DE102012104035A1

DE102012104035A1 - Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Halbleiterbauelements und derart hergestelltes Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE102012104035A1
Application number: DE201210104035
Authority: DE
Inventors: Ion Stoll; Tony Albrecht; Thomas Schlereth; Christian Gärtner
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2012-05-08
Filing date: 2012-05-08
Publication date: 2013-11-14

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements (10) angegeben, bei dem ein Trägersubstrat (1) bereitgestellt wird, das auf einer Montagefläche (1a) zumindest eine elektrisch leitende Kontaktstruktur (2) aufweist. Auf der Montagefläche (1a) des Trägersubstrats (1) wird ein Halbleiterchip (3) aufgebracht. Anschließend werden lichtreflektierende und/oder lichtstreuende Partikel (4) zumindest bereichsweise auf der Montagefläche (1a) des Trägersubstrats (1) aufgebracht, wobei Hauptflächen (H1, H2, H3) des Halbleiterchips (3) dabei frei von den lichtreflektierenden und/oder lichtstreuenden Partikeln (4) bleiben. Weiter wird ein derart hergestelltes Halbleiterbauelement (10) angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Halbleiterbauelements mit einem Halbleiterchip und lichtreflektierenden und/oder lichtstreuenden Partikeln. Weiter betrifft die vorliegende Erfindung ein derart hergestelltes Halbleiterbauelement.
Um mischfarbiges Licht mittels eines Halbleiterchips zu generieren, kann dem Halbleiterchip in Abstrahlrichtung eine Konversionsschicht nachgeordnet werden, die zumindest Anteile des vom Halbleiterchip emittierten Lichts in Strahlung einer anderen Wellenlänge konvertiert, sodass insgesamt eine Mischstrahlung, beispielsweise weißes Licht, entsteht. Dabei wird die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung und die konvertierte Strahlung an Partikeln im Strahlengang und an Grenzflächen von Materialien unterschiedlichen Brechungsindizes gestreut. Um zu verhindern, dass gestreute Lichtstrahlen in dem Halbleiterchip absorbiert werden, bevor sie diesen verlassen, können Materialien des Halbleiterchips mit einer möglichst hohen Reflektivität verwendet werden. Jedoch besteht die Gefahr, dass Kontaktstrukturen, die zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips dienen, zumindest anteilig das von dem Halbleiterchip emittierte beziehungsweise konvertierte Licht absorbieren, wodurch sich insgesamt nachteilig die Effizienz der Strahlungserzeugung reduziert.
Um derartige Absorptionseffekte zu verringern, ist es möglich, die Halbleiterchips mit einer reflektierenden Umhüllung zu umgießen. Dabei wird die reflektierende Umhüllung meist bis zu einer Chipoberkante des Halbleiterchips geführt. Gerade bei Halbleiterchips, die als Volumenemitter ausgebildet sind, wie es insbesondere bei so genannten Flip-Chips beziehungsweise Saphir- oder SiC-Halbleiterchips der Fall ist, führt ein Bedecken der seitlichen Emissionsflächen des Halbleiterchips jedoch nachteilig zu einer Teilabsorption des von dem Halbleiterchip emittierten Lichts.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein Halbleiterbauelement herstellbar ist, das sich durch geringe Absorptionsverluste unter weitestgehender Beibehaltung des Gesamtlichtstroms des Bauelements auszeichnet. Weiter ist es Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, ein derart hergestelltes Halbleiterbauelement anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch ein Herstellungsverfahren beziehungsweise ein Halbleiterbauelement gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Herstellungsverfahrens und des Halbleiterbauelements sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Halbleiterbauelements folgende Verfahrensschritte auf:

A) Bereitstellen eines Trägersubstrats, das auf einer Montagefläche zumindest eine elektrisch leitende Kontaktstruktur aufweist,
B) Aufbringen eines Halbleiterchips auf der Montagefläche des Trägersubstrats, und
C) Aufbringen von lichtreflektierenden und/oder lichtstreuenden Partikeln zumindest bereichsweise auf der Montagefläche des Trägersubstrats, wobei Hauptflächen des Halbleiterchips frei von den lichtreflektierenden und/oder lichtstreuenden Partikeln bleiben.

Bei dem vorliegenden Verfahren werden demnach ausschließlich absorbierende Strukturen, wie beispielsweise Kontaktstrukturen, die auf der Montagefläche des Trägersubstrats angeordnet sind, mit den lichtreflektierenden und/oder lichtstreuenden Partikeln abgedeckt. Die Hauptflächen des Halbleiterchips, die bei einem Volumenemitter die emittierenden Flächen des Halbleiterchips bilden, bleiben dabei vorteilhafterweise frei von den lichtreflektierenden und/oder lichtstreuenden Partikeln.
Bereits beim Aufbringen der lichtstreuenden und/oder lichtreflektierenden Partikeln wird eine Beschichtung aller emittierenden Flächen des Halbleiterchips verhindert. Die lichtstreuenden und/oder lichtreflektierenden Partikel können dabei nahe an den Halbleiterchip herangebracht werden, sodass absorbierende Strukturen der Montagefläche des Trägersubstrats bevorzugt nahezu komplett abgedeckt werden, ohne die seitlichen Emissionsflächen des Halbleiterchips zu bedecken.
