薄膜电阻器及其制造方法技术

本发明专利技术涉及薄膜电阻器及其制造方法。一种制造薄膜电阻器(100)的方法，包括：步骤S1，对基材(10)进行前处理；步骤S2，使用靶材，对基材的表面(12)进行离子注入和/或等离子体沉积处理，以在基材的表面上形成电阻层(14)；以及步骤S3，在电阻层的两侧形成电极(18)。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及薄膜电阻器及其制造方法，该薄膜电阻器尤其适用于微电子产品及表面贴装技术(SurfaceMountTechnology，简称SMT)，用作电路中的被动电子电路元件和/或承载电子电路元件。
技术介绍
薄膜电阻器制造技术集成了半导体制造工艺和厚膜制造工艺，采用溅射镀膜、热处理、光刻、激光调阻等先进的技术和工艺，在近些年快速地发展起来。片式薄膜固定电阻器结合了片式厚膜固定电阻器的“轻、薄、短、小”和传统精密电阻的“高精度、低温度系数”的优点，是一种适合于SMT制造的新型电阻器，在高频和模拟电路的应用方面可以替代传统的金属膜电阻器，并且在制造和使用成本上优于传统的金属膜电阻器。除了上述优点，薄膜电阻器还要求电阻膜层的结构和性能保持稳定、耐热、耐腐蚀等。为了达到温度系数低和电阻膜层质量稳定等要求，必须对薄膜电阻器进行热处理，以使膜层的结构和性能变得稳定。一般而言，薄膜在生长过程中会引入多种晶体缺陷，而经过退火处理可以减少薄膜生长中存在的缺陷。此外，不同的晶体结构取向和组成也会对电阻膜层的性能产生较大影响。例如，在热处理过程中，随着Ni-Cr合金薄膜的合金成分不同，其抗氧化能力也不相同，膜层的电阻会由于绝缘性氧化物Cr2O3增多而剧烈增加。因此，需要制定更加合理的制备工艺，例如采用如下的热处理方法：对400℃的烘箱充氮气或氢气，保持30分钟以消除应力；快速热处理，在450℃下热处理达600秒后，电阻不再变化；在SiOx和N2的保护下，在400℃下退火1小时并在200℃下保温24小时。最近的研究已认识到薄膜的机械强度和残余应力对电迁移的影响。电迁移会引起电路的可靠性和稳定性问题，而另一个与电学性能相关的薄膜电阻率则会决定电路的工作性能是否能正常发挥。因此，为了使电路能够可靠地长期工作，必须保证薄膜电阻器具有合适的电阻率且电学性能尽可能稳定，亦即要保证电阻膜层的良好质量。此外，表面形貌对电阻率的影响在很薄的薄膜中存在尺寸效应，薄膜电阻率受其表面形貌的影响很大。伴随着电路薄型化的发展趋势，薄膜表面形貌在相关电子元器件制作中的地位越趋重要。在现有技术中，制造薄膜电阻器的常用流程是：首先在绝缘衬底例如玻璃基材或陶瓷基材上，通过溅射法或真空蒸发法形成薄膜电阻层，之后以微影光蚀刻方式定义电阻材料及导体图案，再用聚焦激光束来修整电阻材料以便精确地控制电阻值，最后切割绝缘基板而形成分立的薄膜电阻器。可是，在溅射或真空蒸发工艺中，溅射或蒸发出的原子通常仅具有1-10eV的低能量，与衬底之间的结合力较差，导致所得的电阻膜层易于从衬底剥离。而且，这种电阻膜层存在残余应力而结构不稳定，并且存在针孔和表面粗糙度高等缺陷。此外，电阻材料及导线图案的定义以类似半导体制程的光蚀刻技术形成，而在光蚀刻过程中需要大量使用化学药品，因而增加了废水处理及环境污染相关的成本。另外，这种流程对绝缘衬底的品质要求相当高，必须提供表面平坦度与光洁度相当好的绝缘衬底，以便使后续的微影光蚀刻设备能够正确对齐，并且降低薄膜表面形貌对电阻率的影响。因此，需要事先对绝缘衬底进行研磨和抛光以降低其表面粗糙度，而这又将增加许多制造成本。
技术实现思路
本专利技术是鉴于上述情形而作出的，其目的在于，提供一种在基材与电阻层之间具有较高结合力并且电阻层的成膜质量高的薄膜电阻器、以及制造该薄膜电阻器的方法。本专利技术的第一技术方案为一种制造薄膜电阻器的方法，其包括以下步骤：对基材进行前处理(S1)；使用靶材，对基材的表面进行离子注入和/或等离子体沉积处理，以在基材的表面上形成电阻层(S2)；以及，在电阻层的两侧形成电极(S3)。本专利技术的第二技术方案为，在第一方案中，在步骤S2中，对基材的表面先进行离子注入后进行等离子体沉积处理。本专利技术的第三技术方案为，在第一方案中，在步骤S2中，相继地使用第一、第二、……第N靶材，在基材的表面上形成从内到外依次排列的第一、第二、……第N电阻层。本专利技术的第四技术方案为，在第一方案中，制造方法还包括：在步骤S2之前，在基材的表面上形成刻痕；和在步骤S2之后、S3之前，沿着刻痕分割形成有电阻层的基材，以便获得多个薄膜电阻器。本专利技术的第五技术方案为，在第一方案中，步骤S1包括对基材进行脱水处理、电晕处理、气体离子注入处理、等离子体处理、表面粗化处理中的一种或多种。本专利技术的第六技术方案为，在第一方案中，步骤S2还包括在进行离子注入和/或等离子体沉积之后，通过溅射或蒸镀将另一靶材的组分沉积到基材的表面上。本专利技术的第七技术方案为，在第一方案中，步骤S3包括：使用靶材，对基材的两侧面进行离子注入和/或等离子体沉积处理，以形成电极的至少一部分。本专利技术的第八技术方案为，在第一或第二方案中，在离子注入期间，靶材的离子获得1-1000keV的能量，被注入到基材的表面下方5-500nm的深度而构成离子注入层。本专利技术的第九技术方案为，在第一或第二方案中，在等离子体沉积期间，靶材的离子获得1-1000eV的能量，被沉积到基材的表面上方而构成厚度为10-1000nm的等离子体沉积层。