CN112736641B - 半导体器件的钝化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体器件的钝化方法，涉及半导体相关的技术领域，该半导体器件的钝化方法，包括如下步骤：将解理的巴条放入到腔室内进行氧化处理；抽真空，利用形成的氢等离子体对巴条的腔面进行清洗处理,并利用形成的氦等离子体对巴条的腔面进行清洗处理；在清洗处理后保持氦气源开启并形成氦等离子体的状态下，对巴条的腔面进行钝化处理，可以加速钝化过程。本发明提供的一种半导体器件的钝化方法将自然解理的巴条进行氧化处理，使巴条腔面上的氧化物的厚度均一，避免了在清洗过程中，出现清洗不完全和过清洗的问题，且利用氢等离子体和氦等离子体依次对腔面进行清洗，保持氦气源开启时进行钝化，能够对氧化物层彻底清洗并容易钝化。

Description

半导体器件的钝化方法
技术领域
本发明涉及半导体相关的技术领域，尤其是涉及一种半导体器件的钝化方法。
背景技术
为了提高巴条腔面的可靠性，腔面镀膜工艺成为关键核心技术之一，解理的巴条的腔面镀膜之前，需要进行腔面钝化；但由于腔面在大气环境下进行自然解理后会自然氧化，腔面极易形成氧化层，生成的较小带隙的物质极易吸光产热。
所以需要在钝化前对腔面进行清洗，在通常制备工艺中，解理的巴条会先放置在夹具上，等夹具上的巴条排列满之后，再输送到腔室中进行清洗，但最先解理和最后解理的巴条在钝化室内进行相同的等离子体清洗时，由于在环境中放置的时间长短不同，表面形成的氧化物的厚度会不同，表面氧化较少的腔面在等离子体处理过程中会被损伤，而最先解理的巴条可能会存在氧化物清洗不完全的现象，导致后面的钝化效果差。同时，现有技术中清洗和钝化的工艺，会在不同的腔室进行，这样在转移过程中会造成清洗的腔面再度被氧化，而且效率也比较低。
发明内容
本发明的目的在于提供半导体器件的钝化方法，以缓解自然解理的巴条的腔面的氧化程度不一，巴条的腔面清洗存在过清洗和清洗不完全的技术问题。
本发明提供的一种半导体器件的钝化方法，包括如下步骤：
S1：将解理的巴条放入到腔室内进行氧化处理；
S2：抽真空，开启氢气源并利用形成的氢等离子体对巴条的腔面进行清洗处理；
S3：关闭氢气源后，开启氦气源并利用形成的氦等离子体对巴条的腔面进行清洗处理；
S4：在清洗处理后，保持氦气源开启并形成氦等离子体的状态下，对巴条的腔面进行钝化处理。
进一步地，在步骤S1中，对腔室进行抽真空，并在腔室抽真空后，通入氧气进行氧化处理20h-72h。
进一步地，在步骤S1中，对腔室进行抽真空，并在腔室抽真空后，开启氧气源并利用形成的氧等离子体对巴条的腔面进行氧化处理1min-2min。
进一步地，在步骤S2之前，对腔室进行抽真空，并在腔室抽真空后，通入氮气。
进一步地，在步骤S2中，氢等离子体对巴条的腔面进行清洗处理的时间为30s-300s。
进一步地，射频离子源使氢气产生氢等离子体的射频功率大于使氦气产生氦等离子体的射频功率。
进一步地，在步骤S2中，射频离子源通过80W-200W的射频功率使氢气产生氢等离子体。
进一步地，在步骤S3中，射频离子源通过50W-80W的射频功率使氦气产生氦等离子体。
进一步地，在步骤S4中，对巴条的腔面进行钝化处理包括开启氮气源并形成氮等离子体，使巴条的腔面形成钝化层。
进一步地，当氮气源提供的氮气形成氮等离子体后，逐渐降低氦气源提供的氦气的流量直至关闭。
进一步地，所述氮等离子体对腔面进行钝化处理的时间为2min-10min。
进一步地，在步骤S4中，对巴条的腔面进行钝化处理包括使用非化学计量比的氧化铝溅射在腔面形成钝化层。
本发明提供的半导体器件的钝化方法能产生如下有益效果：
