维普资讯 http://www.cqvip.com 第２５卷第１期 ２００７年３月 荽篥 戡 羲 髓 瓤置 ＪｌｃＨＥＮＧＤｌＡＮＬＵＴＯＮＧＸＵＮ Ｖ０１．２５ Ｎｏ．１ Ｍ８ｒ．２ｏ（ｙ７ ＣｒＳｉ薄膜电阻制作工艺 张明浩 （中国兵器工业第２１４研究所蚌埠２３３０４２） 摘要研究用溅射法制作ＣｒＳｉ电阻中，工艺技术与工艺参数间的相互关系，给出了高方阻，低温 溅射工艺ＣｒＳｉ电阻ＴＣＲ 度系数ＣｒＳｉ薄膜电阻制备的方法，及其工艺条件的确定。 关键词ｌ 引 言 薄膜混合集成电路是在绝缘基片上用真空蒸 发或溅射等方法制作成薄膜电阻、电容、电感及互 ２．２ Ｃｒｓｉ靶材组分的选取 靶材的选取主要考虑的是靶材电阻率，即确 定ＣｒＳｉ靶材的化学组分。对于成膜工艺来说，主 要考虑的是在靶材组分确定前提下，控制电阻膜 连导体等无源元件，外贴有源器件和无源元件，加 上引出线和封装外壳而成。混合集成电路对薄膜 电阻材料的要求是方电阻范围大、电阻温度系数 小、与基片的粘附力强、性能稳定和可靠并便于成 的温度系数ＴＣＲ和稳定性，以及电路特性对薄膜 厚度、线条尺寸要求下的工艺可实现、可操作性。 ＣｒＳｉ膜电阻的ＴＣＲ为一１５０—２００ｐｐｍ／￣Ｃ，电 阻率变化范围对应的ＣｒＳｉ薄膜中的Ｃｒ的组分为 ｌ７—３３％（６×１０一 一ｌ×１０一 Ｑ・ｃｍ）。在此组 膜，能承受高温热处理和高的功耗以及使用温度 范围宽等特点。 ＣｒＳｉ电阻特点是方阻大、稳定性好、电阻温度 系数较小。这些优点使其在薄膜混合集成电路中 得到广泛应用。用传统的蒸发方法制作ＣｒＳｉ电 阻，不论是电阻热蒸发还是电子束蒸发，都存在长 期稳定性和可靠性不高的缺点。因此，研究用溅 射法制作ＣｒＳｉ电阻的工艺技术和工艺参数间的 分范围内，ＴＣＲ对电阻率变化具有负斜率直线。 根据我们的工艺实验，理想ＴＣＲ的电阻率恰在ｌ ×１０Ｉ２Ｑ・ｃｍ左右的范围内。其相对应的化学 组分是Ｃｒ占２５％，Ｓｉ占７５％，选取Ｃｒ占３０％，Ｓｉ 占７０％作为使用的靶材的组份。 ２．３ ＣｒＳｉ电阻方阻的均匀性 溅射工艺中方阻均匀性受多种因素影响，有 相互关系，不仅可改善薄膜特性，制作质量优良的 薄膜电阻，使混合集成电路的性能得到提升，也可 为航天产品带来更高的稳定性和可靠性。 阴极磁场分布、靶材形状及靶材使用率、进气方 式、气体流量、溅射压力等。大量试验表明，采取 调整阴极磁场分布、改变近期方式和气体流量等 多种方法可以使电阻的方阻均匀性得到提高。其 中，阴极磁场分布对溅射的方阻均匀性影响最大。 溅射时由于磁场的引人，自由电子在磁场和 ２制作工艺 ２．１设备功能介绍 溅射ＣｒＳｉ电阻使用的是法国进口的ＤＰ６５０ 型溅射机。系统配备有ＭＦＣ（质量流量计）、压力 电场的作用下做螺线运动，使自由电子的运动路 径加长，这样就使溅射的电离度增加，从而得到一 个同质性很好的等离子体。溅射时由于阴极磁场 分布的强弱，造成在靶与基片之间等离子体电离 度的差异，这种差异带来淀积的均匀性偏差。为 控制器等高精度控制仪器，可对工艺进行闭环监 控。系统共配备４个靶位，可进行电阻膜／过渡 层／导体层的连续成膜。