电阻器结构及其制造方法与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种电阻器结构及其制造方法。


背景技术：

2.在制造例如集成电路的半导体产品，通常需要在半导体产品中的某一部件或某些部件设置电阻器件。目前，常用的电阻器件为多晶硅电阻poly电阻。具体的，现有的多晶硅电阻的形成方法是利用掺杂的多晶硅膜层可以改变多晶硅电阻值的特性，将掺杂后的多晶硅作为电阻器件。
3.然而，由于掺杂的多晶硅电阻其内部的载流子受到温度的变化时，会出现对多晶硅阻值的影响，降低了多晶硅电阻的精度，从而无法配备给高精度和温漂小的产品使用。并且，如果电阻器件是半导体产品中不可缺少的部件，则每个半导体产品必须根据其自身的特性自定制工艺而为该半导体产品提供特定的电阻器件，这将造成电阻器件制造成本高、不利于产品商业化以及无法收益用户的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种电阻器结构及其制造方法，以提出一种新型的利用现有的mim电容器件形成电阻器件结构的制造方法，以解决现有现有技术中的多晶硅电阻存在温度系数大，进而造成的电阻器件精度低的问题。
5.第一方面，为解决上述技术问题，本发明提供一种电阻器结构的制造方法，包括：提供一表面形成有第一金属层的半导体衬底。
6.依次形成第一介电层和第二金属层于所述第一金属层的表面上，以在利用充当mim电容器的上极板的部分所述第二金属层形成电阻器结构的同时形成mim电容器，所述mim电容器自上而下包括充当上极板的剩余部分所述第二金属层、第一介电层和充当下极板的所述第一金属层。
7.进一步的，形成所述第二金属层的步骤，可以包括：在所述第一介电层的表面上沉积第二金属层。
8.利用mim电容器的上极板光罩，对沉积在所述第一介电层表面上的所述第二金属层进行光刻和刻蚀工艺，其中，所述mim电容器的上极板光罩中定义有用于形成所述电阻器结构的图案和用于形成所述mim电容器上极板的图案。
9.进一步的，所述mim电容器的上极板光罩上定义的用于形成所述电阻器结构的图案与所述用于形成所述mim电容器上极板的图案横向排列且不相接。
10.进一步的，所述第二金属层的材料可以包括氮化钛。
11.进一步的，在形成所述电阻器结构和所述mim电容器之后，所述方法还可以包括：在所述第二金属层的表面上形成第二介电层，并通过光刻和刻蚀工艺在所述第二介电层中形成用于电性连接所述电阻器结构的第一通孔和用于电性连接所述mim电容器的第二通孔。
12.在所述第一通孔和所述第二通孔中填充导电材料。
13.在所述第二介电层的表面上形成与填充有导电材料后的所述第一通孔和所述第二通孔电性连接的第三金属层。
14.第二方面，基于如上所述的电阻器结构的制造方法，所述电阻器结构可以采用如上所述的电阻器结构的制造方法制备而成。
15.第三方面，基于如上所述的电阻器结构的制造方法，本发明还提供了一种mim电容器的制造方法，可以包括：提供一表面形成有第一金属层的半导体衬底。
16.依次形成第一介电层和第二金属层于所述第一金属层的表面上，以在利用充当mim电容器的上极板的部分所述第二金属层形成电阻器结构的同时形成mim电容器，所述mim电容器自上而下包括充当上极板的剩余部分所述第二金属层、第一介电层和充当下极板的所述第一金属层。
17.进一步的，所述第二金属层的材料包括氮化钛。
18.进一步的，形成所述第二金属层的步骤，可以包括：在所述第一介电层的表面上沉积第二金属层。
19.利用mim电容器的上极板光罩，对沉积在所述第一介电层表面上的所述第二金属层进行光刻和刻蚀工艺，其中，所述mim电容器的上极板光罩中定义有用于形成所述电阻器结构的图案和用于形成所述mim电容器上极板的图案。
20.进一步的，所述mim电容器的上极板光罩上定义的用于形成所述电阻器结构的图案与所述用于形成所述mim电容器上极板的图案横向排列且不相接。
21.第四方面，基于如上所述的mim电容器的制造方法，本发明还提供了一种mim电容器，可以包括：半导体衬底。
22.第一金属层，位于所述半导体衬底的表面上，并作为所述mim电容器的下极板。
23.第一介电层，位于所述第一金属层的表面上，并作为所述mim电容器的介质层。
24.第二金属层，位于所述第一介电层的表面上，其中，部分所述第二金属层作为所述mim电容器的上极板，而剩余部分所述第二金属层作为所述mim电容器中包含的电阻器结构。
25.与现有技术相比，本发明技术方案至少具有如下有益效果之一：本发明提供了一种电阻器结构的制造方法，通过在利用现有技术形成mim电容器结构的过程中，利用该mim电容器结构的金属上极板的部分区域作为薄膜电阻器件使用，以替代传统工艺形成的多晶硅电阻。由于在本发明提供的电阻器结构的制造方法中，其是利用mim电容器结构的金属上极板其温度系数低的特性，从而形成一种温度系数低、电阻精度高的薄膜电阻，进而实现解决多晶硅电阻由于温度系数太大，无法配置高精度电阻的缺点，并在利用已有资源的基础上，节约了形成电阻器件的制造成本。
