本發(fā)明涉及一種使用電子束蒸發(fā)臺(tái)制作GaN基LED晶片的金屬電極的蒸鍍方法，屬于半導(dǎo)體加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

發(fā)光二極管(簡(jiǎn)稱(chēng)LED)，是由氮、砷、鎵、磷等的化合物制作而成，是一種將電能轉(zhuǎn)化為光能，通過(guò)電子與空穴的復(fù)合輻射發(fā)光的裝置。根據(jù)其化學(xué)性質(zhì)可以分為有機(jī)發(fā)光二極管OLED和無(wú)機(jī)發(fā)光二極管LED，現(xiàn)在主要有砷化鎵紅光二極管、磷化鎵綠光二極管、氮化鎵藍(lán)光二極管碳化硅黃光二極管等。

LED被廣泛認(rèn)可為第四代照明光源或者綠色光源。因具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)、體積小等各種特點(diǎn)，在各種背光源、普通照明、裝飾、顯示已經(jīng)指示等領(lǐng)域倍大量應(yīng)用，尤其近年來(lái)LED在普通照明領(lǐng)域被大眾人群廣泛接受下，整個(gè)LED行業(yè)得到了飛速的發(fā)展。

最開(kāi)始的LED電極結(jié)構(gòu)大多數(shù)使用黃金作為主要蒸發(fā)材料，黃金因具有非常好的穩(wěn)定性導(dǎo)熱、延展性等優(yōu)點(diǎn)被大量使用，隨著普通照明領(lǐng)域的大規(guī)模使用，黃金的高昂成本，讓人們較難接受。這是必須尋找一種可以代替黃金且價(jià)格低廉的金屬作為L(zhǎng)ED電極主要材料。金屬鋁因具生產(chǎn)成本較低金屬性良好而被采用。但是金屬鋁，因?yàn)槠渥陨碓蛑谱鞯碾姌O結(jié)構(gòu)極易在空氣中產(chǎn)生氧化現(xiàn)象，金屬表面氧化嚴(yán)重存在表民的金屬氧化層薄膜使封裝廠在對(duì)電極進(jìn)行封裝焊線時(shí)變得極為不易，而且常常發(fā)生無(wú)法焊線、焊球脫落、擠鋁等異?，F(xiàn)象。根據(jù)金屬鋁在蒸鍍過(guò)程中的形成規(guī)律，可以通過(guò)具體的控制電子束蒸鍍成膜過(guò)程，使鋁膜具有一定的可焊性。

中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)CN104269484 A提出了一種LED晶片蒸鍍時(shí)防止電極表面產(chǎn)生麻點(diǎn)的方法，主要是通過(guò)將蒸鍍的厚鋁層通過(guò)分多層蒸鍍的方法，同時(shí)，在每層蒸鍍之間進(jìn)行充分冷卻，避免蒸鍍腔室溫度過(guò)高而產(chǎn)生麻點(diǎn)，通過(guò)該方法蒸鍍出來(lái)的鋁膜，基本能夠消除鋁膜表面麻點(diǎn)的存在。該方法在一定程度改善了電極表面的易氧化程度，降低了難焊線比例。LED管芯暴露在空氣中時(shí)，因鋁層表面無(wú)麻點(diǎn)，與空氣相對(duì)接觸較少，降低了氧化程度，一定程度上抑制了金屬鋁表面氧化膜的產(chǎn)生,使焊線率大幅度提高。但是，通過(guò)該方法制作的鋁電極表面同樣存在相對(duì)粗糙和焊線率低的問(wèn)題，而且在蒸鍍過(guò)程中需要多次進(jìn)行冷卻，整個(gè)蒸鍍過(guò)程消耗時(shí)間較長(zhǎng),使整個(gè)鋁層間的粘附性降低，電極表面仍然存在難焊線問(wèn)題。

鑒于此，有必要研究一種鋁電極，及其電極表面可焊線較強(qiáng)的電極蒸鍍方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有LED金屬電極結(jié)構(gòu)表面可焊性不理想的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種金屬電極可焊線強(qiáng)的可焊性強(qiáng)的GaN基LED鋁電極蒸鍍方法，使用電子束蒸發(fā)臺(tái)進(jìn)行制作電極。