Durch die lichtstreuenden und/oder lichtreflektierenden Partikel erfolgt eine Erhöhung der Reflektivität der direkten Umgebung des Halbleiterchips, insbesondere der Montagefläche des Trägersubstrats. Seitwärts oder rückwärts emittiertes Licht des Halbleiterchips wird dadurch bevorzugt nicht von den Montageflächen oder Kontaktstrukturen der Montagefläche absorbiert. Diese Strahlung wird mit Vorteil zum Teil in eine Vorwärtsrichtung des Bauelements durch Streuung oder Reflektion umgelenkt und erhöht damit den Vorwärtslichtstrom des Bauelements. Rückgestreutes Licht kann so durch diese Vorwärtsrichtungsumlenkung erneut zur Verfügung gestellt beziehungsweise aus dem Bauelement ausgekoppelt werden. Die gesamte Strahlungsleistung des Bauelements kann so mit Vorteil erhöht werden.
Die lichtstreuenden und/oder lichtreflektierenden Partikel können auf der Montagefläche des Trägersubstrats als Partikel oder als Schicht beziehungsweise Verguss aufgebracht werden. Die lichtstreuenden und/oder lichtreflektierenden Partikel können also in einem Grundmaterial eingebettet sein oder alternativ als separate Partikel vorliegen.
Das Halbleiterbauelement ist ein optoelektronisches Bauelement, das die Umwandlung von elektrisch erzeugten Daten oder Energien in Lichtemission ermöglicht oder umgekehrt. Das Halbleiterbauelement weist einen optoelektronischen Halbleiterchip auf, vorzugsweise einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip. Der Halbleiterchip ist bevorzugt eine LED (lichtemittierende Diode), besonders bevorzugt eine Flip-Chip-LED. Bei einer Flip-Chip-LED erfolgt die elektrische Kontaktierung des Halbleiterchips lediglich von einer Seite des Chips. Dadurch besitzt der Halbleiterchip vorzugsweise keine absorbierenden Kontaktstrukturen oder Stromaufweitungsschichten auf einer Strahlungsauskoppelseite.
Der Halbleiterchip weist einen Halbleiterschichtenstapel auf, in dem eine aktive Schicht enthalten ist, die zur Strahlungserzeugung geeignet ist. Die aktive Schicht enthält vorzugsweise einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfachquantentopfstruktur (SQW, single quantum well) oder eine Mehrfachquantentopfstruktur (MQW, multi quantum well) zur Strahlungserzeugung. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur entfaltet hierbei keine Bedeutung hinsichtlich der Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.
Der Halbleiterchip ist vorzugsweise ein Volumenemitter. Das bedeutet, dass der Halbleiterchip zu allen Hauptflächen hin die in der aktiven Schicht erzeugte Strahlung emittiert. Es erfolgt demnach eine Strahlungsemission zu den Seitenflächen und zu einer von der Montagefläche abgewandten Fläche des Halbleiterchips hin. Bevorzugt ist der Halbleiterchip ein Saphir-Chip oder ein SiC-Chip.
Das Trägersubstrat ist vorzugsweise eben ausgeführt. Das Trägersubstrat ist in diesem Fall demnach als planares Substrat ausgebildet. Alternativ kann das Trägersubstrat Teil eines Gehäuses sein, das den Halbleiterchip umgibt. In diesem Fall ist der Halbleiterchip in einer reflektorartig geformten Kavität des Gehäuses angeordnet.
Die lichtstreuenden und/oder lichtreflektierenden Partikel sind vorzugsweise in einem Abstand zum Halbleiterchip angeordnet. Das bedeutet, dass zwischen lichtstreuenden und/oder lichtreflektierenden Partikeln und den Seitenflächen des Halbleiterchips ein Abstand ausgebildet ist. Dieser Abstand ist beispielsweise frei von Material oder kann bei einem fertig hergestellten Halbleiterbauelement ein weiteres zusätzliches Material wie beispielsweise eine Konversionsschicht enthalten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Verfahrensschritt C) des Aufbringens der lichtreflektierenden und/oder lichtstreuenden Partikel mittels einer elektrophoretischen Deposition durchgeführt. Die elektrophoretische Deposition wird vorzugsweise in einer Suspension mit lichtstreuenden und/oder lichtreflektierenden Partikeln zwischen zwei Elektroden ausgeführt. Die Partikel lagern sich dabei bevorzugt aufgrund deren hoher Leitfähigkeit an metallisierte Strukturen der Montagefläche an. Lichtleitende Flächen werden dabei nicht beziehungsweise kaum mit den lichtreflektierenden und/oder lichtstreuenden Partikeln beschichtet. Das Abscheiden der lichtreflektierenden und/oder lichtstreuenden Partikeln ist dabei abhängig von den jeweiligen Prozessparametern. Bei niedrigen Feldstärken oder beispielsweise der Verwendung einer ausgeprägten Passivierungsschicht können die Partikel selektiv auf der Montagefläche abgeschieden werden.
