CN102330057A - 硬质材质半导体元器件的金属钌薄膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种硬质金属材质半导体元器件的金属钌薄膜的制备方法，运用了两种技术，分别为用于实现产品均匀粗糙度的反应离子刻蚀技术和用于金属钌涂层沉积的磁控溅射技术。本发明的有益效果主要体现在：与传统的工艺相比，新的工艺方法只需要在一个设备中完成；而且硬质金属材质半导体元器件的表面粗糙度非常均匀；成本低，而且无污染环境之危害。

Description

硬质材质半导体元器件的金属钌薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种半导体元器件表面涂层处理方法，尤其涉及一种硬质金属材质半导体元器件的金属钌薄膜的制备方法。
背景技术
需要处理的工件系如材质为金属钼的半导体元器件，采用的材质金属钼为一种非常硬的金属，对表面的粗糙度在均匀性上有较严格的要求，传统的实现粗糙度的方法为喷砂法，但此种工艺方法无论是在成本较高上还是在产品的良率都存在较为严重的问题。
而且硬质金属材质半导体元器件在使用过程中会经受非常恶劣的环境考验，其对耐腐蚀性有非常高的要求。要解决耐腐蚀性的要求，在表面做一层金属钌的涂层是最好的解决方案。长期以来，这一金属涂层都是采用电镀的工艺来实现，但众所周知电镀对环境的污染问题非常严重，而且很难达到良好的均匀涂层指标。
发明内容
本发明的目的在于解决上述的技术问题，提供一种主要利用离子刻蚀和磁控溅射镀膜的技术来完成硬质金属材质半导体元器件的金属钌薄膜的制备方法，以实现减低成本和提高产品良率的目的。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种硬质材质半导体元器件的金属钌薄膜的制备方法，包括以下步骤：
第一，对研磨抛光后的半导体元器件进行超声波清洗和氮气吹干；
第二，将清洗完毕的半导体元器件安装于专用夹具上，需要处理的表面向外；
第三，将真空镀膜室抽至1*10-4pa以上的真空度；
第四，向真空镀膜室中通入高纯氩气和高纯四氟化碳气体，所述氩气和四氟化碳气体的流量分别为Ar-30sccm，CF4-120sccm；
第五，开启刻蚀电极的电源，开始对半导体元器件进行反应离子刻蚀；离子刻蚀过程中，施加在刻蚀电极上的直流电压功率为2kW～4kW；离子刻蚀的时间为80分钟；
第六，结束反应离子刻蚀后，重新将真空室抽气至1*10-4pa以上的真空度；
第七，向真空镀膜室中通入高纯氩气，并保持真空度在1.5Pa至2.5Pa之间；
第八，开启带有钌靶的磁控溅射阴极，开始沉积金属钌的镀膜工艺，沉积时施加在阴极靶上的电源功率的功率密度为10～15W/cm2，直至金属钌沉积涂层厚度500nm～700nm之间为止。
优选的，所述硬质材质半导体元器件的的材质为金属钼。
优选的，所述专用夹具为一垂直设置于支架的平板，所述专用夹具上设于用于紧固半导体元器件的紧固螺钉，所述支架设于所述真空镀膜室并相对固定连接于一转轴。
优选的，所述同一个专用夹具上紧固有至少两个待加工的半导体元器件。
优选的，所述高纯氩气和高纯四氟化碳气体均为5N以上的纯度。
优选的，若需双面刻蚀所述半导体元器件，在所述第五和第六步骤之间还包括将半导体元器件倒置使其另一未处理的表面向外的步骤，并重复第三至第五步骤。
优选的，若所述半导体元器件需双面镀膜，在所述第八步骤后还包括将半导体元器件倒置使其另一未处理的表面向外的步骤，并重复第六至第八步骤。
本发明的有益效果主要体现在：本发明运用了两种技术，分别为用于实现产品均匀粗糙度的反应离子刻蚀技术和用于金属钌涂层沉积的磁控溅射技术。与传统的工艺相比，新的工艺方法只需要在一个设备中完成；而且硬质金属材质半导体元器件的表面粗糙度非常均匀；成本低，而且无污染环境之危害。
附图说明
图1：本发明硬质金属材质半导体元器件的金属钌薄膜的制备系统示意图。
具体实施方式
有关本发明之前述及其它技术内容、特点与功效，在以下之一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。
目前常用的PVD镀膜技术主要分为三类，真空蒸发镀膜、真空溅射镀和真空离子束镀膜。其中，真空溅射镀膜是用高能粒子轰击固体表面时能使固体表面的粒子获得能量并逸出表面，沉积在基板上。真空离子束镀膜是指：在真空环境下(真空度为1*10-1Pa～5*10-1Pa)，被引入的气体在离子束的电磁场共同作用下被离化。被离化的离子在离子束和基片之间的电场作用下被加速，并以高能粒子的形式轰击或沉积在基片上。被引入的气体根据工艺的需要，可能为Ar，N2或C2H2等，从而完成离子刻蚀清洗和离子束沉积等工艺。
本发明优选实施例的需要处理的工件系材质为金属钼的半导体元器件，其工艺中运用了两种技术用于实现产品均匀粗糙度的反应离子刻蚀技术和用于金属钌涂层沉积的磁控溅射技术。
本发明以尺寸为
Figure BSA00000516717500031
厚度为2.5～3.5mm的金属圆片状材质为金属钼的为例，其初始时表面粗糙度为Ra0.2～0.3。
首先将该半导体元器件装夹于一真空镀膜室内，如图1所示，所述真空镀膜室1内设于阴极7、相互固定连接的转轴2和支架3，所述支架3上垂直设有若干个专用夹具4，所述专用夹具4为一平板，所述专用夹具4上设于用于紧固半导体元器件5的紧固螺钉6。本例中，所述同一个专用夹具4上紧固有四个待加工的半导体元器件。
接着开始反应离子刻蚀和金属钌涂层沉积工艺。具体为：
第一，对研磨抛光后的半导体元器件进行超声波清洗和氮气吹干；
第二，将清洗完毕的半导体元器件安装于专用夹具上，需要处理的表面向外；
第三，将真空镀膜室抽至1*10-4pa以上的真空度；
第四，向真空镀膜室中通入高纯氩气(5N以上的纯度)和高纯四氟化碳气体(5N以上的纯度)，所述氩气和四氟化碳气体的流量分别为Ar-30sccm，CF4-120sccm；
第五，开启刻蚀电极的电源，开始对半导体元器件进行反应离子刻蚀；离子刻蚀过程中，施加在刻蚀电极上的直流电压功率为2kW～4kW；离子刻蚀的时间为80分钟；
第六，若需双面刻蚀所述半导体元器件，则将半导体元器件倒置使其另一未处理的表面向外，并重复第三至第五步骤；
第七，结束反应离子刻蚀后，重新将真空室抽气至1*10-4pa以上的真空度；
第八，向真空镀膜室中通入高纯氩气，并保持真空度在1.5Pa至2.5Pa之间；
第九，开启带有钌靶的磁控溅射阴极，开始沉积金属钌的镀膜工艺，沉积时施加在阴极靶上的电源功率的功率密度为10～15W/cm2，直至金属钌沉积涂层厚度500nm～700nm之间为止。
第十，若所述半导体元器件需双面镀膜，则将半导体元器件倒置使其另一未处理的表面向外，并重复第七至第九步骤。
与传统的工艺相比，新的工艺方法只需要在一个设备中完成；完成所述半导体元器件的双面镀膜对产品进行翻转装夹，重复刻蚀和镀膜的工艺即可实现。加工后的半导体元器件表面粗糙度在Ra0.7～0.8，金属钌涂层厚度500nm～700nm。同一片上涂层各测试点厚度与该片上涂层的平均厚度相差＜±10％。
测试结果(100片对比产品)                表1
Figure BSA00000516717500051
从表1中可以看出：与传统的工艺相比，新的工艺方法所制备的硬质金属材质半导体元器件的表面粗糙度非常均匀；成本低，而且涂层也完全达到良好的均匀涂层指标。
尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施方式，但是本领域的普通技术人员将意识到，在不脱离由所附的权利要求书公开的本发明的范围和精神的情况下，各种改进、增加以及取代是可能的。

