DE112021006719T5

DE112021006719T5 - Dünnschichtwiderstand (tfr) mit verbesserten kontakten

Info

Publication number: DE112021006719T5
Application number: DE112021006719.2T
Authority: DE
Inventors: Yaojian Leng; Justin Sato
Original assignee: Microchip Technology Inc
Current assignee: Microchip Technology Inc
Priority date: 2020-12-31
Filing date: 2021-06-29
Publication date: 2023-11-02
Also published as: WO2022146486A1; CN116250082A

Abstract

Ein Dünnschichtwiderstandsmodul (TFR) ist in einer integrierten Schaltung ausgebildet. Das TFR-Modul weist ein TFR-Element auf, das zwischen ersten und zweiten sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakten angeschlossen ist. Das TFR-Element weist einen Basisabschnitt auf, der sich seitlich zwischen den TFR-Seitenkontakten erstreckt, sowie einen ersten und einen zweiten TFR-Element-Endflansch, die vertikal von gegenüberliegenden Enden des Basisabschnitts vorstehen. Der erste TFR-Element-Endflansch ist an einer Seitenwand des ersten TFR-Seitenkontakts ausgebildet, und der zweite TFR-Element-Endflansch ist an einer Seitenwand des zweiten TFR-Seitenkontakts ausgebildet. Ein erster TFR-Kopf berührt den ersten TFR-Seitenkontakt und eine Oberseite des ersten TFR-Element-Endflansches, und ein zweiter TFR-Kopf berührt den zweiten TFR-Seitenkontakt und eine Oberseite des zweiten TFR-Element-Endflansches, wodurch zwei parallele leitenden Pfade zwischen dem TFR-Element und jedem TFR-Kopf festgelegt werden.

Description

ZUGEHÖRIGE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht Priorität vor der im gemeinsamen Besitz befindlichen vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 63/133,008 , die am 31. Dezember 2020 eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt hiermit für alle Zwecke durch Bezugnahme aufgenommen wird.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenlegung bezieht sich auf Dünnschichtwiderstände (TFRS), insbesondere auf TFR-Module, die in Verbindungsschichten von integrierten Schaltungen (IC) ausgebildet werden, sowie auf Verfahren zur Herstellung solcher TFR-Module.
HINTERGRUND
Integrierte Halbleiterschaltungen (IC) weisen in der Regel Metallisierungsschichten auf, die zur Verbindung verschiedener Komponenten der IC verwendet werden, so genannte Interconnect- oder Back-End-of-Line-Elemente (BEOL). Kupfer wird aufgrund seines geringeren spezifischen Widerstands und seiner höheren Elektromigrationsbeständigkeit häufig gegenüber Aluminium bevorzugt. Der elektrische Widerstand wird hier der Einfachheit halber allgemein als „Widerstand“ bezeichnet. Kupferverbindungen lassen sich jedoch in der Regel nur schwer mit der herkömmlichen Fotolackmaskierung und dem für Aluminiumverbindungen verwendeten Plasmaätzen herstellen.
Eine bekannte Technik zur Herstellung von Kupferverbindungen auf einem IC ist die additive Strukturierung, die manchmal auch als Damaszener-Verfahren bezeichnet wird und sich auf herkömmliche Metall-Inlaying-Verfahren bezieht. Bei einem so genannten Damaszener-Verfahren werden dielektrische Materialien wie Siliziumdioxid, Fluorsilikatglas (FSG) oder Organosilikatglas (OSG) mit offenen Gräben versehen, in denen die Kupfer- oder anderen Metallleiter liegen sollen. Eine Kupferdiffusionssperrschicht (in der Regel Ta, TaN oder eine Doppelschicht aus beiden) wird abgeschieden, gefolgt von einer Kupferkeimschicht und einer Kupferfüllung, z. B. durch ein elektrochemisches Beschichtungsverfahren. Anschließend kann ein chemisch-mechanisches Planarisierungsverfahren (CMP) angewandt werden, um überschüssiges Kupfer und die Barriere zu entfernen, was als Kupfer-CMP-Verfahren bezeichnet werden kann. Das im Graben verbleibende Kupfer fungiert als Leiter. Anschließend wird in der Regel eine dielektrische Sperrschicht, z. B. SiN oder SiC, auf den Wafer aufgebracht, um Kupferkorrosion zu verhindern und die Zuverlässigkeit des Bauelements zu verbessern. Ein ähnliches Damaszener-Verfahren kann zur Herstellung integrierter TFR-Module verwendet werden.
Da immer mehr Funktionen in einzelne Halbleiterchips gepackt werden, steigt der Bedarf an passiven Komponenten wie Widerständen in den Schaltungen. Einige Widerstände können durch Ionenimplantation und Diffusion hergestellt werden, z. B. Polywiderstände. Solche Widerstände weisen jedoch in der Regel große Schwankungen im Widerstandswert auf und können auch Widerstandswerte aufweisen, die sich in Abhängigkeit von der Temperatur drastisch ändern. Um die Leistung integrierter Widerstände zu verbessern, wurde in der Industrie ein neues Verfahren zur Herstellung integrierter Widerstände, die so genannten Dünnschichtwiderstände (TFRS), eingeführt. Bekannte TFRS werden beispielsweise aus SiCr (Silizium-Chrom), SiCCr (Silizium-Siliziumkarbid-Chrom), TaN (Tantal-Nitrid), NiCr (Nickel Chrom), AlNiCr (Aluminium-dotiertes Nickel-Chrom) oder TiNiCr (Titan-Nickel-Chrom) hergestellt.
1A und 1B zeigen Querschnittsansichten von zwei Beispiel-TFR-Bauelementen 10A bzw. 10B, die mit herkömmlichen Verfahren hergestellt wurden. Für die Herstellung herkömmlicher TFR-Bauelemente 10A und 10B sind in der Regel drei zusätzliche Maskenschichten erforderlich. Eine erste zusätzliche Maskenschicht wird zur Herstellung der TFR-Köpfe 12A und 12B verwendet. Eine zweite hinzugefügte Maskenschicht wird verwendet, um die TFR-Elemente 14A und 14B in Kontakt mit den TFR-Köpfen 12A und 12B herzustellen. Eine dritte hinzugefügte Maskenschicht wird verwendet, um TFR-Durchgänge 16A und 16B in Kontakt mit den TFR-Köpfen 12A und 12B zu erzeugen. Wie gezeigt, werden die TFR-Elemente 14A und 14B über die Ober- bzw. Unterseite der TFR-Köpfe 12A und 12B ausgebildet, aber in jedem Fall sind normalerweise drei zusätzliche Maskenschichten erforderlich.
1A und 1B zeigen auch die Bereiche, in denen die TFR-Elemente 14A und 14B die jeweiligen TFR-Köpfe 12A und 12B berühren. Wie dargestellt, berührt das TFR-Element 14A die Oberseiten der TFR-Köpfe 12A und 12B, während das TFR-Element 14B die Unterseiten der TFR-Köpfe 12A und 12B berührt. Der elektrische Widerstand an diesen TFR-Kontaktflächen, der hier als „Kontaktwiderstand“ bezeichnet wird, stellt eine Komponente des Gesamtwiderstands der TFR-Vorrichtung dar. Bei der Konstruktion von TFRs ist im Allgemeinen ein niedriger Kontaktwiderstand erwünscht, so dass der Gesamtwiderstand der TFR-Vorrichtung von der Form des TFR-Elements dominiert wird. Die TFR-Kontaktflächen in den herkömmlichen TFR-Vorrichtungen 10A und 10B weisen jedoch oft einen relativ hohen und/oder unzuverlässigen Kontaktwiderstand auf. Zum Beispiel kann die TFR-Kontaktfläche mit jedem TFR-Kopf 12A und 12B relativ klein sein. Darüber hinaus kann der Kontaktwiderstand in Abhängigkeit von Prozessschwankungen erheblich variieren, insbesondere bei sehr dünnen TFR-Elementen. So kann ein TFR-Element beispielsweise einen SiCr-, SiCCr-, NiCr- oder TaN-Film mit einer Dicke von weniger als 100 Å für einen Schichtwiderstand von etwa 1KΩ/Quadrat aufweisen. Die Zuverlässigkeit der TFR-Kontakte und ihre Auswirkung auf den TFR-Widerstand stellen ein häufiges Problem bei TFR-Designs dar.
