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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Verfahren zur Herstellung
einer integrierten Schaltung und insbesondere das Integrieren mit
einer einzigen Maske für
hochpräzise
Dünnfilmwiderstände.
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HINTERGRUND
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Hochpräzise analoge
Vorrichtungen benötigen
Widerstände
mit geringer Widerstandssteuerung, einem kleinstmöglichen
absoluten Temperaturkoeffizienten des Widerstands (TCR) (d. h. der
TCR sollte so nah wie möglich
bei null liegen) und mit hervorragenden Anpassungseigenschaften.
Diese Anforderungen können
mit metallischen Dünnfilmen
erfüllt
werden, die aus Legierungen mit niedrigem TCR, wie etwa NiCr-, NiCrAl-
oder SiCr-Legierungen bestehen. Beim Integrieren von Widerständen dieser Art
in bestehende Prozessabläufe
ist es jedoch erforderlich, besonders auf die Substratplanarität, die Genauigkeit
der Musterdefinition und die Kompatibilität mit dem Standard-Verdrahtungsvorgang,
insbesondere auf die Ätzselektivitäten und
die Verluste bei den kritischen Abmessungen (CD) zu achten. Die
gewünschte
Leistung kann häufig
nur durch starke Modifikationen am Herstellungsprozess, durch das
Hinzufügen
von mehreren Maskenebenen und/oder durch engere Prozessfenster erreicht
werden. Bei einigen Prozessen führt
das Integrieren eines SiCr-Dünnfilmwiderstands
zur drei zusätzlichen
Maskenebenen in der Back-End-Produktionslinie (engl. „Back-End
of Line”,
BEOL), da der Widerstandsfilm so dünn ist, dass eine direkte Verbindung
mit herkömmlichen
Verbindungs-Durchkontaktierungen nicht möglich ist. Stattdessen müssen eine
lokale Dünnfilm-Durchkontaktierungsebene
und eine Widerstandsanschlusskopfebene verwendet werden.
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1 zeigt
ein Halbleiterbauelement
100, das unter Anwendung einer
derartigen herkömmlichen
Integration mit drei Maskenebenen für einen SiCr- Dünnfilmwiderstand
104 hergestellt
wurde. Ein Verfahren zur Bildung des Elements
100 ist in
der
US 6,872,655 B2 ausführlich beschrieben.
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Eine
ultradünne
SiCr-Schicht 104 wird nach einer ersten chemisch-mechanischen
Planarisierung (CMP) auf einem ersten Intermetall-Dielektrikum 102 abgeschieden.
Das Intermetall-Dielektrikum 102 sowie, falls erforderlich,
eine Metallschicht 103 werden auf einem Vor-Metall-Dielektrikum
(PMD) 101 und/oder einer ersten metallischen Verdrahtungsebene
gebildet. Ein dünner
Film isolierendes Material 105 (beispielsweise Tetraethylorthosilicat
(TEOS)) in der Größenordnung
von 100 nm deckt den SiCr-Widerstandsfilm 104 ab, und über der
Struktur wird eine dielektrische Zwischenebenen-Schicht 107 gebildet. Auf
dem Dünnfilmwiderstand 104 werden
Widerstandsanschlussköpfe 110 gebildet.
Nach der Bildung der Widerstandsanschlussköpfe 110 wird der obere
Abschnitt des ersten Intermetall-Dielektrikums 102 fertiggestellt.
Schließlich
wird der Widerstandsanschlusskopf unter Anwendung eines herkömmlichen
Verbindungsdurchkontaktierungs-Verfahrens mit der zweiten metallischen
Verdrahtungsebene 108 verbunden. Die Widerstandsanschlussköpfe 110 wirken
als Ätzstoppschicht
für die
Durchkontaktierungen 106 und müssen dick genug sein, um der
stärkeren Überätzung in
den flachen Öffnungen
für die
Durchkontaktierungen 106 standzuhalten. Zur Bildung der in 1 gezeigten
Struktur sind jedoch drei Maskierungsschritte erforderlich, nämlich ein
erster zum Definieren der Dünnfilmwiderstandsschicht 104,
ein zweiter zur Bildung der Dünnfilm-Durchkontaktierungsöffnung 106 und
ein dritter zur Bildung der Widerstandsanschlussköpfe 110.
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Lösungen,
bei denen weniger Masken verwendet werden, sind bereits für Dünnfilmwiderstände vorgeschlagen
worden. Die
US 6,737,326
B2 offenbart das Abscheiden eines Kontaktierungsmetalls
direkt auf dem Widerstandsmaterial, das Strukturieren von Metallleitungen
zusammen mit dem Widerstandskörper
und anschließend
das Wegätzen
des Kontaktierungsmetalls von dem Widerstandskörper. Das vorgeschlagene Verfahren
ist jedoch nur bei relativ dicken Widerstandsschichten anwendbar,
da eine dünne
SiCr-Dünnfilmwiderstandsschicht
dem normalen Trockenätzen
und Nassätzen
von Metall, das bei dem Kontaktierungsmetall angewendet wird, nicht
standhalten kann.
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Aus
der
US 2002/0020879
A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer integrierten
Schaltung bekannt, wobei das Verfahren das Abscheiden einer mit einem
elektrischen Widerstand behafteten Schicht eines Materials umfasst,
damit dieses als Dünnfilmwiderstand
dient. Weiterhin wird eine elektrisch isolierende Schicht auf der
Widerstandsschicht abgeschieden und diese wird außerhalb
eines elektrisch aktiven Bereichs der Widerstandsschicht entfernt, der
einem TFR-Soll-Bereich entspricht. Schließlich wird eine elektrisch
leitende Schicht eines elektrisch leitenden Materials derart abgeschieden,
dass die leitende Schicht den TFR-Soll-Bereich überlappt und die leitende Schicht
außerhalb
des TFR-Soll-Bereichs elektrisch mit der Widerstandsschicht in Kontakt
steht.
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Aus
der
US 7 145 218 B2 ist
ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilmwiderstands bekannt, wobei
der Dünnfilmwiderstand
in einer Verdrahtungsebene auf einer dielektrischen Schicht bereitgestellt wird.
Die Randbereiche des Dünnfilmwiderstands sind
dabei abgeschrägt,
um eine größere Oberfläche für die Kontaktierung
des Dünnfilmwiderstands
darzustellen.
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Aus
der
US 6 165 862 A ist
ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilmwiderstands bekannt.
Hierbei wird, nachdem eine Chrom-Silizium-Schicht und eine Titan-Wolfram-Schicht
aufgebracht wurden, die Titan-Wolfram-Schicht mittels einer Maske zugeschnitten.
Danach folgt ein zweistufiger Trockenätzprozess, um die Titan-Wolfram-Schicht
und die Chrom-Silizium-Schicht
in eine spezifische Form zu ätzen.
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Auch
die vorgenannten Verfahren sind jedoch zu aufwendig und erfordern
zu viele Masken und Prozessierungsschritte.
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KURZZUSAMMENFASSUNG
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Dementsprechend
stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer integrierten
Schaltung bereit. Das Verfahren umfasst das Abscheiden einer mit
einem elektrischen Widerstand behafteten Schicht eines Materials,
damit diese als Dünnfilmwiderstand
(TFR) dient, das Abscheiden einer elektrisch isolierenden Schicht
auf der Widerstandsschicht, das Entfernen der elektrisch isolierenden Schicht
von außerhalb
eines elektrisch aktiven Bereichs der Widerstandsschicht, der einem TFR-Soll-Bereich
entspricht, und das Abscheiden einer elektrisch leitenden Schicht
(hier auch Sperrschicht genannt) eines elektrisch leitenden Materials, derart
dass die leitende Schicht den TFR-Soll-Bereich überlappt und die leitende Schicht
außerhalb des
TFR-Soll-Bereichs elektrisch mit der Widerstandsschicht in Kontakt
steht. Eine Dünnfilmwiderstandsschicht
wird abgeschieden, und anschließend wird
eine elektrisch isolierende Schicht auf der Dünnfilmwiderstandsschicht abgeschieden.
