专利名称：温度补偿电阻器及其制造方法
技术领域：
本发明一般地涉及集成电路技术，更具体地说，涉及温度补偿电阻器及其制造方法。
背景技术：
砷化镓(“GaAs”)金属半导体场效应晶体管(“MESFET”)被广泛用于微波频率的放大、高速数字切换和各种其他高要求的应用领域。微波频率在卫星和无线通信领域中日益广泛的应用促进了对高性能GaAs晶体管和相关固态集成电路(“IC”)配置的需求。随着MESFET的功率输出能力继续增大，单个晶体管就可以提供过去由多个晶体管提供的功率，从而在相当程度上节省了成本，并且极大地减小了放大器模块的尺寸。可实现的功率处理能力和效率越高，MESFET放大器可能的应用范围就越大。因此，近年来在商业和军用领域中都努力提高GaAs器件的性能。
传统的MESFET采用金属栅电极与GaAs衬底直接接触的结构，以形成被称为肖特基(Schottky)阻挡层的结构。施加到栅电极的电压影响栅极下的载流区域。这控制了晶体管的源级和漏极之间的电流流动，从而提供了放大或开关功能。
场效应晶体管(“FET”)，更具体地说是高电子迁移率晶体管(“HEMT”)IC在许多领域有广泛的应用，包括航天和移动通信系统。当FET或HEMT IC经历温度变化时，其电性能特性可能变化。这种电路的许多应用要求在较宽的温度范围上有一致的操作。
因此，为了实现FET或HEMT IC不随温度变化的操作，采用了大量的温度补偿(“TC”)解决方案，这些解决方案的成功程度不同。这些解决方案通常被分类为三种方法。
第一种方法利用外部温度传感器和放大器来生成被传递给IC的控制信号。这可能是最明显的TC方法，也是数十年来被使用的一种方法。这种方法的主要缺点之一是必须加上外部电路以用于TC功能。这些外部电路需要温度可变元件，如热敏电阻或其他热传感器，而这些元件不容易实现片上集成。另外，热传感器必须位于被补偿的电路附近，以准确地提供有意义的温度读数。这种邻近性要求还使得实现该解决方案的温度补偿电路的装配复杂化。
第二种方法采用片上温度传感器(如二极管)与外部反馈控制环路的结合。这类似于第一种方法，区别在于，温度传感元件被直接集成到IC芯片中。温度传感器一般为单片二极管，其由来自外部电源的恒定电流进行偏置，以产生反比于温度的端电压。该电压被放大，并且或者被用来控制IC上有源器件的偏置，或者被用来控制可变衰减器以调节电路随环境温度变化时的电路响应。该方法的缺点包括由于附加外部控制电路而引起的尺寸、成本和装配的复杂性，外部控制电路一般要求单独调节以匹配每个IC的温度特性。
第三种方法采用片上直流(“DC”)反馈放大器来调整IC电路的偏置。在该方法中，DC放大器直接集成到IC中。尽管该单片解决方案是三种方法中最紧凑的一种，但是其对于某些IC应用存在缺点，如具有较低DC功率耗散的高性能HEMT IC(例如用在卫星通信电路中)。将有源偏置调整器集成到片上包括将精确的DC运算放大器设计到优化用于高频RF器件而不是DC器件的半导体工艺中。这种高频RF器件并不很适合于精确的DC运算放大器。所得到的折衷办法产生了效率较低的偏置调整，这可能使IC的功耗超出两倍。
更好的方法是提供不需要单独TC的电路。例如，这种电路可以在有意义的操作温度范围内保持固有地稳定。然而不幸的是，这要求能够提供可制作成具有特定温度相关性和响应特性的分立电路组件。另外，这种电路组件应当优选地在尺寸和功能方面与现有的设计配置和组件规范实质上可交换。然而不幸的是，在可获得的且容易制造的配置中，满足这些需要的组件还不是可以用广泛通用的形式获得的。
从而，目前仍然需要温度补偿IC组件，具体地说，需要诸如适于用在GaAs工艺IC和IC设计中的IC电阻器之类的温度补偿组件。并且仍然需要用于以可控且可靠的方式形成这种IC电阻器的温度响应和温度补偿的方法和结构。考虑到日益增长的节省成本和提高效率的需要，越来越迫切的需要发现这些问题的答案。
很长时间以来，人们都在寻找这些问题的解决方案，但是现有的发展并没有教导或暗示任何的解决方案，因此，本领域的技术人员对这些问题的解决方案还不清楚。
发明内容
