正温度系数多晶硅电阻结构及其制造方法与流程

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种正温度系数多晶硅电阻结构及其制造方法。

背景技术：

半导体电阻器件是半导体芯片产品中应用最广泛的器件之一，电阻的温度特性在产品应用中非常重要。常用的电阻有以下几种。采用多晶硅材料在半导体衬底之上通过氧化层隔离形成的电阻，称为多晶硅(poly)电阻。请参考图10，扩散区电阻与多晶硅电阻的位置关系如下。以p型硅衬底为例，从下到上依次包括p型硅衬底301、n型扩散区电阻302、氧化层303和多晶硅电阻304，当然还包括在硅衬底301上的扩散区电阻302外围形成的浅沟槽隔离结构305，与扩散区电阻302连接的第一导电柱306，以及与多晶硅电阻304连接的第二导电柱307。请参考图11，阱区电阻与多晶硅电阻的位置关系如下。以p型硅衬底为例，从下到上依次包括p型硅衬底401、n型阱区电阻402、第一浅沟槽隔离结构403、氧化层404和多晶硅电阻405，当然还包括在硅衬底401上的阱区电阻402外围形成的第二浅沟槽隔离结构406，分布在阱区电阻402端部的n型重掺杂区407，与n型重掺杂区407连接的第一导电柱408，以及与多晶硅电阻405连接的第二导电柱409。上述扩散区电阻和阱区电阻，多晶硅电阻不在硅衬底上，而是与硅衬底之间间隔了一层氧化层，因此，多晶硅电阻的特性比扩散区(act)电阻和阱区(nwell)电阻要好，例如，多晶硅电阻的匹配性能和噪声性能均优于扩散区电阻和阱区电阻。另外，一般多晶硅电阻分为非金属化(unsalicide)poly电阻和金属化(salicide)poly电阻两种，前者因为阻值较大(上百甚至上千，根据不同掺杂浓度，但总体基本都叫轻掺杂)，而后者，电阻一般不到10欧姆/方块(ohm/sqr)，所以即使其具有正温度系数也不实用。在多晶硅电阻结构中，多晶硅电阻的俯视结构通常为一矩形形状，以及以矩形形状为基础形成的s形状和螺旋形状等。图1是常规矩形形状的非金属化多晶硅电阻结构的俯视结构示意图，请参考图1，多晶硅电阻10具有一定长度l和宽度w的矩形形状，包括中间区域11和两端的端部区域12，以虚拟边界线20划界。中间区域11是电阻的主要部分，而端部区域12只是为了器件连接而产生的连接部分。此种结构的多晶硅电阻10，其中间区域11的电阻值远远大于端部区域12的电阻值。对于某一多晶硅电阻10而言，其端部区域12的电阻值是固定的，端部区域12的占比，由多晶硅电阻10的整体长度决定。图2是某多晶硅电阻结构的电阻值随温度变化的曲线图。图2中示出了三种相同方块数(no.ofsqure)不同宽度w的多晶硅电阻结构的电阻值随温度变化的曲线图，三种相同方块数的电阻的宽度w分别为2um、5um和10um。其中横坐标为温度值，单位为℃，纵坐标为多晶硅电阻结构的总电阻值，单位为ω。请参考图2，由于轻掺杂多晶硅的特性，电阻呈负温度系数变化，即随着温度值的升高，其电阻值呈下降趋势变化。要想获得较高阻值的正温度系数电阻结构，一般通过上述扩散区电阻或者阱区电阻的工艺获得，其缺点是以牺牲精准度或者面积为代价，但是当半导体器件的关键尺寸受到限制或者对电阻精度要求非常严格时，因无法获得具有正温度系数的多晶硅电阻结构而使设计受到限制。因此，如何在不增加工艺负担且保证器件工艺稳定度、不牺牲面积的情况下获得较高阻值的正温度系数多晶硅电阻结构是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供了一种正温度系数多晶硅电阻结构及其制造方法，以规避半导体器件性能的限制，在不增加工艺负担且保证器件工艺稳定度、不牺牲面积的情况下获得较高阻值的正温度系数多晶硅电阻结构。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种正温度系数多晶硅电阻结构，包括中间区域，以及位于所述中间区域两端的端部区域，所述中间区域包括间隔分布的电阻值呈负温度系数变化的非金属化多晶硅区和电阻值呈正温度系数变化的金属化多晶硅区，其中金属化多晶硅区的总电阻值随着温度的正向变化量大于非金属化多晶硅区的总电阻值随着温度的负向变化量。

