在介质基片的同一平面上集成TaN材料两种方阻互连薄膜电阻的方法

摘要

本发明提出了一种在介质基片的同一平面上集成TaN材料两种方阻互连薄膜电阻的方法，包括以下步骤：在介质基片同一平面上溅射大方阻TaN薄膜，然后依次溅射第一粘附层薄膜、第一导体薄膜；将大方阻电阻图形和大方阻电阻端电极图形看作同一信息层图形进行主图形光刻蚀制作；将小方阻电阻图形位置处光刻蚀形成大方阻TaN薄膜；在所述介质基片形成主图形的表面上溅射小方阻TaN薄膜，然后依次溅射第二粘附层薄膜、第二导体薄膜；光刻蚀制作小方阻电阻端电极图形；光刻蚀制作由大方阻与小方阻构成的并联小方阻TaN薄膜电阻图形；光刻蚀制作大方阻TaN薄膜电阻图形和大方阻电阻端电极图形。本发明使用TaN同一种薄膜电阻材料，实现大小两种方阻互连薄膜电阻的制作。

说明书

技术领域

本发明涉及微波毫米波薄膜电路制造技术领域，特别涉及一种在介质基片的同一平面上集成TaN材料两种方阻互连薄膜电阻的方法。

背景技术

基于分布式薄膜电阻加载的电场辐射宽带检测器，适用于近远场全空间区域的射频宽带电场辐射探测。该方案采用分布式薄膜电阻加载的电小探头进行电场辐射的宽带接收，然后通过高灵敏度的低势垒肖特基二极管进行电场辐射的检测，并将检波信号通过曲折型高阻线构成的低通滤波器射频信号隔离，从而达到低失真输出的目的。基于分布式薄膜电阻加载的电场辐射宽带检测器，其结构及各组成部分如图1所示，该电场辐射宽带检测器主要由六个部分构成，分别是分布式薄膜电阻加载的电小探头1、高灵敏度检波二极管2，高阻低通滤波器3、高阻传输线4，输出端口5及低损耗介质板6。电场辐射宽带检测器通过分布式薄膜电阻加载的电小探头1接收空间中的电场辐射信号，然后通过高灵敏度检波二极管2进行电场辐射强度的检测，电场辐射强度的检测值通过高阻低通滤波器3及高阻传输线4传送到输出端口5。

功率探头天线电路制作工艺实现过程中需要将高低两种方阻的薄膜电阻集成在同一个介质表面，关键在于，需要将这两种不同方阻的薄膜电阻实现电性能互连。其中，这两种方阻互连薄膜电阻的大方阻范围在180欧姆每方块到250欧姆方阻每方块之间，小方阻范围在几欧姆到十欧姆每方块之间。通常情况下，薄膜混合集成电路在衬底同一平面上一般集成单一方阻的薄膜电阻，方阻的单一性影响了其更广泛的应用。

现有技术方案中，通常对电路中不同功能的电阻集成不同方阻的电阻材料，充分发挥不同电阻材料的优点，即在同一介质平面上大方阻电阻用A薄膜材料，用B薄膜材料或A薄膜、B薄膜并联的方法制作小方阻电阻。无疑，大小方阻电阻需要使用两种或两种以上薄膜电阻材料才能实现。因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种在介质基片的同一平面上集成TaN材料两种方阻互连薄膜电阻的方法，解决现有的在介质基片的同一平面上集成两种方阻互连薄膜电阻时使用两种薄膜电阻材料的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种在介质基片的同一平面上集成TaN材料两种方阻互连薄膜电阻的方法，包括以下步骤：

