专利名称：阳极氧化工艺控制氮化钽埋置薄膜电阻精度的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用阳极氧化工艺控制氮化钽埋置薄膜电阻精度的制作方法，属于高密度MCM-D基板的封装领域。
背景技本MCM-D(Multichip Module Deposition薄膜多芯片组件)基板的薄膜多层互连结构内埋置无源元件和有源器件的技术可以进一步提高组件的组装密度和组件性能，使其具有更多的功能。一般埋置薄膜电阻或电阻网络的方法是采用NiCr、TaN或TiW等多层复合金属膜既作为粘附层又可作为电阻薄膜，通过套刻工艺同时形成薄膜电阻和电阻总端电极以及多层复合薄膜布线或焊区。通常埋置的薄膜电阻制作在基板表面，也可以制作在薄膜多层互连结构的中间层内。
薄膜电阻的精度是由方块电阻方阻精度和图形精度决定的。方阻精度的控制是在成膜过程依靠电阻监控实现的，图形精度取决于工艺条件的影响以及计算的近似程度。在基片上的电阻器个数较多，又很难达到预期精度的情况下，为了提高成品率，就需要进行微调。然而微调会提高产品成本，所以采用微调还是采用严格控制工艺参数来提高阻值精度，应根据实际情况确定。电阻器的微调方式又可以分为改变图形和改变电阻材料的组成或内部结构两大类。改变图形一般只会使电阻器阻值升高，所以在进行图形设计的时候，应当保证这种图形在微调前的理论计算值小于电阻器的标称阻值，而且经最大限度的微调后的理论计算值要比标称阻值大。图形调整不但使阻值增加，而且也造成了电阻功率密度和温度分布的不均匀。设计时必须保证，经调整后剩余部分的最窄宽度不得小于功率密度所允许的值。改变电阻材料的组成或结构的微调方法，微调前薄膜电阻值要小于预先设计的电阻值，通过改变电阻的微观结构来确保电阻达到设计要求。
铝阳极氧化MCM-D基板在埋置电阻时薄膜材料也应该保证在布线阳极氧化过程产生氧化或保持不变，而不能产生阳极溶解过程。因此，选择的埋置电阻材料也应该属于阀金属或者阀金属的化合物。
发明内容
为了在铝阳极氧化MCM-D基板在埋置电阻，提高组件的组装密度和组件性能，能够有效控制埋置电阻的精度，本发明提出一种利用阳极氧化方法来控制氮化钽埋置薄膜电阻精度的制作方法，采用了阳极氧化技术，改变氮化钽薄膜电阻表面结构，使薄膜电阻阻值升高，具有较低的负电阻温度系数和较高的热稳定性。
本发明所采取的技术方案是首先利用反应磁控溅射的方法将氮化钽薄膜沉积在微晶玻璃片上，通过调节反应气体流量比，控制溅射后薄膜电阻的方阻。利用离子束干法刻蚀工艺刻蚀出薄膜电阻图形，再利用直流溅射工艺在薄膜电阻上沉积一层铝膜，采用光刻胶作掩膜，在酸溶液中进行铝多孔的阳极氧化，除电极位置的铝外，电阻表面和周围的铝膜被完全氧化，通过控制薄膜电阻溅射厚度和铝阳极氧化电压可以得到精确的氧化钽薄膜电阻，也即通过铝阳极氧化形成多孔氧化铝的结构来改善电阻薄膜的表面结构，使之得到较低的负电阻温度系数和更好的稳定性。该方法的优点在于通过溅射和氧化两个工艺结合来改变薄膜电阻的表面结构从而控制电阻的阻值，并且这种工艺与铝阳极氧化工艺兼容，可以将薄膜电阻埋置在铝阳极氧化MCM-D基板中。(详见实施例)本发明的具体工艺步骤如下A.采用反应磁控溅射和干法刻蚀相结合的方法制作电阻图形(a)首先利用反应磁控溅射的方法将氮化钽薄膜沉积在微晶玻璃片上；