Die Hauptflächen des Halbleiterchips können beispielsweise durch eine intrinsische niedrige Leitfähigkeit des Halbleiterchips, wie es beispielsweise bei einem Saphir-Chip beziehungsweise Flip-Chip der Fall ist, oder durch eine separate Abdeckung auf den emittierenden Flächen frei von einer Beschichtung mit den lichtstreuenden und/oder lichtreflektierenden Partikeln bleiben. Durch das Aufbringen mittels der elektrophoretischen Deposition werden die lichtstreuenden und/oder lichtreflektierenden Partikel mit Vorteil selbständig auf den leitenden Oberflächen der Montagefläche befestigt.
Bei einer alternativen Ausführungsform wird der Verfahrensschritt C) des Aufbringens der lichtreflektierenden und/oder lichtstreuenden Partikel mittels eines Vergussverfahrens durchgeführt. Hierzu findet beispielsweise ein mit den Partikeln gefülltes Silikon Verwendung, das den Halbleiterchip vergießt. Eine ungewollte Beschichtung der Hauptflächen des Halbleiterchips kann beispielsweise durch ein vorheriges Aufbringen einer Schutzschicht auf allen emittierenden Flächen des Halbleiterchips verhindert werden.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform werden die lichtreflektierenden und/oder lichtstreuenden Partikel ausschließlich auf der elektrisch leitenden Kontaktstruktur der Montagefläche des Trägersubstrats abgeschieden. Bereits beim Beschichtungsverfahren des Verfahrensschritts C) findet dabei eine Ablagerung beziehungsweise ein Abscheiden der Partikel lediglich auf den gewollten Flächen statt, sodass ein weiterer Verfahrensschritt, der ein Entfernen der Partikel auf nicht gewollten Bereichen des Bauelements beinhaltet, mit Vorteil nicht notwendig ist. Durch die Ablagerung der lichtreflektierenden und/oder lichtstreuenden Partikel kann mit Vorteil die Reflektivität der elektrisch leitenden Kontaktstruktur erhöht und so die Absorptionseffekte an diesen Kontaktstrukturen reduziert werden, sodass sich der Gesamtlichtstrom des Bauelements insgesamt erhöht.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform werden die lichtreflektierenden und/oder lichtstreuenden Partikel zusätzlich auf einem Bondpad und/oder einem Bonddraht des Halbleiterchips abgeschieden. Ein derartiges zusätzliches Abscheiden findet insbesondere bei dem Abscheidevorgang mittels einer elektrophoretischen Deposition Verwendung. Dadurch können zusätzlich Absorptionseffekte an derartigen Kontaktierstrukturen des Halbleiterchips verhindert beziehungsweise vermindert werden, was weiter den Gesamtlichtstrom des Bauelements erhöht.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform wird vor dem Verfahrensschritt C) oder vor dem Verfahrensschritt B) eine Schutzschicht auf die Hauptflächen des Halbleiterchips aufgebracht. Die Schutzschicht verhindert mit Vorteil eine ungewollte Beschichtung der Hauptflächen des Halbleiterchips mit den lichtreflektierenden und/oder lichtstreuenden Partikeln. Beim Aufbringen der Schutzschicht auf den Hauptflächen des Halbleiterchips kann der Halbleiterchip bereits auf dem Trägersubstrat montiert oder noch unmontiert sein. Bevorzugt bedeckt die Schutzschicht dabei alle Hauptflächen des Halbleiterchips vollständig.
Die Schutzschicht wird beispielsweise durch ein Sprühverfahren, ein Aufschleuderverfahren, ein Beschichtungsverfahren, ein Siebdruckverfahren, ein Schablonendruckverfahren oder ein Tropfendispensverfahren auf den Hauptflächen des Halbleiterchips aufgebracht. Dabei kann der Halbleiterchip vereinzelt mit der Schutzschicht versehen werden oder im Verbund mit einer Mehrzahl von Halbleiterchips bearbeitet werden. Nach dem Verfahrensschritt C) des Beschichtens der Montagefläche mit den lichtreflektierenden und/oder lichtstreuenden Partikeln wird die Schutzschicht von den Hauptflächen des Halbleiterchips wieder entfernt. Das fertig hergestellte Halbleiterbauelement weist demnach die Schutzschicht nicht mehr auf. Diese dient lediglich zum Verhindern der ungewollten Beschichtung der Hauptflächen des Halbleiterchips mit den lichtreflektierenden und/oder lichtstreuenden Partikeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Schutzschicht zusätzlich auf der Montagefläche des Trägersubstrats aufgebracht. Die Schutzschicht wird anschließend im Bereich der Hauptflächen des Halbleiterchips optisch behandelt, wobei nach der Behandlung die Schutzschicht im Bereich der Montagefläche wieder entfernt wird, sodass die Schutzschicht lediglich auf den Hauptflächen des Halbleiterchips verbleibt. Die Schutzschicht ist in diesem Fall vorzugsweise eine fotoempfindliche Beschichtung wie beispielsweise ein Fotolack. Die optische Behandlung der Schutzschicht im Bereich der Hauptflächen des Halbleiterchips erfolgt vorzugsweise durch ein kurzzeitiges Betreiben des Halbleiterchips. Dadurch wird der Fotolack in diesem Bereich der Hauptflächen entwickelt, wodurch eine Schutzabdeckung entsteht. Die übrigen Bereiche der Schutzschicht werden nicht optisch behandelt, sodass diese keine Schutzabdeckung bilden.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform weist das Herstellungsverfahren den weiteren Verfahrensschritt auf:
D) Aufbringen einer Konversionsschicht auf dem Halbleiterchip und/oder der Montagefläche des Trägersubstrats.