进一步的，本发明提供的正温度系数多晶硅电阻结构，所述端部区域形成有接触孔，覆盖所述接触孔在所述端部区域上形成有端部金属化多晶硅区，所述端部金属化多晶硅区与金属线电性连接并引出形成引脚。

进一步的，本发明提供的正温度系数多晶硅电阻结构，所述正温度系数多晶硅电阻结构为矩形形状。

为了解决上述技术问题，本发明还提供一种正温度系数多晶硅电阻结构的制造方法，采用多晶硅材料形成矩形形状的多晶硅电阻，将所述多晶硅电阻划分为中间区域和位于中间区域两端的端部区域；在所述中间区域上形成间隔分布电阻值呈负温度系数变化的非金属化多晶硅区和电阻值呈正温度系数变化的金属化多晶硅区，通过调整所述非金属化多晶硅区和金属化多晶硅区的占比，使金属化多晶硅区的总电阻值随着温度的正向变化量大于非金属化多晶硅区的总电阻值随着温度的负向变化量。

进一步的，本发明提供的正温度系数多晶硅电阻结构的制造方法，通过调整非金属化多晶硅区和金属化多晶硅区的长度比，来调整非金属化多晶硅区和金属化多晶硅区的占比。

进一步的，本发明提供的正温度系数多晶硅电阻结构的制造方法，在所述端部区域形成有接触孔，覆盖所述接触孔在所述端部区域上形成有端部金属化多晶硅区，将所述端部金属化多晶硅区通过金属线电性连接并引出形成引脚。

进一步的，本发明提供的正温度系数多晶硅电阻结构的制造方法，通过在所述多晶硅电阻上覆盖间隔分布的金属硅化物阻挡层为掩模，将所述多晶硅电阻划分为中间区域和端部区域，以及在中间区域上的覆盖区域形成电阻值呈负温度系数变化的非金属化多晶硅区，在中间区域上的暴露区域沉积金属硅化物形成电阻值呈正温度系数变化的金属化多晶硅区。

进一步地，本发明提供的正温度系数多晶硅电阻结构的制造方法，所述金属硅化物阻挡层为氮化硅、氧化硅和氮氧化硅中的一种以上。

进一步地，本发明提供的正温度系数多晶硅电阻结构的制造方法，所述金属硅化物为硅化镍、硅化钴、硅化钨、硅化钽、硅化钛、硅化铂、硅化铒和硅化钯中的一种以上。

进一步地，本发明提供的正温度系数多晶硅电阻结构的制造方法，所述多晶硅材料为p型掺杂或者n型掺杂的多晶硅。

本发明提供的正温度系数多晶硅电阻结构及其制造方法，是将呈负温度系数的多晶硅电阻的中间区域进行部分金属化，以使多晶硅电阻的中间区域形成间隔分布的金属化多晶硅区和非金属化多晶硅区，从而增加金属化多晶硅区和非金属化多晶硅区的界面，通过调节非金属化多晶硅区和金属化多晶硅区的占比，使金属化多晶硅区的总电阻值随着温度的正向变化量大于非金属化多晶硅区的总电阻值随着温度的负向变化量，从而改变整个电阻结构的温度特性从负温度系数变化为正温度系数变化。与现有技术相比，本发明利用了传统结构中被忽略的金属化多晶硅区和非金属化多晶硅区的交界面，而该界面被验证为具有正温度系数，加上具有正温度系数的金属化区域，使非金属化区域之外的区域均为正温度系数。通过本发明提高该正温度系数区域的占比，从而得到整体上电阻值呈正温度系数变化的多晶硅电阻结构。这样就给设计者提供了一种工艺稳定性优于现有技术中采用扩散区电阻或者阱区电阻获得的正温度系数的电阻的方案。因此，可以规避半导体器件性能的限制，在不增加工艺负担且保证器件工艺稳定度、不牺牲面积的情况下获得较高阻值的正温度系数多晶硅电阻结构。