(b)利用离子束干法刻蚀工艺刻蚀出薄膜电阻图形；所述的步骤A(a)中溅射反应气体为氮气和氩气，气体流量分压比为N2∶Ar＝1∶(30～50)；所述的步骤A(b)中氮化钽薄膜的厚度在100-200nm；溅射得到的薄膜方阻为30～60Ω/□。
B.薄膜电阻上面沉积铝膜及氧化(a)在薄膜电阻之上直流磁控溅射约0.8-2um厚的铝膜；(b)采用光刻胶作掩模，在溶液中进行铝多孔阳极氧化，除电阻引出电极位置的铝外，电阻表面和周围的铝膜被完全氧化。阳极氧化溶液为磷酸或硫酸中等溶解能力的溶液；阳极氧化电压为70-90V，通过控制电压得到的薄膜电阻的方阻为80～110Ω/□。
(c)薄膜电阻受上面铝膜多孔氧化的影响，在表面形成凸起结构，氮化钽电阻在氧化电压的控制下升高，并且电阻温度系数在室温～200℃的温度范围内保持线性，埋置薄膜的电阻温度系数为-200～-50×10-6/℃。
图1是在微晶玻璃基片上反应磁控溅射氮化钽薄膜并光刻形成电阻图形截面图。(a)氮化钽薄膜电阻沉积，(b)光刻胶作掩模干法刻蚀氮化钽，(c)去除光刻胶掩模。
图2是采用直流溅射在电阻表面沉积铝膜后进行阳极氧化控制氮化钽结构和性能的流程图。
(a)沉积铝膜，(b)涂覆光刻胶作多孔氧化掩模，(c)铝膜的多孔阳极氧化，(d)去除光刻胶掩模。
图3是实施例所述铝阳极氧化多层布线基板埋置氮化钽薄膜电阻的截面图。
图4是实施例氮化钽薄膜电阻的电阻温度系数随温度变化曲线图。
具体实施例方式
下面是在铝阳极氧化基板内埋置氮化钽薄膜电阻，利用阳极氧化方法来控制氮化钽埋置薄膜电阻精度，通过控制溅射薄膜厚度和阳极氧化电压，得到符合要求的薄膜电阻。
首先，在微晶玻璃基片101上反应磁控溅射沉积氮化钽薄膜电阻102，采用高纯度钽靶，溅射反应气体为氮气和氩气，气体流量分压比为N2∶Ar＝1∶(30～50)，氮化钽薄膜的厚度在100nm，溅射得到的薄膜方阻为50～60Ω/□[图1(a)]，然后利用光刻胶103作干法刻蚀的掩模[图1(b)]，Ion-beam干法去除电阻图形外的氮化钽薄膜，利用丙酮去除电阻图形上面的光刻胶103。
图2是采用阳极氧化方法改变氮化钽薄膜102结构，控制薄膜电阻精度和提高电阻稳定性。首先在薄膜电阻之上直流磁控溅射约1um厚的铝膜104，采用光刻胶103作掩模，在溶液中进行铝多孔阳极氧化，除电阻引出的电极位置铝膜104，电阻表面和周围的铝膜被完全氧化105。薄膜电阻受上面铝膜多孔氧化的影响，在表面形成凸起结构，部分氮化钽薄膜被氧化形成氧化钽106，剩余的薄膜电阻102在氧化电压的控制下升高，电阻温度系数呈线性，具有较低的负电阻温度系数。
图3是实施例所述的埋置在多层布线铝阳极氧化基板内的薄膜电阻102，方阻为105～108Ω/□，电阻温度系数为-150～-80×10-6/℃。室温～200℃的温度范围内保持线性，经过室温～200℃的10次温度循环后电阻值变化小于1％。
图4是本实施例所述的埋置薄膜电阻室温～200℃的电阻温度系数。
权利要求