Die Konversionsschicht wird dabei durch ein Volumenvergussverfahren, ein Sedimentationsverfahren oder eine weitere elektrophoretische Deposition aufgebracht. Die Konversionsschicht ist vorzugsweise geeignet, zumindest einen Teil der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung in Strahlung einer anderen Wellenlänge umzuwandeln. Dabei ist die Konversionsschicht zudem für die vom Halbleiterchip emittierte Strahlung bevorzugt zum Teil strahlungsdurchlässig. Das Halbleiterbauelement emittiert in diesem Fall eine Mischstrahlung, die sich zusammensetzt aus einem Anteil der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung, der unkonvertiert durch die Konversionsschicht tritt, und einem Anteil der konvertierten Strahlung. Dadurch kann mit Vorteil ein Bauelement realisiert werden, das beispielsweise weiße Mischstrahlung emittiert.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform weist das Verfahren den weiteren Verfahrensschritt auf:
E) Vergießen des Halbleiterchips und/oder der Montagefläche mit einer Abdeckschicht.
Die Abdeckschicht ist vorzugsweise als klarer Volumenverguss ausgebildet. Das bedeutet, dass die Abdeckschicht zum größten Teil für die vom Halbleiterchip emittierte Strahlung und für die konvertierte Strahlung transparent ist. Zum größten Teil transparent bedeutet insbesondere, dass die Abdeckschicht zumindest zu 90 %, bevorzugt zumindest zu 95 % für die Strahlungen lichtdurchlässig ist. Die Abdeckschicht kann beispielsweise als Fläche zweiter Ordnung ausgeführt sein. Das bedeutet, dass die Abdeckschicht gekrümmt ausgebildet ist und dadurch beispielsweise eine Linsenfunktion erfüllt.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform sind die lichtreflektierenden und/oder lichtstreuenden Partikel Metalloxidpartikel, bevorzugt TiO₂-Partikel. TiO₂-Partikel tragen in einer Suspension vorzugsweise Ladungen auf der Oberfläche, sodass sich durch Anlegen eines elektrischen Stroms die TiO₂-Partikel im elektrischen Feld in Richtung der elektrisch leitfähigen Bereiche der Montagefläche des Trägersubstrats abscheiden.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform werden die Verfahrensschritte A) bis E) zumindest teilweise im Waferverbund durchgeführt. Das bedeutet, dass in einem Verfahren eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen gleichzeitig hergestellt wird, wobei die Verfahrensschritte A) bis E) bei allen Bauelementen zumindest teilweise gemeinsam und gleichzeitig durchgeführt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein optoelektronisches Halbleiterbauelement ein Trägersubstrat und einen Halbleiterchip auf, wobei das Trägersubstrat auf einer Montagefläche zumindest eine elektrisch leitende Kontaktstruktur aufweist. Der Halbleiterchip ist auf der Montagefläche aufgebracht. Ausschließlich auf der elektrisch leitenden Kontaktstruktur sind lichtreflektierende und/oder lichtstreuende Partikel elektrophoretisch abgeschieden. Die lichtreflektierenden und/oder lichtstreuenden Partikel sind vorzugsweise TiO₂-Partikel.
Die in Verbindung mit dem Herstellungsverfahren angeführten Merkmale und Vorteile finden auch in Zusammenhang mit dem Halbleiterbauelement Verwendung und umgekehrt.
Bei dem erfindungsgemäßen Bauelement sind demnach lediglich auf den elektrisch leitfähigen Flächen der Montagefläche die lichtreflektierenden und/oder lichtstreuenden Partikel insbesondere elektrophoretisch abgeschieden. Hauptflächen des Halbleiterchips sind dabei frei von den Partikeln.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden mit den 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
1A bis 1C jeweils schematische Querschnitte eines Ausführungsbeispiels eines Halbleiterbauelements im erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren,
2A bis 2C jeweils schematische Querschnitte eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Halbleiterbauelements im erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren,
3A bis 3D jeweils schematische Querschnitte eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Halbleiterbauelements im erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren, und
4A bis 4D jeweils schematische Querschnitte von Ausführungsbeispielen eines Beschichtungsverfahrens, das bei einem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren Anwendung finden kann.
In den Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargstellten Bestandteile und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerechnet anzusehen. Vielmehr können einzelne Bestandteile, wie beispielsweise Schichten, Strukturen, Komponenten und Bereiche zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.
