DE112020006814T5

DE112020006814T5 - Dünnfilmwiderstand (TFR), hergestellt in einer integrierten Schaltungsvorrichtung unter Verwendung von TFR-Deckschicht(en) als Ätzstopp und/oder Hartmaske

Info

Publication number: DE112020006814T5
Application number: DE112020006814.5T
Authority: DE
Inventors: Paul Fest; Jacob Williams; Josh Kaufman
Original assignee: Microchip Technology Inc
Current assignee: Microchip Technology Inc
Priority date: 2020-02-28
Filing date: 2020-11-23
Publication date: 2023-02-16
Also published as: WO2021173200A1; CN114730838A; US20210272725A1; US11508500B2

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Ausbilden eines Dünnschichtwiderstands (TFR) in einer integrierten Schaltungs- (IC-) Vorrichtung bereitgestellt. Ein TFR-Film wird über einer IC-Struktur, die IC-Elemente und IC-Elementkontakte beinhaltet, ausgebildet und getempert. Mindestens eine TFR-Deckschicht wird ausgebildet, und eine TFR-Ätzung definiert ein TFR-Element aus dem TFR-Film. Eine TFR-Kontaktätzung bildet TFR-Kontaktöffnungen über dem TFR-Element aus, und eine Metallschicht wird über der IC-Struktur ausgebildet und erstreckt sich in die TFR-Kontaktöffnungen, um Metallkontakte zu den IC-Elementkontakten und dem TFR-Element auszubilden. Die TFR-Deckschicht(en), z. B. eine SiN-Deckschicht und/oder eine Oxiddeckschicht, die über dem TFR-Film ausgebildet sind, können (a) einen Ätzstopp während des TFR-Kontaktätzens bereitstellen und/oder (b) eine Hartmaske während des TFR-Ätzens bereitstellen, was die Verwendung einer Fotomaske eliminieren kann und dadurch das Entfernen des Fotomaskenpolymers nach dem Ätzen eliminieren kann.

Description

VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität vor der gemeinsam besessenen vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/982,905 , eingereicht am 28. Februar 2020, deren gesamter Inhalt hiermit durch Bezugnahme für alle Zwecke aufgenommen wird.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf das Ausbilden von Dünnschichtwiderständen, z. B. Systeme und Verfahren zum Ausbilden eines Dünnschichtwiderstands, der in eine integrierte Halbleiterschaltungs- (IC-) Vorrichtung integriert ist.
HINTERGRUND
Viele integrierte Schaltungen („IC“) beinhalten Dünnschichtwiderstände (TFRs), die verschiedene Vorteile gegenüber anderen Arten von Widerständen bieten. Beispielsweise können TFRs sehr genau sein und können fein abgestimmt werden, um einen sehr genauen Widerstandswert bereitzustellen. Als weiteres Beispiel haben TFRs typischerweise kleinere parasitäre Komponenten, was ein vorteilhaftes Hochfrequenzverhalten bereitstellt. Außerdem haben TFRs typischerweise einen niedrigen Temperaturkoeffizienten des Widerstands (TCR), z. B. nach einem geeigneten Glühprozess, um den TCR auf einen Wert nahe null „abzustimmen“, was einen stabilen Betrieb über einen weiten Bereich von Betriebstemperaturen bereitstellen kann. Ein TFR-Tempern kann bei über 500°C durchgeführt werden, z. B. im Bereich von 500-525°C, um den TCR-Wert zu optimieren.
Ein TFR kann jeden geeigneten Widerstandsfilm aufweisen, der auf oder in einem isolierenden Substrat ausgebildet ist. Einige übliche IC-integrierte TFR-Widerstandsfilmmaterialien weisen SiCr, SiCCr, TaN und TiN auf, obwohl beliebige andere geeignete Materialien verwendet werden können. Die Herstellung integrierter TFRs erfordert typischerweise das Hinzufügen zahlreicher Verarbeitungsschritte zum Backend-IC-Integrationsablauf, wie z. B. mehrere teure Fotomaskenprozesse. Es wäre vorteilhaft, die Anzahl solcher Schritte zu reduzieren, insbesondere die Anzahl der Fotomaskenprozesse, um die Kosten der integrierten TFR-Fertigung zu reduzieren.
Ein weiteres Problem betrifft das Ausbilden und Tempern von TFRs in IC-Vorrichtungen, die Aluminiumverbindungsschichten verwenden (z. B. Verbindungsschichten, die aus Aluminium, Aluminiumkupfer oder Aluminiumsiliziumkupfer ausgebildet sind), aufgrund des relativ niedrigen Schmelzpunkts von Aluminium. Eine gemeinsame Aluminium-Verbindungsschicht wird als Schichtstapel ausgebildet, beispielsweise eine Ti-Schicht, gefolgt von einer TiN-Schicht, gefolgt von einer AlSiC-Schicht (oder AlCu- oder Al-Schicht), gefolgt von einer zweiten Ti-Schicht und schließlich einem zweiten TiN Schicht. Ein typisches TFR-Tempern, das Temperaturen bei oder über 500°C aufweisen kann, kann eine solche Aluminiumverbindung negativ beeinflussen, die eine akzeptierte Glühtemperaturgrenze von etwa 450°C aufweist. Beispielsweise kann sich in einem oben beschriebenen Aluminium-Verbindungsschichtstapel, wenn ein TFR nach dem Ausbilden eines Aluminium-Verbindungsschichtstapels ausgebildet und getempert wird (z. B. bei einer Temperatur von oder über 500°C), TiAl3 an Korngrenzen innerhalb des Aluminium-Verbindungsschichtstapels ausbilden, welches den Schichtwiderstand der Aluminiumverbindung erhöht (z. B. um einen Faktor von 50 oder mehr), was Elektromigrationsprobleme in der IC-Struktur verursachen kann.
Noch ein weiteres Problem bei bestimmten TFR-Integrationsprozessen beinhaltet die Ausbildung von schweren Polymerresten aus einer Polymerfotomaske, die für eine TFR-Ätzung verwendet wird, z. B. während der Ausbildung des TFR selbst. Es ist typischerweise schwierig, solche Polymerrückstände zu verhindern oder vollständig zu entfernen, da ein chemischer Reinigungsprozess zum Entfernen solcher Polymerrückstände empfindliche Strukturen in dem Bereich beschädigen kann, wie z. B. Kontakte von IC-Elementen (z. B. Wolframdurchkontaktierungen), die der chemischen Reinigung ausgesetzt sind.
ZUSAMMENFAS SUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung behandeln verschiedene Probleme mit herkömmlichen TFR-Integrationen durch Ausbilden eines Dünnschichtwiderstands (TFR) nach dem Ausbilden von IC-Elementen (z. B. Speichervorrichtungen) und Kontakten (z. B. Wolframdurchkontaktierungen), aber vor dem Ausbilden einer ersten Metall-/Verbindungsschicht, oft als „Metall-1“-Schicht bezeichnet. Durch Ausbilden der TFR vor dem Ausbilden der Metall-1-Schicht kann ein TFR-Tempern bei Temperaturen durchgeführt werden, die das Material der Metall-1-Schicht negativ beeinflussen würden, beispielsweise wenn Aluminium (oder ein anderes Metall mit niedriger Schmelztemperatur) für die Metall-1-Schicht verwendet wird. Somit ermöglicht das Ausbilden des TFR vor dem Ausbilden der Metall-1-Schicht (z. B. Aluminium-Metall-1-Schicht) ein TFR-Tempern bei einer optimalen Temperatur (z. B. um einen TCR-Wert des TFR-Films zu optimieren), beispielsweise ein Tempern bei oder über 500 °C (z. B. im Bereich von 500-525°C). Somit ermöglichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Ausbildung und das optimale Tempern eines TFR in einem IC-Produktionsfluss, der eine Aluminiumverbindung verwendet.
Wie hierin verwendet, kann „Ausbilden“ einer bestimmten Materialschicht (oder einer anderen Struktur) das Abscheiden der jeweiligen Materialschicht, das Aufwachsen der jeweiligen Materialschicht (z. B. das Aufwachsen einer Oxidschicht) oder das anderweitige Ausbilden der jeweiligen Materialschicht aufweisen und kann verschiedene Verfahrensschritte aufweisen, die gemäß Stand der Technik in Bezug auf das Ausbilden verschiedener Arten von Schichten in einer IC-Struktur bekannt sind.
Außerdem kann ein „Ätzprozess“, wie er hier verwendet wird, einen einzelnen Ätzvorgang oder mehrere Ätzvorgänge aufweisen, die unterschiedliche Ätzchemien oder andere Ätzparameter aufweisen können.
In einigen Ausführungsformen weist der Prozess zum Ausbilden des TFR nur zwei zum Hintergrund-IC-Produktionsablauf (d. h. dem IC-Produktionsablauf ohne Ausbilden des TFR) hinzugefügte Fotomasken auf.
In einigen Ausführungsformen weist der TFR-Integrationsprozess das Ausbilden einer relativ dünnen Nitriddeckschicht (z. B. einer SiN-Deckschicht) über der TFR-Filmschicht auf, die als Ätzstopp während einer TFR-Kontaktätzung zum Ausbilden von Kontaktöffnungen zum Koppeln einer Metallverbindungsschicht (z. B. Metall-1-Schicht) mit dem TFR wirkt. Die Nitriddeckschicht kann einen Schutz für darunter liegende Strukturen bereitstellen, z. B. Wolframdurchkontaktierungen oder andere IC-Elementkontakte, was die Verwendung einer chemischen Reinigung (die häufig für ungeschützte Strukturen schädlich ist) zum Entfernen von während des TFR-Ätzprozesses ausgebildeten Fotoresistpolymerresten ermöglichen kann.
In anderen Ausführungsformen wirkt eine über der TFR-Filmschicht ausgebildete NitridDeckschicht (z. B. SiN-Deckschicht) sowohl (a) als eine Hartmaske während einer TFR-Ätzung zum Definieren eines TFR-Elements aus einer TFR-Filmschicht als auch (b) als einen Ätzstopp während eines nachfolgenden TFR-Kontaktätzens zum Ausbilden von Kontaktöffnungen zum Koppeln einer Metallverbindungsschicht (z. B. Metall-1-Schicht) mit dem TFR. Durch Bereitstellen einer Nitriddeckschicht, die während des TFR-Ätzens als Hartmaske wirkt, kann vorhandenes Fotolackmaterial (falls vorhanden) auf der Struktur vor dem Durchführen des TFR-Ätzens entfernt werden, wodurch die Ausbildung von Polymermaterial während des TFR-Ätzprozesses eliminiert oder stark reduziert wird, und somit die Notwendigkeit einer chemischen Reinigung eines solchen Polymermaterials eliminiert oder reduziert wird. Zusätzlich kann die Nitriddeckschicht während des TFR-Kontaktätzens zugrunde liegende Strukturen schützen, z. B. Wolframdurchkontaktierungen oder andere IC-Elementkontakte.
In noch anderen Ausführungsformen wird eine Oxiddeckschicht über der Nitriddeckschicht ausgebildet, wobei die Schichten während des TFR-Ätzens (zum Definieren eines TFR-Elements aus einer TFR-Filmschicht) kollektiv als eine Hartmaske wirken, um die Ausbildung von Polymer während der TFR-Ätzung zu reduzieren oder zu eliminieren. Die Oxiddeckschicht kann während des TFR-Ätzens abgerundet werden, was dazu beitragen kann, das Auftreten von elektrischen Kurzschlüssen („Stringers“) entlang des TFR-Elements und zwischen benachbarten Metallschichtstrukturen (z. B. Metall-1-Schichtstrukturen) zu verhindern.
In einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Ausbilden eines integrierten Dünnschichtwiderstands (TFR) in einer integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtung bereitgestellt. Es wird eine Struktur einer integrierten Schaltung (IC) bereitgestellt, die eine Vielzahl von IC-Elementen und eine Vielzahl von mit der Vielzahl von IC-Elementen verbundenen leitfähigen IC-Elementkontakten aufweisen kann. Eine TFR-Filmschicht wird über der IC-Struktur ausgebildet, und eine TFR-Ätzstoppdeckschicht wird über der TFR-Filmschicht ausgebildet. Ein erster Ätzprozess wird durchgeführt, um ausgewählte Abschnitte der TFR-Ätzstoppdeckschicht und zugrunde liegender Abschnitte der TFR-Filmschicht zu entfernen, wodurch eine Ätzstoppdeckschicht und ein zugrunde liegendes TFR-Element definiert werden. Über der Struktur wird eine Oxiddeckschicht ausgebildet. Ein zweites Ätzen wird durchgeführt, um zumindest eine Oxiddeckschichtöffnung in der Oxiddeckschicht über dem TFR-Element auszubilden, wobei der zweite Ätzprozess an der Ätzstoppdeckschicht stoppt, und ein dritter Ätzprozess wird durch die zumindest eine Oxiddeckschichtöffnung zum Ausbilden zumindest einer TFR-Kontaktöffnung in der Ätzstoppdeckschicht durchgeführt, wodurch eine Oberfläche des TFR-Elements freigelegt wird. Eine Metallverbindungsschicht wird über der IC-Struktur ausgebildet und beinhaltet (a) zumindest ein Metallverbindungselement, das mit zumindest einem der Vielzahl von leitenden IC-Elementkontakten gekoppelt ist, und (b) zumindest eine Metallverbindung, die sich in den zumindest eine TFR-Kontaktöffnung erstreckt, um das zugrunde liegende TFR-Element zu kontaktieren.
In einigen Ausführungsformen kann ein TFR-Tempern jederzeit nach dem Ausbilden der TFR-Filmschicht, aber vor dem Abscheiden der Metallverbindungsschicht durchgeführt werden, z. B. um einen thermischen Widerstandskoeffizienten (TCR) der TFR-Filmschicht oder des TFR-Elements zu reduzieren und/oder zu optimieren. Beispielsweise kann ein TFR-Tempern vor dem ersten Ätzen zum Definieren des TFR-Elements oder nach dem ersten Ätzen zum Definieren des TFR-Elements und vor oder nach dem Ausbilden der Oxiddeckschicht oder zu einem beliebigen anderen Zeitpunkt nach dem Ausbilden der TFR-Filmschicht durchgeführt werden, aber vor dem Abscheiden der Metallverbindungsschicht. Wie hierin verwendet, bedeutet „Reduzieren“ des TCR der TFR-Filmschicht oder des TFR-Elements das Reduzieren eines Absolutwerts des TCR-Werts, d. h. das Bewegen des TCR näher an Null.
In einigen Ausführungsformen weist das TFR-Tempern ein Tempern bei einer Temperatur von zumindest 500°C auf. In einigen Ausführungsformen weist das TFR-Tempern ein Tempern bei einer Temperatur von 515°C ± 10°C für eine Dauer von 15-60 Minuten auf.
In einigen Ausführungsformen weist das Verfahren weiterhin das Ausbilden einer dielektrischen Ätzstoppschicht über der IC-Struktur vor dem Ausbilden der TFR-Filmschicht auf, wobei das erste Ätzen an der dielektrischen Ätzstoppschicht stoppt.
In einigen Ausführungsformen weist die IC-Struktur eine Speicherzellen- oder Transistorstruktur auf, die zumindest einen leitenden IC-Elementkontakt aufweist, der mit zumindest einem von einem Source-Bereich, einem Drain-Bereich und einem Gate-Bereich der Speicherzellen- oder Transistorstruktur verbunden ist.
In einigen Ausführungsformen weist die TFR-Filmschicht Siliziumkarbidchrom (SiCCr), Siliziumchrom (SiCr), Chromsiliziumnitrid (CrSiN), Tantalnitrid (TaN), Tantalsilizid (Ta2Si) oder Titannitrid (TiN) auf.
In einigen Ausführungsformen weist die Ätzstoppdeckschicht Siliziumnitrid (SiN) auf.
In einigen Ausführungsformen weist die Metallverbindungsschicht Aluminium auf.
In einigen Ausführungsformen weist der zweite Ätzprozess eine Nassätzung auf.
In einigen Ausführungsformen weist das Ausbilden der Metallverbindungsschicht das Ausbilden eines bestimmten Metallverbindungselements auf, das eine leitende Verbindung zwischen dem TFR-Element und zumindest einem der Vielzahl von leitenden IC-Elementkontakten definiert.
In einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Ausbilden eines integrierten Dünnschichtwiderstands (TFR) in einer integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtung bereitgestellt. Es wird eine Struktur einer integrierten Schaltung (IC) bereitgestellt, die eine Vielzahl von IC-Elementen und eine Vielzahl von mit der Vielzahl von IC-Elementen verbundenen leitfähigen IC-Elementkontakten aufweisen kann. Eine erste Ätzstoppschicht (z. B. eine erste SiN-Schicht) wird über der IC-Struktur ausgebildet. Über der ersten Ätzstoppschicht wird eine TFR-Filmschicht ausgebildet. Eine TFR-Hartmaskendeckschicht (z. B. zweite SiN-Schicht) wird über der TFR-Filmschicht ausgebildet. Eine erste Fotomaske wird über einem Abschnitt der TFR-Hartmaskendeckschicht ausgebildet und gemustert. Ein erster Ätzprozess wird durchgeführt, um freigelegte Teile der TFR-Hartmaskendeckschicht und zugrunde liegende Teile der TFR-Filmschicht zu entfernen, wodurch eine TFR-Hartmaskendeckschicht und ein zugrunde liegendes TFR-Element zurückbleiben, wobei der erste Ätzprozess an der ersten Ätzstoppschicht stoppt. Verbleibende Teile der ersten Fotomaske werden entfernt. Dann wird eine Oxiddeckschicht ausgebildet, und eine zweite Fotomaske wird über der Oxiddeckschicht ausgebildet und mit einem Muster versehen, wobei zumindest eine zweite Maskenöffnung über dem TFR-Element ausgerichtet ist. Ein zweiter Ätzprozess wird durchgeführt, um zumindest eine Oxiddeckschichtöffnung in der Oxiddeckschicht über dem TFR-Element auszubilden, und verbleibende Teile der zweiten Fotomaske werden entfernt. Ein dritter Ätzprozess wird durch die zumindest eine Oxiddeckschichtöffnung durchgeführt, um zumindest eine TFR-Kontaktöffnung in der TFR-Hartmaskendeckschicht über dem TFR-Element auszubilden, wodurch eine Oberfläche des TFR-Elements freigelegt wird. Eine Metallverbindungsschicht wird ausgebildet, die sich über der Vielzahl von leitfähigen IC-Elementkontakten und über der TFR-Hartmaskendeckschicht erstreckt und sich in die zumindest eine TFR-Kontaktöffnung in der TFR-Hartmaskendeckschicht erstreckt. Eine dritte Fotomaske wird ausgebildet und strukturiert, und ein vierter Ätzprozess wird durchgeführt, um ausgewählte Abschnitte der Metallverbindungsschicht zu entfernen, um dadurch eine Vielzahl von Metallverbindungselementen zu definieren.
In einigen Ausführungsformen kann ein TFR-Tempern jederzeit nach dem Ausbilden der TFR-Filmschicht, aber vor dem Abscheiden der Metallverbindungsschicht durchgeführt werden, z. B. um einen thermischen Widerstandskoeffizienten (TCR) der TFR-Filmschicht oder des TFR-Elements zu reduzieren und/oder zu optimieren. Beispielsweise kann ein TFR-Tempern vor dem ersten Ätzen zum Definieren des TFR-Elements oder nach dem ersten Ätzen zum Definieren des TFR-Elements und vor oder nach dem Ausbilden der Oxiddeckschicht oder zu einem beliebigen anderen Zeitpunkt nach dem Ausbilden der TFR-Filmschicht durchgeführt werden, aber vor dem Abscheiden der Metallverbindungsschicht.
In einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Ausbilden eines integrierten Dünnschichtwiderstands (TFR) in einer integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtung bereitgestellt. Es wird eine Struktur einer integrierten Schaltung (IC) bereitgestellt, die eine Vielzahl von IC-Elementen und eine Vielzahl von mit der Vielzahl von IC-Elementen verbundenen leitfähigen IC-Elementkontakten aufweisen kann. Über der IC-Struktur wird eine TFR-Filmschicht ausgebildet, und über der TFR-Filmschicht wird eine TFR-Hartmaskendeckschicht ausgebildet. Eine Fotomaske wird über der TFR-Hartmaskendeckschicht ausgebildet und gemustert, ein erster Ätzprozess wird durchgeführt, um ausgewählte Abschnitte der TFR-Hartmaskendeckschicht zu entfernen, wodurch eine TFR-Hartmaskendeckschicht definiert wird, wobei der erste Ätzprozess an der TFR-Filmschicht stoppt, und die Fotomaske wird entfernt. Nachdem die Fotomaske entfernt ist, wird ein zweiter Ätzprozess durchgeführt, bei dem die TFR-Hartmaskendeckschicht als Hartmaske wirkt, um ausgewählte Abschnitte der TFR-Filmschicht zu entfernen, um dadurch ein TFR-Element unter der TFR-Hartmaskendeckschicht zu definieren. Über der Struktur wird eine Oxiddeckschicht ausgebildet. Ein dritter Ätzprozess wird durchgeführt, um zumindest eine Oxiddeckschichtöffnung in der Oxiddeckschicht über dem TFR-Element auszubilden, und ein vierter Ätzprozess wird durch die zumindest eine Oxiddeckschichtöffnung hindurch durchgeführt, um zumindest eine TFR-Kontaktöffnung in der TFR-Hartmaskendeckschicht über dem TFR-Element auszubilden, wodurch eine Oberfläche des TFR-Elements freigelegt wird. Eine Metallverbindungsschicht wird über der IC-Struktur ausgebildet, wobei die Metallverbindungsschicht (a) zumindest ein Metallverbindungselement, das mit zumindest einem der Vielzahl von leitenden IC-Elementkontakten gekoppelt ist, und (b) zumindest eine Metallverbindung, die sich in die zumindest eine TFR-Kontaktöffnung hinein erstreckt, um das zugrunde liegende TFR-Elements zu kontaktieren.
In einigen Ausführungsformen kann ein TFR-Tempern jederzeit nach dem Ausbilden der TFR-Filmschicht, aber vor dem Abscheiden der Metallverbindungsschicht durchgeführt werden, z. B. um einen thermischen Widerstandskoeffizienten (TCR) der TFR-Filmschicht oder des TFR-Elements zu reduzieren und/oder zu optimieren. Beispielsweise kann ein TFR-Tempern vor dem Ausbilden der Fotomaske über der TFR-Hartmaskendeckschicht oder nach dem zweiten Ätzen zum Definieren des TFR-Elements und vor oder nach dem Ausbilden der Oxiddeckschicht oder zu einem beliebigen anderen Zeitpunkt nach dem Ausbilden der TFR-Filmschicht durchgeführt werden, aber vor dem Abscheiden der Metallverbindungsschicht.
In einigen Ausführungsformen weist das TFR-Tempern ein Tempern bei einer Temperatur von zumindest 500°C auf. In einigen Ausführungsformen weist das TFR-Tempern ein Tempern bei einer Temperatur von 515°C ± 10 °C für eine Dauer von 15-60 Minuten auf.
