專利名稱：硬質材質半導體元器件的金屬釕薄膜的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體元器件表面涂層處理方法，尤其涉及一種硬質金屬材質半導體元器件的金屬釕薄膜的制備方法。
背景技術：
需要處理的工件系如材質為金屬鉬的半導體元器件，采用的材質金屬鉬為一種非常硬的金屬，對表面的粗糙度在均勻性上有較嚴格的要求，傳統的實現粗糙度的方法為噴砂法，但此種工藝方法無論是在成本較高上還是在產品的良率都存在較為嚴重的問題。而且硬質金屬材質半導體元器件在使用過程中會經受非常惡劣的環境考驗，其對耐腐蝕性有非常高的要求。要解決耐腐蝕性的要求，在表面做一層金屬釕的涂層是最好的解決方案。長期以來，這一金屬涂層都是采用電鍍的工藝來實現，但眾所周知電鍍對環境的污染問題非常嚴重，而且很難達到良好的均勻涂層指標。
發明內容
本發明的目的在于解決上述的技術問題，提供一種主要利用離子刻蝕和磁控濺射鍍膜的技術來完成硬質金屬材質半導體元器件的金屬釕薄膜的制備方法，以實現減低成本和提高產品良率的目的。本發明的目的通過以下技術方案來實現一種硬質材質半導體元器件的金屬釕薄膜的制備方法，包括以下步驟第一，對研磨拋光后的半導體元器件進行超聲波清洗和氮氣吹干；第二，將清洗完畢的半導體元器件安裝于專用夾具上，需要處理的表面向外；第三，將真空鍍膜室抽至l*10_4pa以上的真空度；第四，向真空鍍膜室中通入高純氬氣和高純四氟化碳氣體，所述氬氣和四氟化碳氣體的流量分別為Ar-30sccm，CF4-120sccm ；第五，開啟刻蝕電極的電源，開始對半導體元器件進行反應離子刻蝕；離子刻蝕過程中，施加在刻蝕電極上的直流電壓功率為2kW 4kW ；離子刻蝕的時間為80分鐘；第六，結束反應離子刻蝕后，重新將真空室抽氣至l*10_4pa以上的真空度；第七，向真空鍍膜室中通入高純氬氣，并保持真空度在1. 5Pa至2. 5Pa之間；第八，開啟帶有釕靶的磁控濺射陰極，開始沉積金屬釕的鍍膜工藝，沉積時施加在陰極靶上的電源功率的功率密度為10 15W/cm2，直至金屬釕沉積涂層厚度500nm 700nm 之間為止。優選的，所述硬質材質半導體元器件的的材質為金屬鉬。優選的，所述專用夾具為一垂直設置于支架的平板，所述專用夾具上設于用于緊固半導體元器件的緊固螺釘，所述支架設于所述真空鍍膜室并相對固定連接于一轉軸。 優選的，所述同一個專用夾具上緊固有至少兩個待加工的半導體元器件。優選的，所述高純氬氣和高純四氟化碳氣體均為5N以上的純度。
優選的，若需雙面刻蝕所述半導體元器件，在所述第五和第六步驟之間還包括將半導體元器件倒置使其另一未處理的表面向外的步驟，并重復第三至第五步驟。優選的，若所述半導體元器件需雙面鍍膜，在所述第八步驟后還包括將半導體元器件倒置使其另一未處理的表面向外的步驟，并重復第六至第八步驟。 本發明的有益效果主要體現在本發明運用了兩種技術，分別為用于實現產品均勻粗糙度的反應離子刻蝕技術和用于金屬釕涂層沉積的磁控濺射技術。與傳統的工藝相比，新的工藝方法只需要在一個設備中完成；而且硬質金屬材質半導體元器件的表面粗糙度非常均勻；成本低，而且無污染環境之危害。
圖1 本發明硬質金屬材質半導體元器件的金屬釕薄膜的制備系統示意圖。
