一种掺杂钽氮化合物薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种掺杂钽氮化合物薄膜及其制备方法，属于电子元件领域。本发明专利技术所述制备方法创造性地采用共溅射的方法对钽氮化合物进行银元素掺杂，不仅可实现元素掺杂的连续可调，快速锁定实际最佳掺杂量，缩短研发周期，同时掺杂的银原子以间隙原子的形式存在于产品当中，物相简单，稳定性高，产品的电阻率高且TCR接近0，生产效益极高。本发明专利技术还公开了所述制备方法制备的掺杂钽氮化合物薄膜及其在电子元件制备中的应用。子元件制备中的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种掺杂钽氮化合物薄膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电子元件制造领域，具体涉及一种掺杂钽氮化合物薄膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]薄膜电阻具有体积小、电性能稳定、可靠性高，精度高等优点，通常用于精密应用。薄膜电阻中的电阻层材料是决定其性能的关键因素，通常使用溅射方法制备薄膜电阻的电阻层，得益于溅射的优点，此方法制备的电阻层厚度可控(通常为纳米量级)，并且组织均匀、结构致密，能有效提高薄膜电阻的可靠性。为了拓宽薄膜电阻的阻段、扩大其应用范围要求，电阻层具有尽可能大的电阻率；同时为保证其在一定温度区间(通常为25℃～125℃)内电阻保持不变，提高其稳定性，要求电阻层的TCR接近0。
[0003]目前常用钽氮化合物薄膜作为电阻层材料。现有调控钽氮化合物薄膜电阻率和TCR的手段有：(1)采用合适的制备工艺和热处理条件，但由于影响因素多，包括氮分压、溅射功率、时间、设备因素等，往往需要大量实验摸索，产品研发周期长；(2)通过掺杂等改性方法调控电阻率和TCR，报道中如掺杂铝、硅元素能较大程度增加钽氮化合物薄膜的电阻率，但TCR负偏严重；掺杂铜元素能解决TCR负偏问题，但电阻率受到影响，并且物相结构复杂，不利于产品稳定性。
[0004]综上，现有的掺杂方法未能同时达到优化电阻率和TCR的效果。

技术实现思路

[0005]基于现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供了一种掺杂钽氮化合物薄膜的制备方法，该制备方法创造性地采用共溅射的方法对钽氮化合物进行银元素掺杂，不仅可实现元素掺杂的连续可调，快速锁定实际最佳掺杂量，缩短研发周期，同时掺杂的银原子以间隙原子的形式存在于产品当中，电阻率高且TCR接近0，生产效益极高。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0007]一种掺杂钽氮化合物薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将钽靶和银靶在溅射装置腔体内进行预溅射处理；
[0009](2)将溅射基板清洗干净后，置入溅射装置腔体内；
[0010](3)对溅射装置腔体进行抽真空处理，随后通入氩气和氮气，设置钽靶加载功率为75～150W，银靶加载功率为10～70W并同时进行溅射沉积60～120min，即得所述掺杂钽氮化合物薄膜。
[0011]本专利技术所述掺杂钽氮化合物薄膜的制备方法中，选用银这种稳定性极高的元素进行掺杂，在溅射沉积过程中由于不施加额外温度，因此可保障其不会与其他原子或杂质形成化合物，保证最终产品的简单物相；采用同时溅射沉积并使基板旋转的方式也可保障银元素掺杂均匀度高，避免产品不同区域间的性能差异大。
[0012]此外，银原子本身与钽原子半径接近，但在共溅射沉积过程后，银原子不会进入钽
氮化合物的晶格点阵中，而是以间隙原子的形式存在，其对自由电子具有显著的散射作用，又可改变钽氮化合物的晶格畸变程度，阻碍自由电子的扩散，最终使得整体产品的电阻率相比掺杂前显著增大；在低掺杂量时，银元素的引入可使得产品的电阻率增大，而随着掺杂量增多，银原子逐渐形成团簇，导致其电阻率降低，而银元素在本专利技术特定功率下，可实现适合的掺杂量，使间隙原子与团簇对电阻率的作用互补，能保持产品的电阻率稳定不变，同时也能解决现有产品掺杂后TCR负偏问题。
[0013]优选地，所述钽靶的纯度≥99.99％，银靶的纯度≥99.99％。
[0014]优选地，所述步骤(1)中预溅射处理的时间为8～12min。
[0015]通过原料的高纯度选材以及预溅射处理，可有效保证靶材原先带有的杂质或其他原子不会影响到产品的纯度。
[0016]优选地，所述步骤(2)中基板为陶瓷基板，所述基板的清洗步骤为：依次经过丙酮、乙醇和去离子水清洗并干燥。