本发明提供的半导体器件的钝化方法，包括如下步骤：S1：将解理的巴条放入到腔室内进行氧化处理；S2：抽真空，开启氢气源并利用形成的氢等离子体对巴条的腔面进行清洗处理；S3：关闭氢气源后，开启氦气源并利用形成的氦等离子体对巴条的腔面进行清洗处理；S4：在清洗处理后，保持氦气源开启并形成氦等离子体的状态下，对巴条的腔面进行钝化处理。本发明的半导体器件的钝化方法，在将巴条清洗前，对巴条进行氧化处理，这样可以使巴条的腔面的氧化层的厚度均一，可以避免解理时间不同，形成的表面氧化物层厚度不同的问题，从而对巴条上的氧化层进行清洗的时候，避免出现过清洗或者清洗不足的问题；且利用氢等离子体轰击去除腔面上的污染物和表面的氧化物层；氢等离子体为高密度低能量的等离子体，可以去除腔面上的氧化物和杂质，可以减少表面态和界面态形成的非辐射复合中心；同时由于氢离子的轰击会在腔面的表面形成不稳定态的离子，不稳定态的离子容易造成腔面工作过程中的不稳定，利用氢等离子体清洗一段时间以后，再利用氦等离子体对解理腔面的表面残存的氧化物层进一步的清理，并且氦离子不会在解理的腔面表面形成活跃的氢键，避免在腔面的表面形成不稳定态的离子，从而实现对腔面的清洗，且不存在过清洗和清洗不完全现象，提高了钝化的效果；并且氦等离子体清洗时，氦等离子体的功率要小于氢等离子体的功率，这样一方面可以去除剩余的较少的氧化物或污染物，同时也不会对腔面造成损伤。同时，在腔面钝化前，氦离子一直处于开启的状态，这时由于氦等离子体在腔室中的存在，能够辅助离子源启辉，在钝化时可以在较短时间和较低能量下就可以实现钝化。
与现有技术相比，将自然解理的巴条进行氧化处理，使巴条腔面上的氧化物的厚度均一，避免了在清洗的过程中，出现清洗不完全和过清洗的问题，且利用较高离子源射频功率(相对于氦等离子源)的高密度低能量的氢等离子体和较低离子源射频功率(相对于氢等离子源)的氦等离子体依次对腔面进行清洗，使腔面不会形成活跃的氢键，避免造成腔面工作过程中的不稳定，并且氦等离子源在清洗之后一直处于开启状态，能够缩短钝化的时间，提高钝化的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的半导体器件的钝化方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
如图1所示，本发明提供的一种半导体器件的钝化方法，包括如下步骤：
S1：将解理的巴条(bar条)放入到腔室内进行氧化处理；
S2：抽真空，开启氢气源并利用形成的氢等离子体对巴条的腔面进行清洗处理；
S3：关闭氢气源后，开启氦气源并利用形成的氦等离子体对巴条的腔面进行清洗处理；
S4：在清洗处理后，在保持氦气源开启并形成氦等离子体的状态下，对巴条的腔面进行钝化处理。
本实施例提供的半导体器件的钝化方法，在将巴条清洗前，使巴条处于氧气的环境进行氧化处理，这样可以使巴条的腔面的氧化层的厚度均一，可以避免巴条由于解理时间不同，形成的表面氧化物层厚度不同的问题，从而对巴条上的氧化层进行清洗的时候，避免出现过清洗或者清洗不足的问题；且利用氢等离子体轰击去除腔面上的污染物和表面的氧化物层；控制功率使氢等离子体为高密度低能量的等离子体，可以去除腔面上的氧化物和杂质，可以减少表面态和界面态形成的非辐射复合中心；同时由于氢离子的轰击会在腔面的表面形成不稳定态的离子，不稳定态的离子容易造成腔面工作过程中的不稳定，利用氢等离子体清洗一段时间以后，再利用氦等离子体对解理腔面的表面残存的氧化物层进一步的清理，在相对于氢等离子体射频功率较小的射频功率下使用氦等离子体进一步清洗，并且氦离子不会在解理的腔面表面形成活跃的氢键，避免在腔面的表面形成不稳定态的离子，从而实现对腔面的清洗，且不存在过清洗和清洗不完全现象，提高了钝化的效果。同时，在腔面钝化前，氦离子一直处于开启的状态，这时由于氦等离子体在腔室中的存在，能够辅助离子源启辉，这样可以在较短时间和较低能量下就可以实现钝化，提高钝化效率。
与现有技术相比，将自然解理的巴条进行氧化处理，使巴条腔面上的氧化物的厚度均一，避免了在清洗的过程中，出现清洗不完全和过清洗的问题，且利用氢等离子体和氦等离子体依次对腔面进行清洗，使腔面不会形成活跃的氢键，避免造成腔面工作过程中的不稳定。
因此，本实施例提供的半导体器件的钝化方法缓解自然解理的巴条的腔面的氧化程度不一，巴条的腔面清洗存在过清洗和清洗不完全的技术问题。
