工艺参数、退火温度对钽氮化物薄膜生长速率、相结构及电学性能的影响

摘要

钽氮化物（TaNx）因其优秀的物理、化学稳定性及低电阻温度系数（TCR）等特性被广泛运用于薄膜电阻材料。采用反应磁控溅射设备在Si(100)基片上制备钽氮化物（TaNx）薄膜，通过调节不同溅射参数，对比研究了氩氮总流量、氮气含量、溅射功率等条件对薄膜的影响。通过台阶仪、XRD、电学测试等方式表征其薄膜沉积速率、薄膜结构、TCR及电阻率，并总结其影响规律。实验结果表明，薄膜溅射过程中氩氮总流量、氮气含量、溅射功率等工艺参数均会对TaNx薄膜沉积速率产生明显影响；同时工艺参数还会直接改变薄膜的物相结构，影响薄膜结晶质量，从而带来薄膜TCR与电阻率的变化。此外，通过调节退火温度，探究了真空退火温度对薄膜性质的改变规律，并通过SEM表征薄膜形貌。实验结果表明，退火有效提高了薄膜晶粒尺寸，促进了薄膜二次结晶；退火温度的上升使得TaN(111)相强度增大，并在达到300℃后出现TaN(200)相与TaN(111)相；随着退火温度提高，薄膜电阻率呈上升趋势，薄膜TCR的绝对值先减小后增加，在退火温度达到800℃时，膜层出现明显开裂。研究结果表明，通过控制调整制膜工艺可改善TaNx电阻薄膜的沉积速率、物相结构与电学性能。

关键词

TaN薄膜 / 磁控溅射 / 薄膜结构 / 电阻温度系数(TCR) / 退火

基金资助

新型电子元器件关键材料与工艺国家重点实验室开放基金(FHR-JS-201909007)