DE102013201298A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Halbleiterbauelements - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Halbleiterbauelements Download PDF

Info

Publication number
DE102013201298A1
DE102013201298A1 DE201310201298 DE102013201298A DE102013201298A1 DE 102013201298 A1 DE102013201298 A1 DE 102013201298A1 DE 201310201298 DE201310201298 DE 201310201298 DE 102013201298 A DE102013201298 A DE 102013201298A DE 102013201298 A1 DE102013201298 A1 DE 102013201298A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
semiconductor layer
laser
gan
projection mask
wafer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE201310201298
Other languages
English (en)
Inventor
Rüdiger Moser
Michael Kunzer
Christian Goßler
Ulrich Schwarz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority to DE201310201298 priority Critical patent/DE102013201298A1/de
Publication of DE102013201298A1 publication Critical patent/DE102013201298A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0648—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising lenses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/066—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms by using masks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/362—Laser etching
    • B23K26/364—Laser etching for making a groove or trench, e.g. for scribing a break initiation groove
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/40—Removing material taking account of the properties of the material involved
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0095—Post-treatment of devices, e.g. annealing, recrystallisation or short-circuit elimination
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36—Electric or electronic devices
    • B23K2101/40—Semiconductor devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/16—Composite materials, e.g. fibre reinforced
    • B23K2103/166—Multilayered materials
    • B23K2103/172—Multilayered materials wherein at least one of the layers is non-metallic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/268—Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/20—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system containing nitrogen

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements, folgende Verfahrensschritte umfassend: A Abscheiden einer Halbleiterschichtstruktur auf einem Substrat, welche Halbleiterschichtstruktur zumindest eine GaN-basierte Halbleiterschicht umfasst, B Zumindest teilweises Entfernen zumindest der GaN-basierten Halbleiterschicht in lokalen Bereichen mittels Laserbearbeitung. Wesentlich ist, dass die Laserbearbeitung in Verfahrensschritt B mittels Belichtung der GaN-basierten Halbleiterschicht durch zumindest eine Projektionsmaske erfolgt, welche Projektionsmaske mit Laserstrahlung eines Ablationslasers beleuchtet wird, derart, dass Belichtungsbereiche der GaN-basierten Halbleiterschicht durch Aussparungen in der Projektionsmaske belichtet werden und Abschattungsbereiche der GaN-basierten Halbleiterschicht durch die Projektionsmaske abgeschattet werden, wobei die Laserfluenz des Ablationslasers in den Belichtungsbereichen über der Ablationsschwelle der GaN-basierten Halbleiterschicht liegt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Halbleiterbauelements vorzugsweise zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Halbleiterbauelements gemäß Oberbegriff des Anspruchs 12.
  • Zur Herstellung von Halbleiterbauelementen ist es bekannt, diese mittels photolithografischer Verfahren herzustellen. Bei diesen photolithografischen Verfahren werden Halbleiterschichten der Halbleiterbauelemente mittels spezieller Lithografiemasken strukturiert, deren Herstellung zeitaufwendig und teuer ist.
  • Alternativ ist es bekannt, die Halbleiterschichten der Halbleiterbauelemente mittels Laserbearbeitung zu strukturieren: Beispielsweise ist in R. Maser et al., „Laser processing of GaN based LEDs with Ultradiode Picosecond Laserpulses", Proc. Of SPIE, Vol. 8433, 2012, ein Verfahren beschrieben, bei dem eine Mehrzahl Halbleiterschichten im Herstellungsprozess einer lichtemittierenden Diode mittels direkter Laserbearbeitung strukturiert werden.
  • Nachteilig an diesem Verfahren nach dem Stand der Technik ist, dass bei zu hohen Laserintensitäten durch die direkte Laserbearbeitung Bruchstellen im Halbleitermaterial entstehen. Ebenfalls nachteilig ist, dass eine Steuerung der Abtragstiefe durch die Laserbearbeitung nicht in der gewünschten Genauigkeit, erreicht werden kann.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen bereitzustellen, welches es ermöglicht, in einem kostengünstigen und zeitsparenden Prozess die Halbleiterschichten des Halbleiterbauelements zu strukturieren und dabei eine konstante Qualität im Vergleich zu den vorbekannten Verfahren zu garantieren. Weiterhin soll die Erfindung eine entsprechende Vorrichtung zur Bearbeitung solch eines Halbleiterbauelements zur Verfügung stellen.
  • Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens finden sich in den Ansprüchen 2 bis 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung finden sich in den Ansprüchen 13 bis 15. Hiermit wird der Wortlaut der Ansprüche durch ausdrückliche Bezugnahme in die Beschreibung aufgenommen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise zur Durchführung mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und/oder einer vorzugsweisen Ausführungsform hiervon ausgebildet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorzugsweise zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder einer vorzugsweisen Ausführungsform hiervon ausgebildet.
