅元件1312a-1312c，并且其被硅化以在每个相应多晶硅元件1312a-1312c的顶部上形成硅化物区域1314a-1314c。硅化物区域1314a-1314c可包含硅化钛、硅化钴或硅化镍。硅化物区域1314a和1314b分别限定用于竖直延伸的TFR侧面触点408a和408b的导电触点，并且硅化物区域1314c限定用于互连结构1304的通孔406的导电触点。

Claims (12)

1.一种在集成电路(IC)结构中形成薄膜电阻器(TFR)模块的方法，所述方法包括：
形成彼此间隔开的第一竖直延伸的TFR侧面触点和第二竖直延伸的TFR侧面触点；
在所述第一竖直延伸的TFR侧面触点与所述第二竖直延伸的TFR侧面触点之间形成TFR元件，所述TFR元件包括：
横向延伸的TFR元件基部，所述横向延伸的TFR元件基部从所述第一竖直延伸的TFR侧面触点近侧的第一端部延伸到所述第二竖直延伸的TFR侧面触点近侧的第二端部；和
从所述TFR元件基部的所述第一端部竖直突出的第一TFR元件端部凸缘，所述第一TFR元件端部凸缘平行于所述第一竖直延伸的TFR侧面触点延伸并且与之接触；和
从所述TFR元件基部的所述第二端部竖直突出的第二TFR元件端部凸缘，所述第二TFR元件端部凸缘平行于所述第二竖直延伸的TFR侧面触点延伸并且与之接触；以及
形成与所述第一竖直延伸的TFR侧面触点接触的第一TFR头部和与所述第二竖直延伸的TFR侧面触点接触的第二TFR头部。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述TFR元件包含SiCr、SiCCr、NiCr或TaN。
3.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述第一TFR头部形成为使得所述第一TFR头部的底部表面与所述第一TFR元件端部凸缘接触；并且
所述第二TFR头部形成为使得所述第二TFR头部的底部表面与所述第二TFR元件端部凸缘接触。
4.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述第一TFR头部形成为使得所述第一TFR头部的底部表面与以下两者接触：(a)所述第一竖直延伸的TFR侧面触点和(b)所述第一TFR元件端部凸缘；并且
所述第二TFR头部形成为使得所述第二TFR头部的底部表面与以下两者接触：(a)所述第二竖直延伸的TFR侧面触点和(b)所述竖直延伸的第二TFR元件端部凸缘。
5.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述TFR元件还包括：
形成TFR元件侧面凸缘，所述TFR元件侧面凸缘从所述TFR元件基部竖直突出并且在所述第一TFR元件端部凸缘与所述第二TFR元件端部凸缘之间延伸；以及
去除所述TFR元件侧面凸缘的至少部分高度。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括进行金属蚀刻以实现以下两者：(a)限定所述第一TFR头部和所述第二TFR头部以及(b)去除所述TFR元件侧面凸缘的所述至少部分高度。
7.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述第一竖直延伸的TFR侧面触点和所述第二竖直延伸的TFR侧面触点包括：
形成第一伸长通孔开口和第二伸长通孔开口；以及
用金属填充所述第一伸长通孔开口和所述第二伸长通孔开口。
8.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述TFR元件包括：
去除所述第一竖直延伸的TFR侧面触点与所述第二竖直延伸的TFR侧面触点之间的电介质区域的部分厚度，以限定暴露以下项的的TFR开口：(a)所述第一竖直延伸的TFR侧面触点的侧壁和(b)所述第二竖直延伸的TFR侧面触点的侧壁；以及
在所述TFR开口中沉积TFR膜，所沉积的TFR膜包括：
(a)第一TFR膜部分，所述第一TFR膜部分覆盖所述电介质区域的顶部表面并且在所述第一竖直延伸的TFR侧面触点与所述第二竖直延伸的TFR侧面触点之间延伸，所述第一TFR膜部分限定所述横向延伸的TFR元件基部；
(b)第二TFR膜部分，所述第二TFR膜部分覆盖所述第一竖直延伸的TFR侧面触点的暴露的侧壁，所述第二TFR膜部分限定所述第一TFR元件端部凸缘；和
(c)第三TFR膜部分，所述第三TFR膜部分覆盖所述第二竖直延伸的TFR侧面触点的暴露的侧壁，所述第三TFR膜部分限定所述第二TFR元件端部凸缘。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还形成包括互连结构的所述IC，并且所述方法还包括：
同时形成(a)通孔和(b)所述第一竖直延伸的TFR侧面触点和所述第二竖直延伸的TFR侧面触点；以及
同时形成(a)与所述通孔接触的金属线，(b)与所述第一竖直延伸的TFR侧面触点接触的所述第一TFR头部，以及(c)与所述第二竖直延伸的TFR侧面触点接触的所述第二TFR头部。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一竖直延伸的TFR侧面触点和所述第二竖直延伸的TFR侧面触点中的每一者在第一横向方向上具有与所述通孔的宽度相等的TFR侧面触点宽度，并且在第二横向方向上具有TFR侧面触点长度，所述TFR侧面触点长度是所述TFR侧面触点宽度的至少两倍。
11.根据权利要求9所述的方法，其中还进行所述金属蚀刻以形成与所述通孔接触的所述金属线。
12.一种形成在集成电路(IC)结构中的薄膜电阻器(TFR)模块，使用根据权利要求1至12中任一项所述的方法形成所述TFR模块。
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