CN106676479A - 一种可焊性强的GaN基LED铝电极蒸镀方法 - Google Patents
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Abstract
一种可焊性强的GaN基LED铝电极蒸镀方法，包括以下步骤：（1）将待蒸镀的晶片放置在电子束蒸发台腔室内，进行抽真空；（2）蒸镀金属Cr；（3）蒸镀金属Pt或Ti；（4）蒸镀金属Al；（5）使腔室和晶片表面冷却至室温，腔室破真空。本发明通过对金属铝蒸镀进行分阶段蒸镀，控制每个阶段蒸镀的速率和行星架的转速及方向，来得到一种性质致密，表面均匀，焊线性能较好的铝电极；步骤简便，不需要对铝层进行分层蒸镀和分层冷却即可以实现厚铝层的蒸镀，大大提升了蒸镀效率，降低了蒸镀过程来回冷却的风险比例，可用于所有电子束蒸发台的金属铝的蒸镀工艺。
Description
技术领域
本发明涉及一种使用电子束蒸发台制作GaN基LED晶片的金属电极的蒸镀方法，属于半导体加工技术领域。
背景技术
发光二极管(简称LED)，是由氮、砷、镓、磷等的化合物制作而成，是一种将电能转化为光能，通过电子与空穴的复合辐射发光的装置。根据其化学性质可以分为有机发光二极管OLED和无机发光二极管LED，现在主要有砷化镓红光二极管、磷化镓绿光二极管、氮化镓蓝光二极管碳化硅黄光二极管等。
LED被广泛认可为第四代照明光源或者绿色光源。因具有节能、环保、寿命长、体积小等各种特点，在各种背光源、普通照明、装饰、显示已经指示等领域倍大量应用，尤其近年来LED在普通照明领域被大众人群广泛接受下，整个LED行业得到了飞速的发展。
最开始的LED电极结构大多数使用黄金作为主要蒸发材料，黄金因具有非常好的稳定性导热、延展性等优点被大量使用，随着普通照明领域的大规模使用，黄金的高昂成本，让人们较难接受。这是必须寻找一种可以代替黄金且价格低廉的金属作为LED电极主要材料。金属铝因具生产成本较低金属性良好而被采用。但是金属铝，因为其自身原因制作的电极结构极易在空气中产生氧化现象，金属表面氧化严重存在表民的金属氧化层薄膜使封装厂在对电极进行封装焊线时变得极为不易，而且常常发生无法焊线、焊球脱落、挤铝等异常现象。根据金属铝在蒸镀过程中的形成规律，可以通过具体的控制电子束蒸镀成膜过程，使铝膜具有一定的可焊性。
中国专利文献CN104269484 A提出了一种LED晶片蒸镀时防止电极表面产生麻点的方法，主要是通过将蒸镀的厚铝层通过分多层蒸镀的方法，同时，在每层蒸镀之间进行充分冷却，避免蒸镀腔室温度过高而产生麻点，通过该方法蒸镀出来的铝膜，基本能够消除铝膜表面麻点的存在。该方法在一定程度改善了电极表面的易氧化程度，降低了难焊线比例。LED管芯暴露在空气中时，因铝层表面无麻点，与空气相对接触较少，降低了氧化程度，一定程度上抑制了金属铝表面氧化膜的产生,使焊线率大幅度提高。但是，通过该方法制作的铝电极表面同样存在相对粗糙和焊线率低的问题，而且在蒸镀过程中需要多次进行冷却，整个蒸镀过程消耗时间较长,使整个铝层间的粘附性降低，电极表面仍然存在难焊线问题。
鉴于此，有必要研究一种铝电极，及其电极表面可焊线较强的电极蒸镀方法。
发明内容
针对现有LED金属电极结构表面可焊性不理想的问题，本发明提供一种金属电极可焊线强的可焊性强的GaN基LED铝电极蒸镀方法，使用电子束蒸发台进行制作电极。
本发明的可焊性强的GaN基LED铝电极蒸镀方法，使用电子束蒸发台，包括以下步骤：
(1)抽真空：将待蒸镀的晶片放置在电子束蒸发台腔室内，进行抽真空，使电子束蒸发台腔室内真空度至少为6.0E-6Torr(包含)；