1A zeigt einen Querschnitt eines ersten Verfahrensschrittes zum Herstellen eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Halbleiterbauelements. In diesem ersten Verfahrensschritt wird ein Trägersubstrat 1 bereitgestellt, das eine Montagefläche 1a und darauf eine aufgebrachte elektrisch leitende Kontaktstruktur 2 aufweist. Dabei ist es möglich, dass auf der Montagefläche 1a eine Mehrzahl von elektrisch leitenden Kontaktstrukturen 2 aufgebracht sind, die voneinander elektrisch isoliert angeordnet sind. Die Kontaktstrukturen 2 des Trägersubstrats 1 dienen zum elektrisch Kontaktieren eines Halbleiterchips 3, der auf der elektrisch leitenden Kontaktstruktur 2 angeordnet und befestigt ist. Der Halbleiterchip 3 weist Hauptflächen H1, H2, H3 auf. Die Hauptflächen H1, H2, H3 bilden dabei jeweils Strahlungsauskoppelflächen des Halbleiterchips 3 aus. Das bedeutet, dass die von dem Halbleiterchip 3 emittierte Strahlung an diesen Hauptflächen H1, H2, H3 aus dem Halbleiterchip 3 ausgekoppelt wird. Der Halbleiterchip 3 ist also vorzugsweise ein Volumenemitter.
Der Halbleiterchip 3 ist vorzugsweise ein Saphir-Chip, ein SiC-Chip oder ein Flip-Chip. Die elektrische Kontaktierung des Halbleiterchips 3 kann von lediglich einer Seite des Halbleiterchips erfolgen oder zweiseitig ausgeführt sein.
Das Trägersubstrat 1 ist vorzugsweise eine Leiterplatte, beispielsweise ein Leadframe. Die Kontaktstrukturen 2 sind vorzugsweise metallisierte Strukturen.
In 1B ist ein weiterer Schritt zum Herstellen des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements dargestellt. In diesem Verfahrensschritt werden auf der Montagefläche 1a des Trägersubstrats 1 lichtreflektierende und/oder lichtstreuende Partikel 4 aufgebracht. Insbesondere werden die lichtreflektierenden und/oder lichtstreuenden Partikel 4 ausschließlich auf der elektrisch leitenden Kontaktstruktur 2 oder den elektrisch leitenden Kontaktstrukturen abgeschieden. Die Hauptflächen H1, H2, H3 des Halbleiterchips 3 bleiben beim Aufbringen der Partikel somit frei von den lichtreflektierenden und/oder lichtstreuenden Partikeln 4.
Das Aufbringen der lichtreflektierenden und/oder lichtstreuenden Partikel erfolgt vorliegend mittels einer elektrophoretischen Deposition (EPD). Die elektrophoretische Deposition wird dabei in einer Suspension der lichtreflektierenden und/oder lichtstreuenden Partikel zwischen zwei Elektroden ausgeführt. Die Partikel 4 lagern sich bevorzugt an den Kontaktstrukturen 2 aufgrund deren hohen Leitfähigkeit an. Nichtleitende Flächen werden nicht beziehungsweise kaum beschichtet. Die Beschichtung der Hauptflächen H1, H2, H3 des Halbleiterchips 3 kann durch eine intrinsische niedrige Leitfähigkeit des Halbleiterchips, wie es beispielsweise bei einem Saphir-Chip oder einem Flip-Chip der Fall ist, beziehungsweise durch eine separate Schutzschicht auf den emittierenden Flächen des Halbleiterchips verhindert werden. Nach der elektrophoretischen Deposition kann, falls vorhanden, die Schutzschicht des Halbleiterchips wieder entfernt werden.
Beispiele für mögliche Vorgehensweisen für das Aufbringen einer Schutzschicht werden in den Ausführungsbeispielen der 4A bis 4D näher erläutert.
Weist der Halbleiterchip 3 eine zweiseitige Kontaktierung auf (nicht dargestellt), beispielsweise mittels eines Bondpads und einem Bonddraht, so werden bei der elektrophoretischen Deposition die lichtreflektierenden und/oder lichtstreuenden Partikel vorzugsweise zusätzlich auf dem Bondpad und dem Bonddraht des Halbleiterchips abgeschieden.
Die lichtstreuenden und/oder lichtreflektierenden Partikel 4 sind vorzugsweise TiO₂-Partikel. Durch die elektrophoretische Deposition werden die TiO₂-Partikel auf möglichen absorbierenden Strukturen des Trägersubstrats abgeschieden. Die reflektierenden Partikel 4, die insbesondere eine Schicht bilden können, werden dabei sehr nahe an den Halbleiterchip 3 herangebracht, sodass absorbierende Strukturen wie beispielsweise die Kontaktstrukturen 2 sowie das Bondpad und der Bonddraht nahezu komplett mit den TiO₂-Partikeln bedeckt sind. Seitliche Emissionsflächen des Halbleiterchips werden dabei nicht von den Partikeln 4 bedeckt. Das vorliegende Verfahren ermöglicht demnach ein Bedecken absorbierender Strukturen des Halbleiterbauelements unter weitestgehender Beibehaltung des Gesamtlichtstroms des Bauelements. Eine Absorption des Lichts, wie es bei einem Bedecken der seitlichen Emissionsflächen des Halbleiterchips auftreten kann, wird vorliegend mit Vorteil vermieden.
