CN113652650A - 减少金膜表面颗粒的电子束蒸发镀金方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体技术领域，公开了一种减少金膜表面颗粒的电子束蒸发镀金方法，预熔；预熔功率=第三段平稳蒸镀对应的功率±2%，预熔时间0.5min~4min；过渡；过渡功率=第一段蒸镀功率对应的功率P1±2%，爬升和稳定时间20s~1min；三段蒸镀，第一段蒸镀：镀率R1，对应的功率P1，控制蒸镀时间0.5min~3min；第二段蒸镀：镀率R2，对应的功率P2，控制蒸镀时间0.5min~3min；第三段平稳蒸镀：镀率为R3，对应的功率P3，控制蒸镀厚度TH3为5KÅ‑20KÅ；P3≥P2≥P1；R1＜R2＜R3。本发明提出了预熔功率、过渡功率与平稳蒸镀阶段对应的功率选择关系和三段蒸镀，保证蒸镀过程中功率和镀率的稳定，减少蒸镀过程中在金膜表面产生的颗粒，进而改善芯片外观，提高芯片可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种减少金膜表面颗粒的电子束蒸发镀金方法。
背景技术
LED作为第四代照明由于其功耗低、体积小、可靠性高、寿命高等优点，被广泛应用在车灯、显示、背光乃至光通信等领域。但是随着LED运用领域的上游化，对LED芯片可靠性和散热性提出了更高要求，其中电极蒸镀好坏将直接影响LED可靠性和散热性。
常见电极制备多采用富临电子束蒸镀模式，采用Cr/Al/Ti/Ni/PT/Au等金属的电极结构，底层多采用粘附性较好的Cr、Ti等材料，保证金属与ITO/GaN的粘附性。第二层采用Al、Ag等高反射率材料，可实现将经过电极的光反射回芯片内部，进而提高芯片的外量子效率。第三层可选择Ti、Ni、Pt等建立金属缓冲层，增加电极耐温性，由于Au金属具有不易氧化，不易和酸碱反应等化学性质，常用来作为金属保护层，防止下层金属氧化或球聚等，因此，Au一般作为电极最顶层。但是，目前大量研究更多关注于电极结构或蒸发时镀率、功率、真空等对电性或老化影响，很少关注于金属蒸发外观异常问题。
金属Au在电极中一般厚度最厚，常见厚度5K Å ~30K Å等，因而蒸镀过程中出现异常概率高，如果蒸镀过程中出现金属颗粒，杂质等，易导致绝缘层断裂，从而导致漏电，死灯、老化失效等现象。在Au电子束蒸发过程中，受黄金纯度，受热不均、蒸镀工艺等因素影响会产生颗粒黑点，这些黑点不仅会影响芯片的外观，而且对产品质量好坏尤为重要。黄金颗粒的产生对于正装产品可直接影响打线的好坏，对于倒装产品电极蒸镀的平整性对后面膜层的覆盖具有重要影响，如绝缘层脱落可导致芯片漏电，老化失效等后果。 特别地，在 ODR产品结构中，至少包含三层以上电极结构，金属反射层占芯片面积＞50%以上，金属颗粒的出现概率剧增，对芯片可靠性具有重大影响。
在实际工业生产中，多采用5N的黄金颗粒，颗粒中本身会存在部分杂质，可能会导致产生少量颗粒，但是在蒸镀参数稳定无异常时，存在极少量小颗黑点，满足工业生产需求。当蒸镀过程中如黄金预熔未完全融化、蒸镀过程中坩埚受热不均、黄金坩埚开裂、功率过高，镀率不稳等情况，导致黄金飞溅，致使芯片整面黑点，如图1所示。
中国专利202011287701.X公开了一种电子束蒸发镀Au的方法，通过两步预熔使Au在蒸镀前充分融化，减少蒸镀过程中黑点出现概率。202011287701.X技术着重于黄金的预熔，对于后续蒸镀并未涉及，特别是蒸镀过程中功率和镀率的稳定性，该技术采用手动预熔和两步预熔方式，其目的清除黄金颗粒中的部分杂志和保证充分预熔，该方式对黄金颗粒改善具有一定效果，但是并未对蒸镀过程中可能产生金属颗粒进行分析和研究。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种减少金膜表面颗粒的电子束蒸发镀金方法，提出了预熔功率与平稳蒸镀功率选择关系和三段蒸镀，对三段蒸镀过程的具体参数进行优化，保证蒸镀过程中功率和镀率的稳定，尽可能减少蒸镀过程中在金膜表面产生的颗粒，进而改善芯片外观，提高芯片可靠性。
