DE10002809A1

DE10002809A1 - Widerstandselement

Info

Publication number: DE10002809A1
Application number: DE10002809A
Authority: DE
Inventors: Makoto Nonaka
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Electronics Corp
Priority date: 1999-01-25
Filing date: 2000-01-24
Publication date: 2000-08-24
Also published as: JP3177971B2; JP2000216340A; US6365956B1

Abstract

Ein Widerstandselement gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine Widerstandsschicht, die auf einem ersten isolierenden Film auf einen Halbleitersubstrat vorgesehen ist, eine erste Verdrahtungsschicht, die auf einem zweiten isolierenden Film auf der Widerstandsschicht bereit gestellt ist, eine zweite Verdrahtungsschicht, die auf einem dritten isolierenden Film auf der ersten Verdrahtungsschicht vorgesehen ist, eine erste Kontaktregion, die eine Vielzahl von Kontakten aufweist, und im zweiten isolierenden Film und im dritten isolierenden Film vorgesehen ist, um die Widerstandsschicht mit der zweiten Verdrahtungsschicht elektrisch zu verbinden und eine zweite Kontaktregion, die eine Vielzahl von Kontakten aufweist und im zweiten isolierenden Film bereit gestellt ist, um die Widerstandsschicht mit der ersten Verdrahtungsschicht elektrisch zu verbinden. Die Kontakte der zweiten Kontaktregion werden auf und entlang einer Peripherie mit polygonaler Gestalt angeordnet, die einen Mittelpunkt aufweist, der mit einem Mittelpunkt der ersten Kontaktregion deckungsgleich ist.

Description

Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Widerstandselement, insbesondere auf ein Hochpräzisions-Widerstandselement, das zu einer Impedanzanpassung benutzt wird.

Beschreibung des Stands der Technik

Durch die neuesten Fortschritte bei der Systemsteuerung wurden zahlreiche Hochgeschwindigkeitsschnittstellensysteme vorgeschlagen und in Halbleitereinrichtungen standardisiert. In vielen dieser Schnittstellensysteme werden Widerstandselemente zum Abschluß von Übertragungsleitungen benutzt.

Es war üblich, dass solche Widerstandselemente zusammen mit einer Halbleitereinrichtung auf einem Substrat ausgebildet wurden. Jedoch kam mit der neuesten allgemeinen Verbreitung von Hochgeschwindigkeitsschnittstellen der Wunsch auf, dass ein solches Widerstandselement in die Halbleitereinrichtung integriert wird, da das Widerstandselement dazu führt, dass sich die Montagefläche vergrößert. Fig. 5 ist eine veranschaulichende Aufsicht auf ein herkömmliches Widerstandselement, das in eine Halbleitereinrichtung integriert ist. In Fig. 5 ist ein erster Anschluss 48, der aus einer ersten Verdrahtungsschicht 47 gebildet wird, über einen ersten Kontakt 46 mit einem Ende einer Widerstandsschicht (WSi- Schicht) 41 verbunden, die in einer Halbleitereinrichtung ausgebildet ist, und ein zweiter Anschluß 49, der durch eine zweite Verdrahtungsschicht 45 gebildet ist, ist mit dem anderen Ende davon durch einen zweiten Kontakt 42 verbunden.

Es ist jedoch nötig, dass ein Widerstandswert eines Widerstandselements zur Impedanzanpassung oder zur Beendigung höchst präzise ist. Fig. 6 ist ein Schaltkreisdiagramm, das ein Widerstandselement aufweist, das zwischen einem Puffer und einer Verdrahtung eines Montagesubstrats in Serie geschaltet ist. Denkt man zum Beispiel an einen Fall, in dem ein Widerstandselement 51, das wie in einer in Fig. 6 gezeigten Halbleitereinrichtung ausgebildet ist, seriell zwischen einem Ausgabepuffer 52 der Halbleitereinrichtung und einer Verdrahtung 53 des Montagesubstrats verbunden ist, ist es die Aufgabe des Widerstandselements 51 eine interne Impedanz des Ausgabepuffers 52 zu korrigieren, um dadurch diesen an eine charakteristische Impedanz der Verdrahtung 53 anzupassen. Durch präzises Durchführen dieser Impedanzanpassung wird es möglich, Rauschen zu beschränken, das durch Reflexion aufgrund der erhöhten Signalgeschwindigkeit verursacht wird. Deshalb muß der Widerstandswert des Widerstandselements höchst präzise sein.

