一、概述
电阻器作为三大被动元器件之一，是电子电路中不可缺少的元件，而传统直插的薄膜电阻器目前已经逐渐的退出了舞台，取而代之的是性能更加稳定的片式薄膜电阻器。ＮiＣr 合金薄膜具有高电阻率、低温飘、高精度、高稳定等优点，因此广泛应用于制作精密薄膜电阻器。目前，行业内 ＮiＣr 合金薄膜的沉积主要方法有真空蒸发、气相沉积、磁控溅射与离子溅射等。片式薄膜电阻的制造，是在平面磁控溅射下完成在三氧化二铝陶瓷基片上的 ＮiＣr 膜沉积，然后通过光刻工艺来实现电阻图形，因此研究 ＮiＣr 薄膜的沉积及湿法刻蚀对于片式薄膜电阻器的加工来说具有重要意义，本文通过使用扫描电子显微镜观察不同溅射功
率、溅射时间下的 ＮiＣr 膜层形貌，分析了溅射功率、溅射时间对溅射的影响，同时使用湿法刻蚀做出所需要的电阻图形。
二、NiCr 薄膜的沉积
片式薄膜电阻器的 ＮiＣr 薄膜的沉积，采用平面磁控溅射技术，通过机械泵抽低真空，再通过低温泵冷凝表面气体继续抽高真空，最终使得真空室内达到 10-4 帕，充入反映气体，一般使用高纯氩气。在阴极（溅射靶材）和阳极（三氧化二铝陶瓷基片）之间施加一定电压，电子在电场 E 的作用下，会向在阳极的基片运动，在这个运动过程中，电子与氩气发生碰撞，形成辉光放电，从而使其产生 Ar＋和新的电子。Ar＋在电场的作用下加速向在阴极的 ＮiＣr 靶材运动，并以高能量撞击 ＮiＣr 靶材表面，将一部分动能传给靶材上的 Ｎi、Ｃr 原子，使其获得能够脱离晶格点阵的动能，而最终逸出靶材表面，附着在三氧化二铝陶瓷基片的表面，基片在阳极固定平面内，进行线性扫描运动，得以形成比较均匀的 ＮiＣr 合金薄膜，具体见图 1 所示。
由于采用的是平面磁控溅射，在阴极的背面放置了部分永磁体，磁场强度在30mT 左右，由于磁场的存在，电子受到洛伦兹力的影响下，被控制在靶材的表面，按照一个椭圆形的运动轨迹进行运动，大大提高了电子与氩气之间的碰撞几率，得以产生更多的 Ar＋去撞击靶材，一方面，是提高了溅射镀膜的效率，另一方面，电子经过反复碰撞后，本身的能量逐渐被消耗，最后沉积到阳极的基片上，由于这个时候的电子能量非常低，防止基片的温度升高。
三、不同工艺参数对溅射的影响
对于生产性企业，工艺参数相对比较稳定，只是在根据实际生产任务不同，所需毛坯的初值不同，也就是薄膜的厚度不同，而薄膜厚度的不同，在相同设备的基础上，可以改变的工艺参数影响最大的是溅射功率和时间，故本文只针对于溅射功率和时间的不同对溅射产生的影响进行研究。本次选取的薄膜工艺参数为：真空度 1×10-4 帕，充入氩气流量 40sccm，基片初始温度 100℃，我们选取溅射功率分别为 500W、400W、300W，溅射时间分别为 5 分、10 分、20 分、30 分，镀膜完成后再使用台阶仪对薄膜厚度进行测量，结果如表 1 所示。
将表 1 数据，按照横坐标为溅射时间，纵坐标为膜层厚度，做成较为直观的折线图如图 2 所示。
使用扫描电子显微镜放大到 5000 倍时，分别对三种溅射功率下的 ＮiＣr 薄膜层结构进行观察，考虑到溅射时间短的情况，膜层结构普遍不理想，为了不影响分析结果，本次研究选取溅射时间为 50 分钟的 ＮiＣr 薄膜膜层进行观察：当溅射功率为 500W时，ＮiＣr 薄膜膜层膜层颗粒孔径较大；当溅射功率为 400W 时，此时溅射出的 ＮiＣr 薄膜膜层连续且较致密；当溅射功率为 300W 时，ＮiＣr 薄膜膜层结构疏松，此时做膜层附着力的试验时，发现部分膜层有脱落的痕迹，表明膜层附着力差，具体见图 3、4、5 所示。
由以上数据和扫面电镜的结果可以看出，当溅射功率越大时，ＮiＣr 合金薄膜沉积速度较快，同时Ar＋获得的能量大，撞击靶材时的能量大，使得溅射出的 ＮiＣr 粒子直径较大，沉积过后膜层表面高低不平；然而，若是溅射功率太小，Ar＋本身的能量不够，撞击靶材时的能量不足，溅射出 ＮiＣr 原子能量弱，在沉积到基片上的时候，薄膜结构疏松附着力差，影响产品质量。因此，为了最终产品的稳定性，控制ＮiＣr 薄膜沉积速度有着其重要性。
四、NiCr 薄膜的湿法刻蚀
刻蚀分为干法刻蚀和湿法刻蚀，干法刻蚀是指使用等离子体与基片表面薄膜产生反应，形成挥发性物质，从而将不需要的部分刻蚀去除，其优点是可以保证细小图形的保真性，但是由于干法刻蚀设备造价较高，因此设备的投入成本比较昂贵；湿法刻蚀是将基片放入化学刻蚀液内，使没有光刻胶保护的膜层部分与化学刻蚀液产生化学反应而被剥离下来的方法，湿法刻蚀的图形保真性略差，但是对设备的要求大大降低，投入成本低。对于企业来说，一方面为了控制成本，另一方面，产品对图形的要求没有那么严格，所以选择湿法刻蚀。ＮiＣr 薄膜的刻蚀液配比如下：硫酸高铈 10 克，硝酸 20 克，水 100 毫升，水浴恒温 50℃，采用正性光刻胶做为 ＮiＣr 薄膜掩膜，采用光刻工艺形成电阻图形。为了保证最终刻蚀电阻图形能够满足产品要求，刻蚀液在使用前用玻璃棒进行充分搅拌，以保证刻蚀液的温度、浓度均匀性得到提高，刻蚀时，基片在溶液里不停的进行摆动，使基片表面薄膜与刻蚀液充分接触并保持刻蚀速度的一致性，防止由于基片接触刻蚀液的不一致，导致基片有的部位刻蚀不充分，有的部位过刻蚀，都会影响到最终的电阻图形。本次研究的刻蚀结果如图 6 所示，刻蚀后图形线条宽度与设计宽度基本一致, 图形形状也与设计图形保持一致，且均匀性满足试验要求。另外，试验中发现，当刻蚀液的温度增加时，刻蚀速度也跟着增加，但当刻蚀液温度过高时，由于刻蚀速度太剧烈，短短几秒刻蚀就可结束，就会导致表面凹凸不平，刻蚀后图像线条达不到设计要求。
五、结语
片式薄膜电阻器的生产中，镀膜和光刻是关键工艺，只有研究透这两个工艺，才能做出稳定性好的产品。本文只是对平面磁控溅射和湿法刻蚀 ＮiＣr 薄膜做了初步研究，因此还有许多工作等着技术人员做更加深入的研究。
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