具体实施方式

如上所述，本发明的实施方案提供了用于将薄膜电阻器(TFR)集成在半导体集成电路(IC)器件中的改进技术，与常规技术相比，这可降低成本。例如，与需要至少两个掩模工艺的常规方法相比，一些实施方案提供了用于使用单个光掩模工艺形成集成TFR的方法和系统。

本发明的第一方面提供了形成包括薄膜电阻器(TFR)的集成电路(IC)结构的方法。该方法可包括：在半导体衬底之上形成至少一个IC元件，该至少一个IC元件具有至少一个IC元件接触区域；在至少一个IC元件之上形成第一接触蚀刻停止层；以及在第一接触蚀刻停止层上方形成TFR层叠堆并且该TFR层叠堆从至少一个IC元件接触区域侧向偏移。形成TFR层叠堆可包括：形成TFR蚀刻停止层，在TFR蚀刻停止层之上形成TFR膜，以及在TFR膜之上形成第二接触蚀刻停止层。可在TFR层叠堆上方或下方(即在形成TFR层叠堆之前或之后)形成至少一个介电层。可形成图案化掩模，该图案化掩模包括在至少一个IC元件接触区域之上对准的至少一个第一掩模开口和在TFR层叠堆之上对准的至少一个第二掩模开口。然后可穿过第一掩模开口和第二掩模开口并穿过IC结构的部分来执行至少一次蚀刻，以同时形成(a)暴露至少一个IC元件接触区域的至少一个第一接触开口和(a)暴露TFR膜的至少一个第二接触开口，该穿过IC结构的部分包括穿过第一接触蚀刻停止层和第二接触蚀刻停止层两者。第一接触开口和第二接触开口可填充有导电材料，以形成到至少一个IC元件的至少一个导电接触件和到TFR膜的至少一个导电接触件。

在一些实施方案中，可在至少一个IC元件之上并在第一接触蚀刻停止层之上沉积一个或多个介电层，并且可在此类介电层之上形成TFR层叠堆。此外，可在TFR层叠堆之上沉积至少一个介电层。

在一些实施方案中，TFR层叠堆可直接形成在第一接触蚀刻停止层上。

在一些实施方案中，第一接触蚀刻停止层和第二接触蚀刻停止层由相同的材料形成。例如，第一接触蚀刻停止层和第二接触蚀刻停止层均可包括SiN层。在其他实施方案中，第一接触蚀刻停止层和第二接触蚀刻停止层可由不同材料形成。例如，第一接触蚀刻停止层或第二接触蚀刻停止层可包含SiN，而另一者可包含SiC或SiON。在一些实施方案中，第二接触蚀刻停止层具有比第一接触蚀刻停止层大的厚度。

在一些实施方案中，执行至少一次蚀刻以同时形成(a)暴露IC元件接触区域的至少一个第一接触开口和(a)暴露TFR膜的至少一个第二接触开口可包括：(a)执行第一蚀刻，该第一蚀刻在第一接触蚀刻停止层和第二接触蚀刻停止层处停止；以及(b)执行第二蚀刻，该第二蚀刻延伸穿过第一接触蚀刻停止层和第二接触蚀刻停止层以暴露至少一个IC元件接触区域和TFR膜。

本发明的另一方面提供了形成薄膜电阻器(TFR)的方法，该方法包括：在半导体衬底之上形成导电接触区域；在导电接触区域上方形成第一接触蚀刻停止层；在第一接触蚀刻停止层上方形成TFR膜；以及在TFR膜之上形成第二接触蚀刻停止层，其中TFR膜和第二接触蚀刻停止层从接触焊盘侧向偏移。该方法还可包括：形成图案化掩模，该图案化掩模具有在导电接触区域之上对准的第一掩模开口和在TFR膜之上对准的至少一个第二掩模开口；穿过第一掩模开口和第二掩模开口并穿过第一接触蚀刻停止层和第二接触蚀刻停止层两者来执行至少一次蚀刻，以形成(a)暴露导电接触区域的第一接触开口和(a)暴露TFR膜的至少一个第二接触开口两者；以及用导电材料填充第一接触开口和至少一个第二接触开口，以形成到导电接触区域的垂直延伸接触件和到TFR膜的垂直延伸接触件。