Ein elektrisch aktiver Bereich der Widerstandsschicht bildet einen Dünnfilmwiderstand-Soll-Bereich,
und die elektrisch isolierende Schicht, die außerhalb dieses Dünnfilmwiderstand-Soll-Bereichs
auf der Widerstandsschicht vorgesehen ist, wird entfernt. Ein elektrisch
leitendes Material wird in einer Schicht abgeschieden, so dass eine
den Dünnfilmwiderstand-Soll-Bereich überlappende
leitende Schicht gebildet wird, die außerhalb des elektrisch aktiven
Dünnfilmwiderstand-Soll-Bereichs
auch einen elektrischen Kontakt (Verbindungsbereiche) mit der Widerstandsschicht
bildet. Dies kann dadurch erreicht werden, dass Löcher oder Öffnungen
im isolierenden Bereich vorgesehen werden oder die isolierende Schicht
kleiner dimensioniert wird als die Widerstandsschicht. Durch das Überlappen
der leitenden Schicht außerhalb
des Dünnfilm-Soll-Bereichs,
den die isolierende Schicht bedeckt, ermöglicht die Erfindung die elektrische Kontaktierung
des aktiven Dünnfilmwiderstandsbereichs.
Der aktive Soll-Bereich des Widerstands ist der Bereich der Widerstandsschicht,
der ihren Widerstandswert definiert. Die Abmessungen der überlappenden
Bereiche können
leicht groß genug
gewählt werden,
damit nur ein geringer parasitärer
Widerstand gebildet wird. Sobald die Dünnfilmwiderstandsschicht mit
einem ausreichend dicken leitenden Material bedeckt ist, können ferner
die normalen Nachbearbeitungsschritte ausgeführt werden. Es kann ein nachträglicher
Bearbeitungsschritt zum Strukturieren einer Schicht einer Verdrahtungsebene,
für die
eine spezielle Maske verwendet wird, vorgesehen sein. Die leitende
Schicht und die Widerstandsschicht können jedoch auch durch Verwendung
dieser Maske außerhalb
des TFR-Soll-Bereichs und der Verbindungsbereiche entfernt werden.
Somit kann die leitende Schicht außerhalb des TFR-Soll-Bereichs
und der Verbindungsbereiche entfernt werden, indem dieselbe einzige
Maske verwendet wird, die zum Strukturieren der Schicht einer Verdrahtungsebene
verwendet wird. Der gleiche Ätzschritt
kann dann angewendet werden, um eine Schicht einer Verdrahtungsebene
(beispielsweise das Intermetall-Dielektrikum) und die Widerstandsschicht
und/oder die leitende Schicht zu entfernen. Die Schicht der Verdrahtungsschicht
kann ein Intermetall-Dielektrikum sein.
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Ferner
umfasst das Verfahren vorzugsweise, dass die leitende Schicht auf
der isolierenden Schicht innerhalb des TFR-Soll-Bereichs zumindest
teilweise so entfernt wird, dass mindestens zwei isolierende Verbindungsbereiche
verbleiben, die lediglich über die
Widerstandsschicht (d. h. über
den TFR-Soll-Bereich) verbunden sind. Zwei isolierende Verbindungsbereiche,
die nach dem partiellen Entfernen der leitenden Schicht innerhalb
des TFR-Soll-Bereichs verbleiben, können über die Widerstandsschicht
miteinander verbunden werden, indem die auf der isolierenden Schicht
vorgesehene elektrisch leitende Schicht innerhalb des TFR-Soll-Bereichs
teilweise entfernt wird. Die auf der Widerstandsschicht abgeschiedene elektrisch
isolierende Schicht ermöglicht
das Entfernen der leitenden Schicht von dem Widerstandskörper ohne
Berührung
des Dünnfilmwiderstandsmaterials.
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Bei
einem Aspekt der Erfindung umfasst das Verfahren ferner einen Schritt,
bei dem ein partielles Ätzen
durchgeführt
wird, um die isolierende Schicht außerhalb des TFR-Bereichs lediglich
teilweise so zu entfernen, dass eine Schicht isolierendes Material, die
außerhalb
des TFR-Soll-Bereichs auf der Widerstandsschicht verbleibt, dünner ist
als eine Schicht isolierendes Material auf der Widerstandsschicht
innerhalb des TFR-Soll-Bereichs. Die isolierende Schicht außerhalb
des TFR-Soll-Bereichs kann teilweise entfernt werden. Das bedeutet,
dass das isolierende Material außerhalb des TFR-Soll-Bereichs
in einer dünneren
Schicht gebildet ist als das isolierende Material auf dem Dünnfilmwiderstand
innerhalb des TFR-Soll-Bereichs. Die dickere Schicht isolierendes
Material innerhalb des TFR-Soll-Bereichs kann beispielsweise die
Stärke
des Ätzens
auf der Oberfläche
des Dünnfilmwiderstands
aufgrund eines späteren
Sputterschritts zur Abscheidung einer Sperrschicht verringern.
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Bei
einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das Verfahren ferner
das Ausführen
eines Trockenätzschritts,
um die isolierende Schicht außerhalb
des TFR-Soll-Bereichs vollständig
zu entfernen. Alternativ zu dem oben erläuterten Schritt des partiellen Ätzens kann
die isolierende Schicht auch durch Trockenätzen außerhalb des TFR-Soll-Bereichs
vollständig
entfernt werden. Eine isolierende Schicht verbleibt weiterhin innerhalb
des TFR-Soll-Bereichs (des elektrisch aktiven Bereichs der Dünnfilmwiderstandsschicht),
um die Stärke
des Sputter-Ätzens
an der Oberfläche
des Dünnfilmwiderstands
bei der späteren
Sperrschichtabscheidung zu verringern.
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Bei
einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das Verfahren auch einen
Trockenätzschritt umfassen,
der von einem Nassätzschritt
gefolgt wird, um die isolierende Schicht nach dem Trockenätzschritt
außerhalb
des TFR-Soll-Bereichs vollständig zu
entfernen. Die isolierende Schicht kann auch allein durch Nassätzen außerhalb
des TFR-Soll-Bereichs vollständig
entfernt werden.
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Gemäß einem
vorteilhaften Aspekt der Erfindung kann eine einzige Maske zum Entfernen
der leitenden Schicht und zum Strukturieren einer Schicht einer
Verdrahtungsebene verwendet werden. Da der aktive Soll-Bereich des
Dünnfilmwiderstands
von einer isolierenden Schicht bedeckt ist, ist der Soll-Bereich
der Dünnfilmwiderstandsschicht
gegen nachfolgende Ätzschritte
geschützt.
Somit ist es möglich,
einen Ätzschritt,
der im Wesentlichen dazu vorgesehen ist, beispielsweise eine Metallschicht
einer nachfolgenden Verdrahtungsebene zu ätzen, auch für die leitende
Schicht anzuwenden.
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Das
Verfahren kann ferner das Abscheiden einer Ätzstoppschicht auf der Widerstandsschicht umfassen.
