CN103026513B - 半导体器件和用于制造半导体器件的方法 - Google Patents

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Abstract

提出一种半导体器件（1），所述半导体器件具有至少一个光电子半导体芯片（2）和带有连接面（53）的连接载体（5），半导体芯片（2）设置在所述连接面上。在连接载体（5）上构成反射层（4）和限界结构（3），其中所述限界结构（3）在横向方向上至少局部地环绕半导体芯片（2），并且所述反射层（4）在横向方向上至少局部地在半导体芯片的侧面（21）和限界结构（3）之间伸展。此外，提出一种用于制造半导体器件的方法。

Description

半导体器件和用于制造半导体器件的方法
技术领域
本申请涉及一种半导体器件以及一种用于制造半导体器件的方法。
相关申请的交叉参引
本申请要求德国专利申请10 2010 031 945.7的优先权，其公开内容在此通过引用并入本文。
背景技术
在辐射发射的半导体器件中，例如在具有用于产生辐射的发光二极管芯片的器件中，例如在灯壳上散射回的辐射部分能够在器件中被吸收，由此，辐射产生的效率总体上下降。
尤其在半导体芯片直接安装到平的载体上的器件中，由于载体的吸收能够导致很大损耗。
发明内容
目的是提出一种半导体器件，在所述半导体器件中降低了吸收损耗。此外应提出一种用于制造这种半导体器件的方法，通过所述方法能够低成本地并且可靠地制造有效率的半导体器件。
所述目的通过根据本发明所述的半导体器件以及方法来实现。设计方案和改进形式在下文中给出。
根据一个实施形式，半导体器件具有至少一个光电子半导体芯片和带有连接面的连接载体，所述半导体芯片设置在所述连接面上。在连接载体上构成反射层。此外，在连接载体上构成限界结构，所述限界结构在横向方向上至少局部地环绕半导体芯片。反射层在横向方向上至少局部地在半导体芯片的侧面和限界结构之间延伸，所述半导体芯片在竖直方向上高于所述限界结构，所述连接面借助于连接面层形成，所述连接面层的与所述连接面隔开的子区域形成所述限界结构。
横向方向在本文中理解成沿着连接载体的主延伸平面延伸的方向。
借助于限界结构至少局部地限界反射层的横向扩展。在制造中，限界结构设为用于在横向方向上阻止反射层的材料的伸展或者至少使反射层的材料的伸展变难。因此，借助于限界结构能够将反射层在之前准确限定出的区域中施加到连接载体上。
在半导体器件的俯视图中，限界结构优选完全地环绕半导体芯片。因此，限界结构能够具有自封闭的结构。例如，限界结构能够在半导体器件的俯视图中框架型地构成。
半导体芯片在背离连接载体的侧上优选地具有辐射穿透面。辐射穿透面适当地至少局部地没有反射层。尤其地，辐射穿透面能够构成为完全没有反射层材料。
半导体芯片优选直接地、也就是不封装地设置在连接载体上并且此外优选地固定在连接载体上。
因此，半导体器件能够在竖直方向上、也就是垂直于连接载体的主延伸平面地极其紧凑地构成。
连接载体优选地平地构造。此外优选地，半导体芯片平坦地并且优选直接地安装在连接载体上。也就是说，连接载体没有反射器型地形成的设有半导体芯片的腔。
在一个优选的设计方案中，反射层至少局部地覆盖半导体芯片的侧面。因此，借助于反射层能够避免辐射例如在半导体芯片中产生并且在侧向方向上射出的辐射部分或在背向反射之后又进入到半导体芯片中的辐射部分在侧向方向上从半导体芯片射出。因此提高了整体上通过辐射穿透面射出的辐射功率。
在另一个优选的设计方案中，反射层至少局部地直接邻接于半导体芯片。尤其地，反射层能够在制造中成形到半导体芯片的侧面上。因此，反射层的侧面在其形状方面遵循光电子半导体芯片的侧面。
在另一个优选的设计方案中，反射层构成为是电绝缘的。因此减小了电短路的危险。
此外优选地，反射层构成为是漫反射的。反射层例如能够包含聚合物材料并且构成为对在光电子半导体芯片中要产生的或要接收的辐射是反射的。例如，反射层能够设有用于提高反射率的颗粒。