进一步地，在步骤S1中，对腔室进行抽真空，并在腔室抽真空后，通入氧气进行氧化处理20h-72h。
由于巴条在大气环境中进行解理，环境中的氧气会对巴条的腔面进行氧化，解理之后，巴条会被放置在夹具上，等夹具上的巴条排列满之后，再运送到腔室内，由于解理的时间不一，导致氧化程度不同；将巴条放入到腔室内以后，该腔室为半导体器件用于钝化的腔室，将腔室内充入氧气，使巴条在氧气的环境下进行氧化处理，一般需要进行20h-72h，以使腔面上形成均一厚度的氧化膜，由于氧化膜的存在，当腔面氧化到一定程度以后，不会进一步对腔面氧化，为了保证多个巴条的腔面的氧化的均一，氧化处理的时间可以选择24h或者其他合适的时间。
在湿度为40％，温度25℃的氧气环境下，约72h后，会形成稳定的氧化膜，根据需要氧化膜的厚度，选择合适的氧化处理时间。
进一步地，在步骤S1中，对腔室进行抽真空，并在腔室抽真空后，开启氧气源并利用形成的氧等离子体对巴条的腔面进行氧化处理1min-2min。
该腔室具有射频离子源，射频离子源根据供气管连接的气体源不同，产生不同的等离子体。
当利用氧气等离子体对腔面进行氧化处理的时候，一般1min就可以保证多个巴条的腔面的氧化的均一。
巴条也可以直接在真空环境中解理，但由于操作难度高，成本高，实施困难，实用性差；现有技术普遍采用的是在大气环境下进行解理，但存在解理后的巴条的腔面的氧化程度不一，巴条的腔面清洗存在过清洗和清洗不完全的技术问题。
现在利用氧气将巴条的腔面均一氧化，有效的避免了清洗过程中，过清洗和不完全清洗的问题，保证钝化效果。
在一种具体的实施方式中，进一步地，在步骤S2之前，对腔室进行抽真空，并在腔室抽真空后，通入氮气。
由于将氧气通入腔室内对巴条的腔面进行氧化，从而使腔室内存有大量的氧气，仅仅通过抽真空很难将腔室内的氧气排出完全；通过抽真空后将氮气通入到腔室，再通过抽真空将氮气从腔室内抽出，有效的解决了腔室内的氧气残留影响后面对腔面的清洗的问题，且仅少量的氮气残留，氮气形成氮等离子体，氮等离子体能够减少腔面的悬挂键，降低腔面的表面态。
在一种具体的实施方式中，进一步地，在步骤S3中，氢等离子体对巴条的腔面进行清洗处理的时间为30s-300s。
在一些实施例中，氢等离子体对巴条的腔面的处理时间1min，也可以为其他时间，相对较短的处理时间，可以在去除表面杂质、氧化物、界面态和表面态的非辐射复合中心，不会对腔面表面产生过多的损伤。
由于腔面可能清洗之后表面还会存在有残余的氧化物层，如果处理时间较久，氢离子会在腔面的表面形成活性的氢离子，这样会较使解理的腔面更活泼，更容易与其他物质发生反应。
在一种具体的实施方式中，进一步地，射频离子源使氢气产生氢等离子体的射频功率大于使氦气产生氦等离子体的射频功率。
进一步地，在步骤S2中，射频离子源通过80W-200W的射频功率使氢气产生氢等离子体，形成低能量高密度的氢等离子体。
进一步地，在步骤S3中，射频离子源通过50W-80W的射频功率使氦气产生氦等离子体，通过控制氦等离子体的射频功率，使氦等离子体同样形成低能量高密度的氦等离子体。
在一些实施例中，射频离子源使氢气产生氢等离子体的功率小于利用氦气形成氦等离子体功率；这样一方面可以去除剩余的较少的氧化物或污染物，高射频功率的氢等离子体可以去除大部分的氧化物和污染物，低射频功率的氦等离子体只需要将剩余的少量氧化物去除即可，同时也不会对腔面造成损伤。
氢气等离子体为高密度低能量的氢气等离子体，这样可以去除表面杂质、氧化物、界面态和表面态的非辐射复合中心；由于氢离子的轰击会在腔面的表面形成不稳定态的离子，不稳定态的离子容易造成激光器腔面工作过程中的不稳定，所以在氢离子清洗时，不完全去除氧化物层。
再利用氦等离子体在较低的功率下形成高密度低能量的氦等离子体，氦原子较氢离子的原子半径类似，能够携带与氢离子类似的能量，能够对腔面的表面残存的氧化物层进一步的清理，并且氦离子不会在解理的腔面的表面形成活跃的氢键。