本发明提供了一种用于在半导体衬底上形成温度补偿电阻器的方法。在半导体衬底上形成电阻器元件。在电阻器元件的末端形成终端触点。形成温度补偿配置，所述温度补偿配置选自电阻器元件中在终端触点中间并且与终端触点相间隔的放大横向部分；以及与电阻器元件相接触、沿电阻器元件排列、在终端触点中间并且与终端触点相间隔的至少一个接触图案。
除上述优点之外，本发明的某些实施例还有其他的优点。本领域的技术人员通过结合附图阅读下面的详细描述，可以清楚了解这些优点。
图1(现有技术)是形成在半导体衬底上的epi(外延)电阻器的视图；图2(现有技术)是图1(现有技术)结构的俯视图；图3是根据本发明实施例被配置为减小epi热阻系数的epi电阻器的视图；图4是图3结构的俯视图；图5是根据本发明另一个实施例被设计为增大接触热阻系数的epi电阻器的视图；图6是图5结构的俯视图；图7是图5结构的热阻系数相对于接触图案的数目的图；
图8是根据本发明另一个实施例作为图3和4的结构与图5和6的结构的适应性组合的epi电阻器的视图；图9是图8结构的俯视图；以及图10是根据本发明用于形成温度补偿电阻器的方法的流程图。
具体实施例方式
在下面的描述中，给出了大量的特定细节以提供对本发明的彻底理解。然而，应当清楚没有这些特定细节也可以实施本发明。为了避免模糊本发明，某些公知的电路、系统配置和工艺步骤没有详细公开。类似地，图示本发明实施例的附图只是示意性的，并没有按实际尺寸画出，特别是为了表示的清楚在附图中某些尺寸被放大了。另外，在公开并描述具有某些共有特征的多个实施例时，为了图示、描述和理解的清楚和方便，彼此相类似的特征通常以相似的标号来描述。
这里所用的术语“水平”定义为与传统的集成电路(“IC”)平面或表面相平行的平面，而不用考虑其方向如何。术语“垂直”指垂直于方才定义的水平方向的方向。诸如“上”、“上部”、“下”、“底部”、“顶部”、“侧面”(如在“侧壁”中)、“高”、“低”、“上方”、“上面”和“下部”之类的术语都相对于水平平面定义。
这里所用的术语“工艺”包括形成所述结构过程中所需的材料或光刻胶沉积、图案化、曝光、显影、刻蚀、清洗和/或去除材料或光刻胶。
现有技术中的电阻器示出了与操作温度相关的电阻幅值，这由热阻系数ρ所表征。人们已进行了许多的尝试来减小或控制该热系数。
一种已知的用于补偿由于温度而引起的电阻变化的电路技术是与该电阻器串联地放置一个具有相反的热阻系数的半导体结。这种技术的不足是通称只能补偿有限范围的电阻，尤其是在要限制到该技术有效的线性温度范围内的情况下。而且，这还是一种复杂昂贵的解决方案，因为对于每个要补偿的电阻器都需要一个半导体结补偿器件。
另一种已知的解决方案是利用离子注入来引起形成扩散电阻器的区域内的损坏。这可以产生零热阻系数。
另一种已知的解决方案是具有比外围部分更深的中心部分的离子注入扩散电阻器。然后，可以将中心部分制作为具有负的热阻系数，而外围部分具有正的热阻系数。
然而不幸的是，这些和其他的控制电阻器的电阻随温度变化的尝试总是会产生其他问题，如增大了工艺复杂度、增加了工艺成本、有限的电阻范围、以及可发生期望补偿的有限温度范围。
在GaAs场效应晶体管(“FET”)集成电路(“IC”)的制造过程中，用于这些电路的电阻器通常通过生长外延材料(“epi”)来制备。通过在epi电阻器材料的末端生长或沉积触点(例如金属或其他合适的导电材料)，来完成电阻器的制备。这通常结合形成FET的工艺来完成。
然而不幸的是，这种电阻器的电阻通常极其依赖于温度。某些情况下，电路设计可被配置为高度可容性的，使得温度所引入的电阻变化并不会实质上影响电路性能。然而，其他情况下，电阻器具有受控和/或可控的温度相关电阻可能是很重要的。后者的情况可以包括电阻是温度无关的电阻器，以及温度相关性遵循具体的、指定的和已知的特性图的电阻器。
本发明提供了克服这些限制的电路组件，具体地说是温度补偿砷化镓(“GaAs”)工艺电阻器及其制造方法。