In einigen Ausführungsformen weist die IC-Struktur eine Speicherzellen- oder Transistorstruktur auf, die zumindest einen leitenden IC-Elementkontakt aufweist, der mit zumindest einem von einem Source-Bereich, einem Drain-Bereich und einem Gate-Bereich der Speicherzellen- oder Transistorstruktur verbunden ist.
In einigen Ausführungsformen rundet der zweite Ätzprozess obere Ecken der TFR-Hartmaskendeckschicht ab.
In einigen Ausführungsformen weist das Verfahren weiterhin das Ausbilden einer dielektrischen Ätzstoppschicht über der IC-Struktur vor dem Ausbilden der TFR-Filmschicht auf, wobei das erste Ätzen an der dielektrischen Ätzstoppschicht stoppt
In einigen Ausführungsformen weist die TFR-Filmschicht Siliziumkarbidchrom (SiCCr), Siliziumchrom (SiCr), Chromsiliziumnitrid (CrSiN), Tantalnitrid (TaN), Tantalsilizid (Ta2Si) oder Titannitrid (TiN) auf.
In einigen Ausführungsformen weist die TFR-Hartmaskendeckschicht Siliziumnitrid (SiN) auf.
In einigen Ausführungsformen weist die Metallverbindungsschicht Aluminium auf.
In einigen Ausführungsformen weist der zweite Ätzprozess eine Nassätzung auf.
In einigen Ausführungsformen weist das Ausbilden der Metallverbindungsschicht das Ausbilden eines bestimmten Metallverbindungselements auf, das eine leitende Verbindung zwischen dem TFR-Element und zumindest einem der Vielzahl von leitenden IC-Elementkontakten definiert.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein weiteres Verfahren zum Ausbilden eines integrierten Dünnschichtwiderstands (TFR) in einer integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtung bereitgestellt. Es wird eine Struktur einer integrierten Schaltung (IC) bereitgestellt, die eine Vielzahl von IC-Elementen und eine Vielzahl von mit der Vielzahl von IC-Elementen verbundenen leitfähigen IC-Elementkontakten aufweisen kann. Eine erste Ätzstoppschicht (z. B. eine erste SiN-Schicht) wird über der IC-Struktur ausgebildet. Über der ersten Ätzstoppschicht wird eine TFR-Filmschicht ausgebildet. Eine TFR-Hartmaskendeckschicht (z. B. zweite SiN-Schicht) wird über der TFR-Filmschicht ausgebildet. Eine erste Fotomaske wird über einem Abschnitt der TFR-Hartmaskendeckschicht ausgebildet und gemustert. Ein erster Ätzprozess wird durchgeführt, um freigelegte Abschnitte der TFR-Hartmaskendeckschicht zu entfernen, wodurch eine TFR-Hartmaskendeckschicht zurückbleibt, wobei der erste Ätzprozess an der TFR-Filmschicht stoppt. Verbleibende Teile der ersten Fotomaske werden entfernt. Ein zweiter Ätzprozess wird durchgeführt, bei dem die TFR-Hartmaskendeckschicht als eine Hartmaske wirkt, um freigelegte Teile der TFR-Filmschicht zu entfernen, um dadurch ein TFR-Element unter der TFR-Hartmaskendeckschicht zu definieren. Der zweite Ätzprozess kann obere Ecken der TFR-Hartmaskendeckschicht abrunden. Über der Struktur wird eine Oxiddeckschicht ausgebildet. Eine zweite Fotomaske wird über der Oxiddeckschicht ausgebildet und gemustert, wobei zumindest eine zweite Maskenöffnung über dem TFR-Element ausgerichtet ist. Ein dritter Ätzprozess wird durchgeführt, um zumindest eine Oxiddeckschichtöffnung in der Oxiddeckschicht über dem TFR-Element auszubilden, und verbleibende Teile der zweiten Fotomaske werden entfernt. Ein vierter Ätzprozess wird durch die zumindest eine Oxiddeckschichtöffnung durchgeführt, um zumindest eine TFR-Kontaktöffnung in der TFR-Hartmaskendeckschicht über dem TFR-Element auszubilden, wodurch eine Oberfläche des TFR-Elements freigelegt wird. Eine Metallverbindungsschicht wird ausgebildet, die sich über die Vielzahl von leitfähigen IC-Elementkontakten und über der TFR-Hartmaskendeckschicht erstreckt und sich in die zumindest eine TFR-Kontaktöffnung in der TFR-Hartmaskendeckschicht erstreckt. Eine dritte Fotomaske wird ausgebildet und strukturiert, und ein fünfter Ätzprozess wird durchgeführt, um ausgewählte Abschnitte der Metallverbindungsschicht zu entfernen, um dadurch eine Vielzahl von Metallverbindungselementen zu definieren.
In einigen Ausführungsformen kann ein TFR-Tempern jederzeit nach dem Ausbilden der TFR-Filmschicht, aber vor dem Abscheiden der Metallverbindungsschicht durchgeführt werden, z. B. um einen thermischen Widerstandskoeffizienten (TCR) der TFR-Filmschicht oder des TFR-Elements zu reduzieren und/oder zu optimieren.
In einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Ausbilden eines integrierten Dünnschichtwiderstands (TFR) in einer integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtung bereitgestellt. Es wird eine Struktur einer integrierten Schaltung (IC) bereitgestellt, die eine Vielzahl von IC-Elementen und eine Vielzahl von mit der Vielzahl von IC-Elementen verbundenen leitfähigen IC-Elementkontakten aufweisen kann. Eine TFR-Filmschicht wird über der IC-Struktur ausgebildet, eine Ätzstoppdeckschicht wird über der TFR-Filmschicht ausgebildet, und eine Oxiddeckschicht wird über der Ätzstoppdeckschicht ausgebildet. Eine Fotomaske wird über der Oxiddeckschicht ausgebildet und gemustert, und ein erster Ätzprozess wird durchgeführt, um ausgewählte Abschnitte der Oxiddeckschicht zu entfernen, wodurch eine Oxiddeckschicht definiert wird, und die Fotomaske wird entfernt. Nachdem die Fotomaske entfernt ist, wird ein zweiter Ätzprozess durchgeführt, bei dem die Oxiddeckschicht als Hartmaske wirkt, um ausgewählte Abschnitte der Ätzstoppdecksschicht und der zugrunde liegenden TFR-Filmschicht zu entfernen, um dadurch eine Ätzstoppdeckschicht und ein zugrunde liegendes TFR-Element unter der Oxiddeckschicht zu definieren. Ein dritter Ätzprozess wird durchgeführt, um zumindest eine Oxiddeckschichtöffnung in der Oxiddeckschicht über dem TFR-Element auszubilden, und ein vierter Ätzprozess wird durch die zumindest eine Oxiddeckschichtöffnung hindurch durchgeführt, um zumindest eine TFR-Kontaktöffnung in der Ätzstoppdeckschicht über dem TFR-Element auszubilden, wodurch eine Oberfläche des TFR-Elements freigelegt wird. Eine Metallverbindungsschicht wird über der IC-Struktur ausgebildet, wobei die Metallverbindungsschicht (a) zumindest ein Metallverbindungselement aufweist, das mit zumindest einem der Vielzahl von leitenden IC-Elementkontakten gekoppelt ist, und (b) zumindest eine Metallverbindung, die sich in die zumindest eine TFR-Kontaktöffnung hinein erstreckt, um das zugrunde liegende TFR-Element zu kontaktieren.
In einigen Ausführungsformen kann ein TFR-Tempern jederzeit nach dem Ausbilden der TFR-Filmschicht, aber vor dem Abscheiden der Metallverbindungsschicht durchgeführt werden, z. B. um einen thermischen Widerstandskoeffizienten (TCR) der TFR-Filmschicht oder des TFR-Elements zu reduzieren und/oder zu optimieren.
In einigen Ausführungsformen weist die IC-Struktur eine Speicherzellen- oder Transistorstruktur auf, die zumindest einen leitenden IC-Elementkontakt aufweist, der mit zumindest einem von einem Source-Bereich, einem Drain-Bereich und einem Gate-Bereich der Speicherzellen- oder Transistorstruktur verbunden ist.
In einigen Ausführungsformen rundet der zweite Ätzprozess obere Ecken der Oxiddeckschicht ab.
In einigen Ausführungsformen weist das Verfahren weiterhin das Ausbilden einer dielektrischen Ätzstoppschicht über der IC-Struktur vor dem Ausbilden der TFR-Filmschicht auf, wobei das erste Ätzen an der dielektrischen Ätzstoppschicht stoppt.
In einigen Ausführungsformen weist die TFR-Filmschicht Siliziumkarbidchrom (SiCCr), Siliziumchrom (SiCr), Chromsiliziumnitrid (CrSiN), Tantalnitrid (TaN), Tantalsilizid (Ta2Si) oder Titannitrid (TiN) auf.
In einigen Ausführungsformen weist die Ätzstoppdeckschicht Siliziumnitrid (SiN) auf.
In einigen Ausführungsformen weist die Metallverbindungsschicht Aluminium auf.
In einigen Ausführungsformen weist der zweite Ätzprozess eine Nassätzung auf.
In einigen Ausführungsformen weist das Ausbilden der Metallverbindungsschicht das Ausbilden eines bestimmten Metallverbindungselements auf, das eine leitende Verbindung zwischen dem TFR-Element und zumindest einem der Vielzahl von leitenden IC-Elementkontakten definiert.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein weiteres Verfahren zum Ausbilden eines integrierten Dünnschichtwiderstands (TFR) in einer integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtung bereitgestellt. Es wird eine Struktur einer integrierten Schaltung (IC) bereitgestellt, die eine Vielzahl von IC-Elementen und eine Vielzahl von mit der Vielzahl von IC-Elementen verbundenen leitfähigen IC-Elementkontakten aufweisen kann. Eine erste Ätzstoppschicht (z. B. eine erste SiN-Schicht) wird über der IC-Struktur ausgebildet. Über der ersten Ätzstoppschicht wird eine TFR-Filmschicht ausgebildet. Eine TFR-Hartmaskendeckschicht (z. B. zweite SiN-Schicht) wird über der TFR-Filmschicht ausgebildet. Eine Oxiddeckschicht wird über der TFR-Hartmaskendeckschicht ausgebildet. Eine erste Fotomaske wird über einem Abschnitt der Oxiddeckschicht ausgebildet und gemustert. Ein erstes Ätzen wird durchgeführt, um freigelegte Abschnitte der Oxiddeckschicht zu entfernen, wodurch eine Oxiddeckschicht zurückbleibt, wobei der erste Ätzprozess an der Ätzstoppdeckschicht stoppt und verbleibende Abschnitte der ersten Fotomaske entfernt werden. Ein zweiter Ätzprozess wird durchgeführt, bei dem die Oxiddeckschicht als Hartmaske wirkt, um freigelegte Abschnitte der Ätzstoppdeckschicht und zugrunde liegende Abschnitte der TFR-Filmschicht zu entfernen, um dadurch eine Ätzstoppdeckschicht und ein TFR-Element unter der Ätzstoppdeckschicht zu definieren. Der zweite Ätzprozess kann obere Ecken der Oxiddeckschicht abrunden. Eine zweite Fotomaske wird ausgebildet und gemustert, wobei zumindest eine zweite Maskenöffnung über dem TFR-Element ausgerichtet ist. Ein dritter Ätzprozess wird durchgeführt, um zumindest eine Oxiddeckschichtöffnung in der Oxiddeckschicht über dem TFR-Element auszubilden, und verbleibende Teile der zweiten Fotomaske werden entfernt. Ein vierter Ätzprozess wird durch die zumindest eine Oxiddeckschichtöffnung durchgeführt, um zumindest eine TFR-Kontaktöffnung in der Ätzstoppdeckschicht über dem TFR-Element auszubilden, wodurch eine Oberfläche des TFR-Elements freigelegt wird. Eine Metallverbindungsschicht wird ausgebildet, die sich über die Vielzahl von leitfähigen IC-Elementkontakten und über die Oxiddeckschicht erstreckt und sich in die zumindest eine TFR-Kontaktöffnung in der Ätzstoppdeckschicht erstreckt. Eine dritte Fotomaske wird ausgebildet und strukturiert, und ein fünfter Ätzprozess wird durchgeführt, um ausgewählte Abschnitte der Metallverbindungsschicht zu entfernen, um dadurch eine Vielzahl von Metallverbindungselementen zu definieren.
