CN106435478A - 一种低电阻温度系数镍铬硅薄膜的制备方法 - Google Patents

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    • C23C14/5806—Thermal treatment

Abstract

本发明公开了一种低电阻温度系数镍铬硅薄膜的制备方法。所使用靶材的组成及重量百分比为：Ni 45wt％，Cr 50wt％，Si 5wt％。溅射前对腔室抽真空至5×10‑4Pa以下，通入氩气，调节工作气压在0.2～0.6Pa范围内，采用射频磁控溅射法淀积镍铬硅薄膜，射频功率控制在140～160W范围内，溅射的镍铬硅薄膜厚度控制在60‑80nm范围内。溅射完成后，在真空、惰性气体或氮气环境中对薄膜进行退火处理，退火温度控制在440～460℃范围内，退火时间控制在25～35分钟范围内。利用本发明所涉及的低电阻温度系数镍铬硅薄膜的制备方法制备的镍铬硅薄膜在0～125℃温度范围内的电阻温度系数小于±2ppm/℃。

Description

一种低电阻温度系数镍铬硅薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种低电阻温度系数的镍铬硅薄膜，特别是采用射频磁控溅射法淀积，并经过退火处理得到低电阻温度系数镍铬硅薄膜的制备方法，属于微纳米制造领域。
背景技术
低电阻温度系数薄膜材料在高精度电子设备、微电子电路和各种功能传感器中有着重要的应用，寻求低电阻温度系数薄膜材料一直是研究的热点。
镍铬合金是制造薄膜电阻的常用材料，但其电阻温度系数较大。为了降低镍铬薄膜的电阻温度系数，在镍铬合金中加入硅元素，可以降低薄膜的电阻温度系数。E Schippel研究表明利用真空蒸发沉积制备的镍铬硅薄膜(成分为Ni 5-20wt％、Cr 20-40wt％、Si50-65wt％)的电阻温度系数为±50ppm/℃。但是利用真空蒸发技术制备镍铬硅薄膜时，Ni、Cr、Si三种成分的蒸汽压在相同的蒸发温度下相差较大，易出现分馏现象。
相较于真空蒸发技术，磁控溅射镍铬硅薄膜具有更好的化学计量比。磁控溅射分为直流磁控溅射法和射频磁控溅射法。相比于直流磁控溅射，射频磁控溅射的薄膜具有更高的致密性和更少的晶格缺陷。
薄膜的退火工艺是影响电阻温度系数的关键条件之一。退火工艺有利于原子的迁移，使晶粒进一步长大，晶粒尺寸趋于饱和，导致晶界减少，使沉积过程中产生的一些位错能够自行移动到表面消失，晶界缺陷数量下降，薄膜结构得到很大的改善，薄膜电阻温度系数趋向稳定。W.Gawalek等人使用直流磁控溅射镍铬硅薄膜(成分为Ni 45wt％，Cr 50wt％，Si 5wt％)，未经退火处理时电阻温度系数为-50ppm/℃，经370℃、大气气氛中对镍铬硅薄膜进行40小时的退火处理后电阻温度系为5ppm/℃，但是退火时间很长。Boong-joo Lee等人使用射频磁控溅射镍铬硅薄膜(成分为Ni 51wt％，Cr 41wt％，Si 8wt％)，未经退火处理时电阻温度系数为-52ppm/℃，经400℃退火处理后电阻温度系数为8ppm/℃。Huan-YiCheng等人采用射频溅射法制备镍铬硅薄膜(成分为Ni 55wt％，Cr 40wt％，Si 5wt％)，在400℃、氮气气氛保护下快速退火处理后，在25℃～125℃的温度范围内的电阻温度系数为0ppm/℃～+50ppm/℃。Chen-Su Chiang等人使用射频磁控溅射镍铬硅薄膜在400℃退火处理使电阻温度系数小于8ppm/℃。但上述方法制备的薄膜仍不能满足薄膜热电变换器等器件要求薄膜具有更低电阻温度系数的需求。
发明内容
本发明的目的在于发明一种具有极低电阻温度系数的镍铬硅薄膜的制备方法。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：采用射频磁控溅射法在表面有二氧化硅、氮化硅绝缘薄膜的硅衬底或绝缘的石英玻璃衬底上淀积镍铬硅薄膜(3)，在真空、惰性气体或氮气环境中对镍铬硅薄膜(3)进行退火处理，得到低电阻温度系数的镍铬硅薄膜(3)。