2 zeigt eine Darstellung einer beispielhaften TFR-Vorrichtung 200 zur Veranschaulichung verschiedener Widerstandsberechnungen. Die in 2 gezeigte Ansicht der Beispiel-TFR-Vorrichtung 200 kann eine Ansicht von oben nach unten der in 1A gezeigten TFR-Vorrichtung 10A oder eine Ansicht von unten nach oben der in 1B gezeigten TFR-Vorrichtung 10B darstellen. Wie dargestellt, umfasst die TFR-Vorrichtung 200 ein TFR-Element 202 (z. B. eine TFR-Folie), das sich von einem ersten Ende 204, das in einem ersten TFR-Kontaktbereich 220 mit einem ersten TFR-Kopf 210 in Kontakt steht, und einem zweiten Ende 206, das in einem zweiten TFR-Kontaktbereich 222 mit einem zweiten TFR-Kopf 212 in Kontakt steht, erstreckt. Die ersten und zweiten Enden 204 und 206 des TFR-Elements 202 können mit der Ober- bzw. Unterseite der TFR-Köpfe 210 und 212 in Kontakt stehen, je nachdem, ob die TFR-Vorrichtung 200 der Konfiguration der in 1A gezeigten TFR-Vorrichtung 10A oder der in 1B gezeigten TFR-Vorrichtung 10B entspricht.
Das TFR-Element 202 weist eine Länge L auf, die sich zwischen den TFR-Köpfen 210 und 212 erstreckt, und eine Breite W. Die Länge L ist so dargestellt, dass sie aus einer Anzahl von Unterteilungen besteht, wobei jede Unterteilung eine Länge aufweist, die gleich W ist, und somit eine Anzahl von WxW-Quadraten ausbildet. Der Widerstand des TFR-Elements 202, R_{TFR_element}, kann durch Gleichung (1) ausgedrückt werden: $R_{TFR_element} = Rs * L/W$
wobei Rs der Schichtwiderstand des TFR-Elements 202 ist, der durch den spezifischen Widerstand (ρ) des TFR-Elements 202 (eine Materialeigenschaft, die von dem für das TFR-Element 202 gewählten Material abhängt) und die Dicke (t) des TFR-Elements 202 in einer Richtung in die Seite hinein (Rs = ρ/t) definiert ist.
Unter Bezugnahme auf 2 und Gleichung (1) ist der Widerstand des TFR-Elements R_{TFR_element} proportional zu der Anzahl der WxW-Quadrate entlang der Länge L des TFR-Elements 202.
Ein Gesamtwiderstand R_{TFR_device} für die TFR-Vorrichtung 200 weist den RTFR-Element-Widerstand R_{TFR_element} in Reihe mit einem Kontaktwiderstand an jedem TFR-Kontaktbereich 220, 222 auf.
Der Gesamtwiderstand R_{TFR_device} des TFR-Geräts lässt sich also durch Gleichung (2) ausdrücken: $R_{TFR_device} = R_{TFR_element} + R_{TFR_contact_area_220} + R_{TFR_contact_area_222}$
Der TFR-Kontaktwiderstand, wie z. B. der Widerstand an jeder TFR-Kontaktfläche 220, 222 (R_{TFR_contact_area_220} und R_{TFR_contact_area_222}), kann in Abhängigkeit von den Schwankungen des Herstellungsverfahrens erheblich schwanken, so dass der Widerstand nicht vorhersehbar ist. Darüber hinaus ist der Widerstands-Temperaturkoeffizient (TCR) an jeder TFR-Kontaktfläche 220, 222 in der Regel nicht kontrollierbar. Dementsprechend wäre es aus konstruktiver Sicht in der Regel wünschenswert, den TFR-Kontaktwiderstand zu minimieren oder zu reduzieren, so dass die Leistung der TFR-Vorrichtung (Widerstand und TCR) von gut charakterisierten Eigenschaften des TFR-Elements selbst dominiert wird.
Es besteht daher ein Bedarf an verbesserten integrierten TFR-Vorrichtungen, die hier auch als „TFR-Module“ bezeichnet werden, und an Konstruktionsverfahren. Zum Beispiel besteht ein Bedarf an integrierten TFR-Modulen mit verbessertem Kontakt zwischen dem TFR-Element und den TFR-Köpfen, um einen geringeren und zuverlässigeren Kontaktwiderstand zu erreichen. In einigen Anwendungen besteht auch ein Bedarf an TFR-Modulen mit einem Flächenwiderstand von etwa 1kΩ/Quadrat und einem niedrigen Widerstands-Temperaturkoeffizienten (TCR) (z.B. absoluter Wert nahe 0), was verbesserte Entwürfe von integrierten Schaltungen, insbesondere mit analogen Komponenten, ermöglicht.
ZUSAMMENFASSUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen verbesserte Dünnschichtwiderstände (TFRs) bereit, die auf modulare Weise in IC-Bauteile integriert werden können und daher hier als „TFR-Module“ bezeichnet werden. Insbesondere stellen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung TFR-Module bereit, die ein TFR-Element aufweisen, das sich seitlich zwischen zwei sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakten (z. B. länglichen Durchkontaktierungen) erstreckt, die jeweils von einem entsprechenden TFR-Kopf kontaktiert werden, wobei das TFR-Element TFR-Element-Endflansche in Kontakt mit den sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakten aufweist. Insbesondere weist das TFR-Element einen ersten TFR-Element-Endflansch an einem lateralen Ende des TFR-Elements und einen zweiten TFR-Element-Endflansch an einem gegenüberliegenden lateralen Ende des TFR-Elements auf. Der erste TFR-Element-Endflansch erstreckt sich parallel zu einem der vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakte und steht mit diesem in Kontakt, und der zweite TFR-Element-Endflansch erstreckt sich parallel zu dem anderen vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakt und steht mit diesem in Kontakt. Der Kontakt zwischen den jeweiligen TFR-Element-Endflanschen und den sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakten (die wiederum mit den TFR-Köpfen verbunden sind) kann eine vergrößerte Kontaktfläche für das TFR-Element bereitstellen, was den Kontaktwiderstand verringern und die Kontaktsicherheit zwischen dem TFR-Element und den TFR-Köpfen verbessern kann.
Darüber hinaus kann das TFR-Modul so ausgebildet sein, dass ein distales Ende jedes TFR-Element-Endflansches direkt eine Bodenfläche eines jeweiligen TFR-Kopfes berührt, um so zwei Kontakte zwischen jedem TFR-Element-Endflansch und einem jeweiligen TFR-Kopf herzustellen: (1) einen Kontakt zwischen dem TFR-Element-Endflansch und einem sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakt in Kontakt mit dem jeweiligen TFR-Kopf und (b) einen direkten Kontakt zwischen dem distalen Ende des TFR-Element-Endflansches und dem jeweiligen TFR-Kopf. Diese doppelte Kontaktkonstruktion kann zwei parallele Widerstandspfade zwischen dem TFR-Element und jedem TFR-Kopf definieren, was den Kontaktwiderstand weiter verringern und die Kontaktzuverlässigkeit verbessern kann, da der Ausfall eines der beiden Kontakte nicht zum Ausfall eines TFR-Moduls führt.
In einigen Ausführungsformen können solche TFR-Module mit reduziertem Kontaktwiderstand in Damaszener-Strukturen eines IC-Bauelements ausgebildet werden. Beispielsweise bieten einige Ausführungsformen Verfahren zur Ausbildung von TFR-Modulen unter Verwendung von Damaszenertechniken, die nur eine zusätzliche Maskenschicht beim Hintergrundherstellungsprozess für das IC-Bauelement aufweisen. Die TFR-Module können auf jeder Verbindungsebene (z. B. auf jeder Metallschicht) im IC-Bauelement ausgebildet werden. In einigen Ausführungsformen werden solche TFR-Module mit einem Schichtwiderstand von etwa 1kΩ/Quadrat und einem niedrigen Widerstands-Temperaturkoeffizienten (TCR) (z. B. einem absoluten Wert nahe 0) ausgebildet.