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２５卷第１期 蓦纂戡 撼； ；运黼萋 ２９ 了减轻甚至消除这种电离度的差异，可以根据自 采用ＤＰ６５０型多靶溅射机进行薄膜电阻得 上而下方阻均匀性偏差来调整整个靶面上阴极磁 溅射，经过薄膜电阻整体工艺加工完成，对其进行 场的分布。将方阻为正偏差的基片位置所对应的 测试。 磁场相对增强，而将方阻为负偏差的基片位置对 ３．２ ＣｒＳｉ薄膜电阻制作工艺条件及测试数据 应的磁场相对减弱。增强磁场是为了使靶与基片 ３．２．１实验电路加工条件１： 之间等离子体电离度增加，提高溅射效率，从而降 真空度：８．９×１０ ｍｂａｒ；基片材料：微晶玻璃； 低方阻电阻；减弱磁场则是为了减小等离子体电 四片电阻ＣｒＳｉ层溅射功率均为ＩＯＯＷ，ＣｒＳｉ 离度，降低溅射效率，从而增加电阻方阻。最终使 层溅射时间分别为１号片１８秒（２ｋＤ，／口），２号 电阻方阻均匀性得到提高。 片１５秒（２．５ｋＤ，／口），３号片１２秒（３ｋＤ，／口），４ ３ 制作方法、测试数据及结论 号片ｌ８秒（２ｋ 口）０ １—４号片金属溅射的条 件为Ｎｉ：４００Ｗ，３０ｓｅｅ；Ａｕ：４００Ｗ，１３０ｓｅｅ；２５Ｏ℃下 ３．１制作方法 热处理。 表１第１组实验电路测试数据 Ｒ１、Ｒ２（单位：ｌ ）；温度系数（单位：ｐｐｍ／￣Ｃ） 片号 ２５０￣Ｃ热处理 上 中 下 左 右 平均值 １ Ｒ１（热处理前） １３．３８８ １３．４５４ １２．８７０ １２．９４６ １３．１５２ １３．１６２ 号 １ｔ２（热处理后） ・１３．３１２ １３．３７６ １２．８０１ １２．８８４ １２．７１５ １３．０１７ 温度系数 一４３ —４４ —４１ —３７ — ４ —４４ ２ Ｒ１（热处理前） ６１．２７２ ６２．７３０ ６６．７９４ ５６．６１３ ２８．９１８ ５５．２６５ 号 １ｔ２（热处理后） ６０．０７５ ６１．４８０ ６５．３６１ ５５．５５０ ５７．７４９ ６０．Ｏ４３ 温度系数 一１５０ —１５３ —１６５ —１４４ —１５３ —１５３ ３ Ｒ１（热处理前） １３．８１４ １３．５８３ １４．８９９ １４．０８３ １４．５０２ １４．１６０ 号 Ｒ２（热处理后） １３．７４１ １３．５１３ １４．８１７ １４．０１６ １４．４２２ １４．１０１ 温度系数 一４１ —４１ —．４２ —３７ —４２ —４１ Ｒ１（热处理前） １３．５８１ １３．６８５ １４．２６６ １３．０３５ １３．２４７ １３．５６３ 号 ４ １ｔ２（热处理后） １３．５０１ １３．６０５ １４．１８６ １２．９６２ １３．１７１ １３．４８５ 温度系数 一４５ —．４５ —．４３ —４３ —４４ —４４ 表２第２组实验电路测试数据 Ｒ１、Ｒ２（单位：ｋＱ）；温度系数（单位：ｐｐｍ／￣Ｃ） 片号 ３５０ｏＣ热处理 上 中 下 左 右 平均值 １ Ｒ１（热处理前） １１．４４７ １１．４４９ １１．３９６ １１．９４９ １１．６８８ １１．５８５ 号 １ｔ２（热处理后） １１．