本发明提供了一种制备低电阻温度系数镍铬硅薄膜的制备方法，包括以下步骤：
【a】将表面绝缘的衬底(1)放置于溅射室中，对溅射室抽真空至5.0×10-4Pa以下，充入氩气，调节工作气压在0.2～0.6Pa范围内，调节射频功率在140～160W范围内，采用镍铬硅合金靶(成分为Ni 45wt％，Cr 50wt％，Si 5wt％)溅射，通过射频磁控溅射法淀积镍铬硅薄膜(3)，控制镍铬硅薄膜的厚度在60～80nm范围内；
【b】将淀积有镍铬硅薄膜(3)的衬底(1)放入退火炉中，在真空、惰性气体或氮气环境中对镍铬硅薄膜(3)进行退火处理，退火温度控制在440～460℃范围内，退火时间控制在25～35分钟范围内，得到低电阻温度系数的镍铬硅薄膜。
在本低电阻温度系数的镍铬硅薄膜的制备步骤中，衬底(1)为表面制作二氧化硅、氮化硅的硅衬底或石英玻璃衬底。
本发明的优点是制备的镍铬硅薄膜在0～125℃温度范围内的电阻温度系数小于±2ppm/℃。
附图说明
图1是作为本发明实施例的低电阻温度系数镍铬硅薄膜的制作工艺流程图。
附图中：
1-衬底 2-二氧化硅薄膜 3-镍铬硅薄膜
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，但并不局限于该实施例。
实施例：利用本发明的技术方案制作一种低电阻温度系数的镍铬硅薄膜。
其制作工艺流程如下：
【1】衬底(1)为(100)面、电阻率1～10Ω·cm、双面抛光的N型硅片。(见附图1[1])
【2】采用热氧化法在衬底(1)表面生长二氧化硅薄膜(2)，温度1100℃，时间为36分钟，厚度为600nm。(见附图1[2])
【3】将表面为二氧化硅薄膜(2)的衬底(1)放置于溅射室中，抽真空至5×10-4Pa。向溅射腔室充入氩气，控制流量为50sccm，调节工作气压为0.3Pa，调节偏压至-200V，调节射频功率至150W，采用镍铬硅合金靶(成分为Ni 45wt％，Cr 50wt％，Si 5wt％)，通过射频磁控溅射镍铬硅薄膜(3)，溅射时间为700秒，厚度为70nm。(见附图1[3])
【4】将淀积有镍铬硅薄膜(3)的衬底(1)放入退火炉中，在氮气环境中对镍铬硅薄膜(3)进行退火处理，退火温度为450℃，时间为30分钟。
显然，上述说明并非是本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种低电阻温度系数镍铬硅薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
【a】将表面绝缘的衬底(1)放置于溅射室中，对溅射室抽真空至5.0×10-4Pa以下，充入高纯氩气，调节工作气压在0.2～0.6Pa范围内，调节射频功率在140～160W范围内，采用镍铬硅合金靶射频磁控溅射镍铬硅薄膜(3)；
【b】在真空、惰性气体或氮气环境中对镍铬硅薄膜(3)进行退火处理，得到低电阻温度系数的镍铬硅薄膜。
2.根据权利要求1所述的低电阻温度系数镍铬硅薄膜的制备方法，其特征在于：所用靶材为镍铬硅合金靶，该合金靶材的组成及重量百分比为：Ni占45wt％，Cr占50wt％，Si占5wt％。
3.根据权利要求1所述的低电阻温度系数镍铬硅薄膜的制备方法，其特征在于：所制备镍铬硅薄膜(3)的厚度控制在60～80nm之间。
4.根据权利要求1所述的低电阻温度系数镍铬硅薄膜的制备方法，其特征在于：退火温度控制在440～460℃之间。
5.根据权利要求1所述的低电阻温度系数镍铬硅薄膜的制备方法，其特征在于：退火时间控制在25～35分钟之间。
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