在另一个优选的设计方案中，反射层在半导体器件的俯视图中完全地设置在限界结构之内。因此，限界结构确定了反射层的横向扩展。因此，通过限界结构阻止了在制造中反射层的材料的侧向伸展或者至少使反射层的材料的侧向伸展变难。
在另一个优选的设计方案中，半导体芯片在竖直方向上高于限界结构。因此，半导体器件的特征能够在于极其小的厚度。在另一个优选的设计方案中，借助于连接面层形成连接面。连接面层适当地构成为是导电的。例如，适合于连接面层的是包含金属或金属合金的层。
在一个设计方案变型形式中，限界结构借助于连接面层的与连接面隔开的子区域形成。因此，限界结构的至少一部分和连接面能够在制造中由共同的层得出。
在另一个设计方案变型形式中，限界结构借助于连接载体上的凸部形成。凸部能够直接施加在连接载体上。与之不同地，尤其为凸部的限界结构能够是预先制造的并且借助于连接层固定在连接载体上。
在另一个设计方案变型形式中，限界结构借助于连接载体中的凹部形成。在制造半导体器件时，凹部和反射层优选地相互协调，使得反射层的材料的表面应力抵抗或优选地至少尽可能地阻止所述材料侵入到凹部中。
在另一个设计方案中，限界结构借助于连接载体的下述区域形成，所述区域对于反射层的材料而言具有与在连接载体的面向反射层的侧上邻接于反射层的材料相比较低的润湿性。连接载体的具有较低的润湿性的区域能够通过连接载体的表面自身地或通过施加到连接载体上的层形成。
连接载体的具有降低的润湿性的区域能够直接邻接于连接面。此外，连接面和低润湿性的区域能够具有相同的厚度，使得连接面和所述区域共同形成一个平坦的面。换言之，限界结构和具有较低的润湿性的区域能够在竖直方向上彼此齐平。
限界结构也能够环绕多于一个光电子半导体芯片。此外，在限界结构之内除光电子半导体芯片之外也能够设有另外的电子部件，所述另外的电子部件不设置用于产生或接收辐射。例如，所述另外的部件能够设置成用于抵御静电放电(Electrostatic Discharge，ESD)的半导体芯片。
这种半导体芯片能够由反射层完全覆盖，使得尽可能地降低在所述另外的半导体芯片中吸收光的危险。
在用于制造半导体器件的方法中，根据一个实施形式提供具有连接面的连接载体。将限界结构设置在连接载体上。将半导体芯片设置在连接面上。构成至少局部地在半导体芯片和限界结构之间延伸的反射层限界结构。
制造方法不必一定以上面列举的顺序执行。例如，连接面和限界结构能够在同一制造步骤中由共同的连接面层构成。
此外也能够考虑，在已经将半导体芯片设置在连接面上之后，才将限界结构设置在连接载体上。
限界结构能够构成在连接载体上，例如借助于分配器、借助于压印、借助于例如为丝网印刷的印刷、借助于铸造法或借助于光刻结构化。
替选地或补充地，限界结构能够通过局部地降低润湿性构成。这例如能够通过等离子处理或通过覆层实现。这种覆层优选地包含具有极其低的润湿性的材料，例如为氟化的聚合物材料，例如聚四氟乙烯(PTFE)。
对留在半导体器件中的限界结构替选地，限界结构也能够在构成反射层之后被去除。例如，作为尤其能够再次使用的、预先制造的结构的限界结构能够为了构成反射层而临时地安放。对预先制造的设计方案替选地，限界结构能够构成在连接载体上并且随后被去除。
在一个优选的设计方案中，借助于分配器施加反射层。这种方法尤其适合低成本地并且准确配量地施加聚合物材料。
所描述的方法尤其适合于制造更上面描述的半导体器件。因此，结合方法描述的特征也能够用于半导体器件，并且反之亦然。
其他的特征、设计方案和适当方案从结合附图对实施例的下述描述中得出。
附图说明
附图示出：
图1至7分别示出半导体器件的实施例的示意剖面图；和
图8A至8C按照分别以示意剖面图示出的中间步骤示出方法的实施例。
具体实施方式
相同的、相同类型的或起相同作用的元件在图中设有相同的附图标记。
图和在图中示出的元件彼此间的大小比例不能够视作是按照比例的。相反地，为了更好的可视性和/或为了更好的理解，能够夸大地示出各个元件、尤其是层厚度。
