(57)【要約】【課題】基板表面粗さと薄膜の膜厚との関係において、ある値を境として、設計したパターンのままでの高精度な薄膜設計が出来ずに、トリミングなどによる特性値の合せ込み制御が必要であったり、また、鏡面の基板を用いると薄膜の接合強度不足となり、製造コストアップになる。【解決手段】基板の表面に厚さ０．３μm以下の薄膜を形成する際、基板表面粗さが膜厚以下の場合には、その薄膜の長さはパターン長のままとし、その基板表面粗さが膜厚より大きい場合には、その薄膜の長さは基板表面粗さを考慮したものとする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に厚さ０．３μm以下の薄膜を形成する際、基板表面粗さが膜厚以下の場合には、その薄膜の長さはパターン長のままとし、その基板表面粗さが膜厚より大きい場合には、その薄膜の長さは基板表面粗さを考慮したものとする事を特徴とする薄膜の形成方法。
【請求項２】
前記薄膜は薄膜抵抗体である事を特徴とする請求項１記載の薄膜の形成方法。
【請求項３】
前記薄膜抵抗体が窒化タンタル薄膜抵抗体である事を特徴とする請求項２記載の薄膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サブマウント技術等に用いられる高精度の薄膜素子、特に窒化タンタル薄膜抵抗体の形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の小型化・高機能化にともないレーザー発光パッケージにＩＣや光学部品を搭載した多機能レーザーパッケージが要求されてきている。特に光ピックアップおよび光通信の分野において、高性能化はもとより小型・簡略化、高信頼性化、低コスト化が重要となる。その中で、サブマウントの信頼性を考えると、それを構成する各薄膜の高信頼化が重要となり、とりわけ、薄膜抵抗素子については、伝送信号の大容量化に伴いＬＤ（レーザダイオード）の素子容量とＡｕワイヤ線の寄生インダクタンスとの共振を避けるために、従来のチップ抵抗に比べ寄生容量が小さい薄膜抵抗を終端抵抗として用いる要求が出てきている。この場合、抵抗素子自体の精度に加えて、その抵抗温度係数が十分に小さいことが必要とされる。
【０００３】
特に、窒化タンタルは、耐拡散性と密着性とを兼ね備えているため、銅配線が絶縁膜中に拡散してデバイス動作不良を起さないようにするためのバリア膜として利用されており、物理的、化学的に強固であるため、抵抗体やパッケージ材料として用いられている。また、抵抗値の経時変化は１０年間で、０．０５％以内である。このため、窒化タンタル薄膜は抵抗体用材料として非常に有効である。
【０００４】
さらに、より高精度な薄膜抵抗体とする為には、一般には抵抗体パターンをトリミングによる抵抗値の合せ込み制御によって高精度化が行われる。これは薄膜形成時の膜厚バラツキによる抵抗値変化を抵抗パターン形成後に補正していることになる。また通常の薄膜抵抗体は、表面が非常にフラットで純度が高い絶縁基板（セラミックス、ガラス等）に搭載されている。これは基板表面形態の影響で抵抗値変化が起こることを防ぐためでもある。
【０００５】
しかし、抵抗設計を行う場合、設計上は抵抗体のみの存在、あるいは極平坦な基板面に作製する場合の設計となるので、実際の基板に作製した抵抗体には、基板表面の影響が少なからず発生していると思われる。具体的には、大小は様々であるが、基板表面には凹凸が存在する為、設計寸法に比べて実際の長さや幅が変化して抵抗値変化が起こる。そのため、一旦作製した後に膜厚補正やパターンサイズ補正によって合せ込みが必要となるという欠点があった。
【０００６】
また、基板表面の凹凸の影響を無くす為の極平坦面（鏡面）の加工においてはコスト高となったり、また薄膜の基板に対する接合強度が不足し、加工工程途上で膜剥がれを生じ、歩留まりが低下するなどの問題があった。
【特許文献１】特開平２−１５６０７１号公報
【特許文献２】特開平４−１９６３７２号公報
【特許文献３】特開平７−４９０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
解決しようとする問題点は、基板表面粗さと薄膜の膜厚との関係において、ある値を境として、設計したパターンのままでの高精度な薄膜設計が出来ずに、トリミングなどによる特性値の合せ込み制御が必要であったり、また、鏡面の基板を用いると薄膜の接合強度不足となり、製造コストアップになる点である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、基板の表面に厚さ０．３μm以下の薄膜を形成する際、基板表面粗さが膜厚以下の場合には、その薄膜の長さはパターン長のままとし、その基板表面粗さが膜厚より大きい場合には、その薄膜の長さは基板表面粗さを考慮したものとすることを主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、基板表面粗さが抵抗値に及ぼす影響を基板表面のモデル設定と実験により解析し、一般的な基板表面粗さ（中心線平均粗さ＝Ｒａ）が分かれば、その面質に影響されたおおよその抵抗値が分かる方法を考案した。これにより設計段階で抵抗体を搭載する基板表面形態を考慮した形で抵抗設計が可能となり、膜厚補正やパターンサイズ補正の低減が図れるという効果がある。また基板面質を鏡面仕上げすることなく薄膜抵抗体を形成可能であるため、基板のコストを下げるという効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