In einigen Ausführungsformen kann ein TFR-Tempern jederzeit nach dem Ausbilden der TFR-Filmschicht, aber vor dem Abscheiden der Metallverbindungsschicht durchgeführt werden, z. B. um einen thermischen Widerstandskoeffizienten (TCR) der TFR-Filmschicht oder des TFR-Elements zu reduzieren und/oder zu optimieren.
In einem anderen Aspekt werden Halbleiter-IC-Vorrichtungen bereitgestellt, die einen gemäß einem der offenbarten Verfahren hergestellten Dünnschichtwiderstand (TFR) beinhalten.
Figurenliste
Beispielhafte Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden nachstehend in Verbindung mit den Figuren beschrieben, in denen:

1A bis 1M Schritte eines ersten beispielhaften Verfahrens zum Integrieren eines Dünnfilmwiderstands (TFR) in eine integrierte Halbleiterschaltungs- (IC-) Vorrichtung gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung veranschaulichen;
2A bis 2M Schritte eines zweiten beispielhaften Verfahrens zum Integrieren eines Dünnschichtwiderstands (TFR) in eine integrierte Halbleiterschaltungs- (IC-) Vorrichtung gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung veranschaulichen;
3A bis 3K Schritte eines dritten beispielhaften Verfahrens zum Integrieren eines Dünnschichtwiderstands (TFR) in eine integrierte Halbleiterschaltungs- (IC-) Vorrichtung gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung veranschaulichen; und
4A bis 4C und 5A bis 5C veranschaulichen, wie abgerundete Seitenkanten einer TFR-Oxiddeckschicht das Auftreten von elektrischen Kurzschlüssen (häufig als „Stringer“ bezeichnet) in einem integrierten TFR verhindern oder verringern können. Insbesondere zeigen 4A bis 4C ein Entfernen ausgewählter Teile einer Metallschicht, die über einer TFR-Oxiddeckschicht mit abgerundeten Seitenkanten abgeschieden ist, während 5A bis 5C ein Entfernen ausgewählter Abschnitte einer Metallschicht zeigen, die über einer TFR-Oxiddeckschicht mit vertikalen („rechteckigen“) Seitenkanten abgeschieden ist.

Es versteht sich, dass die Bezugsziffer für jedes dargestellte Element, das in mehreren unterschiedlichen Figuren erscheint, über die mehreren Figuren hinweg die gleiche Bedeutung aufweist, und dass die Erwähnung oder Erörterung eines beliebigen dargestellten Elements hierin im Kontext einer beliebigen bestimmten Figur auch für jede andere Figur gilt, falls vorhanden, in der das gleiche dargestellte Element gezeigt wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein verbessertes Verfahren zum Integrieren eines Dünnschichtwiderstands (TFR) in eine integrierte Halbleiterschaltungs- (IC-) Vorrichtung bereit, die eine Kostenreduzierung im Vergleich zu herkömmlichen Techniken bereitstellen kann, z. B. indem eine TFR-Integration in Kombination mit Aluminiumverbindung ermöglicht wird. In einigen Ausführungsformen wird der TFR ausgebildet, nachdem IC-Elemente und IC-Element-Kontakte (z. B. Wolframdurchkontaktierungen) ausgebildet sind, aber bevor die erste Metall-/Verbindungsschicht („Metall-1“-Schicht) ausgebildet wird. Dies kann ermöglichen, dass ein TFR-Tempern durchgeführt wird (z. B. um den TCR-Wert des TFR-Films zu optimieren), beispielsweise bei einer Temperatur von 500°C oder darüber (z. B. im Bereich von 500-525°C). Somit kann ein geglühter TFR in eine IC-Vorrichtung integriert werden, die eine Aluminiumverbindung verwendet, da die Aluminiumverbindung (die im Allgemeinen die hohen Temperaturen, die während eines typischen TFR-Temperns auftreten, nicht toleriert) nicht bis nach dem TFR-Tempern ausgebildet wird. Das TFR-Tempern kann zu einem beliebigen Zeitpunkt im Prozess vor dem Abscheiden der ersten Metall-/Verbindungsschicht durchgeführt werden.
Weiterhin fügt der Prozess zum Ausbilden des integrierten TFR in einigen Ausführungsformen nur zwei zusätzliche Fotomasken zu dem zugrunde liegenden IC-Produktionsablauf hinzu. In einigen Ausführungsformen weist der TFR-Ausbildungsprozess das Ausbilden einer TFR-Ätzstoppschicht (z. B. einer SiN-Schicht) über der IC-Struktur (und unter dem TFR-Element) auf, die dadurch zugrunde liegende IC-Elemente (z. B. Speicherelemente und Wolframkontakte) schützt, um dadurch zu ermöglichen, dass chemische Reinigungen durchgeführt werden, um Polymerrückstände zu entfernen, die während zumindest eines Ätzprozesses ausgebildet wurden. Zusätzlich kann eine zweite TFR-Ätzstoppschicht (z. B. SiN-Schicht) über dem TFR-Element ausgebildet werden, die als Ätzstopp während einer TFR-Kontaktätzung zum Ausbilden von Kontaktöffnungen zum Koppeln einer Metallverbindungsschicht (z. B. Metall-1-Schicht) mit dem TFR wirken kann.
In anderen Ausführungsformen wirken eine Nitriddeckschicht (z. B. eine SiN-Deckschicht) und/oder eine Oxiddeckschicht, die über der TFR-Filmschicht ausgebildet sind, gemeinsam als eine Hartmaske während einer TFR-Ätzung zum Definieren eines TFR-Elements aus einer TFR-Filmschicht. Das Bereitstellen einer solchen Hartmaske kann die Notwendigkeit beseitigen, eine Fotomaske für das TFR-Ätzen zu verwenden, um dadurch die Ausbildung von Polymermaterial während des TFR-Ätzprozesses zu eliminieren oder stark zu reduzieren, wodurch die Notwendigkeit chemischer Reinigungen zum Entfernen eines solchen Polymermaterials eliminiert oder reduziert wird. Außerdem kann die Oxiddeckschicht während des TFR-Ätzens abgerundet werden, was dabei helfen kann, das Auftreten von elektrischen Kurzschlüssen („Stringers“) entlang des TFR-Elements und zwischen benachbarten Metallschichtstrukturen (z. B. Metall-1-Schichtstrukturen) zu verhindern.
1A bis 1M veranschaulichen ein erstes beispielhaftes Verfahren zum Integrieren eines Dünnfilmwiderstands (TFR) in eine integrierte Halbleiterschaltungs- (IC-) Vorrichtung gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform.
1A veranschaulicht eine beispielhafte Struktur 100 einer integrierten Schaltung (IC), z. B. während der Herstellung einer IC-Vorrichtung. In diesem Beispiel weist die IC-Struktur 100 eine Transistorstruktur 112 auf, die über einem Substrat 113 ausgebildet ist, mit einer Vielzahl von leitenden Kontakten 114, z. B. Wolframdurchkontaktierungen, die sich durch einen Bulk-Isolationsbereich 120 erstrecken, der über der Transistorstruktur 112 ausgebildet ist. Die Struktur 100 kann jedoch beliebige andere IC-Vorrichtungen oder -Strukturen aufweisen, z. B. eine oder mehrere vollständige oder teilweise Speicherzellen oder Speicherzellenstrukturen, und leitende Kontakte, die solchen Strukturen zugeordnet sind. In dieser beispielhaften Ausführungsform weist der Bulk-Isolationsbereich 120 (a) eine hochdichte Plasma- (HDP-) Vormetall-Dielektrikum- (PMD-) Oxidschicht 120A, (b) einen PMD-Oxidfilm 120B, z. B. PMD P TEOS (Phosphor- dotierter Tetraethylorthosilikatfilm) und (c) eine PMD-Deckschicht 120C auf.
1A kann einen Zustand während eines IC-Fertigungsprozesses nach der Ausbildung von Wolframdurchkontaktierungen 114 und einem nasschemisch-mechanischen Polierprozess (W CMP) an der Oberseite der Struktur 100 darstellen.
Als nächstes wird, wie in 1B gezeigt, ein TFR-Schichtstapel 130 über dem Bulk-Isolationsbereich 120 und den leitenden Kontakten 114 ausgebildet. Zuerst kann eine dielektrische Ätzstoppschicht 132, z. B. eine SiN-Schicht, ausgebildet werden, z. B. um die Wolframdurchkontaktierungen 114 vor einer nachfolgenden TFR-Ätzung zu schützen, die unten in 1D gezeigt ist. Eine dünne Widerstandsfilmschicht (TFR-Filmschicht) 134 kann dann auf der dielektrischen Ätzstoppschicht 132 ausgebildet werden. Die TFR-Filmschicht 134 kann SiCCr, SiCr, TaN, TiN oder irgendein anderes geeignetes TFR-Material aufweisen.
In einigen Ausführungsformen, z. B. der in 1A bis 1M gezeigten beispielhaften Ausführungsform, kann an diesem Punkt ein TFR-Tempern durchgeführt werden, z. B. um einen Temperaturkoeffizienten des Widerstands (TCR) der TFR-Filmschicht 134 abzustimmen oder zu optimieren. Beispielsweise kann ein Tempern bei einer Temperatur von ≥ 500°C durchgeführt werden. In einigen Ausführungsformen kann das TFR-Tempern ein Tempern bei 515°C ± 10°C für eine Dauer von 15-60 Minuten, z. B. 30 Minuten, aufweisen. In anderen Ausführungsformen kann das TFR-Tempern an einem beliebigen anderen Punkt im Prozess durchgeführt werden, vor der Abscheidung der ersten Metallschicht/Verbindungsschicht 160 (z. B. „Metall-1“-Schicht), die nachstehend unter Bezugnahme auf 1K erörtert wird. Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen das TFR-Tempern nach dem Ausbilden der unten erörterten TFR-Ätzstoppdeckschicht 136 durchgeführt werden. In anderen Ausführungsformen kann das TFR-Tempern nach dem Ätzen durchgeführt werden, um das TFR-Element 134A zu definieren, das unten mit Bezug auf 1D erörtert wird. In anderen Ausführungsformen kann das TFR-Tempern nach Abschluss der TFR-Kontaktätzung durchgeführt werden, die unten mit Bezug auf 1J beschrieben wird.
Nach dem in 1B gezeigten TFR-Tempern kann eine TFR-Ätzstoppdeckschicht 136 auf der TFR-Filmschicht 134 ausgebildet werden. In dieser Ausführungsform weist die TFR-Ätzstoppdeckschicht 136 eine SiN-Schicht auf.
Wie in 1C gezeigt, kann eine erste Fotomaske 140 auf der TFR-Ätzstoppdeckschicht 136 (z. B. unter Verwendung bekannter fotolithografischer Techniken) zum Ausbilden eines TFR ausgebildet und gemustert werden, in diesem Beispiel an einer Stelle, die seitlich von der darunter liegenden Transistorstruktur 112 versetzt ist.
