一种增强TaN薄膜界面结合力的新技术的制作方法

本发明涉及电子元件制造，尤其涉及一种在al2o3基片上在室温状态下溅射制作强结合力的tan薄膜技术。

背景技术：

1、随着智能手机，电子器件向多功能、集成化、智能化的发展，薄膜电子元件（薄膜电阻、薄膜电容和薄膜电感）逐渐展现出了传统电子元件无法替代的优势，比如耐高温、长寿命、稳定性好和集成度高等优点。在各类电子元件中，特别是在多层膜构造的高性能电容元件中，tan薄膜显示出优异的性能。

2、tan薄膜材料具有低电阻温度系数、机械强度高、耐高温、化学稳定性好, 抗盐酸、硝酸和氢氟酸腐蚀等优点，tan薄膜是非常适合用作电子元件的薄膜材料，也被广泛用作集成电路中的半导体和陶瓷介质之间的防扩散层。tan的结构和方阻值可通过溅射工艺参数改变，以适应不同电子元件的需求。因此制备出高质量的tan薄膜,对提高电子器件质量具有很重要的现实意义。

3、尽管tan薄膜具有很多优异的性能，但薄膜不是单独使用，必须镀制在al2o3等陶瓷基片上才能发挥tan薄膜的特性和作用。因此，膜层和基片的结合力就成了镀制高质量tan薄膜的关键技术。比如，在高温环境下，需要tan薄膜保持高精度则有些困难。温度过高，基片与薄膜形成的界面处分子热运动加快，导致薄膜与基片之间的粘附力下降，引起薄膜层剥离，元件性能不稳定。目前解决这些问题的方法主要是通过优化工艺参数，如cn202210531889.0《一种高效氮化钽薄膜电阻及其制备方法》，增加基底温度，如cn201811517604.8《一种在氧化铝陶瓷基底上制备氮化钽薄膜的方法》，对基板表面进行处理消除杂质的影响等。

4、虽然通过溅射工艺参数的调整可以改善tan薄膜与al2o3基片界面的结合力，但是工艺参数调整主要是为适应使用目地优化tan薄层的相结构和方阻值，是溅射镀膜必须考虑的工艺参数。 增强膜层结合力可以通过调整工艺参数，但效果有限。也就是说，能够增强界面结合力的工艺参数并不能满足对tan薄膜结构和性能的要求。因此，有必要寻找一种能够增强界面结合力而不会影响膜层相结构的工艺参数的方法。

5、另外，对基片加热提高基底温度，能有效增加基片表面原子的运动活性，既能增强膜基结合力又能提高薄膜质量减少tan薄膜中空洞的形成，这被证明是一种有效途径。但是将基片均匀加热到200℃以上，需要花费较长时间，薄膜镀制完成后，需要在真空中将温度自然冷却到接近室温才能回收样品，这花费的时间比加热时间还要长数倍。无论从节能减排还是溅射制膜效率来考虑都不是最佳选择。而且到目前为止，通过提高基片温度改善界面结合力成为一种不二的选择，因为还没有其它技术能够替代。本发明将解决这一问题，在室温条件下增强膜基界面结合力，降低能耗，提高制膜效率，改善膜层质量。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种增强tan薄膜界面结合力的新技术，旨在解决现有技术中的室温（不用加热基片）状态下薄膜与基底之间结合力弱，薄膜容易龟裂、起皮、脱落、性能不稳定的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用的一种增强tan薄膜界面结合力的新技术，增强tan薄膜界面结合力的方法是按以下步骤进行的：

3、s1、湿法清洗al2o3基片；

4、s2、真空装载al2o3基片；

5、s3、溅射炼靶，打开直流溅射电源，逐渐增加功率，在100w、200w、300w功率时各保持1-2分钟炼靶；

6、s4、在溅射开始的最初30-60秒时间内，工作气体采用ar气，利用ta粒子轰击al2o3基片表面，这样可以在膜基界面处形成一层5-10nm后的结合层；

7、s5、结合层形成后加入n2气，溅射气压调整为ar和n2混合气体工作气压。

8、优选的，所述s1具体为：首先，将两面抛光的al2o3基片浸入无水乙醇溶液中超声波清洗5 min，再用去离子水冲洗al2o3基片表面，用脱脂巾摖拭，再把其放置在装有去离子水的容器中进行超声波清洗5 min，最后用高压洁净空气把基片吹干。