在一些实施方案中，该方法可包括：在半导体衬底之上形成IC元件，其中导电接触区域向IC元件提供导电耦合；在IC元件、导电接触区域和第一接触蚀刻停止层之上沉积至少一个介电层；以及在至少一个介电层之上形成TFR膜。

在一些实施方案中，该方法可包括：通过在第一接触蚀刻停止层上直接形成TFR蚀刻停止层来在第一接触蚀刻停止层上直接形成TFR层叠堆；在TFR蚀刻停止层之上形成TFR膜；以及在TFR膜之上形成第二接触蚀刻停止层。

本发明的另一方面提供了集成电路(IC)结构，该IC结构包括：至少一个IC元件，该至少一个IC元件位于半导体衬底之上，该至少一个IC元件具有至少一个IC元件接触区域；第一接触蚀刻停止层，该第一接触蚀刻停止层位于至少一个IC元件之上；和薄膜电阻器(TFR)，该TFR位于第一接触蚀刻停止层之上并且从至少一个IC元件接触区域侧向偏移。TFR层叠堆可包括TFR膜层和位于TFR膜层之上的第二接触蚀刻停止层。第二接触蚀刻停止层的侧向边缘与第二接触蚀刻停止层下方的TFR膜层的侧向边缘侧向重合。在一些实施方案中，由于对TFR层叠堆执行的掩模和竖直蚀刻工艺，第二接触蚀刻停止层的侧向边缘与下面的TFR膜层的侧向边缘侧向重合。IC结构还可包括：至少一个导电接触件，该至少一个导电接触件向下延伸到TFR膜层，从而限定IC结构中的TFR；和至少一个导电接触件，该至少一个导电接触件从TFR侧向偏移并且向下延伸到至少一个IC元件。

在一些实施方案中，IC结构还包括至少一个介电层，该至少一个介电层位于第一接触蚀刻停止层上方并且位于TFR层叠堆下方。

在一些实施方案中，TFR还包括位于TFR膜层下方的TFR蚀刻停止层。在一些实施方案中，TFR蚀刻停止层的侧向边缘可与TFR膜层的侧向边缘和第二接触蚀刻停止层的侧向边缘侧向重合。在一些实施方案中，由于对TFR层叠堆执行的掩模和竖直蚀刻工艺，第二接触蚀刻停止层、TFR膜层和TFR蚀刻停止层的侧向边缘彼此侧向重合。

图1A至图1L示出了根据示例性实施方案将薄膜电阻器(TFR)集成在半导体集成电路(IC)器件中的示例性方法。

图1A示出了示例性集成电路(IC)结构10，例如，在制造包括任何数量的IC元件或部件12(例如，存储器单元、晶体管、栅极(例如，浮栅、控制栅、擦除栅)、字线、位线、导电接触件、通孔或其他金属线)的芯片或其他器件期间，但不限于位于衬底14上。存储器单元、晶体管或栅极统称为有源元件。在该示例中，IC结构的所示部分包括EEPROM或闪存存储器单元的浮栅存储器元件12A和12B。IC元件12A和12B可包括可编程层结构16(例如，栅极)和形成在可编程层结构16的侧壁上的介电间隔层18。硅化物层可限定IC元件12A和12B的硅化物接触焊盘20，或IC元件12A和12B与稍后形成的导电接触件的导电耦合(参见例如下文所述的图1K和图1L)，例如以将所选电压施加到IC元件12A和12B。

图1A可表示IC制造工艺期间的在以下操作之后的状态：形成存储器单元元件12A和12B，以及在元件12A和12B之上沉积第一接触蚀刻停止层30然后沉积第一介电层32。在一个实施方案中，第一接触蚀刻停止层30可包括自对准接触(SAC)SiN层，并且第一介电层32可包括高密度等离子体(HDP)金属前介电(PMD)氧化物。