Wie in 1D gezeigt, kann dann ein Trockenätzen durchgeführt werden, um freigelegte Teile der TFR-Ätzstoppdeckschicht 136 und der zugrunde liegenden TFR-Filmschicht 134 zu entfernen, um eine Ätzstoppdeckschicht 136A und ein zugrunde liegendes TFR-Element 134A zu definieren. Wie gezeigt, kann das Ätzen so ausgebildet sein, dass es an der dielektrischen Ätzstoppschicht 132 stoppt, die die zugrunde liegende Struktur einschließlich der Wolframkontakte 114 schützen kann.
Wie in 1E gezeigt, können verbleibende Teile des Fotolacks 140 abgezogen werden, um die Ätzstoppdeckschicht 136A freizulegen. In einigen Ausführungsformen kann eine chemische Reinigung verwendet werden, um die verbleibenden Teile des Fotolacks 140 abzulösen, da die darunter liegenden Wolframkontakte 114 durch die dielektrische Ätzstoppschicht 132 geschützt sind.
Wie in 1F gezeigt, wird eine Oxiddeckschicht 144 über der Struktur ausgebildet. In einigen Ausführungsformen kann die Oxiddeckschicht 144 das gleiche Material wie die PMD-Deckschicht 120C unter der dielektrischen Ätzstoppschicht 132 aufweisen, kann aber verglichen mit der PMD-Deckschicht 120C eine verringerte Dicke aufweisen.
Wie in 1G gezeigt, wird eine zweite Fotomaske 150 auf der Oxiddeckschicht 144 ausgebildet und über ausgewählten Bereichen der TFR-Ätzstoppdeckschicht 136A und des TFR-Elements 134A strukturiert, um Maskenöffnungen 152 zu definieren, die über dem TFR-Element 134A ausgerichtet sind.
Wie in 1H gezeigt, wird eine erste TFR-Kontaktätzung durchgeführt, um (a) ausgewählte Teile der Oxiddeckschicht 144 zu entfernen, um eine Oxiddeckschicht 144A mit Oxiddeckschichtöffnungen 156 zu definieren. Die erste TFR-Kontaktätzung kann in Bereichen außerhalb des äußeren Umfangs der Fotomaske 150 auf der dielektrischen Ätzstoppschicht 132 stoppen und kann auf der Ätzstoppdeckschicht 136A am Boden der Oxiddeckschichtöffnungen 156 innerhalb des äußeren Umfangs der Fotomaske 150 stoppen.
Das erste TFR-Kontaktätzen kann ein Nassätzen oder ein Trockenätzen sein. Ein Nassätzen kann den Metallfluss während einer nachfolgenden Metallabscheidung (z. B. der in 1K gezeigten Metall-1-Schichtabscheidung) verbessern und kann das Auftreten von elektrischen Kurzschlüssen (häufig als „Stringer“ bezeichnet) entlang des TFR-Elements 134A und zwischen benachbarten Metallstrukturen (z. B. Metall-1-Schichtstrukturen) verringern.
Wie in 1I gezeigt, können verbleibende Abschnitte der Fotomaske 150 entfernt werden, z. B. durch ein Resistabstreifen. In einigen Ausführungsformen kann eine chemische Reinigung verwendet werden, um verbleibende Teile der Fotomaske 150 zu entfernen, da zugrunde liegende IC-Strukturen, z. B. die Wolframdurchkontaktierungen 114, durch die dielektrische Ätzstoppschicht 132 geschützt sind.
Wie in 1J gezeigt, kann ein zweites TFR-Kontaktätzen durchgeführt werden, um (a) Abschnitte der TFR-Ätzstoppdeckschicht 136A zu entfernen, die durch die Oxiddeckschichtöffnungen 156 in der Oxiddeckschicht 144A freigelegt sind, um TFR-Kontaktöffnungen 158 zu definieren, die eine obere Oberfläche des TFR-Elements 134A freilegen, und (b) Teile der dielektrischen Ätzstoppschicht 132 zu entfernen, die außerhalb des Umfangs der Oxiddeckschicht 144a freigelegt sind, was eine obere Oberfläche der PMD-Deckschicht 120c und die darunter liegenden Wolframkontakte 114 freilegen kann. In einer Ausführungsform, in der die dielektrische Ätzstoppschicht 132 ein SiN-Schicht aufweist, kann die zweite TFR-Kontaktätzung eine schonende SiN-Klarätzung mit hoher Oxidselektivität aufweisen, um die darunter liegenden Wolframkontakte 114 zu schützen.
Wie in 1K gezeigt, kann die Verarbeitung der IC-Vorrichtung fortgesetzt werden, indem eine erste Metallschicht/Verbindungsschicht ausgebildet wird, die als „Metall-1“-Schicht 160 bezeichnet wird. In der dargestellten Ausführungsform weist die Metall-1-Schicht 160 Aluminium auf. In anderen Ausführungsformen kann die Metall-1-Schicht 160 Kupfer oder ein anderes Metall aufweisen. Wie gezeigt erstreckt sich die Metall-1-Schicht 160 in die Oxiddeckschichtöffnungen 156 und die TFR-Kontaktöffnungen 158, um dadurch das TFR-Element 134A an unterschiedlichen Kontaktstellen des TFR-Elements 134A zu kontaktieren, z. B. an Kontaktstellen an oder nahe gegenüberliegenden lateralen Seiten oder Enden der TFR-Elemente 134A. Die Metall-1-Schicht 160 erstreckt sich auch über die Wolframkontakte 114 und steht mit diesen in Kontakt.
Als Nächstes kann, wie in 1L gezeigt, eine dritte Fotomaske 170 ausgebildet und über der Metall-1-Schicht gemustert werden.
Schließlich kann, wie in 1M gezeigt, die Aluminium-Metall-1-Schicht 160 unter Verwendung der dritten Fotomaske 170 geätzt werden, um eine Vielzahl von Aluminium-Metall-1-Elementen (z. B. Metallverbindungselemente) 180A-180D zu definieren und das verbleibende Fotolackmaterial 170 von 1 1L kann dann entfernt werden. Beispielsweise kann die Metall-1-Schicht, wie gezeigt, geätzt werden, um Aluminium-Verbindungselemente 180A und 180B in Kontakt mit Wolframdurchkontaktierungen 114 und Aluminium-Verbindungselemente 180C und 180D in Kontakt mit den unterschiedlichen Kontaktstellen des TFR-Elements 134A zu definieren. In dieser beispielhaften Darstellung verbindet ein erstes Aluminium-Verbindungselement 180C leitend eine erste Kontaktstelle des TFR-Elements 134A mit einer Wolframdurchkontaktierung 114A, die mit einem Source- oder Drain-Bereich des Transistors 112 gekoppelt ist, und ein zweites Verbindungselement 180D kontaktiert leitend eine zweite Kontaktposition des TFR-Elements 134A mit anderen IC-Elementstrukturen (nicht gezeigt). Das TFR-Element 134A und das erste und das zweite Verbindungselement 180C und 180D definieren gemeinsam einen integrierten TFR, der bei 190 gezeigt ist.
2A bis 2M veranschaulichen ein beispielhaftes Verfahren zum Integrieren eines Dünnfilmwiderstands (TFR) in eine integrierte Halbleiterschaltungs- (IC-) Vorrichtung, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
2A veranschaulicht eine beispielhafte Struktur 200 einer integrierten Schaltung (IC), z. B. während der Herstellung einer IC-Vorrichtung. In diesem Beispiel weist die IC-Struktur 200 eine Transistorstruktur 212 auf, die über einem Substrat 213 ausgebildet ist, mit mehreren leitfähigen Kontakten 214, z. B. Wolframdurchkontaktierungen, die sich durch einen Bulk-Isolationsbereich 220 erstrecken, der über der Transistorstruktur 212 ausgebildet ist. Die Struktur 200 kann jedoch beliebige andere IC-Vorrichtungen oder -Strukturen beinhalten, z. B. eine oder mehrere vollständige oder teilweise Speicherzellen oder Speicherzellenstrukturen, und leitfähige Kontakte, die solchen Strukturen zugeordnet sind. In dieser beispielhaften Ausführungsform weist der Bulk-Isolationsbereich 220 (a) eine HDP-PMD-Oxidschicht 220A, (b) einen PMD-Oxidfilm 220B, z. B. PMD P TEOS, und (c) eine PMD-Deckschicht 220C auf.
2A kann einen Zustand während eines IC-Fertigungsprozesses nach der Ausbildung von Wolframdurchkontaktierungen 214 und einem nasschemisch-mechanischen Polierprozess (W CMP) an der Oberseite der Struktur 200 darstellen.
Als Nächstes wird, wie in 2B gezeigt, ein TFR-Schichtstapel 230 über dem Bulk-Isolierbereich 220 und den leitenden Kontakten 214 ausgebildet. Zuerst kann eine dielektrische Ätzstoppschicht 232, z. B. eine SiN-Schicht, ausgebildet werden, z. B. um die Wolframdurchkontaktierungen 214 vor einer nachfolgenden TFR-Ätzung zu schützen, die unten in 2E gezeigt ist. Eine dünne Widerstandsfilmschicht (TFR-Filmschicht) 234 kann dann auf der dielektrischen Ätzstoppschicht 232 ausgebildet werden. Die TFR-Filmschicht 234 kann SiCCr, SiCr, TaN, TiN oder irgendein anderes geeignetes TFR-Material aufweisen.
In einigen Ausführungsformen, z. B. der in den 2A bis 2M gezeigten beispielhaften Ausführungsform, kann an diesem Punkt ein TFR-Tempern durchgeführt werden, z. B. um einen Temperaturkoeffizienten des Widerstands (TCR) der TFR-Filmschicht 234 abzustimmen oder zu optimieren. Ein Tempern kann z. B. bei einer Temperatur von ≥ 500°C durchgeführt werden. In einigen Ausführungsformen kann das TFR-Tempern ein Tempern bei 515°C ± 10°C für eine Dauer von 15-60 Minuten, z. B. 30 Minuten, aufweisen. In anderen Ausführungsformen kann das TFR-Tempern an einem beliebigen anderen Punkt in dem Prozess durchgeführt werden, vor der Abscheidung der ersten Metallschicht/Verbindungsschicht 260 (z. B. „Metall-1“-Schicht), die nachstehend unter Bezugnahme auf 2K erörtert wird. Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen das TFR-Tempern nach dem Ausbilden der unten erörterten TFR-Hartmaskendeckschicht 236 durchgeführt werden. In anderen Ausführungsformen kann das TFR-Tempern nach dem Ätzen durchgeführt werden, um das TFR-Element 234A zu definieren, das unten mit Bezug auf 2E erörtert wird. In anderen Ausführungsformen kann das TFR-Tempern nach Abschluss des TFR-Kontaktätzens und Entfernen des Fotoresists durchgeführt werden, wie unten mit Bezug auf die 2H bis 21 beschrieben.
Nach dem in 2B gezeigten TFR-Tempern kann eine TFR-Hartmaskendeckschicht 236 auf der TFR-Filmschicht 234 ausgebildet werden. In dieser Ausführungsform weist die TFR-Hartmaskendeckschicht 236 eine SiN-Schicht auf.
Wie in 2C gezeigt, kann eine erste Fotomaske 240 auf der TFR-Hartmaskendeckschicht 236 nach 2B ausgebildet und gemustert werden (z. B. unter Verwendung bekannter fotolithografischer Techniken), in diesem Beispiel an einer Stelle, die seitlich von der darunter liegenden Transistorstruktur 212 versetzt ist. Ein Ätzen (z. B. ein Trockenätzen) kann dann durchgeführt werden, um freigelegte Abschnitte der TFR-Hartmaskendeckschicht 236 von 2B zu entfernen, und auf der TFR-Filmschicht 234 stoppen, um dadurch eine TFR-Hartmaskendeckschicht 236A zu definieren.