Dies kann nach Entfernen der isolierenden Schicht außerhalb
des TFR-Soll-Bereichs durchgeführt
werden. Für
sehr dünne
Filmwiderstandsschichten sorgt eine zusätzliche Abscheidung einer Ätzstoppschicht
für einen
Schutz der Oberfläche
der Widerstandsschicht gegen Sputter-Ätzen.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung umfasst das Verfahren ferner das Abscheiden
eines Intermetall-Dielektrikums (IMD) auf der elektrisch isolierenden
Schicht sowie der leitenden Schicht, die zum Kontaktieren der Dünnfilmwiderstandsschicht
verwendet wird, das Vorsehen einer Ausnehmung im IMD, die eine Durchkontaktierung
zum Verbinden einer im IMD vergrabenen leitenden Schicht enthalten kann,
und das Füllen
der Ausnehmung mit Wolfram (W). Überschüssiges Wolfram
kann dann nach dem Schritt des Füllens
rückgeätzt werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das Verfahren ferner das Abscheiden eines
Intermetall-Dielektrikums (IMD) und der elektrisch isolierenden
Schicht, das Vorsehen einer Ausnehmung im IMD, die eine Durchkontaktierung
zum Verbinden einer im IMD vergrabenen leitenden Schicht enthalten
kann, und das Füllen
der Ausnehmung mit Wolfram. Überschüssiges Wolfram
kann dann nach dem Schritt des Füllens
in einem CMP-Schritt entfernt werden. Die im Intermetall-Dielektrikum
ausgebildete Ausnehmung ist dazu geeignet, eine Durchkontaktierung
zu enthalten, die eine elektrische Verbindung mit einer im Intermetall-Dielektrikum
vorgesehenen vergrabenen leitenden Schicht bilden kann.
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Vorzugsweise
wird die isolierende Schicht erst nach Entfernen des überschüssigen Wolframs im
CMP-Schritt von außerhalb
des TFR-Soll-Bereichs entfernt. Sobald das überschüssige Wolfram durch chemisch-mechanische
Planarisierung entfernt worden ist, kann die isolierende Schicht
außerhalb
des TFR-Soll-Bereichs von der Widerstandsschicht entfernt werden.
Die isolierende Schicht kann dann den Bereich der Widerstandsschicht
außerhalb des
TFR-Soll-Bereichs
gegen den chemisch-mechanischen Planarisierungsvorgang schützen.
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Die
Widerstandsschicht kann aus einer SiCr-Legierung bestehen. Es kann
eine ultradünne SiCr-Schicht
verwendet werden, da der aktive Bereich des Widerstands (der Soll-Bereich)
in der vorliegenden Erfindung keinem Ätzplasma oder nasschemischen Ätzen ausgesetzt
ist. Er wird von der elektrisch isolierenden Schicht bedeckt, die
ihn vor diesen Prozessen schützt.
Die Verwendung eines metallischen Dünnfilms aus SiCr führt zu einem
Widerstand, dessen Widerstandswert streng gesteuert werden kann,
der einen minimalen Temperaturkoeffizienten des Widerstands (TCR)
hat und hervorragende Anpassungseigenschaften besitzt.
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Die
isolierende Schicht kann eine Tetraethylorthosilicat-Schicht (TEOS-Schicht) sein. Die TEOS-Schicht
kann den Dünnfilmwiderstand
direkt bedecken, beispielsweise direkt nach dem Tempern des Dünnfilmwiderstands.
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Das
Intermetall-Dielektrikum und das elektrisch leitende Material können durch
eine einzige Maske oder durch Verwendung von zwei separaten Masken
strukturiert werden. Dies ermöglicht
eine einfache Lösung
zum Verbinden des Dünnfilmwiderstands
durch einen herkömmlichen
Verdrahtungsvorgang ohne Beeinträchtigung
der Widerstandsleistung.
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Mit
anderen Worten wird die Widerstandsschicht (für den Dünnfilmwiderstand) durch eine
isolierende Schicht geschützt.
Die isolierende Schicht wird selektiv außerhalb eines aktiven Soll-Bereichs des
Dünnfilmwiderstands
entfernt, der mit der Widerstandsschicht zu versehen ist. Wenn die
Widerstandsschicht dick genug ist und eine ausreichende Selektivität vorhanden
ist, kann ein Trockenätzschritt durchgeführt werden.
Ansonsten kann eine Kombination aus Trocken- und Nassätzen oder
nur ein Nassätzen
durchgeführt
werden. Ferner kann eine leitende Schicht abgeschieden werden, die
die Widerstandsschicht so überlappt,
dass sie die Widerstandsschicht in mindestens zwei Verbindungsbereichen
berührt.
Diese Verbindungsbereiche oder Kontakte sind so angeordnet, dass
der Soll-Bereich der Widerstandsschicht beibehalten wird. Die isolierende Schicht
(Oxid) verhindert, dass die Widerstandsschicht bei einem Schritt
des Strukturierens (Entfernens) der leitenden Schicht angegriffen
wird. Im gleichen Schritt, in dem die leitende Schicht (Metall) strukturiert
wird, wird der isolierende Widerstand strukturiert, indem die verbleibende
Widerstandsschicht außerhalb
der isolierenden Schicht, d. h. außerhalb des Widerstand-Soll-Bereichs
und der Verbindungsbereiche entfernt wird. Schließlich werden Kontakte
so gebildet, dass die Verbindungen mit der Widerstandsschicht nur über den
Widerstand-Soll-Bereich
elektrisch gekoppelt sind. Der TFR-Widerstand kann über Standard-Durchkontaktierungen
mit den Metallschichten verbunden sein und ist unabhängig von
der Technologie, z. B. W-Rückätzung oder
W-CMP. Dies erfordert jedoch eine zusätzliche Maske für die verbindenden
Widerstandsanschlussköpfe.
Die Anzahl der Masken kann verringert werden, wenn eine Verdrahtungsebene und
die Widerstandsschicht und/oder die leitende Schicht durch Verwendung
derselben Maske strukturiert werden. Eine zusätzliche Metallschicht ist nicht erforderlich.
Es können
Technologien mit nur einer Metallschicht angewendet werden.
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Bei
einer vorteilhaften Lösung
wird eine Standard-Verdrahtungsmetallschicht verwendet, wobei die
Metalldrähte
gleichzeitig mit den Widerstandsanschlussköpfen strukturiert werden. Dadurch wird
nur eine Maskenebene für
den TFR hinzugefügt.
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Nach
der PMD- oder IMD-Planarisierung können in einer Technologie mit
W-Rückätzung für die erste
Durchkontaktierungsebene die folgenden Schritte durchgeführt werden,
nämlich
das Vorsehen der Widerstandsschicht und der isolierenden Schicht, das
Entfernen der isolierenden Schicht außerhalb des Widerstand-Soll-Bereichs,
die Bildung von Durchkontaktierungen, das Abscheiden der Sperrschicht
(Metall, leitende Schicht) und, da die Sperrschicht möglicherweise
ein Sputter-Ätzen
benötigt, entweder
das Hinterlassen einer dünnen
Lage der isolierenden Schicht auf der Widerstandsschicht oder das Aufbringen
einer Ätzstoppschicht.
Dann können die
Schritte folgen, in denen Wolfram abgeschieden und geätzt (rückgeätzt) wird,
Metall abgeschieden wird (Verdrahtungsebene) und Metallleitungen
und Widerstandsanschlussköpfe
außerhalb
des TRF-Soll-Bereichs strukturiert werden.
