CN115354278B - 一种薄膜阻容网络中薄膜电阻的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电子元器件制备技术领域，具体涉及一种薄膜阻容网络中薄膜电阻的制备方法。本发明提供的制备方法：以金属钽为靶材，以氮气作为反应气体，在氮气和保护气体的混合气体气氛中，将若干陶瓷基片放置在金属载板上进行磁控溅射，在陶瓷基片表面生成TaN电阻层；所述氮气的体积占所述混合气体总体积的百分比≤5％；在T所述aN电阻层的表面制备种子层，得到所述薄膜电阻。本发明提供的制备方法能够有效减少陶瓷基片的裂片率，降低薄膜电阻制备的成本，促进薄膜阻容网络向厚度为0.100mm至0.200mm规格的发展。

Description

一种薄膜阻容网络中薄膜电阻的制备方法
技术领域
本发明属于电子元器件制备技术领域，具体涉及一种薄膜阻容网络中薄膜电阻的制备方法。
背景技术
阻容网络是一种同时具有电容和电阻结构的电子元件。薄膜阻容网络通常使用高介电常数陶瓷基片作为衬底材料，在衬底材料表面溅射薄膜电阻。常规的薄膜电阻的膜层结构为：TaN电阻层和TaN电阻层表面的TiWNiAu种子层。
随着电子系统向体积更小的方向发展，电子元件也越来越朝着轻、小、薄方向发展。在薄膜阻容网络更新迭代的时候，客户也往往更青睐于选择厚度更薄规格的薄膜阻容网络，如0.100mm至0.200mm的范围。
作为薄膜阻容网络的衬底材料，行业内主流的高介电常数陶瓷，受到陶瓷烧结技术的限制和保证电性能的稳定性，能够量产的陶瓷基片厚度一般为0.100mm至0.300mm。其中厚度0.200mm至0.300mm的陶瓷基片，在常规溅射TaN电阻层的过程中的裂片率，一般小于5％，而厚度为0.100mm至0.200mm的陶瓷基片，在常规溅射TaN电阻层的过程中的裂片率，从5％至50％不等，呈现厚度越薄裂片率越高的规律。薄膜阻容网络制备过程中，溅射制程时陶瓷基片一旦产生裂片，会严重影响后段制程的良品率，厂家往往只能选择报废处理，导致生产成本提高，阻碍了薄膜阻容网络向厚度为0.100mm至0.200mm规格的发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种薄膜阻容网络中薄膜电阻的制备方法，本发明提供的制备方法能够有效减少陶瓷基片的裂片率，降低薄膜电阻制备的成本，促进薄膜阻容网络向厚度为0.100mm至0.200mm规格的发展。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供了一种薄膜阻容网络中薄膜电阻的制备方法，包括以下步骤：
以金属钽为靶材，以氮气作为反应气体，在氮气和保护气体的混合气体气氛中，将若干陶瓷基片放置在金属载板上进行磁控溅射，在陶瓷基片表面生成TaN电阻层；所述氮气的体积占所述混合气体总体积的百分比≤5％；
在所述TaN电阻层的表面制备种子层，得到所述薄膜电阻。
优选的，所述氮气的体积占所述混合气体总体积的百分比为1～5％。
优选的，所述陶瓷基片的数量≥2，多片陶瓷基片平行于所述金属载板移动的方向设置，相邻2个陶瓷基片的间距为4～8mm。
优选的，所述磁控溅射的功率为500W。
优选的，所述磁控溅射的速度为120cm/min。
优选的，所述磁控溅射的扫描次数为24～45pass。
优选的，磁控溅射时，所述陶瓷基片的温度为100～150℃。
优选的，所述保护气体为氩气，所述磁控溅射时混合气体的压强为0.5～1Pa。
优选的，所述种子层的材质为TiWNiAu，所述种子层的制备方法为磁控溅射。
优选的，采用磁控溅射制备所述种子层时，所述磁控溅射的靶材为TiW靶、Ni靶和Au靶，所述磁控溅射的功率为1000W，速度为120cm/min，扫描次数为10～15Pass，保护气体的流量为78～82sccm。