现在参考图1(现有技术)，图1示出了形成在GaAs半导体衬底102上的epi电阻器100。epi电阻器100可通过任何合适的已知传统工艺形成，并且包括在终端触点106之间延伸的GaAs epi电阻器元件104。终端触点106由传统的诸如金属之类的导电材料形成，导电材料通常用于在半导体IC中进行导电。
现在参考图2(现有技术)，图2示出了图1(现有技术)所示的epi电阻器100的俯视图。
epi电阻器100的电阻值R可分为两个组分epi电阻Re和接触电阻Rc。epi电阻Re是对流经epi电阻器元件104的电流的电阻；接触电阻Rc是对epi电阻器元件104和终端触点106之间的界面处的电流的电阻。更具体地说，epi电阻Re由epi电阻器元件104的几何形状限定。接触电阻Rc由epi电阻器元件104和终端触点106之间的接触面积限定。接触电阻Rc一般由epi电阻器元件104在终端触点106下方且与终端触点106接触的长度202量化。
两个电阻性成分Re和Rc的温度相关性是相反的。由于epi电阻器元件104材料的电荷载流子的移动性，因此epi电阻器元件104的epi电阻Re一般有正的热阻系数ρe。另一方面，终端触点106在其与epi电阻器元件104的界面处的接触电阻Rc由于界面的隧穿特性，一般有负的热阻系数ρc。例如，epi一般的热阻系数ρe小于3mOhm/℃(例如2.12mOhm/℃)，而接触电阻的热阻系数ρc大于-2mOhm/℃(例如-1.11mOhm/℃)。
由于epi电阻器100的大部分电阻由epi电阻器元件104提供，因此epi电阻Re相比于接触电阻Rc通常占优势，从而使epi电阻器的总的热阻系数ρ为正。例如，epi电阻器100的总热阻系数ρ为2.06mOhm/℃。
现在参考图3，图3示出了根据本发明实施例被配置为减小epi热阻系数ρe的epi电阻器300。这通过提供具有放大横向部分304的epi电阻器元件302来实现(见图4)，该横向部分304与位于epi电阻器元件302末端的终端触点106相间隔，并且在终端触点106的中间。放大的横向部分304增大了epi电阻器元件302的横向尺寸，以产生具有减小的epi热阻系数ρe的总的加大型epi结构。
现在参考图4，图4示出了图3所示结构的俯视图。epi电阻器300的总的热阻系数ρe为1.95mOhm/℃。
现在参考图5，图5示出了根据本发明另一个实施例被设计为增大接触热阻系数ρc的epi电阻器500。这通过在epi电阻器元件104上形成与epi电阻器元件104电接触的一个或多个接触图案502来实现。接触图案502与epi电阻器元件104相接触，沿epi电阻器元件104排列，并与终端触点106相间隔，且在终端触点106中间。
沿epi电阻器元件104排列的接触图案502增大了与接触材料相接触的epi电阻器元件104的总的表面面积量或百分比，从而增大了epi电阻器500的接触热阻系数ρc。
出于高效制造的目的，可以用相同材料在形成终端触点106的同时形成接触图案502。然而，本领域普通技术人员应当清楚，基于本公开文件，可以用任何其他合适的材料在任何其他适当的时间形成接触图案502，从而提供所期望的接触热阻系数ρc。类似地，也可根据要制备的精确接触热阻系数ρc，以不同的合适材料来选择性地形成接触图案502的各个元件。
现在参考图6，图6示出了图5所示结构的俯视图。epi电阻器500的总的热阻系数ρc为1.11mOhm/℃。
现在参考图7，图7示出了epi电阻器500(图5和6)的热阻系数ρc相对于接触图案502(图5)的数目(“#cp”)的图。
现在参考图8，图8示出了根据本发明另一个实施例作为epi电阻器300(图3和4)和epi电阻器500(图5和6)的适应性组合的epi电阻器800。从而，epi电阻器800包括epi电阻器元件802，这种情况下，epi电阻器元件802具有两个放大的横向部分804和若干个接触图案502。
