[發明專利]ITO薄膜濺射工藝方法及ITO薄膜濺射設備

有效

• 申請號: 201310023126.6
• 申請日: 2013-01-22
• 公開（公告）號: CN103938164A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 耿波;葉華;文利輝;楊玉杰;夏威;王厚工;丁培軍
• 申請（專利權）人: 北京北方微電子基地設備工藝研究中心有限責任公司
• 主分類號: C23C14/34
• 分類號: C23C14/34;C23C14/35;C23C14/08
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 宋合成;黃德海

技術領域

本發明涉及半導體領域，特別是涉及一種ITO薄膜濺射工藝方法及ITO薄膜濺射設備。

背景技術

近年來，由于發光二極管(LED)的巨大市場需求，GaN基LED被廣泛應用于大功率照明燈、汽車儀表顯示、大面積的戶外顯示屏、信號燈，以及普通照明等不同領域。

在LED芯片制造過程中，由于P型GaN的低摻雜和P型歐姆金屬接觸的低透光率會引起較高接觸電阻和低透光率，嚴重影響了LED芯片整體性能的提高。為提高出光效率和降低接觸電阻，需要開發適用于P型GaN的透明導電薄膜。ITO薄膜（摻錫氧化銦：IndiumTinOxide）作為一種透明導電薄膜具有可見光透過率高、導電性好、抗磨損、耐腐蝕等優點，且ITO薄膜和GaN之間粘附性好，由于這些特性，ITO被廣泛的應用于GaN基芯片的電極材料。

ITO薄膜的制備方法包括噴涂法、化學氣相沉積、蒸發鍍膜、磁控濺射法等。其中磁控濺射方法制備的ITO薄膜具有低的電阻率、較高的可見光透過率以及較高的重復性，因此得到廣泛的應用。

現有技術中的直流磁控濺射設備具有反應腔體、真空泵系統、承載晶片的基臺、密封在反應腔體上的靶材。濺射時DC電源會施加偏壓至靶材，以致反應腔體內工藝氣體放電而產生等離子體。當等離子體的能量足夠高時，會使金屬原子逸出靶材表面并沉積在晶片上。在傳統的磁控濺射設備和工藝中，啟輝階段和濺射階段反應腔體內的工藝氣體的壓力為2-5mTorr（毫托，1Torr=133Pa），而且在啟輝階段靶材的負偏壓非常高，換言之，直流濺射電源在啟輝階段的輸出電壓高于直流濺射電源的內部默認的額定電壓。但是在濺射階段需要限制直流濺射電源的輸出電壓低于其額定電壓。

現有技術中的磁控濺射設備和工藝中，啟輝過程中直流濺射電源輸出電壓高造成粒子能量較大，對P型GaN膜層的轟擊較大，損傷GaN膜層，導致ITO與GaN層較高的接觸電阻。高的接觸電阻會導致LED芯片高的驅動電壓和產生更多的熱，并衰減LED器件性能。另外，由于ITO靶材在沉積過程中易發生靶材“中毒”而產生節瘤。

傳統濺射工藝中，直流濺射電源在靶材上施加功率并啟輝濺射。直流濺射電源為常用的濺射電源，輸出功率最大可到2000W，額定電壓為800V，額定電流為5A，其中工藝參數為：啟輝及濺射氣壓：2.8mTorr；濺射功率：650W；靶材功率密度：0.5W/cm2。

通過檢測可知，濺射電源對靶材輸出功率650W進行啟輝，啟輝瞬間靶材電壓約1000V，由于較高的瞬間電壓會造成濺射粒子的能量過高，造成GaN膜層的損傷，從而造成LED器件正向電壓（VF）值過高，嚴重時可造成VF值升高至6.5V以上（業界標準一般為2.9-3.5V），導致器件性能嚴重下降。

為此，現有技術中，提出了在靶材和基臺之間設置擋板，通入工藝氣體，然后在靶材上施加功率啟輝。這時啟輝瞬間形成的高能粒子將轟擊在擋板上，因此對GaN膜層無損傷。待啟輝數秒后，移開擋板進行正常的濺射。但是，增加擋板機構還會降低TIO薄膜的均勻性，而且設備的結構和操作復雜，成本增加。

發明內容

本發明的目的在于提供一種ITO薄膜濺射工藝方法及ITO薄膜濺射設備。其能夠實現在濺射沉積ITO薄膜過程中大幅減小啟輝電壓，減小啟輝瞬間粒子能量過高對GaN層的轟擊，有效的減小對GaN層的損傷。而且，由于不需要增加新的機構，增加了穩定性，同時方便工藝進行調整，薄膜沉積均勻性提高。

本發明旨在至少在一定程度上解決上述技術問題之一或至少提供一種有用的商業選擇。

為實現本發明的目的而提出一種啟輝電壓降低的ITO薄膜濺射工藝方法。

本實現發明的目的而提出一種直流濺射電源在啟輝時輸出電壓減低的ITO薄膜濺射設備。

本發明的ITO薄膜濺射工藝方法，包括以下步驟：1）將直流濺射電源的輸出電壓限制到所述直流濺射電源的額定電壓以下，且通過所述直流濺射電源對靶材施加預定功率；2）向反應腔內通入工藝氣體，所述反應腔內的工藝氣體壓力設定為所述反應腔內的所述工藝氣體能夠啟輝的預定壓力，以使所述工藝氣體在所述反應腔內啟輝；和3）將所述反應腔內的工藝氣體壓力降低到所述預定壓力以下且通過所述直流濺射電源對所述靶材施加濺射功率以進行濺射，所述濺射功率大于等于所述預定功率且小于等于所述濺射電源的額定功率。