本发明提供了一种薄膜阻容网络的薄膜电阻的制备方法，包括以下步骤：以金属钽为靶材，以氮气作为反应气体，在氮气和保护气体的混合气体气氛中，将若干陶瓷基片放置在金属载板上进行磁控溅射，在陶瓷基片表面磁控溅射TaN电阻层；所述氮气的体积占所述混合气体总体积的百分比≤5％；在TaN电阻层表面制备种子层，得到薄膜阻容网络的薄膜电阻。本发明提供的制备方法通过控制磁控溅射过程中氮气的体积占所述混合气体总体积的百分比≤5％，有效提高TaN电阻层中钽元素的含量，从而能够在较短时间内制备得到满足方阻要求的厚度较薄薄膜电阻，从而有效避免长时间磁控溅射时原子轰击陶瓷基片时间过长，对较薄的陶瓷基片的作用能过高从而引起陶瓷基片的高裂片率。由此，本发明提供的制备方法能够有效减少陶瓷基片的裂片率，降低薄膜电阻制备的成本，促进薄膜阻容网络向厚度为0.100mm至0.200mm规格的发展。由实施例的结果表明，采用四探针的测试，薄膜电阻的方阻为≤13.15Ω/□，碎片率≤6.67％。
进一步的，本发明中，所述陶瓷基片的数量≥2，多片陶瓷基片平行于所述金属载板移动的方向设置，相邻2个陶瓷基片的间距为4～8mm。本发明通过在平行于所述金属载板移动的方向上，设置相邻2个陶瓷基片的间距4～8mm，能够有效增强陶瓷基片的散热效率，减少溅射时原子轰击陶瓷基片导致的陶瓷基片的热积累，从而进一步较低溅射时陶瓷基片的碎片率。
具体实施方式
本发明提供了一种薄膜阻容网络中薄膜电阻的制备方法，包括以下步骤：
以金属钽为靶材，以氮气作为反应气体，在氮气和保护气体的混合气体气氛中，将若干陶瓷基片放置在金属载板上进行磁控溅射，在陶瓷基片表面生成TaN电阻层；所述氮气的体积占所述混合气体总体积的百分比≤5％；
在所述TaN电阻层的表面制备种子层，得到所述薄膜电阻。
在本发明中，若无特殊说明，所有制备原料/组分均为本领域技术人员熟知的市售产品。
本发明以金属钽为靶材，以氮气作为反应气体，在氮气和保护气体的混合气体气氛中，将若干陶瓷基片放置在金属载板上进行磁控溅射，在陶瓷基片表面生成TaN电阻层；所述氮气的体积占所述混合气体总体积的百分比≤5％。
在本发明中，进行所述磁控溅射之前，本发明优选对磁控溅射室进行抽真空，直到溅射腔室内的气体压强优选≤4×10-5Pa。
在本发明中，所述陶瓷基片的厚度优选为0.1～0.2mm。
在本发明中，所述陶瓷基片优选为高介电常数陶瓷基片，本发明对所述陶瓷基片的来源没有特殊要求。
在本发明的具体实施例中，所述陶瓷基片的介电常数≥20％。
在本发明中，所述氮气的体积占所述混合气体总体积的百分比优选为1～5％，具体优选为1％、2％、3％、4％或5％。
在本发明中，所述氮气的纯度优选≥99.99％。
在本发明中，所述陶瓷基片的数量优选≥2，多片陶瓷基片优选平行于所述金属载板移动的方向设置，相邻2个陶瓷基片的间距优选为4～8mm，更优选为8mm。
在本发明中，所述陶瓷基片的数量优选≥2，多片陶瓷基片优选垂直于所述金属载板移动的方向设置，相邻2个陶瓷基片优选连续放置。
在本发明中，所述陶瓷基片的数量优选≥2，多片陶瓷基片优选平行于所述金属载板移动的方向和垂直于所述金属载板移动的方向同时设置成陶瓷基片矩阵，平行于所述金属载板移动的方向上，相邻2个陶瓷基片的间距优选为4～8mm，更优选为8mm；垂直于所述金属载板移动的方向设置，相邻2个陶瓷基片优选连续放置。
在本发明中，所述磁控溅射的功率优选为500W。
在本发明中，所述磁控溅射的速度优选为120cm/min。
在本发明中，所述磁控溅射的时间优选为25～40min。
在本发明中，所述磁控溅射的扫描次数优选为24～45pass，具体优选为内24pass、30pass、35pass、40pass或45pass。
