减少金膜表面颗粒的电子束蒸发镀金方法
阅读说明：本技术 减少金膜表面颗粒的电子束蒸发镀金方法 (Electron beam evaporation gold plating method for reducing gold film surface particles ) 是由 李冬梅 陈天峰 王思博 廖汉忠 于 2021-08-20 设计创作，主要内容包括：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5K??-20K??；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。(The invention relates to the technical field of semiconductors, and discloses an electron beam evaporation gold plating method for reducing particles on the surface of a gold film, which comprises the steps of pre-melting; the premelting power = the power +/-2% corresponding to the stable evaporation of the third section, and the premelting time is 0.5-4 min; transition; transition power = power P1 +/-2% corresponding to the first section of evaporation power, and climbing and stabilizing time is 20 s-1 min; three-stage evaporation, first-stage evaporation: the plating rate R1 and the corresponding power P1 control the evaporation time to be 0.5-3 min; and (3) second-stage evaporation: the plating rate R2 and the corresponding power P2 control the evaporation time to be 0.5-3 min; and (3) third-stage stable evaporation: the plating rate is R3, the corresponding power is P3, and the evaporation thickness TH3 is controlled to be 5K A-20K A; p3 is more than or equal to P2 is more than or equal to P1; r1 < R2 < R3. The invention provides the power selection relation and three-stage evaporation corresponding to the pre-melting power, the transition power and the stable evaporation stage, ensures the stability of the power and the plating rate in the evaporation process, reduces particles generated on the surface of a gold film in the evaporation process, further improves the appearance of a chip and improves the reliability of the chip.)
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。