本發(fā)明的可焊性強(qiáng)的GaN基LED鋁電極蒸鍍方法，使用電子束蒸發(fā)臺(tái)，包括以下步驟：

(1)抽真空：將待蒸鍍的晶片放置在電子束蒸發(fā)臺(tái)腔室內(nèi)，進(jìn)行抽真空，使電子束蒸發(fā)臺(tái)腔室內(nèi)真空度至少為6.0E-6Torr(包含)；

電子束蒸發(fā)臺(tái)腔室真空值必須達(dá)到6.0E-6Torr及以上方可進(jìn)行蒸鍍步驟。

(2)蒸鍍金屬Cr：腔室達(dá)到真空值要求后,進(jìn)行Cr層蒸鍍，通過(guò)膜厚儀控制速率為3-6埃/秒,厚度達(dá)到10-300埃；

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，金屬Cr純度不小于99.99％。

(3)蒸鍍金屬Pt或Ti：蒸鍍金屬Cr之后冷卻1-5分鐘，進(jìn)行Pt或Ti蒸鍍，速率為1-5埃/秒，厚度為300-5000埃；

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，Pt或Ti的純度不小于99.999％。

(4)蒸鍍金屬Al：蒸鍍金屬Pt或Ti之后冷卻1-5分鐘，進(jìn)行Al層蒸鍍，厚度為n埃在0-n/4厚度，蒸鍍速率為3-6埃/秒，從下方看電子束蒸發(fā)臺(tái)的行星架逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速4-8轉(zhuǎn)/分鐘(rpm)；在n/4-3n/4厚度,蒸鍍速率為10-25埃/秒，從下方看電子束蒸發(fā)臺(tái)的行星架順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速15-20轉(zhuǎn)/分鐘；在3n/4-n厚度，蒸鍍速率為3-6埃/秒，從下方看電子束蒸發(fā)臺(tái)的行星架逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速4-8轉(zhuǎn)/分鐘；

其中：5000≤n≤50000。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，Al的純度不小于99.999％。

金屬Al的蒸鍍中，適當(dāng)?shù)姆蛛A段控制鋁層蒸鍍和控制每個(gè)階段的蒸鍍速率及行星架旋轉(zhuǎn)方向的轉(zhuǎn)速非常重要,經(jīng)過(guò)本發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)前述優(yōu)選適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向的配合能夠提高金屬鋁表面的平整度和致密性，能夠提高鋁層表面良性,降低氧化程度和氧化速度,能夠較大幅度提高金屬鋁的焊線性能。

(5)冷卻:蒸鍍Al層完成后，使腔室和晶片表面冷卻至室溫，腔室破真空。

Al層蒸鍍完成后,必須將冷卻時(shí)間控制在30分鐘以上,保證腔室和晶片表面完全冷卻后,才可以進(jìn)行破真空充氣動(dòng)作，適當(dāng)?shù)睦鋮s時(shí)間會(huì)使金屬鋁表面氧化變慢，能夠較大幅度提高后期的電極表面的焊線。

本發(fā)明具有以下有益效果：

1.本發(fā)明通過(guò)對(duì)金屬鋁蒸鍍進(jìn)行分階段蒸鍍，控制每個(gè)階段蒸鍍的速率和行星架的轉(zhuǎn)速及方向，來(lái)得到一種性質(zhì)致密，表面均勻，焊線性能較好的鋁電極。

2.本發(fā)明步驟簡(jiǎn)便，不需要對(duì)鋁層進(jìn)行分層蒸鍍和分層冷卻即可以實(shí)現(xiàn)厚鋁層的蒸鍍，大大提升了蒸鍍效率，降低了蒸鍍過(guò)程來(lái)回冷卻的風(fēng)險(xiǎn)比例，可用于所有電子束蒸發(fā)臺(tái)的金屬鋁的蒸鍍工藝。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明中GaN基LED鋁電極的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1.藍(lán)寶石襯底，2.N型氮化鎵層，3.P型氮化鎵層，4.金屬Cr層，5.金屬Pt或Ti層，6.金屬Al層。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

