CN103325507A - 一种高稳定性的薄膜电阻器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高稳定性的薄膜电阻器及其制造方法，其中，薄膜电阻器由基板，附着于基板上表面的薄膜电阻层，附着于基板下表面的下电极，以及附着于薄膜电阻层上表面的上电极组成。其方法是通过对电阻器的电阻温度系数进行特殊的控制，从而大幅降低电阻温度系数的薄膜电阻器。本发明解决现有薄膜电阻器稳定性比较差，不能满足高稳定性的要求的技术问题。本发明具有精度高、频率高，以及体积小等优点。

Description

一种高稳定性的薄膜电阻器及其制造方法

技术领域

本发明涉及半导体领域，具体涉及一种高稳定性的薄膜电阻器及其制造方法。

背景技术

电阻器是电路中应用最为广泛的无源元件之一，在电路中主要起电源去耦、晶体管工作点偏置、网络匹配以及间级耦合等作用。随着电子产品不断向高频化、小型化和高可靠性和高稳定性方向的发展，要求电阻元件尺寸越来越小、使用频率越来越高(20GHz以上)、电阻精度和可靠性越来越高、稳定性越来越高（即电阻温度系数TCR越来越小），甚至要求电阻温度系数TCR（Temperature Coefficient of Resistance,TCR）等于零（0±30ppm/℃）。

传统的电阻器一般采用厚膜工艺制造，即通过印刷的方法将电阻和电极浆料涂覆在陶瓷基板上，然后经过高温烧结分别形成电阻层和电极层，从而构造出电阻器。专利CN101295569A、CN1525498A、CN1977347A、CN101203922A、CN1524275A、CN1325117A等专利文件公开的电阻器的制造方法，均是厚膜工艺。浆料在烧结之后存在大量的玻璃成分，玻璃的微波特性比较差，因此厚膜电阻的使用频率比较低，微波性能较差，不能满足电子产品工作频率越来越高的要求。厚膜的电阻器阻的TCR比较大，阻值稳定性比较差，不能满足高稳定性的要求。因此，厚膜电阻器在电子产品中的应用越来越受到限制。

现有的薄膜电阻器，如公开号为CN1507635A、CN1822251A、CN1525498A、CN1918675A、CN1977347A、CN1524275A、CN101203922A和CN1323044A等专利，均为关于薄膜电阻器的设计及制造方法。根据上述专利所公开的制造方法，可以制造出薄膜电阻器，但上述专利均未对薄膜电阻器的TCR进行控制，从而导致TCR比较大，而且不可控，从而制造出的薄膜电阻器的稳定性比较差，这又在一个方面限制了薄膜电阻器的应用。

电阻温度系数（TCR）是影响电阻器性能的关键因素之一，从目前的公开的专利来看，无论是厚膜电阻还是薄膜电阻，都没有专利专门对电阻器的电阻温度系数（TCR）进行控制。发明专利CN101253631A所公布电阻器，其TCR达到±700ppm/℃。电阻随温度的变化如此之大，显然不能满足高稳定的要求。

发明内容

为了解决现有薄膜电阻器稳定性比较差，不能满足高稳定性的要求的技术问题，本发明提供一种高稳定性的薄膜电阻器及其制造方法。

一种高稳定性的薄膜电阻器，所述高稳定性的薄膜电阻器由基板，附着于基板上表面的薄膜电阻层，附着于基板下表面的下电极，附着于薄膜电阻层上表面的上电极。

优选地，上述薄膜电阻层由AlN薄膜层和TaN薄膜层组成；所述AlN薄膜层附着于基板的上表面，所述TaN薄膜层附着于AlN薄膜层的上表面；所述上电极附着于TaN薄膜层的上表面。