Falls ein solches Widerstandselement in eine Halbleitereinrichtung integriert ist, ist es schwierig mit einem herkömmlichen Layout, wie in Fig. 5 gezeigt, den Widerstandswert zu gewährleisten. Das bedeutet, da der Widerstandswert R des Widerstandselements, das ein Layout wie in Fig. 5 gezeigt aufweist, durch eine Formel R = ρs × L/W bestimmt wird, wobei L die Länge der WSi-Schicht, W die Breite der WSi-Schicht und ρs der Schichtwiderstand ist, eine Änderung der äußeren Konfiguration (L und W) aufgrund von Variationen im Herstellungsprozess wie beispielsweise dem Ätzprozess den Widerstandswert direkt beeinflußt.

Kurze Zusammenfassung der Erfindung Aufgabe der Erfindung

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein höchst präzises Widerstandselement bereitzustellen, das kaum durch herstellungsbedingte Größenschwankungen beeinflußt wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein Widerstandselement gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine Widerstandsschicht, die auf einem ersten isolierenden Film auf einem Halbleitersubstrat vorgesehen wird, eine erste Verdrahtungsschicht, die auf einem zweiten isolierenden Film auf der Widerstandsschicht vorgesehen ist, eine zweite Verdrahtungsschicht, die auf einem dritten isolierenden Film auf der ersten Verdrahtungsschicht vorgesehen ist, eine Gruppe von ersten Kontaktregionen, die in dem zweiten und dritten isolierenden Film zur elektrischen Verbindung der Widerstandsschicht mit der zweiten Verdrahtungsschicht vorgesehen ist, und einer Gruppe von zweiten Kontaktregionen, die in der eben dem zweiten isolierenden Film zur elektrischen Verbindung der Widerstandsschicht mit der ersten Verdrahtungsschicht vorgesehen sind. Die zweiten Kontaktregionen werden auf und entlang einer Kreislinie oder einer polygonalen Linie zur Verfügung gesteift, die einen Mittelpunkt aufweisen, der mit einem Mittelpunkt der ersten Kontaktregionsgruppe deckungsgleich ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Andere und die oben beschriebenen Aufgaben, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden durch Bezugnahme auf die folgenden detaillierten Beschreibungen der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen deutlicher werden, wobei:

Fig. 1 eine veranschaulichende Aufsicht ist, die ein Layout eines Widerstandselements zeigt, das in einer Halbleitereinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;

Fig. 2 ein Querschnitt entlang einer Linie A-A der Fig. 1 ist;

Fig. 3 eine veranschaulichende Aufsicht ist, die ein Layout eines Widerstandselements zeigt, das in einer Halbleitereinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;

Fig. 4 ein Querschnitt entlang einer Linie B-B der Fig. 3 ist;

Fig. 5 eine veranschaulichende Aufsicht ist, die ein Layout eines Widerstandselements zeigt, das in eine herkömmliche Halbleitereinrichtung integriert ist; und

Fig. 6 ist ein Schaltkreisdiagramm eines Widerstandselements, das seriell zwischen einem Puffer und einer Verdrahtung eines Montagesubstrats verbunden ist.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung wird nun mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. Fig. 1 ist eine veranschaulichende Aufsicht, die ein Layout eines Widerstandselements zeigt, das in einer Halbleitereinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, und Fig. 2 ist ein Querschnitt entlang einer Linie A-A der Fig. 1.

