[發明專利]一種在氧化鋁陶瓷基底上制備氮化鉭薄膜的方法

在審

• 申請號: 201811517604.8
• 申請日: 2018-12-12
• 公開（公告）號: CN109338301A
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 趙弘韜;張玉寶;李志剛;張楠;斯琴圖雅;李巖;趙孝文;高娃;李金鳳
• 申請（專利權）人: 黑龍江省科學院技術物理研究所
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/34
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

一種在氧化鋁陶瓷基底上制備氮化鉭薄膜的方法，涉及一種薄膜的制備方法。本發明是要解決現有的氮化鉭薄膜與基底的結合力差的技術問題。本發明：一、清洗Al₂O₃陶瓷片；二、放置Al₂O₃陶瓷片；三、真空熱處理；四、反濺清洗；五、濺射。本發明的有益效果：采用本發明的方法可以得到熱穩定性好、結合力強的氮化鉭薄膜。薄膜方阻可通過調節氮氣流量比靈活控制；膜層能夠耐受800℃的高溫，空氣冷卻條件下不開裂；薄膜與基底的結合力達到75.4N。

技術領域

本發明涉及一種薄膜的制備方法。

背景技術

氮化鉭薄膜具有很多優異的性能，如：較高的硬度、密度，優異的化學穩定性、抗腐蝕性，良好的熱穩定性等。氮化鉭薄膜作為一種高性能、高穩定的阻隔材料和壓阻材料被廣泛地應用到集成電路中。氮化鉭薄膜具有電阻溫度系數低、應變因子大，高溫穩定性好等優點，特別是在環境、溫度變化很大的電子設備中，更是不可替代的功能薄膜之一。在微機電系統器件制造工藝中，氮化鉭是一種常用的導電材料和掩膜材料，特別是磁傳感器的制造中，氮化鉭薄膜起到無可替代的作用。無論氮化鉭應用于何處，其與基底的結合力始終是保證充分發揮其優勢的基礎。

真空氣象沉積技術是利用氣相中發生的物理、化學過程，通過改變工件表面成分，在表面形成具有特殊性能的金屬或者化合物。按照成膜原理，一般分為物理氣象沉積和化學氣象沉積兩類。磁控濺射技術是物理氣相沉積的一種，是制備各種功能涂層的基本技術之一,具有設備簡單、價格便宜、成膜均勻、可用于大批量制膜等優點。濺射技術是指用有一定能量的粒子轟擊固體表面，使該固體表面的原子或者分子離開其表面，濺射出去的技術，該固體被稱為靶材，飛濺而出的原子或分子落于另一固體表面形成鍍膜，被鍍膜的固體稱之為基片。電子在外加電場作用下，加速向外飛出，與Ar原子發生碰撞，使Ar 原子電離成Ar離子和二次電子，并將其大部分能量傳遞給Ar離子，Ar離子獲得能量后以高速轟擊靶材，使其上原子或分子脫離靶材表面飛濺出去，這些獲得能量的原子或分子落于基片表面并沉淀下來形成鍍膜。但由于發生了多次的能量傳遞，導致電子無法轟擊電離靶材，而是直接落于基片之上。磁控濺射是在外加電場的兩極之間引入一個磁場，電子受電場力加速作用的同時受到洛倫茲磁力的束縛作用，從而使其運動軌跡由原來的直線變成擺線，從而增加了高速電子與氬氣分子相碰撞的幾率，能大大提高氬氣分子的電離程度，因此便可降低了工作氣壓，而Ar離子在高壓電場加速作用下，轟擊靶材表面，使靶材表面更多的原子或分子脫離原晶格而濺出靶材飛向基片，高速撞擊沉淀于基片上形成薄膜，由于二次電子殘余的能量較低，落于基片后引起的溫度變化并不明顯，于是磁控濺射鍍膜技術擁有“高速低溫”的特點。通過控制等離子體的能量分布與行為是研究磁控濺射工藝的關鍵，盡管目前許多的國內外研究者都在不遺余力地研究工藝參數對不同成分涂層的影響,并根據不同的材料開發了一系列的沉積工藝。在研究過程中發現影響膜材與基底結合力的因素較多，例如氣壓、功率、偏壓、溫度、基底表面狀態等，所以膜材與基底的結合質量仍存在很多不確定性；另外通過氣體反應制備的化合物薄膜還與反應氣體流量有很大關系，許多工藝問題仍然需要在研究開發過程中不斷探索。

發明內容

本發明是要解決現有的氮化鉭薄膜與基底的結合力差的技術問題，而提供一種在Al₂O₃陶瓷基底上制備TaN薄膜的方法。

本發明的在Al₂O₃陶瓷基底上制備TaN薄膜的方法是按以下步驟進行的：

一、清洗Al₂O₃陶瓷片：依次用丙酮、酒精和去離子水各超聲清洗Al₂O₃陶瓷片15min～20min，然后烘干；