具體實施例方式有關本發明之前述及其它技術內容、特點與功效，在以下之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。目前常用的PVD鍍膜技術主要分為三類，真空蒸發鍍膜、真空濺射鍍和真空離子束鍍膜。其中，真空濺射鍍膜是用高能粒子轟擊固體表面時能使固體表面的粒子獲得能量并逸出表面，沉積在基板上。真空離子束鍍膜是指在真空環境下(真空度為NlO-1Pa 5*10_中&)，被引入的氣體在離子束的電磁場共同作用下被離化。被離化的離子在離子束和基片之間的電場作用下被加速，并以高能粒子的形式轟擊或沉積在基片上。被引入的氣體根據工藝的需要，可能為Ar，N2或C2H2等，從而完成離子刻蝕清洗和離子束沉積等工藝。本發明優選實施例的需要處理的工件系材質為金屬鉬的半導體元器件，其工藝中運用了兩種技術用于實現產品均勻粗糙度的反應離子刻蝕技術和用于金屬釕涂層沉積的磁控濺射技術。本發明以尺寸為050*、厚度為2. 5 3. 5mm的金屬圓片狀材質為金屬鉬的為例， 其初始時表面粗糙度為RaO. 2 0. 3。首先將該半導體元器件裝夾于一真空鍍膜室內，如圖1所示，所述真空鍍膜室1內設于陰極7、相互固定連接的轉軸2和支架3，所述支架3上垂直設有若干個專用夾具4，所述專用夾具4為一平板，所述專用夾具4上設于用于緊固半導體元器件5的緊固螺釘6。本例中，所述同一個專用夾具4上緊固有四個待加工的半導體元器件。接著開始反應離子刻蝕和金屬釕涂層沉積工藝。具體為第一，對研磨拋光后的半導體元器件進行超聲波清洗和氮氣吹干；第二，將清洗完畢的半導體元器件安裝于專用夾具上，需要處理的表面向外；第三，將真空鍍膜室抽至l*10_4pa以上的真空度；第四，向真空鍍膜室中通入高純氬氣(5N以上的純度)和高純四氟化碳氣體(5N 以上的純度)，所述氬氣和四氟化碳氣體的流量分別為Ar-30sCCm，CF4-120sccm ；第五，開啟刻蝕電極的電源，開始對半導體元器件進行反應離子刻蝕；離子刻蝕過程中，施加在刻蝕電極上的直流電壓功率為2kW 4kW ；離子刻蝕的時間為80分鐘；第六，若需雙面刻蝕所述半導體元器件，則將半導體元器件倒置使其另一未處理的表面向外，并重復第三至第五步 驟；第七，結束反應離子刻蝕后，重新將真空室抽氣至l*10_4pa以上的真空度；第八，向真空鍍膜室中通入高純氬氣，并保持真空度在1. 5Pa至2. 5Pa之間；第九，開啟帶有釕靶的磁控濺射陰極，開始沉積金屬釕的鍍膜工藝，沉積時施加在陰極靶上的電源功率的功率密度為10 15W/cm2，直至金屬釕沉積涂層厚度500nm 700nm 之間為止。第十，若所述半導體元器件需雙面鍍膜，則將半導體元器件倒置使其另一未處理的表面向外，并重復第七至第九步驟。與傳統的工藝相比，新的工藝方法只需要在一個設備中完成；完成所述半導體元器件的雙面鍍膜對產品進行翻轉裝夾，重復刻蝕和鍍膜的工藝即可實現。加工后的半導體元器件表面粗糙度在RaO. 7 0. 8，金屬釕涂層厚度500nm 700nm。同一片上涂層各測試點厚度與該片上涂層的平均厚度相差< 士 10%。測試結果(100片對比產品)表1
序技術參數和指標傳統工藝新工藝 ^____
表面粗糙度采用噴砂工藝不合格采用反應離子刻蝕工 __Ra0.7~Ra0.8__產品數量20件藝不合格產品數量0件
采用磁控濺射進行涂
雙面鍍金屬釕薄膜，采用電鍍丄藝，涂層厚
2^層，厚度均在涂層厚度500 700nm 度全部大于2000nm
500~700nm
同一片上涂層各
單一產品上涂層不均單一產品上涂層不均
測試點厚度與該片上
3勻性>±10%的產品比勻性>±10%的產品數涂層的平均厚度相差