Das Widerstandselement, das in der Halbleitereinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, zeichnet sich dadurch aus, dass es einen höchst präzisen Widerstandswert hat, der kaum durch Größenschwankungen der äußeren Konfiguration des Widerstandselements aufgrund des Herstellungsprozesses desselben beeinflußt wird. Dies wird hauptsächlich durch die Führungsanschlüsse einer Widerstandsschicht 1 des Widerstandselements, die eine WSi-Schicht ist, realisiert. Das bedeutet, ein mittiger Teil der rechtwinkligen Widerstandsschicht 1 wird elektrisch mit der Verdrahtung durch elektrisch leitendes Material verbünden, das die in einem isolierenden Film 10 geformten Kontaktlöcher ausfüllt. Jede dieser Verbindungsstrukturen, die im nachfolgenden als eine "Kontaktregion" bezeichnet wird, weist eine Vielzahl von Kontaktlöchern auf, die mit elektrisch leitendem Material aufgefüllt werden, um die Verdrahtungsebenen mit der Widerstandsschicht 1 elektrisch zu verbinden. Eine Vielzahl von ersten Kontakten, die eine erste Kontaktregion 6 ausbilden, werden auf und entlang einer Peripherie mit kreisförmiger Form bereitgestellt, die einen Mittelpunkt aufweist, der mit den Mittelpunkten einer zweiten Kontaktregion 2 und einer ersten Kontaktregion 4 deckungsgleich ist, und eine zweite Verdrahtungsschicht 5 und eine erste Verdrahtungsschicht 7, die mit diesen Kontaktregionen verbunden sind, bilden jeweils einen ersten Anschluß 8 und einen zweiten Anschluß 9 aus. Deshalb beschränkt sich ein Strompfad zwischen den Anschlüssen in der Widerstandsschicht 1 auf eine Fläche innerhalb der Kreisform, die durch die erste Kontaktregionsgruppe 6 definiert wird, so dass ein Einfluß auf den Widerstandswert der Widerstandsschicht durch Veränderung der äußeren Konfiguration der Widerstandsschicht aufgrund des Herstellungsprozesses minimiert wird.

Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, wird die zweite Kontaktregion 2 im mittigen Teil der WSi-Schicht bereitgestellt, indem die Widerstandsschicht 1 auf einem isolierenden Film 13 gebildet wird und mit der zweiten Verdrahtungsschicht 5 über eine leitende Schicht 3 und mit der dritten Kontaktregion 4 verbunden ist, um den zweiten Anschluß 9 zu bilden. Auf der anderen Seite werden die ersten Kontakte, die eine erste Kontaktregion 6 ausbilden, auf und entlang einer Peripherie mit kreisförmigen Form bereitgestellt, deren Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt der zweiten Kontaktregion 2 des zweiten Anschlusses 9 übereinstimmt, und die mit der ersten Verdrahtungsschicht 7 verbunden sind, deren mittiger Teil geöffnet ist, um den ersten Anschluß 8 auszubilden.

Durch Anwendung einer solchen Struktur wird der Strompfad in der Widerstandsschicht 1 auf die Fläche innerhalb der Kreisform beschränkt, die durch die erste Kontaktregion 6 definiert ist, wie durch die gepunkteten Pfeile in Fig. 1 und 2 gezeigt, falls eine Spannung zwischen dem ersten Anschluß 8 und dem zweiten Anschluß 9 anliegt. Da deshalb ein Teil der Widerstandsschicht 1, der außerhalb der Kreisform liegt, nicht als Widerstandselement fungiert, wird der Widerstandswert des Widerstandselements nicht durch die äußere Konfiguration der Widerstandsschicht 1 bestimmt, sondern durch die Anordnung der Kontakte. Als Ergebnis beeinflusst die Deformation aufgrund von Variationen im Herstellungsprozes der WSi-Schicht, die der Widerstandsschicht 1 entspricht, den Widerstandswert der gleichen nicht. Deshalb ist es möglich, durch Bilden des Widerstandselements 51, wie in Fig. 6 gezeigt, unter Benutzung des oben erwähnten Layouts, einen stabilen Widerstandswert zu erhalten, um dadurch einen gewünschten Impedanzanpassungseffekt zu erzielen. Obwohl in dieser Ausführungsform die Anzahl der Kontakte jeder Kontaktregion 16 ist, ist die Anzahl der Kontakte nicht darauf limitiert. Es ist möglich, die Wirkung der vorliegenden Erfindung durch Benutzung von mindestens 4 Kontakten zu erhalten.

Da in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Widerstandswert der Widerstandsschicht 1 durch die Größe des Kreises bestimmt ist, der durch die zweite Kontaktregion 6 ausgebildet wird, wird der Widerstandswert nicht beeinflußt, selbst wenn die äußere Konfiguration der WSi-Schicht aufgrund von Variationen im Herstellungsprozess, wie dem Ätzvorgang, verändert wird.

Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die Fig. 3 und 4 beschrieben werden, wobei Fig. 3 eine veranschaulichende Aufsicht ist, die ein Layout eines Widerstandselements zeigt, das in einer Halbleitereinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet ist, und Fig. 4 ein Querschnitt entlang einer Linie B-B der Fig. 3 ist.

Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in der Anordnung der Kontakte, die eine zweite Kontaktregion 26 ausbilden. Obwohl in der ersten Ausführungsform die Kontakte der zweiten Kontaktregion 6 in der Peripherie mit kreisförmiger Form angeordnet sind, wie in Fig. 1 gezeigt, werden die Kontakte der zweiten Kontaktregion 26 auf und entlang einer Peripherie mit quadratischer Form angeordnet, wie in Fig. 3 gezeigt.

Mit einer solchen quadratischen Anordnung der Kontakte der zweiten Kontaktregion ist es möglich, die Flächeneffizienz zu verbessern im Vergleich zu der ersten Ausführungsform. Das bedeutet, dass es möglich ist, einen höheren Widerstandswert mit einer kleineren Fläche der Widerstandsschicht zu erhalten.

Wie in Fig. 4 gezeigt, sind die Layoutstruktur und die Funktionen der Teile der Halbleitereinrichtung der zweiten Ausführungsform, außer der Kontaktanordnung, gleich denen der ersten Ausführungsform, und deshalb werden Details derselben weggelassen. Jedoch kann in der zweiten Ausführungsform im wesentlichen derselbe Effekt erwartet werden, den man mit der ersten Ausführungsform erhalten hat, was die Beschränkung der herstellungsverursachten Variation der äußeren Konfiguration betrifft.

Im Hinblick auf die Leichtigkeit der Berechnung des Widerstandswerts und der Stabilität des Widerstandswerts, der durch die Symmetrie des Strompfads erreichbar ist, ist die erste Ausführungsform vorteilhaft. Deshalb wird es durch richtige Anwendung der ersten und zweiten Ausführungsform möglich, ein Widerstandselement auf Nachfrage zu realisieren.

Obwohl in der zweiten Ausführungsform 24 Kontakte in der ersten Kontaktregion bereitgestellt werden, ist die Anzahl der Kontakte nicht auf 24 limitiert. Um die Wirkung der vorliegenden Erfindung zu erreichen, reicht es aus, die Kontakte in jeder Ecke der quadratischen Form anzuordnen. Das bedeutet, der Effekt der vorliegenden Erfindung kann durch mindestens vier Kontakte erhalten werden.

Des weiteren ist in der zweiten Ausführungsform die Gestalt der Peripherie, entlang der die Kontakte angeordnet sind, nicht auf ein Quadrat limitiert. In der vorliegenden Erfindung kann der Effekt durch Anordnung der Kontakte auf und entlang einer Peripherie mit einer gleichseitigen polygonalen Gestalt, inklusive eines gleichseitigen Dreiecks, erhalten werden.

Die elektrisch leitfähige Schicht 3 wurde als diskret bereitgestellt beschrieben. Es könnte möglich sein, die diskret leitende Schicht 3 durch Ätzen eines Mittelteils der ersten Verdrahtungsebene 7 auszubilden, die auf dem zwischenschichtig gelegenen isolierenden Film 11 gebildet ist, um eine kreisförmige Öffnung in dem Mittelteil zu bilden, um dadurch einen Teil der ersten Verdrahtungsebene in der kreisförmigen Öffnung als eine diskret leitende Schicht zu hinterlassen.

Im Hinblick auf den Herstellungsprozess werden die Widerstandsschicht 1 und die zweite Verdrahtungsebene 5 durch die zweite Kontaktregion 2, die leitende Schicht 3 und die dritte Kontaktregion 4 miteinander verbunden. Jedoch werden die Widerstandsschicht 1 und die zweite Verdrahtungsebene 5 direkt durch bloße Benutzung der Kontaktregionen oder durch Benutzung eines einzelnen Kontakts, der einen großen Durchmesser aufweist, miteinander verbunden.

Obwohl benachbarte Kontakte der ersten Kontaktregion vorzugsweise äquidistant voneinander getrennt werden, könnten die Abstände zwischen benachbarten Kontakten der ersten Kontaktregion unterschiedlich sein.

Obwohl in den beschriebenen Ausführungsformen, die WSi-Schicht als Widerstandsschicht benutzt wird, könnte letztere aus anderen Widerstandsmaterialien gebildet sein, wie beispielsweise aus Hochwiderstands- Polysilicium.

Es ist üblich, dass die Herstellungsvariationen, die auf die Breite der Verdrahtung und den Durchmesser der Kontaktlöcher etc. bezogen werden, so gehandhabt werden, dass ±10% des in jedem Herstellungsschritt erlaubten minimalen Werts (Entwurfsregel) erreicht werden. Das bedeutet, wenn die Länge L und die Breite W der WSi-Schicht im Layout eines herkömmlichen Widerstandselements, gezeigt in Fig. 5, nahe zu den Werten der Entwurfsregel eingestellt werden, beträgt die Herstellungsvariation ±10%, was der Schwankung des Widerstandswerts entspricht. Wie früher erwähnt, entfällt jedoch der Einfluß solcher Variationen, falls das Layout der vorliegenden Erfindung benutzt wird.

