本發明涉及一種使用電子束蒸發臺制作GaN基LED晶片的金屬電極的蒸鍍方法，屬于半導體加工技術領域。
背景技術：
發光二極管(簡稱LED)，是由氮、砷、鎵、磷等的化合物制作而成，是一種將電能轉化為光能，通過電子與空穴的復合輻射發光的裝置。根據其化學性質可以分為有機發光二極管OLED和無機發光二極管LED，現在主要有砷化鎵紅光二極管、磷化鎵綠光二極管、氮化鎵藍光二極管碳化硅黃光二極管等。
LED被廣泛認可為第四代照明光源或者綠色光源。因具有節能、環保、壽命長、體積小等各種特點，在各種背光源、普通照明、裝飾、顯示已經指示等領域倍大量應用，尤其近年來LED在普通照明領域被大眾人群廣泛接受下，整個LED行業得到了飛速的發展。
最開始的LED電極結構大多數使用黃金作為主要蒸發材料，黃金因具有非常好的穩定性導熱、延展性等優點被大量使用，隨著普通照明領域的大規模使用，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格低廉的金屬作為LED電極主要材料。金屬鋁因具生產成本較低金屬性良好而被采用。但是金屬鋁，因為其自身原因制作的電極結構極易在空氣中產生氧化現象，金屬表面氧化嚴重存在表民的金屬氧化層薄膜使封裝廠在對電極進行封裝焊線時變得極為不易，而且常常發生無法焊線、焊球脫落、擠鋁等異常現象。根據金屬鋁在蒸鍍過程中的形成規律，可以通過具體的控制電子束蒸鍍成膜過程，使鋁膜具有一定的可焊性。
中國專利文獻CN104269484 A提出了一種LED晶片蒸鍍時防止電極表面產生麻點的方法，主要是通過將蒸鍍的厚鋁層通過分多層蒸鍍的方法，同時，在每層蒸鍍之間進行充分冷卻，避免蒸鍍腔室溫度過高而產生麻點，通過該方法蒸鍍出來的鋁膜，基本能夠消除鋁膜表面麻點的存在。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，因鋁層表面無麻點，與空氣相對接觸較少，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生,使焊線率大幅度提高。但是，通過該方法制作的鋁電極表面同樣存在相對粗糙和焊線率低的問題，而且在蒸鍍過程中需要多次進行冷卻，整個蒸鍍過程消耗時間較長,使整個鋁層間的粘附性降低，電極表面仍然存在難焊線問題。
鑒于此，有必要研究一種鋁電極，及其電極表面可焊線較強的電極蒸鍍方法。
技術實現要素：
針對現有LED金屬電極結構表面可焊性不理想的問題，本發明提供一種金屬電極可焊線強的可焊性強的GaN基LED鋁電極蒸鍍方法，使用電子束蒸發臺進行制作電極。
本發明的可焊性強的GaN基LED鋁電極蒸鍍方法，使用電子束蒸發臺，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臺腔室內，進行抽真空，使電子束蒸發臺腔室內真空度至少為6.0E-6Torr(包含)；
電子束蒸發臺腔室真空值必須達到6.0E-6Torr及以上方可進行蒸鍍步驟。
(2)蒸鍍金屬Cr：腔室達到真空值要求后,進行Cr層蒸鍍，通過膜厚儀控制速率為3-6埃/秒,厚度達到10-300埃；
根據本發明優選的，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，進行Pt或Ti蒸鍍，速率為1-5埃/秒，厚度為300-5000埃；
根據本發明優選的，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臺的行星架逆時針旋轉，轉速4-8轉/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臺的行星架順時針旋轉，轉速15-20轉/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臺的行星架逆時針旋轉，轉速4-8轉/分鐘；
其中：5000≤n≤50000。
根據本發明優選的，Al的純度不小于99.999％。
金屬Al的蒸鍍中，適當的分階段控制鋁層蒸鍍和控制每個階段的蒸鍍速率及行星架旋轉方向的轉速非常重要,經過本發明人研究發現前述優選適當的轉速和旋轉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,才可以進行破真空充氣動作，適當的冷卻時間會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。
本發明具有以下有益效果：
1.本發明通過對金屬鋁蒸鍍進行分階段蒸鍍，控制每個階段蒸鍍的速率和行星架的轉速及方向，來得到一種性質致密，表面均勻，焊線性能較好的鋁電極。
2.本發明步驟簡便，不需要對鋁層進行分層蒸鍍和分層冷卻即可以實現厚鋁層的蒸鍍，大大提升了蒸鍍效率，降低了蒸鍍過程來回冷卻的風險比例，可用于所有電子束蒸發臺的金屬鋁的蒸鍍工藝。
附圖說明
圖1為本發明中GaN基LED鋁電極的結構示意圖。
其中：1.藍寶石襯底，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。
具體實施方式