电子束蒸发台腔室真空值必须达到6.0E-6Torr及以上方可进行蒸镀步骤。
(2)蒸镀金属Cr：腔室达到真空值要求后,进行Cr层蒸镀，通过膜厚仪控制速率为3-6埃/秒,厚度达到10-300埃；
根据本发明优选的，金属Cr纯度不小于99.99％。
(3)蒸镀金属Pt或Ti：蒸镀金属Cr之后冷却1-5分钟，进行Pt或Ti蒸镀，速率为1-5埃/秒，厚度为300-5000埃；
根据本发明优选的，Pt或Ti的纯度不小于99.999％。
(4)蒸镀金属Al：蒸镀金属Pt或Ti之后冷却1-5分钟，进行Al层蒸镀，厚度为n埃在0-n/4厚度，蒸镀速率为3-6埃/秒，从下方看电子束蒸发台的行星架逆时针旋转，转速4-8转/分钟(rpm)；在n/4-3n/4厚度,蒸镀速率为10-25埃/秒，从下方看电子束蒸发台的行星架顺时针旋转，转速15-20转/分钟；在3n/4-n厚度，蒸镀速率为3-6埃/秒，从下方看电子束蒸发台的行星架逆时针旋转，转速4-8转/分钟；
其中：5000≤n≤50000。
根据本发明优选的，Al的纯度不小于99.999％。
金属Al的蒸镀中，适当的分阶段控制铝层蒸镀和控制每个阶段的蒸镀速率及行星架旋转方向的转速非常重要,经过本发明人研究发现前述优选适当的转速和旋转方向的配合能够提高金属铝表面的平整度和致密性，能够提高铝层表面良性,降低氧化程度和氧化速度,能够较大幅度提高金属铝的焊线性能。
(5)冷却:蒸镀Al层完成后，使腔室和晶片表面冷却至室温，腔室破真空。
Al层蒸镀完成后,必须将冷却时间控制在30分钟以上,保证腔室和晶片表面完全冷却后,才可以进行破真空充气动作，适当的冷却时间会使金属铝表面氧化变慢，能够较大幅度提高后期的电极表面的焊线。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明通过对金属铝蒸镀进行分阶段蒸镀，控制每个阶段蒸镀的速率和行星架的转速及方向，来得到一种性质致密，表面均匀，焊线性能较好的铝电极。
2.本发明步骤简便，不需要对铝层进行分层蒸镀和分层冷却即可以实现厚铝层的蒸镀，大大提升了蒸镀效率，降低了蒸镀过程来回冷却的风险比例，可用于所有电子束蒸发台的金属铝的蒸镀工艺。
附图说明
图1为本发明中GaN基LED铝电极的结构示意图。
其中：1.蓝宝石衬底，2.N型氮化镓层，3.P型氮化镓层，4.金属Cr层，5.金属Pt或Ti层，6.金属Al层。
具体实施方式
实施例1
本实施例中GaN基LED铝电极的结构如图1所示，自下至上依次包括蓝宝石衬底1、N型氮化镓层2、P型氮化镓层3、金属Cr层4、金属Pt或Ti层5和金属Al层6。使用电子束蒸发台制作金属电极，具体包括以下步骤：
(1)抽真空：将待蒸镀的晶片放置在电子束蒸发台的腔室内，进行抽真空，将电子束蒸发台腔室内真空度抽到6.0E-6Torr以上(包括6.0E-6Torr)。电子束蒸发台腔室真空值必须达到6.0E-6Torr及以上方可进行蒸镀步骤。
(2)蒸镀金属Cr：腔室达到真空值要求后，进行Cr层蒸镀，通过膜厚仪控制速率为3埃/秒，厚度100埃。金属Cr纯度为99.99％以上。
(3)蒸镀金属Pt：蒸镀金属Cr之后冷却3min后，进行Pt层蒸镀，速率3埃/秒，厚度为500埃。Pt的纯度为99.999％以上。