  • Die Erfindung ist in der Erkenntnis des Anmelders begründet, dass die Strukturierung der Halbleiterschichten des Halbleiterbauelements mittels Belichtung mit Laserstrahlung durch eine Projektionsmaske die simultane Strukturierung der ganzen Oberfläche eines Halbleiterbauelements oder einer Mehrzahl Halbleiterbauelemente mittels direkter Laserbearbeitung ermöglicht und damit zu einem schnellen und kostengünstigen Herstellungsprozess führt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements umfasst folgende Verfahrensschritte:
    • A Abscheiden einer Halbleiterschichtstruktur auf einem Substrat, welche Halbleitersichtstruktur zumindest eine GaN-basierte Halbleiterschicht umfasst,
    • B Zumindest teilweises Entfernen zumindest der GaN-basierten Halbleiterschicht in lokalen Bereichen mittels Laserbearbeitung.
  • Wesentlich ist, dass die Laserbearbeitung in Verfahrensschritt B mittels Belichtung der GaN-basierten Halbleiterschicht durch zumindest eine Projektionsmaske erfolgt, welche Projektionsmaske mit Laserstrahlung eines Ablationslasers beleuchtet wird, derart, dass Belichtungsbereiche der GaN-basierten Halbleiterschicht durch Aussparungen in der Projektionsmaske belichtet werden und Abschattungsbereiche der GaN-basierten Halbleiterschicht durch die Projektionsmaske abgeschattet werden. Hierbei liegt die Laserfluenz des Ablationslasers in den Belichtungsbereichen über der Ablationsschwelle der GaN-basierten Halbleiterschicht.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich somit in wesentlichen Aspekten von vorbekannten Verfahren: Die Laserbearbeitung der GaN-basierten Halbleiterschicht erfolgt mittels Belichtung durch eine Projektionsmaske. Hierdurch ergibt sich insbesondere der Vorteil, dass die gesamte Oberfläche des Halbleiterbauelements simultan, das heißt gleichzeitig strukturiert werden kann, indem die Projektionsmaske die gewünschte Struktur auf der Oberfläche des Halbleiterbauelements abbildet. Hierbei werden die Belichtungsbereiche durch Aussparungen in der Projektionsmaske belichtet, so dass ein Abtrag der GaN-basierten Halbleiterschicht durch Ablation erfolgt, da die Laserfluenz des Ablationslasers in den Belichtungsbereichen über der Ablationsschwelle der GaN-basierten Halbleiterschicht liegt.
  • Im Rahmen dieser Beschreibung umfasst „Laserbearbeitung” den Materialabtrag mittels Ablation. Die Abschattungsbereiche werden durch die Projektionsmaske abgeschattet. Hier erfolgt somit kein Materialabtrag auf der Oberfläche des Halbleiterbauelements. Belichtungsbereiche und Abschattungsbereiche sind auf der Oberfläche des Halbleiterbauelements in Wesentlichen komplementär. Ebenso ist es möglich eine Mehrzahl von Halbleiterbauelementen gleichzeitig zu strukturieren. Hierbei erfolgt die Belichtung durch die Projektionsmaske bei der Mehrzahl der Halbleiterbauelemente gleichzeitig. Dies ermöglicht eine schnelle und kostengünstige Herstellung strukturierter Halbleiterbauelemente.
  • Es liegt Im Rahmen der Erfindung, dass das Halbleiterbauelement als eine lichtemittierende Diode und/oder eine Vorstufe einer lichtemittierenden Diode während des Herstellungsprozesses ausgebildet ist. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, dass das Halbleiterbauelement mit einer anderen Funktion ausgebildet ist.
  • Im Rahmen dieser Beschreibung kann die Halbleiterschichtstruktur einschichtig oder mehrschichtig ausgebildet sein. Dabei umfasst die Halbleiterschichtstruktur zumindest eine GaN-basierte Halbleiterschicht. Es liegt jedoch ebenso Im Rahmen dieser Erfindung, dass die Halbleiterschichtstruktur zusätzlich Schichten aus anderen Materialen umfasst.
  • Im Rahmen dieser Beschreibung bedeutet „GaN-basiert”, dass eine Halbleiterschicht umfasst ist, welche aus einem Material aus dem nitridischen Materialsystem, insbesondere GaN, GaInN, AlGaInN und/oder AlGaN ausgebildet ist.
  • In einer vorzugsweisen Ausführungsform wird als Ablationslaser ein Excimer-Laser verwendet, welcher Excimer-Laser eine Wellenlänge kleiner oder gleich 351 nm und eine Pulslänge im Bereich von 40 Nanosekunden oder kleiner aufweist. Excimer-Laser weisen hohe Pulsenergien auf und ermöglichen so die Ausleuchtung einer großen Fläche mit ausreichend hohen Leistungsdichten. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass nicht nur die gesamte Oberfläche eines Halbleiterbauelements gleichzeitig belichtet und damit strukturiert werden kann, sondern auch eine Mehrzahl von Halbleiterbauelementen in einem Belichtungsschritt gleichzeitig strukturiert werden können.