例超過20%量為0
<±10%從表1中可以看出與傳統的工藝相比，新的工藝方法所制備的硬質金屬材質半導體元器件的表面粗糙度非常均勻；成本低，而且涂層也完全達到良好的均勻涂層指標。盡管為示例目的，已經公開了本發明的優選實施方式，但是本領域的普通技術人員將意識到，在不脫離由所附的權利要求書公開的本發明的范圍和精神的情況下，各種改進、增加以及取代是可能的。
權利要求
1.一種硬質材質半導體元器件的金屬釕薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟第一，對研磨拋光后的半導體元器件進行超聲波清洗和氮氣吹干；第二，將清洗完畢的半導體元器件安裝于專用夾具上，需要處理的表面向外；第三，將真空鍍膜室抽至l*10_4Pa以上的真空度；第四，向真空鍍膜室中通入高純氬氣和高純四氟化碳氣體，所述氬氣和四氟化碳氣體的流量分別為 Ar-30sccm，CF4_120sccm ；第五，開啟刻蝕電極的電源，開始對半導體元器件進行反應離子刻蝕；離子刻蝕過程中，施加在刻蝕電極上的直流電壓功率為2kW 4kW ；離子刻蝕的時間為80分鐘；第六，結束反應離子刻蝕后，重新將真空室抽氣至l*10_4Pa以上的真空度；第七，向真空鍍膜室中通入高純氬氣，并保持真空度在1. 5Pa至2. 5Pa之間；第八，開啟帶有釕靶的磁控濺射陰極，開始沉積金屬釕的鍍膜工藝，沉積時施加在陰極靶上的電源功率的功率密度為10 15W/cm2，直至金屬釕沉積涂層厚度500nm 700nm之間為止。
2.根據權利要求1所述的硬質材質半導體元器件的金屬釕薄膜的制備方法，其特征在于所述硬質材質半導體元器件的的材質為金屬鉬。
3.根據權利要求1所述的硬質材質半導體元器件的金屬釕薄膜的制備方法，其特征在于所述專用夾具為一垂直設置于支架的平板，所述專用夾具上設于用于緊固半導體元器件的緊固螺釘，所述支架設于所述真空鍍膜室并相對固定連接于一轉軸。
4.根據權利要求3所述的硬質材質半導體元器件的金屬釕薄膜的制備方法，其特征在于所述同一個專用夾具上緊固有至少兩個待加工的半導體元器件。
5.根據權利要求1所述的硬質材質半導體元器件的金屬釕薄膜的制備方法，其特征在于所述高純氬氣和高純四氟化碳氣體均為5N以上的純度。
6.根據權利要求1所述的硬質材質半導體元器件的金屬釕薄膜的制備方法，其特征在于若需雙面刻蝕所述半導體元器件，在所述第五和第六步驟之間還包括將半導體元器件倒置使其另一未處理的表面向外的步驟，并重復第三至第五步驟。
7.根據權利要求6所述的硬質材質半導體元器件的金屬釕薄膜的制備方法，其特征在于若所述半導體元器件需雙面鍍膜，在所述第八步驟后還包括將半導體元器件倒置使其另一未處理的表面向外的步驟，并重復第六至第八步驟。
全文摘要
本發明提供了一種硬質金屬材質半導體元器件的金屬釕薄膜的制備方法，運用了兩種技術，分別為用于實現產品均勻粗糙度的反應離子刻蝕技術和用于金屬釕涂層沉積的磁控濺射技術。本發明的有益效果主要體現在與傳統的工藝相比，新的工藝方法只需要在一個設備中完成；而且硬質金屬材質半導體元器件的表面粗糙度非常均勻；成本低，而且無污染環境之危害。
文檔編號C23C14/02GK102330057SQ20111015858
公開日2012年1月25日 申請日期2011年6月14日 優先權日2011年6月14日
發明者錢濤 申請人:星弧涂層科技(蘇州工業園區)有限公司