專利名稱：陽極氧化工藝控制氮化鉭埋置薄膜電阻精度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用陽極氧化工藝控制氮化鉭埋置薄膜電阻精度的制作方法，屬于高密度MCM-D基板的封裝領(lǐng)域。
背景技本MCM-D(Multichip Module Deposition薄膜多芯片組件)基板的薄膜多層互連結(jié)構(gòu)內(nèi)埋置無源元件和有源器件的技術(shù)可以進(jìn)一步提高組件的組裝密度和組件性能，使其具有更多的功能。一般埋置薄膜電阻或電阻網(wǎng)絡(luò)的方法是采用NiCr、TaN或TiW等多層復(fù)合金屬膜既作為粘附層又可作為電阻薄膜，通過套刻工藝同時形成薄膜電阻和電阻總端電極以及多層復(fù)合薄膜布線或焊區(qū)。通常埋置的薄膜電阻制作在基板表面，也可以制作在薄膜多層互連結(jié)構(gòu)的中間層內(nèi)。
薄膜電阻的精度是由方塊電阻方阻精度和圖形精度決定的。方阻精度的控制是在成膜過程依靠電阻監(jiān)控實(shí)現(xiàn)的，圖形精度取決于工藝條件的影響以及計(jì)算的近似程度。在基片上的電阻器個數(shù)較多，又很難達(dá)到預(yù)期精度的情況下，為了提高成品率，就需要進(jìn)行微調(diào)。然而微調(diào)會提高產(chǎn)品成本，所以采用微調(diào)還是采用嚴(yán)格控制工藝參數(shù)來提高阻值精度，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定。電阻器的微調(diào)方式又可以分為改變圖形和改變電阻材料的組成或內(nèi)部結(jié)構(gòu)兩大類。改變圖形一般只會使電阻器阻值升高，所以在進(jìn)行圖形設(shè)計(jì)的時候，應(yīng)當(dāng)保證這種圖形在微調(diào)前的理論計(jì)算值小于電阻器的標(biāo)稱阻值，而且經(jīng)最大限度的微調(diào)后的理論計(jì)算值要比標(biāo)稱阻值大。圖形調(diào)整不但使阻值增加，而且也造成了電阻功率密度和溫度分布的不均勻。設(shè)計(jì)時必須保證，經(jīng)調(diào)整后剩余部分的最窄寬度不得小于功率密度所允許的值。改變電阻材料的組成或結(jié)構(gòu)的微調(diào)方法，微調(diào)前薄膜電阻值要小于預(yù)先設(shè)計(jì)的電阻值，通過改變電阻的微觀結(jié)構(gòu)來確保電阻達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
鋁陽極氧化MCM-D基板在埋置電阻時薄膜材料也應(yīng)該保證在布線陽極氧化過程產(chǎn)生氧化或保持不變，而不能產(chǎn)生陽極溶解過程。因此，選擇的埋置電阻材料也應(yīng)該屬于閥金屬或者閥金屬的化合物。

發(fā)明內(nèi)容
為了在鋁陽極氧化MCM-D基板在埋置電阻，提高組件的組裝密度和組件性能，能夠有效控制埋置電阻的精度，本發(fā)明提出一種利用陽極氧化方法來控制氮化鉭埋置薄膜電阻精度的制作方法，采用了陽極氧化技術(shù)，改變氮化鉭薄膜電阻表面結(jié)構(gòu)，使薄膜電阻阻值升高，具有較低的負(fù)電阻溫度系數(shù)和較高的熱穩(wěn)定性。
本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是首先利用反應(yīng)磁控濺射的方法將氮化鉭薄膜沉積在微晶玻璃片上，通過調(diào)節(jié)反應(yīng)氣體流量比，控制濺射后薄膜電阻的方阻。利用離子束干法刻蝕工藝刻蝕出薄膜電阻圖形，再利用直流濺射工藝在薄膜電阻上沉積一層鋁膜，采用光刻膠作掩膜，在酸溶液中進(jìn)行鋁多孔的陽極氧化，除電極位置的鋁外，電阻表面和周圍的鋁膜被完全氧化，通過控制薄膜電阻濺射厚度和鋁陽極氧化電壓可以得到精確的氧化鉭薄膜電阻，也即通過鋁陽極氧化形成多孔氧化鋁的結(jié)構(gòu)來改善電阻薄膜的表面結(jié)構(gòu)，使之得到較低的負(fù)電阻溫度系數(shù)和更好的穩(wěn)定性。