在本发明中，磁控溅射时，所述陶瓷基片的温度优选为100～150℃。
在本发明中，所述保护气体为氩气，所述磁控溅射时混合气体的压强优选为0.5～1Pa，更优选为0.5Pa。
在本发明中，所述氩气的纯度优选≥99.99％。
本发明优选将所述磁控溅射的功率优选为500W、速度优选为120cm/min、扫描次数优选为24～45pass，磁控溅射的时间为25～40min以及陶瓷基片的温度优选为100～150℃，能够有减少控磁控溅射时原子对陶瓷基片轰击热积累，降低陶瓷基片的碎片率。
在本发明中，所述TaN电阻层的厚度优选为0.18～0.22μm。
得到所述TaN电阻层后，本发明在所述TaN电阻层的表面制备种子层，得到薄膜阻容网络的薄膜电阻。
在本发明中，所述种子层的材质优选为TiWNiAu。
在本发明中，所述种子层的制备方法优选为磁控溅射。
在本发明中，采用磁控溅射制备所述种子层时，所述磁控溅射的靶材优选为TiW靶、Ni靶和Au钯。
在本发明中，磁控溅射制备所述种子层优选在保护气体中进行，所述保护气体的流量优选为80sccm，所述保护气体优选为氩气。
在本发明中，磁控溅射制备所述种子层时，各靶材磁控溅射时，所述磁控溅射的功率均优选为1000W，所述磁控溅射的速度均优选为120cm/min，所述磁控溅射的扫描次数均优选为12Pass。
在本发明中，磁控溅射制备所述种子层时，各靶材磁控溅射的时间均优选为25～40min。
在本发明中，磁控溅射制备所述种子层时，本发明优选在制备得到TaN电阻层后直接进行所述种子层的制备。
在本发明中，磁控溅射制备所述种子层时，表面具有TaN电阻层的陶瓷基片的温度优选为100～150℃。
在本发明中，所述种子层的厚度优选为0.3～0.6μm。
在所述TaN电阻层表面磁控溅射制备得到种子层后，本发明优选降温至室温后关闭保护气体源。
本发明优选采用四探针对上述技术方案制备得到的氮化钽薄膜电阻进行测量。
在本发明中，得到薄膜阻容网络的薄膜电阻后，本发明优选在薄膜电阻的陶瓷基片的空白表面上制备种子层后电镀金、湿法腐蚀制备底电极图形；在薄膜电阻的种子层表面电镀金、湿法腐蚀制备顶电极图形。本发明对所述底电极图形和顶电极图形的制备方法没有特殊要求。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
在12×12英寸的金属载板上，放置30片2×2英寸高介电常数陶瓷基片，基片与基片的列间距(平行于金属载板移动的方向)保持4～8mm，保证基片散热，同时在垂直于金属载板移动的方式上，陶瓷基片连续放置。然后关闭磁控溅射室的舱门，启动真空泵对磁控溅射腔室进行抽真空，直到磁控溅射腔室内的气体压强≤4×10-5Pa；设定TaN的磁控溅射功率为500w，磁控溅射速度为120cm/min，金属载板的扫描次数24pass，对装由陶瓷基片的金属载板进行加热，陶瓷基片的温度控制在100～150℃之间；向磁控溅射腔室内同时通入纯度≥99.99％的氮气和纯度≥99.99％的氩气，氮气占氮气和氩气混合气体的体积百分含量为1％，启动电源，开始磁控溅射，测控溅射时间为30min，此时维持磁控溅射腔室内的压强为0.5Pa，通过磁控溅射在陶瓷基片上得到TaN电阻层；然后逐一开启TiW靶、Ni靶和Au靶，逐一设定TiW靶、Ni靶和Au靶的磁控溅射功率均为1000w，磁控溅射速度为120cm/min，每一个靶材的扫描次数均为12pass，氩气流量80sccm，得到种子层后关闭电源降温至室温后，关闭氩气源。
采用四探针对本实施例制备的薄膜电阻进行性能测试，测试结果为薄膜电阻的方阻为11.84Ω/□，碎片率为0％，测控溅射总用时60min。
实施例2