  • Zusätzlich besitzt GaN bei Wellenlängen kleiner der Bandlücke (etwa 365 nm bei Raumtemperatur) einen erhöhten Absorptionskoeffizienten im Vergleich zu Wellenlängen größer der Bandlücke. Die Verwendung von Laserstrahlung mit einer Wellenlänge kleiner der Bandlücke hat eine reduzierte Eindringtiefe der Laserstrahlung in das Halbleitermaterial zur Folge. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass ein definierter Tiefenabtrag möglich ist. Zusätzlich findet keine Schädigung, insbesondere kein Ausbleichen des Halbleitermaterials (Dynamic Burnstein-Moss Shift) statt. Daher ist die Verwendung eines Excimer-Lasers mit einer Wellenlänge von 351 nm oder kürzer vorteilhaft. insbesondere bevorzugt wird ein Excimer-Laser mit einer Wellenlänge von 248 nm verwendet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass auf Grund der weiter reduzierten Eindringtiefe in das GaN-basierte Halbleitermaterial das genannte Halbleitermaterial selektiv oberflächlich abgetragen werden kann. Dies ermöglicht eine effiziente, schnelle und kostengünstige Herstellung einer großen Anzahl von Halbleiterbauelementen bei gleichbleibender Qualität im Vergleich zu vorbekannten Verfahren.
  • In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform wird bei Belichtung die Projektionsmaske auf der GaN-basierten Halbleiterschicht verkleinert, bevorzugt im Bereich 2- bis 20-fach verkleinert, insbesondere bevorzugt 10-fach verkleinert abgebildet. Es erfolgt somit eine Skalierung der durch die Projektionsmaske vorgegebenen Struktur, das heißt eine Verkleinerung der Aussparungen in der Projektionsmaske auf den gewünschten Maßstab auf der Oberfläche des Halbleiterbauelements. Die Abmessung der Aussparungen ist vorzugsweise mit einem Faktor 10 größer skaliert als die gewünschte Struktur, da mittels der Fokussieroptik bei der Abbildung der Projektionsmaske auf der Oberfläche des Halbleiterbauelements eine vorzugsweise 10-fache Verkleinerung erreicht wird. Der Belichtungsbereich auf der Oberfläche des Halbleiterbauelements entspricht somit einem Zehntel der Abmessung der Aussparungen in der Projektionsmaske. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Herstellung der Projektionsmaske durch die größeren Abmessungen der Strukturen, das heißt der Aussparungen in der Projektionsmaske, im Vergleich zu den gewünschten Strukturen auf der Halbleiteroberfläche vereinfacht wird. Ebenso kann über die Fokusoptik der Abbildungsmaßstab flexibel eingestellt werden (z. B. durch Austausch des Objektivs zur Fokussierung), sodass ausgehend von der gleichen Projektionsmaske die Struktur mit unterschiedlichen Größenordnungen auf die Oberfläche des Halbleiterbauelements abgebildet werden kann, das heißt auf der Oberfläche des Halbleiterbauelements abgetragen werden kann.
  • In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform wird das Halbleiterbauelement als eine GaN-basierte lichtemittierende Diode ausgebildet. Die Herstellung der GaN-basierten lichtemittierenden Diode kann somit nur mittels direkter Laserbearbeitung, das heißt ohne den Einsatz photolithografischer Verfahren erfolgen:
    Eine GaN-basierte lichtemittierende Diode umfasst typischerweise eine untere dotierte GaN-basierte Halbleiterschicht und eine obere dotierte GaN-basierte Halbleiterschicht sowie einen dazwischen liegenden aktiven Bereich. Die Ausbildung einer LED-Schichtstruktur ist zum Beispiel in Nakamura et al., „High-Brightness InGaN Blue, Green and Yellow Light-Emitting Diades with Quantum Well Structures", Jpn. J. of Appl. Phys., Vol. 34, 1995, beschrieben. Die Herstellung erfolgt vorzugsweise auf der Grundlage eines Wafers, auf dem mehrere lichtemittierende Dioden oder Vorstufen im Herstellungsprozess der lichtemittierenden Diode angeordnet sind.
  • Für die Kontaktierung der unteren dotierten Halbleiterschicht werden in den GaN-basierten Halbleiterschichten Kontaktierungsgräben ausgebildet. Dabei werden vorzugsweise die obere dotierte Halbleiterschicht und der aktive Bereich mittels einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in den Bereichen für die Kontaktierungsgräben entfernt. Vorzugsweise wird die Abtragstiefe mittels der Pulsenergie des Ablationslasers und/oder der Anzahl Laserpulse gesteuert. Hierdurch wird die untere dotierte Halbleiterschicht freigelegt, sodass eine Kontaktierungsstruktur aufgebracht werden kann.
  • Zur Ausbildung von Mesa-Strukturen, zum Beispiel zur Definition einer leuchtenden aktiven Fläche der lichtemittierende Diode, wird vorzugsweise zumindest die obere dotierte Halbleiterschicht mittels einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in lokalen Bereichen entfernt. Vorzugsweise wird die Abtragstiefe mittels der Pulsenergie des Ablationslasers und/oder der Anzahl Laserpulse gesteuert.
