[发明专利]具有介电帽层的无过孔薄膜电阻器

说明书

技术领域

本公开针对薄膜电阻器，并且更具体地针对具有介电帽层的薄膜电阻器，其中该薄膜电阻器电连接相邻互连的导电层。

背景技术

精密电阻器为用于各种精密电子设备(诸如起搏器、打印机以及测试或测量仪器)的集成电路提供了稳定的电阻。每个电子设备利用特定的电阻值并且在不同的条件下操作。制造商通过控制电阻器的尺寸并且通过使用具有低温度系数和低电压系数的材料来为每个电子设备定制精确的电阻值。然而，这些精密电阻器的性能通常受到操作条件(如温度和电压)变化的影响。制造商力求实现关于电阻和尺寸的紧密的容限以更好地获得精确、稳定的电阻。

常规的精密电阻器包括扩散电阻器和激光微调多晶硅电阻器。扩散电阻器使得掺杂剂被引入衬底中的多晶硅电阻器层中，从而在衬底中形成掺杂的有源区域，诸如P阱或P体。高欧姆多晶硅电阻器具有在每摄氏度百万分之1,000和3,000范围内的电阻温度系数以及在1k欧姆/平方和10k欧姆/平方范围内的电阻。此外，由于载流子被激活，掺杂的多晶硅层的电阻随温度而改变，这可能引起跟随操作温度的性能漂移。

掺杂的电阻器层的长度和宽度、扩散的深度以及掺杂剂的电阻率控制所实现的特定电阻。结隔离技术将扩散电阻器与衬底中的其他元件隔离。这些占用衬底上宝贵空间的隔离技术最小化了p-n结的空间电荷效应的不良影响，该空间电荷效应可能使电阻随着操作电压和频率改变而变化。为补偿电阻中的这些改变，制造商通常包括与电阻器相邻的附加电路，从而使用围绕电阻器的更多衬底面积。

激光微调去除或剪切掉多晶硅电阻器层的部分以增加电阻。更具体地，激光改变电阻器的形状以实现所希望的电阻值。和扩散电阻器一样，激光微调电阻器使用衬底的较大面积以便实现精确的电阻器值。较大面积尺度还允许这些电阻器向衬底耗散热量。对这些电阻器的尺寸要求影响了集成电路中的器件的密度。作为集成电路的持续小型化的结果，制造商力求减小精密电阻器的空间要求。

除水平空间要求之外，这些精密电阻器影响了相关联的电子器件的垂直空间要求。例如，图1是已知的电子器件10，该电子器件具有通过多个过孔16连接到上层金属层14的精密电阻器12，正如授予Hill等人的美国专利No.7,410,879中所公开的那样。该电子器件包括形成在衬底20上的第一金属层18。精密电阻器形成在第一介电层22上，第一介电层22叠置于第一金属层18和衬底20上。在形成过孔16之前，在精密电阻器12的末端26之上形成电阻器头端接触结构24。电阻器头端接触结构24包括钛钨层28和第二介电层30。

薄膜电阻器层一般地蒸发或溅射在衬底20上，然后被图形化和刻蚀以形成电阻器12。为了进行操作，电阻器需要对末端26进行电连接，这需要两个掩膜层，一个用以使电阻器12成形，一个用以形成电阻器头端接触结构24。这些电阻器头端接触结构24在过孔刻蚀期间保护电阻器，该过孔刻蚀将把上层金属层14电连接到电阻器12。

第三介电层32形成为叠置于精密电阻器12、电阻器头端接触结构24和第一介电层22上。该多个过孔16形成为通过第三介电层32并且填充有导电材料以将精密电阻器12电连接到上层金属层14。使精密电阻器12与第一金属层18被第一介电层22隔开并且使精密电阻器12与上层金属层14隔开限制了制造商减小电子器件的尺寸的能力。更具体地，使第一金属层18和电阻器12被第一介电层22隔开向电子器件10添加了显著的垂直尺度。

图2是用于形成精密电阻器而不需要将上层金属层连接到电阻器的过孔的已知技术的等距视图。电子器件40具有直接形成在铝层44的暴露部分上和平坦化的介电层46上的氮化钽电阻器42，正如授予Morris的美国专利No.5,485,138中所公开的那样。铝层44形成在较低层级介电层48上，较低层级介电层48形成在砷化镓衬底50上。

形成电阻器42的工艺包括直接在较低层级介电层48上淀积铝层44，然后对铝进行图形化和刻蚀以形成金属线路。然后，在铝层44之上形成介电层46。平坦化步骤使介电层46的顶表面平滑。随后，暴露铝层44顶部的1埃和1,000埃之间的面积。然后，淀积氮化钽层并对其进行刻蚀以形成氮化钽电阻器42。在图2中可以清楚地看到，电阻器42显著大于铝层44，这向电子器件40添加了附加的垂直尺度。