退火对NiCr薄膜阻值的影响分析

由波长 ） 有关 ． 另外 ， 研究 表 明 ， 薄膜 电阻率还 与成膜 过程 的各 种物理 、 学过 程所 引入 的表 面状 态 、 化 晶格 结 构等 有着 密切 的联 系＿ ｊ １．
３ 退 火 条 件 对 阻值 的 影 响
由于磁控 溅射 的 Ｎｉｒ 膜 呈 多 晶结 构 ， Ｃ 薄 因此 对 其 进 行 热 处 理 时会 产 生 晶粒 尺 寸 增 大 的 凝 聚 效 应 ［ 使得 Ｎｉｒ １ 引， Ｃ 薄膜 的阻值 随退 火温 度 的升 高而 降低 ， 并最终 趋 于稳定 ． 据 ＩＰ基 ＰＮ— ＭＴ探测 根 ｎ Ｉ ＨＥ 放 大 电路 中 ｎ型和 Ｐ型 欧姆 接触 的退 火温 度 Ｌ ， ３ ０ ５０℃范 围 内考 察退 火 温度 对阻值 的影 响． ９ 在 ０￣ ０ ］ 其 中 ， 品膜厚 为 ５ ｍ， 样 ０ｎ 退火 时 间 １ ｉ， ０ｒ ｎ 保护 气氛 为高 纯氮 气． ａ 测试 结 果 表 明 ， 相 同 的退 火 时 间和 气 在 氛下， 高温退 火对 阻值 变化 的影 响更为严 重． 这是 因为高 的退 火温度 使 薄膜 中 的细 小 晶粒合并 为更 大的 晶粒 ， 晶粒 间界 面积 减小 ， 电阻率 也相应 减小 ， 因而 薄膜 电阻 的阻值 降低严 重 ． 如果 将样 品退 火后 的阻值 对退 火前 的阻值 进行 归 一化 ， 以得 到 Ｎｉｒ 膜 归一 化 阻值 ＩＲ） 可 Ｃ 薄 （ 随退 火 温度 的变化 ， 图 ２ａ所示 ． 中 ， 如 （） 其 ０℃表 示未退 火样 品的归一 化阻 值． 图 ２ａ 中 可 以看 到 ， 退火 从 （） 在 温度 小 于 ３０℃之前 ， 火温度 对 阻值 的影响很 小 ； 过 ３０℃后 ， 膜 电 阻阻值 随 退火 温度 增 加急 剧 ５ 退 超 ５ 薄
４ ０℃退火 ５ｍｉ 后 ， ５ ｎ 晶粒尺寸趋于饱和 ， 进一步的退火时间对阻值 的变化影 响不 大．
关键词 ： 镍铬 ； 薄膜 电阻 ；热退 火 ； 磁控溅射
中 图分 类 号 ： ０ ８ ． ２ Ｎ ５ ４ ４ ４ ；Ｔ ４ １ 文献标识码 ： Ａ
由于 化合 物半 导体集 成 电路 没有 Ｓ 互 补 型金属 氧化 物半 导 体 （ ＭＯ ） ｉ Ｃ Ｓ 集成 电路 中的多 晶硅 、 区 阱 或扩 散 区 电阻 ， 因此 ， 需要 精 确阻值 的偏 置 网络 、 反馈 控 制 和平衡 应 用 等 方 面多 采 用 金属 薄 膜 或合 金 薄 膜 ， ＩＳ ， ｕｎ Ｎｉｒ Ｌ３ 质 量 比为 ８ ２ 如 ｎ ｂ Ｃ Ｉ ， Ｃ 等 １＿ ＿． ０： Ｏ的 ＮｉｒＮｉＣ ） Ｃ （ ８ ｒ 薄膜 出现 得 比较早 ， 。 。 而且 具 有 较高 的 电阻 率 、 小 的电 阻温度 系数 ， 较 以及 良好 的热 稳定 性 和化学 稳定 性 ｌ ， ４ 因此 ， 泛应 用 于化合 物半 导体 集 ］ 广 成 电路 ［ ］在 化合 物半 导体 集成 电路 制备 工艺 中 ， 成 薄膜 电阻 制备 还需 经过合 金 化等 一系 列热 处 理 ， ５． 罐 完 并使 电阻 薄膜发 生很 多变 化 ， 如释放 内应 力 、 吸附气 体分 子 、 解 生长 表面 氧化 膜 ， 些 变化显 然会 影 响薄 这 膜 电阻 的阻值． 了摸 索 Ｎｉｒ 膜 电阻 随 退火 条件 的变 化规 律 ， ＩＰ基 ＰＮ— ＭＴ光 接 收机 芯 片 为 Ｃ 薄 为 ｎ Ｉ ＨＥ 提供精 确 的反馈 电 阻 ， 文对 ＮｉＣｒ 薄膜 随退 火温度 和 时 间的变 化规律 进 行 了详 细 的研究 ． ］本 ２ 。 ０