9、优选的，所述s2具体为：吹干完后的al2o3基片置入试料室中，开起真空泵浦系统。当工艺室和试料室的真空度低于20pa时，打开工艺室与试料室之间的插板阀，将试料室中的基片送入工艺室的试料基座上，并关闭插板阀。当工作室基础真空度达到3×10-5pa时，利用试料基座的升降系统调整靶基距为60mm。

10、优选的，所述s3具体为：首先关闭溅射靶的遮挡板，打开直流溅射电源，逐渐增加功率，通常当功率达到100w时，辉光放电产生，在这个状态下炼靶2 min；如果辉光放电没有产生，继续增加功率直到产生辉光放电，将功率再调回到100w 炼靶2 min；然后功率增加到200w，保持炼靶2 min，再将功率增加到300w，保持炼靶1 min。

11、优选的，所述ar气工作气压低于0.1pa。

12、优选的，所述ar和n2混合气体工作气压为1.0pa。

13、优选的，所述ar和n2混合气体的流量比为98：2。

14、与现有技术相比，本发明提供了一种增强tan薄膜界面结合力的新技术，具备以下有益效果：

15、1.本发明是在基片不加热（室温）条件下完成的，简化了溅射镀膜时基片加热的复杂工艺, 降低了薄膜生产能耗，提高了镀膜效率；

16、2.增强了膜基界面结合力，解决了长期以来室温条件下膜基结合不牢固，容易龟裂、起皮、脱落、元件性能不稳定的问题。

技术特征：

1.一种增强tan薄膜界面结合力的新技术，其特征在于增强tan薄膜界面结合力的方法是按以下步骤进行的：

2.如权利要求1所述的一种增强tan薄膜界面结合力的新技术，其特征在于，所述s1具体为：首先，将两面抛光的al2o3基片浸入无水乙醇溶液中超声波清洗5min，再用去离子水冲洗al2o3基片表面，用脱脂巾摖拭，再把其放置在装有去离子水的容器中进行超声波清洗5min，最后用高压洁净空气把基片吹干。

3.如权利要求1所述的一种增强tan薄膜界面结合力的新技术，其特征在于，所述s2具体为：吹干完后的al2o3基片置入试料室中，开起真空泵浦系统。当工艺室和试料室的真空度低于20pa时，打开工艺室与试料室之间的插板阀，将试料室中的基片送入工艺室的试料基座上，并关闭插板阀。当工作室基础真空度达到3×10-5pa时，利用试料基座的升降系统调整靶基距为60mm。

4.如权利要求1所述的一种增强tan薄膜界面结合力的新技术，其特征在于，所述s3具体为：首先，关闭溅射靶的遮挡板，打开直流溅射电源，逐渐增加功率，通常当功率达到100w时，辉光放电产生，在这个状态下炼靶2min；如果辉光放电没有产生，继续增加功率直到产生辉光放电，将功率再调回到100w 炼靶2min；然后功率增加到200w，保持炼靶2min，再将功率增加到300w，保持炼靶1min。

5.如权利要求1所述的一种增强tan薄膜界面结合力的新技术，其特征在于，所述ar气工作气压低于0.1pa。

6.如权利要求1所述的一种增强tan薄膜界面结合力的新技术，其特征在于，所述ar和n2混合气体工作气压为1.0pa。

7.如权利要求1所述的一种增强tan薄膜界面结合力的新技术，其特征在于，所述ar和n2混合气体的流量比为98：2。

技术总结
本发明涉及电子元件制造技术领域，尤其涉及一种在Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;基片上在室温状态下溅射制作强结合力的TaN薄膜技术；增强TaN薄膜界面结合力的方法是按以下步骤进行的：S1、湿法清洗Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;基片；S2、真空装载Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;基片；S3、溅射炼靶，打开直流溅射电源，逐渐增加功率，在功率100W、200W、300W时各保持1‑2分钟炼靶；S4、在溅射开始的最初30‑60秒时间内，工作气体采用Ar气，利用溅射的Ta粒子轰击Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;基片表面，这样可以在膜基界面处形成一层5‑10nm后的结合层；S5、结合层形成后加入N<subgt;2</subgt;气，溅射气压调整为Ar和N<subgt;2</subgt;混合气体工作气压。本发明的有益效果：1.本发明是在基片不加热（室温）条件下完成的，简化了溅射镀膜时基片加热的复杂工艺,降低了薄膜生产能耗，提高了镀膜效率。2.增强了膜基界面结合力，解决了长期以来室温条件下膜基结合不牢固，容易龟裂、起皮、脱落、元件性能不稳定的问题。

技术研发人员：牟培福,高军思,牟培勇
受保护的技术使用者：宁波天德创新智能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16