用于非密封环境的半导体器件的形成的制作方法

本发明涉及可制造用于极具挑战的环境的半导体器件。

背景技术：

1、标准激光器、电吸收调制激光器(electroabsorption modulated laser，eml)、马赫-曾德尔调制器和波导光电探测器广泛用于电信应用。这些器件具有波导结构，通常具有前后小面。

2、典型的分布反馈(distributed feedback，dfb)激光结构包括在波导的相对端具有小面的光波导。高反射(high-reflection，hr)涂层可应用于后小面。后小面充当后反光镜，前小面可以充当前反光镜。hr涂层或抗反射(anti-reflection，ar)涂层可应用于前小面。光从前小面的激光腔射出。激光腔通常包括插入p型和n型半导体材料层之间的有源层。激光器的波导包括折射率为n的材料，该折射率n大于周围衬底的折射率。光从激光器正面的波导末端发射。

3、hr小面可以提高输出功率。ar小面可以有助于减少光反射，并可以提高输出功率。通常，除了激光器的顶部金属触点外，激光器的上表面没有额外的涂层。原子层沉积(atomic layer deposition，ald)涂层可以在结合到载体后涂覆。

4、典型的eml结构包括耦合到电吸收调制器(electroabsorption modulator，eam)的dfb。eam部分通常对接耦合到dfb激光部分。dfb部分上的hr涂层小面可以提高输出功率。eam部分上的ar涂层小面可以减少光反射。在电学方面，dfb和eam部分通过离子注入或蚀刻隔离。

5、要求此类设备在非密封环境中使用，在这种环境中，湿度可达到85％，温度可达85℃。例如，数据中心应用。然而，在这种应用中通常需要的“金盒”包装通常是昂贵和耗时的制造。

6、在85％湿度和85℃条件下，激光或eml的特性可以迅速改变。eam吸收特性可能会改变，如果器件保护不当，激光特性也可能改变。图1(a)示出了当eml器件没有上表面保护时输出功率随时间的变化。

7、为了使这些器件在非密封环境中有效操作，它们通常受到各种方案的保护。其中，ald可用于在小面上沉积涂层，也可用于在芯片表面顶部沉积涂层。或者，在芯片粘合到载体上之后，ald可以用来沉积各种层，以保护载体上芯片贴装(chip-on-carrier，coc)。

8、通常，ald层沉积在晶圆上以覆盖上表面。使用ald层用于ar/hr小面涂层是困难的，因为沉积过程可能需要大约3小时来沉积20nm厚的涂层。1300nm范围激光器的普通ar涂层厚度约为800nm，因此这种方法不适合大规模生产。此外，ald层非常密集，并导致芯片/器件上的应力更高，这可能导致其他可靠性故障模式。

9、另一种已知的方案包括在芯片的上表面沉积ald层，并使用适当设计的非密封ar/hr涂层来保护小面。在该方案中，小面和上表面之间的接缝区域需要适当保护，因为接缝区域的任何缺陷都可能会受到水的侵入，如果使用机械方法切割钢筋以形成小面，这一点尤其如此。

10、在上表面涂覆sio2时，使用等离子体增强化学气相沉积(plasma-enhancedchemical vapour deposition，pecvd)或物理气相沉积(physical vapour deposition，pvd)，eml特性变化可能较小，器件寿命可能更长，如图1(b)所示。但是，pecvd或pvd涂层可能不是保形的，表面上可能有销孔，如图2所示。如图3所示，此类芯片可能会失效，在这种情况下可能会经历水的侵入。最薄弱的部分是顶部ald涂层和ar/hr涂层之间的接缝区域。

11、器件还希望能够承受85℃/85％湿度环境2000至5000小时。这就要求切割小面质量非常高，上表面和ar/hr涂层之间的接缝区域要得到很好的保护，如果使用标准的条切割方法，这在批量生产期间很难保证。

12、希望开发生产这种器件的新方法，使它们能够以降低成本在非密封或类似环境中操作。

技术实现思路

1、根据一个方面，提供了一种用于从半导体晶圆形成光学器件的方法，其中，所述光学器件在光波导的一端具有小面，所述方法包括：蚀刻所述晶圆以形成蚀刻部分，所述蚀刻部分具有侧壁和基部，所述蚀刻部分的所述侧壁限定所述小面；将涂层涂覆到所述晶圆上。