[0017]基板的洁净度对制备产品的电学性能存在较大影响，而陶瓷基板本身稳定性较高，含杂金属原子少，而采用多种溶剂洗涤后可更大程度保障产品制备过程中不受污染。
[0018]优选地，所述步骤(3)中抽真空处理后的溅射装置腔体的真空度≤6.3
×
10
‑4Pa。
[0019]优选地，所述步骤(3)中通入氩气和氮气后溅射装置腔体的压力为0.3～0.5Pa，其中氮气的分压为0.3～1％。
[0020]氮气分压的变化会使溅射过程中形成不同的钽氮化合物物相，然而过多的新物相会导致产品的TCR负偏严重，因此需要充分考究化合物的化合程度以及最终产品的电学性能的平衡。
[0021]优选地，所述步骤(3)中溅射沉积时钽靶和银靶的靶基间距为10～14cm。
[0022]优选地，所述步骤(3)中溅射沉积时，基板发生旋转。
[0023]通过基板的选择，可以使得沉积的靶材更加均匀。
[0024]更优选地，所述基板旋转的速率为6～10rpm。
[0025]通过基板的慢速旋转，可使得银元素可均匀分布在所得钽氮化合物薄膜当中，有效避免各区域间性能产生较大差异。
[0026]优选地，所述步骤(3)中设置钽靶加载功率为100W，银靶加载功率为20W，所使用的电源为射频电源。
[0027]功率的变化会直接导致银元素的掺杂含量变化，过少的掺杂量达不到改善效果，过多的掺杂量会造成团簇为主导而使电阻率降低，经专利技术人实验筛选，以上述条件下共溅射沉积的产品性能效果最佳。
[0028]本专利技术的另一目的在于提供所述掺杂钽氮化合物薄膜的制备方法制备的掺杂钽氮化合物薄膜。
[0029]本专利技术所述产品相比于现有钽氮化合物薄膜由于制备过程操作难度低，且因掺杂元素单一及特殊的工艺其物相更加简单，稳定性高；所得产品电阻率高且TCR接近0，电性能优异，在电子元件中具有广阔的应用空间。
[0030]本专利技术的再一目的在于提供所述掺杂钽氮化合物薄膜在电子元件制备中的应用。
[0031]本专利技术的有益效果在于，本专利技术提供了一种掺杂钽氮化合物薄膜的制备方法，该制备方法创造性地采用共溅射的方法对钽氮化合物进行银元素掺杂，不仅可实现元素掺杂
的连续可调，快速锁定实际最佳掺杂量，缩短研发周期，同时掺杂的银原子以间隙原子的形式存在于产品当中，物相简单，稳定性高，产品的电阻率高且TCR接近0，生产效益极高。本专利技术还提供了所述制备方法制备的掺杂钽氮化合物薄膜及其在电子元件制备中的应用。
附图说明
[0032]图1为本专利技术效果例1中实施例1、实施例2和对比例1产品的XRD特征峰谱图；
[0033]图2为本专利技术效果例1中实施例1(左)、实施例2(中)和对比例1(右)产品的扫描电镜图；
[0034]图3为本专利技术效果例3各实验对照产品的元素含量图。
具体实施方式
[0035]为了更好地说明本专利技术的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例及对比例对本专利技术作进一步说明，其目的在于详细地理解本专利技术的内容，而不是对本专利技术的限制。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，都属于本专利技术的保护范围。本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种掺杂钽氮化合物薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将钽靶和银靶在溅射装置腔体内进行预溅射处理；(2)将溅射基板清洗干净后，置入溅射装置腔体内；(3)对溅射装置腔体进行抽真空处理，随后通入氩气和氮气，设置钽靶加载功率为75～150W，银靶加载功率为10～70W并同时进行溅射沉积60～120min，即得所述掺杂钽氮化合物薄膜。2.如权利要求1所述掺杂钽氮化合物薄膜的制备方法，其特征在于，所述钽靶的纯度≥99.99％，银靶的纯度≥99.99％。3.如权利要求1所述掺杂钽氮化合物薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中预溅射处理的时间为8～12min。4.如权利要求1所述掺杂钽氮化合物薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中基板为陶瓷基板，所述基板的清洗步骤为：依次经过丙酮、乙醇和去离子水清洗并干...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨曌，沈琦，李保昌，王鑫豪，沓世我，姚日晖，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：