Ein Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Ausbildung eines Dünnschichtwiderstandsmoduls (TFR) in einer integrierten Schaltungsstruktur (IC). Erste und zweite sich vertikal erstreckende TFR-Seitenkontakte werden im Abstand zueinander ausgebildet. Ein TFR-Element wird zwischen den ersten und zweiten sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakten ausgebildet. Das TFR-Element weist (a) eine sich seitlich erstreckende TFR-Element-Basis auf, die sich von einem ersten Ende in der Nähe des ersten sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakts zu einem zweiten Ende in der Nähe des zweiten sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakts erstreckt, (b) einen ersten TFR-Element-Endflansch, der von dem ersten Ende der TFR-Element-Basis vertikal vorsteht, (b) einen ersten TFR-Element-Endflansch, der vertikal vom ersten Ende der TFR-Element-Basis vorsteht, wobei sich der erste TFR-Element-Endflansch parallel zum ersten vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakt und in Kontakt mit diesem erstreckt, und (c) einen zweiten TFR-Element-Endflansch, der vertikal vom zweiten Ende der TFR-Element-Basis vorsteht, wobei sich der zweite TFR-Element-Endflansch parallel zum zweiten vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakt und in Kontakt mit diesem erstreckt. Ein erster TFR-Kopf ist in Kontakt mit dem ersten vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakt ausgebildet, und ein zweiter TFR-Kopf ist in Kontakt mit dem zweiten vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakt ausgebildet.
In einigen Ausführungsformen weist das TFR-Element SiCr, SiCCr, NiCr oder TaN auf.
In einer Ausführungsform weist das Verfahren das Ausbilden des ersten TFR-Kopfes derart auf, dass eine Bodenfläche des ersten TFR-Kopfes in Kontakt mit dem Endflansch des ersten TFR-Elements ist; und das Ausbilden des zweiten TFR-Kopfes derart, dass eine Bodenfläche des zweiten TFR-Kopfes in Kontakt mit dem Endflansch des zweiten TFR-Elements ist.
In einer Ausführungsform weist das Verfahren das Ausbilden des ersten TFR-Kopfes derart auf, dass eine Bodenfläche des ersten TFR-Kopfes sowohl mit (a) dem ersten vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakt als auch mit (b) dem Endflansch des ersten TFR-Elements in Kontakt steht; und das Ausbilden des zweiten TFR-Kopfes derart, dass eine Bodenfläche des zweiten TFR-Kopfes sowohl mit (a) dem zweiten vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakt als auch mit (b) dem Endflansch des zweiten TFR-Elements in Kontakt steht.
In einer Ausführungsform weist das TFR-Element auch TFR-Element-Seitenflansche auf, die vertikal von der TFR-Element-Basis abstehen und sich zwischen dem ersten und dem zweiten TFR-Element-Endflansch erstrecken, und das Verfahren weist das Entfernen mindestens einer Teilhöhe jedes TFR-Element-Seitenflansches auf.
In einer Ausführungsform weist das Verfahren die Durchführung einer Metallätzung auf, um sowohl (a) den ersten und zweiten TFR-Kopf zu definieren als auch (b) die zumindest teilweise Höhe der Seitenflansche jedes TFR-Elements zu entfernen.
In einer Ausführungsform weist die Herstellung der ersten und zweiten sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakte die Herstellung erster und zweiter länglicher Durchgangsöffnungen und das Füllen der ersten und zweiten länglichen Durchgangsöffnungen mit Metall auf.
In einer Ausführungsform weist das Ausbilden des TFR-Elements (a) das Entfernen einer Teildicke eines nichtleitenden Bereichs zwischen dem ersten und dem zweiten vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakt auf, um eine TFR-Öffnung zu definieren, die eine erste Seitenwand des ersten vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakts und eine zweite Seitenwand des zweiten vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakts freilegt und (b) das Ablagern eines TFR-Films in der TFR-Öffnung, wobei der abgelagerte TFR-Film (i) einen ersten TFR-Filmabschnitt aufweist, der eine obere Oberfläche des nichtleitenden Bereichs zwischen dem ersten und dem zweiten sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakt bedeckt, wobei der erste TFR-Filmabschnitt die sich seitlich erstreckende TFR-Elementbasis definiert, (ii) einen zweiten TFR-Filmabschnitt aufweist, der die freiliegende erste Seitenwand des ersten sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakts bedeckt, wobei der zweite TFR-Filmabschnitt den ersten TFR-Element-Endflansch definiert, und (iii) einen dritten TFR-Filmabschnitt aufweist, der die freiliegende zweite Seitenwand des zweiten sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakts bedeckt, wobei der dritte TFR-Filmabschnitt den zweiten TFR-Element-Endflansch definiert.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht ein TFR-Modul vor, das in einer IC Bauelementstruktur ausgebildet ist. Das TFR-Modul weist einen ersten und einen zweiten vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakt auf, die voneinander beabstandet sind, ein TFR-Element sowie einen ersten und einen zweiten TFR-Kopf. Das TFR-Element weist (a) eine sich seitlich erstreckende TFR-Element-Basis auf, die sich von einem ersten Ende in der Nähe des ersten sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakts zu einem zweiten Ende in der Nähe des zweiten sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakts erstreckt, (b) einen ersten TFR-Element-Endflansch, der von dem ersten Ende der TFR-Element-Basis vertikal vorsteht, (b) einen ersten TFR-Element-Endflansch, der vertikal vom ersten Ende der TFR-Element Basis vorsteht, wobei sich der erste TFR-Element-Endflansch parallel und in Kontakt mit dem ersten vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakt erstreckt, und (c) einen zweiten TFR-Element-Endflansch, der vertikal vom zweiten Ende der TFR-Element-Basis vorsteht, wobei sich der zweite TFR-Element-Endflansch parallel und in Kontakt mit dem zweiten vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakt erstreckt. Der erste TFR-Kopf ist in Kontakt mit dem ersten, sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakt, und der zweite TFR-Kopf ist in Kontakt mit dem zweiten, sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakt.
In einigen Ausführungsformen weist das TFR-Element SiCr, SiCCr, NiCr oder TaN auf.
In einer Ausführungsform ist eine Bodenfläche des ersten TFR-Kopfes in Kontakt mit dem Endflansch des ersten TFR-Elements und eine Bodenfläche des zweiten TFR-Kopfes in Kontakt mit dem Endflansch des zweiten TFR-Elements.
In einer Ausführungsform ist eine Bodenfläche des ersten TFR-Kopfes in Kontakt mit (a) dem ersten vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakt und (b) dem Endflansch des ersten TFR-Elements, und eine Bodenfläche des zweiten TFR-Kopfes ist in Kontakt mit (a) dem zweiten vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakt und (b) dem Endflansch des zweiten TFR-Elements.
In einer Ausführungsform weist das TFR-Element auch TFR-Element-Seitenflansche auf, die vertikal von der TFR-Element-Basis vorstehen und sich zwischen den ersten und zweiten TFR-Element-Endflanschen erstrecken, wobei die vertikale Höhe jedes TFR-Element-Seitenflansches geringer ist als die vertikale Höhe jedes der ersten und zweiten TFR-Element-Endflansche.
In einer Ausführungsform weist jeder der ersten und zweiten sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakte einen länglichen Metall-Durchgang auf.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines IC-Bauelements mit einem TFR-Modul und einer Verbindungsstruktur. Das Verfahren weist das gleichzeitige Ausbilden (a) eines Durchgangs und (b) eines ersten und eines zweiten vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakts auf. Das Verfahren weist weiterhin das Ausbilden eines TFR-Elements zwischen dem ersten und dem zweiten sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakt auf, wobei das TFR-Element (a) eine sich seitlich erstreckende TFR-Elementbasis aufweist, die sich von einem ersten Ende in der Nähe des ersten sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakts zu einem zweiten Ende in der Nähe des zweiten sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakts erstreckt, und (b) einen ersten TFR-Elementendflansch, der vertikal von dem ersten Ende der TFR-Elementbasis vorsteht, wobei sich der erste TFR-Element-Endflansch parallel und in Kontakt mit dem ersten vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakt erstreckt, und (c) einen zweiten TFR-Element-Endflansch, der vertikal vom zweiten Ende der TFR-Element-Basis vorsteht, wobei sich der zweite TFR-Element-Endflansch parallel und in Kontakt mit dem zweiten vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakt erstreckt. Das Verfahren weist weiterhin das gleichzeitige Ausbilden (a) einer Metallleitung in Kontakt mit dem Durchgang, (b) eines ersten TFR-Kopfes in Kontakt mit dem ersten vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakt und (c) eines zweiten TFR-Kopfes in Kontakt mit dem zweiten vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakt auf.
In einer Ausführungsform weist jeder der ersten und zweiten sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakte einen länglichen Metall-Durchgang auf.