2、这有助于使用一种成本效益高的方法来形成半导体器件，所述半导体器件可以在非密封环境中操作，在芯片的上表面和小面上具有保形涂层。

3、所述方法还可以包括向所述晶圆施加应力使得其进行切割，所述切割沿着所述蚀刻部分的所述基部进行。所述切割可以从所述蚀刻部分的所述基部开始。所述晶圆可以切割成条。沿着所述蚀刻部分的所述底部切割晶圆可以防止对所述小面和所述涂层造成损坏。

4、所述涂层可以涂覆到所述小面和所述晶圆的上表面。这可以使得所述涂层与所述上表面和所述小面一致，以在整个晶圆上产生保形的连续涂层。

5、所述涂层可以在所述上表面和所述小面之间形成连续层。使得所述器件可以在非密封环境中运行。

6、所述涂层可以同时涂覆到所述上表面和所述小面上。这可以通过允许所述涂层涂覆到整个晶圆上而高效地生产器件，并且可以有助于形成连续涂层。

7、将涂层涂覆到所述晶圆可以包括：将涂层涂覆到所述晶圆的整个上表面。这有助于在将所述晶圆切割成包括芯片的单独条之前，将所述涂层同时涂覆到由一个晶圆形成的多个芯片上。

8、所述涂层可以是密封涂层。这有助于所述器件在85％湿度和85℃温度条件下操作。所述密封涂层可以基本上是气密的和/或水密的。因此，所述涂层提供了外部密封，并且所述涂层下面的器件的部分可以在潮湿和/或潮湿的环境中得到保护。

9、所述密封涂层可以形成抗反射涂层或高反射涂层的一部分。这可以防止涂层之间的切割和水侵入。

10、所述方法还可以包括将抗反射涂层或高反射涂层涂覆到小面上。这可以允许每个小面在适当的情况下单独涂覆。

11、将涂层涂覆到晶圆上的步骤可以使用原子层沉积工艺进行。这可能是一种方便的方法，为器件在非密封环境中使用提供必要的涂层性能。

12、所述涂层的厚度可以在10nm至250nm之间。这可以为器件在其工作环境中提供适当的保护。

13、所述涂层可以包括al2o3、sin、ta2o5和sio2中的一种或多种。这种涂层材料可以在其工作环境中对所述器件提供保护。

14、所述基部在所述晶圆中的深度可以比在所述小面中的深度更深。这可以防止在将所述晶圆切割成条的过程中对所述小面造成损坏，每个条包括一个或多个半导体器件。

15、蚀刻所述晶圆的步骤可以使用干蚀刻或干湿蚀刻工艺来执行。这样的工艺可以方便地在所述半导体晶圆上执行蚀刻步骤。

16、所述蚀刻部分的所述侧壁的深度可以在1.0μm至10.0μm之间。这可以为所述小面提供合适的尺寸。

17、所述侧壁可以垂直于所述波导的纵轴。所述侧壁可以在所述器件的操作期间有效地充当小面。

18、对所述晶圆施加应力的步骤以对其进行切割可以形成包括所述器件的半导体芯片。所述晶圆可以切割成多个芯片。因此，在将所述晶圆切割成单独的芯片或器件之前，可以同时涂覆多个芯片或器件的上表面和小面。

19、根据另一个方面，提供了一种通过上述方法形成的半导体器件，其中，所述器件是法布里-珀罗激光器、dfb激光器、dbr激光器、可调激光器、电吸收调制激光器、马赫-曾德尔调制器或波导光电探测器。因此，所有方法可用于制造一系列光学器件。

20、所述半导体器件可以用于在非密封环境中操作。这对于数据中心等应用程序是可取的。

21、根据又一方面，提供了一种光学器件，在具有上表面、下表面和侧表面的半导体晶圆上形成，所述光学器件具有光波导、限定在所述光波导的端部的小面和结合所述小面的切割表面，所述切割表面与所述上表面、所述下表面和所述侧表面相交，并且包括与所述上表面、所述下表面和所述侧表面偏移并在空间上与所述小面偏移的断裂起始区。