如图1B所示，可执行CMP工艺以使第一介电层32的顶表面平坦化。在一些实施方案中，可以执行快速热处理(RTP)退火，以使第一介电层32进一步稳定。

如图1C所示，可在第一介电层32之上沉积TFR层叠堆38。例如，TFR膜层42(例如，SiCCr、SiCr、TaN、TiN或任何其他合适的TFR膜材料)可沉积在一对蚀刻停止层(示出为下部TFR蚀刻停止层40(例如，SiN)和第二接触蚀刻停止层44(例如，SiN))之间。在一些实施方案中，可例如在沉积第二接触蚀刻停止层44之前(或之后)执行退火，以调整或优化TFR膜层42的温度系数。

根据特定实施方案，下部TFR蚀刻停止层40可以是任选的。因此，一些实施方案可排除下部TFR蚀刻停止层40，使得TFR层叠堆38仅包括TFR膜层42和覆盖在上面的第二接触蚀刻停止层44。

第二接触蚀刻停止层44可被配置为充当TFR硬掩模。可选择或调整第二接触蚀刻停止层44的厚度以在后续蚀刻工艺中提供所需蚀刻结果，如下文参考图1J和图1K所述。例如，可基于以下各项来选择第二接触蚀刻停止层44的厚度：(a)第二接触蚀刻停止层44相对于一个或多个下层(在该示例中为下部TFR蚀刻停止层40和第一介电层32)的蚀刻选择性，和/或(b)第二接触蚀刻停止层44层的厚度相对于一个或多个下层的厚度，因为这些厚度通常影响穿过每个相应层的蚀刻速率。

在一个示例性实施方案中，形成TFR层叠堆38包括：沉积SiN下部TFR蚀刻停止层40；沉积SiCCr TFR膜层42；使SiCCr膜层42在515℃下退火30分钟以优化TFR膜层42的温度系数；以及最后沉积约(例如，至)的SiN第二接触蚀刻停止层44，该SiN第二接触蚀刻停止层在图1J中执行的蚀刻期间充当硬掩模，如下所述。

如图1D所示，光致抗蚀剂50可在TFR层叠堆38之上沉积，并将其在形成TFR的所需位置处图案化。如图所示，光致抗蚀剂50可在从硅化物接触焊盘20侧向偏移的位置处被图案化，以便形成从硅化物接触焊盘20侧向偏移的TFR，从而允许同时形成向下延伸到硅化物接触焊盘20的接触件和向下延伸到TFR的接触件，如下所述。

如图1E所示，然后可通过TFR蚀刻工艺蚀刻光致抗蚀剂50的区域外部的TFR层叠堆38的组成层，即任选的下部TFR蚀刻停止层40、TFR膜层42和第二接触蚀刻停止层44。在一个实施方案中，TFR蚀刻工艺是两步蚀刻，包括：(a)第一蚀刻，该第一蚀刻用于移除第二接触蚀刻停止层44和TFR膜层42，并且在下部TFR蚀刻停止层40上停止(例如，由于相关层的蚀刻选择性)，之后进行(a)第二蚀刻，该第二蚀刻使用与第一蚀刻不同的蚀刻化学物质来清除下部TFR蚀刻停止层40，其中光致抗蚀剂50保留在TFR层叠堆38的剩余部分之上。TFR蚀刻工艺可基于光掩模50的侧向范围限定第二接触蚀刻停止层44、TFR膜层42和下部TFR蚀刻停止层40的至少一个侧向边缘。例如，如图1E所示，TFR蚀刻工艺可限定：(a)(分别为第二接触蚀刻停止层44、TFR膜层42和下部TFR蚀刻停止层40的)第一侧向边缘44a、42a和40a，这些第一侧向边缘由光掩模50的第一侧向边缘50a自对准并且因此彼此重合，以及(b)(分别为第二接触蚀刻停止层44、TFR膜层42和下部TFR蚀刻停止层40的)第二侧向边缘44b、42b和40b，这些第二侧向边缘由光掩模50的第二侧向边缘50b自对准并且因此彼此重合。在此类实施方案中，第一侧向边缘44a、42a和40a以及第二侧向边缘44b、42b和40b可被称为蚀刻限定的侧向边缘，其在结构上可与以其他方式限定的侧向边缘区分开。