Im Verfahrensschritt der 1C ist, falls vorhanden, die Schutzschicht des Halbleiterchips entfernt und eine Konversionsschicht 5 auf den Halbleiterchip 3 und die TiO₂-Partikel 4 aufgebracht. Die Konversionsschicht 5 wird beispielsweise durch ein Volumenvergussverfahren, ein Sedimentationsverfahren oder eine weitere elektrophoretische Deposition aufgebracht. Die Konversionsschicht 5 enthält dabei Konversionspartikel, die geeignet sind, zumindest einen Teil der von dem Halbleiterchip 3 emittierten Strahlung in Strahlung einer anderen Wellenlänge zu konvertieren, sodass das Bauelement insgesamt eine Mischstrahlung aus konvertierter Strahlung und unkonvertierter Strahlung emittiert.
Auf die Konversionsschicht 5 kann anschließend eine Abdeckschicht 6, beispielsweise ein klarer Volumenverguss, aufgebracht werden. Dieser Volumenverguss kann als Fläche zweiter Ordnung ausgeführt sein, das heißt als gekrümmte Fläche, die beispielsweise als Linse dient.
Nach dem Aufbringen der Abdeckschicht 6 ist das Halbleiterbauelement 10 fertig gestellt. Das Bauelement 10 weist demnach ein Trägersubstrat mit elektrisch leitenden Kontaktstrukturen 2 auf, auf denen der Halbleiterchip 3 angeordnet ist. Ausschließlich auf der elektrisch leitenden Kontaktstruktur 2 oder den elektrisch leitenden Kontaktstrukturen sind die TiO₂-Partikel elektrophoretisch abgeschieden. Hauptflächen des Halbleiterchips 3 sind dabei frei von den TiO₂-Partikeln, sodass seitliche Emissionsflächen des Halbleiterchips nicht bedeckt sind mit strahlungshindernden Partikeln.
Die Verfahrensschritte des Ausführungsbeispiels der 1A bis 1C können im Waferverbund beziehungsweise Scheibenverbund durchgeführt werden. Alternativ können die Verfahrensschritte im vereinzelten Zustand der Bauelemente durchgeführt werden.
Die 2A bis 2C zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Bauelements. Im Verfahrensschritt der 2A ist ein Trägersubstrat 1 bereitgestellt, das eine Montagefläche 1a und darauf aufgebracht eine oder mehrere Kontaktstrukturen 2 aufweist. Auf der oder den Kontaktstrukturen 2 ist ein Halbleiterchip 3 aufgebracht, der emittierende Hauptflächen H1, H2, H3 aufweist. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der 1A ist zum Verhindern einer ungewollten Beschichtung der Hauptflächen mit lichtreflektierenden Partikeln auf diesen Hauptflächen H1, H2, H3 des Halbleiterchips 3 eine Schutzschicht 7 aufgebracht. Die Schutzschicht wird beispielsweise durch ein Sprühverfahren, ein Aufschleuderverfahren, ein Beschichtungsverfahren, ein Siebdruckverfahren, ein Schablonendruckverfahren oder ein Tropfendispensverfahren auf die Hauptflächen H1 bis H3 des Halbleiterchips 3 aufgebracht.
Beispiele für mögliche Vorgehensweisen für das Aufbringen einer derartigen Schutzschicht 7 sind in den Ausführungsbeispielen der 4A bis 4D näher beschrieben.
Im nachfolgenden Verfahrensschritt, wie es in 2B dargestellt ist, werden die lichtreflektierenden und/oder lichtstreuenden Partikel 4 auf die Kontaktstruktur oder Kontaktstrukturen 2 aufgebracht. Beispielsweise werden die Partikel 4 durch ein Vergussverfahren aufgebracht. Die Schutzschicht 7 auf den Hauptflächen des Halbleiterchips verhindert dabei ein Aufbringen der Partikel 4 auf diesen Hauptflächen des Halbleiterchips 3. Die lichtstreuenden und/oder lichtreflektierenden Partikel sind vorzugsweise TiO₂-Partikel, die vorliegend als Verguss vorliegen, das heißt in einem Grundmaterial wie beispielsweise Silikon eingebettet sind.
Nach dem Vergießen mit den Partikeln 4 wird die Schutzschicht 7 vom Halbleiterchip 3 entfernt. Anschließend wird eine Konversionsschicht 5 auf den Halbleiterchip 3 und die Partikel 4 aufgebracht, wie es in 2C gezeigt ist. Auf die Konversionsschicht 5 kann eine Abdeckschicht 6 aufgebracht werden, die beispielsweise als klarer Volumenverguss ausgebildet ist. Das fertig hergestellte Halbleiterbauelement der 2C entspricht demnach im Wesentlichen dem Bauelement des Ausführungsbeispiels der 1C.
In dem Ausführungsbeispiel der 3A bis 3D ist ein Herstellungsverfahren eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements gezeigt, welches sich insbesondere für Flip-Chips eignet. Im ersten Verfahrensschritt der 3A wird ein Trägersubstrat 1 mit darauf aufgebrachten Kontaktstrukturen 2 bereitgestellt, auf denen der Flip-Chip 3 angeordnet und elektrisch kontaktiert ist. Auf Hauptflächen H1, H2, H3 des Flip-Chips 3 sowie auf den Kontaktstrukturen 2 und dem Trägersubstrat 1 wird eine Schutzschicht 8 aufgebracht, die vorliegend als fotoempfindliche Beschichtung, beispielsweise als Fotolack, ausgebildet ist. Der Fotolack 8 ist vorliegend im Bereich der Emissionswellenlänge des verbauten Flip-Chips 3 strahlungsempfindlich.