基板表面粗さが、設計した薄膜のパターン長に影響しない薄膜の膜厚が０．３μmより大きい場合であることを見出し、この０．３μm以下の薄膜を形成する際、基板表面粗さが膜厚以下の場合には、その薄膜の長さはパターン長のままとし、その基板表面粗さが膜厚より大きい場合には、その薄膜の長さは基板表面粗さを考慮したものとすることにより、設計したパターンのままでの高精度な薄膜設計を実現した。
【実施例１】
【００１１】
本発明では、異なる表面粗さを持つＡｌＮ基板上に、反応性スパッタ法を用いて窒化タンタル薄膜の抵抗体を作製し、基板表面粗さが抵抗値へ及ぼす影響について実験を行った。窒化タンタルは、ＲＦマグネトロンスパッタ装置で作製した。基板にはガラスとＡｌＮを用い、ＡｌＮ基板は鏡面処理面（Ｒａ１＝２８０ｎｍ）、研磨剤研磨面（Ｒａ２＝１２３０ｎｍ）、ワイヤソー切断面（Ｒａ３＝２１６０ｎｍ）の表面粗さが異なる３種類のタイプを使用した。表面粗さは、触針式表面粗さ計による実測値である。
【００１２】
Ｔａ２Ｎ薄膜抵抗体は，フォトリソグラフィにより、長さｌと幅ｗがそれぞれ１ｍｍになるように加工し薄膜抵抗体を作製した。図１は基板表面粗さと測定抵抗値の関係を示す。また、図２は膜厚と抵抗値の関係を示す。さらに図３は設計膜厚と表面粗さの関係を示している。ここでの設計膜厚とは、基板表面が平坦なガラス基板上に膜を堆積させたときの膜厚である。
【００１３】
これらの結果から、表面粗さが大きくなると同じ膜厚においても抵抗値が増大していることが分かる。しかし、膜厚が増加するにしたがって、抵抗値の上がり方が緩やかになっている。また、膜厚が薄い場合には、抵抗値は基板表面粗さに大きく影響されているが、厚くなるにしたがってどの基板表面粗さの基板も抵抗値は同じ値に近づく傾向が見られる。とりわけ、図２に示した抵抗変化点１の様に、膜厚が０．３μm以下の場合においては基板表面粗さの影響を強く受けると言える。さらに、薄膜の表面粗さは膜厚に依存することなく基板の持つ表面粗さと同じであることもわかった。
【００１４】
そこで、これらの結果を踏まえた膜構造のモデルを仮定し、抵抗値の理論計算を行った。基板表面構造を図４のような単純化したモデルで仮定し、この上に堆積した薄膜の抵抗値を算出し、実測抵抗値との比較検討を行った。抵抗体の長さをｌ、幅をｗとし、表面の凹凸の高さをｄ、幅をｂとした。表面の凹凸の高さｄは基板表面粗さＲａの実測値から算出し、ｄ＝Ｒａ／２とした。このモデルでは、幅はｗで問題ないが、実際の膜表面の長さはｌより大きくなり下記の数式１の様にｌ’となり表面粗さに依存する。
【００１５】
【数１】
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【００１６】
凹凸の幅bは、図５に示すワイヤーソー切断基板の断面ＳＥＭ写真から決定した。また、実際の膜厚ｔ’は凹凸の無いガラス基板に堆積させた厚さをｔとして全体量を一定とすれば下記の数式２となり、そこに下記の数式３を代入すると、求めたｌ’とｔ’より下記の数式４となる。ここで、ρは比抵抗であり本実験で作成したＴａ２Ｎ膜では２１０μΩmである。
【００１７】
【数２】
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【００１８】
【数３】
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【００１９】
【数４】
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【００２０】
図６に基板表面粗さと抵抗値の関係を示す。この図では、膜厚を０．１μmとした。これより明らかなように、基板表面粗さが大きくなると、抵抗値も大きくなる。このことから、表面粗さが大きくなることで実質の抵抗体長が大きくなり膜厚も薄くなったと考えられる。しかし、粗さが大きい領域では実測値と計算値に大きな違いが見られる。これは、幅方向の効果を無視したためと考えられる。
【００２１】
次に、３種類のＡｌＮ基板に異なる厚さの薄膜を堆積させた際の、膜厚と計算した抵抗値の関係を図７に示す。抵抗値を求める式に従い、膜厚が大きくなると抵抗値は減少する。また、膜厚を大きくすることで抵抗値のばらつきは減少した。本実験では、最も大きな凹凸の高さが約１μmであった。しかし、それに近い膜厚にすることで抵抗値の差が小さくなることがわかった。この結果を実測値と比較した結果、定性的にほぼ一致することを確認した。  
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本実施例については、窒化タンタル薄膜抵抗について述べたが、薄膜抵抗に限らず、多種の薄膜素子にも適用可能である。また、基板表面が粗い基板は製造コストが易く、薄膜の接合強度が強いばかりでなく、ＬＤ光の反射防止、自動ピックアップの画像認識の精度向上等にも適用でき、その場合の薄膜の寸法設計において大いに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】基板表面粗さと測定抵抗値の関係を示すグラフである。
【図２】設計膜厚と測定抵抗値の関係を示すグラフである。
【図３】設計膜厚と表面粗さの関係を示すグラフである。
【図４】基板表面のモデルを示す説明図である。
【図５】ワイヤソー切断基板の断面ＳＥＭ写真である。
【図６】基板表面粗さと抵抗値の関係を示すグラフである。
【図７】堆積膜厚と抵抗値の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２４】
１    抵抗値変化点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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