In einer Ausführungsform weist jeder der ersten und zweiten sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakte eine TFR-Seitenkontaktbreite in einer ersten lateralen Richtung auf, die gleich einer Breite des Durchgangs ist, und eine TFR-Seitenkontaktlänge in einer zweiten lateralen Richtung, die mindestens doppelt so groß ist wie die TFR-Seitenkontaktbreite.
In einer Ausführungsform weist das Verfahren das Ausbilden des ersten TFR-Kopfes derart auf, dass eine Bodenfläche des ersten TFR-Kopfes in Kontakt mit dem Endflansch des ersten TFR-Elements steht, und das Ausbilden des zweiten TFR-Kopfes derart, dass eine Bodenfläche des zweiten TFR-Kopfes in Kontakt mit dem Endflansch des zweiten TFR-Elements steht.
In einer Ausführungsform weist das Ausbilden des TFR-Elements außerdem das Ausbilden von TFR-Element-Seitenflanschen auf, die vertikal von der TFR-Element-Basis abstehen und sich zwischen den ersten und zweiten TFR-Element-Endflanschen erstrecken, und das Entfernen mindestens einer Teilhöhe der TFR-Element-Seitenflansche. In einer Ausführungsform wird eine Metallätzung durchgeführt, um (a) die Metallleitung in Kontakt mit dem Durchgang auszubilden, (b) den ersten und zweiten TFR-Kopf auszubilden und (c) die zumindest teilweise Höhe der Seitenflansche des TFR-Elements zu entfernen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Beispielhafte Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschrieben, in denen:

1A und 1B Querschnittansichten von zwei Beispielen für Dünnschichtwiderstände (TFR) zeigen, die mit bekannten Verfahren hergestellt wurden;
2 eine Querschnittsansicht einer bekannten integrierten Schaltungsstruktur (IC) mit einer Beispiel-TFR ist, die nach bekannten Verfahren hergestellt wurde;
3A eine seitliche Querschnittsansicht einer IC-Bauelementestruktur mit einem Beispiel eines TFR-Moduls ist, das in der Nähe einer typischen Metallverbindungsstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet wird;
3B eine vergrößerte Ansicht eines Endes des in 3A dargestellten TFR-Moduls ist, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zwei parallele leitenden Pfade zwischen einem Ende des TFR-Elements und einem entsprechenden TFR-Kopf zeigt;
4A bis 10C ein Beispielverfahren zur Herstellung einer IC Bauelementestruktur mit einem Beispiel-TFR-Modul und einer Metallverbindungsstruktur gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigen;
11 eine seitliche Querschnittsansicht ist, die eine strukturierte Maskenöffnung zeigt, die gemäß einem Ausführungsbeispiel in der x-Richtung relativ zu den darunter liegenden TFR-Seitenkontakten gut ausgerichtet ist;
12A bis 12B seitliche Querschnittsansichten sind, die eine beispielhafte Fehlausrichtung einer strukturierten Maskenöffnung zur Ausbildung eines TFR-Grabens (12A) zeigen und das Fehlen einer negativen Auswirkung einer solchen Fehlausrichtung auf das resultierende TFR-Element (12B) gemäß einer anderen Beispielimplementierung zeigen; und
13 eine seitliche Querschnittsansicht einer beispielhaften IC Bauelementstruktur zeigt, die gemäß einer Beispielausführungsform ein TFR-Modul und eine Verbindungsstruktur aufweist, die zwischen einer Polysiliziumschicht und einer Metallschicht ausgebildet werden.

Es versteht sich von selbst, dass die Referenznummer für ein abgebildetes Element, das in mehreren verschiedenen Figuren erscheint, in allen Figuren die gleiche Bedeutung aufweist, und dass die Erwähnung oder Erörterung eines abgebildeten Elements im Zusammenhang mit einer bestimmten Figur auch für jede andere Figur gilt, in der das gleiche abgebildete Element gezeigt wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein TFR-Modul bereit, das in einem IC-Bauelement ausgebildet ist, sowie Verfahren zur Ausbildung eines solchen TFR-Moduls. Das TFR-Modul weist ein TFR-Element auf, das zwischen ersten und zweiten vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakten verbunden ist. Das TFR-Element kann einen sich seitlich erstreckenden Basisabschnitt aufweisen, der sich zwischen den sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakten erstreckt, sowie erste und zweite sich vertikal erstreckenden Flansche, die von gegenüberliegenden Enden des Basisabschnitts vertikal (z. B. nach oben) vorstehen. Der erste vertikal verlaufende Flansch kann an einer Seitenwand des ersten vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakts ausgebildet sein, und der zweite vertikal verlaufende Flansch kann an einer Seitenwand des zweiten vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakts ausgebildet sein. Ein erster TFR-Kopf kann in Kontakt mit dem ersten TFR-Seitenkontakt und einem oberen Ende des vertikalen Flansches des ersten TFR-Elements ausgebildet werden, und ein zweiter TFR-Kopf kann in Kontakt mit dem zweiten TFR-Seitenkontakt und einem oberen Ende des vertikalen Flansches des zweiten TFR-Elements ausgebildet werden, wodurch zwei parallele leitende Pfade zwischen dem TFR-Element und jedem TFR-Kopf definiert werden, was den Kontaktwiderstand verringern und die Kontaktzuverlässigkeit verbessern kann.
3A ist eine seitliche Querschnittsansicht einer IC-Bauelementstruktur 300 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem TFR-Modul 302, das ein TFR-Element 320 aufweist, das in der Nähe einer metallischen Verbindungsstruktur 304 ausgebildet ist. 3B ist eine vergrößerte Ansicht eines Endes des TFR-Moduls 302, die zwei parallele leitende Pfade zwischen einem Ende des TFR-Elements 320 und einem entsprechenden TFR-Kopf 322b zeigt.
Wie in 3A und 3B dargestellt, werden das TFR-Modul 302 und die Metallverbindungsstruktur 304 in gemeinsamen Schichten der IC-Bauelementstruktur 300 ausgebildet, einschließlich einer ersten Metallschicht 310, einer zweiten Metallschicht 312 und eines dielektrischen Bereichs 314 (z. B. mit einer oder mehreren Oxidschichten). Somit kann das TFR-Modul 302 gleichzeitig mit der Metallverbindungsstruktur 304 und anderen Strukturen der IC-Bauelementstruktur 300 ausgebildet werden. Wie nachstehend erläutert, kann das TFR-Modul 302 in beliebiger Tiefe in der IC-Bauelementstruktur 300, d. h. zwischen zwei beliebigen Metallschichten, ausgebildet werden.
Die beispielhafte Metallverbindungsstruktur 304 kann einen Durchgangskontakt mit einem Durchgang 350 aufweisen, der eine in der zweiten Metallschicht 312 ausgebildete Metallleitung 352 mit einer in der darunter liegenden ersten Metallschicht 310 ausgebildeten Metallleitung 354 verbindet.
Das TFR-Modul 302 kann ein TFR-Element 320 aufweisen, das zwischen einem Paar von TFR-Köpfen 322a und 322b ausgebildet ist, und ein Paar von sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakten 326a und 326b, die die jeweiligen TFR-Köpfe 322a und 322b mit darunter liegenden Metallleitungen 328a und 328b verbinden, wobei die darunter liegenden Metallleitungen 328a, 328b in der darunter liegenden ersten Metallschicht 310 ausgebildet sind. Die TFR-Köpfe 322a und 322b sind in der zweiten Metallschicht 312 ausgebildet. Jeder vertikal verlaufende TFR-Seitenkontakt 326a und 326b kann in einer Richtung in die Seite hinein verlängert sein, z. B. in Form eines verbreiterten oder „geschlitzten“ Durchgangs, wie nachstehend unter Bezugnahme auf 4A und 4B erläutert. Das TFR-Element 320 kann mit einem Damaszenerverfahren einschließlich eines chemisch-mechanischen Planarisierungsverfahrens (CMP) hergestellt werden. Die Elemente 326a und 326b werden als „sich vertikal erstreckende TFR-Seitenkontakte“ bezeichnet, da die sich vertikal erstreckenden Flansche des TFR-Elements 320 die Seitenwände der sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakte 326a und 326b berühren, wie nachstehend beschrieben.
Wie in 3A gezeigt, weist das TFR-Element 320 (a) eine sich seitlich erstreckende TFR-Element-Basis 330 auf, die sich von einem ersten Ende 330a in der Nähe eines ersten, sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakts 326a zu einem zweiten Ende 330b in der Nähe eines zweiten, sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakts 326b erstreckt, und (b) TFR-Element-Endflansche 332a und 332b, die jeweils vertikal von dem ersten Ende 330a bzw. dem zweiten Ende 330b der TFR-Element-Basis 330 vorstehen. Der erste TFR-Element-Endflansch 332a ist an einer Seitenwand 336a des vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakts 326a ausgebildet, und der TFR-Element-Endflansch 332b ist an einer Seitenwand 336b des vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakts 326b ausgebildet.