  • Zur Ausbildung mechanischer Isolierungen der einzelnen lichtemittierenden Dioden eines Wafers zur späteren Trennung der einzelnen lichtemittierenden Dioden können Trennungsgräben, so genannte Sägestraßen ausgebildet werden. Hierbei werden vorzugsweise die obere dotierte Halbleiterschicht, der aktive Bereich und die untere Halbleiterschicht bis zu dem Substrat mittels einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in den Bereichen für die Trennungsgräben entfernt.
  • Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass mittels einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens die oben genannten Strukturierungsschritte mittels direkter Laserbearbeitung gleichzeitig vorzugsweise mit nur einer Belichtung für die ganze Oberfläche des Halbleiterbauelements erfolgen können. Ebenso kann analog eine Mehrzahl lichtemittierender Dioden simultan, vorzugsweise mit nur einer Belichtung strukturiert und somit hergestellt werden.
  • Im Rahmen dieser Beschreibung bedeutet untere Halbleiterschicht die Halbleiterschicht, welche dem Substrat zugewandt ist. Obere Halbleiterschicht bedeutet die Halbleiterschicht, welche dem Substrat abgewandt ist. Dies dient lediglich der einfacheren Bezugnahme und gilt insbesondere unabhängig davon, welche tatsächliche räumliche Lage der Gesamtstruktur während der Herstellung und/oder während der Benutzung vorliegt.
  • Die Dotierungstypen für die obere und die untere Halbleiterschicht sind der p-Dotierungstyp und der hierzu entgegengesetzte n-Dotierungstyp. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die untere Halbleiterschicht als n-dotierter Halbleiter ausgebildet ist und die obere Halbleiterschicht als p-dotierter Halbleiter ausgebildet ist oder umgekehrt. Bevorzugt ist die obere Halbleiterschicht als p-dotierte Halbleiterschicht ausgebildet und die untere Halbleiterschicht als n-dotierte Halbleiterschicht ausgebildet.
  • In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform umfasst die Halbleiterschichtstruktur einen aktiven Bereich, welcher aktive Bereich in Verfahrensschritt B in den Belichtungsbereichen zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig entfernt wird. Hierdurch wird eine elektrische Isolation zwischen verschiedenen Bereichen des Halbleiterbauelements geschaffen. Beispielsweise ist es somit bei der Herstellung einer lichtemittierenden Diode möglich, eine leuchtende Fläche zu definieren. Der aktive Bereich kann aus mehreren Halbleiterschichten bestehen und ist vorzugsweise als Schichtsystem aus mehreren undotierten Halbleiterschichten in an sich bekannter Weise ausgebildet. Insbesondere kann der aktive Bereich einen oder bevorzugt mehrere Quantentöpfe aufweisen.
  • In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform wird in Verfahrensschritt B die Halbleiterschichtstruktur in den Belichtungsbereichen vollständig entfernt. Hierdurch wird neben einer elektrischen Isolation gleichzeitig eine mechanische Isolation geschaffen und es ergibt sich der Vorteil, dass so die Vereinzelung der Halbleiterbauelemente ohne deren Beschädigung vereinfacht wird.
  • In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform wird in Verfahrensschritt B zumindest ein leuchtender Bereich der lichtemittierenden Diode definiert, indem durch Entfernen zumindest des aktiven Bereichs in den Belichtungsbereichen eine mechanische Trennung und elektrische Isolierung des leuchtenden Bereichs erfolgt. Es erfolgt eine mechanische Trennung und elektrische Isolierung des leuchtenden Bereichs der lichtemittierenden Diode von einem nichtleuchtenden Umgebungsbereich der lichtemittierenden Diode. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass mechanische Trennung und elektrische Isolierung des leuchtenden Bereichs ohne Entstehung von Nebenschlüssen erfolgt.
  • In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform wird eine Mehrzahl Halbleiterbauelemente auf einem Wafer hergestellt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass mittels der Belichtung des Wafers durch eine entsprechend strukturierte Projektionsmaske eine Mehrzahl Halbleiterbauelemente simultan belichtet, das heißt strukturiert werden kann.
  • In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform welcher Wafer verschiebbar angeordnet wird. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der Wafer und damit vorzugsweise das zu bearbeitende Halbleiterbauelement, exakt positioniert werden kann. Insbesondere bevorzugt wird der Wafer senkrecht zur Laserstrahlung des Ablationslasers verschiebbar angeordnet. Zur Positionierung des Wafers, das heißt zum Verfahren des Wafers wird eine an sich bekannte X-Y-Verschiebeeinheit verwendet.
  • In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform wird der Verfahrensschritt B wiederholt. Bevorzugt wird der Verfahrensschritt B zwischen einmal und zwanzigmal, insbesondere bevorzugt fünfmal wiederholt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine mehrmalige Belichtung an der gleichen Position auf dem Halbleiterbauelement und/oder dem Wafer erfolgen kann. Somit kann kontrolliert ein definierter Tiefenabtrag erreicht werden.