优选地，上述上电极由两块组成；电极块之间通过TaN薄膜层连接在同一个表面上。

优选地，上述AlN薄膜层的厚度为50-5000埃。

优选地，上述TaN薄膜层的厚度为50-5000埃。

优选地，上述膜电阻器的电阻温度系数为零0±30ppm/℃。

优选地，上述的基板为陶瓷基板或氧化铝基板。

优选地，上述基板下表面有金属化层。

一种高稳定性的薄膜电阻器的制造方法，所述方法包括以下步骤：

a)根据产品要求，制作出电极图形和电阻图形的光刻掩膜；

b)通过反应溅射的方法在基板的上表面生成一层AlN薄膜;

c)通过反应溅射的方法在AlN薄膜表面生成一层TaN薄膜;

d)在TaN薄膜表面通过溅射的方法形成一层或多层金属，形成上电级层;

f)将步骤d得到的金属层通过匀胶、曝光、显影的方法进行图形化处理，使用的掩模为电极图形掩模;

g)将图形化处理后的基片表面金属层电镀加厚到3μm－5μm;

h)将电镀后的基板上表面刻蚀出TaN薄膜;

i)对TaN薄膜和AlN薄膜通过匀胶、曝光、显影的方法进行图形化处理，使用的掩模为电极图形掩模;

j)刻蚀了电阻图形;

k)对陶瓷基板按形成的图形进行划切，得到多个薄膜电阻器;

l)将划切后的产品用丙酮清洗、烘干，进行热处理或激光蚀刻处理，得到最终产品。

一种高稳定性的薄膜电阻器的制造方法，所述方法包括以下步骤：

a)根据产品要求，制作出电极图形和电阻图形的光刻掩膜；

b)通过反应溅射的方法在基板的上表面生成一层AlN薄膜;

c)通过反应溅射的方法在AlN薄膜表面生成一层TaN薄膜;

d)在TaN薄膜表面通过溅射的方法形成一层或多层金属，形成上电级层;

e)在基板的下表面溅射一层或多层金属；

f)步骤d和步骤e得到的基板的上表面金属层通过匀胶、曝光、显影的方法进行图形化处理，使用的掩模为电极图形掩模;

g)将图形化处理后的基片表面金属层电镀加厚到3μm－5μm;

h)将电镀后的基板上表面刻蚀出TaN薄膜;

i)对TaN薄膜和AlN薄膜通过匀胶、曝光、显影的方法进行图形化处理，使用的掩模为电极图形掩模;

j)刻蚀了电阻图形;

k)对陶瓷基板按形成的图形进行划切，得到多个薄膜电阻器;

l)将划切后的产品用丙酮清洗、烘干，进行热处理或激光蚀刻处理，得到最终产品。

实施本发明具有以下优点：

本发明针对电阻器的电阻温度系数进行特殊的控制，可以大幅降低电阻温度系数的薄膜电阻器。该电阻器阻值稳定性可以控制在-55℃～+150℃的温度范围内，电阻温度系数可达到0±30ppm/℃。该电阻器还具有精度高的优点，外形尺寸公差±25μm，阻值精度可达±1%。另外，本发明还可实现小型化，最小尺寸可达0101型，即0.254mm×0.254mm。电阻具有良好的高频特性，使用频率高达20GHz。

附图说明

图1为本发明一种高稳定性薄膜电阻器的结构示意图；

图2为本发明中基板的结构示意图。

附图标记说明

基板1，金属化层101；电阻层2，AlN薄膜层201，TaN薄膜层202；下电极3；上电极4。

具体实施方式

参见图1-图2所示，本发明提供的高稳定性的薄膜电阻器由基板1，附着于基板1上表面的薄膜电阻层2，附着于基板1下表面的下电极3，附着于薄膜电阻层2上表面的上电极4组成。其中薄膜电阻层2由AlN薄膜层201和TaN薄膜层202组成；AlN薄膜层201附着于基板1的上表面，TaN薄膜层202附着于AlN薄膜层201的上表面；上电极4附着于TaN薄膜层202的上表面。上电极4由两块电极组成；两块电极块之间通过TaN薄膜层202连接在同一个表面上。膜电阻器的电阻温度系数为0±30ppm/℃。薄膜电阻器的电阻温度系数（TCR）取决于TaN薄膜的厚度，TaN薄膜的电阻温度系数；以及AlN薄膜的厚度和AlN薄膜的电阻温度系数。