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Bei
einer Technologie mit W-CMP für
die erste Durchkontaktierungsebene und einer Widerstandsabscheidung
vor der Durchkontaktierungsbildung können die folgenden Schritte
durchgeführt werden:
Vorsehen der Widerstandsschicht und der isolierenden Schicht, Entfernen
der isolierenden Schicht außerhalb
des Widerstand-Soll-Bereichs, Bildung von Durchkontaktierungen,
Abscheiden der Sperrschicht (mit dem Vorteil, dass die Widerstandsschicht
durch die isolierende Schicht geschützt ist), Abscheiden von Wolfram
und Ausführen
des CMP-Schritts,
Entfernen der isolierenden Schicht außerhalb des TFR-Soll-Bereichs
(da Metall keine Sputter-Ätzung
erfordert, kann das Oxid vollständig und
selektiv von der Oberseite der Widerstandsschicht entfernt werden),
Abscheiden von Metall (Verdrahtung) und Strukturieren des Metalls
und von Widerstandsanschlussköpfen
(eine einzige Maske).
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Bei
einer Technologie mit W-CMP und einer Widerstandsabscheidung nach
der Durchkontaktierungsbildung können
die folgenden Schritte durchgeführt
werden: Bilden von Durchkontaktierungen, Abscheiden der Sperrschicht
(leitende Schicht), Abscheiden von Wolfram und Durchführen von
CMP, Abscheiden des Widerstands und der isolierenden Schicht (Oxid),
Entfernen der isolierenden Schicht außerhalb des TFR-Soll-Bereichs,
Abscheiden von Metall (Verdrahtungsebene) und Strukturieren des Metalls
und von Widerstandsanschlussköpfen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnungen.
Darin zeigen:
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1 eine
vereinfachte schematische Darstellung einer integrierten Schaltung
mit einem Dünnfilmwiderstand,
die gemäß einem
herkömmlichen Verfahren
hergestellt ist;
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2 eine
vereinfachte schematische Darstellung einer Stufe der Herstellung
einer integrierten Schaltung mit einem Dünnfilmwiderstand gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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3 eine
vereinfachte schematische Darstellung einer Stufe der Herstellung
einer integrierten Schaltung mit einem Dünnfilmwiderstand gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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4 eine
vereinfachte schematische Darstellung einer Stufe der Herstellung
einer integrierten Schaltung mit einem Dünnfilmwiderstand gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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5 eine
vereinfachte schematische Darstellung einer Stufe der Herstellung
einer integrierten Schaltung mit einem Dünnfilmwiderstand, die gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung hergestellt ist;
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6 eine
vereinfachte schematische Darstellung einer Stufe der Herstellung
einer integrierten Schaltung mit einem Dünnfilmwiderstand gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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7 eine
vereinfachte schematische Darstellung einer integrierten Schaltung
mit einem Dünnfilmwiderstand,
die gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung hergestellt ist;
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8 eine
vereinfachte schematische Darstellung einer integrierten Schaltung
mit einem Dünnfilmwiderstand,
die gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung hergestellt ist;
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9 eine
vereinfachte schematische Darstellung einer Stufe der Herstellung
einer integrierten Schaltung mit einem Dünnfilmwiderstand gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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10 eine
vereinfachte schematische Darstellung einer Stufe der Herstellung
einer integrierten Schaltung mit einem Dünnfilmwiderstand, die gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung hergestellt ist;
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11 eine
vereinfachte schematische Darstellung einer integrierten Schaltung
mit einem Dünnfilmwiderstand,
die gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung hergestellt ist;
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12 eine
vereinfachte schematische Darstellung einer Stufe der Herstellung
einer integrierten Schaltung mit einem Dünnfilmwiderstand gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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13 eine
vereinfachte schematische Darstellung einer integrierten Schaltung
mit einem Dünnfilmwiderstand,
die gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung hergestellt ist;
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14 eine
vereinfachte schematische Darstellung einer dritten Stufe der Herstellung
einer integrierten Schaltung mit einem Dünnfilmwiderstand gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung; und
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15 eine
vereinfachte schematische Darstellung einer integrierten Schaltung
mit einem Dünnfilmwiderstand,
die gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung hergestellt ist.
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2 zeigt
eine Stufe der Herstellung einer integrierten Schaltung mit einem
Dünnfilmwiderstand gemäß der Erfindung.
Bei der ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens werden eine
erste metallische Verdrahtung 203 und ein erstes Intermetall-Dielektrikum 202 auf
einer dielektrischen Vor-Metall-Schicht 201 abgeschieden.
Das erste Intermetall-Dielektrikum 202 wird mit einer einzigen CMP-Planarisierung
vollendet, und eine Dünnfilmwiderstandsschicht 204,
beispielsweise aus einer Silizium-Chrom-Legierung, wird auf der
ersten dielektrischen Intermetall-Schicht 202 abgeschieden.
Die Dünnfilmwiderstandsschicht 204 wird
nicht direkt strukturiert. Stattdessen wird ein dünner Film
elektrisch isolierendes Material 205, beispielsweise Tetraethylorthosilicat
(TEOS), auf der Dünnfilmwiderstandsschicht 204 abgeschieden,
so dass sich die Dünnfilmwiderstandsschicht 204 zwischen
der dielektrischen Schicht 202 und dem dünnen Film
isolierendes Material 205 befindet. Wie in 3 gezeigt, wird
nach der Abscheidung der isolierenden Schicht 205 ein Muster
aus Photoresist 211 gebildet, um die Geometrie eines elektrisch
aktiven Bereichs des Dünnfilmwiderstands
auf der Dünnfilmwiderstandsschicht 204 zu
definieren.
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Daraufhin
kann die isolierende Schicht 205 in den Bereichen außerhalb
des Photoresists 211 teilweise trockengeätzt werden.
Ein dünner
Film der isolierenden Schicht 205 (mit einer Dicke von
etwa 15 nm) kann außerhalb
des Musters aus Photoresist 211 auf der Dünnfilmwiderstandsschicht 204 beibe halten werden,
um die Stärke
des Sputter-Ätzens
an der Oberfläche
der Dünnfilmwiderstandsschicht 204 bei der
späteren
Sperrschichtabscheidung zu reduzieren. Der Photoresist 211 wird
dann von der Oberfläche
der isolierenden Schicht 205 entfernt, und es kann eine
Reinigung der Oberfläche
der isolierenden Schicht 205 mit einer Lösung durchgeführt werden. Alternativ,
wie in 3 gezeigt, kann die isolierende Filmschicht 205 trocken-/nassgeätzt oder
vollständig nassgeätzt werden,
statt den isolierenden Film 205 nur teilweise trockenzuätzen. Die
isolierende Schicht 205 kann dann in einem kombinierten
Trocken- und Nassätzprozessablauf
entfernt werden, wobei der Photoresist 211 zwischen dem
Trockenätzprozess und
dem Nassätzprozess
entfernt wird. Aufgrund des Nassätzprozesses
kann es jedoch eine zusätzliche Änderung
der kritischen Abmessungen in der Struktur des Dünnfilmwiderstands 204 geben,
der die erste metallische Verdrahtung 203 und das erste
Intermetall-Dielektrikum 202 bedeckt, die auf einer dielektrischen
Vor-Metall-Schicht 201 abgeschieden wurden, wobei in diesem
Fall auch eine zusätzliche
Abscheidung einer leitenden Schicht erforderlich ist, wie später erläutert wird.