Das TFR-Element 320 kann eine leitende Schicht aufweisen, z. B. aus SiCCr, SiCr, NiCr, Tan oder einem anderen geeigneten TFR-Material. Eine Schutzkappe 338, z. B. aus SiN oder SiO2, kann über dem TFR-Element 320 ausgebildet werden, wie unten näher erläutert.
Wie gezeigt, kann das TFR-Modul 302 so ausgebildet sein, dass ein oberes (distales) Ende 340a des TFR-Element-Endflansches 332a in Kontakt mit einer Bodenfläche 366a des TFR-Kopfes 322a steht, und ein oberes (distales) Ende 340b des TFR-Element-Endflansches 332b in Kontakt mit einer Bodenfläche 366b des TFR-Kopfes 322b steht. Somit kontaktiert jeder TFR-Element-Endflansch 332a, 332b einen zugehörigen TFR-Kopf 322a, 322b über zwei parallele leitenden Pfade: (1) ein erster (direkter) leitender Kontaktweg durch direkten Kontakt zwischen dem jeweiligen oberen (distalen) Ende 340a, 340b jedes TFR-Element-Endflansches 322a, 322b und dem zugehörigen TFR-Kopf 322a, 322b und (2) ein zweiter (indirekter) leitender Kontaktweg zwischen jedem TFR-Element-Endflansch 322a, 322b und dem zugehörigen TFR-Kopf 322a, 322b über die zugehörigen sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakte 326a, 326b.
3B zeigt eine detailliertere Ansicht der beiden leitenden Kontaktpfade zwischen dem TFR-Element-Endflansch 332b und dem TFR-Kopf 322b. Wie dargestellt, steht das obere Ende 340b des TFR-Element-Endflansches 332b in direktem Kontakt mit der Unterseite 366b des TFR-Kopfes 322b, und eine Seitenwand 364 des TFR-Element-Endflansches 332b steht in Kontakt mit der Seitenwand 336b des sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontaktes 326b. Diese Konfiguration definiert (a) einen ersten (direkt) leitenden Pfad 360 zwischen dem oberen Ende 340b des TFR-Element-Endflansches 332b und der unteren Oberfläche 366b des TFR-Kopfes 322b und (b) einen zweiten (indirekt) leitenden Pfad 362, der sich vom TFR-Element-Endflansch 332b durch die Schnittstelle zwischen der Seitenwand 364 des TFR-Element-Endflansches 332b und der Seitenwand 336b des sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontaktes 326b und durch den sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakt 326b zum TFR-Kopf 322b erstreckt. Die leitenden Pfade 360 und 362 sind elektrisch parallel geschaltet. Somit definieren die leitenden Pfade 360 und 362 zwei parallele Übergangswiderstände zwischen dem TFR-Element 320 und dem TFR-Kopf 322b: (1) einen ersten Widerstand, R_{TFR flange top-TFR head}, der dem ersten (direkten) leitenden Pfad 360 zugeordnet ist, und (2) einen zweiten Widerstand, R_{TFR flange-TFR side contact-TFR head}, der dem zweiten (indirekten) leitenden Pfad 362 zugeordnet ist. Ähnliche parallele leitende Pfade und parallele Übergangswiderstände sind zwischen dem TFR-Element-Endflansch 332a und dem TFR-Kopf 322a definiert.
Auf der Grundlage der oben erörterten parallelen leitenden Pfade (und der damit verbundenen Parallelwiderstände) kann der Kontaktwiderstand zwischen dem TFR-Element 320 und den jeweiligen TFR-Köpfen 322a und 322b, R_{contact:TFR element-TFR head}, durch die in Gleichung (3) dargestellte Parallelwiderstandsberechnung dargestellt werden: $1 / R_{contact:TFR element-TFR head} = 1 / R_{TFR flange top-TFR head} + 1 / R_{TFR flange-TFR side ontact-TFR head}$
Wie in Gleichung (3) dargestellt, können die parallelen leitenden Pfade (und parallelen Widerstände) den Kontaktwiderstand (R_{contact:TFR element-TFR head}) an jedem Ende des TFR-Elements 320 verringern, da der Kontaktwiderstand (R_{contact:TFR element-TFR head}) niedriger ist als jede der beiden parallelen Widerstandskomponenten (R_{TFR flange top-TFR head} und R_{TFR flange-TFR side} _{contact-TFR head}) einzeln. Darüber hinaus können die parallelen leitenden Kontaktpfade die Kontaktzuverlässigkeit des TFR-Moduls 302 verbessern, da das TFR-Modul 320 selbst bei einem Ausfall eines der leitenden Pfade 360 und 362 zwischen dem TFR-Element 320 und einem TFR-Kopf 322a oder 322b weiter funktionieren kann.
Die 4A bis 10C zeigen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung einer beispielhaften IC Bauelementstruktur 400 mit einem beispielhaften TFR-Modul und einer metallischen Verbindungsstruktur, die dem in den 3A bis 3B gezeigten beispielhaften TFR-Modul 302 und der metallischen Verbindungsstruktur 304 entsprechen kann. Die Figuren sind in Dreiergruppen angeordnet (4A bis 4C, 5A bis 5C usw.), wobei jede Dreiergruppe (a) eine Draufsicht (z. B. 4A, 5A usw.), (b) eine erste seitliche Querschnittsansicht (z. B. 4B, 5B usw.) und (c) eine zweite seitliche Querschnittsansicht (z. B. 4C, 5C usw.) aufweist.
Zunächst zu 4A bis 4C: 4A zeigt eine Draufsicht, 4B zeigt einen ersten Seitenquerschnitt durch die in 4A gezeigte Schnittlinie 4B-4B, und 4C zeigt einen zweiten Seitenquerschnitt durch die in 4A gezeigte Schnittlinie 4C-4C. Wie gezeigt, kann das Verfahren mit der Ausbildung einer Metallschicht 402 beginnen, die Metallleitungen 404a, 404b und 404c aufweist, und mit der Ausbildung eines Durchgangs 406 und sich vertikal erstreckender TFR-Seitenkontakte 408a und 408b über und in Kontakt mit den jeweiligen Metallleitungen 404a-404c. Bei der Metallschicht 402 kann es sich um eine beliebige Metallschicht (z. B. eine Verbindungsschicht) in beliebiger Tiefe in der zu bildenden IC-Bauelementstruktur 400 handeln. Die Durchkontaktierung 406 und die TFR-Seitenkontakte 408a, 408b können in einem dielektrischen Bereich 410 mit einer oder mehreren Oxidschichten und/oder einer oder mehreren anderen dielektrischen Schichten ausgebildet werden.
Der Durchgang 406 kann ein herkömmlicher Durchgang sein, der mit herkömmlichen Verfahren hergestellt wird. Jeder sich vertikal erstreckende TFR-Seitenkontakt 408a, 408b kann in einer lateralen Richtung, in diesem Beispiel in y-Richtung, verlängert sein, um eine durchgehende Struktur für den Kontakt mit einem sich vertikal erstreckenden Flansch eines nachfolgend ausgebildeten TFR-Elements zu schaffen, wie nachstehend unter Bezugnahme auf die 10A bis 10B erläutert. Beispielsweise kann jeder sich vertikal erstreckende TFR-Seitenkontakt 408a, 408b eine Breite W_{TFR_contact} in x-Richtung und eine verlängerte Länge L_{TFR_contact} in y Richtung aufweisen, die mindestens das 2-fache, mindestens das 4-fache, mindestens das 6- fache, mindestens das 8-fache oder mindestens das 10-fache der Breite W_{TFR_contact} beträgt. In einigen Ausführungsformen kann jeder vertikal verlaufende TFR-Seitenkontakt 408a, 408b eine Breite W_{TFR_contact} im Bereich von 0,1-0,5 µm und eine Länge L_{TFR_contact} im Bereich von 1-100 µm aufweisen. Die Durchkontaktierung 406 und die sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakte 408a, 408b können gleichzeitig ausgebildet werden, indem entsprechende Öffnungen im dielektrischen Bereich 410 ausgebildet werden, die Öffnungen mit Wolfram oder einem anderen geeigneten Metall gefüllt werden und eine CMP-Bearbeitung durchgeführt wird, um die in den 4A bis 4C dargestellte Struktur zu erhalten. In einer Ausführungsform kann jeder sich vertikal erstreckende TFR-Seitenkontakt 408a, 408b durch Ausbilden einer länglichen (in y-Richtung verlängerten) Durchgangsöffnung unter Verwendung derselben Durchgangsmaske wie die herkömmliche Durchgangsöffnung für den Durchgang 406 und gleichzeitiges Füllen der länglichen und der herkömmlichen Durchgangsöffnung ausgebildet werden.