(4)蒸镀金属Al：蒸镀金属Pt之后冷却3min，进行Al层蒸镀，总厚度为20000埃。在0-5000埃厚度之间，蒸镀速率为5埃/秒，从下方看电子束蒸发台的行星架逆时针旋转,转速6rpm；在5000-15000埃厚度之间,蒸镀速率为15埃/秒,从下方看行星架顺时针旋转,转速18rpm；在15000-20000厚度，蒸镀速率为5埃/秒,从下方看行星架逆时针旋转,转速6rpm。Al的纯度为99.999％以上。
(5)冷却:蒸镀Al层完成后，冷却至室温，腔室破真空。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于步骤(2)、(3)和(4)，本实施例中的步骤(2)、(3)和(4)具体如下。
(2)蒸镀金属Cr：腔室达到真空值要求后，进行Cr层蒸镀，通过膜厚仪控制速率为3埃/秒，厚度100埃。
(3)蒸镀金属Ti：蒸镀金属Cr之后冷却3min后，进行Ti层蒸镀，速率3埃/秒，厚度为500埃。
(4)蒸镀金属Al：蒸镀金属Ti之后冷却3min，进行Al层蒸镀，总厚度为40000埃。在0-10000埃厚度之间，蒸镀速率为5埃/秒，从下方看电子束蒸发台的行星架逆时针旋转,转速6rpm；在10000-30000埃厚度之间,蒸镀速率为15埃/秒,从下方看行星架顺时针旋转,转速18rpm；在30000-40000厚度，蒸镀速率为5埃/秒,从下方看行星架逆时针旋转,转速6rpm。Al的纯度为99.999％以上。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处在于步骤(2)、(3)和(4)，本实施例中的步骤(2)、(3)和(4)具体如下。
(2)蒸镀金属Cr：腔室达到真空值要求后，进行Cr层蒸镀，通过膜厚仪控制速率为6埃/秒，厚度300埃。金属Cr纯度为99.99％以上。
(3)蒸镀金属Ti：蒸镀金属Cr之后冷却1min后，进行Ti层蒸镀，速率1埃/秒，厚度为300埃。
(4)蒸镀金属Al：蒸镀金属Ti之后冷却1min，进行Al层蒸镀，总厚度为5000埃。在0-1250埃厚度之间，蒸镀速率为3埃/秒，从下方看电子束蒸发台的行星架逆时针旋转,转速4rpm；在1250-3750埃厚度之间,蒸镀速率为10埃/秒,从下方看行星架顺时针旋转,转速15rpm；在3750-5000厚度，蒸镀速率为3埃/秒,从下方看行星架逆时针旋转,转速4rpm。Al的纯度为99.999％以上。
实施例4
本实施例与实施例1的不同之处在于步骤(2)、(3)和(4)，本实施例中的步骤(2)、(3)和(4)具体如下。
(2)蒸镀金属Cr：腔室达到真空值要求后，进行Cr层蒸镀，通过膜厚仪控制速率为4.5埃/秒，厚度10埃。金属Cr纯度为99.99％以上。
(3)蒸镀金属Pt：蒸镀金属Cr之后冷却5min后，进行Pt层蒸镀，速率5埃/秒，厚度为5000埃。
(4)蒸镀金属Al：蒸镀金属Pt之后冷却5min，进行Al层蒸镀，总厚度为50000埃。在0-12500埃厚度之间，蒸镀速率为6埃/秒，从下方看电子束蒸发台的行星架逆时针旋转,转速8rpm；在12500-37500埃厚度之间,蒸镀速率为25埃/秒,从下方看行星架顺时针旋转,转速20rpm；在37500-50000厚度，蒸镀速率为6埃/秒,从下方看行星架逆时针旋转,转速8rpm。Al的纯度为99.999％以上。
实施例5
本实施例蒸镀铝进行分阶段蒸镀，行星架转速和方向固定。本实施例与实施例1的不同之处在于步骤(2)、(3)和(4)，本实施例中的步骤(2)、(3)和(4)具体如下。
(2)蒸镀金属Cr：腔室达到真空值要求后,进行Cr层蒸镀,通过膜厚仪控制速率为3埃/秒,厚度100埃；
(3)蒸镀金属Pt：蒸镀金属Cr之后冷却3min后,进行Pt层蒸镀,速率3埃/秒,厚度为500埃；