26.进一步的，由于本发明提供的电阻器结构的制造方法是在形成mim电容器结构工艺平台基础上同时形成电阻器结构，因此，本发明还提供了一种利用mim电容器结构的一层光罩，便可以实现形成mim电容器结构和电阻器件的双重功能的目的，从而可以既有效的降低半导体器件的生产成本，又可以满足高精度电阻器件开发的需求。
附图说明
27.图1为本发明一实施例中提供的电阻器结构的制造方法的流程示意图。
28.图2为本发明一实施例中提供的电阻器结构的结构示意图。
29.其中，附图标记如下：100-半导体衬底；
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110-第一金属层；120-第一介电层；
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130-第二金属层；140-第二介电层；
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150-第三金属层；c-mim电容器结构；
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r-电阻器结构；101-第一通孔；
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102-第二通孔。
具体实施方式
30.承如背景技术所述，在制造例如集成电路的半导体产品，通常需要在半导体产品中的某一部件或某些部件设置电阻器件。目前，常用的电阻器件为多晶硅电阻poly电阻。具体的，现有的多晶硅电阻的形成方法是利用掺杂的多晶硅膜层可以改变多晶硅电阻值的特性，将掺杂后的多晶硅作为电阻器件。
31.然而，由于掺杂的多晶硅电阻其内部的载流子受到温度的变化时，会出现对多晶硅阻值的影响，降低了多晶硅电阻的精度，从而无法配备给高精度和温漂小的产品使用。并且，如果电阻器件是半导体产品中不可缺少的部件，则每个半导体产品必须根据其自身的特性自定制工艺而为该半导体产品提供特定的电阻器件，这将造成电阻器件制造成本高、不利于产品商业化以及无法收益用户的问题。
32.为此，本发明提供了一种电阻器结构及其制造方法，以提出一种新型的利用现有的mim电容器件形成电阻器件结构的制造方法，以解决现有现有技术中的多晶硅电阻存在温度系数大，进而造成的电阻器件精度低的问题。
33.以下结合附图和具体实施例对本发明提出的电阻器结构及其制造方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
34.如本技术和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一 种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包 括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。 在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作 局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
35.下面首先对本发明提出的一种电阻器结构的制造方法进行介绍。具体可以参考图1，并结合图2，其中，图1为本发明一实施例中提供的电阻器结构的制造方法的流程示意图；图2为本发明一实施例中提供的最终形成的电阻器结构的结构示意图。具体的，如图1所示，所述电阻器结构的制造方法可以包括如下步骤：步骤s100，提供一表面形成有第一金属层110的半导体衬底100。
36.在本实施例中，所述半导体衬底100是用于为后续工艺生成电阻器结构以及mim电容器结构提供操作的平台。其中，所述半导体衬底100可以是本领域公知的任意合适的底材，例如可以是以下所提到的材料中的至少一种：硅(si)、锗(ge)、锗硅(sige)、碳硅(sic)、碳锗硅(sigec)、砷化铟(inas)、砷化镓(gaas)、磷化铟(inp)或者其它iii/v化合物半导体，还包括这些半导体构成的多层结构等，或者为绝缘体上硅(soi)、绝缘体上层叠硅(ssoi)、绝缘体上层叠锗化硅(s-sigeoi)、绝缘体上锗化硅(sigeoi)以及绝缘体上锗(geoi)，或者还可以为双面抛光硅片(double side polished wafers，dsp)，也可为氧化铝等的陶瓷基底、石英或玻璃基底等。示例性的，在本发明实施例中，所述半导体衬底100是硅衬底。优选的，在本发明实施例中，所述第一金属层110和所述第三金属层150的材料可以为铝，而所述第二金属层130的材料优选为氮化钛。
37.步骤s200，依次形成第一介电层120和第二金属层130于所述第一金属层110的表面上，以在利用充当mim电容器的上极板的部分所述第二金属层形成电阻器结构r的同时形成mim电容器c，所述mim电容器c自上而下包括充当上极板的剩余部分所述第二金属层、第一介电层和充当下极板的所述第一金属层。
