[發明專利]精密多晶硅電阻器

在審

• 申請號: 201310726298.X
• 申請日: 2013-12-20
• 公開（公告）號: CN104064555A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: P·蒙塔尼尼;G·利克;B·H·恩格爾;R·M·米勒;J·Y·金
• 申請（專利權）人: 意法半導體公司;國際商業機器公司;格羅方德公司;三星電子株式會社
• 主分類號: H01L23/64
• 分類號: H01L23/64;H01L27/08
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華

技術領域

本公開內容涉及制作集成電路晶體管，并且具體地，涉及使用替換金屬柵極工藝來制作的器件。

背景技術

集成電路芯片通常包括電路設計者可以訪問的用于由芯片上的各種器件使用的精密電阻器。例如可能需要電阻器來調節在芯片上供應的功率，或者來滿足用于可能需要某些輸入或者輸出阻抗的通信功能的阻抗匹配要求。以往，在晶體管柵極由多晶硅制成時，圖案化精密電阻器作為多晶硅掩膜層的一部分是簡單直接的，由此集成電阻器的制作與有源器件的制作。

隨著金屬柵極晶體管的開發，已經出現在適合用作晶體管柵極的金屬與適合用作精密金屬電阻器的金屬之間的不兼容。例如常用于金屬柵極的鋁缺乏精密金屬電阻器需要的電阻率。已經替代為諸如氮化鉭(TaN)、鎢(W)、氮化鈦(TiN)、鋁化鈦(AlN)或者具有相似功函數的其它金屬之類的材料以形成集成電阻器。然而在材料性質不可互換時，沉積和圖案化精密電阻器作為金屬柵極掩膜層的一部分一般是不可行的。從這樣的金屬構建電阻器的缺點是使用這些附加材料需要額外設備和工藝步驟，并且一般增加半導體制造工藝的復雜性并且因此增加半導體制造工藝的成本。一般希望從在用于金屬柵極晶體管的現有工藝流程中已經可用的材料制作精密電阻器。

發明內容

使用替換金屬柵極(RMG)工藝提供用于與金屬柵極晶體管并排創建精密多晶硅電阻器的機會。這一機會之所以存在是因為初始地形成犧牲多晶硅柵極，并且然后用金屬柵極替換它。因此，在形成犧牲多晶硅柵極期間，多晶硅電阻器也可以從相同多晶硅膜形成。取代在平坦表面上沉積多晶硅的平坦掩蓋層，可以略微凹陷在多晶硅電阻器的所需位置以下的淺溝槽隔離(STI)氧化物，并且保形多晶硅沉積遵循STI氧化物的凹陷輪廓。這一凹陷允許用于保護絕緣層的空間在用金屬柵極隨后替換犧牲多晶硅柵極期間覆蓋電阻器。最終精密多晶硅電阻器結構(圖2)比為具有金屬柵極晶體管的集成電路提供金屬電阻器的現有結構(圖1)更緊湊并且復雜性更少。

可以通過向多晶硅膜注入摻雜物、調整多晶硅膜厚度或者二者來調節精密多晶硅電阻器至具有所需薄片電阻(sheet resistance)。由于多晶硅柵極是犧牲的，所以即使可能有具體厚度要求(例如在多晶硅厚度約束RMG工藝的情況下)，也可以布置摻雜柵極以便與指定的薄片電阻匹配。與金屬柵極晶體管相鄰的精密多晶硅電阻器結構除了多晶硅電阻器本身之外還可以包括：在硅襯底中形成的延伸隔離場，隔離場用相對于硅襯底的上表面凹陷的氧化物填充；覆蓋多晶硅電阻器并且與多晶硅電阻器接觸的絕緣材料；層間電介質；以及穿透層間電介質以在金屬-多晶硅結處與多晶硅電阻器發生歐姆接觸的一個或者多個金屬塞。

附圖說明

在附圖中，相同標號標識相似元件。未必按比例繪制附圖中的元件的尺寸和相對位置。

圖1是根據現有技術的與金屬電阻器相鄰的成對的RMG晶體管的側視圖，該金屬電阻器形成于不同層中、通過氧化物阻擋層與RMG晶體管豎直分離。

圖2是如本文描述的與精密多晶硅電阻器相鄰的完成的RMG器件的側視圖。

圖3是示出在形成與圖2中所示與精密多晶硅電阻器相鄰的RMG晶體管時的基本步驟的高級工藝流程圖。

圖4A是示出可以用來形成凹陷隔離場的工藝步驟序列的工藝流程圖。

圖4B是示出圖4A中描述的步驟形成的隔離區域的側視圖。

圖5是示出如本文描述的在隔離溝槽和凹陷隔離場二者之上保形沉積的多晶硅膜的側視圖。

圖6A是示出可以用來圖案化多晶硅膜并且形成如圖6B中所示外延結的工藝步驟序列的工藝流程圖。

圖6B是圖6A中所示工藝流程形成的器件輪廓的側視圖，其中已經形成犧牲多晶硅柵極、精密多晶硅電阻器和外延結。

圖7A是示出可以用來形成替換金屬柵極和電接觸以訪問RMG晶體管和精密多晶硅電阻器的工藝步驟序列的工藝流程圖。

圖7B是本文描述的工藝流程形成的完整器件輪廓的側視圖。

具體實施方式

在以下描述中，闡述某些具體細節以便提供對公開的主題內容的各種方面的透徹理解。然而無這些具體細節仍然可以實現公開的主題內容。在一些實例中，尚未具體描述包括本文公開的主題內容的實施例的公知結構和半導體處理方法以免模糊本公開內容的其它方面的描述。

除非上下文另有要求，貫穿說明書和所附權利要求，字眼“包括(comprise)”及其變化，諸如“包括(comprises)”和“包括(comprising)”將在開放、包含意義上加以解釋，也就是解釋為“包括但不限于”。