技术方案：本发明提供了一种减少金膜表面颗粒的电子束蒸发镀金方法，包括以下步骤：S1:预热：预热功率7%~12%，预热时间45s~2min；S2：预熔；预熔功率=第三段平稳蒸镀阶段对应的功率P3±2%，预熔时间为0.5min~4min；S3：过渡：过渡功率=P1±2%，所述过渡功率爬升和稳定时间为20s~1min；S4：三段蒸镀，第一段蒸镀：镀率为R1，对应的功率为P1，控制蒸镀时间为0.5min~3min；第二段蒸镀：镀率为R2，对应的功率为P2，控制蒸镀时间为0.5min~3min；所述第三段平稳蒸镀：镀率为R3，对应的功率为P3，控制蒸镀厚度TH3为5KÅ-20KÅ；其中，P3≥P2≥P1；R1＜R2＜R3。
优选地，过渡功率＜预熔功率，避免第一段蒸镀过冲和保证功率可平稳上升。
优选地，所述第三段平稳蒸镀对应的功率P3为14%~18%。
优选地，所述三段蒸镀过程中，相邻两段蒸镀的镀率增加量2Å/S≤△R≤5Å/S，相邻两段蒸镀的功率增加量△P≤6%。这样设计可保证每段蒸镀的镀率平稳上升，保证每段蒸镀的功率平稳上升，保证蒸镀过程中功率和镀率的稳定，尽可能减少蒸镀过程中在金膜表面产生的颗粒，进而改善芯片外观，提高芯片可靠性。
优选地，所述第一段蒸镀的镀率R1为1 Å/S~5 Å/S，爬升时间为0.5min-2min，保持时间为1min-3min，控制模式为时间控制；所述第二段蒸镀的镀率R2为3 Å/S~8 Å/S，爬升时间为0.5min-2min，保持时间为1min-3min，控制模式为时间控制；所述第三段平稳蒸镀的镀率R3为5 Å/S~12 Å/S；爬升时间为0.5min~1.5min，保持至蒸镀厚度为电极总金厚度时为止，控制模式为膜厚控制。每段蒸镀的镀率爬升时间应设置合理，避免在规定时间内未达到设定镀率，当爬升过快或过慢时，搭配机台参数PID反馈控制进行综合设置；响应过快，减小P和I值，响应过慢，增加P和I值；镀率设置三段方式不唯一，可合理搭配，如，1 Å/S→3 Å/S→5Å/S，2 Å/S→4 Å/S→7Å/S，3Å/S→4 Å/S→7Å/S等。
优选地，所述第一段蒸镀的蒸镀厚度为TH1，所述第二段蒸镀的蒸镀厚度为TH2，则，TH1≤TH2＜TH3。
优选地，在所述三段蒸镀过程中，电子枪选用点状光斑方式，点状扫描范围为镀源坩埚半径的10%-25%。为避免蒸镀过程中形成巨大深坑，蒸镀过程中需保证电子枪能量集中，选用电子枪光斑形貌为点状光斑，能量更集中不易分散，可实现更低功率的蒸镀，但是由于点状光斑面积小，可能导致镀源受热不均，出现中间和边缘热量差异过大。因此，需要搭配一定范围的扫描，保证尽量保证镀源充分融化，避免蒸发源形成凹坑，导致功率上升。
有益效果：本方法中，预热功率不可太高，避免炸源或溅源，将第三段平稳蒸镀阶段对应的功率作为预熔功率，以保证预熔时间不至于过长，造成预熔耗量过高；预熔使Au由固态颗粒变成液态，预熔功率越低，预熔时间越长，越可保证Au充分融化，但是过低的功率和过长的时间，会增加Au耗量，本方法调整预熔功率为14%-18%，预熔时间为0.5min~4min，能够保证Au充分熔化的同时，尽量减少Au耗量。
功率偏高会加剧Au颗粒物的产生，为保证稳定蒸镀，本方法提出三段蒸镀方式，三段蒸镀的功率呈现逐渐增加趋势，功率从小到大的蒸镀方式保证最后一段蒸镀功率（平稳蒸镀阶段对应的功率P3）不易过大，保证蒸镀过程平稳，避免Au蒸镀过程中过热或过冷导致液滴溢出或溅出（直接效果），进而起到了电极外观改善，可靠性提升的效果（最终效果）。