在epi电阻器800中，可以预料放大的横向部分804和接触图案502在一定程度上作用相反，这是因为前者减小了ρ而后者增大了ρ。在某种程度上，这是预期要发生的。然而，预料不到的是，这些效应在有意义的全部温度范围上并不总是严格或线性相反的。即，可以选择电阻器材料、材料组合和材料尺寸，从而使epi热阻系数ρe和接触热阻系数ρc中的变化自身是依赖于温度的。因此例如，可以基于这些相反的且不相等的差异热相关特性，将epi电阻器800配置用于优化GaAs IC电路，以制作具有所期望的净总温度相关性的IC电路。
现在参考图9，图9示出了图8所示结构的俯视图。
现在参考图10，图10示出了根据本发明用于形成温度补偿电阻器的方法1000的流程图。方法1000包括在方框1002在半导体衬底上形成电阻器元件；在方框1004在电阻器元件的末端形成终端触点；并且在方框1006形成至少一个温度补偿配置，所述温度补偿配置选自电阻器元件中与终端触点相间隔并且在终端触点中间的放大横向部分；以及与电阻器元件相接触、沿电阻器元件排列、与终端触点相间隔并且在终端触点中间的至少一个接触图案。
从而可以发现，本发明的温度补偿电阻器方法和装置提供了重要的且迄今为止未知并不可获得的解决方案、能力和功能优点，用于可控地形成集成电路电阻器的温度响应和电阻补偿。
本发明的一个优点是其提供了温度相关电阻容易地受控和/或可控的GaAs工艺epi电阻器。
本发明的另一个优点是其提供了电阻可被形成为与温度无关的GaAs工艺epi电阻器。
相反，本发明的另一个优点是其提供了温度相关性可被形成为遵循具体的、指定的且已知的热相关电阻特性图的GaAs工艺epi电阻器。
本发明的另一个优点是其可以结合现有的形成GaAs FET的工艺来实现，而无需附加的制造步骤或相关的复杂性。
如这里所教导的所获得的工艺和配置是直接的、经济的、不复杂的、高度通用并且有效的，可以通过改动已知的技术来实现，从而可以与传统的制造工艺和技术相兼容。
尽管已结合了特定的最优实施例描述了本发明，但是应当理解，本领域的普通技术人员根据前述描述可以进行许多替换、修改和变化。因此，本发明试图包含在权利要求范围内的所有这些替换、修改和变化。这里所描述的以及附图所示的所有内容都应当理解为说明性的，而非限制性的。
权利要求
1.一种用于形成温度补偿电阻器的方法，包括在半导体衬底上形成电阻器元件；在所述电阻器元件的末端形成终端触点；以及形成至少一个温度补偿配置，所述温度补偿配置选自所述电阻器元件中在所述终端触点中间并且与所述终端触点相间隔的放大横向部分；以及与所述电阻器元件相接触、沿所述电阻器元件排列、在所述终端触点中间并且与所述终端触点相间隔的至少一个接触图案。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述形成至少一个温度补偿配置的步骤还包括形成所述电阻器元件中在所述终端触点中间并且与所述终端触点相间隔的多个放大横向部分。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述形成至少一个温度补偿配置的步骤还包括形成与所述电阻器元件相接触、沿所述电阻器元件排列、在所述终端触点中间并且与所述终端触点相间隔的多个接触图案。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述形成至少一个温度补偿配置的步骤还包括形成所述电阻器元件中在所述终端触点中间并且与所述终端触点相间隔的至少一个放大横向部分，以及与所述电阻器元件相接触、沿所述电阻器元件排列、在所述终端触点中间并且与所述终端触点相间隔的至少一个接触图案。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述形成至少一个温度补偿配置的步骤还包括形成所述电阻器元件中在所述终端触点中间并且与所述终端触点相间隔的多个放大横向部分，以及与所述电阻器元件相接触、沿所述电阻器元件排列、在所述终端触点中间并且与所述终端触点相间隔的多个接触图案。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述形成电阻器元件的步骤还包括形成外延电阻器元件。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述半导体衬底是砷化镓衬底，所述电阻器元件是以砷化镓工艺形成的外延电阻器元件。