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Eine
dünne Schicht
isolierendes Material 205 verbleibt in dem Bereich, der
außerhalb
des elektrisch aktiven Bereichs des Widerstands sein soll, auf der
Dünnfilmwiderstandsschicht 204,
und weiterer Photoresist 211 wird auf der isolierenden
Schicht 205 abgeschieden, der ein Muster für eine Öffnung für eine Durchkontaktierung 206 bildet
(in 4 gezeigt). Der Photoresist 211 kann
direkt auf der Oberfläche
der Dünnfilmwiderstandsschicht 204 abgeschieden
werden, um die Öffnung
für die
in 4 gezeigte Durchkontaktierung 206 zu
bilden. Alternativ, wenn keine isolierende Schicht 205 auf
der sehr dünnen
Filmwiderstandsschicht 204 verbleibt, wird vor der Bildung
der Öffnung
für die
Durchkontaktierung 206 eine zusätzliche Abscheidung eines Films
(beispielsweise aus Titan, einer Titanlegierung, einer Silizium-Chrom-Legierung
oder einer Nickel-Chrom-Legierung) auf der freiliegenden Dünnfilmwiderstandsschicht 204 und
der isolierenden Schicht 205 als Ätzstoppschicht durchgeführt, um
die Dünnfilmwiderstandsschicht 204 gegen
das Sputter-Ätzen
zu schützen.
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Zu
Beginn des Ätzens
der Durchkontaktierung 206 müssen der dünne Film isolierendes Material 205 unterhalb
der Durchkontaktierungsöffnung und
die Dünnfilmwiderstandsschicht 204 unterhalb der Öffnung für die Durchkontaktierung 206 entfernt werden.
Da die Dünnfilmwiderstandsschicht 204 in jedem
Fall sehr dünn
ist, besteht die Wahrscheinlichkeit, dass sie bei der Anwendung
eines Standard-Durchkontaktierungs-Ätzprozesses zum Ätzen der
Durchkontaktierungsöffnung 206 automatisch entfernt
wird. Ansonsten kann der Durchkontaktierungs-Ätzprozess so modifiziert werden,
dass eine andere chemische Zusammensetzung zum Ätzen verwendet wird, die auf
die Dicke der Dünnfilmwiderstandsschicht 204 abgestimmt
ist.
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Sobald
die Dünnfilmwiderstandsschicht 204 geätzt wurde,
wird dann, wie in 4 gezeigt, die Öffnung für die Durchkontaktierung 206 fertiggestellt. Ein
Teil der ersten dielektrischen Intermetall-Schicht 202,
die die erste metallische Verdrahtungsebene 203 und die
dielektrische Vor-Metall-Schicht 201 bedeckt, wird geätzt, so
dass die Durchkontaktierungsöffnung 206 an
der ersten metallischen Verdrahtungsebene 203 endet. Bei
einer alternativen Ausführungsform
wird die Öffnung
für die
Durchkontaktierung 206 auch nach unten bis zur Oberfläche der
metallischen Verdrahtung 203 geätzt, doch im Bereich der Durchkontaktierungsöffnung 206 ist
keine isolierende Schicht 205 auf dem Dünnfilmwiderstand 204 vorhanden.
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Der
Photoresist 211 wird dann durch Ätzen von der Oberfläche der
isolierenden Schicht 205 entfernt. Es wird ein herkömmlicher
Sputter-Ätzprozess angewendet,
um die dünne
Schicht isolierendes Material 205 auf der Dünnfilmwiderstandsschicht 204 im Bereich
der Durchkontaktierung 206 außerhalb des elektrisch aktiven
Bereichs des Widerstands zu entfernen. Bei einem dicken Film isolierendes
Material 205, der auf dem Dünnfilmwiderstand 204 bleibt, führt dies
lediglich zu einem partiellen Überätzen direkt
an der Dünnfilmwiderstandsschicht 204.
Der untere Teil der Öffnung
für die
Durchkontaktierung 206 wird mit der vollen Stärke der
Sputter-Ätzung
unterzogen.
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5 zeigt
eine Herstellungsstufe, bei der eine Verdrahtung für die Durchkontaktierung 206 gebildet
wird, indem die Durchkontaktierungsöffnung mit einem leitenden
Material gefüllt
wird. Die Dünnfilmwiderstandsschicht 204 deckt
mit Ausnahme der Stelle, an der sich die Öffnung für die Durchkontaktierung 206 befindet,
den kompletten Wafer ab, nachdem sie auf der Fläche des Intermetall-Dielektrikums 202 abgeschieden
wurde, die zu derjenigen Fläche des
Intermetall-Dielektrikums 202 entgegengesetzt ist,
die das Vor-Metall-Dielektrikum 201 berührt. Eine elektrisch leitende
Schicht, die Sperrschicht 213 genannt wird, wird auf der
Dünnfilmwiderstandsschicht, der
isolierenden Schicht 204 und in der Öffnung für die Durchkontaktierung 206 abgeschieden,
so dass sie die freiliegenden Flächen
der Durchkontaktierungsöffnung
(das geschlossene Ende der Durchkontaktierungsöffnung, die der ersten metallischen Verdrahtungsebene 203 am
nächsten
ist) bedeckt. Die Sperrschicht 213 (leitende Schicht) steht
in direktem elektrischen Kontakt mit der Dünnfilmwiderstandsschicht 204.
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Bei
einer Ausführungsform
kann zwischen der Sperrschicht 213 und der Dünnfilmwiderstandsschicht 204 ein
leitender Film abgeschieden werden, der eine Ätzstoppschicht für den Sperrschicht-Sputter-Ätzprozess
bildet. Wie oben beschrieben, wird die Sperrschicht 213 auf
der Struktur abgeschieden, so dass die freiliegenden Flächen der
Durchkontaktierungsöffnung
bedeckt sind. Die Sperrschicht 213 steht in elektrischem
Kontakt mit dem leitenden Film. Wie in 6 gezeigt,
wird dann eine Metallschicht, die eine zweite metallische Verdrahtungsebene 208 bildet,
auf der Sperrschicht 213 abgeschieden. Die herkömmliche
Fotolithographie wird angewendet, um die zweite metallische Verdrahtungsebene 208 und die
Widerstandsanschlussköpfe
gleichzeitig zu definieren. Das Muster für die Widerstandsanschlussköpfe überlappt
die isolierende Schicht 205.
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Ein
Photoresistmuster wird über
der Durchkontaktierung 206 abgeschieden und auch derart, dass
es die isolierende Schicht 205 über dem elektrisch aktiven
Bereich der Dünnfilmwiderstandsschicht 204 teilweise überlappt
und einen Teil der Dünnfilmwiderstandsschicht 204,
der nicht von der isolierenden Schicht 205 bedeckt ist,
teilweise überlappt.
Das bedeutet, dass die zweite metallische Verdrahtungsebene 208 den
elektrisch aktiven Bereich der Dünnfilmwiderstandsschicht 204 überlappt
und auch mit dem Teil der Dünnfilmwiderstandsschicht 204,
der außerhalb
ihres elektrisch aktiven Bereichs liegt, elektrisch in Kontakt steht.
Die Dünnfilmwiderstandsschicht 204 kann
entweder direkt (seitlich) innerhalb der zweiten metallischen Verdrahtungsebene 208 oder
durch die nachfolgende Durchkontaktierungsbidung mit der zweiten
metallischen Verdrahtungsebene 208, in 6 gezeigt,
verbunden werden.
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Die
Metallschicht wird dann geätzt,
um die zweite Verdrahtungsebene 208 und Widerstandsanschlussköpfe in den
nicht durch Photoresist bedeckten Bereichen zu bilden. Die sich
ergebende Struktur ist in 6 gezeigt.