在图1中示意地以剖面图示出半导体器件的第一实施例。半导体器件1具有半导体芯片2，所述半导体芯片设置在连接载体5的连接面53上。半导体芯片借助于连接层6固定在连接面上。因此，半导体芯片以平的布置方式不封装地固定在平坦的连接载体上。
半导体芯片2构造成发光二极管半导体芯片，其中设有用于产生辐射的半导体芯片的有源区域23。但是与之不同地，也能够使用设置用于接收辐射的光电子半导体芯片。在横向方向上，半导体芯片2通过侧面21限界。
连接载体5在竖直方向上在面向半导体芯片的第一主面51和背离半导体芯片2的第二主面52之间延伸。在第一主面51上构成连接面层530，所述连接面层在半导体芯片2的范围中形成连接面53。连接面层530的与连接面53隔开的子区域531形成限界结构3。那么，在制造中能够从共同的层中得出限界结构和连接面。
适合于连接面层530的尤其是导电材料，例如金属或金属合金。
在连接载体5上构成反射层4，所述反射层在横向方向上从半导体芯片2的侧面21朝向限界结构3延伸。限界结构3因此在横向方向上限界了反射层4的扩展。
借助于覆盖侧面21的反射层4避免了，在半导体器件工作时在有源区域23中产生的辐射通过侧面21从半导体芯片2射出。因此提高了通过半导体芯片2的在背离连接载体5的侧上构成的辐射穿透面20总共射出的辐射功率。
此外，能够借助于反射层4避免，已经从半导体器件1射出的辐射在往回散射后射到连接载体5上并且在所述连接载体上至少部分地被吸收。总共能够使用的辐射功率因此尽可能地提高。
因此，反射层4阻止了辐射射到连接载体5上。因此，所述连接载体能够与其光学特性无关地选择或构成。例如，适合于连接载体的是电路板例如为印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)。电路板能够刚性地或柔性地构成。为了提高导热性，电路板能够设有金属芯。
借助于反射层4也为半导体芯片2把往回散射到连接载体5上的辐射的辐射吸收的危险最小化，其中所述半导体芯片直接地、也就是不封装地和不带有包围半导体芯片2的腔地设置在连接载体5上。
借助于限界结构3能够在制造时施加反射层的材料之前，以精确限定的方式确定反射层4的横向扩展。
符合目的地，辐射穿透面20没有反射层4。因此，射到辐射穿透面20上的辐射在从半导体芯片2射出时没有被反射层4阻碍。与示出的视图不同的，然而，反射层4能够在靠近侧面21的区域中取决于制造地局部地设有反射层的材料。在半导体器件1的俯视图中，限界结构优选地框架型地围绕半导体芯片2构成。优选地，限界结构全周地环绕半导体芯片。因此，以简单的方式确保了在横向平面中在各个方向上对反射层4进行限界。
反射层4优选地构成为是漫反射的。例如，反射层能够包含聚合物材料，例如为硅树脂或者环氧化物或者由硅树脂或环氧化物组成的混合物。为了提高反射率，聚合物材料能够设有氧化钛颗粒。替选地或补充地，也能够使用氧化铝或氧化锆颗粒。依据颗粒的浓度，反射层的反射率能够为85％或更高，优选为90％或更高，例如为95％。
此外，反射层4构成为是电绝缘的。因此，与金属的反射层相比减小了半导体芯片2在侧面21的区域中通过反射层4短路的危险。
在半导体器件1的俯视图中，反射层局部地覆盖连接面53。尤其地，反射层4在连接面的横向超出半导体芯片2的部分中直接邻接于连接面。因此，以简单的方式避免了通过连接面的辐射吸收。
半导体芯片2在竖直方向上高于限界结构3。因此，半导体器件1的厚度基本上经由连接载体5的厚度和半导体芯片2的厚度确定，使得半导体器件1能够被极其紧凑地制造。
半导体芯片2，尤其是有源区域23优选地包含III-V族化合物半导体材料。
III-V族化合物半导体材料尤其适合于产生在紫外(AlxInyGa1-x-yN)光谱范围中经过可见(AlxInyGa1-x-yN，尤其针对蓝色的至绿色的辐射，或者AlxInyGa1-x-yP，尤其针对黄色的至红色的辐射)光谱范围直到红外(AlxInyGa1-x-yAs)光谱范围的辐射。在此分别有0≤x≤1，0≤y≤1和x+y≤1、特别地x≠1，y≠1，x≠0和/或y≠0。借助于尤其来自所述材料系统的III-V族半导体材料，还能够在辐射产生时实现高的内部量子效率。