  • In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform erfolgt in einem Verfahrensschritt C1 nach dem Verfahrensschritt B ein Verschieben des Wafers. Hierdurch können unterschiedliche gewünschte Positionen auf dem Wafer angefahren werden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass mit der gleichen Projektionsmaske durch Abrastern die gesamte Waferoberfläche strukturiert werden kann. Eine vorzugsweise Verschiebestrategie ist das „Step and Repeat”-Verfahren:
    In einem Verfahrensschritt C0 wird die erste gewünschte Position angefahren. Im Anschluss erfolgt die Strukturierung mittels Belichtung mit Laserlicht in Verfahrensschritt B. Der Verfahrensschritt B kann mehrfach wiederholt werden, um eine gewünschte Abtragstiefe zu erreichen. Nach der gewünschten Anzahl Wiederholungen des Verfahrensschritts B wird in dem Verfahrensschritt C1 die nächste gewünschte Position angefahren. Hier erfolgt dann die Strukturierung mittels Belichtung mit Laserlicht in Verfahrensschritt B. Der Verfahrensschritt B kann wieder mehrfach wiederholt werden, um die gewünschte Abtragstiefe zu erreichen. Diese Abfolge kann insgesamt mehrfach wiederholt werden, um die ganze Oberfläche des Wafers abzurastern.
  • In einer alternativen vorzugsweisen Ausführungsform erfolgt in einem Verfahrensschritt C2 ein Verschieben des Wafers, wobei der Verfahrensschritt C2 gleichzeitig mit dem Verfahrensschritt B erfolgt. Eine vorzugsweise Verschiebestrategie ist das „Fire on the Fly”-Verfahren:
    In einem Verfahrensschritt C0 wird die erste gewünschte Position angefahren. Im Anschluss erfolgt die Strukturierung mittels Belichtung mit Laserlicht in Verfahrensschritt B. In dem Verfahrensschritt C2 erfolgt ein Verschieben des Wafers. Dabei erfolgt der Verfahrensschritt C2 zeitgleich mit dem Verfahrensschritt B. Dies bedeutet, dass der Wafer quasi kontinuierlich verschoben wird, während der Verfahrensschritt B mehrfach, jeweils an einer neuen Position auf der Waferoberfläche wiederholt wird. Diese simultane Abfolge kann mehrfach wiederholt werden, um die ganze Oberfläche des Wafers zu bearbeiten. Um die gewünschte Abtragstiefe zu erreichen, kann der Wafer mehrfach bearbeitet werden, sodass an jeder gewünschten Position eine mehrfache Belichtung bis zu dem gewünschten Tiefenabtrag erfolgt.
  • In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform wird in einem zusätzlichen Verfahrensschritt D nach dem Verfahrensschritt B ein Ätzschritt durchgeführt. Vorteilhafterweise erfolgt der Ätzschritt mittels eines Eintauchens in ein Ammoniakbad, dies wird „Ätzdip” genannt. Bei einem Ätzdip wird die Oberfläche der lichtemittierenden Diode für einen kurzen Zeitraum vollständig mit einer Ätzlösung benetzt. Durch den Ätzschritt wird vermieden, dass zwischen den leitenden Schichten, insbesondere zwischen der p-dotierten und der n-dotierten Halbleiterschicht, ein Nebenschluss ausgebildet wird und es somit zu einem Kurzschluss kommt. Vorzugsweise wird die Oberfläche der lichtemittierenden Diode zumindest für einen Zeitraum 10 Minuten vollständig mit einer Ätzlösung, vorzugsweise einer wässrigen Ammoniaklösung mit 3% Ammoniak, benetzt.
  • In einer alternativen vorzugsweisen Ausführungsform erfolgt der Ätzschritt im Verfahrensschritt D nach dem Verfahrensschritt B mittels eines Eintauchens in eine KOH-Lösung und/oder eine Benetzung der Oberfläche des Halbleiterbauelements mit einer KOH-Lösung. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass durch die Laserablation des Halbleitermaterials eventuell entstandene Nebenschlüsse entfernt werden.
  • In einer alternativen vorzugsweisen Ausführungsform erfolgt der Ätzschritt im Verfahrensschritt D nach dem Verfahrensschritt B mittels eines Eintauchens in eine HCL-Lösung und/oder eine Benetzung der Oberfläche des Halbleiterbauelements mit einer HCL-Lösung. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass durch die Laserablation des Halbleitermaterials eventuell entstandene Nebenschlüsse entfernt werden.
  • Die zuvor beschriebene Aufgabe ist weiterhin gelöst durch eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Halbleiterbauelements gemäß Anspruch 12. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorzugsweise zur Durchführung des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. bevorzugt einer vorzugsweisen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet.