进一步地，在步骤S4中，对巴条的腔面进行钝化处理包括开启氮气源并形成氮等离子体，使巴条的腔面形成钝化层。
氮等离子体轰击腔面使N原子与Ga原子键合生成(Al)GaN化合物作为钝化层，或N原子与Al原子键合生成AlN钝化层，其中，腔面材料包含的元素有Ga元素、Al元素和As元素等。具体包括的其它元素与腔面材料相关。
用氮等离子体轰击腔面，使得解理后腔面的悬挂键减少。而用氮等离子体进行腔面深层钝化处理，有效避免了氧钝化，硫钝化，氢钝化等传统钝化方式不足，有效地降低了半导体腔面非辐射复合，阻止腔面膜里的氧扩散到半导体激光器芯片材料里，提高半导体激光器的可靠性。
在一种具体的实施方式中，进一步地，当氮气源提供的氮气形成氮等离子体后，逐渐降低氦气源提供的氦气的流量直至关闭。
进一步地，所述氮等离子体对腔面进行钝化处理的时间为2min-10min。
进一步地，在步骤S4中，对巴条的腔面进行钝化处理包括使用非化学计量比的氧化铝溅射在腔面形成钝化层。
巴条的腔面还可以采用其他方式形成钝化层，比如利用非化学计量比的氧化铝(Al2O3-x)，由于在利用非化学计量比的氧化铝进行溅射形成钝化层的时候，还保持氦气源开启并形成氦等离子体的状态，所以能够使用较小的功率实现氧化铝的溅射，形成的氧化铝(Al2O3-x)钝化层；氧化铝(Al2O3-x)钝化层由于具有一定的氧空位，可以吸附腔面表面的氧，防止解理的腔面氧含量多时，造成腔面对出光的吸收。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (12)

1.一种半导体器件的钝化方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将解理的巴条放入到腔室内进行氧化处理；
S2：抽真空，开启氢气源并利用形成的氢等离子体对巴条的腔面进行清洗处理；
S3：关闭氢气源后，开启氦气源并利用形成的氦等离子体对巴条的腔面进行清洗处理；
S4：在清洗处理后，保持氦气源开启并形成氦等离子体的状态下，对巴条的腔面进行钝化处理。
2.根据权利要求1所述的半导体器件的钝化方法，其特征在于，在步骤S1中，对腔室进行抽真空，并在腔室抽真空后，通入氧气进行氧化处理20h-72h。
3.根据权利要求1所述的半导体器件的钝化方法，其特征在于，在步骤S1中，对腔室进行抽真空，并在腔室抽真空后，开启氧气源并利用形成的氧等离子体对巴条的腔面进行氧化处理1min-2min。
4.根据权利要求1所述的半导体器件的钝化方法，其特征在于，在步骤S2之前，对腔室进行抽真空，并在腔室抽真空后，通入氮气。
5.根据权利要求1所述的半导体器件的钝化方法，其特征在于，在步骤S2中，氢等离子体对巴条的腔面进行清洗处理的时间为30s-300s。
6.根据权利要求1所述的半导体器件的钝化方法，其特征在于，射频离子源使氢气产生氢等离子体的射频功率大于使氦气产生氦等离子体的射频功率。
7.根据权利要求6所述的半导体器件的钝化方法，其特征在于，在步骤S2中，射频离子源通过80W-200W的射频功率使氢气产生氢等离子体。
8.根据权利要求6所述的半导体器件的钝化方法，其特征在于，在步骤S3中，射频离子源通过50W-80W的射频功率使氦气产生氦等离子体。
9.根据权利要求1所述的半导体器件的钝化方法，其特征在于，在步骤S4中，对巴条的腔面进行钝化处理包括开启氮气源并形成氮等离子体，使巴条的腔面形成钝化层。
10.根据权利要求9所述的半导体器件的钝化方法，其特征在于，当氮气源提供的氮气形成氮等离子体后，逐渐降低氦气源提供的氦气的流量直至关闭。
11.根据权利要求10所述的半导体器件的钝化方法，其特征在于，所述氮等离子体对腔面进行钝化处理的时间为2min-10min。
12.根据权利要求1所述的半导体器件的钝化方法，其特征在于，在步骤S4中，对巴条的腔面进行钝化处理包括使用非化学计量比的氧化铝溅射在腔面形成钝化层。
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