Nachfolgend wird in den 5Abis 5C gezeigt, wie das Verfahren durch Auftragen eines Fotolacks 420 und Strukturieren einer Maskenöffnung 422 fortgesetzt werden kann, die sich in x-Richtung von einem vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakt 408a zu einem vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakt 408b und in y-Richtung über die gesamte oder eine Teilbreite (in y-Richtung) der vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakte 408a, 408b erstreckt. Im gezeigten Beispiel ist die Maskenöffnung 422 so ausgerichtet, dass die lateralen Enden der Maskenöffnung 422 in x-Richtung direkt über den sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakten 408a und 408b ausgerichtet sind. Das beschriebene Verfahren lässt jedoch einen gewissen Versatz oder eine Fehlausrichtung der Maskenöffnung 422 in x-Richtung zu, ohne das anschließend ausgebildete TFR-Element zwischen den TFR-Seitenkontakten 408a und 408b negativ zu beeinflussen. Insbesondere kann, wie nachstehend unter Bezugnahme auf die 11 und 12A bis 12B erörtert, jede seitliche Kante 422a, 422b der Maskenöffnung 422 in der x-Richtung überall über dem jeweiligen sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakt 408a, 408b oder sogar über den jeweiligen sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakt 408a, 408b hinaus in der Richtung weg von dem anderen sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakt 408a, 408b ausgerichtet werden, ohne das anschließend ausgebildete TFR-Element 460 negativ zu beeinflussen.
Als Nächstes wird, wie in 6A bis 6C gezeigt, eine Grabenätzung durch die in 5B dargestellte Maskenöffnung 422 durchgeführt, um einen TFR-Graben 430 zwischen den sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakten 408a und 408b auszubilden. In einigen Ausführungsformen kann eine Plasmaätzung oder alternativ eine Nassätzung verwendet werden. Nach dem Ätzen des Grabens kann ein Resistabstreifen- und Reinigungsprozess durchgeführt werden, der zu der in 6A bis 6C dargestellten Struktur führt.
Wie dargestellt, legt der TFR-Graben 430 eine Seitenwand 474a des vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakts 408a und eine Seitenwand 474b des vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakts 408b frei. Wie weiter unten erläutert, kann ein später geformtes TFR-Element Flansche aufweisen, die in Kontakt mit diesen freiliegenden Seitenwänden 474a und 474b stehen.
Der TFR-Graben 430 weist eine Grabenlänge L_{TFR_trench} in x-Richtung auf, die durch den Abstand zwischen den sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakten 408a und 408b definiert ist, eine Grabenbreite W_{TFR_trench} in y-Richtung, die durch die Breite der Maskenöffnung 422 in y-Richtung definiert ist, und eine Grabtiefe D_{TFR_trench} in z Richtung, die durch die relevanten Ätzparameter (ohne Einschränkung z. B. Ätzchemie, Zeit) definiert ist. Die Grabenbreite W_{TFR_trench} und die Grabentiefe D_{TFR_trench} können eine Kontaktfläche zwischen den sich vertikal erstreckenden Flanschen eines nachfolgend ausgebildeten TFR-Elements und jedem sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakt 408a, 408b definieren, wie in den unten erläuterten 10A und 10B gezeigt. Diese Kontaktfläche kann den Kontaktwiderstand (R_{TFR flange-TFR side contact-TFR head}, siehe oben) zwischen dem TFR-Element und jedem vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakt 408a, 408b beeinflussen, was wiederum den Gesamtwiderstand (R_{contact:TFR element-TFR head}, siehe oben) des resultierenden TFR-Moduls beeinflussen kann.
Die Grabenlänge L_{TFR_trench}, die Grabenbreite W_{TFR_trench} und die Grabentiefe D_{TFR_trench} bestimmen die Abmessungen und damit die Leistung des TFR-Elements, das im TFR-Graben 430 ausgebildet werden soll. So können die Grabenlänge L_{TFR_trench}, die Grabenbreite W_{TFR_trench} und die Grabentiefe D_{TFR_trench} so gewählt werden, dass die gewünschten Leistungsmerkmale des resultierenden TFR-Moduls erzielt werden. Die Grabenlänge L_{TFR_trench} kann durch Auswahl oder Einstellung des Abstands in x-Richtung zwischen den vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakten 408a und 408b gewählt werden. Die Grabenbreite W_{TFR_trench} kann durch Auswählen oder Einstellen der Breite der Maskenöffnung 422 in y-Richtung gewählt werden. Die Grabentiefe D_{TFR_trench} kann durch Auswahl oder Einstellung der relevanten Ätzparameter (ohne Einschränkung, z. B. Ätzchemie, Zeit) gewählt werden.
Als Nächstes wird, wie in 7Abis 7C dargestellt, eine TFR-Schicht 440 über der Struktur abgeschieden, die sich bis in den TFR-Graben 430 erstreckt, z. B. durch ein physikalisches Aufdampfverfahren (PVD). Der TFR-Film 440 kann aus SiCCr, SiCr, NiCr, TaN oder einem anderen geeigneten TFR-Elementmaterial bestehen und eine Dicke von weniger als 100 Å (1 µm), z. B. im Bereich von 0,01-0,1 µm, aufweisen.
Als Nächstes kann, wie in 8A bis 8C gezeigt, eine TFR-Kappe 450 über der TFR-Schicht 440 abgeschieden werden, die sich in den TFR-Graben 430 erstreckt. Die TFR-Kappe 450 kann aus einem Nitrid oder Oxid bestehen, z. B. SiN oder SiO₂, und kann eine Dicke im Bereich von 0,01-0,1 µm aufweisen.
Als nächstes kann, wie in 9A bis 9C gezeigt, eine CMP durchgeführt werden, um Teile der TFR-Kappe 450 und des TFR-Films 440 außerhalb des TFR-Grabens 430 und oberhalb des dielektrischen Bereichs 410 zu entfernen. Die verbleibenden Teile des TFR-Films 440 bilden ein TFR-Element 460 aus, das aufweist:

(a) eine sich seitlich erstreckende TFR-Elementbasis 462, die sich von einem ersten Ende 464a in der Nähe des ersten vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakts 408a zu einem zweiten Ende 464b in der Nähe des zweiten vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakts 408b erstreckt;
(b) sich vertikal erstreckende TFR-Element-Endflansche 466a und 466b, die von den ersten und zweiten Enden 464a bzw. 464b der TFR-Element-Basis 462 vertikal (nach oben) vorstehen, und
(c) TFR-Element-Seitenflansche 468a und 468b, die von gegenüberliegenden Seiten der TFR-Element-Basis 462 vertikal (nach oben) vorstehen.

Der vertikal verlaufende TFR-Element-Endflansch 466a ist an der Seitenwand 474a des vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakts 408a ausgebildet, und der vertikal verlaufende TFR-Element-Endflansch 466b ist an der Seitenwand 474b des vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakts 408b ausgebildet. (Die Seitenwände 474a, 474b der vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakte 408a, 408b wurden zuvor durch die oben unter Bezugnahme auf 6B beschriebene Grabenätzung freigelegt).
Die Seitenflansche 468a und 468b des TFR-Elements können unerwünschte TCR-Effekte für das TFR-Modul hervorrufen, z. B. eine TCR-Abhängigkeit von der TFR-Grabenbreite (W_{TFR_trench}), wie im US-Patent 10,818,748 beschrieben, dessen gesamter Inhalt hiermit für alle Zwecke durch Bezugnahme aufgenommen wird. Wie nachstehend erläutert, kann daher zumindest ein Teil der Seitenflansche 468a und 468b des TFR-Elements entfernt werden, um dadurch die TCR-Abhängigkeit des TFR-Moduls von der TFR-Grabenbreite zu verringern.
