[发明专利]半导体芯片的表面处理系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体芯片的表面处理系统，尤其适用于半导体激光芯片的表面处理。

背景技术

半导体激光器具有体积小、能量效率高、寿命长、易于调制等优点，其应用范围覆盖了整个光电子学领域，成为当今光电子科学的核心技术。而半导体激光芯片是整个激光产业链的技术核心与源头，是带动整个产业发展的关键。在半导体器件工艺中，表面处理至关重要，决定了器件的性能以及寿命，也是产业发展的主要技术难点。

激光半导体芯片表面态处理主要是针对半导体激光芯片表面态进行优化重整来提高光输出功率和使用寿命。激光表面态处理目的是去除表面沾污，饱和表面悬挂键等不稳定态，或更进一步包括表面改性以更好地符合器件的使用，如提高表面光损伤阈值等。目前激光芯片表面态的处理，主要步骤为表面清洁、钝化和镀膜。表面清洁可以采用湿法处理，去除表面有机吸附和氧化层，也有用干法刻蚀方法来最后增强清洁效果；钝化是为了饱和表面态，增强表面对环境的适应性，目前采用的技术包括液相反应、表面镀保护膜以及一些特殊工艺如掺杂和离子注入等方法；镀膜可以采用物理气相沉积(PVD)等相关方法。所有以上这些方法都要有特定的设备，工艺是分离的，造成工艺衔接时暴露在空气中端面被氧化、水吸附和沾污等问题，导致整体工艺效果不佳，产品输出功率低、寿命短，光学灾变损伤(COMD)阈值较低。

国外也认识到了工艺分离带来的问题，设计了复杂的真空工艺设备，集成了清洗和镀保护膜的真空解离机(Vacuum Cleaver),该设备包括高真空样品存储腔，高真空解离系统用于芯片在高真空状态下的解离，高真空镀膜系统用于镀制钝化保护膜，以及各系统之间的机械传递装置，因此设备的制造和维护成本极高。此外，该装置系统对钝化膜材料的选择有限，无法兼容不同基底的激光芯片。更重要的是，该装置系统的生产效率极低，不适宜批量化生产。因此，研究新型的能有效优化表面态且适用于大批量生产的表面处理设备对半导体激光器的发展具有重要意义。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种半导体芯片的表面处理设备，能够在一次真空环境下持续执行多个工艺环节，依次完成半导体芯片双侧表面的处理，生产效率较高，适用于大批量生产。

本发明的方案如下：

一种半导体芯片的表面处理系统，包括相联通的真空工艺腔室和缓冲腔室，从缓冲腔室至真空工艺腔室的传送通道用于传送装载待处理芯片的样品架，所述样品架的装载部位为贯通结构，使得待处理芯片的上、下表面能够因样品架装载部位的翻转而依次得到处理；所述传送通道上设置有隔离密封阀以实现工作时的真空隔离；

所述真空工艺腔室具有真空泵连接口、进出样品连接口、气源连接口和作业线路接口，其中作业线路接口位于真空工艺腔室的顶部；

所述真空工艺腔室中设置有作业台、样品架支撑装置和多个工艺处理单元，所述作业台与真空工艺腔室的顶部连接固定，作业台在竖直方向上具有与所述作业线路接口位置对应的贯通孔道；所述多个工艺处理单元均固定安装于作业台，相应的控制信号线路经所述作业线路接口引出真空工艺腔室；所述样品架支撑装置自作业台下方穿过贯通孔道伸出，并连接水平旋转机构和升降机构以实现样品架支撑装置的水平旋转和垂直升降；

所述样品架支撑装置在作业台下方具有自动锁定机构，样品架上具有相应的配合部件，使得样品架在传送至真空工艺腔室到位时即被样品架支撑装置锁紧固定，并处于所述多个工艺处理单元的作业区域内；

在样品架传送到位处还配置有样品架翻转机构，样品架上具有相应的配合部件，样品架翻转机构从外部伸入真空工艺腔室内，在需要样品架翻转时，样品架与样品架翻转机构配合连接实现驱动样品架翻转；

所述真空工艺腔室内的底部设置有靶材底座旋转台，靶材底座旋转台上环形分布有多个靶材放置区，靶材上方设置有靶材遮盖装置，需要镀制的靶材能够旋转至位于作业台的正下方的靶材工作区，在靶材工作区的下方设置有射频(RF)电源单元；

所述真空工艺腔室内设有两个气路，一个气路位于样品架的上方，用于通入工艺气体，另一个气路位于靶材工作区的外围，用于通入辅助气体(如惰性气体)。为了使得靶材工作区通入气体充分、均匀，可以在靶材周围环形区域中均匀分布众多小孔作为辅助气体的气路。

基于以上基本方案，本发明还作了如下重要的优化设计：