Wie in 2D gezeigt, können verbleibende Abschnitte des Fotoresists 240 von 2C abgelöst werden. In einigen Ausführungsformen kann eine chemische Reinigung verwendet werden, da die zugrunde liegenden Wolframkontakte 214 durch die TFR-Filmschicht 234 und die zugrunde liegende dielektrische Ätzstoppschicht 232 geschützt sind.
Wie in 2E gezeigt, kann ein TFR-Ätzen (z. B. ein Trockenätzen) unter Verwendung der TFR-Hartmaskendeckschicht 236A als Hartmaske durchgeführt werden, um freigelegte Abschnitte der TFR-Filmschicht 234 zu entfernen, um dadurch ein TFR-Element 234A zu definieren. Wie gezeigt, kann die TFR-Filmätzung die freigelegten oberen Ecken 237 der TFR-Hartmaskendeckschicht 236A abrunden und auf der dielektrischen Ätzstoppschicht 232 stoppen, um die darunter liegenden Strukturen, z. B. Wolframkontakte 214, zu schützen. Die Verwendung der TFR-Hartmaskendeckschicht 236A als eine Hartmaske für das TFR-Ätzen vermeidet die Notwendigkeit, eine Fotomaske für dieses Ätzen zu verwenden, was die Ausbildung von Polymerrückständen von der Fotomaske und somit die typischen Probleme beseitigen kann, die mit dem Entfernen eines solchen Polymerrückstands verbunden sind.
Wie in 2F gezeigt, wird dann eine Oxiddeckschicht 244 über der Struktur ausgebildet. In einigen Ausführungsformen kann die Oxiddeckschicht 244 das gleiche Material wie die PMD-Deckschicht 220C unter der dielektrischen Ätzstoppschicht 232 aufweisen. Die Oxiddeckschicht 244 kann im Vergleich zu der PMD-Deckschicht 220C eine verringerte Dicke aufweisen, aber ausreichend dick sein, um ein nachfolgendes Metallätzen zu stoppen (z. B. das in 2M gezeigte Ätzen der Metall-1-Schicht).
Wie in 2G gezeigt, wird eine zweite Fotomaske 250 auf der Oxiddeckschicht 244 ausgebildet und über ausgewählten Bereichen des TFR-Elements 234A gemustert, um Maskenöffnungen 252 zu definieren, die über dem TFR-Element 234A ausgerichtet sind.
Wie in 2H gezeigt, wird eine erste TFR-Kontaktätzung durchgeführt, um (a) ausgewählte Teile der Oxiddeckschicht 244 zu entfernen, um eine Oxiddeckschicht 244A mit Oxiddeckschichtöffnungen 256 zu definieren. Die erste TFR-Kontaktätzung kann auf der dielektrischen Ätzstoppschicht 232 an Bereichen außerhalb des äußeren Umfangs der Fotomaske 250 stoppen und kann auf der TFR-Hartmaskendeckschicht 236A am Boden der Oxiddeckschichtöffnungen 256 innerhalb des äußeren Umfangs der Fotomaske 250 stoppen.
Das erste TFR-Kontaktätzen kann ein Nassätzen oder ein Trockenätzen sein. Ein Nassätzen kann den Metallfluss während einer nachfolgenden Metallabscheidung (z. B. der in 2K gezeigten Metall-1-Schichtabscheidung) verbessern und kann das Auftreten von elektrischen Kurzschlüssen (häufig als „Stringer“ bezeichnet) entlang des TFR-Elements 234A und zwischen benachbarten Metallstrukturen (z. B. Metall-1-Schichtstrukturen) verringern.
Wie in 2I gezeigt, können verbleibende Abschnitte der zweiten Fotomaske 250 von 2H entfernt werden, z. B. durch einen Resistabstreifen. In einigen Ausführungsformen kann eine chemische Reinigung verwendet werden, um verbleibende Teile der zweiten Fotomaske 250 von 2H zu entfernen, da zugrunde liegende IC-Strukturen, z. B. die Wolframdurchkontaktierungen 214, durch die dielektrische Ätzstoppschicht 232 geschützt sind.
Wie in 2J gezeigt, kann ein zweites TFR-Kontaktätzen durchgeführt werden, um (a) Abschnitte der TFR-Hartmaskendeckschicht 236A zu entfernen, die durch die Oxiddeckschichtöffnungen 256 in der Oxiddeckschicht 244A freigelegt sind, um TFR-Kontaktöffnungen 258 zu definieren, die eine obere Oberfläche des TFR-Elements 234A freilegen, und (b) Teile der dielektrischen Ätzstoppschicht 232 entfernen, die außerhalb des Umfangs der Oxiddeckschicht 244A freigelegt sind, was eine obere Oberfläche der PMD-Deckschicht 220C und die darunter liegenden Wolframkontakte 214 freilegen kann. In einer Ausführungsform, in der die dielektrische Ätzstoppschicht 232 eine SiN-Schicht aufweist, kann die zweite TFR-Kontaktätzung eine schonende SiN-Klarätzung mit hoher Oxidselektivität aufweisen, um die darunter liegenden Wolframkontakte 214 zu schützen.
Wie in 2K gezeigt, kann die Bearbeitung der IC-Vorrichtung fortgesetzt werden, indem eine erste Metallschicht/Verbindungsschicht ausgebildet wird, die als „Metall-1“-Schicht 260 bezeichnet wird. In der dargestellten Ausführungsform weist die Metall-1-Schicht 260 Aluminium auf. In anderen Ausführungsformen kann die Metall-1-Schicht 260 Kupfer oder ein anderes Metall aufweisen. Wie gezeigt, erstreckt sich die Metall-1-Schicht 260 in die Oxiddeckschichtöffnungen 256 und die TFR-Kontaktöffnungen 258, um dadurch das TFR-Element 234A an unterschiedlichen Kontaktstellen des TFR-Elements 234A zu kontaktieren. Die Metall-1-Schicht 260 erstreckt sich auch über und in Kontakt mit den Wolframkontakten 214.
Als Nächstes kann, wie in 2L gezeigt, eine dritte Fotomaske 270 ausgebildet und über der Metall-1-Schicht gemustert werden.
Schließlich kann, wie in 2M gezeigt, die Aluminium-Metall-1-Schicht 260 unter Verwendung der dritten Fotomaske 270 geätzt werden, um eine Vielzahl von Aluminium-Metall-1-Elemente (z. B. Metallverbindungselemente) 280A - 280D zu definieren, und das verbleibende Fotolackmaterial 270 kann dann entfernt werden. Beispielsweise kann die Metall-1-Schicht, wie gezeigt, geätzt werden, um Aluminium-Verbindungselemente 280A und 280B in Kontakt mit Wolframdurchkontaktierungen 214 und Aluminium-Verbindungselemente 280C und 280D in Kontakt mit den unterschiedlichen Kontaktstellen des TFR-Elements 234A zu definieren. In dieser beispielhaften Veranschaulichung verbindet ein erstes Aluminium-Verbindungselement 280C leitend eine erste Kontaktstelle des TFR-Elements 234A mit einer Wolframdurchkontaktierung 214A, die mit einem Source- oder Drain-Bereich des Transistors 212 gekoppelt ist, und ein zweites Verbindungselement 280D kontaktiert leitend eine zweite Kontaktposition des TFR-Elements 234A mit (einer) anderen IC-Elementstruktur(en) (nicht gezeigt). Das TFR-Element 234A und das erste und das zweite Verbindungselement 280C und 280D definieren gemeinsam eine integrierte TFR, die bei 290 angegeben ist.
Wie unten besprochen, z. B. in Bezug auf die 4A bis 4C und 5A bis 5C, können die abgerundeten oberen Ecken 237 der TFR-Hartmaskendeckschicht 236A das Entfernen ausgewählter Abschnitte der Metall-1-Schicht 260 neben ausgewählten seitlichen Rändern des TFR-Elements 234A erleichtern, z. B. um elektrische Kurzschlüsse („Stringer“) in der fertiggestellten Vorrichtung zusätzlich zu verhindern.
3A bis 3K veranschaulichen ein beispielhaftes Verfahren zum Integrieren eines Dünnfilmwiderstands (TFR) in eine integrierte Halbleiterschaltungs- (IC-) Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
3A zeigt eine beispielhafte Struktur 300 einer integrierten Schaltung (IC), z. B. während der Herstellung einer IC-Vorrichtung. In diesem Beispiel weist die IC-Struktur 300 eine Transistorstruktur 312 auf, die über einem Substrat 313 ausgebildet ist, mit mehreren leitfähigen Kontakten 314, z. B. Wolframdurchkontaktierungen, die sich durch einen Bulk-Isolationsbereich 320 erstrecken, der über der Transistorstruktur 312 ausgebildet ist. Die IC-Struktur 300 kann jedoch beliebige andere IC-Vorrichtungen oder -Strukturen aufweisen, z. B. eine oder mehrere vollständige oder teilweise Speicherzellen oder Speicherzellenstrukturen, und leitende Kontakte, die solchen Strukturen zugeordnet sind. In dieser beispielhaften Ausführungsform weist der Bulk-Isolationsbereich 320 (a) eine HDP-PMD-Oxidschicht 320A, (b) einen PMD-Oxidfilm 320B, z. B. PMD P TEOS, und (c) eine PMD-Deckschicht 320C auf.
3A kann einen Zustand während eines IC-Herstellungsprozesses nach der Ausbildung von Wolframdurchkontaktierungen 314 und einem nasschemisch-mechanischen Polierprozess (W CMP) an der Oberseite der Struktur 300 darstellen.
Als Nächstes wird, wie in 3B gezeigt, ein TFR-Schichtstapel 330 über dem Bulk-Isoliergebiet 320 und den leitenden Kontakten 314 ausgebildet. Zuerst kann eine dielektrische Ätzstoppschicht 332, z. B. eine SiN-Schicht, ausgebildet werden, um die Wolframdurchkontaktierungen 314 vor einer nachfolgenden TFR-Ätzung zu schützen, die unten in 3E gezeigt ist. Eine dünne Widerstandsfilmschicht (TFR-Filmschicht) 334 kann dann auf der dielektrischen Ätzstoppschicht 332 ausgebildet werden. Die TFR-Filmschicht 334 kann SiCCr, SiCr, TaN, TiN oder irgendein anderes geeignetes TFR-Material aufweisen.
In einigen Ausführungsformen, z. B. der in den 3A bis 3K gezeigten beispielhaften Ausführungsform, kann an diesem Punkt ein TFR-Tempern durchgeführt werden, z. B. um einen Temperaturkoeffizienten des Widerstands (TCR) der TFR-Filmschicht 334 abzustimmen oder zu optimieren. Zum Beispiel kann ein Tempern bei einer Temperatur von ≥ 500°C durchgeführt werden. In einigen Ausführungsformen kann das TFR-Tempern ein Tempern bei 515°C ± 10°C für eine Dauer von 15-60 Minuten, z. B. 30 Minuten, aufweisen. In anderen Ausführungsformen kann das TFR-Tempern an einem beliebigen anderen Punkt in dem Prozess durchgeführt werden, vor der Abscheidung der ersten Metallschicht/Verbindungsschicht 360 (z. B. „Metall-1“-Schicht), die nachstehend unter Bezugnahme auf 3I erörtert wird. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen das TFR-Tempern nach dem Ausbilden der unten erörterten Ätzstoppschicht 336 durchgeführt werden. In anderen Ausführungsformen kann das TFR-Tempern nach dem Ätzen durchgeführt werden, um das TFR-Element 334A zu definieren, das unten mit Bezug auf 3E erörtert wird. In anderen Ausführungsformen kann das TFR-Tempern durchgeführt werden, nachdem die TFR-Kontaktätzung abgeschlossen ist, die unten mit Bezug auf 3H beschrieben wird.
