一种炉内退火的ito镀膜设备与方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体技术领域，特别是发光二极管(LED)领域中制备氧化铟锡(ITO)透明导电层的设备与方法。
【背景技术】
[0002]当前全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，节约能源是我们未来面临的重要的问题，在照明领域，LED发光产品的应用正吸引着世人的目光，LED作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势，二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代。
[0003]为提高LED照明所占的市场比例，加快替代白炽灯，荧光灯等传统光源，LED器件还需进一步提升光效，降低每流明的成本。ITO(氧化铟锡)材料凭借良好的穿透率与导电率为LED芯片提升光效做出了极大贡献。目前应用在LED芯片上的ITO膜层通常是采用真空镀膜机制备，然后还需要经过高温炉管进行退火处理。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种新的LED芯片ITO膜层的镀膜设备与方法，其与传统的ITO膜层制备方法相比可以减少制作工序，降低制作成本，节约时间提高效率，同时方法制备的ITO膜层应用在LED芯片上，还具有亮度高，正向电压低等优点。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供了一种炉内退火的ITO镀膜设备，包括:设备本体、真空系统、电子枪系统、加热系统、膜厚计系统、冷却系统和机械系统，其中，
[0006]所述设备本体，为圆柱体的设备本体，分别与所述真空系统、冷却系统、膜厚计系统和机械系统相连接；
[0007]所述真空系统，与所述设备本体通过真空管相连接，位于所述设备本体的外部，用于将所述设备本体内的空气吸出形成真空环境；
[0008]所述电子枪系统，位于所述设备本体内的底部，用于提供电势场，将电子束加速，经过磁聚焦或磁弯曲发生偏转，将能量传递给ITO靶材使其熔化并蒸发；
[0009]所述加热系统，用于维持所述设备本体的温度及ITO膜层的成膜温度，包括加热石英灯和环形电阻加热丝，所述加热石英灯分布于所述设备本体的内壁上，所述环形电阻加热丝为与所述设备本体的内壁相配合的环形电阻加热丝，位于所述设备本体顶部的内壁上;
[0010]所述膜厚计系统，与所述设备本体相连接，位于所述设备本体的外部，用于测定和控制ITO膜层的厚度以及监测成膜过程中的镀膜速率与镀膜功率；
[0011]所述冷却系统，位于所述设备本体的外部，通过冷却管与所述设备本体内部相连接，用于对设备本体降温；
[0012]所述机械系统，位于所述设备本体内的顶部，用于放置镀膜基板。
[0013]优选地，所述电子枪系统，进一步包括:高压箱、电子枪和靶材坩祸位，其中，
[0014]所述高压箱，位于所述设备本体的外部，通过高压线与所述设备本体内部电子枪相连接，用于提供5KV以上的电势差；
[0015]所述电子枪，位于所述设备本体底部的中心位置，通过高压线与所述高压箱相连接，用于产生电子束，其中，所述电子枪由阴极、栅极和阳极组成，所述阴极和所述栅极处于相同的负电位，所述阳极接地电位，所述阴极由交流电流供电加热发射热电子，电子受所述栅极电位的影响，在所述阳极加速电压下形成汇聚的电子束，在磁场作用下电子束得到进一步聚焦并偏转270°射入装有ITO靶材的靶材坩祸位中；
[0016]所述靶材坩祸位，位于所述电子枪正上方，呈凹槽形状，用于放置ITO靶材。
[0017]优选地，所述膜厚计系统，进一步包括并行的膜厚计和晶振系统，其中，