级， 因此薄膜 和探 针 的接触 电阻 可 以忽 略不 计． 试过 程 中 ， 测 所测 电阻 按版 图排列 顺序 测量 ．
２ 结 果分 析
当 Ｎｉｒ Ｃ 薄膜 电阻 的膜厚 为 ５ ｌ、 ０ｎ ｌ线宽 为 １ ｍ、 长度 为 ７０ｆ 时 ， Ｔ ５ｆ 总 ２ ｍ 实验 测得 电阻 的典 型值 为 １５ ～ １７ Ｑ， 均 电阻值 Ｒ 。平均 电阻值 为 ５ 测试 结果 的平 均值 ） ．６ ．０ｋ 平 （ 次 和方块 电阻 Ｒ 分 别 为 ｌ６ Ｑ ＿ ３ｋ 和 ３．６Ｑ， ３９ 电阻 率 ｐ为 １７ ０ Ｑ ・ 最 大 阻值偏 差为 １． ． ． ×１ ｍ， ４ １ 阻值 偏差 是 由于薄膜 厚度 不均 匀造 成 的 ，Ｄ ｋａ ３Ｓ ｒ ｓ 式表 面 轮 廓仪 测试 表 明 ， 计厚 度 为 ５ ｍ 的 Ｎｉｒ 膜 的 实测 厚 度 在 ４ ～ ｅ ｔｋ ｅｉ 台 ｅ 设 Ｏｒ ｉ Ｃ 薄 ９ ５． ｍ 之 间． １７ｎ 实验测 得膜厚 ４ ｍ 的 Ｎｉｒ ３ｎ Ｃ 薄膜 电阻 的典 型 电阻值 为 １８ ． Ｑ， ． ～２ ３ｋ 阻值 的离 散性 较
Ｗ ， 速 ２ ｍｉ～ ， 底 温度 ２ 转 ０ｒ・ ｎ 衬 ５℃ ， 的 流量 ７ Ａｒ ＯｍＬ・ ｎ ， ｍｉ～ 本底 真 空度 小于 １ Ｐ ． ０ ａ
为 了与集 成 电路工 艺兼 容 ， 射前 先在 Ｓ 衬底 上沉 积 ５ ｍ 溅 ｉ ０ｎ
的 ＳＯ 介质 膜 ， ｉ２ 然后 通过 光刻 ， 积 Ｎｉ ｒ 沉 Ｃ 薄膜 ， 采用 剥 离 工 艺 并 来制备 薄 膜 电阻． 了降低 接 触 电阻 ， 高 测 量 精 度 ， Ｎｉｒ薄 为 提 在 Ｃ 膜上溅 射 １ ０ｎ 的 Ａｕ 通 过 化 学方 法 腐 蚀 出接 触 图形 ， 备后 ０ ｍ ， 制 的 Ｎｉｒ Ｃ 薄膜 电阻 的结 构 ， 图 １ 示． 了研 究退 火 条件 对 薄膜 如 所 为
阻值 的影 响 ， 在完 成初 始 阻值测 试后 ， 薄膜 电阻放 入 ＲＴ —Ｉ 将 Ｐ Ｉ型 快 速退 火 炉进行 热处 理 ， 护气 体 为高纯 Ｎ ． 保
１ ２ 测试 方法 ．
图 ｌ Ｎｉｒ 膜 电 阻 的 截 面 图 Ｃ 薄
Ｆ ｇ １ Ｃｒ ｓ ｅ ｔ ｎ ｏ ｉ． ｏ ｓｓ ｃ ｉ ｆ ｏ
摘要 ： 采用磁控 溅射方法在 Ｓ 衬底上 沉积 Ｎｉｒ ｉ Ｃ 薄膜 ， 过金属 剥离技术 制备 不 同膜 厚 的 Ｎｉｒ 通 Ｃ 薄膜 电阻． 对不 同膜厚样品退火前后 阻值 的测试表 明 ， 磁控溅射沉积 Ｎｉｒ Ｃ 薄膜 的晶粒较小 ， 退火 前样 品阻值 较大． 当退 火温度超过 ３ ０℃后 ， ５ 薄膜 中的细小 晶粒合并 为较大的晶粒 ， 晶粒问界 面积减小 ， 电阻 率也相应 减小 ； 而经过
第３ Ｏ卷
第 １ 期
华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ａ ｉｏ Ｕｎｖ ｒ ｉ Ｎａｕ ａ ｃｅ ｃ ） ｏ ｒ ａ ｆＨｕ ｑａ ｉｅ ｓｔ ｙ（ ｔ ｒｌＳ ｉｎ ｅ