在图2中示意地以剖面图示出的半导体器件1的第二实施例基本上符合结合图1描述的第一实施例。与此不同的是，限界结构3构成为是多层的。限界结构3在面向连接载体5的侧上如在第一实施例中一样借助于连接面层530形成。在连接面层530上，限界结构3具有限界层31。通过限界层31的厚度能够尽可能与连接面层530的厚度无关地调节限界结构3的厚度。因此，对于限界结构3的厚度的增加，不必增大连接面层530的厚度。因此能够降低材料需求。
限界结构3越厚，那么反射层4的材料在制造半导体器件1时经由限界结构3伸展出的危险就越小。限界层31例如能够构成为电镀加厚部。
在图3中示意地以剖面图示出的第三实施例基本上符合结合图1描述的第一实施例。此外不同的是，限界结构3借助于凸部32形成。因此，在该情况下，限界结构3能够完全与连接面53无关地构成。特别地，也能够对限界结构使用电绝缘的并且不适合于连接面53的材料。
例如适合于凸部的是合成材料，例如为硅树脂、环氧化物或漆。
这种限界结构3例如能够借助于分配器、借助于压印、借助于例如为注塑法或压铸法的铸造法或借助于印刷施加到连接载体5上。
在图4中示出的半导体器件1的第四实施例基本上符合结合图3描述的第三实施例。与此不同的是，限界结构3借助于凸部32形成，所述凸部是预先制造的并且随后固定在连接载体5上。固定借助于例如为粘接层的连接层35实现，所述连接层构成在凸部32和连接载体的第一主面51之间。
限界结构的材料在该情况下能够在大范围中选择。例如，能够使用例如以冲压的金属板的形式的金属、陶瓷或塑料。
在图5中示意地以剖面图示出的半导体器件的第五实施例基本上符合结合图3描述的第三实施例。
与此不同的是，限界结构3借助于覆层形成，所述覆层构成在连接载体5上的区域33中。覆层构成为使得反射层4的材料在其制造时不润湿区域33或者至少与连接载体的未处理的露出的主面相比仅轻微地润湿区域33。
因此，区域33通过连接载体的覆层形成。覆层例如能够包含底漆材料，所述底漆材料降低了连接载体的第一主面的润湿性。例如为PTFE的氟化的聚合物材料例如适合用作具有低润湿性的材料。
对覆层而言，小的层厚已经能够是足够的，例如在20nm(包括20nm)和200nm(包括200nm)之间的层厚。然而，层厚也能够适当地为1μm或更大。
因此，在构成反射层时，在该实施例中主要基于不同的润湿性来控制反射层4的横向扩展。也能够除了结合其他的实施例描述的限界结构之外使用这种覆层。例如限界结构能够是设有用于降低润湿性的覆层的凸部。
与示出的实施例不同地，区域33也能够直接地构成在连接载体5的第一主面51上。例如，能够通过等离子处理在区域33中局部地对第一主面51进行改性，使得反射层4的材料的润湿性降低。
在图6中示出的半导体器件的第六实施例基本上符合结合图5描述的第五实施例。与此不同的是，区域33直接地邻接于连接面53，其中通过区域33形成限界结构3。因此，能够借助于在区域33中的覆层使具有连接面53的连接载体5平整。
连接面53和区域33中的覆层在竖直方向上相互齐平，使得出现平的表面。不同的润湿性特性，也就是区域33中的较小的润湿性导致了在制造时通过限界结构3在横向方向上限界反射层4的扩展。
结合图7描述的第七实施例基本上符合结合图3描述的第三实施例。与此不同的是，限界结构3不是借助于凸部、而是借助于凹部34形成。凹部的扩展尺寸尤其关于其表面张力而匹配于反射层4的材料，使得反射层4的材料在横向方向上不经由凹部34伸展出。
凹部34例如能够机械地例如借助于刮刻或锯开或者借助于相干辐射引入。替选地，也能够使用化学方法，例如湿化学法或干化学法。
因此，与第三实施例不同地，限界结构3能够不带有朝向辐射穿透面20的方向超出载体的第一主面51的凸部地构成。在所描述的实施例中，仅为了简化的表示分别示出仅一个单个的半导体芯片2，所述半导体芯片被限界结构3包围。但是与此不同的，也能够在限界结构之内设置有多个半导体芯片。半导体芯片能够是电子部件或设为用于产生或接收辐射的光电子半导体芯片。电子部件能够为了避免辐射吸收而完全嵌入到反射层4中，使得部件的背离连接载体5的表面也能够被反射层覆盖。