[0018]所述膜厚计，与所述晶振系统相耦接，通过PLC程序控制设定ITO膜层的ITO膜厚度、ITO膜层数、镀膜功率、镀膜速率；
[0019]所述晶振系统，与所述膜厚计系统相耦接，用于实时监测成膜速率。
[0020]优选地，所述冷却系统，进一步包括设备本体冷却系统和靶材坩祸位冷却系统，其中，
[0021]所述设备本体冷却系统，设有设备本体冷却管，所述设备本体冷却管道为不锈钢管，该设备本体冷却管均匀分布在设备本体内壁外层，
[0022]所述靶材坩祸位冷却系统，设有靶材坩祸位冷却管，所述靶材坩祸位冷却管为无氧铜材料管，靶材坩祸位冷却管形状与所述靶材坩祸位相配合，包覆于所述靶材坩祸位外层O
[0023]优选地，所述机械系统，进一步包括:传动马达、传动齿轮和镀锅，其中，所述传动马达通过所述传动齿轮与所述镀锅相连接。
[0024]本发明还提供一种利用上述炉内退火的ITO镀膜设备制作ITO镀膜的方法，包括步骤:
[0025]将干法蚀刻后的外延片装载并固定在镀锅上，将镀锅放入设备本体内，开启真空系统，设备本体的腔体形成真空环境，开启机械系统使镀锅转动，然后开启加热石英灯，将腔体加热到270-330°C并保持恒定，打开电子枪系统，发射电子束，加热ITO靶材，使ITO靶材受热后汽化，并不断向上扩散到外延片表面，开始蒸镀ITO膜层；
[0026]蒸镀第一 ITO膜层，利用所述膜厚计测量并控制第一 ITO膜层的厚度，厚度为5-20nm，成膜温度为270_330°C，通过晶振系统控制成膜速率，成膜速率为0.5-2A/S ；
[0027]第一 ITO膜层制备完成后，关闭电子枪系统，停止蒸镀ITO膜层，开启环形电阻加热丝，快速提升腔体温度到500-600°C，对所述第一 ITO膜层进行炉内退火处理，退火时间为15-30min，完成退火后关闭加热系统，开启冷却系统将腔体温度降低至270-330°C，再开启加热石英灯，保持腔体温度恒定；
[0028]重新开启电子枪系统，蒸镀第二 ITO膜层，利用所述膜厚计测量并控制第二 ITO膜层的厚度，厚度为70-200nm，成膜温度为270-330°C，通过晶振系统控制成膜速率，成膜速率为0.5-2A/S，第二 ITO膜层不进行退火处理；
[0029]完成第二 ITO膜层制备后，关闭电子枪系统与加热系统，开启冷却系统，将腔体温度冷却到100°C以下，向腔体内通入氮气卸载真空环境，打开腔体取出镀锅，再把外延片从镀锅中卸下。
[0030]与现有技术相比，本发明所述的炉内退火的ITO镀膜设备与方法，达到了如下效果:
[0031]1、ITO膜层的退火过程在ITO蒸镀设备中完成，不用再靠外界的高温炉管等设备进行退火处理。ITO膜层与LED的P型氮化镓的欧姆接触温度一般在500°C至600°C，目前LED行业内常规的ITO蒸镀设备只通过石英灯加热，最高加热温度小于400°C，本发明通过石英灯和环形电阻丝加热同时加热，最高加热温度可以达到800°C。
[0032]2、分层制备ITO透明导电层，第一 ITO膜层厚经过退火处理与LED的P型氮化镓层之间有良好的欧姆接触；ιτο膜层经过退火处理电阻会增加，电流传导能力会变差，第二ITO膜层不用做退火处理主要起横向扩散电流的作用。目前LED行业内常用的230nm厚度的ΙΤ0，退火前民为7-10 Ω，退火后RsS 30-40 Ω。所以使用本发明的ITO制备方式可以有效降低ITO膜层整体的Rs，而且通过第一 ITO膜层作欧姆接触层，这样可以有效降低LED芯片正向电压，同时在ITO的Rs在较低水平时，将ITO层厚度减薄至120nm以下，这样相对230nm左右的ITO层厚度，ITO对光的吸收明显减少，从而提升LED芯片亮度。
【附图说明】
[0033]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意