Durch das Ätzen
der zweiten Metallschicht werden die Bereiche der Metallschicht
außerhalb des
Photoresists 211 und auch die freiliegenden Teile der Sperrschicht 213 (d.
h. der elektrisch leitenden Schicht 213) entfernt. In 6 ist
das Ergebnis eines Überätzungsprozesses
der zweiten Metallschicht gezeigt, der dazu verwendet wird, die
freiliegenden Teile der Dünnfilmwiderstandsschicht 204 zu
entfernen. Dadurch werden die metallischen Verdrahtungen in der
zweiten metallischen Verdrahtungsebene 208 (die über der
dielektrischen Vor-Metall-Schicht 201, der ersten dielektrischen
Intermetall-Schicht 202, der ersten metallischen Verdrahtungsebene 203 und
der Durchkontaktierung 206 gebildet ist) voneinander und
auch von dem Dünnfilmwiderstand 204 isoliert.
Die Widerstandsanschlussköpfe
in der zweiten metallischen Verdrahtungsebene 208 überlappen
(d. h. sie erstrecken sich über)
die Schicht isolierendes Material 205, die den Dünnfilmwiderstand 205 bedeckt,
und sie verbinden den Dünnfilmwiderstand 204 an
beiden Enden des elektrisch aktiven Bereichs (Soll-Bereich des Dünnfilmwiderstands).
Gemäß diesem
Aspekt der Erfindung ist es möglich,
die Sperrschicht 213 und eine oder mehr Schichten der zweiten
Verdrahtungsebene durch Verwendung derselben einzigen Maske zu ätzen. Da die
Sperrschicht (und wahlweise eine Ätzstoppschicht) über der
isolierenden Schicht 205 abgeschieden wird, wird das Risiko
einer Ätzung
durch die Dünnfilmwiderstandsschicht 204 vermieden.
Somit können
die normalen Ätzschritte,
die gewöhnlich
nur bei Schichten der Verdrahtungsebene (z. B. einer Metallschicht
MET2) angewendet werden, auch für die
leitende Schicht (Sperrschicht 213) angewendet werden.
Die Menge der isolierenden Schicht 205, die beim Überätzen der
zweiten metallischen Verdrahtungsebene 208 weggeätzt wird,
bestimmt die Ausgangsdicke der isolierenden Schicht 205 über dem elektrisch
aktiven Bereich der Dünnfilmwiderstandsschicht 204.
Das Ätzen
der zweiten metallischen Verdrahtungsebene 208 endet in
der isolierenden Schicht 205 und hat keine Wirkung auf
die Dünnfilmwiderstandsschicht.
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In
der oberen rechten Ecke von 6 ist eine
Draufsicht des Halbleiterbauelements gezeigt, bei der die Abmessungen
des aktiven TFR-Soll-Bereichs (WATFR × LATFR), der Sperrschicht 213,
der isolierenden Schicht TEOS 205 und der Kontaktbereiche
KONTAKT zwischen der Widerstandsschicht (TFR-Schicht) 204 und der Sperrschicht 213 veranschaulicht
sind. Die Breite und Länge
des aktiven TFR-Soll-Bereichs sind mit WATFR (Breite) und LATFR
(Länge)
angegeben. Der Kontaktbereich ist mit KONTAKT angegeben. Die Sperrschicht 213 erstreckt
sich über
die isolierende Schicht TEOS 205 hinaus, die bei dieser
Ausführungsform
den aktiven TFR-Soll-Bereich direkt abdeckt. Die Widerstandsanschlussköpfe (über den
Kontaktbereichen KONTAKT und die die isolierende Schicht 205 teilweise überlappen
können)
können
durch Verwendung einer einzigen Maske und in einem einzigen Ätzschritt
gebildet werden, bei dem das Intermetall-Dielektrikum (2. IMD) und/oder
die Sperrschicht und/oder die Widerstandsschicht auf einmal entfernt
werden. Die Widerstandsanschlussköpfe können auch unter Verwendung
von Öffnungen
in der isolierenden Schicht 205 gebildet werden. Auch wenn Öffnungen
in der isolierenden Schicht 205 verwendet werden, kann
vorteilhaft ein einziger Maskierungsschritt und Herstellungsschritt
zum Entfernen des Intermetall-Dielektrikums (2. IMD) und/oder der
Sperrschicht und/oder der Widerstandsschicht außerhalb des Kontaktbereichs
und des aktiven TFR-Soll-Bereichs angewendet werden.
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7 zeigt
die vollständige
Struktur der integrierten Schaltung 200 nach dem Entfernen
des Photoresists 211. Bei der vollständigen Struktur sind die erste
dielektrische Intermetall-Schicht 202 und die erste metallische
Verdrahtungsebene 203 auf der dielektrischen Vor-Metall-Schicht 201 vorgesehen,
wobei die Durchkontaktierung 206, die mit der Sperrschicht 213 beschichtet
ist, in der ersten dielektrischen Intermetall-Schicht 202 vorgesehen
ist. Die Dünnfilmwiderstandsschicht 204 ist
auf einer Fläche des
ersten Intermetall-Dielektrikums 202 vorgesehen, die zum
Vor-Metall-Dielektrikum entgegengesetzt ist, so dass sie diese Fläche der
ersten dielektrischen Intermetall-Schicht 202 teilweise
bedeckt. Die isolierende Schicht 205, die auf der Dünnfilmwiderstandsschicht 204 vorgesehen
ist, deckt die isolierende Schicht 205 nicht vollständig ab,
so dass die zweite metallische Verdrahtungsebene 208 sowohl mit
der Dünnfilmwiderstandsschicht 204 als
auch mit der isolierenden Schicht 205 in Kontakt stehen
kann. Herkömmliche
Lösungen
oder polymerentfernende chemische Zusammensetzungen können zum
Reinigen der Oberfläche
der Struktur verwendet werden, ohne die Dünnfilmwiderstandsschicht 204 unterhalb der
Schicht isolierendes Material 205 seitlich anzugreifen.
Die Dünnfilmwiderstandsschicht 204 wurde Teil
der zweiten metallischen Verdrahtungsschicht 208, doch
die Leistung der metallischen Verdrahtungen oder der Durchkontaktierung 206 wird
durch das Vorhandensein der Dünnfilmwiderstandsschicht 204 nicht
verändert.
Eine zweite dielektrische Intermetall-Schicht 209 wird
auf der Struktur abgeschieden, um die integrierte Schaltung 200 fertigzustellen.
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8 zeigt
eine Struktur einer integrierten Schaltung 200, die gemäß einer
Ausführungsform nach
der Abscheidung der zweiten dielektrischen Intermetall-Schicht 209 hergestellt
wird. Bei der gemäß dieser
Ausführungsform
der Erfindung hergestellten Struktur ist eine zusätzliche
leitende Schicht 212 in der zweiten metallischen Verdrahtungsebene 208 zwischen
der Sperrschicht 213 und der Dünnfilmwiderstandsschicht 204 vorhanden.
Diese leitende Schicht 212 bildet einen zusätzlichen Ätzstopp
beim Sperrschicht-Sputter-Ätzprozess.
Abgesehen von dem Vorhandensein der zusätzlichen leitenden Schicht
sind die übrigen
Schichten (sowie die Struktur und die Ausbildung der Schichten)
die gleichen wie die der in 7 gezeigten
integrierten Schaltung und besitzen die gleichen Bezugszeichen.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung, die anhand der 9 bis 11 beschrieben
ist, ist die Struktur der integrierten Schaltung 300 derart, dass
die Widerstandsanschlussköpfe
von dem Verdrahtungsmetall getrennt sind. Eine metallische Verdrahtung 303 ist
so auf einer dielektrischen Vor-Metall-Schicht 301 gebildet,
dass sie die dielektrische Vor-Metall-Schicht 301 nur teilweise
bedeckt. Ein erstes Intermetall-Dielektrikum 302 wird auf
der dielektrischen Vor-Metall-Schicht 301 abgeschieden und
bedeckt sowohl die dielektrische Vor-Metall-Schicht 301 als auch
die metallische Verdrahtung 303. Eine Dünnfilmwiderstandsschicht 304 wird
dann auf der Oberfläche
des ersten Intermetall-Dielektrikums
abgeschieden. Die Dünnfilmwiderstandsschicht 304 kann
auch, wie in den vorherigen Ausführungsformen,
aus SiCr hergestellt sein. Eine isolierende Schicht 305 ist
auf der Dünnfilmwiderstandsschicht 305 gebildet
und teilweise geätzt,
um Bereiche der Oberfläche
der Dünnfilmwiderstandsschicht 304 freizulegen.