附图说明

图1是传统的矩形形状的多晶硅电阻结构的俯视结构示意图；

图2是传统的多晶硅电阻结构的电阻值随温度变化的曲线图；

图3是在传统的多晶硅电阻结构的中间区域覆盖金属硅化物阻挡层的结构示意图；

图4是传统的多晶硅电阻结构的中间区域的电阻值随温度变化的曲线图；

图5是传统的多晶硅电阻结构的端部区域经金属硅化物金属化后的电阻值随温度变化的曲线图；

图6至图9是本发明一实施例正温度系数的多晶硅电阻结构的制造过程示意图；

图10是扩散区电阻与多晶硅电阻的位置关系图；

图11是阱区电阻与多晶硅电阻的位置关系图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细描述：

图3是在传统的非金属化多晶硅电阻的中间区域覆盖金属硅化物阻挡层的结构示意图。请参考图3，由于多晶硅电阻结构在制造过程中，通过在其中间区域11设置金属硅化物阻挡层20，以防止中间区域11金属化，而暴露的端部区域12一般是设置接触孔13经金属硅化物金属化后通过金属线连接，从而形成电阻值呈负温度变化的多晶硅电阻结构。图4是多晶硅电阻结构的中间区域的电阻值随温度变化的曲线图；图5是多晶硅电阻结构的端部区域经金属硅化物金属化后的电阻值随温度变化的曲线图。其中横坐标为温度值，单位为℃，纵坐标为多晶硅电阻结构的总电阻值，单位为ω。不同的是图5中的电阻值采用了科学计算法表达，以1.28e+02为例进行说明，e为科学计数法符号，其含义为1.28×10²ω。请参考图4和图5，发明人经过研究发现，多晶硅电阻10的中间区域11和端部区域12的温度特性呈现相反的趋势，多晶硅电阻结构10在中间区域11由于金属硅化物阻挡层20的作用而形成未被金属化的非金属硅化区，其呈负温度系数变化保持不变，而端部区域12经金属硅化物金属化后形成由金属硅化区、金属硅化区与非金属硅化区交界、接触孔以及连接金属线组成的端部区域，因为这四部分均是正温度系数，因此端部区域12总体上亦呈正温度系数变化，即端部区域12的电阻值随着温度的升高而升高。由此，发明人提出是否可以利用多晶硅电阻10的端部区域12电阻值呈正温度系数变化的特性获得正温度系数多晶硅电阻结构。以克服在扩散区电阻和阱区电阻的技术偏见，从而采用一种新的工艺结构实现不增加工艺负担且保证器件工艺稳定度、不牺牲面积的情况下获得较高阻值的正温度系数的多晶硅电阻结构。

请参考图6和图8，本发明实施例提供一种正温度系数多晶硅电阻结构200，包括中间区域220，以及位于所述中间区域220两端的端部区域210，所述中间区域220包括间隔分布的电阻值呈负温度系数变化的非金属化多晶硅区222和电阻值呈正温度系数变化的金属化多晶硅区221，以及非金属化多晶硅区222与金属化多晶硅区221的交界223，其中金属化多晶硅区221及交界223的总电阻值随着温度的正向变化量大于非金属化多晶硅区222的总电阻值随着温度的负向变化量。

请参考图6至图9，本发明实施例提供的正温度系数多晶硅电阻结构200，所述端部区域210形成有接触孔211，覆盖所述接触孔211在所述端部区域210上形成有端部金属化多晶硅区212，所述端部金属化多晶硅区212与金属线230电性连接并引出形成引脚。引脚用于在半导体器件等电路中作为电性连接使用。与引脚连接的金属线230进一步增强了多晶硅电阻结构200的电阻值呈正温度系数变化的特性。其中本发明实施例的正温度系数多晶硅电阻结构200为矩形形状，包括以矩形形状为基础形成的s形状或者螺旋形状。

请参考图6至图9，本发明实施例还提供一种正温度系数多晶硅电阻结构200的制造方法，包括以下步骤：

步骤401，请参考图6，采用多晶硅材料形成矩形形状的多晶硅电阻，将所述多晶硅电阻划分为中间区域220和位于中间区域220两端的端部区域210，其中端部区域210和中间区域220的交界线为接触界面。其中多晶硅材料可以为p型掺杂的多晶硅，p型杂质的离子可以为磷、砷和锑中的一种或几种。也可以为n型掺杂的多晶硅，n型杂质的离子可以为硼、镓和铟中的一种或几种。