本专利技术的第十技术方案为，在第一至第七方案的任一种中，基材包括陶瓷基材、硅基材、玻璃基材和有机高分子基材中的一种或多种。本专利技术的第十一技术方案为，在第一至第七方案的任一种中，靶材包括金属靶材、氧化物靶材、氮化物靶材、金属硅化物靶材中的一种或多种。本专利技术的第十二技术方案为，在第十一方案中，金属靶材包括Ti、Ta、Cr、Ni、Al、Cu、Ag、Au、V、Zr、Mo、Nb、In、Sn、Tb、Be、Ca、Mg以及它们之间的合金中的一种或多种。本专利技术的第十三技术方案为，在第十一方案中，氧化物靶材包括Ni、Cr、Al、Ta、Ca或Mg的氧化物、或者这些氧化物的组合。本专利技术的第十四技术方案为，在第十一方案中，氮化物靶材包括Ni、Cr、Be、Al或Ta的氮化物、或者这些氮化物的组合。本专利技术的第十五技术方案为一种薄膜电阻器，其包括：基材；在基材的表面上形成的电阻层，电阻层包括离子注入层和/或等离子体沉积层；以及，在电阻层的两侧形成的电极。本专利技术的第十六技术方案为，在第十五方案中，离子注入层是由注入材料和基材组成的掺杂结构，其外表面与基材的表面相齐平，而内表面位于基材的表面下方5-500nm的深度。本专利技术的第十七技术方案为，在第十五方案中，等离子体沉积层直接位于基材的表面上方，或者位于离子注入层的上方。本专利技术的第十八技术方案为，在第十五方案中，电阻层包括从内到外依次排列的第一、第二、……第N电阻层。本专利技术的第十九技术方案为，在第十五方案中，电极包括在基材的两侧面形成的离子注入层和/或等离子体沉积层。本专利技术的第二十技术方案为，在第十五至第十九方案的任一种中，基材包括陶瓷基材、硅基材、玻璃基材和有机高分子基材中的一种或多种。本专利技术的第二十一技术方案为，在第十五至第十九方案的任一种中，组成电阻层的材料包括金属、氧化物、氮化物、金属硅化物中的一种或多种。本专利技术的第二十二技术方案为，在第二十一方案中，氧化物包括Ni、Cr、Al、Ta、Ca或Mg的氧化物、或者这些氧化物的组合。本专利技术的第二十三技术方案为，在第二十一方案中，氮化物包括Ni、Cr、Be、Al或Ta的氮化物、或者这些氮化物的组合。依照本专利技术，在离子注入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造薄膜电阻器的方法，包括以下步骤：S1：对基材进行前处理；S2：使用靶材，对所述基材的表面进行离子注入和/或等离子体沉积处理，以在所述基材的表面上形成电阻层；以及S3：在所述电阻层的两侧形成电极。

【技术特征摘要】
1.一种制造薄膜电阻器的方法，包括以下步骤：S1：对基材进行前处理；S2：使用靶材，对所述基材的表面进行离子注入和/或等离子体沉积处理，以在所述基材的表面上形成电阻层；以及S3：在所述电阻层的两侧形成电极。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，对所述基材的表面先进行离子注入后进行等离子体沉积处理。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，相继地使用第一、第二、……第N靶材，在所述基材的表面上形成从内到外依次排列的第一、第二、……第N电阻层。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在步骤S2之前，在所述基材的表面上形成刻痕；和在步骤S2之后、S3之前，沿着所述刻痕分割形成有电阻层的所述基材，以便获得多个薄膜电阻器。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1包括对所述基材进行脱水处理、电晕处理、气体离子注入处理、等离子体处理、表面粗化处理中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2还包括在进行所述离子注入和/或等离子体沉积之后，通过溅射或蒸镀将另一靶材的组分沉积到所述基材的表面上。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3包括：使用靶材，对所述基材的两侧面进行离子注入和/或等离子体沉积处理，以形成所述电极的至少一部分。8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在离子注入期间，所述靶材的离子获得1-1000keV的能量，被注入到所述基材的表面下方5-500nm的深度而构成离子注入层。9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在等离子体沉积期间，所述靶材的离子获得1-1000eV的能量，被沉积到所述基材的表面上方而构成厚度为10-1000nm的等离子体沉积层。10.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述基材包括陶瓷基材、硅基材、玻璃基材和有机高分子基材中的一种或多种。11.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述靶材包括金属靶材、氧化物靶材、氮化物靶材、金属硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志建，吴香兰，宋红林，张志强，
申请(专利权)人：武汉光谷创元电子有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42