具体电阻温度系数计算方式为：设TaN薄膜的厚度为d1,TaN薄膜的电阻温度系数为TCR1，AlN薄膜的厚度为d2,AlN薄膜的电阻温度系数为TCR2，则由TaN薄膜和AlN薄膜所组成的复合膜层作为电阻层的薄膜电阻器的电阻温度系数TCR=d1×TCR1+d2×TCR2。其中d1和d2的值取50-5000埃，优选为100-1000埃。

TaN薄膜的电阻温度系数为负值，即TCR1<0，而AlN薄膜的电阻温度系数为正值，即TCR1>0。

因此，通过TaN薄膜与AlN薄膜的复合，适当控制TaN薄膜的厚度和AlN薄膜的厚度，就可以得到电阻温度系数为零（0±30ppm/℃）的薄膜电阻器。

TaN薄膜的厚度，通过溅射工艺控制，即通过溅射的电压、电流、溅射时间以及溅射气氛等参数控制。为了确保薄膜电阻器优良的微波特性，基板为陶瓷基板或氧化铝基板，优选氧化铝基板，并且在氧化铝基板下表面有背面金属化层101，金属化层用于焊接。背面金属化层的存在，可以保证元件更加牢固的焊接。

本发明还提供一种薄膜电阻器的制造方法，包括如下步骤：

步骤1，根据产品要求，制作出电极图形和电阻图形的光刻掩膜；

步骤2，通过反应溅射的方法在基板的上表面生成一层AlN薄膜；

步骤3，通过反应溅射的方法在AlN薄膜表面生成一层TaN薄膜；

步骤4，在TaN薄膜表面通过溅射的方法形成一层或多层金属，形成上电级层；

步骤5，若产品需要背面金属化层，则在基板的下表面溅射一层或多层金属；若产品不需要背面金属化，则此步骤不需要；

步骤6，将步骤4或步骤4和步骤5得到的基板的上表面金属层通过匀胶、曝光、显影的方法进行图形化处理，使用的掩模为电极图形掩模；

步骤7，将图形化处理后的基片表面金属层电镀加厚到3μm－5μm；

步骤8，将电镀后的基板上表面刻蚀出TaN薄膜；

步骤9，对TaN薄膜和AlN薄膜通过匀胶、曝光、显影的方法进行图形化处理，使用的掩模为电极图形掩模；

步骤10，刻蚀了电阻图形；

步骤11，对基板按形成的图形进行划切，得到多个薄膜电阻器；

步骤12，将划切后的产品用丙酮清洗、烘干，进行热处理或激光蚀刻处理，得到最终产品。

本发明公开提供的高稳定性的薄膜电阻器的制造方法的具体实现方式如下：

实施例1

在厚度为0.381mm、纯度为99.6%的三氧化二铝基板的上表面通过反应溅射的方法生成一层AlN薄膜，溅射时间3分钟；然后在AlN表面通过反应溅射的方法生成一层TaN薄膜，溅射时间5分钟。接着在TaN薄膜表面以及基板的下表面溅射上Ti/Au，然后对AlN/TaN/Ti/Au表面进行图形化(选用外形尺寸为0101的电极掩膜)，再通过电镀将Au层加厚到适合要求，蚀刻Ti/Au露出TaN层，然后对TaN层进行图形化(选用外形尺寸为0101电阻掩膜)，刻蚀出AlN/TaN的图形，最后根据得到的图形尺寸进行划切、清洗得到尺寸规格为0101的电阻器产品（有下电极）。将产品进行阻值测量与分选，94%的产品电阻值介于48.5～52.0Ω之间，按50Ω标值计算，其精度可达±5%。在-55℃～+150℃温度范围内对电阻温度变化系数进行测量，电阻温度变化系数介于-5.2～8.1ppm/℃。