因Au镀率越快，Au耗量相对会降低，但最开始过快，功率为匹配相应的镀率，功率会上升很快，容易造成镀率过冲现象。所以本申请提出三段式蒸镀方法，先用低镀率（第一段蒸镀和第二段蒸镀）蒸镀0.5min~3min（前两段蒸镀采用时间控制），然后再上升至稳定镀率（平稳蒸镀），通过该稳定镀率蒸镀金膜至电极所需总金膜厚度（通常为5KÅ -20K Å），该总金膜厚度根据电极设计需要而设定（平稳蒸镀阶段采用厚度控制）。
本方法具有很强的操作性，适用于Au蒸镀的工艺环节，产品不局限于倒装ODR结构，同样适用于正装、高压和垂直结构，具有很强的适用性和可操作性、该项技术实施具有便捷性等优点。
该发明适用于电极蒸镀的全过程，对蒸镀设备无明确要求，具体参数视机台参数而定，该发明的参数设定为富临单腔单泵机台，涉及金属蒸镀该项发明均具有一定的适用性，且操作简单灵活。该项技术适用于所有具有电极蒸镀的LED产品，适用范围广。
附图说明
图1为现有技术中蒸镀过程中黑点异常外观图片；
图2为本发明汇总黄金蒸镀镀率log曲线；
图3为本发明汇总黄金蒸镀功率log曲线；
图4本发明方法蒸镀出的正常外观图片；
图5为对异常外观与正常外观的VF1和VF2测试数据比较示意图；
图6为对异常外观和正常外观进行AOI外观检测结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的介绍。
实施方式1：
本实施方式所有参数均基于富临金属蒸镀机台，黄金坩埚为原厂标准配件，电子枪的电压为10KV，最大功率为10KW。蒸镀过程中，电子枪光斑选用点状扫描光斑；点状扫描范围为镀源坩埚半径R的15%。具体蒸镀参数因机型和坩埚不同，绝对参数略有差异，功率表述为最大功率的百分比。具体蒸镀过程如下：
黄金预热功率：预热功率为10%，预热时间为1min。
黄金预熔：预熔功率为17%，预熔时间T为1min30s。
过渡：过渡功率为13%，过渡功率爬升时间20s，稳定时间40s。
三段蒸镀：
第一段蒸镀：设置蒸镀时的镀率R1为2 Å/S（系统根据镀率自动调节后对应的功率为P1），爬升时间1min，保持时间2min，控制模式为时间控制。
第二段蒸镀：设置蒸镀时的镀率R2为4 Å/S（系统根据镀率自动调节后对应的功率为P2），爬升时间1min，保持时间2min，控制模式为时间控制。
第三段平稳蒸镀：设置蒸镀时的镀率R3为7 Å/S（系统根据镀率自动调节后对应的功率为P3），爬升时间1min，蒸镀厚度为12 KÅ，控制模式为膜厚控制方式。
上述三段蒸镀过程中的蒸镀镀率散点图如图2，蒸镀功率散点图如图3，本实施例蒸镀过程中功率稳定。
通过上述方法蒸镀的产品的电极外观图如图4，可见通过本实施方式中的蒸镀方法蒸镀的电极上的金膜无颗粒，外观良好。
实施方式2：
本实施方式与实施方式1大致相同，不同点仅在于，第一段蒸镀的镀率为3 Å/S，第二段蒸镀的镀率为4Å/S，第三段平稳蒸镀的镀率为7Å/S。
除此之外，本实施方式与实施方式1完全相同，此处不做赘述。
实施方式3：
本实施方式与实施方式1大致相同，不同点仅在于，第一段蒸镀的镀率为1 Å/S，第二段蒸镀的镀率为3Å/S，第三段平稳蒸镀的镀率为5Å/S。本实施方式适用于Au厚度相对偏薄的电极，否则黄金耗量太高。
除此之外，本实施方式与实施方式1完全相同，此处不做赘述。
对通过上述实施方式1至3的方法蒸镀得到如图4所示具有正常外观的芯片、以及通过现有技术蒸镀如图1所示的具有异常外观的芯片分别进行性能测试，测试结果如图5和6。