Ｖｏ． Ｏ Ｎｏ １ １３ ．ａ ．２ ０
ｏ ｇ・Ｃ ｒ ． ｎ
基 金项 目： 国家 自然科学基金重点资助项 目（０ ３ ０ ５ ６７６３）
华 侨 大 学 学 报 （ 然 科 学 版） 自
获 得 电阻值 ， 所选 档位 的测试 精 度分别 为 １ｍＡ ・ ｉ叫和 ０ ５Ｖ ・ ｉ～． ｄｖ ． ｄｖ 由于制 备 电阻阻值 为千 欧姆量
文 章 编 号 ： １０ —０ ３ ２０ ） １０ ２ —３ ０ ０５ １ （０ ９ Ｏ —０ ７０
退 火对 Ｎｉ ｒ薄 膜 阻值 的影 响分 析 Ｃ
谢 生 ，侯 玉 文 ，陈 朝 ２ ，毛 陆 虹 ，陈松 岩
（．天津大学 电子信息工程学院 ，天津 ３ ０ ７ ；２ １ ０ ０ ２ ．厦 门大学 物理系 ， 建 厦 门 ３ １ ０ ） 福 ６ ０ ５
下降． 这与文［ ］ ４ ｍ厚 ＮＣ 薄膜电阻随退火温度 的转折点基本相同． ３ 中 ０ｎ ｉｒ 高温退火使得小 晶粒凝聚
第 １期
谢
生， ： 等 退火对 Ｎｉｒ Ｃ 薄膜 阻值 的影响分析
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为大 晶粒 ， 电阻率 降低 ， 当退火 温度 小 于 ３０。 ， 而 ５ Ｃ时 晶粒 凝 聚效 应并不 显 著 ， 火 过程 只是增 大原 子 的 退 表面 和 间界扩 散 能量 ， 薄 膜 致密 化 ， 使 因而 随退 火 温度 的变 化不 大． 用 和 图 ２ ａ相 同的归 一 化方 法 ， 采 （） 可 以得到 Ｎｉｒ Ｃ 薄膜 归一 化阻值 ＪＲ） （ 随退火 时 间的变 化 ， 图 ２ ｂ所 示 ． 图 ２ ｂ 可 以看 到 ， 了初始 如 （） 从 （） 除 退火 的 ５ｍｉ 阻值下 降 两倍外 ， 延长 退火 时 间对 阻值 的影 响不 大． 明 在 ４ ０℃退 火 时 ， 膜 中 的 ｎ使 再 说 ５ 薄 晶粒 尺寸是 逐 渐增大 ， 后趋 向一 个饱 和 晶粒尺 寸值 ． 晶粒 尺 寸达 到饱 和 后 ， 火 时 间对 阻 值 的 变化 最 当 退
Ｎｉ ｉ ｒ ｓｓ ａ ｃ Ｃｒ ｆ ｍ ｅ ｉｔ ｎ ｅ ｌ
采 用 Ｘ ４１ 半导体 晶体 管特 性 图示仪 和 与其 配套 的探针 台 ， Ｊ ８０型 直接 测量 薄膜 电阻 的 Ｉ 曲线 以 ＿ Ｖ
收 稿 日期 ：
２ ０ ・ ５２ ０ ８０ — ２ － —
通 信 作 者 ： 侯 玉文 （９ ６） 男 ， １６ 一 ， 副研 究员 ， 主要从事半导体光 电器件与集成光 电子学 的研究． － ｉ ｈ ｗｌ ｓ ｇ ｕ． Ｅ ｍａ ：ｙ ＠ｔｉ ｈ ａ ｌ ｎ
１ 实 验 方 法
１ １ 制备 工艺 ．
虽 然 电阻薄膜 可通 过 真空蒸 发 和 电子 束 蒸 发 获得 ， 由于 Ｎｉ 的蒸 汽 压相 差 很 大 （ ０ 但 ／ Ｃｒ １２０℃时 ， Ｃｒ 的蒸 汽速 率 比 Ｎｉ １０倍 ｍ ， 以 这 两种 方 法 很 难 精 确 控 制 膜 层 中 的 Ｎｉ Ｃ 快 ０ ）所 与 ｒ的 比例 ． 为保 证 ＮｉＣ ／ ｒ的质 量 比为 ８ ２ ， 用 Ｊ ３ －０Ｂ型磁控 溅射 镀膜 机溅 射 ＮｉＣ 。 ０： ０采 Ｓ Ｘ １０ 。 ｒ 合金 靶． 。 。 溅射 工艺 ： 功率 ２ ０ ０
Ｏ
（）温度 ａ 图 ２ 阻值 随退火温度 和时间的变化