Im Verfahrensschritt der 3B wird der Fotolack 8 im Bereich der Hauptflächen H1, H2, H3 des Flip-Chips 3 optisch behandelt, indem kurzzeitig der Flip-Chip betrieben wird, sodass sich der Fotolack im Bereich der Emissionsfläche des Flip-Chips entwickelt. Der übrige Fotolack bleibt unbehandelt und unentwickelt. Durch das Entwickeln des Fotolacks im Bereich des Halbleiterchips entsteht eine Schutzabdeckung 7. Im Bereich der Kontaktstrukturen 2 und des Trägersubstrats 1 ist der Fotolack unentwickelt und wird anschließend entfernt. Insbesondere werden alle Bereiche des nicht entwickelten fotoempfindlichen Lacks 8 entfernt.
Anschließend werden, wie in der 3C dargestellt, lichtstreuende und/oder lichtreflektierende Partikel 4, beispielsweise TiO₂-Partikel, auf die Kontaktstrukturen 2 und das Trägersubstrat 1 aufgebracht. Dies kann beispielsweise durch eine elektrophoretische Deposition, wie sie in Zusammenhang mit den 1A bis 1C beschrieben ist, oder durch einen Volumenverguss, wie es in Zusammenhang mit den 2A bis 2C beschrieben ist, durchgeführt werden.
Nach dem Aufbringen der TiO₂-Partikel 4 auf den Kontaktstrukturen 2 wird die Schutzschicht 7 von dem Halbleiterchip 3 entfernt. Anschließend kann, wie es in 3D gezeigt ist, eine Konversionsschicht 5 auf die Hauptflächen des Halbleiterchips 3 und auf die TiO₂-Partikel 4 aufgebracht werden. Abschließend kann eine Abdeckschicht 6, die vorzugsweise als klarer Volumenverguss ausgebildet ist, auf die Konversionsschicht 5 aufgebracht werden. Das so hergestellte Bauelement 10 der 3D entspricht im Wesentlichen dem Bauelement des Ausführungsbeispiels der 2C beziehungsweise der 1C.
In den 4A bis 4D sind verschiedene Ausführungsbeispiele betreffend ein Aufbringen einer Schutzschicht 7 auf Hauptflächen des Halbleiterchips gezeigt. Derartige Aufbringverfahren sind beispielsweise bei den in den 1 und 2 dargestellten Herstellungsverfahren anwendbar.
In 4A wird eine Schutzschicht 7 auf Hauptflächen des Halbleiterchips H1 bis H3 durch ein Sprühverfahren eines Fotolacks im vereinzelten Zustand des Halbleiterchips aufgebracht. Dieses Verfahren ist besonders geeignet für Halbleiterchips 3, die als Flip-Chips ausgebildet sind. Elektrische Kontaktierungen 3a des Flip-Chips sind dabei auf einer Unterseite des Halbleiterchips 3 angeordnet. Dieses Verfahren ähnelt beispielsweise dem Verfahren eines Spray-Coating-Prozesses zur Beschichtung von vereinzelten Chips mit Konversionsstoffen. Die so vereinzelten und mit der Schutzschicht 7 versehen Halbleiterchips 3 werden anschließend auf einer Kontaktstruktur oder Kontaktstrukturen eines Trägersubstrats montiert. Anschließend können die Verfahrensschritte, wie sie in den 1B und 1C beziehungsweise 2B und 2C dargestellt sind, angewendet werden.
In dem Ausführungsbeispiel der 4B befindet sich der Halbleiterchip 3 im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der 4A bereits auf dem Trägersubstrat 1 montiert. Die Schutzschicht 7 wird nach der Montage des Halbleiterchips auf dem Trägersubstrat zum Beispiel durch ein Siebdruck- oder Schablonendruckverfahren, durch ein Sprühverfahren mit Schablone oder Schattenmaske, oder durch ein Tropfendispensverfahren auf die Hauptflächen H1 bis H3 des Halbleiterchips 3 aufgebracht. Anschließend können wiederum die Verfahrensschritte, wie sie in den 1B und 1C beziehungsweise 2B und 2C dargestellt sind, Anwendung finden.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 4C wird die Schutzschicht 7 im Waferverbund beziehungsweise Scheibenverbund beispielsweise durch ein Sprühverfahren, ein Aufschleuderverfahren oder einem anderen Beschichtungsverfahren auf den Halbleiterchip aufgebracht. Dieses Verfahren ist besonders geeignet für Halbleiterchips mit einer Bonddrahtkontaktierung. Auf Scheibenebene wird eine metallische Abdeckung 3b des Bondpads vorgenommen. Die metallische Abdeckung 3b ist beispielsweise ein so genannter Au-Bump. Anschließend wird die Schutzschicht 7 auf den Halbleiterchip 3 aufgebracht. Daran anschließend wird die Schutzschicht 7 bis zum Offenliegen der metallischen Abdeckung 3b beispielsweise durch einen Schleifprozess abgenommen. Anschließend können die Halbleiterchips vereinzelt werden und auf einer Kontaktstruktur oder Kontaktstrukturen des Trägersubstrats montiert werden. Die elektrische Kontaktierung erfolgt dabei beispielsweise mittels der metallischen Abdeckung 3b und einem Bonddraht 3c. Anschließend kann wiederum wie in den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 beschrieben weiter verfahren werden.