38.在本实施例中，由于在本发明实施例中，其是在基于现有技术形成mim电容器结构的过程中，利用mim电容器结构的金属上极板其温度系数低的特性，从而可以形成一种温度系数低、电阻精度高的薄膜电阻，因此其形成电阻器结构的过程就是形成mim电容器的过程，即，在上述步骤s100形成所述第一金属层110之后，需要先在其表面上形成作为mim电容器的电介质的第一介电层120，之后再形成作为mim电容器结构的上极板的第二金属层130。然而，由于所述形成的作为mim电容器结构的上极板的第二金属层130同时还要作为电阻器结构，而该第二金属层130则是利用mim电容器结构的一层光罩形成的，具体的，在本发明提供了一种具体形成第二金属层130的方式，可以包括如下步骤：首先，在所述第一介电层的表面上沉积第二金属层。
39.其次，利用mim电容器的上极板光罩，对沉积在所述第一介电层表面上的所述第二金属层进行光刻和刻蚀工艺，其中，所述mim电容器的上极板光罩中定义有用于形成所述电阻器结构的图案和用于形成所述mim电容器上极板的图案。
40.作为一种示例，所述mim电容器的上极板光罩上定义的用于形成所述电阻器结构的图案与所述用于形成所述mim电容器上极板的图案横向排列且不相接。
41.作为另一种示例，所述mim电容器的上极板光罩上定义的用于形成所述电阻器结构的图案与所述用于形成所述mim电容器上极板的图案横向排列相接。优选的，在本发明的实施例中，所述光罩优先选择第一种示例的方式，因此，附图2中也示例性的展示了用于形成所述电阻器结构的图案与所述用于形成所述mim电容器上极板的图案横向排列且不相接的mim电容器的上极板光罩形成的第二金属层130的结构示意图。
42.进一步的，继续参考图2所，在形成所述电阻器结构r和所述mim电容器c之后，本发明提供的电阻器结构的制造方法方法还可以包括如下步骤：首先，在所述第二金属层130的表面上形成第二介电层140，并通过光刻和刻蚀工艺在所述第二介电层140中形成用于电性连接所述电阻器结构r的第一通孔101和用于电性连接所述mim电容器c的第二通孔102。
43.其次，在所述第一通孔101和所述第二通孔102中填充导电材料。
44.之后，在所述第二介电层140的表面上形成与填充有导电材料后的所述第一通孔101和所述第二通孔102电性连接的第三金属层150。
45.在本实施例中，所述第三金属层150是作为电极焊盘，以通过所述填充有导电材料后的所述第一通孔101和所述第二通孔102分别将所述电阻器结构r和电容器结构c电性连接，以用于与外部电路进行连接。
46.此外，在基于与所述电阻器结构的制造方法相同的发明构思，本发明还提供了一种电阻器结构，其具体采用如上所述的电阻器结构的制造方法制备而成，具体制造方法请参考图1所述的制造方法的过程，在此不再做累述。
47.同理，在基于与所述电阻器结构的制造方法相同的发明构思，本发明还提供了一种mim电容器的制造方法，具体可以包括步骤：提供一表面形成有第一金属层的半导体衬底。
48.依次形成第一介电层和第二金属层于所述第一金属层的表面上，以在利用充当mim电容器的上极板的部分所述第二金属层形成电阻器结构的同时形成mim电容器，所述mim电容器自上而下包括充当上极板的剩余部分所述第二金属层、第一介电层和充当下极板的所述第一金属层。
49.其中，所述第二金属层的材料包括氮化钛。
50.进一步的，在所述mim电容器结构的形成过程中形成所述第二金属层的步骤，可以包括如下步骤：首先，在所述第一介电层的表面上沉积第二金属层。
51.其次，利用mim电容器的上极板光罩，对沉积在所述第一介电层表面上的所述第二金属层进行光刻和刻蚀工艺，其中，所述mim电容器的上极板光罩中定义有用于形成所述电阻器结构的图案和用于形成所述mim电容器上极板的图案。
52.其中，所述mim电容器的上极板光罩上定义的用于形成所述电阻器结构的图案与所述用于形成所述mim电容器上极板的图案横向排列且不相接。
53.此外，基于相同的发明构思，本发明还提供了一种mim电容器，其具体可以包括：半导体衬底。
54.第一金属层，位于所述半导体衬底的表面上，并作为所述mim电容器的下极板。
55.第一介电层，位于所述第一金属层的表面上，并作为所述mim电容器的介质层。
56.第二金属层，位于所述第一介电层的表面上，其中，部分所述第二金属层作为所述mim电容器的上极板，而剩余部分所述第二金属层作为所述mim电容器中包含的电阻器结构。
57.综上所述，本发明提供了一种电阻器结构的制造方法，通过在利用现有技术形成mim电容器结构的过程中，利用该mim电容器结构的金属上极板的部分区域作为薄膜电阻器件使用，以替代传统工艺形成的多晶硅电阻。由于在本发明提供的电阻器结构的制造方法中，其是利用mim电容器结构的金属上极板其温度系数低的特性，从而形成一种温度系数低、电阻精度高的薄膜电阻，进而实现解决多晶硅电阻由于温度系数太大，无法配置高精度电阻的缺点，并在利用已有资源的基础上，节约了形成电阻器件的制造成本。