8.一种用于形成温度补偿电阻器的方法，包括以砷化镓工艺在砷化镓半导体衬底上形成电阻器元件；在所述电阻器元件的末端形成金属终端触点；以及形成至少一个温度补偿配置，所述温度补偿配置选自所述电阻器元件中在所述金属终端触点中间并且与所述金属终端触点相间隔的放大横向部分；以及与所述电阻器元件相接触、沿所述电阻器元件排列、在所述金属终端触点中间并且与所述金属终端触点相间隔的至少一个金属接触图案。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述形成至少一个温度补偿配置的步骤还包括形成所述电阻器元件中在所述金属终端触点中间并且与所述金属终端触点相间隔的多个放大横向部分。
10.如权利要求8所述的方法，其中，所述形成至少一个温度补偿配置的步骤还包括形成与所述电阻器元件相接触、沿所述电阻器元件排列、在所述金属终端触点中间并且与所述金属终端触点相间隔的多个金属接触图案。
11.如权利要求8所述的方法，其中，所述形成至少一个温度补偿配置的步骤还包括形成所述电阻器元件中在所述金属终端触点中间并且与所述金属终端触点相间隔的至少一个放大横向部分，以及与所述电阻器元件相接触、沿所述电阻器元件排列、在所述金属终端触点中间并且与所述金属终端触点相间隔的至少一个金属接触图案。
12.如权利要求8所述的方法，其中，所述形成至少一个温度补偿配置的步骤还包括形成所述电阻器元件中在所述金属终端触点中间并且与所述金属终端触点相间隔的多个放大横向部分，以及与所述电阻器元件相接触、沿所述电阻器元件排列、在所述金属终端触点中间且与所述金属终端触点相间隔的多个金属接触图案。
13.如权利要求8所述的方法，其中，所述形成电阻器元件的步骤还包括形成外延电阻器元件。
14.一种温度补偿电阻器，包括半导体衬底上的电阻器元件；所述电阻器元件末端上的终端触点；以及至少一个温度补偿配置，所述温度补偿配置选自所述电阻器元件中在所述终端触点中间并且与所述终端触点相间隔的放大横向部分；以及与所述电阻器元件相接触、沿所述电阻器元件排列、在所述终端触点中间并且与所述终端触点相间隔的至少一个接触图案。
15.如权利要求14所述的电阻器，其中，所述温度补偿配置还包括所述电阻器元件中在所述终端触点中间且与所述终端触点相间隔的多个放大横向部分。
16.如权利要求14所述的电阻器，其中，所述温度补偿配置还包括与所述电阻器元件相接触、沿所述电阻器元件排列、在所述终端触点中间且与所述终端触点相间隔的多个接触图案。
17.如权利要求14所述的电阻器，其中，所述温度补偿配置还包括所述电阻器元件中在所述终端触点中间且与所述终端触点相间隔的至少一个放大横向部分，以及与所述电阻器元件相接触、沿所述电阻器元件排列、在所述终端触点中间且与所述终端触点相间隔的至少一个接触图案。
18.如权利要求14所述的电阻器，其中，所述温度补偿配置还包括所述电阻器元件中在所述终端触点中间且与所述终端触点相间隔的多个放大横向部分，以及与所述电阻器元件相接触、沿所述电阻器元件排列、在所述终端触点中间且与所述终端触点相间隔的多个接触图案。
19.如权利要求14所述的电阻器，其中，所述电阻器元件还包括外延电阻器元件。
20.如权利要求14所述的电阻器，其中，所述半导体衬底是砷化镓衬底，所述电阻器元件是以砷化镓工艺形成的外延电阻器元件。
全文摘要
本发明提供了一种用于在半导体衬底上形成温度补偿电阻器的方法。在半导体衬底上形成电阻器元件。在电阻器元件的末端形成终端触点。形成温度补偿配置，所述温度补偿配置选自电阻器元件中与终端触点相间隔并且在终端触点中间的放大横向部分；以及与电阻器元件相接触、沿电阻器元件排列、与终端触点相间隔并且在终端触点中间的至少一个接触图案。
文档编号H01L21/822GK1783427SQ20051011705
公开日2006年6月7日 申请日期2005年10月31日 优先权日2004年11月5日
发明者楚尔·宏·帕克 申请人:安捷伦科技有限公司