一种带氮化硅绝缘过渡层的氮化钽薄膜埋层电阻制备方法与流程

本发明涉及一种带氮化硅绝缘过渡层的氮化钽薄膜埋层电阻制备方法，属于薄膜电阻材料制备、磁控溅射镀膜、等离子体表面改性及埋嵌无源元器件制造。

背景技术：

1、氮化钽（tan）薄膜具有电阻率适中、电阻温度系数小、化学稳定性高、耐湿热老化、抗电化学腐蚀等优异特性，是高端精密薄膜电阻、pcb埋嵌电阻、模拟集成电路无源元件的核心材料。

2、玻璃基底方案短板：玻璃基底仅采用简单清洗，表面油污、粉尘、有机残留无法彻底去除，膜与基底界面结合力差，易出现起皮、脱落、针孔缺陷；缺少等离子体活化工序，玻璃表面能低、惰性强，膜层附着可靠性差；无氮化硅绝缘过渡层，基底杂质易扩散，界面应力大、漏电流高、电阻温漂严重；且工艺仅适配玻璃，无法直接用于pcb量产。

3、环氧树脂pcb基板痛点：pcb行业大量使用环氧树脂基板作为埋阻载体，现有玻璃基底高温溅射工艺会造成环氧树脂高温软化、碳化、分层，同时树脂内部有机小分子、填料离子易向电阻层扩散，造成阻值漂移、tcr劣化；树脂表面极性低，直接溅射薄膜附着力差，易出现埋阻开路失效。

4、氮化铝陶瓷基底痛点：高频功率器件、射频封装普遍采用氮化铝陶瓷基板，陶瓷烧结后表面存在孔隙、游离铝离子，无绝缘缓冲层时离子扩散会大幅提升漏电流，且现有工艺未针对陶瓷表面粗糙度匹配等离子体活化参数，膜层均匀性差。

5、针对现有技术仅适配单一玻璃基底、无法兼容pcb环氧树脂、封装氮化铝陶瓷基材，且各基底均存在界面结合差、漏电高、温漂大、工艺不通用的不足，本发明提出一种多基底适配、带氮化硅绝缘过渡层的氮化钽薄膜埋层电阻制备方法，通过区分三类基底差异化温控、等离子体适配工艺，统一通用溅射参数区间并给出最优工艺点，覆盖玻璃、环氧树脂pcb、氮化铝陶瓷全主流电子基材，大幅提升膜层结合力、绝缘性能、阻值精度与温度稳定性。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种带氮化硅绝缘过渡层的氮化钽薄膜埋层电阻制备方法，在于克服现有tan薄膜电阻仅适配玻璃基底/环氧树脂/氮化铝陶瓷基底镀膜易失效、清洗不彻底、界面结合弱、绝缘性差、工艺重复性低、tcr温漂大的缺陷，提供一种磁控溅射生长的多基底适用pcb埋层电阻薄膜材料的制备方法，基底可选玻璃、环氧树脂pcb基板、氮化铝陶瓷；通过限定全工序通用工艺参数范围，并针对环氧树脂、陶瓷基底设置差异化温度、功率保护参数，获得膜层致密、附着力强、阻值可控、温漂低的埋层薄膜电阻，同时适配pcb埋阻量产、陶瓷射频封装、玻璃薄膜无源器件多场景工业化生产需求。

2、为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种带氮化硅绝缘过渡层的氮化钽薄膜埋层电阻制备方法，包括以下步骤：