步骤(101)：在介质基片同一平面上溅射大方阻TaN薄膜，然后依次溅射第一粘附层薄膜、第一导体薄膜；

步骤(102)：将大方阻电阻图形和大方阻电阻端电极图形看作同一信息层图形进行主图形光刻蚀制作；

步骤(103)：将小方阻电阻图形位置处光刻蚀形成大方阻TaN薄膜；

步骤(104)：在所述介质基片形成主图形的表面上溅射小方阻TaN薄膜，然后依次溅射第二粘附层薄膜、第二导体薄膜；

步骤(105)：光刻蚀制作小方阻电阻端电极图形；

步骤(106)：光刻蚀制作由大方阻与小方阻构成的并联小方阻TaN薄膜电阻图形；

步骤(107)：光刻蚀制作大方阻TaN薄膜电阻图形和大方阻电阻端电极图形。

可选地，所述步骤(101)中，所述大方阻TaN薄膜电阻的方阻范围为180～250欧姆每方块。

可选地，所述步骤(101)中，所述第一粘附层薄膜为TiW薄膜或Ti薄膜或NiCr薄膜，第一导体薄膜为Au薄膜。

可选地，所述步骤(101)中，所述介质基片的形状为圆形或正方形。

可选地，所述步骤(101)中，所述介质基片的厚度为0.127mm-0.508mm。

可选地，所述步骤(101)中，所述介质基片的材料为纯度99.6％-100％的氧化铝基片或纯度98％的氮化铝基片或蓝宝石基片。

可选地，所述步骤(104)中，小方阻TaN薄膜电阻的方阻范围为5～10欧姆每方块。

可选地，所述步骤(104)中，所述第二粘附层薄膜为TiW薄膜或Ti薄膜或NiCr薄膜，第二导体薄膜为Au薄膜。

可选地，上述的在介质基片的同一平面上集成TaN材料两种方阻互连薄膜电阻的方法，包括以下步骤：

所述步骤(101)中，首先提供一介质基片，介质材料为纯度99.6％-100％的氧化铝基片或纯度98％的氮化铝基片或蓝宝石基片，厚度为0.127mm-0.508mm，单面抛光，粗糙度≤1μin；将介质基片清洗干净后，在其抛光面上采用反应磁控溅射工艺溅射180～250欧姆每方块的大方阻TaN薄膜，然后依次溅射第一粘附层薄膜、第一导体薄膜；其中，第一粘附层薄膜为TiW薄膜或Ti薄膜或NiCr薄膜，第一导体薄膜为Au薄膜；

所述步骤(102)中，先将大方阻电阻图形和大方阻电阻端电极图形看作同一信息层图形制作光刻第一掩膜版；在介质基片表面第一导体薄膜上旋转涂布一层BP-218型正性光刻胶，匀胶转速3000rpm，匀胶时间为30s，然后在90℃恒温干燥箱中前烘10min，采用紫外线接触式曝光，曝光时将掩膜版的胶膜面朝下，光强6mW/cm²，曝光时间15s，曝光完后使用显影液显影，室温下显影20s，经过去离子水漂洗15s后，用氮气吹干，再在120℃恒温干燥箱中后烘20分钟，紧接着刻蚀第一导体薄膜和第一粘附层薄膜，最后用丙酮去除光刻胶；采用正胶光刻蚀工艺，经过涂覆光刻胶、前烘、曝光、显影、后烘、刻蚀和去胶一系列步骤，在介质基片表面形成主图形；

所述步骤(103)中，将小方阻电阻图形制作光刻第二掩膜版，在该位置处光刻蚀形成大方阻TaN薄膜；在介质基片表面形成主图形的微结构上，旋转涂布一层BP-218型正性光刻胶，匀胶转速3000rpm，匀胶时间为30s，然后在90℃恒温干燥箱中前烘10min，采用紫外线接触式曝光，曝光时将掩膜版的胶膜面朝下，光强6mW/cm²，曝光时间15s，曝光完后使用显影液显影，室温下显影20s，经过去离子水漂洗15s后，用氮气吹干，再在120℃恒温干燥箱中后烘20分钟；光刻胶掩膜保护住小方阻TaN薄膜电阻图形，刻蚀掉介质基片表面暴露出的大方阻TaN薄膜，最后用丙酮去除光刻胶；采用正胶光刻蚀工艺，经过涂覆光刻胶、前烘、曝光、显影、后烘、刻蚀和去胶一系列步骤，在介质基片表面小方阻TaN薄膜电阻图形位置处通过光刻蚀形成大方阻TaN薄膜；

所述步骤(104)中，在介质基片表面小方阻TaN薄膜电阻图形位置处通过光刻蚀形成大方阻TaN薄膜的微结构上，采用反应磁控溅射工艺溅射5～10欧姆每方块的小方阻TaN薄膜，然后依次溅射第二粘附层薄膜、第二导体薄膜；其中，第二粘附层薄膜为TiW薄膜或Ti薄膜或NiCr薄膜，第二导体薄膜为Au薄膜；

所述步骤(105)中，将小方阻电阻端电极图形制作光刻第三掩膜版；在介质基片表面形成第二粘附层薄膜和第二导体薄膜的微结构上，旋转涂布一层BP-218型正性光刻胶，匀胶转速3000rpm，匀胶时间为30s，然后在90℃恒温干燥箱中前烘10min，采用紫外线接触式曝光，曝光时将掩膜版的胶膜面朝下，光强6mW/cm²，曝光时间15s，曝光完后使用显影液显影，室温下显影20s，经过去离子水漂洗15s后，用氮气吹干，再在120℃恒温干燥箱中后烘20分钟；光刻胶掩膜保护住小方阻电阻端电极图形，刻蚀掉暴露出的第二导体薄膜和第二粘附层薄膜，最后用丙酮去除光刻胶；采用正胶光刻蚀工艺，经过涂覆光刻胶、前烘、曝光、显影、后烘、刻蚀和去胶一系列步骤，在介质基片表面光刻蚀形成小方阻电阻端电极图形；

