[发明专利]一种修调电阻及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体制造工艺技术领域，尤其涉及一种修调电阻及其制造方法。 

背景技术

集成电路版图设计通常较为标准化和理想化，在实际的制造过程中受厂家、工艺方法、工艺波动和测试条件等因素影响，导致设计预想的尺寸和电性功能产生误差。对于需要调整基准电压和基准频率的产品，电阻的限流和分压功能在模拟电路中广泛运用，但阻值受掺杂浓度和扩散程度的影响，误差可达到±20%，如此大的误差不能满足高精度电路的要求。为了消除厂家、工艺方法、工艺波动和测试条件等因素对芯片性能的影响，在管芯版图中经常设计出被称为修调电阻（Trim resistor）的可调电阻。修调电阻的布局和主要的功能电路相连，只需要在芯片测试时采用合适的测试程序，通过专门制作的修调压点对修调电阻选择性的烧断，使修调压点间的电阻尽可能的接近理论值，从而通过对修调电阻的选取和结构的改变来达到电路设计者所需要的性能。 

修调电阻通常分为熔丝、齐纳二极管及薄膜电阻激光校正三种。薄膜电阻激光校正方法实现的微调电阻可以使精度在±0.1%以内，但设备昂贵，工艺较复杂。熔丝和齐纳二极管击穿与金属的选择类似可以重新设定电阻网络，可作为编程开关设计在管芯中。但齐纳二极管由于击穿结构和烧熔特点，对金属材料、掺杂程度、接触孔电阻、修调方向等具有较高的要求，不能通过使用难熔金属或硅化物的工艺制作齐纳击穿管，且实际运用中熔化的合金丝移动的非常快且毫无规律以至于很难控制，故采用齐纳二极管实现修调电阻的较少。熔丝类修调电阻由于烧断技术对工艺和测试技术要求相对简单，在实际中广泛采用。 常用的熔丝类修调方法为加瞬间电流使熔丝瞬间熔断，利用瞬间电流密度在电阻中产生集中的热量聚集，使电阻达到熔点，导致熔断和蒸发，熔丝类修调方法也可采用增加瞬间电压的方法，但由于高压容易会对产品其他位置造成击穿采用的较少。 

熔丝类修调方法根据材料主要分为金属和多晶硅两种，金属中主要以普遍用于布线的铝为主，而多晶硅为重掺杂。铝的熔点相对较低（660℃），当修调时周期为几毫秒大小为几百毫安的电流脉冲就可以将熔丝熔断，开始汽化时大部分金属可熔化并排出，利用金属熔丝很容易编程，并且对于难熔金属熔丝也可以可靠的达到修调作用。多晶硅熔丝熔点比铝高很多（1410℃），并且很脆，在快速加热的过程中容易破裂，要求编程电流脉冲上升的时间足够短。 

熔丝类修调方法的原理相同，结构类似，都是通过对熔丝的熔断后，使熔丝开路达到修调效果的，图1所示为传统的以铝材料熔丝为代表的金属熔丝修调电阻的正面结构示意图。其中包括：10为修调金属，所述修调金属10整条宽度和厚度一致，11为修调连接垫（Trim PAD），12为修调金属10上的压点窗口，13为修调连接垫11上的压点窗口，以及覆盖在所述修调金属10上除修调金属上的压点窗口12区域之外的钝化层。所述修调金属上的压点窗口12利于熔断修调金属时的能量瞬间释放以及金属蒸发，但如果所述修调金属上的压点窗口12过小，熔丝熔断的过程中能量释放不掉，会使起保护作用的钝化层断裂，裂口大小和金属溅出方向存在很多不确定性，会延伸到附近的电路结构中，导致潜在的可靠性风险。但如果所述修调金属上的压点窗口过大，修调金属熔塌及乱溅的金属容易残留在所述修调金属上的压点窗口及修调金属上的压点窗口附近多个区域，存在短路的风险，也容易在后道、封装工艺中出现金属残留、化学残留等可靠性风险。 

图2所示为图1的金属熔丝修调电阻出现过修调、整条修调金属修调时的正面结构示意图。其中14a和14b为修调金属修调后金属的端头，15为修调金属修调溅出的金属残留落在所述修调金属的压点窗口和钝化层上。发生修调金 属10蒸发不完全的原因主要是修调金属过多，修调金属上的压点窗口12开口较小，测试条件不当等导致。当出现此类问题时，普通的清洗条件无法将残留在所述修调金属上的压点窗口及修调金属上的压点窗口附近多个区域的金属去尽，且部分清洗液也会残留并沿着界面腐蚀到钝化层，破坏到附近的电路结构，导致产品的失效。 

图3所示为图1的金属熔丝修调电阻出现修调不充分时的正面结构示意图，其中16a和16b为修调金属修调后金属的端头，两个端头（16a和16b）间距很小，在修调金属10进行修调的瞬间，由于金属熔化特性，铝发生熔断时两端的金属呈球状收缩并为高温液体状态，会出现往下流淌的情况。如果两个端头（16a和16b）的距离足够小，两端的金属会重新融合在一起，修调金属10又重新连接起来，如图4中所示的17a和17b已经连在一起，导致修调金属10修调失败。