本實(shí)施例中GaN基LED鋁電極的結(jié)構(gòu)如圖1所示，自下至上依次包括藍(lán)寶石襯底1、N型氮化鎵層2、P型氮化鎵層3、金屬Cr層4、金屬Pt或Ti層5和金屬Al層6。使用電子束蒸發(fā)臺(tái)制作金屬電極，具體包括以下步驟：

(1)抽真空：將待蒸鍍的晶片放置在電子束蒸發(fā)臺(tái)的腔室內(nèi)，進(jìn)行抽真空，將電子束蒸發(fā)臺(tái)腔室內(nèi)真空度抽到6.0E-6Torr以上(包括6.0E-6Torr)。電子束蒸發(fā)臺(tái)腔室真空值必須達(dá)到6.0E-6Torr及以上方可進(jìn)行蒸鍍步驟。

(2)蒸鍍金屬Cr：腔室達(dá)到真空值要求后，進(jìn)行Cr層蒸鍍，通過(guò)膜厚儀控制速率為3埃/秒，厚度100埃。金屬Cr純度為99.99％以上。

(3)蒸鍍金屬Pt：蒸鍍金屬Cr之后冷卻3min后，進(jìn)行Pt層蒸鍍，速率3埃/秒，厚度為500埃。Pt的純度為99.999％以上。

(4)蒸鍍金屬Al：蒸鍍金屬Pt之后冷卻3min，進(jìn)行Al層蒸鍍，總厚度為20000埃。在0-5000埃厚度之間，蒸鍍速率為5埃/秒，從下方看電子束蒸發(fā)臺(tái)的行星架逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速6rpm；在5000-15000埃厚度之間,蒸鍍速率為15埃/秒,從下方看行星架順時(shí)針旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速18rpm；在15000-20000厚度，蒸鍍速率為5埃/秒,從下方看行星架逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速6rpm。Al的純度為99.999％以上。

(5)冷卻:蒸鍍Al層完成后，冷卻至室溫，腔室破真空。

實(shí)施例2

本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于步驟(2)、(3)和(4)，本實(shí)施例中的步驟(2)、(3)和(4)具體如下。

(2)蒸鍍金屬Cr：腔室達(dá)到真空值要求后，進(jìn)行Cr層蒸鍍，通過(guò)膜厚儀控制速率為3埃/秒，厚度100埃。

(3)蒸鍍金屬Ti：蒸鍍金屬Cr之后冷卻3min后，進(jìn)行Ti層蒸鍍，速率3埃/秒，厚度為500埃。

(4)蒸鍍金屬Al：蒸鍍金屬Ti之后冷卻3min，進(jìn)行Al層蒸鍍，總厚度為40000埃。在0-10000埃厚度之間，蒸鍍速率為5埃/秒，從下方看電子束蒸發(fā)臺(tái)的行星架逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速6rpm；在10000-30000埃厚度之間,蒸鍍速率為15埃/秒,從下方看行星架順時(shí)針旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速18rpm；在30000-40000厚度，蒸鍍速率為5埃/秒,從下方看行星架逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速6rpm。Al的純度為99.999％以上。

實(shí)施例3

本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于步驟(2)、(3)和(4)，本實(shí)施例中的步驟(2)、(3)和(4)具體如下。

(2)蒸鍍金屬Cr：腔室達(dá)到真空值要求后，進(jìn)行Cr層蒸鍍，通過(guò)膜厚儀控制速率為6埃/秒，厚度300埃。金屬Cr純度為99.99％以上。

(3)蒸鍍金屬Ti：蒸鍍金屬Cr之后冷卻1min后，進(jìn)行Ti層蒸鍍，速率1埃/秒，厚度為300埃。

(4)蒸鍍金屬Al：蒸鍍金屬Ti之后冷卻1min，進(jìn)行Al層蒸鍍，總厚度為5000埃。在0-1250埃厚度之間，蒸鍍速率為3埃/秒，從下方看電子束蒸發(fā)臺(tái)的行星架逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速4rpm；在1250-3750埃厚度之間,蒸鍍速率為10埃/秒,從下方看行星架順時(shí)針旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速15rpm；在3750-5000厚度，蒸鍍速率為3埃/秒,從下方看行星架逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速4rpm。Al的純度為99.999％以上。

