薄膜电阻器用磁控溅射高阻靶材

　　金属膜电阻器是一种精密电阻器,在电子线路中担负着增益控制、固定时间常数、电路匹配和作负载的功能。其应用范围极广,如需高稳定性、高可靠性的太空、航空、国防及在电子计算机、通讯仪器、电子交换机。金属膜电阻器必须具有能适应各种恶劣环境的能力,如耐高温和低温,耐潮湿,耐低气压,耐尘土、盐雾和霉菌的腐蚀作用,耐辐射以及耐震动、冲击和加速度的破坏作用。目前,国内外先进的制膜工艺是采用磁控溅射滚筒式沉积电阻合金[1]。这种方法易获得与靶材成分相同的合金膜,并能大幅提高产量,还能精确控制膜层性能,提高电阻器的稳定性和精度。在金属膜电阻器的生产过程中,靶材很关键,它制约着金属膜电阻器的精度、可靠性、电阻温度系数等性能[2]。针对金属膜电阻器要达到的技术性能,研究靶材的成分和晶体结构;以Cr、Si材料的相图为理论指导,探索靶材的熔炼工艺。

　　1　靶材的成分与性能的关系

　　对金属膜电阻材料的最主要的基本要求是电阻温度系数(TCR)小;电阻值应稳定,随时间的变化小(即经年变化小);对铜的热电势应小。选择Ni、Cr、Si为中高阻靶材的基体材料。

        根据Ni、Cr、Si的性能参数,确定靶材的成分比,其性能参数如表1所示。

　　制造高阻靶材时,需增加Si、Cr的含量。因为Si是一种半导体材料,电阻率高,Cr的硬度高,抗腐蚀性好。

        Cr、Si是片式元件和混合集成电路中最常用的薄膜电阻器材料,其特点是电阻率高,稳定性好,电阻温度系数小[3-4]。在Cr、Si薄膜中,Cr和Si之间会生成多种硅化物。各自的物理性质如表2所示。Cr、Si薄膜电阻率与Cr含量的关系如表3所示。由表3可以看出,随着Cr含量增加,Cr、Si薄膜的电阻率下降,电阻温度系数由负值逐渐变为正值[5]。

　　2　靶材的熔炼技术[6]

　　2.1　Cr、Si的相图

　　Cr熔点为1 857℃,已超过一般真空感应设备的极限温度1 650℃。图1为Cr、Si材料的相图,以其为理论指导,经研究发现,只要Si的质量分数大于35%,即可在真空感应炉中进行冶炼。

　　图1　Cr、Si材料的相图

　　2.2　工艺流程

　　制造高阻靶材的工艺流程如图2所示。

　　图2　工艺流程图

　　2.3　关键技术

　　采用真空冶炼方法制造高阻靶材有极大难度,解决的关键技术有:

　　(1)解决真空炉感应问题。硅是一种非金属的半导体元素,在真空感应炉中不能感应,铬在真空感应炉中也不能感应。选用石墨材料做成坩埚,解决了不感应问题。

　　(2)解决污染问题。如果将料直接放入石墨坩埚里,Ni、Cr、Si在高温下将与石墨发生反应,势必造成靶材的污染。通过在石墨坩埚里再套上一个镁砂坩埚,解决了污染问题。