Die isolierende Schicht 305 kann aus Tetraethylorthosilicat
(TEOS) bestehen. Ein Veraschungs- und Reinigungsprozess zum Reinigen
der freiliegenden Flächen
des Dünnfilmwiderstands 304 und
der isolierenden Schicht 305 wird dann durchgeführt.
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Eine
Metallschicht, die schließlich
die Widerstandsanschlussköpfe 314 bildet,
wird auf den freiliegenden Flächen
der Dünnfilmwiderstandsschicht 304 und
der isolierenden Schicht 305 abgeschieden, anschließend wird
ein Photoresist 311 in einem Muster der gewünschten
Widerstandsanschlussköpfe 314 auf
der Metallschicht abgeschieden. Die Widerstandsanschlussköpfe 314 können beispielsweise aus
Titan-Wolfram (TiW) oder aus einer Titan-Titannitrid-Mischung (Ti/TiN)
hergestellt sein. Die Metallschicht wird dann in den freiliegenden
Bereichen, die der Photoresist 311 nicht bedeckt, geätzt, so
dass die Widerstandsanschlussköpfe 314 gebildet
werden, die die isolierende Schicht 305 teilweise bedecken und
die Oberfläche
der Dünnfilmwiderstandsschicht 304 in
den Bereichen berühren,
in denen sie nicht von der isolierenden Schicht 305 bedeckt
ist. Beim Ätzen
der Metallschicht werden die Bereiche der Dünnfilmwiderstandsschicht 304,
die nicht von dem Photoresist 311 bedeckt sind, auch geätzt, wobei
das Ätzen
an der Oberfläche
des ersten Intermetall-Dielektrikums 302 und an der Oberfläche der
isolierenden Schicht 305 endet, die nicht von einem Muster aus
Photoresist 311 bedeckt sind. Die isolierende Schicht 305 wird
dann in einem Bereich zwischen den Widerstandsanschlussköpfen 314 freigelegt.
Ein weiterer Veraschungs- und Reinigungsprozess findet dann statt,
um den Photoresist 311 zu entfernen. Eine zweite dielektrische
Intermetall-Schicht 309 wird dann auf der isolierenden
Schicht 304, den Widerstandsanschlussköpfen 314 und der freiliegenden Fläche des
ersten Intermetall-Dielektrikums 302 abgeschieden, wobei
die Oberfläche
der zweiten dielektrischen Intermetall-Schicht 309 dann
durch chemisch-mechanische Planarisierung (CMP) bearbeitet wird.
Es werden dann Durchkontaktierungen 306 durch Ätzen von Öffnungen
im zweiten Intermetall-Dielektrikum 309 gebildet. Eine
Durchkontaktierungsöffnung
wird vollständig
durch das zweite Intermetall-Dielektrikum 309 und teilweise
durch das erste Intermetall-Dielektrikum 302 geätzt, so
dass sie an der Oberfläche
des Verdrahtungsmetalls 303 endet. Die anderen Durchkontaktierungsöffnungen
werden teilweise durch das zweite Intermetall-Dielektrikum 309 geätzt, so
dass sie an der Oberfläche
der Widerstandsanschlussköpfe 314 enden.
Die Durchkontaktierungsöffnungen
werden dann gefüllt,
um die Durchkontaktierungen 306 zu bilden, und anschließend wird
eine zweite Ebene von metallischen Verdrahtungen 308 auf
der Oberfläche
der Durchkontaktierungen 306 gebildet, um die Struktur
der integrierten Schaltung 300 zu vervollständigen.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung wird nun anhand der 12 und 13 beschrieben. 13 zeigt
die fertige integrierte Schaltung 400. Ein erster metallischer
Verdrahtungsbereich 403 und ein erstes Intermetall-Dielektrikum 402 werden auf
der Oberfläche
eines Vor-Metall-Dielektrikums 401 abgeschieden, so dass
das erste Intermetall-Dielektrikum 402 sowohl die Oberfläche des
Vor-Metall-Dielektrikums 401 als auch die Oberfläche des ersten
metallischen Verdrahtungsbereichs 403 bedeckt. Das erste
Intermetall-Dielektrikum 402 wird dann planarisiert, und
eine Dünnfilmwiderstandsschicht 404 wird
auf der Oberfläche
des ersten Intermetall-Dielektrikums 402 abgeschieden.
Eine isolierende Schicht 405, beispielsweise aus TEOS,
wird auf der Dünnfilmwiderstandsschicht 404 abgeschieden.
Wie bei den oben beschriebenen vorhergehenden Ausführungsformen
wird dann eine Öffnung
für eine
Durchkontaktierung 406 durch die isolierende Schicht 405,
die Dünnfilmwiderstandsschicht 404 und
die erste dielektrische Intermetall-Schicht 402 geätzt. Das Ätzen wird
an der Oberfläche
des ersten metallischen Verdrahtungsbereichs 403 beendet.
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Eine
Sperrschicht 420 wird dann abgeschieden, so dass sie die
Oberfläche
der isolierenden Schicht 405 sowie alle freiliegenden Flächen in
der Durchkontaktierungsöffnung 406 bedeckt.
Die Sperrschicht 420 kann aus TiN hergestellt und durch
chemische Gasphasenabscheidung (CVD) abgeschieden werden. Eine Wolframschicht 415 wird
dann so über
der Sperrschicht 420 abgeschieden, dass sie die Durchkontaktierungsöffnung 406 füllt und
darin einen Stopfen bildet. Das überschüssige Wolfram 415,
das nicht den Stopfen in der Durchkontaktierungsöffnung 406 bildet,
und die Sperrschicht 420 können durch CMP entfernt werden,
das auf der isolierenden Schicht 405 endet. Zur Bildung
der Durchkontaktierung 406 kann es wünschenswert sein, dass der
Wolframstopfen bezüglich
der Oberfläche der
isolierenden Schicht 405 in der Durchkontaktierungsöffnung kein
bisschen vertieft ist. In dieser Ausführungsform ist es jedoch auch
möglich,
den Wolframstopfen 415 mit Bezug auf die isolierende Schicht 405 zu
vertiefen, so dass die Höhe
des Absatzes nach dem Ätzen
der isolierenden Schicht 405 minimiert ist. Ein Photoresistmuster
kann dann dazu verwendet werden, die isolierende Schicht 405 in
dem Bereich abzudecken, in dem ein elektrisch aktiver Bereich der
Dünnfilmwiderstandsschicht 404 gewünscht ist,
wobei die Stelle, an der sich die Durchkontaktierung 415 befindet,
freiliegt, d. h. nicht mit Photoresist bedeckt ist. Die isolierende
Schicht 405 kann teilweise trockengeätzt werden, so dass nur ein sehr
dünner
Film der isolierenden Schicht 405 auf der Dünnfilmwiderstandsschicht 404 verbleibt.