Falls die vorliegenderf Erfindung auf ein Herstellungsverfahren für ein Widerstandselement einer Halbleitereinrichtung angewandt wird, wird keine strenge Präzisionssteuerung beim widerstandsschichtbildenden Schritt benötigt und billige Belichtungsmasken und Herstellungsprozesse können benutzt werden, was in einer Reduktion der Kosten resultiert.

Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es nicht beabsichtigt, die Beschreibung in einem begrenztem Sinne auszulegen. Zahlreiche Modifikationen der offenbarten Ausführungsformen werden durch Bezugnahme auf die Beschreibung der Erfindung für Personen mit Fachwissen offensichtlich werden. Sie werden deshalb als in den wahren Umfang der vorliegenden Erfindung zu fallend betrachtet.

Claims

1. Widerstandselement aufweisend:
eine Widerstandsschicht, die auf einem ersten isolierenden Film auf einem Halbleitersubstrat vorgesehen ist;
eine erste Verdrahtungsschicht, die auf einem zweiten isolierenden Film auf der Widerstandsschicht vorgesehen ist;
eine zweite Verdrahtungsschicht, die auf einem dritten isolierenden Film auf der ersten Verdrahtungsschicht vorgesehen ist;
eine erste Kontaktregion, die eine Vielzahl von Kontakten aufweist und in dem zweiten isolierenden Film und dem dritten isolierenden Film vorgesehen ist, um die Widerstandsschicht mit der zweiten Verdrahtungsschicht elektrisch zu verbinden;
eine zweite Kontaktregion, die eine Vielzahl von Kontakten aufweist und in dem zweiten isolierenden Film vorgesehen ist, um die Widerstandsschicht mit den Kontakten der zweiten Kontaktregion elektrisch zu verbinden,
wobei die Kontakte der zweiten Kontaktregion auf und entlang einer Peripherie mit kreisförmiger Gestalt angeordnet sind, die einen Mittelpunkt aufweist, der mit einem Mittelpunkt der ersten Kontaktregion deckungsgleich ist.

2. Widerstandselement nach Anspruch 1, wobei die Kontakte jeder Kontaktregion äqudistant angeordnet sind.

3. Widerstandselement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Widerstandsschicht eine WSi-Schicht ist.

4. Widerstandselement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Widerstandsschicht eine Hochwiderstands-Polysiliciumschicht ist.

5. Ein Widerstandselement aufweisend:
eine Widerstandsschicht, die auf einem ersten isolierenden Film auf einem Halbleitersubstrat vorgesehen ist;
eine erste Verdrahtungsschicht, die auf einem zweiten isolierenden Film auf der Widerstandsschicht vorgesehen ist;
eine zweite Verdrahtungsschicht, die auf einem dritten isolierenden Film auf der ersten Verdrahtungsschicht vorgesehen ist;
eine erste Kontaktregion, die eine Vielzahl von Kontakten aufweist und in der in dem zweiten isolierenden Film und dem dritten isolierenden Film vorgesehen ist, um die Widerstandsschicht mit der zweiten Verdrahtungsschicht elektrisch zu verbinden; und
eine zweite Kontaktregion, die eine Vielzahl von Kontakten aufweist und in einem zweiten isolierenden Film vorgesehen ist, um die Widerstandsschicht mit der ersten Verdrahtungsschicht elektrisch zu verbinden,
wobei die Kontakte der zweiten Kontaktregion auf und entlang einer Peripherie mit polygonaler Gestalt angeordnet sind, die einen Mittelpunkt aufweist, der mit einem Mittelpunkt der ersten Kontaktregion deckungsgleich ist.

6. Widerstandselement nach Anspruch 5, wobei die Kontakte jeder Kontaktregion äquidistant angeordnet sind.

7. Widerstandselement nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Widerstandsschicht eine WSi-Schicht ist.

8. Widerstandselement nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Widerstandsschicht eine Hochwiderstands-Polysiliciumschicht ist.

9. Widerstandselement nach Anspruch 5, 6 oder 7, wobei die polygonale Gestalt eine quadratische Gestalt ist.