Nach dem in 3C gezeigten TFR-Tempern kann eine Ätzstoppschicht 336 auf der TFR-Filmschicht 334 ausgebildet werden. In dieser Ausführungsform weist die Ätzstoppschicht 336 eine SiN-Schicht auf. Eine Oxiddeckschicht 338 kann dann auf der Ätzstoppschicht 336 ausgebildet werden.
Wie in 3C gezeigt, kann eine erste Fotomaske 340 auf der Oxiddeckschicht 338 von 3B ausgebildet und strukturiert werden (z. B. unter Verwendung bekannter fotolithografischer Techniken), in diesem Beispiel an einer Stelle, die seitlich von der zugrunde liegenden Transistorstruktur 312 versetzt ist. Ein Ätzen (z. B. ein Trockenätzen) kann dann durchgeführt werden, um freigelegte Abschnitte der Oxiddeckschicht 338 zu entfernen, und an der Ätzstoppschicht 336 stoppen, um dadurch eine Oxiddeckschicht 338A zu definieren.
Wie in 3D gezeigt, können verbleibende Abschnitte des Fotoresists 340 von 3C abgelöst werden, z. B. unter Verwendung eines chemischen Reinigungsprozesses.
Wie in 3E gezeigt, kann eine TFR-Ätzung (z. B. eine Trockenätzung) unter Verwendung der Oxiddeckschicht 338A als Hartmaske durchgeführt werden, um freigelegte Abschnitte der Ätzstoppschicht 336 und der darunter liegenden TFR-Filmschicht 334 zu entfernen, um dadurch eine Ätzstoppdeckschicht 336A und ein TFR-Element 334A unterhalb der Ätzstoppdeckschicht 336A zu definieren. Wie gezeigt, kann das TFR-Ätzen die freigelegten oberen Ecken 337 der Oxiddeckschicht 338A abrunden und auf der dielektrischen Ätzstoppschicht 332 stoppen, um die darunter liegenden Strukturen, z. B. Wolframkontakte 314, zu schützen. Das Verwenden der Oxiddeckschicht 338A als eine Hartmaske für das TFR-Ätzen vermeidet die Notwendigkeit, eine Fotomaske für dieses Ätzen zu verwenden, was die Ausbildung von Polymerrückständen von der Fotomaske und somit die typischen Probleme beseitigen kann, die mit dem Entfernen solcher Polymerrückstände verbunden sind.
Wie in 3F gezeigt, wird eine zweite Fotomaske 350 über der Struktur ausgebildet und gemustert, um Maskenöffnungen 352 zu definieren, die über dem TFR-Element 334A ausgerichtet sind. Eine erste TFR-Kontaktätzung wird durchgeführt, um Oxiddeckschichtöffnungen 356 in der Oxiddeckschicht 338A zu definieren, wobei an der Ätzstoppdeckschicht 336A angehalten wird. Das erste TFR-Kontaktätzen kann ein Nassätzen oder ein Trockenätzen sein. Ein Nassätzen kann den Metallfluss während einer nachfolgenden Metallabscheidung verbessern (z. B. die in 31 gezeigte Metall-1-Schichtabscheidung) und kann das Auftreten von elektrischen Kurzschlüssen (häufig als „Stringer“ bezeichnet) entlang des TFR-Elements 334A und zwischen benachbarten Metallstrukturen (z. B. Metall-1-Schichtstrukturen) verringern.
Wie in 3G gezeigt, können verbleibende Abschnitte der zweiten Fotomaske 350 von 3F entfernt werden, z. B. durch einen Resistabstreifen. In einigen Ausführungsformen kann eine chemische Reinigung verwendet werden, um verbleibende Teile der zweiten Fotomaske 350 zu entfernen, da zugrunde liegende IC-Strukturen, z. B. die Wolframdurchkontaktierungen 314, durch die dielektrische Ätzstoppschicht 332 geschützt sind.
Wie in 3H gezeigt, kann ein zweites TFR-Kontaktätzen durchgeführt werden, um (a) Teile der dielektrischen Ätzstoppschicht 332 von 3G zu entfernen, die durch die Oxiddeckschichtöffnungen 356 in der Oxiddeckschicht 338A freigelegt sind, um TFR-Kontaktöffnungen 358 zu definieren, die eine obere Oberfläche des TFR-Elements 334A freilegen und (b) Teile der dielektrischen Ätzstoppschicht 332 von 3G entfernen, die außerhalb des Umfangs der Oxiddeckschicht 340 freigelegt sind, was eine obere Oberfläche der PMD-Deckschicht 320C und das darunter liegende Wolframkontakte 314freilegen kann. In einer Ausführungsform, in der die dielektrische Ätzstoppschicht 332 eine SiN-Schicht aufweist, kann die zweite TFR-Kontaktätzung eine schonende SiN-Klarätzung mit hoher Oxidselektivität aufweisen, um die darunter liegenden Wolframkontakte 314 zu schützen.
Wie in 31 gezeigt, kann die Bearbeitung der IC-Vorrichtung fortgesetzt werden, indem eine erste Metallschicht/Verbindungsschicht ausgebildet wird, die als „Metall-1“-Schicht 360 bezeichnet wird. In der dargestellten Ausführungsform weist die Metall-1-Schicht 360 Aluminium auf. In anderen Ausführungsformen kann die Metall-1-Schicht 360 Kupfer oder ein anderes Metall aufweisen. Wie gezeigt, erstreckt sich die Metall-1-Schicht 360 in die Oxiddeckschichtöffnungen 356 und die TFR-Kontaktöffnungen 358, um dadurch das TFR-Element 334A an unterschiedlichen Kontaktstellen des TFR-Elements 334A zu kontaktieren. Die Metall-1-Schicht 360 erstreckt sich auch über und in Kontakt mit den Wolframkontakten 314.
Als Nächstes kann, wie in 3J gezeigt, eine dritte Fotomaske 370 ausgebildet und über der Metall-1-Schicht gemustert werden.
Schließlich kann, wie in 3K gezeigt, die Aluminium-Metall-1-Schicht 360 unter Verwendung der dritten Fotomaske 370 geätzt werden, um eine Vielzahl von Aluminium-Metall-1-Elemente (z. B. Metallverbindungselemente) 380A - 380D zu definieren und das verbleibende Fotolackmaterial 370 von 3J kann dann entfernt werden. Beispielsweise kann die Metall-1-Schicht, wie gezeigt, geätzt werden, um Aluminium-Verbindungselemente 380A und 380B in Kontakt mit Wolframdurchkontaktierungen 314 und Aluminium-Verbindungselemente 380C und 380D in Kontakt mit den unterschiedlichen Kontaktstellen des TFR-Elements 334A zu definieren. In dieser beispielhaften Darstellung verbindet ein erstes Aluminium-Verbindungselement 380C leitend eine erste Kontaktstelle des TFR-Elements 334A mit einer Wolframdurchkontaktierung 314A, die mit einem Source- oder Drain-Bereich des Transistors 312 gekoppelt ist, und ein zweites Verbindungselement 380D kontaktiert leitend eine zweite Kontaktposition des TFR-Elements 334A mit anderen IC-Elementstrukturen. Das TFR-Element 334A und die ersten und zweiten Verbindungselemente 380C und 380D definieren gemeinsam eine integrierte TFR, die bei 390 angegeben ist.
Wie unten besprochen, z. B. in Bezug auf die 4A bis 4C und 5A bis 5C, können die abgerundeten oberen Ecken 337 der Oxiddeckschicht 338A das Entfernen ausgewählter Teile der Metall-1-Schicht 360 angrenzend an ausgewählte Seitenkanten des TFR-Elements 234A erleichtern, z. B. um elektrische Kurzschlüsse („Stringer“) in der fertiggestellten Vorrichtung zusätzlich zu verhindern.
Die 4A bis 4C und 5A bis 5C stellen eine beispielhafte Veranschaulichung dessen bereit, wie die abgerundeten oberen Ecken 237 der TFR-Hartmaskendeckschicht 236A (in der Ausführungsform der 2A bis 2M) oder die abgerundeten oberen Ecken 337 der Oxiddeckschicht 338A (in der Ausführungsform von 3A bis 3K) das Entfernen ausgewählter Teile der relevanten Metallschicht (Metall-1-Schicht 260 oder 360) erleichtern, um Verbindungselemente (z. B. Elemente 280C und 280D oder Elemente 380C und 380D) physikalisch voneinander zu trennen, im Vergleich mit einer ähnlichen Struktur mit einer TFR-Oxiddeckschicht mit vertikalen („rechteckigen“) Seitenkanten. 4A bis 4C sind Querschnittsansichten eines ausgewählten Abschnitts einer beispielhaften IC-Struktur 10 durch ein TFR-Element 34 in einer Richtung senkrecht zu den in den in 2A bis 2M und 3A bis 3K gezeigten Querschnitten. Wie gezeigt, ist eine TFR-Deckschicht 36A mit abgerundeten oberen Ecken 44 über dem TFR-Element ausgebildet. Im Gegensatz dazu sind 5A bis 5C Querschnittsansichten von einem ausgewählten Teil einer IC-Struktur 10' ähnlich der IC-Struktur 10, jedoch mit einer TFR-Deckschicht mit vertikalen („rechteckigen“) Seitenkanten, im Gegensatz zu den abgerundeten oberen Ecken 44 der in 4A bis 4C gezeigten TFR-Deckschicht 36A.
4A und 5A zeigen (a) den ausgewählten Abschnitt der IC-Struktur 10 nach dem Abscheiden einer Metallschicht 60 über der TFR-Deckschicht 36A mit abgerundeten oberen Ecken 44, nachstehend als abgerundete Oxiddeckschichtkanten 44 (4A) bezeichnet, und den ausgewählten Abschnitt der IC-Struktur 10' nach Abscheidung einer Metallschicht 60' über der TFR-Deckschicht 36A' mit vertikalen Seitenkanten 44'. Für die Metallschicht 60 und die Metallschicht 60' wird die gleiche Metalldicke abgeschieden, die als T_metal bezeichnet ist.
4A entspricht einem Zustand der IC-Struktur nach dem Ausbilden und Strukturieren einer Fotomaske über der Metallschicht 60 und vor einem Metallätzen zum Definieren von Metallelementen, z. B. den in 2M gezeigten Elementen 280A-280D oder 380A-380D in 3K. In diesem Beispiel sollte das Metall 60 in dem dargestellten Querschnitt durch das Metallätzen vollständig entfernt werden, um jegliche leitende Verbindung zu entfernen, die durch das Metall 60 zwischen den verbleibenden Metallverbindungselementen bereitgestellt wird, nämlich den Metallkontakten auf gegenüberliegenden Seiten des jeweiligen TFR-Elements 34A (zum Beispiel Verbindungselemente 280C und 280D gezeigt in 2M oder Verbindungselemente 380C und 380D gezeigt in 3K), um dadurch elektrische Kurzschlüsse („Stringer“) über das TFR-Element 34A zu verhindern. Wie in 4A und 5A gezeigt, befinden sich die dicksten Abschnitte der Metallschichten 60 und 60' neben den seitlichen Rändern 48 und 48' der TFR-Elemente 34A und 34A', die allgemein an den Stellen 64 und 64' angegeben sind, und somit sollte das Metallätzen ausreichen, um die gesamte Metalldicke an diesen Stellen zu entfernen. Wie unten erläutert, verringern die abgerundeten oberen Ecken 44 der TFR-Deckschicht 36A die Metalldicke an diesen Stellen, wodurch der/die erforderliche(n) Metallätzparameter, z. B. Ätzdauer oder Ätzintensität, verringert werden.
