CN113572020B

CN113572020B - 一种半导体激光器芯片表面保护方法

Info

Publication number: CN113572020B
Application number: CN202110799891.1A
Authority: CN
Inventors: 司智春; 黄永光; 季安; 徐晓磊; 王宝军
Original assignee: HENAN SHIJIA PHOTONS TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: HENAN SHIJIA PHOTONS TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2021-07-15
Filing date: 2021-07-15
Publication date: 2023-04-25
Anticipated expiration: 2041-07-15
Also published as: CN113572020A

Abstract

本发明提供了一种半导体激光器芯片表面保护方法，在电极表面涂覆一层金属Cr膜。之后在金属Cr膜上淀积一层耐磨的保护介质薄膜，如SiO₂、SiN和SiON等来增加器件表面的耐磨性，从而保护了电极表面和侧壁。本发明采用的粘附金属去除工艺技术不仅可以克服湿法腐蚀工艺引起的侧壁过腐蚀现象，而且也避免了采用干法刻蚀技术带来的等离子对器件表面的轰击。从而避免了离子轰击造成的影响激光器可靠性的潜在隐患。

Description

一种半导体激光器芯片表面保护方法

技术领域

本发明涉及化合物半导体光电器件和其他需要保护的金电极器件领域，具体涉及一种半导体激光器芯片表面保护方法。

背景技术

半导体激光器是光通讯技术中的重要基础器件。不仅在光通讯领域，也在其他领域广泛应用。良好的半导体激光器表面保护不仅提高了器件的外观质量，也对器件在非气密封装条件下稳定工作起到非常有益的保护作用。

由于金在大电流密度下工作具有非常好的稳定性，所以，半导体激光器通常采用金作为电极材料。金的质地非常柔软，稍稍受到机械触碰就会留下永久印记形成损伤，在显微镜下就可以看到明显的色差。这些微细的机械损伤将会造成芯片的外观质量下降，对成品率产生极大的影响。也有可能对器件的光电性能产生潜移默化地影响，影响激光器的稳定性。

半导体激光器芯片加工完成以后，需要进行分选和测试，很多芯片需要在不同的仪器上进行多次测试，把性能不同的芯片分类放置。在这个过程中需要仪器的机械吸头多次取放芯片，这就不可避免地与芯片表面产生多次的接触和摩擦，可能在芯片表面留下各种机械损伤。

金与很多材料之间的附着性能很差，当其它材料淀积到金表面难以形成牢固接触会出现起层和脱落，无法实现对表面的保护。且在金表面沉积其他材料时，测试完后需要对表面多余金属进行去除。通常，半导体工艺技术中采用干法刻蚀工艺。为了保证刻蚀的各向异性和侧壁的陡直度，刻蚀工艺基本采用物理方法和化学方法相结合的工艺技术来最大限度地保证刻蚀结果符合设计要求，即金属尺寸不偏离设计尺寸。也就是说刻蚀的反应过程中既有活性气体参与的化学反应，也存在离子轰击的物理作用。刻蚀完成以后需要通过湿法工艺将残留的腐蚀性物质和残存的聚合物清除干净。此外，轰击过程不可避免地对金层产生影响。由于金不能与这些刻蚀过程中的活性物质发生化学反应，而轰击出来的金依然是固体颗粒，不会生成可挥发性物质随反应的残余气体一起被排出工艺腔室，而是会沉积在工艺腔室中。这些金颗粒的存在污染了工艺环境，可能对其他工艺结果产生影响。

发明内容

针对上述半导体激光器表面金属十分脆弱，在外力的影响下容易形变的不稳定现象，本发明提出了一种半导体激光器芯片表面保护方法，本发明采用的工艺方法可以保证保护膜和金电极之间具有良好的粘附性，在任何情况下均不会发生分层、脱落，实现对金层表面的有效保护。

实现本发明的技术方案是：

一种半导体激光器芯片表面保护方法，在电极表面涂覆一层金属Cr膜。之后在金属Cr膜上淀积一层耐磨的保护介质薄膜，如SiO₂、SiN和SiON等来增加器件表面的耐磨性，从而保护了电极表面和侧壁。

具体步骤如下：

（1）将清洗干净的基片置于电子束蒸发设备或金属溅射设备内蒸镀金属电极；

（2）正面电极蒸镀或溅射后再增加一层金属Cr膜，然后在金属Cr膜表面淀积一层介质薄膜；

（3）通过光刻，将金属Cr膜上面的介质薄膜暴露出来；

（4）经过刻蚀，将金属Cr膜表面上的介质薄膜去掉，露出下边的金属Cr膜；

（5）使用等离子刻蚀机或微波等离子去胶机将光刻胶和电极上的金属Cr膜一起去掉，露出需要的金属电极。

在等离子体的激励下，通入反应室的氧气被离化成具有高度活性的氧离子，这些氧离子在一定的温度下会与金属Cr反应，生成的挥发性的CrO、CrO₂等氧化物，随反应的残余气体排出工艺环境，而不会对工艺环境造成污染。由于金具有极好的稳定性，在氧化反应过程中不会对它产生任何影响。