步骤402，请参考图8，在所述中间区域220上形成间隔分布电阻值呈负温度系数变化的非金属化多晶硅区222和电阻值呈正温度系数变化的金属化多晶硅区221，通过调整所述非金属化多晶硅区222和金属化多晶硅区221的占比，使金属化多晶硅区221的总电阻值随着温度的正向变化量大于非金属化多晶硅区222的总电阻值随着温度的负向变化量。其中非金属化多晶硅区222是多晶硅材料自身属性决定了其电阻值呈负温度系数变化，而金属化多晶硅区221的电阻值呈正温度系数变化。

请参考图8，通过调整金属化多晶硅区221的长度l1和非金属化多晶硅区222的长度l2的长度比，来调整所述非金属化多晶硅区222和金属化多晶硅区221的占比，也即调整金属化多晶硅区221和非金属化多晶硅区222的交界223的占比。以满足设计需求。也可以同时调整多晶硅电阻的金属化多晶硅区221和非金属化多晶硅区222的整体长度比和整体的宽度比，来调整所述非金属化多晶硅区222和金属化多晶硅区221的占比，以使金属化多晶硅区221的总电阻值随着温度的正向变化量大于非金属化多晶硅区222的总电阻值随着温度的负向变化量。

请参考图6至图9，在端部区域210形成有接触孔211，覆盖所述接触孔211在所述端部区域210上形成有端部金属化多晶硅区212，将所述端部金属化多晶硅区212通过金属线230电性连接并引出形成引脚。其中，金属线230可以为单一金属材料或者合金材料。单一金属例如金属铜、铝和金等。合金材料例如铜铝合金等。

请参考图6至图8，通过在多晶硅电阻上覆盖间隔分布的金属硅化物阻挡层300为掩模，将所述多晶硅电阻划分为中间区域220和端部区域210，以及在中间区域220上的覆盖区域形成电阻值呈负温度系数变化的非金属化多晶硅区222，在中间区域220上的暴露区域沉积金属硅化物形成电阻值呈正温度系数变化的金属化多晶硅区221。其中，金属硅化物阻挡层300可以为氮化硅、氧化硅和氮氧化硅中的一种以上。其中，金属硅化物可以为硅化镍、硅化钴、硅化钨、硅化钽、硅化钛、硅化铂、硅化铒和硅化钯中的一种以上。

请参考图6至图8，本发明实施例提供的正温度系数多晶硅电阻结构200的制造方法，所述金属硅化物阻挡层300等于或者略大于多晶硅电阻结构200的宽度，其目的是使中间区域具有较好的覆盖率，以避免多晶硅电阻的中间区域暴露而被金属化。其中，金属化多晶硅区221的长度l1可以按照相邻两个金属硅化物阻挡层300之间的距离计算，非金属化多晶硅区222的长度l2可以按照金属硅化物阻挡层300的覆盖长度来计算。

本发明实施例提供的正温度系数多晶硅电阻结构200及其制造方法，是将呈负温度系数的多晶硅电阻的中间区域进行部分金属化，以使多晶硅电阻的中间区域形成间隔分布的金属化多晶硅区221和非金属化多晶硅区222，从而增加金属化多晶硅区和非金属化多晶硅区的界面，通过调节非金属化多晶硅区222和金属化多晶硅区221的占比，使金属化多晶硅区221的总电阻值随着温度的正向变化量大于非金属化多晶硅区222的总电阻值随着温度的负向变化量，从而改变整个电阻结构的温度特性从负温度系数变化为正温度系数变化。本发明利用了传统结构中被忽略的金属化多晶硅区和非金属化多晶硅区的交界面，而该界面被验证为具有正温度系数，加上具有正温度系数的金属化区域，使非金属化区域之外的区域均为正温度系数。通过本发明提高该正温度系数区域的占比，从而得到整体上电阻值呈正温度系数变化的多晶硅电阻结构。这样就给设计者提供了一种工艺稳定性优于现有技术中采用扩散区电阻或者阱区电阻获得的正温度系数的电阻的方案。因此，可以规避半导体器件性能的限制，在不增加工艺负担且保证器件工艺稳定度、不牺牲面积的情况下获得较高阻值的正温度系数多晶硅电阻结构200。

本发明不限于上述具体实施方式，凡在本发明的保护范围之内所作出的各种变化和润饰，均在本发明的保护范围之内。