  • Die Vorrichtung zur Bearbeitung eines Halbleiterbauelements, welches Halbleiterbauelement zumindest eine GaN-basierte Halbleiterschicht umfasst, umfasst einen Laser, Mittel zur Strahlaufweitung und Mittel zur Fokussierung, wobei ein Laserstrahlengang ausgehend von dem Laser durch die Mittel zur Strahlaufweitung zu den Mitteln zur Fokussierung verläuft.
  • Wesentlich ist, dass der Laser als Excimer-Laser ausgebildet ist und dass in dem Strahlengang des Excimer-Lasers zumindest eine Projektionsmaske derart zwischen den Mitteln zur Strahlaufweitung und den Mitteln zur Fokussierung angeordnet und ausgebildet ist, dass Laserstrahlung auf die Projektionsmaske trifft und diese zumindest in Teilbereichen durchstrahlt. Hierbei sind Belichtungsbereiche des Halbleiterbauelements mittels der durchstrahlenden Laserstrahlung beaufschlagbar und Abschattungsbereiche des Halbleiterbauelements werden durch die Projektionsmaske abgeschattet.
  • Somit kann in einem Prozessschritt die gesamte Oberfläche eines Halbleiterbauelements gleichzeitig strukturiert werden. Ebenso ist es möglich, dass vorteilhafterweise eine Mehrzahl Halbleiterbauelemente gleichzeitig, das heißt in einem Belichtungsschritt strukturiert wird.
  • Hierdurch ergibt sich insbesondere der Vorteil, dass eine große Anzahl von Halbleiterbauelementen kostengünstig und zeitsparend mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellt werden kann.
  • In einer vorzugsweisen Ausführungsform ist ein Strahlhomogenisierer derart zwischen den Mitteln zur Strahlaufweitung und der Projektionsmaske angeordnet und ausgebildet, dass Laserstrahlung mit einem im Wesentlichen homogenen Intensitätsprofil auf die Projektionsmaske trifft. Bevorzugt trifft die Laserstrahlung mit einem quadratischen Top-Hat-Strahlprofil auf die Projektionsmaske. Die Laserstrahlung mit dem homogenen Intensitätsprofil trifft auf die Projektionsmaske und durchstrahlt diese in den Bereichen der Aussparung der Projektionsmaske, das heißt, es kann hier eine beliebige Form des Laserstrahls „ausgeschnitten” werden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Laserintensität in allen Punkten eines Strahlquerschnitts im Wesentlichen gleich groß ist. Somit wird auch ein konstanter Materialabtrag über die gesamte belichtete Halbleiteroberfläche garantiert.
  • In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform ist die Projektionsmaske mittels optischer oder Elektronenstrahl-Lithografie und/oder mittels direkter Laser-Ablation strukturiert. Als Projektionsmaske kann beispielsweise eine mittels bekannter Verfahren hergestellte 4” Cr/Quarz Lithographiemaske verwendet werden, die kommerziell erhältlich ist. Vorteilhafterweise ist die Projektionsmaske derart ausgebildet, dass sie Aussparungen aufweist, welche bezüglich der Form der Aussparungen der Struktur entsprechen, die an der Oberfläche des Halbleiterbauelements abgetragen werden soll. Die Laserstrahlung durchstrahlt die Projektionsmaske in den genannten Aussparungen und trifft so auf die Oberfläche der Halbleiterschichtstruktur.
  • Vorteilhafterweise sind die Abmessungen der Aussparungen der Projektionsmaske im Vergleich zu den gewünschten Strukturen auf der Halbleiteroberfläche vergrößert. Durch die Fokussieroptik erfolgt eine Skalierung der Aussparungen auf die gewünschte Größe bei der Abbildung der Projektionsmaske auf die Oberfläche des Halbleiterbauelements. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass auf bekannte Verfahren zur Strukturierung der Projektionsmaske zurückgegriffen werden kann. Ebenso vorteilhaft ist, dass die Aussparungen der Projektionsmaske in einer größeren und damit leichter zu handhabenden Größenordnung von mehreren Millimetern ausgebildet sein können.
  • In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform ist die Projektionsmaske derart angeordnet und ausgebildet, dass mittels der durchstrahlenden Laserstrahlung eine Mehrzahl Halbleiterbauelemente gleichzeitig beaufschlagbar ist.