在12×12英寸的金属载板上，放置30片2×2英寸高介电常数陶瓷基片，基片与基片的列间距(平行于金属载板移动的方向)保持4～8mm，保证基片散热，同时在垂直于金属载板移动的方式上，陶瓷基片连续放置。然后关闭磁控溅射室的舱门，启动真空泵对磁控溅射腔室进行抽真空，直到磁控溅射腔室内的气体压强≤4×10-5Pa；设定TaN的磁控溅射功率为500w，磁控溅射速度为120cm/min，金属载板的扫描次数30pass，对装由陶瓷基片的金属载板进行加热，陶瓷基片的温度控制在100～150℃之间；向磁控溅射腔室内同时通入纯度≥99.99％的氮气和纯度≥99.99％的氩气，氮气占氮气和氩气混合气体的体积百分含量为2％，启动电源，开始磁控溅射，测控溅射时间为30min，此时维持磁控溅射腔室内的压强为0.5Pa，通过磁控溅射在陶瓷基片上得到TaN电阻层；然后逐一开启TiW靶、Ni靶和Au靶，逐一设定TiW靶、Ni靶和Au靶的磁控溅射功率均为1000w，磁控溅射速度为120cm/min，每一个靶材的扫描次数均为12pass，氩气流量80sccm，得到种子层后关闭电源降温至室温后，关闭氩气源。
采用四探针对本实施例制备的薄膜电阻进行性能测试，测试结果为薄膜电阻的方阻为11.73Ω/□，碎片率为0％，测控溅射总用时66min。
实施例3
在12×12英寸的金属载板上，放置30片2×2英寸高介电常数陶瓷基片，基片与基片的列间距(平行于金属载板移动的方向)保持4～8mm，保证基片散热，同时在垂直于金属载板移动的方式上，陶瓷基片连续放置。然后关闭磁控溅射室的舱门，启动真空泵对磁控溅射腔室进行抽真空，直到磁控溅射腔室内的气体压强≤4×10-5Pa；设定TaN的磁控溅射功率为500w，磁控溅射速度为120cm/min，金属载板的扫描次数35pass，对装由陶瓷基片的金属载板进行加热，陶瓷基片的温度控制在100～150℃之间；向磁控溅射腔室内同时通入纯度≥99.99％的氮气和纯度≥99.99％的氩气，氮气占氮气和氩气混合气体的体积百分含量为3％，启动电源，开始磁控溅射，测控溅射时间为30min，此时维持磁控溅射腔室内的压强为0.5Pa，通过磁控溅射在陶瓷基片上得到TaN电阻层；然后逐一开启TiW靶、Ni靶和Au靶，逐一设定TiW靶、Ni靶和Au靶的磁控溅射功率均为1000w，磁控溅射速度为120cm/min，每一个靶材的扫描次数均为12pass，氩气流量80sccm，得到种子层后关闭电源降温至室温后，关闭氩气源。
采用四探针对本实施例制备的薄膜电阻进行性能测试，测试结果为薄膜电阻的方阻为11.16Ω/□，碎片率为0％，测控溅射总用时71min。
实施例4
在12×12英寸的金属载板上，放置30片2×2英寸高介电常数陶瓷基片，基片与基片的列间距(平行于金属载板移动的方向)保持4～8mm，保证基片散热，同时在垂直于金属载板移动的方式上，陶瓷基片连续放置。然后关闭磁控溅射室的舱门，启动真空泵对磁控溅射腔室进行抽真空，直到磁控溅射腔室内的气体压强≤4×10-5Pa；设定TaN的磁控溅射功率为500w，磁控溅射速度为120cm/min，金属载板的扫描次数40pass，对装由陶瓷基片的金属载板进行加热，陶瓷基片的温度控制在100～150℃之间；向磁控溅射腔室内同时通入纯度≥99.99％的氮气和纯度≥99.99％的氩气，氮气占氮气和氩气混合气体的体积百分含量为4％，启动电源，开始磁控溅射，测控溅射时间为30min，此时维持磁控溅射腔室内的压强为0.5Pa，通过磁控溅射在陶瓷基片上得到TaN电阻层；然后逐一开启TiW靶、Ni靶和Au靶，逐一设定TiW靶、Ni靶和Au靶的磁控溅射功率均为1000w，磁控溅射速度为120cm/min，每一个靶材的扫描次数均为12pass，氩气流量80sccm，得到种子层后关闭电源降温至室温后，关闭氩气源。
采用四探针对本实施例制备的薄膜电阻进行性能测试，测试结果为薄膜电阻的方阻为12.49Ω/□，碎片率为3.33％，测控溅射总用时76min。