實(shí)施例4

本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于步驟(2)、(3)和(4)，本實(shí)施例中的步驟(2)、(3)和(4)具體如下。

(2)蒸鍍金屬Cr：腔室達(dá)到真空值要求后，進(jìn)行Cr層蒸鍍，通過(guò)膜厚儀控制速率為4.5埃/秒，厚度10埃。金屬Cr純度為99.99％以上。

(3)蒸鍍金屬Pt：蒸鍍金屬Cr之后冷卻5min后，進(jìn)行Pt層蒸鍍，速率5埃/秒，厚度為5000埃。

(4)蒸鍍金屬Al：蒸鍍金屬Pt之后冷卻5min，進(jìn)行Al層蒸鍍，總厚度為50000埃。在0-12500埃厚度之間，蒸鍍速率為6埃/秒，從下方看電子束蒸發(fā)臺(tái)的行星架逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速8rpm；在12500-37500埃厚度之間,蒸鍍速率為25埃/秒,從下方看行星架順時(shí)針旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速20rpm；在37500-50000厚度，蒸鍍速率為6埃/秒,從下方看行星架逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速8rpm。Al的純度為99.999％以上。

實(shí)施例5

本實(shí)施例蒸鍍鋁進(jìn)行分階段蒸鍍，行星架轉(zhuǎn)速和方向固定。本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于步驟(2)、(3)和(4)，本實(shí)施例中的步驟(2)、(3)和(4)具體如下。

(2)蒸鍍金屬Cr：腔室達(dá)到真空值要求后,進(jìn)行Cr層蒸鍍,通過(guò)膜厚儀控制速率為3埃/秒,厚度100埃；

(3)蒸鍍金屬Pt：蒸鍍金屬Cr之后冷卻3min后,進(jìn)行Pt層蒸鍍,速率3埃/秒,厚度為500埃；

(4)蒸鍍金屬Al：蒸鍍金屬Pt之后冷卻3min后,進(jìn)行Al層蒸鍍，總厚度為10000埃。在0-2500埃厚度之間,蒸鍍速率為5埃/秒；在2500-7500埃厚度之間,蒸鍍速率為15埃/秒；在7500-10000埃厚度,蒸鍍速率為5埃/秒，行星架轉(zhuǎn)速為18rpm。

實(shí)施例6

本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于步驟(4)，本實(shí)施例中的步驟(4)具體如下。

(4)蒸鍍金屬Al：蒸鍍金屬Ti之后冷卻3min后，進(jìn)行Al層蒸鍍，總厚度為20000埃，蒸鍍速率為15埃/秒，行星架轉(zhuǎn)速為18rpm。

本實(shí)施例步驟(4)中蒸鍍鋁進(jìn)行分階段蒸鍍，行星架轉(zhuǎn)速和方向固定，速率固定。

實(shí)施例7

本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于步驟(4)和(5)，本實(shí)施例中的步驟(4)和(5)具體如下。

(4)蒸鍍金屬Al：

蒸鍍金屬Pt之后冷卻3min后，進(jìn)行Al層蒸鍍，總厚度為20000埃。在0-5000埃厚度之間，蒸鍍速率為5埃/秒，從下方看行星架逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速6rpm；在5000-15000埃厚度之間，蒸鍍速率為15埃/秒，從下方看行星架順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速18rpm；在15000-20000厚度，蒸鍍速率為5埃/秒，從下方看行星架逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速6rpm。

(5)冷卻:蒸鍍Al層完成后，冷卻5min(未完全冷卻至室溫)，腔室破真空。

本實(shí)施例步驟(5)中蒸鍍鋁進(jìn)行分階段蒸鍍，步驟(5)鍍膜流程中的冷卻時(shí)間僅為5min，尚未冷卻至室溫。

將上述各個(gè)實(shí)施例得到的電極進(jìn)行焊線和推拉力測(cè)試驗(yàn)證，得到結(jié)果如下面表1、表2所示：

通過(guò)上述表1、表2對(duì)比，鋁層分階段蒸鍍、適當(dāng)改變蒸鍍速率，控制行星架轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向以及適當(dāng)冷卻時(shí)間，就能提高電極表面的焊線良率，可焊線的達(dá)到大幅度提高。