實施例1
本實施例中GaN基LED鋁電極的結構如圖1所示，自下至上依次包括藍寶石襯底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。使用電子束蒸發臺制作金屬電極，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臺的腔室內，進行抽真空，將電子束蒸發臺腔室內真空度抽到6.0E-6Torr以上(包括6.0E-6Torr)。電子束蒸發臺腔室真空值必須達到6.0E-6Torr及以上方可進行蒸鍍步驟。
(2)蒸鍍金屬Cr：腔室達到真空值要求后，進行Cr層蒸鍍，通過膜厚儀控制速率為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臺的行星架逆時針旋轉,轉速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針旋轉,轉速18rpm；在15000-20000厚度，蒸鍍速率為5埃/秒,從下方看行星架逆時針旋轉,轉速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。
實施例2
本實施例與實施例1的不同之處在于步驟(2)、(3)和(4)，本實施例中的步驟(2)、(3)和(4)具體如下。
(2)蒸鍍金屬Cr：腔室達到真空值要求后，進行Cr層蒸鍍，通過膜厚儀控制速率為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臺的行星架逆時針旋轉,轉速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針旋轉,轉速18rpm；在30000-40000厚度，蒸鍍速率為5埃/秒,從下方看行星架逆時針旋轉,轉速6rpm。Al的純度為99.999％以上。
實施例3
本實施例與實施例1的不同之處在于步驟(2)、(3)和(4)，本實施例中的步驟(2)、(3)和(4)具體如下。
(2)蒸鍍金屬Cr：腔室達到真空值要求后，進行Cr層蒸鍍，通過膜厚儀控制速率為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臺的行星架逆時針旋轉,轉速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針旋轉,轉速15rpm；在3750-5000厚度，蒸鍍速率為3埃/秒,從下方看行星架逆時針旋轉,轉速4rpm。Al的純度為99.999％以上。
實施例4
本實施例與實施例1的不同之處在于步驟(2)、(3)和(4)，本實施例中的步驟(2)、(3)和(4)具體如下。
(2)蒸鍍金屬Cr：腔室達到真空值要求后，進行Cr層蒸鍍，通過膜厚儀控制速率為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臺的行星架逆時針旋轉,轉速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針旋轉,轉速20rpm；在37500-50000厚度，蒸鍍速率為6埃/秒,從下方看行星架逆時針旋轉,轉速8rpm。Al的純度為99.999％以上。
實施例5
本實施例蒸鍍鋁進行分階段蒸鍍，行星架轉速和方向固定。本實施例與實施例1的不同之處在于步驟(2)、(3)和(4)，本實施例中的步驟(2)、(3)和(4)具體如下。
(2)蒸鍍金屬Cr：腔室達到真空值要求后,進行Cr層蒸鍍,通過膜厚儀控制速率為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，行星架轉速為18rpm。
實施例6
本實施例與實施例1的不同之處在于步驟(4)，本實施例中的步驟(4)具體如下。
(4)蒸鍍金屬Al：蒸鍍金屬Ti之后冷卻3min后，進行Al層蒸鍍，總厚度為20000埃，蒸鍍速率為15埃/秒，行星架轉速為18rpm。
本實施例步驟(4)中蒸鍍鋁進行分階段蒸鍍，行星架轉速和方向固定，速率固定。
實施例7
本實施例與實施例1的不同之處在于步驟(4)和(5)，本實施例中的步驟(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針旋轉，轉速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針旋轉，轉速18rpm；在15000-20000厚度，蒸鍍速率為5埃/秒，從下方看行星架逆時針旋轉，轉速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。
本實施例步驟(5)中蒸鍍鋁進行分階段蒸鍍，步驟(5)鍍膜流程中的冷卻時間僅為5min，尚未冷卻至室溫。
將上述各個實施例得到的電極進行焊線和推拉力測試驗證，得到結果如下面表1、表2所示：
通過上述表1、表2對比，鋁層分階段蒸鍍、適當改變蒸鍍速率，控制行星架轉速和旋轉方向以及適當冷卻時間，就能提高電極表面的焊線良率，可焊線的達到大幅度提高。