实施例5
在12×12英寸的金属载板上，放置30片2×2英寸高介电常数陶瓷基片，基片与基片的列间距(平行于金属载板移动的方向)保持4～8mm，保证基片散热，同时在垂直于金属载板移动的方式上，陶瓷基片连续放置。然后关闭磁控溅射室的舱门，启动真空泵对磁控溅射腔室进行抽真空，直到磁控溅射腔室内的气体压强≤4×10-5Pa；设定TaN的磁控溅射功率为500w，磁控溅射速度为120cm/min，金属载板的扫描次数45pass，对装由陶瓷基片的金属载板进行加热，陶瓷基片的温度控制在100～150℃之间；向磁控溅射腔室内同时通入纯度≥99.99％的氮气和纯度≥99.99％的氩气，氮气占氮气和氩气混合气体的体积百分含量为5％，启动电源，开始磁控溅射，测控溅射时间为30min，此时维持磁控溅射腔室内的压强为0.5Pa，通过磁控溅射在陶瓷基片上得到TaN电阻层；然后逐一开启TiW靶、Ni靶和Au靶，逐一设定TiW靶、Ni靶和Au靶的磁控溅射功率均为1000w，磁控溅射速度为120cm/min，每一个靶材的扫描次数均为12pass，氩气流量80sccm，得到种子层后关闭电源降温至室温后，关闭氩气源。
采用四探针对本实施例制备的薄膜电阻进行性能测试，测试结果为薄膜电阻的方阻为13.153Ω/□，碎片率为6.67％，测控溅射总用时81min。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (8)

1.一种薄膜阻容网络中薄膜电阻的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
以金属钽为靶材，以氮气作为反应气体，在氮气和保护气体的混合气体气氛中，将若干陶瓷基片放置在金属载板上进行磁控溅射，在陶瓷基片表面生成TaN电阻层；所述氮气的体积占所述混合气体总体积的百分比≤5%；所述陶瓷基片的数量≥2，多片陶瓷基片平行于所述金属载板移动的方向设置，相邻2个陶瓷基片的间距为4~8mm；
所述磁控溅射的扫描次数为24~40；
在所述TaN电阻层的表面制备种子层，得到所述薄膜电阻。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氮气的体积占所述混合气体总体积的百分比为1~5%。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述磁控溅射的功率为500W，所述磁控溅射的时间为25~40min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述磁控溅射的速度为120cm/min。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，磁控溅射时，所述陶瓷基片的温度为100~150℃。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述保护气体为氩气，所述磁控溅射时混合气体的压强为0.5~1Pa。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述种子层的材质为TiWNiAu，所述种子层的制备方法为磁控溅射。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，采用磁控溅射制备所述种子层时，所述磁控溅射的靶材为TiW靶、Ni靶和Au靶，所述磁控溅射的功率为1000W，速度为120cm/min，扫描次数为10~15，保护气体的流量为78~82sccm。
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