  • Die Projektionsmaske ist vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass mehrere Strukturierungsvorlagen für die gewünschte Struktur der Oberfläche eines Halbleiterbauelements, das heißt mehrere Aussparungen, die einer Schablone für die gewünschte Strukturierung entsprechen, auf der Projektionsmaske angeordnet sind. Beispielsweise können 3 × 3 Aussparungen bzw. Schablonen auf der Projektionsmaske angeordnet sein. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Mehrzahl Halbleiterbauelemente in einem Belichtungsvorgang gleichzeitig strukturiert werden kann.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren sind grundsätzlich für Anwendungen geeignet, bei denen GaN-basierte Halbleiterschichten strukturiert werden sollen.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung und/oder das erfindungsgemäße Verfahren sind vorzugsweise ausgebildet zur Herstellung von lichtemittierenden Dioden in großer Stückzahl:
    Ausgehend von der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer vorzugsweisen Ausführungsform zur Herstellung lichtemittierender Dioden unter Verwendung eines Excimer-Lasers mit einer Pulsenergie von bis zu 2 Joule kann eine Fläche von 1 cm2 mit der notwendigen Leistungsdichte ausgeleuchtet werden. Moderne lichtemittierende Dioden weisen eine Chipfläche von 1 × 1 mm2 auf. Berücksichtigt man den Abstand zwischen den einzelnen Chips, so können gleichzeitig über 60 lichtemittierende Dioden bearbeitet werden. Typischerweise werden bei der Herstellung lichtemittierender Dioden runde Wafer mit einem Durchmesser von 150 mm verwendet. Bei Einsatz der oben beschriebenen „Fire on the Fly”-Verschiebestrategie mit einer Verschiebegeschwindigkeit des Wafers von 100 mm/s benötigen fünf Bearbeitungsdurchläufe für einen vorzugsweise gewünschten Tiefenabtrag, ungefähr zwei Minuten. Mit Berücksichtigung einer kurzen Zeitspanne unter einer Minute für die Justierung können in weniger als drei Minuten Bearbeitungszeit somit über 10.000 lichtemittierende Dioden bearbeitet werden.
  • Weitere vorzugsweise Merkmale und Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren erläutert. Dabei zeigt:
  • 1 schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bearbeitung eines Halbleiterbauelements,
  • 2 schematische Querschnittsdarstellung einer lichtemittierenden Diode, welche mittels Durchführung eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde,
  • 3 schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Projektionsmaske zur gleichzeitigen Definition der leuchtenden Fläche einer Mehrzahl lichtemittierender Dioden.
  • In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichwirkende Elemente.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Bearbeitung eines Halbleiterbauelements. Die Vorrichtung umfasst einen Laser 1, einen Kollimator 2a, 2b, einen Strahlhomogenisierer 3, eine Projektionsmaske 4, eine Fokussieroptik 5 sowie eine Halterung 7 für einen Halbleiterwafer 6.
  • Der Laser 1 ist als Excimer-Laser ausgebildet und weist Emissionswellenlängen von 351 nm, 308 nm, 248 nm, 193 nm oder 157 nm auf, im vorliegenden Fall 248 nm. Der Excimer-Laser ist ein gepulster Laser mit einer Pulslänge kleiner als 40 Nanosekunden, vorliegend 20 ns und mit einer Pulswiederholrate von bis zu 600 Hz, vorliegend 20 Hz. Der Excimer-Laser weist eine sehr hohe Pulsenergie von bis zu 2 Joule auf. Der Strahlengang der Laserstrahlung 8.1 verläuft ausgehend vom Excimer-Laser 1 zum Kollimator 2.
  • Der Kollimator 2 dient der Aufweitung der Laserstrahlung 8.1 auf einen Strahlquerschnitt von vorliegend 2 × 2 cm2. Der Kollimator umfasst typischerweise eine Zerstreulinse 2a und eine Sammellinse 2b. Im Anschluss an den Kollimator verläuft der Strahlengang 8.2 im Wesentlichen als paralleles Strahlenbündel zum Strahlhomogenisierer 3.
  • Der Strahlhomogenisierer 3 erzeugt aus dem gaußförmigen Intensitätsprofil der ursprünglichen Laserstrahlung 8.2 Laserstrahlung 8.3 mit einem homogenen Intensitätsprofil, vorliegend ein quadratisches Top-Hat-Strahlprofil, vorliegend durch Verwendung gekreuzter Mikrolinsenanordnungen. Ausgehend von dem Strahlhomogenisierer 3 verläuft der Strahlengang des aufgeweiteten, kollimierten und homogenisierten Laserstrahls 8.3 zur Projektionsmaske 4. Die Projektionsmaske 4 hat vorliegend eine Größe von 10 × 10 cm2 und wird mit einem quadratischen Strahl 8.3 der Größe 2 × 2 cm2 beleuchtet. Hierdurch können mehrere verschiedene Strukturschablonen (z. B. verschiedene Belichtungsschritte) auf der Maske angeordnet werden und während der Bearbeitung eines Halbleiterwafers 6 durch Verschieben der Projektionsmaske 4 belichtet werden.