4、步骤一：基底湿法清洗：

5、依次采用丙酮、异丙醇、去离子水对基底进行三步超声清洗，清洗完成后采用高纯氮气吹干；

6、步骤二：氧等离子体活化清洗：

7、将清洗吹干后的基底置于等离子体设备腔体内，抽本底真空后通入高纯氧气进行等离子体表面活化处理；

8、步骤三：磁控溅射制备氮化硅绝缘过渡层：

9、采用超高真空磁控溅射系统，在经过氧等离子体活化后的基底表面射频溅射沉积si3n4绝缘过渡层；

10、步骤四：反应磁控溅射制备氮化钽电阻层：

11、采用超高真空磁控溅射系统，以氩气为工作气体、氮气为反应气体，在氮化硅绝缘过渡层表面反应溅射沉积tan薄膜电阻层，制得基底氮化钽薄膜埋层电阻。

12、作为本发明进一步的改进，在所述步骤一中，单步超声清洗温度在40-60℃之间，单步超声清洗时间在10-15min之间。

13、作为本发明进一步的改进，所述基底为玻璃、环氧树脂pcb基板、氮化铝陶瓷中的任意一种。

14、作为本发明进一步的改进，当所述基底为环氧树脂基底时，超声清洗的水温小于或等于55℃。

15、作为本发明进一步的改进，当所述基底为氮化铝陶瓷基底时，在基底湿法清洗完成后，对清洗后的氮化铝陶瓷基底进行低温烘干。

16、作为本发明进一步的改进，在所述步骤二中，所述高纯氧气的氧气纯度≥99.999%，所述高纯氧气的氧气流量在25～35sccm之间。

17、作为本发明进一步的改进，在所述步骤二中，采用pecvd-350等离子体化学气相沉积系统进行氧等离子体活化。

18、作为本发明进一步的改进，在所述步骤三和所述步骤四中，所述超高真空磁控溅射系统为bms500b超高真空磁控溅射系统。

19、作为本发明进一步的改进，所述氮化钽薄膜埋层方阻随着溅射功率、溅射气压、氮气分压、溅射时间的变化呈相应变化。

20、作为本发明进一步的改进，所述氮化钽薄膜埋层电阻的电阻值通过其电阻条的长度和宽度进行匹配，所述电阻值与所述电阻条的长度成正比，且与所述电阻条的宽度成反比。

21、本发明的有益技术效果是：

22、1）多基底通用：实现玻璃/pcb环氧树脂基板/氮化铝陶瓷三类电子主流基底一体化制备工艺，覆盖pcb埋嵌电阻，贴合pcb行业实际生产需求。

23、2）分基材差异化保护工艺：针对环氧树脂不耐高温、陶瓷多孔、玻璃易析出碱金属离子的特性，分别设置清洗温度、等离子体功率、溅射衬底温度约束条件，避免树脂碳化翘曲、陶瓷孔隙漏电、玻璃离子漂移等缺陷。

24、3）复合前处理提升附着力：采用三步溶剂超声+氧等离子体活化组合工艺，彻底去除玻璃、树脂、陶瓷三类基底表面油污、颗粒及有机残留，统一提升膜与基底结合力，杜绝脱膜、起泡、针孔失效。

25、4）氮化硅通用绝缘缓冲层：si3n4层对三类基底均具备优异绝缘阻隔效果，分别阻挡玻璃碱金属、树脂填料、陶瓷铝离子扩散，缓冲不同材料热膨胀应力，显著降低全品类基底产品漏电流与电阻温漂。

26、5）工艺参数标准化、可量产：全工序设置通用参数保护范围+分基材最优工艺点，工艺窗口清晰，重复性、可复刻性强，一套设备即可切换不同基底生产，无需更换设备，利于专利转化与工业化批量制造。

27、6）电学性能稳定可调：经正交实验优化溅射关键参数，方块电阻可调范围宽，通过电阻条长宽尺寸可灵活匹配各类标准阻值；多基底制备的tan薄膜均致密平整，tcr温度系数可控、温漂小，满足精密埋嵌电阻、高端模拟、射频功率器件使用要求。

28、7）设备兼容成本低：整套工艺依托现有商用pecvd等离子体设备、bms500b磁控溅射设备即可实现，无需大规模设备改造，仅调整衬底加热温度与等离子体功率参数，工艺成本低、适配性广泛。

1.一种带氮化硅绝缘过渡层的氮化钽薄膜埋层电阻制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种带氮化硅绝缘过渡层的氮化钽薄膜埋层电阻制备方法，其特征在于：在所述步骤一中，单步超声清洗温度在40-60℃之间，单步超声清洗时间在10-15min之间。

3.根据权利要求2所述的一种带氮化硅绝缘过渡层的氮化钽薄膜埋层电阻制备方法，其特征在于：所述基底为玻璃、环氧树脂pcb基板、氮化铝陶瓷中的任意一种。

4.根据权利要求3所述的一种带氮化硅绝缘过渡层的氮化钽薄膜埋层电阻制备方法，其特征在于：当所述基底为环氧树脂基底时，超声清洗的水温小于或等于55℃。

5.根据权利要求3所述的一种带氮化硅绝缘过渡层的氮化钽薄膜埋层电阻制备方法，其特征在于：当所述基底为氮化铝陶瓷时，在基底湿法清洗完成后，对清洗后的氮化铝陶瓷基底进行低温烘干。

6.根据权利要求1所述的一种带氮化硅绝缘过渡层的氮化钽薄膜埋层电阻制备方法，其特征在于：在所述步骤二中，所述高纯氧气的氧气纯度≥99.999%，所述高纯氧气的氧气流量在25～35sccm之间。

7.根据权利要求1所述的一种带氮化硅绝缘过渡层的氮化钽薄膜埋层电阻制备方法，其特征在于：在所述步骤二中，采用pecvd-350等离子体化学气相沉积系统进行氧等离子体活化。

8.根据权利要求1所述的一种带氮化硅绝缘过渡层的氮化钽薄膜埋层电阻制备方法，其特征在于：在所述步骤三和所述步骤四中，所述超高真空磁控溅射系统为bms500b超高真空磁控溅射系统。

9.根据权利要求1所述的一种带氮化硅绝缘过渡层的氮化钽薄膜埋层电阻制备方法，其特征在于：所述氮化钽薄膜埋层的方阻随着溅射功率、溅射气压、氮气分压、溅射时间的变化呈相应变化。

10.根据权利要求1所述的一种带氮化硅绝缘过渡层的氮化钽薄膜埋层电阻制备方法，其特征在于：所述氮化钽薄膜埋层电阻的电阻值通过其电阻条的长度和宽度进行匹配，所述电阻值与所述电阻条的长度成正比，且与所述电阻条的宽度成反比。