一种电子束蒸发镀Au的方法与流程

一种电子束蒸发镀au的方法
技术领域
1.本发明涉及材料表面处理技术领域，尤其涉及一种电子束蒸发镀au的方法。
2.背景
3.在vcsel工艺中，主要包括光刻、干湿发蚀刻、薄膜沉积、氧化和研磨等工艺流程。其中薄膜又分为金属膜沉积和非金属薄膜沉积，通常会使用电子束蒸发工艺在wafer表面沉积金属制作金属电极和欧姆接触，沉积金属分别是ti/pt/au，ti作为半导体与金属的粘附层金属，pt作为阻挡层金属，au化学性质稳定，导电性和导热能力强，作为主要导电层金属。
4.电子束蒸发法是真空蒸发镀膜的一种，是在真空条件下利用电子束进行直接加热蒸发材料，使蒸发材料气化并向基板输运，在基底上凝结形成薄膜的方法。电子束蒸发可以蒸发高熔点材料，比一般电阻加热蒸发热效率高、束流密度大、蒸发速度快，制成的薄膜纯度高、质量好，厚度可以较准确地控制，可以广泛应用于制备高纯薄膜和导电玻璃等各种光学材料薄膜。但是在au电子束蒸发过程中，au膜的表面会产生黑点，这些黑点包括金中的杂质以及金的不完全融化造成金属小颗粒沉积到基片表面，这些黑点会影响芯片的外观，在金膜作为电镀导电层的工艺中，金属黑点会造成电镀后的产品表面凸起，中间产生缝隙，电镀液进入缝隙中，在退火后可能会出现鼓泡，影响电镀工艺以及后续的封装打线工艺，从而影响芯片的性能。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明的目的在于公开一种电子束蒸发镀au的方法，能够有效减少au沉积后表面的黑点数目和尺寸，金属膜外观更加平整，提高导电性，对后续的打线工艺也会有帮助。
6.具体的，本发明的一种电子束蒸发镀au的方法，所述方法是以钨衬锅作为容器，将金属源放入钨衬锅内，经过手动熔源、二步预熔后进行蒸镀au。
7.进一步，所述二步预熔包括一段预熔和二段预熔，所述一段预熔电子枪的功率为8～10％，预熔时间为4～5min，所述二段预熔电子枪的功率为13～14％，预熔时间为2～3min。
8.进一步，所述方法具体包括以下步骤：
9.1)将钨衬锅放入坩埚卡槽，然后将清洗干净的au颗粒放入钨衬锅中，进行手动熔源；
10.2)手动熔源完成后，使用无尘布和酒精擦拭金属表面，将熔炼后产生的杂质清理干净得到金属源；
11.3)对金属源进行二步预熔，第一段预熔，将电子枪功率在1min从0升至8～10％，保持4～5min，再将电子枪功率在45s从8～10％升至13～14％，保持2～3min，当观察到金属源表面完全熔化，且能够看到金属蒸汽后挡板打开，观察金膜沉积速率是否为5a/s，以及电子枪功率是否接近14％，若电子枪功率大于14％，则加长金属预熔时间；
12.4)镀膜结束后，将样品取出，使用光学显微镜观察表面是否有金属黑点；
13.5)使用无尘布和酒精将金属源表面擦拭干净，以便于下次使用。
14.进一步，所述步骤1)中，在将钨衬锅放入坩埚卡槽之前，先在坩埚卡槽内放入石墨垫片。
15.进一步，所述石墨垫片的厚度尺寸为2mm。
16.进一步，所述au颗粒的纯度为5n，所述钨衬锅的容量为40cc。
17.进一步，所述电子枪的电压为10kv，最大功率为10kw。
18.进一步，所述步骤3)中，如果发现金属源表面有裂纹，在金属沉积完成后，可设定沉积功率2～3min从14％降至0。
19.本发明的有益效果：
20.1、本发明公开了一种电子束蒸发镀au的方法，以钨衬锅作为容器，利用au和坞之间很好的浸润性，在使用的过程中，au和钨衬埚会粘连在一起，金属表面呈凹液面，蒸镀过程中电子束轰击衬埚中心点，中心金属融化，杂质会在金液表面并向靠近衬埚壁的一侧移动，从而减少了杂质被带出进而沉积到基片表面的几率。
21.2、本发明的一种电子束蒸发镀au的方法，对au颗粒采用二步预熔，在预熔过程中，金属表面完全融化，保证在挡板打开之前金属的镀率稳定，金属无喷溅以及金属表面杂质已经蒸发掉。
22.3、本发明在钨衬锅和坩埚卡槽之间放入了石墨垫片，减少坞衬埚与坩埚卡槽内壁的接触，从而减少坩埚内的热量损失，金属表面能够完全融化并且不会出现固液共存的现象，这样就不会出现未融化的金属颗粒和金属蒸汽一起蒸发到基片表面。
23.4、本发明采用手动预熔金颗粒，充分熔炼金属源，保证金属内部不会出现缝隙，以免后续出现金属喷溅现象。
24.5、本发明每次金属沉积后使用无尘布和酒精擦拭金属源表面，直至杂质被擦拭干净，减少金属源的二次污染。
附图说明
25.图1是本发明实施例一制备得到的金膜在显微镜200倍窗口下显示的图像；
26.图2是本发明实施例二制备得到的金膜在显微镜200倍窗口下显示的图像；
27.图3是对比例一、对比例二制备得到的金膜在显微镜200倍窗口下显示的图像。
具体实施方式
28.以下将结合具体实施例对本发明进行详细说明：