所述步骤(106)中，在介质基片表面形成小方阻电阻端电极图形的微结构上，旋转涂布一层BP-218型正性光刻胶，匀胶转速3000rpm，匀胶时间为30s，然后在90℃恒温干燥箱中前烘10min，采用光刻第二掩膜版紫外线接触式曝光，曝光时将掩膜版的胶膜面朝下，光强6mW/cm²，曝光时间15s，曝光完后使用显影液显影，室温下显影20s，经过去离子水漂洗15s后，用氮气吹干，再在120℃恒温干燥箱中后烘20分钟，光刻胶掩膜保护住小方阻TaN薄膜电阻图形，刻蚀掉介质基片表面暴露出的小方阻TaN薄膜，最后用丙酮去除光刻胶；经过涂覆光刻胶、前烘、曝光、显影、后烘、刻蚀和去胶一系列步骤，采用正胶光刻蚀工艺，在介质基片表面通过光刻蚀形成由大方阻TaN薄膜与小方阻TaN薄膜构成的并联小方阻TaN薄膜电阻图形；

所述步骤(107)中，将大方阻电阻图形制作光刻第四掩膜版；在介质基片表面形成由大方阻TaN薄膜与小方阻TaN薄膜构成的并联小方阻TaN薄膜电阻图形的微结构上，旋转涂布一层BP-218型正性光刻胶，匀胶转速3000rpm，匀胶时间为30s，然后在90℃恒温干燥箱中前烘10min，采用紫外线接触式曝光，曝光时将掩膜版的胶膜面朝下，光强6mW/cm²，曝光时间15s，曝光完后使用显影液显影，室温下显影20s，经过去离子水漂洗15s后，用氮气吹干，再在120℃恒温干燥箱中后烘20分钟；光刻胶掩膜保护住大方阻电阻端电极图形、小方阻电阻端电极图形，以及由大方阻TaN薄膜与小方阻TaN薄膜构成的并联小方阻TaN薄膜电阻图形，刻蚀掉暴露出的第一导体薄膜和第一粘附层薄膜，最后用丙酮去除光刻胶；采用正胶光刻蚀工艺，经过涂覆光刻胶、前烘、曝光、显影、后烘、刻蚀和去胶一系列步骤，在介质基片表面通过光刻蚀制作形成大方阻TaN薄膜电阻图形和大方阻电阻端电极图形。

本发明的有益效果是：

(1)使用TaN同一种薄膜电阻材料，实现大小两种方阻薄膜电阻的制作；

(2)通过调节氮分压、溅射功率和靶基距等参数得到不同方阻的TaN薄膜，用两种不同方阻TaN薄膜电阻并联的方法制作小方阻电阻；

(3)在介质基片的同一平面上集成两种互连方阻薄膜电阻时，淀积合适的金属薄膜作为光刻蚀硬掩膜，将大小两种方阻TaN材料薄膜电阻分别进行保护或隔离。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为基于分布式薄膜电阻加载的电场辐射宽带检测器示意图；

图2为本发明提供的一种在介质基片的同一平面上集成TaN材料两种方阻互连薄膜电阻的方法流程图；

图3a-g为本发明提供的一种在介质基片的同一平面上集成TaN材料两种方阻互连薄膜电阻的方法一个具体实施例的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提出了一种在介质基片的同一平面上集成TaN材料两种方阻互连薄膜电阻的方法，如图2所示，包括以下步骤：

步骤101：在介质基片同一平面上溅射大方阻TaN薄膜，然后依次溅射第一粘附层薄膜、第一导体薄膜；

步骤102：将大方阻电阻图形和大方阻电阻端电极图形看作同一信息层图形进行主图形光刻蚀制作；

步骤103：将小方阻电阻图形位置处光刻蚀形成大方阻TaN薄膜；

步骤104：在所述介质基片形成主图形的表面上溅射小方阻TaN薄膜，然后依次溅射第二粘附层薄膜、第二导体薄膜；

步骤105：光刻蚀制作小方阻电阻端电极图形；

步骤106：光刻蚀制作由大方阻与小方阻构成的并联小方阻TaN薄膜电阻图形；

步骤107：光刻蚀制作大方阻TaN薄膜电阻图形和大方阻电阻端电极图形。

所述步骤101中，所述大方阻TaN薄膜电阻的方阻范围为180～250欧姆每方块。

所述步骤101中，所述第一粘附层薄膜为TiW薄膜或Ti薄膜或NiCr薄膜，第一导体薄膜为Au薄膜。

所述步骤101中，所述介质基片的形状为圆形或正方形，厚度为0.127mm-0.508mm；所述介质基片的材料为纯度99.6％-100％的氧化铝基片或纯度98％的氮化铝基片或蓝宝石基片。