Das Ausführungsbeispiel der 4D unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der 4C dadurch, dass das Verfahren im vereinzelten Zustand der Halbleiterchips durchgeführt wird. Im vereinzelten Zustand wird eine metallische Abdeckung 3b des Bondpads vorgenommen. Anschließend wird die Schutzschicht 7 aufgebracht. Da der Halbleiterchip im vereinzelten Zustand vorliegt, wird die Schutzschicht 7 im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der 4C auch auf seitlichen Flächen des Halbleiterchips aufgebracht. Anschließend wird die Schutzschicht 7 wiederum bis zum Offenliegen der metallischen Abdeckung 3b abgenommen, sodass eine elektrische Kontaktierung der metallischen Abdeckung 3b mit einem Bonddraht 3c ermöglicht wird.
Die so mit einer Schutzschicht 7 versehenen Halbleiterchips können anschließend bei einem Verfahren gemäß den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 verwendet werden.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt, sondern umfasst jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn diese Merkmale oder diese Kombinationen selbst nicht explizit in den Ansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben sind.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (10) mit folgenden Verfahrensschritten: A) Bereitstellen eines Trägersubstrats (1), das auf einer Montagefläche (1a) zumindest eine elektrisch leitende Kontaktstruktur (2) aufweist, B) Aufbringen eines Halbleiterchips (3) auf der Montagefläche (1a) des Trägersubstrats (1), und C) Aufbringen von lichtreflektierenden und/oder lichtstreuenden Partikeln (4) zumindest bereichsweise auf der Montagefläche (1a) des Trägersubstrats (1), wobei Hauptflächen (H1, H2, H3) des Halbleiterchips (3) frei von den lichtreflektierenden und/oder lichtstreuenden Partikeln (4) bleiben.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Verfahrensschritt C) mittels einer elektrophoretischen Deposition oder mittels eines Vergussverfahrens durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die lichtreflektierenden und/oder lichtstreuenden Partikel (4) ausschließlich auf der elektrisch leitenden Kontaktstruktur (2) abgeschieden werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die lichtreflektierenden und/oder lichtstreuenden Partikel (4) zusätzlich auf einem Bondpad (3b) und/oder einem Bonddraht (3c) des Halbleiterchips (3) abgeschieden werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor dem Verfahrensschritt C) oder vor dem Verfahrensschritt B) eine Schutzschicht (7) auf die Hauptflächen (H1, H2, H3) des Halbleiterchips (3) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei – die Schutzschicht (7, 8) zusätzlich auf der Montagefläche (1a) des Trägersubstrats (1) aufgebracht wird, – die Schutzschicht (7, 8) im Bereich der Hauptflächen (H1, H2, H3) des Halbleiterchips (3) optisch behandelt wird, und – nach dem Behandeln die Schutzschicht (7, 8) im Bereich der Montagefläche (1a) wieder entfernt wird, sodass die Schutzschicht (7, 8) lediglich auf den Hauptflächen (H1, H2, H3) des Halbleiterchips (3) verbleibt.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Schutzschicht (7, 8) durch ein Sprühverfahren, ein Aufschleuderverfahren, ein Beschichtungsverfahren, ein Siebdruckverfahren, ein Schablonendruckverfahren oder ein Tropfendispensverfahren aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 7, wobei nach dem Verfahrensschritt C) die Schutzschicht (7) von den Hauptflächen (H1, H2, H3) des Halbleiterchips (3) wieder entfernt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit dem weiteren Verfahrensschritt: D) Aufbringen einer Konversionsschicht (5) auf dem Halbleiterchip (3) und/oder der Montagefläche (1a) des Trägersubstrats (1).
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Konversionsschicht (5) durch ein Volumenvergussverfahren, ein Sedimentationsverfahren oder eine elektrophoretische Deposition aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit dem weiteren Verfahrensschritt: E) Vergießen des Halbleiterchips (3) und/oder der Montagefläche (1a) mit einer Abdeckschicht (6).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die lichtreflektierenden und/oder lichtstreuenden Partikel (4) TiO₂-Partikel sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Verfahrensschritte A) bis E) zumindest teilweise im Waferverbund durchgeführt werden.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) mit einem Trägersubstrat (1) und einem Halbleiterchip (3), wobei – das Trägersubstrat (1) auf einer Montagefläche (1a) zumindest eine elektrisch leitende Kontaktstruktur (2) aufweist, – der Halbleiterchip (3) auf der Montagefläche (1a) aufgebracht ist, und – ausschließlich auf der elektrisch leitenden Kontaktstruktur (2) lichtreflektierende und/oder lichtstreuende Partikel (4) elektrophoretisch abgeschieden sind.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 14, wobei die lichtreflektierenden und/oder lichtstreuenden Partikel (4) TiO₂-Partikel sind.