３８６ １１．３８８ １１．３１９ １１．８８６ １１．６２８ １１．５２１ 温度系数 一４１ —４１ —５３ —４１ —３９ —４３ ２ Ｒ１（热处理前） ７２．９１９ ７８．０１７ ７１．３１９ ５９．１９４ ６８．６２２ —７０ 号 Ｒ２（热处理后） ７１．４６０ ７６．４３０ ６９．９４２ ５８．３３０ ６７．３０３ ６８．６９３ 温度系数 一１５４ —１５６ —１４９ —１１２ —１４８ —１４４ ３ Ｒ１（热处理前） １４．２２７ １４．１８８ １５．１６７ １５．１７０ １３．５８５ １４．４６７ 号 Ｒ２热处理后） １４．１５１ １４．１２６ １５．０９３ １５．０９８ １３．５２８ １４．３９９ 温度系数 一４１ —３４ —３８ —３７ —３２ —３６ ４ Ｒ１（热处理前） １０．８６６ １２．７１８ １１．６３６ １１．５６９ １１．０５７ １１．５７１ 号 Ｒ２（热处理后） １０．８０４ １２．５６１ １１．５８１ １１．５１３ １１．Ｏ０ｒ７ １１．４９３ 温度系数 一４４ —４１ —４０ —３７ —３５ —３９ 维普资讯 http://www.cqvip.com ３０ ３．２．２实验电路加工条件２： 褰戡 道黼 第２５卷第１期 真空度：８．９×１０ ｒｎｂａｒ；基片材料：微晶玻璃； 四片电阻ＣｒＳｉ层溅射功率均为ＩＯＯＷ，ＣｒＳｉ 层溅射时间分别为ｌ号片ｌ８秒（２ｋ 口），２号 片ｌ５秒（２．５ｋ 口），３号片ｌ２秒（３ｋＱ／口），４ 号片Ｉ８秒（２ｋｌｌ／口）。Ｉ一４号片金属溅射的条 件为Ｎｉ：４０ｏＷ，３０ｓｅｃ；Ａｕ：４００Ｗ，１３０ｓｅｃ；３５０ｏＣ下 ３．２．３实验电路加工条件３： 真空度：８．９×１０ ＩＩｌｂｌａｒ；基片材料：微晶玻璃； 四片电阻ＣｒＳｉ层溅射功率均为ＩＯＯＷ，ＣｒＳｉ 层溅射时间分别为１号片ｌ８秒（２ｋＤ，／口），２号 片ｌ５秒（２．５ｋＤ．／口），３号片ｌ２秒（３ｋＤ，／口），４ 号片ｌ８秒（２ｋ 口）。１—４号片金属溅射的条 件为Ｎｉ：４ｏｏＷ，３０ｓｅｅ；Ａｕ：４００Ｗ，１３０ｓｅｅ；４３０＂（３下 热处理。 热处理。 表３第３组实验电路测试数据 Ｒ１、Ｒ２（单位： ）；温度系数（单位：ｐｐｍ／￣Ｃ） 片号 ４３０￣Ｃ热处理 上 由 下 左 右 平均值 １ Ｒ１（热处理前） １２．４７１ １２．Ｏ５１ １２．７４４ １２．Ｏ９１ １２．２４３ １２．３２０ 号 Ｒ２（热处理后阻值） １２ ３９５ １２．０１４ １２．６９１ １２．０２４ １２．１６８ １２．２５８ 温度系数 一４６ —２３ —３１ —４２ —４７ —３８ ２ Ｒ１（热处理前） ５６．４３０ ５２．２８６ ４９．８７２ ４９．６６５ ５６．Ｏ６５ —５３ 号 Ｒ２（热处理后） ５５．４１５ ５１．７０２ ４８．９５０ ４８．７６０ ５４．９７６ —５２ 温度系数 一１３８ —１２９ —１４２ —１４０ —１４９ —１４０ ３ Ｒ１（热处理前） １５．Ｏ５Ｏ １４．７１９ １３．８１７ １４．９８３ ｌ５．１Ｏ８ １２．