Der Wolframstopfen 415 kann gleichzeitig mit dem Ätzen der isolierenden
Schicht 405 geätzt
werden. Wie oben erläutert,
kann die Höhe
des Wolframstopfens 415 in der Durchkontaktierungsausnehmung
bezüglich
der Oberfläche
der isolierenden Schicht 405 so gewählt werden, dass die Höhe des Absatzes
der Durchkontaktierung 406 in der Endstruktur der integrierten Schaltung 400 bezüglich der
Oberfläche
der isolierenden Schicht 405 minimiert ist.
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Die
Struktur kann in Fluorwasserstoffsäure (HF) eingetaucht werden,
die den verbleibenden freiliegenden dünnen Film der isolierenden
Schicht 405 entfernt, und der Photoresist kann durch einen
Veraschungs- und Reinigungsprozess von der Oberfläche der
isolierenden Schicht 405 entfernt werden. Das Entfernen
des Photoresists kann entweder vor oder nach dem Eintauchen in HF
stattfinden. Die Oberfläche
der Struktur kann alternativ einer Sputter-Ätzung unterzogen werden, bevor
eine Metallschicht abgeschieden wird, die zur Bildung der zweiten
metallischen Verdrahtungsebene 408 verwendet wird. Die Metallschicht
kann beispielsweise eine Mehrschichtstruktur aus Ti/TiN/Al/TiN sein.
Bei dieser Ausführungsform
ist keine Dünnfilmwiderstandsschicht zwischen
dem Wolframstopfen 415 an der Oberfläche der Durchkontaktierung 406 und
der zweiten metallischen Verdrahtungsebene 408 vorhanden.
Ein weiteres Photoresistmuster kann in dem Muster der zweiten metallischen
Verdrahtungsebene 408 auf der Metallschicht abgeschieden
werden. Dieses Muster deckt die Verdrahtungsleitung über der
Durchkontaktierung 406 und dem elektrisch aktiven Bereich
der Dünnfilmwiderstandsschicht 404 ab,
um eine elektrische Verbindung mit der Durchkontaktierung 406 und dem
elektrisch aktiven Bereich der Dünnfilmwiderstandsschicht 404 zuzulassen.
Die freiliegende Metallschicht wird geätzt, um das überschüssige Metall, das
nicht die zweite Verdrahtungsebene 408 bildet, zu entfernen. Über der
Durchkontaktierung 406 und dem elektrisch aktiven Bereich
des Dünnfilmwiderstands 404 werden
auf beiden Seiten dieses Bereichs metallische Verdrahtungen 408 gebildet,
um Widerstandsanschlussköpfe
zu schaffen. Ein weiterer Ätzschritt
entfernt die freiliegenden Teile der Dünnfilmwiderstandsschicht 404,
der in der isolierenden Schicht 405 endet, so dass die
isolierende Schicht 405 teilweise geätzt ist und eine Schutzabdeckung über dem
elektrisch aktiven Bereich des Dünnfilmwiderstands 404 bildet.
Eine zweite dielektrische Intermetall-Schicht 409 wird über der
zweiten Ebene von metallischen Verdrahtungen 408 abgeschieden, um
die metallischen Verdrahtungen 408 vollständig zu
bedecken.
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Als
alternative Ausführungsform
kann die Durchkontaktierung 406 vor der Abscheidung der Dünnfilmwiderstandsschicht 404 und
der isolierenden Schicht 405 in der ersten dielektrischen
Intermetall-Schicht gebildet werden. Diese Herstellungsstufe ist
in 14 gezeigt. Die Struktur der integrierten Schaltung 400 dieser
alternativen Ausführungsform ist
in 15 gezeigt. Die Bildung der Durchkontaktierung 406 kann
durch Ätzen
einer Durchkontaktierungsöffnung,
die an der Oberfläche
des ersten metallischen Verdrahtungsbereichs 403 (der auf
der Oberfläche
der dielektrischen Vor-Metall-Schicht 401 gebildet ist)
endet, durch Füllen
der Durchkontaktierungsöffnung
mit einem Wolframstopfen 415 und durch Bearbeiten der Oberfläche des
Wolframstopfens 415 mit W-CMP durchgeführt werden. Nach dem Schritt,
in dem die Bildung der Durchkontaktierung 406 durch W-CMP
vollendet wird, kann die Dünnfilmwiderstandsschicht 404 auf
der Oberfläche des
ersten Intermetall-Dielektrikums 402 und auf der freiliegenden
Fläche
des Wolframstopfens in der Durchkontaktierung 406 abgeschieden
werden. Eine isolierende Schicht 405 kann dann über der
Dünnfilmwiderstandsschicht 404 abgeschieden
werden, und ein Photoresist kann den Bereich abdecken, in dem das
Vorhandensein des elektrisch aktiven Bereichs der Dünnfilmwiderstandsschicht 404 gewünscht ist.
Ein Trockenätzen,
das von einem Nassätzen
gefolgt wird, entfernt die freiliegenden Bereiche der isolierenden
Schicht 405, die nicht von dem Photoresist bedeckt sind.
Die Ätzung
endet an der Oberfläche
der Dünnfilmwiderstandsschicht 404.
Der Photoresist wird dann durch einen Standard-Reinigungsprozess
entfernt. Wie bei der vorhergehenden Ausführungsform kann eine Metallschicht
abgeschieden und geätzt
werden, um eine zweite Ebene von metallischen Verdrahtungen 408 über der
Durchkontaktierung 406 und dem elektrisch aktiven Bereich der
Dünnfilmwiderstandsschicht 404 zu
bilden, und die freiliegenden Bereiche der Dünnfilmwiderstandsschicht 404,
die nicht von den metallischen Verdrahtungen 408 bedeckt
sind, werden dann geätzt,
wobei die Ätzung
an der Oberfläche
der ersten dielektrischen Intermetall-Schicht 402 endet.
Eine zweite dielektrische Intermetall-Schicht 409 kann
dann abgeschieden werden, um die Oberfläche der Struktur vollständig abzudecken.
Bei dieser Ausführungsform gibt
es keine Änderung
des Maßes,
in dem der Wolframstopfen 415 vertieft ist, d. h. es gibt
keine Änderung
der Höhe
des Absatzes in Bezug auf die umliegenden Strukturen, wobei es jedoch
keine direkte Verbindung zwischen der Durchkon taktierung 406 und
der zweiten metallischen Verdrahtungsebene 408 gibt, da
die Dünnfilmwiderstandsschicht 404 zwischen
der Durchkontaktierung 406 und der zweiten metallischen
Verdrahtungsebene 408 verbleibt.
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Bei
einigen oder allen Ausführungsformen kann
die Dünnfilmwiderstandsschicht
in der Struktur der integrierten Schaltung zwischen der ersten dielektrischen
Intermetall-Schicht und einer isolierenden Schicht eingebettet sein.
Die Widerstandsschicht kann auch zwischen dem ersten Intermetall-Dielektrikum
und dem zweiten metallischen Dielektrikum liegen. Die Widerstandsschicht
wird direkt von der isolierenden Schicht bedeckt. Nach dem Strukturieren der
isolierenden Schicht kann sich die Widerstandsschicht über die
isolierende Schicht erstrecken. Das bedeutet, dass die physischen
Abmessungen (Länge,
Breite) der Widerstandsschicht größer sein können als die physischen Abmessungen
der verbleibenden isolierenden Schicht nach dem Strukturieren der
isolierenden Schicht. Dies vereinfacht den Herstellungsprozess.
Bei einer alternativen Ausführungsform
kann eine Öffnung
in der isolierenden Schicht zur Kontaktierung der Widerstandsschicht gebildet
werden.