实施例2

在厚度为0.508mm、纯度为99.6%的三氧化二铝基板上表面通过反应溅射的方法生成一层AlN薄膜，溅射时间1.5分钟；然后在AlN表面通过反应溅射的方法生成一层TaN薄膜，溅射时间2.5分钟。然后在TaN薄膜层以及基板的下表面溅射上TiW合金及Au，然后对AlN/TaN/TiW/Au表面图形化(选用外形尺寸为0402的电极掩膜)，再通过电镀将Au层加厚到合适要求，腐蚀TiW/Au到TaN层，然后对TaN层进行图形化(选用外形尺寸为0402电阻掩膜)，刻蚀出AlN/TaN的图形，最后根据得到的图形尺寸进行划切、清洗得到尺寸规格为0402的电阻器产品（有下电极）。将产品进行阻值测量与分选，89%的产品电阻值介于98.8～104.3Ω之间，按100Ω标值计算，其精度可达±5%。在-55℃～+150℃温度范围内对电阻温度变化系数进行测量，电阻温度变化系数介于-3.6～5.1ppm/℃。

实施例3

在厚度为0.254mm、纯度为99.6%的三氧化二铝基板上表面通过反应溅射的方法生成一层AlN薄膜，溅射时间1.5分钟；然后在AlN表面通过反应溅射的方法生成一层TaN薄膜，溅射时间2.5分钟。然后在TaN薄膜层TiW合金及Au，然后对AlN/TaN/TiW/Au表面图形化(选用外形尺寸为0402的电极掩膜)，再通过电镀将Au层加厚到合适要求，腐蚀TiW/Au到TaN层，然后对TaN层进行图形化(选用外形尺寸为0402电阻掩膜)，刻蚀出AlN/TaN的图形，最后根据得到的图形尺寸进行划切、清洗得到尺寸规格为0402的电阻器产品（无下电极）。将产品进行阻值测量与分选，86%的产品电阻值介于96.8～104.8Ω之间，按100Ω标值计算，其精度可达±5%。在-55℃～+150℃温度范围内对电阻温度变化系数进行测量，电阻温度变化系数介于-3.6～-7.4ppm/℃。

实施例4

在厚度为0.254mm、纯度为99.6%的三氧化二铝基板上表面通过反应溅射的方法生成一层AlN薄膜，溅射时间1.5分钟；然后在AlN表面通过反应溅射的方法生成一层TaN薄膜，溅射时间2.5分钟。然后在TaN薄膜层TiW合金、Ni及Au，然后对AlN/TaN/TiW/Ni/Au表面图形化(选用外形尺寸为0402的电极掩膜)，再通过电镀将Au层加厚到合适要求，腐蚀TiW/Ni/Au到TaN层，然后对TaN层进行图形化(选用外形尺寸为0402电阻掩膜)，刻蚀出AlN/TaN的图形，最后根据得到的图形尺寸进行划切、清洗得到尺寸规格为0402的电阻器产品（无下电极）。将产品进行阻值测量与分选，90%的产品电阻值介于95.6～104.8Ω之间，按100Ω标值计算，其精度可达±5%。在-55℃～+150℃温度范围内对电阻温度变化系数进行测量，电阻温度变化系数介于-3.0～6.8ppm/℃。

实施例5

在厚度为0.381mm、纯度为99.6%的三氧化二铝基板的上表面通过反应溅射的方法生成一层AlN薄膜，溅射时间3分钟；然后在AlN表面通过反应溅射的方法生成一层TaN薄膜，溅射时间5分钟。接着在TaN薄膜表面以及基板的下表面溅射上Ti/Cu/Au，然后对AlN/TaN/Ti/Cu/Au表面进行图形化(选用外形尺寸为0201的电极掩膜)，再通过电镀将Au层加厚到适合要求，蚀刻Ti/Cu/Au露出TaN层，然后对TaN层进行图形化(选用外形尺寸为0201电阻掩膜)，刻蚀出AlN/TaN的图形，最后根据得到的图形尺寸进行划切、清洗得到尺寸规格为0201的电阻器产品（有下电极）。将产品进行阻值测量与分选，98%的产品电阻值介于47.5～52.5Ω之间，按50Ω标值计算，其精度可达±5%。在-55℃～+150℃温度范围内对电阻温度变化系数进行测量，电阻温度变化系数介于-4.2～9.5ppm/℃。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高稳定性的薄膜电阻器，其特征在于：所述高稳定性的薄膜电阻器由基板，附着于基板上表面的薄膜电阻层，附着于基板下表面的下电极，以及附着于薄膜电阻层上表面的上电极组成。