(4)蒸镀金属Al：蒸镀金属Pt之后冷却3min后,进行Al层蒸镀，总厚度为10000埃。在0-2500埃厚度之间,蒸镀速率为5埃/秒；在2500-7500埃厚度之间,蒸镀速率为15埃/秒；在7500-10000埃厚度,蒸镀速率为5埃/秒，行星架转速为18rpm。
实施例6
本实施例与实施例1的不同之处在于步骤(4)，本实施例中的步骤(4)具体如下。
(4)蒸镀金属Al：蒸镀金属Ti之后冷却3min后，进行Al层蒸镀，总厚度为20000埃，蒸镀速率为15埃/秒，行星架转速为18rpm。
本实施例步骤(4)中蒸镀铝进行分阶段蒸镀，行星架转速和方向固定，速率固定。
实施例7
本实施例与实施例1的不同之处在于步骤(4)和(5)，本实施例中的步骤(4)和(5)具体如下。
(4)蒸镀金属Al：
蒸镀金属Pt之后冷却3min后，进行Al层蒸镀，总厚度为20000埃。在0-5000埃厚度之间，蒸镀速率为5埃/秒，从下方看行星架逆时针旋转，转速6rpm；在5000-15000埃厚度之间，蒸镀速率为15埃/秒，从下方看行星架顺时针旋转，转速18rpm；在15000-20000厚度，蒸镀速率为5埃/秒，从下方看行星架逆时针旋转，转速6rpm。
(5)冷却:蒸镀Al层完成后，冷却5min(未完全冷却至室温)，腔室破真空。
本实施例步骤(5)中蒸镀铝进行分阶段蒸镀，步骤(5)镀膜流程中的冷却时间仅为5min，尚未冷却至室温。
将上述各个实施例得到的电极进行焊线和推拉力测试验证，得到结果如下面表1、表2所示：
通过上述表1、表2对比，铝层分阶段蒸镀、适当改变蒸镀速率，控制行星架转速和旋转方向以及适当冷却时间，就能提高电极表面的焊线良率，可焊线的达到大幅度提高。
Claims (5)
1.一种可焊性强的GaN基LED铝电极蒸镀方法，使用电子束蒸发台，包括以下步骤：
(1)抽真空：将待蒸镀的晶片放置在电子束蒸发台腔室内，进行抽真空，使电子束蒸发台腔室内真空度至少为6.0E-6Torr；
(2)蒸镀金属Cr：腔室达到真空值要求后,进行Cr层蒸镀，通过膜厚仪控制速率为3-6埃/秒,厚度达到10-300埃；
(3)蒸镀金属Pt或Ti：蒸镀金属Cr之后冷却1-5分钟，进行Pt或Ti蒸镀，速率为1-5埃/秒，厚度为300-5000埃；
(4)蒸镀金属Al：蒸镀金属Pt或Ti之后冷却1-5分钟，进行Al层蒸镀，厚度为n埃在0-n/4厚度，蒸镀速率为3-6埃/秒，从下方看电子束蒸发台的行星架逆时针旋转，转速4-8转/分钟；在n/4-3n/4厚度,蒸镀速率为10-25埃/秒，从下方看电子束蒸发台的行星架顺时针旋转，转速15-20转/分钟；在3n/4-n厚度，蒸镀速率为3-6埃/秒，从下方看电子束蒸发台的行星架逆时针旋转，转速4-8转/分钟；
(5)冷却:蒸镀Al层完成后，使腔室和晶片表面冷却至室温，腔室破真空。
2.根据权利要求1所述的可焊性强的GaN基LED铝电极蒸镀方法，其特征是，所述金属Cr纯度不小于99.99％。
3.根据权利要求1所述的可焊性强的GaN基LED铝电极蒸镀方法，其特征是，所述Pt或Ti的纯度不小于99.999％。
4.根据权利要求1所述的可焊性强的GaN基LED铝电极蒸镀方法，其特征是，所述步骤(4)中：5000≤n≤50000。
5.根据权利要求1所述的可焊性强的GaN基LED铝电极蒸镀方法，其特征是，所述Al的纯度不小于99.999％。
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