1.阳极氧化工艺控制氮化钽埋置薄膜电阻精度的方法，其特征在于首先利用反应磁控溅射的方法将氮化钽薄膜沉积在微晶玻璃片上，利用离子束干法刻蚀工艺刻蚀出薄膜电阻图形刻蚀。再利用直流溅射工艺将铝膜沉积在薄膜电阻之上，采用光刻胶作掩模，在酸溶液中进行铝多孔阳极氧化，除电极位置的铝外，电阻表面和周围的铝膜被完全氧化，通过控制薄膜电阻溅射厚度和铝阳极氧化电压，制得氮化钽薄膜电阻。
2.按权利要求1所述的阳极氧化工艺控制氮化钽埋置薄膜电阻精度的方法，其特征在于具体工艺步骤为A.采用反应磁控溅射和干法刻蚀的方法相结合制作电阻图形(a)首先利用反应磁控溅射的方法将氮化钽薄膜沉积在微晶玻璃片上；(b)利用光刻胶作掩模离子束干法刻蚀工艺刻蚀出薄膜电阻图形刻蚀；B.薄膜电阻上面沉积铝膜及氧化(a)在薄膜电阻之上直流磁控溅射约1um厚的铝膜；(b)采用光刻胶作掩模，在溶液中进行铝多孔阳极氧化，除电极位置的铝外，电阻表面和周围的铝膜被完全氧化；(c)薄膜电阻表面的铝膜形成凸起结构，氮化钽电阻在氧化电压的控制下升高，并且电阻温度系数保持线性。
3.按权利要求2所述的阳极氧化工艺控制氮化钽埋置薄膜电阻精度的方法，其特征在于步骤A中溅射反应气体为氮气和氩气，气体流量分压比为N2∶Ar＝1∶30～50。
4.按权利要求2所述的阳极氧化工艺控制氮化钽埋置薄膜电阻精度的方法，其特征在于步骤A中所述氮化钽薄膜的厚度在100～200nm，溅射得到的薄膜方阻为30～60Ω/□。
5.按权利要求2所述的阳极氧化工艺控制氮化钽埋置薄膜电阻精度的方法，其特征在于步骤B中采用直流磁控溅射铝膜的厚度为0.8～2um。
6.按权利要求2或5所述的阳极氧化工艺控制氮化钽埋置薄膜电阻精度的方法，其特征在于步骤B中所述的阳极氧化溶液采用磷酸或硫酸具有中等溶解能力的溶液。
7.按权利要求2或6所述的阳极氧化工艺控制氮化钽埋置薄膜电阻精度的方法，其特征在于步骤B中所述的阳极氧化电压为70～90V，通过控制电压得到符合阻值的薄膜电阻，溅射得到的薄膜方阻为80～110Ω/□。
8.按权利要求1-7中任一项所述的阳极氧化工艺控制氮化钽埋置薄膜电阻精度的方法，其特征在于埋置薄膜电阻温度系数为-200～-50×10-6/℃。室温～200℃的温度范围内保持线性，经过室温～200℃的10次温度循环后电阻值变化小于1％。
全文摘要
本发明涉及一种利用阳极氧化方法来控制氮化钽埋置薄膜电阻精度的制作方法，其特征在于提出了利用沉积在氮化钽薄膜电阻上面的铝膜阳极氧化过程来控制薄膜电阻方块电阻、结构和电阻温度系数的方法。其中氮化钽薄膜电阻图形采用先反应溅射后Ion－beam刻蚀工艺制备，再利用直流溅射工艺将铝膜沉积在电阻薄膜之后进行铝多孔阳极氧化，电阻表面的铝膜被完全氧化，通过控制薄膜电阻溅射厚度和铝阳极氧化电压，可以得到精确的氮化钽薄膜电阻，其电阻温度系数为－200～－50×10
文档编号H01L21/02GK101071766SQ20071004140
公开日2007年11月14日 申请日期2007年5月29日 优先权日2007年5月29日
发明者朱大鹏, 王立春, 罗乐 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所