Claims (7)

1.一种硬质材质半导体元器件的金属钌薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一，对研磨抛光后的半导体元器件进行超声波清洗和氮气吹干；
第二，将清洗完毕的半导体元器件安装于专用夹具上，需要处理的表面向外；
第三，将真空镀膜室抽至1*10-4Pa以上的真空度；
第四，向真空镀膜室中通入高纯氩气和高纯四氟化碳气体，所述氩气和四氟化碳气体的流量分别为Ar-30sccm，CF4-120sccm；
第五，开启刻蚀电极的电源，开始对半导体元器件进行反应离子刻蚀；离子刻蚀过程中，施加在刻蚀电极上的直流电压功率为2kW～4kW；离子刻蚀的时间为80分钟；
第六，结束反应离子刻蚀后，重新将真空室抽气至1*10-4Pa以上的真空度；
第七，向真空镀膜室中通入高纯氩气，并保持真空度在1.5Pa至2.5Pa之间；
第八，开启带有钌靶的磁控溅射阴极，开始沉积金属钌的镀膜工艺，沉积时施加在阴极靶上的电源功率的功率密度为10～15W/cm2，直至金属钌沉积涂层厚度500nm～700nm之间为止。
2.根据权利要求1所述的硬质材质半导体元器件的金属钌薄膜的制备方法，其特征在于：所述硬质材质半导体元器件的的材质为金属钼。
3.根据权利要求1所述的硬质材质半导体元器件的金属钌薄膜的制备方法，其特征在于：所述专用夹具为一垂直设置于支架的平板，所述专用夹具上设于用于紧固半导体元器件的紧固螺钉，所述支架设于所述真空镀膜室并相对固定连接于一转轴。
4.根据权利要求3所述的硬质材质半导体元器件的金属钌薄膜的制备方法，其特征在于：所述同一个专用夹具上紧固有至少两个待加工的半导体元器件。
5.根据权利要求1所述的硬质材质半导体元器件的金属钌薄膜的制备方法，其特征在于：所述高纯氩气和高纯四氟化碳气体均为5N以上的纯度。
6.根据权利要求1所述的硬质材质半导体元器件的金属钌薄膜的制备方法，其特征在于：若需双面刻蚀所述半导体元器件，在所述第五和第六步骤之间还包括将半导体元器件倒置使其另一未处理的表面向外的步骤，并重复第三至第五步骤。
7.根据权利要求6所述的硬质材质半导体元器件的金属钌薄膜的制备方法，其特征在于：若所述半导体元器件需双面镀膜，在所述第八步骤后还包括将半导体元器件倒置使其另一未处理的表面向外的步骤，并重复第六至第八步骤。
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