如图1F所示，然后可例如使用抗蚀剂剥离/灰化工艺来移除剩余光致抗蚀剂50。

如图1G所示，可在该结构之上沉积第二介电层54。在一些实施方案中，第二介电层54可包含金属前介电(PMD)氧化物，例如PMD P TEOS(磷掺杂的原硅酸四乙酯膜)。如图所示，沉积的第二介电层54可分别覆盖第二接触蚀刻停止层44、TFR膜层42和下部TFR蚀刻停止层40的第一侧向边缘44a、42a和40a以及第二侧向边缘44b、42b和40b。

如图1H所示，可执行CMP工艺以使第二介电层54的顶表面平坦化。

如图1I所示，可在第二介电层54的平坦化的顶表面之上沉积第三介电层60(例如，PMD氧化物覆盖层)。根据特定实施方案，该步骤可以是任选的。

如图1J所示，接触光掩模64可被沉积并图案化，之后进行用于形成用于形成到IC元件12A和12B的导电接触件以及到TFR膜层42的导电接触件的开口的蚀刻工艺。用于形成接触开口的蚀刻工艺在本文中被称为“接触蚀刻”工艺。在一些实施方案中，接触蚀刻工艺可包括一系列的多次接触蚀刻，例如，针对每次蚀刻使用不同蚀刻化学物质或其他蚀刻参数。在例示的实施方案中，接触蚀刻工艺包括第一接触蚀刻，之后是第二接触蚀刻。

如图1J所示，执行第一接触蚀刻以同时至少部分地蚀刻所有接触开口(例如，沟槽或通孔)，包括在IC元件12A和12B的目标结构(包括硅化物焊盘20)之上侧向对准的第一接触开口68A，以及在TFR膜层42的剩余部分之上侧向对准的第二接触开口68B。在一些实施方案中，第一接触蚀刻停止层30和第二接触蚀刻停止层44(例如，氮化物蚀刻停止层)可基于每个相应层的蚀刻选择性来减慢相应下层上方的蚀刻进度。在一些实施方案中，如图1J所示，第二接触开口68B可延伸到第二接触蚀刻停止层44中部分距离，而第一接触开口68A的蚀刻继续向下到达第一接触蚀刻停止层30。一旦暴露第一接触蚀刻停止层30的顶表面，或者另选地蚀刻穿过第一接触蚀刻停止层30的一部分，第一蚀刻就可停止。

如图1K所示，在执行第一接触蚀刻之后，可使用与图1J所示的第一接触蚀刻不同的蚀刻化学物质来执行第二接触蚀刻，以选择性地蚀刻第一接触蚀刻停止层30和第二接触蚀刻停止层44。可选择和调整蚀刻的结构(例如，IC结构10中的各个层的组成和厚度)以及第二接触蚀刻的化学物质和蚀刻参数，使得蚀刻同时或大致同时暴露所有目标特征部，例如，TFR膜层42的剩余部分和存储器元件12A、12B的硅化物接触焊盘20。

如图1L所示，可移除掩模64，并且可通过在蚀刻的接触开口(例如，沟槽或通孔)中沉积导电材料(例如，钨或其他金属)来形成导电接触件70A和70B。然后可执行CMP以使IC结构10的顶部平坦化。如图所示，导电接触件70A可落到存储器元件12A、12B的硅化物接触焊盘20上或以其他方式接触到该硅化物接触焊盘，而TFR导电接触件70B可落到TFR膜层42的相应位置上或以其他方式接触到该相应位置。在预定位置处与TFR膜层42导电接触的两个TFR导电接触件70B的形成限定TFR 80。然后可在图1L所示的结构之上形成金属层，以形成到导电接触件70A的金属接触件和到TFR导电接触件70B的金属接触件。

所公开的工艺可允许半导体共同的任何金属互连流动，例如，AlCu、AlSiCu或Cu沟槽。此外，TFR形成工艺可在不同点处集成到制造工艺中以在IC结构10内的任何深度处形成TFR 80，例如，在IC结构10中的任何介电层之中、上方或下方。图1A至图1L所示的示例性工艺示出了在第一介电层32和第二介电层54之间形成示例性TFR 80。