图5测试数据中，VF2为LED的正常工作电压，测试电流为225mA，VF1为LED小电流测试电压，测试电流为1μA。图5说明黄金蒸镀过程中黄金功率过高时，造成的大量黑点颗粒导致芯片漏电，原因可能在于Au蒸镀过程中翘起，导致绝缘层披覆断裂或披覆不好，从而导致漏电。
图6为对异常外观和正常外观（图1和图4所示）进行AOI外观检测，纵坐标为AOI良率结果，设置三种检测规则，从数据结果看，图4所示外观AOI良率＞90%，图4在标准一的检验结果基本接近零，也说明了黄金颗粒蒸镀好坏的重要性。
具体规则如下：
标准一：颗粒尺寸≥7piex且颗粒数≥5，即判定为异常。
标准二：颗粒尺寸≥12piex且颗粒数≥5，即判定为异常。
标准三：颗粒尺寸≥12piex且颗粒数≥2，即判定为异常。
特别说明：1piex尺寸为1.5μm；
本实施案例中AOI的卡控标准比正常出货标准严苛，也说明了实施例的重要性。
上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种减少金膜表面颗粒的电子束蒸发镀金方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：预热：预热功率7%~12%，预热时间45s~2min；
S2：预熔：预熔功率=第三段平稳蒸镀阶段对应的功率P3±2%，预熔时间为0.5min~4min；
S3: 过渡：过渡功率=第一段蒸镀阶段对应的功率P1±2%，所述过渡功率爬升和稳定时间为20s~1min；
S4：三段蒸镀
第一段蒸镀：镀率为R1，对应的功率为P1，控制蒸镀时间为0.5min~3min；
第二段蒸镀：镀率为R2，对应的功率为P2，控制蒸镀时间为0.5min~3min；
所述第三段平稳蒸镀：镀率为R3，对应的功率为P3，控制蒸镀厚度TH3为5KÅ-20KÅ；其中，P3≥P2≥P1；R1＜R2＜R3。
2.根据权利要求1所述的减少金膜表面颗粒的电子束蒸发镀金方法，其特征在于，所述第三段平稳蒸镀对应的功率P3为14%~18%。
3.根据权利要求1所述的减少金膜表面颗粒的电子束蒸发镀金方法，其特征在于，所述三段蒸镀过程中，相邻两段蒸镀的镀率增加量2Å/S≤△R≤5Å/S，相邻两段蒸镀的功率增加量△P≤6%。
4. 根据权利要求1所述的减少金膜表面颗粒的电子束蒸发镀金方法，其特征在于，所述第一段蒸镀的镀率R1为1 Å/S~5 Å/S，爬升时间为0.5min-2min，保持时间为1min-3min，控制模式为时间控制。
5. 根据权利要求1所述的减少金膜表面颗粒的电子束蒸发镀金方法，其特征在于，所述第二段蒸镀的镀率R2为3 Å/S~8 Å/S，爬升时间为0.5min-2min，保持时间为1min-3min，控制模式为时间控制。
6. 根据权利要求1所述的减少金膜表面颗粒的电子束蒸发镀金方法，其特征在于，所述第三段平稳蒸镀的镀率R3为5 Å/S~12 Å/S；爬升时间为0.5min~1.5min，保持至蒸镀厚度为电极总金厚度时为止，控制模式为膜厚控制。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的减少金膜表面颗粒的电子束蒸发镀金方法，其特征在于，所述第一段蒸镀的蒸镀厚度为TH1，所述第二段蒸镀的蒸镀厚度为TH2，则，TH1≤TH2＜TH3。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的减少金膜表面颗粒的电子束蒸发镀金方法，其特征在于，在所述三段蒸镀过程中，电子枪选用点状扫描光斑方式，点状扫描范围为镀源坩埚半径的10%-25%。
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