Wie in 10A bis 10C dargestellt, wird eine Metallschicht 480 mit Hilfe von Verfahren zur Metallabscheidung, -strukturierung und -ätzung abgeschieden, strukturiert und geätzt, um die TFR-Köpfe 482a und 482b sowie die Metallleitung 482c auszubilden und so die Ausbildung des TFR-Moduls und der Verbindungsstruktur (490 bzw. 492) abzuschließen. Die TFR-Kappe 450 (z. B. aus SiN oder SiO₂) schützt die darunter liegende TFR-Elementbasis 462 vor der Metallätzung. Bei der Metallschicht 480 kann es sich um eine beliebige Metallschicht (z. B. eine Verbindungsschicht) in beliebiger Tiefe in der auszubildenden IC-Bauelementstruktur handeln. Der TFR-Kopf 482a ist mit einer Unterseite 484a ausgebildet, die (a) den ersten vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakt 408a und (b) ein oberes (distales) Ende 470a des vertikal verlaufenden TFR-Element-Endflansches 466a berührt. In ähnlicher Weise ist der TFR-Kopf 482b mit einer Bodenfläche 484b ausgebildet, die in Kontakt mit (a) dem zweiten sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakt 408b und (b) einem oberen (distalen) Ende 470b des sich vertikal erstreckenden TFR-Element-Endflansches 466b steht.
Wie oben erwähnt, können die Seitenflansche 468a und 468b (9A - 9C) des TFR-Elements 460 unerwünschte TCR-Effekte für das TFR-Modul verursachen. Daher kann die Metallätzung, die zur Herstellung der TFR-Köpfe 482a und 482b und der Metallleitung 482c verwendet wird, dazu verwendet werden, eine vollständige oder teilweise vertikale Höhe (z-Richtung) der TFR-Element-Seitenflansche 468a und 468b außerhalb der Grundfläche der TFR-Köpfe 482a und 482b zu entfernen. 10C zeigt beispielsweise die Öffnungen 486a und 486b, die durch das Ätzen der gesamten Höhe der Seitenflansche 468a und 468b des TFR-Elements ausgebildet werden. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Metallätzung einen Teil der vertikalen Höhe (z-Richtung) der TFR-Element-Seitenflansche 468a und 468b außerhalb der Grundfläche der TFR-Köpfe 482a und 482b entfernen, so dass sich die (nach dem Ätzen) verbleibenden TFR-Element-Seitenflansche 468a und 468b von der TFR-Element-Basis 462 aus nach oben erstrecken, jedoch auf einer geringeren Höhe als die TFR-Element-Endflansche 466a und 466b.
Bei Ausführungen, bei denen die TFR-Köpfe 482a und/oder 482b die jeweiligen TFR-Element-Seitenflansche 468a und/oder 468b teilweise überlappen, z. B. wie durch die Überlappungsabstände O_482a und O_482b in den 10A und 10B angedeutet, können die Abschnitte der TFR-Element-Seitenflansche 468a und 468b in diesen Überlappungsbereichen vor der Metallätzung geschützt werden (durch eine darüber liegende Maske, wie sie im Stand der Technik bekannt ist) und werden daher nicht entfernt. Diese geschützten, nicht geätzten Abschnitte der TFR-Element-Seitenflansche 468a und 468b sind in 10A als 468a', 468a'', 468b' und 468b'' dargestellt. In einigen Ausführungsformen können die TFR-Köpfe 482a und 482b so ausgerichtet werden, dass sie die jeweiligen TFR-Element-Seitenflansche 468a und 468b nicht überlappen (d. h. die Überlappungsabstände O_482a und O_482b sind 0), so dass die gesamte Länge der TFR-Element-Seitenflansche 468a und/oder 468b in x-Richtung während des Metallätzens entfernt werden kann. Die TFR-Element-Endflansche 466a und 466b stellen doppelte leitenden Pfade zwischen dem TFR-Element 460 und den TFR-Köpfen 482a und 482b bereit, wie hierin erörtert (z. B. oben in Bezug auf die 3Abis 3B).
In einigen Ausführungsformen kann sich die Metallätzung bis in den dielektrischen Bereich (z. B. Oxid) 410 erstrecken, wie bei 488 angegeben.
Wie oben in Bezug auf die 5A bis 5C erläutert, kann das offengelegte Verfahren einen Ausrichtungsspielraum (in x-Richtung) für die Ausrichtung der in den Fotolack 420 gemusterten Maskenöffnung 422 bereitstellen, ohne das resultierende TFR-Element 460 negativ zu beeinflussen. Die nachstehend erläuterten 11 und 12Abis 12B veranschaulichen dieses Konzept.
11 ist eine seitliche Querschnittsansicht, die mit 5B übereinstimmt und eine strukturierte Maskenöffnung 422 zeigt, die in x-Richtung relativ zu den sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakten 408a und 408b gut ausgerichtet ist. Wie gezeigt, ist die Länge des TFR-Grabens 430, L_{TFR_trench}, in dem die TFR-Schicht 440 zur Ausbildung des TFR-Elements 460 abgeschieden wird (siehe 7A- 7C bis 10A-10C), in x-Richtung durch den Abstand zwischen den TFR-Seitenkontakten 408a und 408b definiert. Die in x-Richtung verlaufende Länge der strukturierten Maskenöffnung 422, L_{mask_opening}, kann deutlich länger sein als die Länge des TFR-Grabens L_{TFR_trench}, ohne dass dies Auswirkungen auf den resultierenden TFR-Graben 430 und das anschließend ausgebildete TFR-Element 460 hat, da alle Teile der TFR-Folie 440, die außerhalb des TFR-Grabens 430 abgeschieden wurden, wie in den 9A bis 9C gezeigt, entfernt werden (oder physisch von der TFR-Folie 440 innerhalb des TFR-Grabens 430 getrennt werden, wie in 12B gezeigt, die weiter unten besprochen wird) und somit das resultierende TFR-Element 460 nicht beeinflussen.
Die Verwendung einer Länge der strukturierten Maskenöffnung L_{mask_opening}, die länger ist als die TFR-Grabenlänge L_{TFR_trench}, bietet einen Ausrichtungsspielraum für die Ausrichtung der strukturierten Maskenöffnung 422 in Bezug auf die sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakte 408a und 408b, wodurch eine gewisse Fehlausrichtung der strukturierten Maskenöffnung 422 möglich ist (z. B. verursacht durch eine Fehlausrichtung eines Fotomasken-Overlays, wie aus dem Stand der Technik bekannt).
12A bis 12B zeigen ein Beispiel für eine Fehlausrichtung der strukturierten Maskenöffnung 422 und das Fehlen der Auswirkungen einer solchen Fehlausrichtung auf das resultierende TFR-Element 460 gemäß einer Beispielimplementierung. In dieser Implementierung ist die strukturierte Maskenöffnung 422, die dieselbe Länge in x-Richtung L_{mask_opening} wie die in 11 gezeigte gut ausgerichtete Implementierung aufweist, in x-Richtung schlecht ausgerichtet, wie durch den Pfeil „FEHLAUSRICHTUNG“ angezeigt.
12A ist eine seitliche Querschnittsansicht, die die falsch ausgerichtete Maskenöffnung 422 und den daraus resultierenden TFR-Graben 430 zeigt, der durch das TFR-Ätzen durch die falsch ausgerichtete Maskenöffnung 422 ausgebildet wird. In diesem Beispiel ist die seitliche Kante 422a der falsch ausgerichteten Maskenöffnung 422 in x-Richtung über den TFR-Seitenkontakt 408a hinaus ausgerichtet, was dazu führt, dass während des TFR-Grabenätzens ein zusätzlicher Graben 1202 über den TFR-Seitenkontakt 408a hinaus ausgebildet wird.
12B ist eine seitliche Querschnittsansicht, die das resultierende TFR-Element 460 zeigt, das in dem TFR-Graben 430 ausgebildet wurde, nachdem ein TFR-Film 440 abgeschieden wurde, eine TFR-Kappe 450 abgeschieden wurde und eine CMP durchgeführt wurde, um Teile des TFR-Films 440 und der TFR-Kappe 450 über dem dielektrischen Bereich 410 zu entfernen, z. B. gemäß den in den 7A bis 7C bis 9A bis 9C gezeigten Verfahrensschritten. Wie gezeigt, erstreckt sich während der Abscheidung des TFR-Films 440 ein zusätzlicher Bereich aus TFR-Filmmaterial, der mit 1204 bezeichnet ist, nach unten in den zusätzlichen Graben 1202. Jedoch wird, nach der CMP zum Entfernen von Teilen des TFR-Films 440 und der TFR-Kappe 450 oberhalb des dielektrischen Bereichs 410, dieser zusätzliche TFR-Filmbereich 1204 physisch vom TFR-Element 460 im TFR-Graben 430 abgelöst und beeinträchtigt somit nicht die Leistung des resultierenden TFR-Moduls.