图2示出了本发明的另一个示例性实施方案，其中TFR 80A较低地形成在示例性IC结构10A中，特别是直接形成在第一接触蚀刻停止层30的顶部上，并且形成在第一介电层32下方。TFR 80A可通过以下操作来形成：在形成第一接触蚀刻停止层30之后并且在沉积第一介电层32之前，以及以其他方式在图1G至图1L所示的调节TFR 80A的增大深度的过程之后，执行图1C至图1F所示的步骤。

图3示出了本发明的又一个示例性实施方案，其中TFR 80B在示例性IC结构10B中更高地形成，特别是在第二介电层54与第三介电层60之间形成。TFR 10B可通过以下操作来形成：在沉积第二介电层54之后，以及以其他方式在图1G至图1L所示的调节TFR 80B的减小深度的过程之后，执行图1C至图1F所示的步骤。

因此，根据本文所公开的教导内容，TFR可以在IC结构中的任何层或深度处形成。

如上所述，在TFR膜42之上形成的第二接触蚀刻停止层44可被调整至相关工艺或集成要求。第一接触蚀刻停止层30和第二接触蚀刻停止层44中的每一者可由任何合适的一种或多种材料形成，包括例如(a)SiN；(b)Si₃N₄；(c)SiON；(d)Si_xO_yN_z的任何其他形式，其中x、y和z中的每一者可为0、1、2、3、4或任何其他值；(e)任何其他介电氮化物层；(f)SiO₂；(g)SiO_x，其中x<2；(h)SiC；或(i)适于提供蚀刻停止功能的任何其他材料。在一些实施方案中，第二接触蚀刻停止层44具有与第一接触蚀刻停止层30相同的组成。例如，在一些实施方案中，第一接触蚀刻停止层30和第二接触蚀刻停止层44两者可包含SiN。在其他实施方案中，第二接触蚀刻停止层44可具有与第一接触蚀刻停止层30不同的组成。例如，第一接触蚀刻停止层30或第二接触蚀刻停止层44可包含SiN，而另一者可包含SiC或SiON。

如果第一接触蚀刻停止层30和第二接触蚀刻停止层44两者由相同的材料形成，则它们将相对于接触蚀刻化学物质具有相同的蚀刻速率，并且因此也将对IC结构10中的任何介电层(例如，介电层32、54和60)具有相同的蚀刻速率选择性。因此，可基于IC结构10中TFR80/80A/80B的深度以及第二接触蚀刻停止层44与介电层(例如，层32、54、60)之间的蚀刻选择性来选择第二接触蚀刻停止层44的厚度，使得在蚀刻介电层之后(例如，在图1J所示且如上所述的第一蚀刻之后)剩余的第二接触蚀刻停止层44的厚度等于或大致等于(例如，在25％内)第一接触蚀刻停止层30的厚度。因此，用于蚀刻穿过第一接触蚀刻停止层30和第二接触蚀刻停止层44的第二蚀刻将同时或大致同时移除这些层中的任一层并暴露下面结构(硅化物接触焊盘20和TFR膜层42)。

在此类实施方案中，即，其中第一接触蚀刻停止层30和第二接触蚀刻停止层44由相同的材料形成，并且其中第二接触蚀刻停止层44通过图1J所示的第一蚀刻来部分地减小，并且第二接触蚀刻停止层44可形成为具有第一接触蚀刻停止层30大的厚度，使得部分地减小的第二接触蚀刻停止层44的厚度与第一接触蚀刻停止层30的厚度匹配。例如，在一些实施方案中，第二接触蚀刻停止层44的形成厚度可比第一接触蚀刻停止层30大10％-100％。在特定实施方案中，第二接触蚀刻停止层44的形成厚度可比第一接触蚀刻停止层30大30％-100％。

在其他实施方案中，第一接触蚀刻停止层30和第二接触蚀刻停止层44可具有不同组成，并且因此具有不同蚀刻速率和/或选择性。例如，第一接触蚀刻停止层30或第二接触蚀刻停止层44可包含SiN，而另一者可包含SiC或SiON。在此类实施方案中，可选择第二接触蚀刻停止层44的厚度以允许同时移除第一接触蚀刻停止层30和第二接触蚀刻停止层44。这种柔韧性允许单个接触掩模和蚀刻集成。这还允许TFR在IC结构中的不同深度处形成。