电子部件例如能够构成为用于光电子半导体芯片2的ESD防护二极管。
在图8A至8C中按照中间步骤示意地示出用于制造半导体器件的方法，其中仅示例性地为根据第二实施例(图2)构造的半导体器件示出所述方法。
提供连接载体5，其中在连接载体5上构成连接面层530。连接面层530划分成两个相互隔开的子区域，其中一个子区域形成连接面53，并且环绕连接面53的另一个子区域531设为用于构成限界结构(图8A)。如同在图8B中示出的，在子区域531上施加限界层31。这例如能够借助于子区域531的电镀加厚实现。替选地或补充地，能够气相喷镀或溅镀限界层。
具有设置用于产生辐射的有源区域23的半导体芯片2借助于例如为焊料或导电粘接剂的连接层6固定在连接面53上。在固定光电子半导体芯片2之后，如同在图8C中示出的，能够施加反射层4，使得所述反射层在横向方向上从半导体芯片2的侧面21朝向限界结构3延伸。借助于限界结构3能够以简单的和可靠的方式避免反射层4在制造时在横向方向上伸展。因此，在反射层的材料量被预设的情况下，借助于限界结构3不仅对反射层在横向方向上的扩展、而且对反射层的厚度进行预设。
反射层4因此能够以极其简单的和能够再制的方式施加。反射层的施加例如能够借助于分配器进行。
与所描述的实施例不同地，限界结构3也能够在构成反射层4之后被去除。例如，限界结构3能够构成为预先制造的、临时地安放到连接载体5上的结构。这种限界结构例如能够构成为用于丝网印刷法的结构并且在制造时重复用于多个半导体器件。替选地，例如能够化学地例如借助于刻蚀或借助于溶剂在去除时损坏临时的限界结构3。
本发明不局限于根据实施例进行的描述。相反地，本发明包括每个新特征以及特征的任意的组合，这尤其包含在权利要求中的特征的任意的组合，即使所述特征或所述组合自身没有明确地在权利要求中或实施例中说明时也如此。

Claims (8)

1.半导体器件(1)，所述半导体器件具有至少一个光电子半导体芯片(2)和带有连接面(53)的连接载体(5)，所述半导体芯片(2)设置在所述连接面上，其中
-在所述连接载体(5)上构成反射层(4)；
-在所述连接载体(5)上构成限界结构(3)，所述限界结构在横向方向上至少局部地环绕所述半导体芯片(2)；和
-所述反射层(4)在横向方向上至少局部地在所述半导体芯片的侧面(21)和所述限界结构(3)之间伸展；
-所述半导体芯片(2)在竖直方向上高于所述限界结构(3)；
-所述连接面借助于连接面层(530)形成；并且
-所述连接面层的与所述连接面隔开的子区域(531)形成所述限界结构。
2.根据权利要求1所述的半导体器件，
其中所述反射层至少局部地直接邻接于所述半导体芯片。
3.根据权利要求1所述的半导体器件，
其中所述反射层构成为是电绝缘的。
4.根据权利要求1至3之一所述的半导体器件，
其中所述反射层在所述半导体器件的俯视图中完全地设置在所述限界结构之内。
5.根据权利要求1至3之一所述的半导体器件，
其中所述连接载体是电路板。
6.用于制造半导体器件(1)的方法，具有以下步骤：
a)提供连接载体(3)；
b)将连接面层(530)设置在所述连接载体上，其中借助于连接面层(530)形成连接面(53)并且所述连接面层的与所述连接面隔开的子区域(531)形成限界结构(3)；
c)将半导体芯片(2)设置在所述连接面(53)上；和
d)构成反射层(4)，所述反射层至少局部地在所述半导体芯片(2)和所述限界结构(3)之间伸展，其中所述半导体芯片(2)在竖直方向上高于所述限界结构(3)。
7.根据权利要求6所述的方法，
其中所述反射层借助于分配器施加。
8.根据权利要求6所述的方法，
其中制造根据权利要求1至3之一所述的半导体器件。
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