所述步骤104中，小方阻TaN薄膜电阻的方阻范围为5～10欧姆每方块。

所述步骤104中，所述第二粘附层薄膜为TiW薄膜或Ti薄膜或NiCr薄膜，第二导体薄膜为Au薄膜。

本发明的一种在介质基片的同一平面上集成TaN材料两种方阻互连薄膜电阻的方法，使用TaN同一种薄膜电阻材料，实现大小两种方阻薄膜电阻的制作，通过调节氮分压、溅射功率和靶基距等参数得到不同方阻的TaN薄膜，用两种不同方阻TaN薄膜电阻并联的方法制作小方阻电阻。在介质基片的同一平面上集成两种互连方阻薄膜电阻时，淀积合适的金属薄膜作为光刻蚀硬掩膜，将大小两种方阻TaN薄膜电阻分别进行保护或隔离。

下面结合一个具体实施例，并参照附图3，对本发明的在介质基片的同一平面上集成TaN材料两种方阻互连薄膜电阻的方法作进一步详细说明：

图3所示为本发明提供的一种介质基片的同一平面上集成TaN材料两种方阻互连薄膜电阻的方法的一个具体实施例，该方法包括以下步骤：

步骤101，在介质基片同一平面上溅射大方阻TaN薄膜，然后依次溅射第一粘附层薄膜、第一导体薄膜。

首先提供一介质基片401，如图3a所示。介质材料为纯度99.6％-100％的氧化铝基片，正方形，厚度为0.254mm，单面抛光，粗糙度≤1μin。将介质基片401清洗干净后，在其抛光面上采用反应磁控溅射工艺溅射250欧姆每方块的大方阻TaN薄膜402，然后依次溅射第一粘附层薄膜、第一导体薄膜。其中，第一粘附层薄膜403为TiW薄膜，第一导体薄膜404为Au薄膜，分别为30nm和200nm。

步骤102，将大方阻电阻图形和大方阻电阻端电极图形看作同一信息层图形进行主图形光刻蚀制作。

先将大方阻电阻图形和大方阻电阻端电极图形看作同一信息层图形制作光刻第一掩膜版。在介质基片401表面第一导体薄膜404上旋转涂布一层BP-218型正性光刻胶，匀胶转速3000rpm，匀胶时间为30s，然后在90℃恒温干燥箱中前烘10min，采用紫外线接触式曝光，曝光时将掩膜版的胶膜面朝下，光强6mW/cm²，曝光时间15s，曝光完后使用显影液显影，室温下显影20s，经过去离子水漂洗15s后，用氮气吹干，再在120℃恒温干燥箱中后烘20分钟，紧接着刻蚀掉第一导体薄膜404和第一粘附层薄膜403，最后用丙酮去除光刻胶。采用正胶光刻蚀工艺，经过涂覆光刻胶、前烘、曝光、显影、后烘、刻蚀和去胶一系列步骤，在介质基片401表面形成主图形405，如图3b所示。

步骤103，将小方阻电阻图形位置处光刻蚀形成大方阻TaN薄膜。

将小方阻电阻图形制作光刻第二掩膜版，在该位置处光刻蚀形成大方阻TaN薄膜。在介质基片401表面形成主图形405的微结构上，旋转涂布一层BP-218型正性光刻胶，匀胶转速3000rpm，匀胶时间为30s，然后在90℃恒温干燥箱中前烘10min，采用紫外线接触式曝光，曝光时将掩膜版的胶膜面朝下，光强6mW/cm²，曝光时间15s，曝光完后使用显影液显影，室温下显影20s，经过去离子水漂洗15s后，用氮气吹干，再在120℃恒温干燥箱中后烘20分钟。光刻胶掩膜保护住小方阻TaN薄膜电阻图形406，刻蚀掉介质基片401表面暴露出的大方阻TaN薄膜402，最后用丙酮去除光刻胶。采用正胶光刻蚀工艺，经过涂覆光刻胶、前烘、曝光、显影、后烘、刻蚀和去胶一系列步骤，在介质基片401表面小方阻TaN薄膜电阻图形406位置处通过光刻蚀形成大方阻TaN薄膜402，如图3c所示。