Die in 4A und 5A gezeigten Metallschichten 60 und 60' können jeweils eine Aluminiumschicht ,z. B. Al, AlCu und AlSiCu, aufweisen, die als ein gesputterter Film aufgebracht wird. Wie gemäß Stand der Technik bekannt, sind physikalisch gesputterte Filme wie Al, AlCu und AlSiCu typischerweise nicht vollständig konform. „Brotlaiben“ tritt über den oberen Ecken physikalischer Strukturen auf, z. B. wie in 4A bei 66 und in 5A bei 66' gezeigt. Wie gezeigt, verringern die abgerundeten TFR-Deckschichtecken 44, die in 4A gezeigt sind, das Ausmaß des „Brotlaibens“ an den oberen Ecken im Vergleich zu den vertikalen TFR-Deckschichtkanten 44', die in 5A gezeigt sind. Dieses reduzierte „Brotlaiben“, zusammen mit der abgerundeten Kontur der Metallschicht 60 über den abgerundeten TFR-Deckschichtecken 44, führt zu einer vertikalen Metalldicke T _{metal_rounded_cap} angrenzend an die Seitenkanten 48 des TFR-Elements 34A (d. h. an den in 4 gezeigten Stellen 64), das heißt weniger als eine vertikale Metalldicke T_{metal_squared_cap} angrenzend an die Seitenkanten 48' des TFR-Elements 34A' der IC-Struktur 10' (d. h. an den in 5 gezeigten Stellen 64'). Somit ist bei Betrachtung von T_{metal_rounded_cap} im Vergleich zu dem geringeren T_{metal_squared_cap} ersichtlich, dass die maximale vertikale Dicke des während des Metallätzens zu entfernenden Metalls (um elektrische Kurzschlüsse über das TFR-Element 34A oder 34A' zu verhindern) als Ergebnis von abgerundeten TFR-Deckschichtecken 44 im Vergleich zu vertikalen TFR-Deckschichtkanten 44' reduziert wird.
4B und 5B zeigen die ausgewählten Abschnitte der IC-Struktur 10 und der IC-Struktur 10' während des Metallätzens zum Entfernen jeder Metallschicht 60 und 60'. Insbesondere zeigen die 4B und 5B einen Zustand während des Ätzens, bei dem die horizontalen Bereiche jeder Metallschicht 60 und 60', die jeweils eine Dicke T_metal aufweisen, entfernt wurden, während Bereiche der Metallschichten 60 und 60' an den seitlichen Rändern 48, 48' jedes TFR-Elements 34A, 34A' verbleiben. Wie gezeigt, ist die maximal verbleibende Metalldicke T_{metal_rounded_cap} in der Struktur mit abgerundeten TFR-Deckschichtecken 44 ( 4B) kleiner als die maximal verbleibende Metalldicke T_{metal_squared_cap} in der Struktur mit eckigen TFR-Deckschichtkanten 44' (5B) und erfordert somit eine kürzere Ätzdauer (oder Ätzintensität), um sie vollständig zu entfernen.
4C und 5C zeigen die ausgewählten Abschnitte der IC-Struktur 10 und der IC-Struktur 10' nach einer zusätzlichen Ätzdauer (Überätzung), insbesondere zu einem Zeitpunkt, zu dem die dicksten Bereiche der Metallschicht 60 (bei T_{metal_rounded_cap}) vollständig entfernt wurden. Wie gezeigt, verbleibt in der Struktur mit rechteckigen TFR-Deckschichtkanten 44' (5C) immer noch eine Dicke des Metalls 60' (angezeigt bei T_{metal_squared_cap}) zu der Zeit, wenn die Metallschicht 60 in der IC-Struktur 10 (4C) vollständig entfernt ist. Somit können die in der IC-Struktur 10 ausgebildeten abgerundeten TFR-Deckschichtecken 44 die Ätzdauer (oder Ätzintensität) reduzieren, die erforderlich ist, um das Metall 60 vollständig zu entfernen, um elektrische Kurzschlüsse über das TFR-Element 34A zu verhindern. Die verringerte Ätzdauer (oder Ätzintensität) ermöglicht einen dünneren Fotolack, der einen engeren Metallleitungsabstand in der IC-Struktur 10 ermöglicht, z. B. im Vergleich zu einer IC-Struktur, die rechteckige TFR-Deckschichtkanten 44' (5A bis 5C) verwendet. Diese Reduzierung des Metallleitungsabstands kann eine Gesamtreduzierung der Größe der IC-Struktur 10 ermöglichen, was mehr IC-Vorrichtungen pro Wafer ermöglichen kann, was die Kosten pro Vorrichtung verringern kann.
Obwohl die offenbarten Ausführungsformen in der vorliegenden Offenbarung im Detail beschrieben werden, versteht es sich, dass verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Abwandlungen an den Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne von ihrem Geist und Schutzumfang abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62982905 [0001]

Claims

Verfahren zum Ausbilden eines integrierten Dünnschichtwiderstands (TFR) in einer integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtung, wobei das Verfahren aufweist: Ausbilden einer Struktur einer integrierten Schaltung (IC), die eine Vielzahl von IC-Elementen und eine Vielzahl von leitfähigen IC-Element-Kontakten beinhaltet, die mit der Vielzahl von IC-Elementen verbunden sind; Ausbilden einer TFR-Filmschicht über der IC-Struktur; Ausbilden einer TFR-Deckschicht über der TFR-Filmschicht; Durchführen eines ersten Ätzprozesses zum Entfernen ausgewählter Abschnitte der TFR-Deckschicht, wodurch eine Deckschicht und ein zugrunde liegendes TFR-Element definiert werden; Ausbilden einer Oxiddeckschicht; Durchführen eines zweiten Ätzprozesses, um zumindest eine Oxiddeckschichtöffnung in der Oxiddeckschicht über dem TFR-Element auszubilden; Durchführen eines dritten Ätzprozesses durch die zumindest eine Oxiddeckschichtöffnung, um zumindest eine TFR-Kontaktöffnung in der Deckschicht auszubilden, wodurch eine Oberfläche des TFR-Elements freigelegt wird; Ausbilden einer Metallverbindungsschicht über der IC-Struktur, wobei die Metallverbindungsschicht (a) zumindest ein Metallverbindungselement beinhaltet, das mit zumindest einem der Vielzahl von leitenden IC-Elementkontakten gekoppelt ist, und (b) zumindest eine Metallverbindung, die sich zum Kontaktieren des TFR-Elements in die zumindest eine TFR-Kontaktöffnung erstreckt; und zu einem Zeitpunkt nach dem Ausbilden der TFR-Filmschicht und vor dem Ausbilden der Metallverbindungsschicht Durchführen eines TFR-Temperns, um die TFR-Filmschicht oder das TFR-Element zu tempern.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin vor dem Ausbilden der TFR-Filmschicht das Ausbilden einer dielektrischen Ätzstoppschicht über der IC-Struktur aufweist; wobei das erste Ätzen an der dielektrischen Ätzstoppschicht stoppt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die IC-Struktur eine Speicherzellen- oder Transistorstruktur aufweist, die zumindest einen leitenden IC-Elementkontakt aufweist, der mit zumindest einem von einem Source-Bereich, einem Drain-Bereich und einem Gate-Bereich der Speicherzellen- oder Transistorstruktur verbunden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die TFR-Filmschicht Siliziumkarbidchrom (SiCCr), Siliziumchrom (SiCr), Chromsiliziumnitrid (CrSiN), Tantalnitrid (TaN), Tantalsilizid (Ta2Si) oder Titannitrid (TiN) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die TFR-Deckschicht Siliziumnitrid (SiN) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Metallverbindungsschicht Aluminium aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das TFR-Tempern ein Tempern bei einer Temperatur von zumindest 500°C aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das TFR-Tempern ein Tempern bei einer Temperatur von 515°C ± 10°C für eine Dauer von 15-60 Minuten aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der zweite Ätzprozess eine Nassätzung aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das zumindest eine Metallverbindungselement ein erstes Metallverbindungselement aufweist, das eine leitende Verbindung zwischen dem TFR-Element und zumindest einem der Vielzahl von leitenden IC-Elementkontakten definiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei: der erste Ätzprozess weiterhin zugrunde liegende Teile der TFR-Filmschicht entfernt und eine TFR-Ätzstoppdeckschicht und ein zugrunde liegendes TFR-Element definiert; die TFR-Deckschicht eine Ätzstoppdeckschicht ist; die Deckschicht die TFR-Ätzstoppdeckschicht ist; der zweite Ätzprozess an der Ätzstoppdeckschicht stoppt; und Kontakt mit dem TFR-Element an einer freigelegten Oberfläche des TFR-Elements hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei: die TFR-Deckschicht eine TFR-Hartmaskendeckschicht ist; das Verfahren weiterhin das Ausbilden und Strukturieren einer Fotomaske über der TFR-Hartmaskendeckschicht aufweist; der erste Ätzprozess an der TFR-Filmschicht stoppt; das Verfahren weiterhin das Entfernen der Fotomaske aufweist; das Verfahren weiterhin nach dem Entfernen der Fotomaske das Durchführen eines vierten Ätzprozesses unter Verwendung der TFR-Hartmaskendeckschicht als Hartmaske aufweist, um ausgewählte Abschnitte der TFR-Filmschicht zu entfernen, um dadurch ein TFR-Element unter der TFR-Hartmaskendeckschicht zu definieren; Ausbilden der Oxiddeckschicht nach dem vierten Ätzprozess durchgeführt wird; und das Durchführen des dritten Ätzprozesses weiterhin die TFR-Kontaktöffnung in der TFR-Hartmaskendeckschicht über dem TFR-Element ausbildet.
Verfahren nach Anspruch 12, das weiterhin vor dem Ausbilden der TFR-Filmschicht das Ausbilden einer dielektrischen Ätzstoppschicht über der IC-Struktur aufweist; wobei das zweite Ätzen an der dielektrischen Ätzstoppschicht stoppt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei: die TFR-Deckschicht eine Ätzstoppdeckschicht ist; die Oxiddeckschicht über der Ätzstoppdeckschicht ausgebildet wird; und das Verfahren weiterhin aufweist: Ausbilden und Strukturieren einer Fotomaske über der Oxiddeckschicht; Durchführen eines vierten Ätzprozesses zum Entfernen ausgewählter Abschnitte der Oxiddeckschicht, um dadurch die Oxiddeckschicht zu definieren; Entfernen der Fotomaske; und nach dem Entfernen der Fotomaske Durchführen des ersten Ätzprozesses, bei dem die Oxiddeckschicht als Hartmaske wirkt, um die ausgewählten Abschnitte der TFR-Filmschicht zu entfernen;
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der erste oder vierte Ätzprozess obere Ecken der Oxiddeckschicht oder der TFR-Hartmaskendeckschicht abrundet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 16, wobei der vierte Ätzprozess zum Entfernen ausgewählter Abschnitte der Oxiddeckschicht, um dadurch die Oxiddeckschicht zu definieren, an der Ätzstoppdeckschicht stoppt; und das erste Ätzen freigelegte Abschnitte der Ätzstoppdeckschicht außerhalb der Oxiddeckschicht entfernt, um dadurch eine Ätzstoppdeckschicht unter der Oxiddeckschicht und über dem TFR-Element zu definieren.