整个反应过程是以化学反应为主导。由于不存在离子的轰击作用，不会将金从激光器表面溅射出来污染工艺腔室。也不存在含金属Cr物质和其他具有氧化性化学物质的残留，故不会对器件的稳定性产生影响。

本发明与现有半导体器件加工技术不同之处在于原电极金属和保护介质薄膜之间增加了粘附金属层。为了克服激光器表面的金电极与任何保护材料之间的粘附性差的问题，在金电极和保护材料之间附加了一层黏附金属。而且附加金属不再采用常规工艺技术，如干法刻蚀或湿法腐蚀工艺加以去除。这不仅简化了工艺过程，也提升了工艺容差，并降低了湿法腐蚀工艺和干法刻蚀工艺带了潜在风险以及对设备的污染。

本发明对于那些表面损伤对器件性能不敏感的器件，可以采用射频等离子设备进行加工处理。而对于那些对表面损伤比较敏感的器件，可以采用微波等离子设备进行加工处理。

本发明的有益效果是：

（1）本发明采用比较简单的表面保护结构和工艺方法解决了影响半导体激光器外观质量问题，同时也降低了一些影响器件可靠性的潜在因素。

（2）本发明可以避免芯片在多次测试的不断拾取过程中取造成的表面和结构损伤，从而提高了产品外观良质量和可靠性。

（3）本发明是在半导体器件表面形成一层耐磨保护层，防止器件在测试和封装过程中表面受到破坏和实质性伤害。

（4）本发明采用的粘附金属去除工艺技术不仅可以克服湿法腐蚀工艺引起的侧壁过腐蚀现象，而且也避免了采用干法刻蚀技术带来的等离子对器件表面的轰击。从而避免了离子轰击造成的影响激光器可靠性的潜在隐患。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是未使用本方法测试后的图片。

图2是光刻后的图片。

图3是刻蚀后的图片。

图4是去胶和去金属Cr后的图片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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付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

一种半导体激光器芯片表面保护方法，步骤如下：

（1）将清洁后的基片置于电子束蒸发设备或金属溅射设备内蒸镀金属电极层；Ti30-60nm，Pt 30-60nm，Au 800-1200nm；

（2）正面电极蒸镀或溅射后再增加一层金属Cr层，10-40nm，然后在金属Cr表面淀积一层介质薄膜，200-350nm；

（3）通过光刻工艺，涂光刻胶，前烘100℃、2分钟，然后曝光、显影将金属膜上面的介质薄膜暴露出来（图2）；

（4）经过刻蚀工艺，使用Ar气和CHF₃气体将金属膜表面上的介质薄膜去掉，露出下边的金属Cr膜（图3）；

（5）使用等离子刻蚀机或微波等离子去胶机，工艺条件是O₂ 200-500sccm、功率300-650W将光刻胶和电极上的金属Cr一起去掉，露出需要的底层金属（图4）。

最终半导体激光器芯片表面的金属电极受到比较坚硬介质材料的保护，在后续的测试和封装工艺过程中柔软的金属层不至受到伤害。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种半导体激光器芯片表面保护方法，其特征在于：在电极表面涂覆金属膜，在金属膜上沉积介质薄膜；所述金属膜采用等离子技术去除；所述等离子技术为等离子刻蚀机或去胶机中的任意一种；所述介质薄膜通过光刻暴露出来，之后经过刻蚀去除；

步骤如下：

（1）将基片置于电子束蒸发设备或金属溅射设备内蒸镀金属电极；

（3）通过光刻，将金属Cr膜上面的介质薄膜暴露出来；

（5）使用等离子刻蚀机或微波等离子去胶机将光刻胶和电极上的金属Cr膜一起去掉，露出需要的金属电极，工艺条件是O ₂ 200-500sccm、功率300-650W；

所述金属膜为Cr膜，厚度为10-40nm；

所述介质薄膜的材质为SiN或SiON，厚度为200-350nm。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器芯片表面保护方法，其特征在于：所述金属膜采用真空蒸发或溅射方法涂覆。

3.根据权利要求1所述的半导体激光器芯片表面保护方法，其特征在于：所述介质薄膜采用PECVD或HDPCVD方法制备。