2.根据权利要求1所述的高稳定性的薄膜电阻器，其特征在于：所述薄膜电阻层由AlN薄膜层和TaN薄膜层组成；所述AlN薄膜层附着于基板的上表面，所述TaN薄膜层附着于AlN薄膜层的上表面；所述上电极附着于TaN薄膜层的上表面。

3.根据权利要求2所述的高稳定性的薄膜电阻器，其特征在于：所述上电极由两块组成；电极块之间通过TaN薄膜层连接在同一个表面上。

4.根据权利要求3所述的高稳定性的薄膜电阻器，其特征在于：所述AlN薄膜层的厚度为50-5000埃。

5.根据权利要求4所述的高稳定性的薄膜电阻器，其特征在于：所述TaN薄膜层的厚度为50-5000埃。

6.根据权利要求5所述的高稳定性的薄膜电阻器，其特征在于：所述膜电阻器的电阻温度系数为零0±30ppm/℃。

7.根据权利要求6所述的高稳定性的薄膜电阻器，其特征在于：所述的基板为陶瓷基板或氧化铝基板。

8.根据权利要求7所述的高稳定性的薄膜电阻器，其特征在于：所述基板下表面设置有金属化层。

9.一种高稳定性的薄膜电阻器的制造方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

a)根据产品要求，制作出电极图形和电阻图形的光刻掩膜；

b)通过反应溅射的方法在基板的上表面生成一层AlN薄膜;

c)通过反应溅射的方法在AlN薄膜表面生成一层TaN薄膜;

d)在TaN薄膜表面通过溅射的方法形成一层或多层金属，形成上电级层;

f)将步骤d得到的金属层通过匀胶、曝光、显影的方法进行图形化处理，使用的掩模为电极图形掩模;

g)将图形化处理后的基片表面金属层电镀加厚到3μm－5μm;

h)将电镀后的基板上表面刻蚀出TaN薄膜;

i)对TaN薄膜和AlN薄膜通过匀胶、曝光、显影的方法进行图形化处理，使用的掩模为电极图形掩模;

j)刻蚀电阻图形;

k)对陶瓷基板按形成的图形进行划切，得到多个薄膜电阻器;

l)将划切后的产品用丙酮清洗、烘干，进行热处理或激光蚀刻处理，得到最终产品。

10.一种高稳定性的薄膜电阻器的制造方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

a)根据产品要求，制作出电极图形和电阻图形的光刻掩膜；

b)通过反应溅射的方法在基板的上表面生成一层AlN薄膜;

c)通过反应溅射的方法在AlN薄膜表面生成一层TaN薄膜;

d)在TaN薄膜表面通过溅射的方法形成一层或多层金属，形成上电级层;

e)在基板的下表面溅射一层或多层金属；

f)步骤d和步骤e得到的基板的上表面金属层通过匀胶、曝光、显影的方法进行图形化处理，使用的掩模为电极图形掩模;

g)将图形化处理后的基片表面金属层电镀加厚到3μm－5μm;

h)将电镀后的基板上表面刻蚀出TaN薄膜;

i)对TaN薄膜和AlN薄膜通过匀胶、曝光、显影的方法进行图形化处理，使用的掩模为电极图形掩模;

j)刻蚀电阻图形;

k)对陶瓷基板按形成的图形进行划切，得到多个薄膜电阻器;

l)将划切后的产品用丙酮清洗、烘干，进行热处理或激光蚀刻处理，得到最终产品。

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