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于通過濺射和氧化兩個工藝結(jié)合來改變薄膜電阻的表面結(jié)構(gòu)從而控制電阻的阻值，并且這種工藝與鋁陽極氧化工藝兼容，可以將薄膜電阻埋置在鋁陽極氧化MCM-D基板中。(詳見實(shí)施例)本發(fā)明的具體工藝步驟如下A.采用反應(yīng)磁控濺射和干法刻蝕相結(jié)合的方法制作電阻圖形(a)首先利用反應(yīng)磁控濺射的方法將氮化鉭薄膜沉積在微晶玻璃片上；
(b)利用離子束干法刻蝕工藝刻蝕出薄膜電阻圖形；所述的步驟A(a)中濺射反應(yīng)氣體為氮?dú)夂蜌鍤?，氣體流量分壓比為N2∶Ar＝1∶(30～50)；所述的步驟A(b)中氮化鉭薄膜的厚度在100-200nm；濺射得到的薄膜方阻為30～60Ω/□。
B.薄膜電阻上面沉積鋁膜及氧化(a)在薄膜電阻之上直流磁控濺射約0.8-2um厚的鋁膜；(b)采用光刻膠作掩模，在溶液中進(jìn)行鋁多孔陽極氧化，除電阻引出電極位置的鋁外，電阻表面和周圍的鋁膜被完全氧化。陽極氧化溶液為磷酸或硫酸中等溶解能力的溶液；陽極氧化電壓為70-90V，通過控制電壓得到的薄膜電阻的方阻為80～110Ω/□。
(c)薄膜電阻受上面鋁膜多孔氧化的影響，在表面形成凸起結(jié)構(gòu)，氮化鉭電阻在氧化電壓的控制下升高，并且電阻溫度系數(shù)在室溫～200℃的溫度范圍內(nèi)保持線性，埋置薄膜的電阻溫度系數(shù)為-200～-50×10-6/℃。


圖1是在微晶玻璃基片上反應(yīng)磁控濺射氮化鉭薄膜并光刻形成電阻圖形截面圖。(a)氮化鉭薄膜電阻沉積，(b)光刻膠作掩模干法刻蝕氮化鉭，(c)去除光刻膠掩模。
圖2是采用直流濺射在電阻表面沉積鋁膜后進(jìn)行陽極氧化控制氮化鉭結(jié)構(gòu)和性能的流程圖。
(a)沉積鋁膜，(b)涂覆光刻膠作多孔氧化掩模，(c)鋁膜的多孔陽極氧化，(d)去除光刻膠掩模。
圖3是實(shí)施例所述鋁陽極氧化多層布線基板埋置氮化鉭薄膜電阻的截面圖。
圖4是實(shí)施例氮化鉭薄膜電阻的電阻溫度系數(shù)隨溫度變化曲線圖。
具體實(shí)施例方式
下面是在鋁陽極氧化基板內(nèi)埋置氮化鉭薄膜電阻，利用陽極氧化方法來控制氮化鉭埋置薄膜電阻精度，通過控制濺射薄膜厚度和陽極氧化電壓，得到符合要求的薄膜電阻。
首先，在微晶玻璃基片101上反應(yīng)磁控濺射沉積氮化鉭薄膜電阻102，采用高純度鉭靶，濺射反應(yīng)氣體為氮?dú)夂蜌鍤猓瑲怏w流量分壓比為N2∶Ar＝1∶(30～50)，氮化鉭薄膜的厚度在100nm，濺射得到的薄膜方阻為50～60Ω/□[圖1(a)]，然后利用光刻膠103作干法刻蝕的掩模[圖1(b)]，Ion-beam干法去除電阻圖形外的氮化鉭薄膜，利用丙酮去除電阻圖形上面的光刻膠103。
圖2是采用陽極氧化方法改變氮化鉭薄膜102結(jié)構(gòu)，控制薄膜電阻精度和提高電阻穩(wěn)定性。首先在薄膜電阻之上直流磁控濺射約1um厚的鋁膜104，采用光刻膠103作掩模，在溶液中進(jìn)行鋁多孔陽極氧化，除電阻引出的電極位置鋁膜104，電阻表面和周圍的鋁膜被完全氧化105。薄膜電阻受上面鋁膜多孔氧化的影響，在表面形成凸起結(jié)構(gòu)，部分氮化鉭薄膜被氧化形成氧化鉭106，剩余的薄膜電阻102在氧化電壓的控制下升高，電阻溫度系數(shù)呈線性，具有較低的負(fù)電阻溫度系數(shù)。
圖3是實(shí)施例所述的埋置在多層布線鋁陽極氧化基板內(nèi)的薄膜電阻102，方阻為105～108Ω/□，電阻溫度系數(shù)為-150～-80×10-6/℃。室溫～200℃的溫度范圍內(nèi)保持線性，經(jīng)過室溫～200℃的10次溫度循環(huán)后電阻值變化小于1％。