７３５ 号 Ｒ２（热处理后） １４．９７５ １４．６７５ １３．７５０ １４．９１ｌ １５．０３ｏ １４．６８１ 温度系数 一３８ —２２ —３７ —３６ —３９ —３４ Ｒ１（热处理前） １１．５９１ １０．８８１ １０．９３６ １０．２６４ ｌＯ．５０２ １Ｏ．８３４ 号 ４ Ｒ２（热处理后） ｌ１．５６３ １０．８６１ １０．９１３ ｌＯ．２４０ １０．４８１ １Ｏ．８ｌｌ 温度系数 一１８ —１４ —１６ —１７ —１５ —１６ ３．２．４温度系数对比表 表４ ３组实验电路温度系数（ｐｐｍ／￣Ｃ）对比表 片号 １号片 ２号片 ３号片 ４号片 ４３０℃ 上 一４６ —１３８ —３８ —１８ 热 由 一２３ —１２９ —２２ —１４ 处 下 一３１ —１４２ 一３７ —１６ 理 左 一４２ —１４ｏ 一３５ 一ｌ７ 后 右 一４７ —１４９ —３９ —１５ 平均值 一３８ —１４０ —３４ —１６ ３５０℃ 上 一４１ ．．１５４ —４４ —４４ 热 由 一４１ —１５６ —４１ —４１ 处 下 一５３ —１４９ —４０ —４０ 理 左 一４１ —１１２ —３７ —３７ 后 右 一３９ —１４８ —３５ —３５ 平均值 一４３ ．．１４４ —３６ —３９ ２５０℃ 上 一４３ —１５０ —４５ —４５ 热 由 一４４ —１５３ —４５ —４５ 处 下 一４１ —１６５ ．．４３ —４３ 理 左 一３７ —１４４ —４３ —４３ 后 右 一５４ —１５３ —４４ —４４ 平均值 一４４ —１５３ —４１ —４４ （下转第３９页） 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２５卷第１期 参考文献 垂慕 囊 舔 ３９ ｌ９９８． ［１］温万治等．弹头部形状对侵彻影响的数 值模拟研究，第２期，爆炸与冲击，１４０～１４６， ２ｏｏ３． ［６］张松寿．Ｇ—Ｍ计数管型核辐射监测仪器 过载性能研究，第３期，核电子学与探测技术， １６７，１９９５． ［２］张奇等．装药发射过载动力学研究》，第２ 期，振动与冲击，７８～８２，２００３． ［３］屈新芬、苏伟．侵彻武器用ＭＥＭＳ大Ｇ值 加速度计，第３期，兵工自动化，８～１０，２００２． ［４］陈宏等，硅微加速度传感器过载能力的 研究，第４期，传感技术学报，２～５，１９９６． ［７］王宁飞、魏卫．固体推进剂高过载冲击动 态力学性能，第１期，火炸药学报，１９～２２，２００２． ［８］宋萍等．高Ｇ值ＭＥＭＳ加速度传感器敏 感元件的结构分析，第４期，探测与控制学报，１４ 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ｍｂａｒ； 基片材料：微晶玻璃； 热处理温度：４３０℃ 通过以上实验，获得了高阻（２ＫＤ．／口）、低温 度系数（＜２０ ｐｐｍ／￣Ｃ）ＣｒＳｉ薄膜电阻，同时掌握 了一种新的薄膜电阻制作方法，使薄膜工艺得到 了创新。 参考文献 ［１］薄膜科学与技术手册．机械工业出版社， １９９１ ［２］杨邦朝等．多芯片组件制造及应用．成都 电子科技大学出版社