58.进一步的，由于本发明提供的电阻器结构的制造方法是在形成mim电容器结构工艺平台基础上同时形成电阻器结构，因此，本发明还提供了一种利用mim电容器结构的一层
光罩，便可以实现形成mim电容器结构和电阻器件的双重功能的目的，从而可以既有效的降低半导体器件的生产成本，又可以满足高精度电阻器件开发的需求。
59.此外，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信，存储器，用于存放计算机程序。
60.处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现本发明实施例提供的一种电阻器结构的制备方法或mim电容器的制造方法，具体的，所述电阻器结构的制备方法可以包括：提供一表面形成有第一金属层的半导体衬底。
61.依次形成第一介电层和第二金属层于所述第一金属层的表面上，以在利用充当mim电容器的上极板的部分所述第二金属层形成电阻器结构的同时形成mim电容器，所述mim电容器自上而下包括充当上极板的剩余部分所述第二金属层、第一介电层和充当下极板的所述第一金属层。
62.而所述mim电容器的制造方法可以包括：提供一表面形成有第一金属层的半导体衬底。
63.依次形成第一介电层和第二金属层于所述第一金属层的表面上，以在利用充当mim电容器的上极板的部分所述第二金属层形成电阻器结构的同时形成mim电容器，所述mim电容器自上而下包括充当上极板的剩余部分所述第二金属层、第一介电层和充当下极板的所述第一金属层。
64.关于该方法各个步骤的具体实现以及相关解释内容可以参见上述图1、图2所示的方法实施例，在此不做赘述。
65.另外，处理器执行存储器上所存放的程序而实现的一种电阻器结构的制备方法的其他实现方式，与前述方法实施例部分所提及的实现方式相同，这里也不再赘述。
66.上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准（peripheral component interconnect，pci）总线或扩展工业标准结构（extended industry standard architecture，eisa）总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
67.通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
68.存储器可以包括随机存取存储器（random access memory，ram），也可以包括非易失性存储器（non-volatile memory，nvm），例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器303还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
69.上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器（central processing unit，cpu）、网络处理器（network processor，np）等；还可以是数字信号处理器（digital signal processing，dsp）、专用集成电路（application specific integrated circuit，asic）、现场可编程门阵列（field-programmable gate array，fpga）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
70.在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一所述的电阻器结构的制备方法。
71.在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线（例如同轴电缆、光纤、数字用户线（dsl））或无线（例如红外、无线、微波等）方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质（例如固态硬盘solid state disk (ssd)）等。
72.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
73.本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、电子设备以及计算机可读存储介质实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
74.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。