Wie oben erläutert, kann ein TFR-Modul gemäß der vorliegenden Erfindung (z. B. das in den 3A bis 3B gezeigte TFR-Modul 302 und das nach dem in den 4A bis 4C bis 10C bis 10C gezeigten Verfahren ausgebildete TFR-Modul 490) in beliebiger Tiefe in der betreffenden IC-Bauelementstruktur ausgebildet werden. In einigen Ausführungsformen kann das TFR-Modul zwischen zwei beliebigen Metallschichten in der betreffenden IC-Bauelementstruktur ausgebildet werden, z. B. zwischen den Metallschichten 310 und 312 in 3A oder zwischen den Metallschichten 402 und 480 in 10B. In anderen Ausführungsformen kann das TFR-Modul zwischen einer silizidierten Polysiliziumschicht und einer Metallschicht (z. B. Metall-1-Schicht) in einer IC-Bauelementstruktur ausgebildet werden.
13 zeigt gemäß einer beispielhaften Ausführungsform eine seitliche Querschnittsansicht einer beispielhaften IC-Bauelementstruktur 1300 mit einem TFR-Modul 1302 und einer Verbindungsstruktur 1304, die zwischen einer Polysiliziumschicht 1306 und einer Metallschicht 480 (z. B. Metall-1- Schicht) ausgebildet wird. Die IC-Bauelementstruktur 1300 ähnelt der in 10B gezeigten IC Bauelementstruktur 400, außer dass die unteren Metallleitungen 404a-404c der IC Bauelementstruktur 400 durch entsprechende silizidierte Polysiliziumelemente 1310a bis 1310c ersetzt sind. Jedes Polysiliziumelement 1310a bis 1310c weist ein entsprechendes Polysiliziumelement 1312a bis 1312c auf, das in der Polysiliziumschicht 1306 ausgebildet und silizidiert wurde, um einen Silizidbereich 1314a bis 1314c auf der Oberseite jedes entsprechenden Polysiliziumelements 1312a bis 1312c auszubilden. Die Silizidbereiche 1314a bis 1314c können aus Titansilizid, Kobaltsilizid oder Nickelsilizid bestehen. Die Silizidbereiche 1314a und 1314b definieren leitende Kontakte für vertikal verlaufende TFR-Seitenkontakte 408a bzw. 408b, und der Silizidbereich 1314c definiert einen leitenden Kontakt für den Durchgang 406 der Verbindungsstruktur 1304.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 63133008 [0001]
US 10818748 [0062]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtwiderstands- (TFR-) Moduls in einer integrierten Schaltungs- (IC-) Struktur, wobei das Verfahren aufweist: Ausbilden von ersten und zweiten sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakten, die von einander beabstandet sind; Ausbilden eines TFR-Elements zwischen den ersten und zweiten sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakten, wobei das TFR-Element aufweist: eine sich seitlich erstreckende TFR-Element-Basis, die sich von einem ersten Ende in der Nähe des ersten sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakts zu einem zweiten Ende in der Nähe des zweiten sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakts erstreckt; und einen ersten TFR-Element-Endflansch, der von dem ersten Ende der TFR-Element-Basis vertikal vorsteht, wobei sich der erste TFR-Element-Endflansch parallel zu dem ersten sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakt erstreckt und mit diesem in Kontakt steht; und einen zweiten TFR-Element-Endflansch, der vertikal von dem zweiten Ende der TFR-Element-Basis vorsteht, wobei sich der zweite TFR-Element-Endflansch parallel zu dem zweiten vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakt erstreckt und mit diesem in Kontakt steht; und Ausbilden eines ersten TFR-Kopfes in Kontakt mit dem ersten vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakt und eines zweiten TFR-Kopfes in Kontakt mit dem zweiten vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das TFR-Element SiCr, SiCCr, NiCr oder TaN aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: der erste TFR-Kopf derart ausgebildet ist, dass eine Bodenfläche des ersten TFR-Kopfes in Kontakt mit dem Endflansch des ersten TFR-Elements steht; und der zweite TFR-Kopf derart ausgebildet ist, dass eine Bodenfläche des zweiten TFR-Kopfes in Kontakt mit dem Endflansch des zweiten TFR-Elements steht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: der erste TFR-Kopf derart ausgebildet ist, dass eine Bodenfläche des ersten TFR-Kopfes sowohl mit (a) dem ersten vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakt als auch mit (b) dem Endflansch des ersten TFR-Elements in Kontakt steht; und der zweite TFR-Kopf derart ausgebildet ist, dass eine Bodenfläche des zweiten TFR-Kopfes sowohl mit (a) dem zweiten vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakt als auch mit (b) dem vertikal verlaufenden Endflansch des zweiten TFR-Elements in Kontakt steht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ausbilden des TFR-Elements weiterhin aufweist: Ausbilden von TFR-Element-Seitenflanschen, die vertikal von der TFR-Element-Basis vorstehen und sich zwischen den ersten und zweiten TFR-Element-Endflanschen erstrecken; und Entfernen mindestens einer teilweisen Höhe der TFR-Element-Seitenflansche.
Verfahren nach Anspruch 5, das weiterhin die Durchführung einer Metallätzung aufweist, um sowohl (a) den ersten und zweiten TFR-Kopf zu definieren als auch (b) die zumindest teilweise Höhe der Seitenflansche des TFR-Elements zu entfernen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ausbilden der ersten und zweiten sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakte aufweist: Ausbilden von ersten und zweiten länglichen Durchgangsöffnungen; und Füllen der ersten und zweiten länglichen Durchgangsöffnungen mit Metall.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ausbildung des TFR-Elements aufweist: Entfernen einer Teildicke eines dielektrischen Bereichs zwischen dem ersten und dem zweiten sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakt, um eine TFR-Öffnung zu definieren, die (a) eine Seitenwand des ersten sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakts und (b) eine Seitenwand des zweiten sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakts freilegt; und Abscheiden eines TFR-Films in der TFR-Öffnung, wobei der abgeschiedene TFR-Film aufweist: (a) einen ersten TFR-Filmabschnitt, der eine obere Oberfläche des dielektrischen Bereichs bedeckt und sich zwischen den ersten und zweiten sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakten erstreckt, wobei der erste TFR-Filmabschnitt die sich seitlich erstreckende TFR-Elementbasis definiert; (b) einen zweiten TFR-Filmabschnitt, der die freiliegende Seitenwand des ersten sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakts bedeckt, wobei der zweite TFR-Filmabschnitt den ersten TFR-Element-Endflansch definiert; und (c) einen dritten TFR-Filmabschnitt, der die freiliegende Seitenwand des zweiten sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakts bedeckt, wobei der dritte TFR-Filmabschnitt den zweiten TFR-Element-Endflansch definiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren weiterhin darin besteht, den IC einschließlich einer Zwischenverbindungsstruktur auszubilden, und das Verfahren weiterhin aufweist: gleichzeitiges Ausbilden (a) eines Durchgangs und (b) des ersten und des zweiten vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakts; und gleichzeitiges Ausbilden (a) einer Metallleitung in Kontakt mit dem Durchgang, (b) des ersten TFR-Kopfes in Kontakt mit dem ersten vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakt und (c) des zweiten TFR-Kopfes in Kontakt mit dem zweiten vertikal verlaufenden TFR-Seitenkontakt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei jeder der ersten und zweiten sich vertikal erstreckenden TFR-Seitenkontakte eine TFR-Seitenkontaktbreite in einer ersten lateralen Richtung aufweist, die gleich einer Breite des Durchgangs ist, und eine TFR-Seitenkontaktlänge in einer zweiten lateralen Richtung aufweist, wobei die TFR-Seitenkontaktlänge mindestens doppelt so groß wie die TFR-Seitenkontaktbreite ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Metallätzung weiterhin durchgeführt wird, um die Metallleitung in Kontakt mit dem Durchgang auszubilden.
Dünnschichtwiderstands- (TFR-) Modul, das in einer integrierten Schaltungs- (IC-) Struktur ausgebildet ist, wobei das TFR-Modul unter Verwendung eines der Verfahren nach den Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet wird.