圖4是本實(shí)施例所述的埋置薄膜電阻室溫～200℃的電阻溫度系數(shù)。
權(quán)利要求
1.陽極氧化工藝控制氮化鉭埋置薄膜電阻精度的方法，其特征在于首先利用反應(yīng)磁控濺射的方法將氮化鉭薄膜沉積在微晶玻璃片上，利用離子束干法刻蝕工藝刻蝕出薄膜電阻圖形刻蝕。再利用直流濺射工藝將鋁膜沉積在薄膜電阻之上，采用光刻膠作掩模，在酸溶液中進(jìn)行鋁多孔陽極氧化，除電極位置的鋁外，電阻表面和周圍的鋁膜被完全氧化，通過控制薄膜電阻濺射厚度和鋁陽極氧化電壓，制得氮化鉭薄膜電阻。
2.按權(quán)利要求1所述的陽極氧化工藝控制氮化鉭埋置薄膜電阻精度的方法，其特征在于具體工藝步驟為A.采用反應(yīng)磁控濺射和干法刻蝕的方法相結(jié)合制作電阻圖形(a)首先利用反應(yīng)磁控濺射的方法將氮化鉭薄膜沉積在微晶玻璃片上；(b)利用光刻膠作掩模離子束干法刻蝕工藝刻蝕出薄膜電阻圖形刻蝕；B.薄膜電阻上面沉積鋁膜及氧化(a)在薄膜電阻之上直流磁控濺射約1um厚的鋁膜；(b)采用光刻膠作掩模，在溶液中進(jìn)行鋁多孔陽極氧化，除電極位置的鋁外，電阻表面和周圍的鋁膜被完全氧化；(c)薄膜電阻表面的鋁膜形成凸起結(jié)構(gòu)，氮化鉭電阻在氧化電壓的控制下升高，并且電阻溫度系數(shù)保持線性。
3.按權(quán)利要求2所述的陽極氧化工藝控制氮化鉭埋置薄膜電阻精度的方法，其特征在于步驟A中濺射反應(yīng)氣體為氮?dú)夂蜌鍤?，氣體流量分壓比為N2∶Ar＝1∶30～50。
4.按權(quán)利要求2所述的陽極氧化工藝控制氮化鉭埋置薄膜電阻精度的方法，其特征在于步驟A中所述氮化鉭薄膜的厚度在100～200nm，濺射得到的薄膜方阻為30～60Ω/□。
5.按權(quán)利要求2所述的陽極氧化工藝控制氮化鉭埋置薄膜電阻精度的方法，其特征在于步驟B中采用直流磁控濺射鋁膜的厚度為0.8～2um。
6.按權(quán)利要求2或5所述的陽極氧化工藝控制氮化鉭埋置薄膜電阻精度的方法，其特征在于步驟B中所述的陽極氧化溶液采用磷酸或硫酸具有中等溶解能力的溶液。
7.按權(quán)利要求2或6所述的陽極氧化工藝控制氮化鉭埋置薄膜電阻精度的方法，其特征在于步驟B中所述的陽極氧化電壓為70～90V，通過控制電壓得到符合阻值的薄膜電阻，濺射得到的薄膜方阻為80～110Ω/□。
8.按權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的陽極氧化工藝控制氮化鉭埋置薄膜電阻精度的方法，其特征在于埋置薄膜電阻溫度系數(shù)為-200～-50×10-6/℃。室溫～200℃的溫度范圍內(nèi)保持線性，經(jīng)過室溫～200℃的10次溫度循環(huán)后電阻值變化小于1％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用陽極氧化方法來控制氮化鉭埋置薄膜電阻精度的制作方法，其特征在于提出了利用沉積在氮化鉭薄膜電阻上面的鋁膜陽極氧化過程來控制薄膜電阻方塊電阻、結(jié)構(gòu)和電阻溫度系數(shù)的方法。其中氮化鉭薄膜電阻圖形采用先反應(yīng)濺射后Ion－beam刻蝕工藝制備，再利用直流濺射工藝將鋁膜沉積在電阻薄膜之后進(jìn)行鋁多孔陽極氧化，電阻表面的鋁膜被完全氧化，通過控制薄膜電阻濺射厚度和鋁陽極氧化電壓，可以得到精確的氮化鉭薄膜電阻，其電阻溫度系數(shù)為－200～－50×10
文檔編號H01L21/02GK101071766SQ20071004140
公開日2007年11月14日 申請日期2007年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月29日
發(fā)明者朱大鵬, 王立春, 羅樂 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所