步骤104，在所述介质基片形成主图形的表面上溅射小方阻TaN薄膜，然后依次溅射第二粘附层薄膜、第二导体薄膜。

在介质基片401表面小方阻TaN薄膜电阻图形406位置处通过光刻蚀形成大方阻TaN薄膜402的微结构上，采用反应磁控溅射工艺溅射10欧姆每方块的小方阻TaN薄膜407，然后依次溅射第二粘附层薄膜408、第二导体薄膜409。其中，第二粘附层薄膜408为TiW薄膜，第二导体薄膜409为Au薄膜，如图3d所示。

步骤105，光刻蚀制作小方阻电阻端电极图形。

将小方阻电阻端电极图形制作光刻第三掩膜版。在介质基片401表面形成第二粘附层薄膜408和第二导体薄膜409的微结构上，旋转涂布一层BP-218型正性光刻胶，匀胶转速3000rpm，匀胶时间为30s，然后在90℃恒温干燥箱中前烘10min，采用紫外线接触式曝光，曝光时将掩膜版的胶膜面朝下，光强6mW/cm²，曝光时间15s，曝光完后使用显影液显影，室温下显影20s，经过去离子水漂洗15s后，用氮气吹干，再在120℃恒温干燥箱中后烘20分钟。光刻胶掩膜保护住小方阻电阻端电极图形410，刻蚀掉暴露出的第二导体薄膜409和第二粘附层薄膜408，最后用丙酮去除光刻胶。采用正胶光刻蚀工艺，经过涂覆光刻胶、前烘、曝光、显影、后烘、刻蚀和去胶一系列步骤，在介质基片401表面光刻蚀形成小方阻电阻端电极图形410，如图3e所示。

步骤106，光刻蚀制作由大方阻与小方阻构成的并联小方阻TaN薄膜电阻图形。

在介质基片401表面形成小方阻电阻端电极图形410的微结构上，旋转涂布一层BP-218型正性光刻胶，匀胶转速3000rpm，匀胶时间为30s，然后在90℃恒温干燥箱中前烘10min，采用光刻第二掩膜版紫外线接触式曝光，曝光时将掩膜版的胶膜面朝下，光强6mW/cm²，曝光时间15s，曝光完后使用显影液显影，室温下显影20s，经过去离子水漂洗15s后，用氮气吹干，再在120℃恒温干燥箱中后烘20分钟，光刻胶掩膜保护住小方阻TaN薄膜电阻图形406，刻蚀掉介质基片401表面暴露出的小方阻TaN薄膜407，最后用丙酮去除光刻胶。经过涂覆光刻胶、前烘、曝光、显影、后烘、刻蚀和去胶一系列步骤，采用正胶光刻蚀工艺，在介质基片401表面通过光刻蚀形成由大方阻TaN薄膜402与小方阻TaN薄膜407构成的并联小方阻TaN薄膜电阻图形411，如图3f所示。

步骤107，光刻蚀制作大方阻TaN薄膜电阻图形和大方阻电阻端电极图形。

将大方阻电阻图形制作光刻第四掩膜版。在介质基片401表面形成由大方阻TaN薄膜402与小方阻TaN薄膜407构成的并联小方阻TaN薄膜电阻图形411的微结构上，旋转涂布一层BP-218型正性光刻胶，匀胶转速3000rpm，匀胶时间为30s，然后在90℃恒温干燥箱中前烘10min，采用紫外线接触式曝光，曝光时将掩膜版的胶膜面朝下，光强6mW/cm²，曝光时间15s，曝光完后使用显影液显影，室温下显影20s，经过去离子水漂洗15s后，用氮气吹干，再在120℃恒温干燥箱中后烘20分钟。光刻胶掩膜保护住大方阻电阻端电极图形413、小方阻电阻端电极图形410，以及由大方阻TaN薄膜402与小方阻TaN薄膜407构成的并联小方阻TaN薄膜电阻图形411，刻蚀掉暴露出的第一导体薄膜404和第一粘附层薄膜403，最后用丙酮去除光刻胶。采用正胶光刻蚀工艺，经过涂覆光刻胶、前烘、曝光、显影、后烘、刻蚀和去胶一系列步骤，在介质基片401表面通过光刻蚀制作形成大方阻TaN薄膜电阻图形412和大方阻电阻端电极图形413，如图3g所示。至此，在介质基片401的同一平面上集成TaN两种方阻互连薄膜电阻的电路制作完成。

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。