29.本发明的一种电子束蒸发镀au的方法，以钨衬锅作为容器，将金属源放入钨衬锅内，经过手动熔源、二步预熔后进行蒸镀au，其中所使用的电子枪的电压为10kv，电流最大1a，最大功率为10kw。具体如下：
30.实施例一
31.1)在坩埚卡槽内放入相匹配的2mm厚的石墨垫片，再将容量为400cc的钨衬锅放入坩埚卡槽内，然后将使用异丙醇清洗干净、纯度为5n的au颗粒放入钨衬锅中，进行手动熔源；
32.2)手动熔源完成后，使用无尘布和酒精擦拭金属表面，避免产生二次污染，将熔炼后产生的杂质清理干净得到金属源；
33.3)对金属源进行二步预熔，第一段预熔，将电子枪功率在1min从0升至8％，保持4min，再将电子枪功率在45s从8％升至13％，保持2min，当观察到金属源表面完全熔化，且能够看到金属蒸汽后挡板打开进行沉积，观察金膜沉积速率是否为5a/s，以及电子枪功率是否接近14％，若电子枪功率大于14％，则需要加长金属预熔时间，若发现金属源表面有裂纹，在金属沉积完成后，可设定沉积功率2～3min从14％降至0；
34.4)镀膜结束后，将样品取出，使用光学显微镜观察表面是否有金属黑点；
35.5)使用无尘布和酒精将金属源表面擦拭干净，以便于下次使用。
36.实施例二
37.本实施例和实施例一相比，其不同之处在于，在步骤1)中，直接将钨衬锅放入坩埚卡槽中，即不使用石墨垫片，即：
38.1)将容量为400cc的钨衬锅放入坩埚卡槽内，然后将使用异丙醇清洗干净、纯度为5n的au颗粒放入钨衬锅中，进行手动熔源；
39.2)手动熔源完成后，使用无尘布和酒精擦拭金属表面，避免产生二次污染，将熔炼后产生的杂质清理干净得到金属源；
40.3)对金属源进行二步预熔，第一段预熔，将电子枪功率在1min从0升至10％，保持5min，再将电子枪功率在45s从10％升至14％，保持2min，当观察到金属源表面完全熔化，且能够看到金属蒸汽后挡板打开进行沉积，观察沉积速率是否为5a/s，以及电子枪功率是否接近14％，若电击枪功率大于14％，则需要加长金属预熔时间；
41.4)镀膜结束后，将样品取出，使用光学显微镜观察表面是否有金属黑点；
42.5)使用无尘布和酒精将金属源表面擦拭干净，以便于下次使用。
43.对比例一
44.本对比例使用常规的石墨衬锅作为容器，具体为：
45.1)将容量为400cc的石墨衬锅放入坩埚卡槽内，然后将使用异丙醇清洗干净、纯度为5n的au颗粒放入石墨衬锅中，进行手动熔源；
46.2)手动熔源完成后，使用无尘布和酒精擦拭金属表面，避免产生二次污染，将熔炼后产生的杂质清理干净得到金属源；
47.3)对金属源进行二步预熔，第一段预熔，将电子枪功率在1min从0升至8％，保持4min，再将电子枪功率在45s从8％升至13％，保持2min，当观察到金属源表面完全熔化，且能够看到金属蒸汽后挡板打开进行沉积，观察金膜沉积速率是否为5a/s，以及电子枪功率是否接近14％，若电子枪功率大于14％，则需要加长金属预熔时间。
48.4)镀膜结束后，将样品取出，使用光学显微镜观察表面是否有金属黑点。
49.对比例二
50.本对比例以钨衬锅作为容器，不使用石墨垫片，采用现有的在蒸镀前采用一段预熔的方法进行蒸镀处理，具体为：
51.1)将钨衬锅放入坩埚卡槽内，然后将使用异丙醇清洗干净的au颗粒放入钨衬锅中，进行手动熔源；
52.2)手动熔源完成后，使用无尘布和去离子水擦拭金属表面，再用氮气枪将金表面
吹干，得到金属源；
53.3)将金属源进行一段预熔，一段预熔的时间小于1min，且预熔功率接近30％，再于熔金功率为1.2kw的条件下进行蒸镀，实际蒸镀功率约为25％～30％；
54.4)镀膜结束后，将样品取出，使用光学显微镜观察表面是否有金属黑点。
55.观测结果，如图1所示，实施例一制备得到的样品，在光学显微镜的200倍窗口下，金膜表面在200倍窗口下几乎看不到金属黑点。
56.如图2所示，实施例二制备得到的样品，在光学显微镜的200倍窗口下，表面存在少量黑点，考虑是因为实施例二没有石墨垫片，从而使得少量金属颗粒沉积到金膜表面。
57.如图3所示，对比例一和对比例二中镀膜完成的样品，在光学显微镜的200倍窗口下，在金膜的表面存在大量的金属黑点，其中对比例一由于采用石墨衬锅作为容器，由于石墨衬锅的导热性非常好，且石墨衬锅的内壁紧密接触坩埚槽内壁，因此在预熔的过程中，只有石墨衬锅中心的金属熔化，金属源表面会出现固液共存的状态，同时，由于石墨衬锅和金的浸润性差，蒸镀过程中产生的杂志不能吸附到石墨衬锅内壁，造成金属源中的杂质越来越多，进而污染金属源；而对比例二仅使用了一段预熔，在蒸镀过程中，只有钨衬锅中心的金熔化呈液态，金属表面出现固液共存的状态，因此会导致杂质和细小的金属颗粒会随着金属蒸汽一起沉积到基片上。
58.可见，采用本发明的电子束蒸发镀au的方法，能够有效减少au沉积后表面的黑点数目。
59.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。