[发明专利]ITO薄膜溅射工艺方法及ITO薄膜溅射设备

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别是涉及一种ITO薄膜溅射工艺方法及ITO薄膜溅射设备。

背景技术

近年来，由于发光二极管(LED)的巨大市场需求，GaN基LED被广泛应用于大功率照明灯、汽车仪表显示、大面积的户外显示屏、信号灯，以及普通照明等不同领域。

在LED芯片制造过程中，由于P型GaN的低掺杂和P型欧姆金属接触的低透光率会引起较高接触电阻和低透光率，严重影响了LED芯片整体性能的提高。为提高出光效率和降低接触电阻，需要开发适用于P型GaN的透明导电薄膜。ITO薄膜（掺锡氧化铟：IndiumTinOxide）作为一种透明导电薄膜具有可见光透过率高、导电性好、抗磨损、耐腐蚀等优点，且ITO薄膜和GaN之间粘附性好，由于这些特性，ITO被广泛的应用于GaN基芯片的电极材料。

ITO薄膜的制备方法包括喷涂法、化学气相沉积、蒸发镀膜、磁控溅射法等。其中磁控溅射方法制备的ITO薄膜具有低的电阻率、较高的可见光透过率以及较高的重复性，因此得到广泛的应用。

现有技术中的直流磁控溅射设备具有反应腔体、真空泵系统、承载晶片的基台、密封在反应腔体上的靶材。溅射时DC电源会施加偏压至靶材，以致反应腔体内工艺气体放电而产生等离子体。当等离子体的能量足够高时，会使金属原子逸出靶材表面并沉积在晶片上。

在传统的磁控溅射设备和工艺中，启辉阶段和溅射阶段反应腔体内的工艺气体的压力通常为2-5mTorr（毫托，1Torr=133Pa），而且在启辉阶段靶材的负偏压非常高。

现有技术中的磁控溅射设备和工艺，启辉过程中直流溅射电源输出电压高造成粒子能量较大，对P型GaN膜层的轰击较大，损伤GaN膜层，导致ITO与GaN层较高的接触电阻。高的接触电阻会导致LED芯片高的驱动电压和产生更多的热，并衰减LED器件性能。另外，由于ITO靶材在沉积过程中易发生靶材“中毒”而产生节瘤。

传统溅射工艺中，直流溅射电源在靶材上施加功率并启辉溅射。直流溅射电源为常用的溅射电源，输出功率最大可到2000W，额定电压为800V，额定电流为5A，其中工艺参数为：启辉及溅射气压：2-5mTorr；溅射功率：650W；靶材功率密度：0.5W/cm2。

通过检测可知，溅射电源对靶材输出功率650W进行启辉，启辉瞬间靶材电压约1000V，由于较高的瞬间电压会造成溅射粒子的能量过高，造成GaN膜层的损伤，从而造成LED器件正向电压（VF）值过高，严重时可造成VF值升高至6.5V以上（业界标准一般为2.9-3.5V），导致器件性能严重下降。

为此，现有技术中，提出了在靶材和基台之间设置挡板，通入工艺气体，然后在靶材上施加功率启辉。这时启辉瞬间形成的高能粒子将轰击在挡板上，因此对GaN膜层无损伤。待启辉数秒后，移开挡板进行正常的溅射。但是，增加挡板机构还会降低TIO薄膜的均匀性，而且设备的结构和操作复杂，成本增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种ITO薄膜溅射工艺方法及ITO薄膜溅射设备，它们能够实现在溅射沉积ITO薄膜过程中大幅减小启辉电压，减小启辉瞬间粒子能量过高对GaN层的轰击，有效的减小对GaN层的损伤。而且，由于不需要增加新的机构，增加了稳定性，同时方便工艺进行调整，薄膜沉积均匀性提高。

为实现本发明的目的而提出一种启辉电压降低的ITO薄膜溅射工艺方法。

为实现本发明的目的而提出一种直流溅射电源在启辉时输出电压减低的ITO薄膜溅射设备。

根据本发明的ITO薄膜溅射工艺方法，包括以下步骤：1）在向反应腔内通入工艺气体之前，控制直流溅射电源的输出电压为预定电压，并通过所述直流溅射电源对靶材施加预定功率；2）在预定时间之后向所述反应腔内通入工艺气体，以使所述工艺气体在所述反应腔内启辉；和3）在所述启辉之后，通过所述直流溅射电源对所述靶材施加溅射功率以进行溅射，所述溅射功率大于等于所述预定功率且小于等于所述溅射电源的额定功率。