  • Die Projektionsmaske 4 umfasst eine Metallisierung, welche Metallisierung bereichsweise Aussparungen aufweist (Strukturschablonen). Durch die Aussparungen kann die Laserstrahlung 8.3 die Projektionsmaske 4 durchstrahlen. Hierdurch werden Belichtungsbereiche auf der Oberfläche des Halbleiterbauelements 6 mit Laserstrahlung beaufschlagt. In den anderen Bereichen wird das Laserlicht durch die Metallisierung der Projektionsmaske 4 blockiert. Hierdurch werden die zu den Belichtungsbereichen komplementären Abschattungsbereiche auf der Oberfläche des Halbleiterbauelements 6 abgeschattet. Die Aussparungen der Metallisierung der Projektionsmaske 4 (Strukturschablonen) sind derart ausgestaltet, dass sie bezüglich der Form der gewünschten Struktur entsprechen, die auf der Oberfläche des Halbleiterbauelements mittels der Laserstrahlung abgetragen werden soll. Die Abmessungen der Aussparungen der Projektionsmaske 4 sind um einen Faktor 10 größer ausgestaltet als die gewünschte Struktur, die auf der Oberfläche des Halbleiterbauelements 6 mittels der Laserstrahlung abgetragen werden soll. Durch laterales, das heißt senkrecht zum Strahlengang der Laserstrahlung 8, Verschieben der Projektionsmaske 4 können verschiedene Formen durchstrahlt werden. Somit ist es möglich unterschiedliche Ausführungen von Halbleiterbauelementen mit einer Projektionsmaske 4 auf dem gleichen Wafer 6, ohne größere Umbauten der Herstellungsvorrichtung herzustellen.
  • Die Laserstrahlung 8.4, welche die Projektionsmaske 4 durchstrahlt, trifft auf die Fokussieroptik 5. Die Fokussieroptik 5 ist als mehrlinsiges Objektiv ausgebildet und bildet die Laserstrahlung 8.4 auf der Oberfläche des Halbleiterbauelements 6 ab. Hierbei ist die Fokussieroptik 5 derart ausgestaltet, dass die die Projektionsmaske 4 durchdringende Laserstrahlung 8.4 stark verkleinert, vorliegend auf 10% verkleinert auf der Oberfläche abgebildet wird. Die Struktur der Projektionsmaske 4, d. h. die Aussparungen in der Metallisierung der Projektionsmaske können somit 10 mal größer als die gewünschte Struktur, welche auf der Oberfläche des Halbleiterbauelements abgetragen werden soll, ausgestaltet sein. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Projektionsmaske einfacher herzustellen ist im Vergleich zu einer Maske oder Schablone, welche Abmessungen in der Größenordnung der gewünschten Struktur, welche auf der Oberfläche des Halbleiterbauelements abgetragen werden soll, aufweisen muss.
  • Das Halbleiterbauelement 6 ist auf einer Halterung 7 angebracht. Die Halterung 7 ist in X, Y und Z-Richtung bewegbar. Zusätzlich kann die Halterung 7 um einen Winkel Θ um eine Achse parallel zum Strahlengang der Laserstrahlung, vorliegend bis zu ca. 360° rotiert werden.
  • 2 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer lichtemittierenden Diode, welche mittels Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde. Die lichtemittierende Diode 9 umfasst ein Substrat 11, eine n-dotierte GaN-Halbleiterschicht 12, einen aktiven Bereich 13, eine p-dotierte GaN-Halbleiterschicht 14, eine p-Kontaktierung 15 und eine n-Kontaktierung 16.
  • Typischerweise ist die lichtemittierende Diode auf einem Saphirsubstrat 11 ausgebildet.
  • Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde im Bereich 16a ein Bereich der p-dotierten GaN-Halbleiterschicht 14 bis zu der n-dotierten Halbleiterschicht 12 abgetragen, um die n-dotierte Halbleiterschicht 12 freizulegen. Auf die so freigelegte n-dotierte Halbleiterschicht 12 konnte dann die n-Kontaktierungsstruktur 16 aufgebracht werden. Hierbei beträgt die Tiefe des Abtrags der p-dotierten Halbleiterschicht 14 vorliegend 230 nm. Dieser Tiefenabtrag wurde mittels eines Excimer-Lasers mit einer Leistungsdichte von 1,69 J/cm2 und einer 5-maligen Belichtung erreicht.
  • Die Abmessungen der n-Kontaktierungsstruktur 16 sind derart an den Graben 16a angepasst, dass zwischen der p-dotierten Halbleiterschicht 14 und der n-Kontaktierungsstruktur 16 weder ein mechanischer noch ein elektrisch leitender Kontakt besteht. Der Graben 16a für die n-Kontaktierungsstruktur 16 weist typischerweise eine Breite von ungefähr 50 μm auf. Die n-Kontaktierungsstruktur 16 wird mit einem Abstand zu den Wänden des Grabens 16a von ungefähr 5–10 μm auf beiden Seiten ausgebildet.
  • In dem Graben 16a wird die n-Kontaktierungsstruktur 16 mittels einer Schattenmaske in einem Elektronenstrahlverdampfungs-, oder Sputter-Verfahren als strukturierte metallische Kontaktierungsstruktur aufgebracht. Ebenso wird auf der p-dotierten Halbleiterschicht 14 mittels einer Schattenmaske in einem Elektronenstrahlverdampfungs- oder Sputter-Verfahren die metallische p-Kontaktierungsstruktur 15 als strukturierte metallische Kontaktierungsstruktur aufgebracht. Das Aufbringen der p-Kontaktierungsstruktur 15 und der n-Kontaktierungsstruktur 16 mittels Elektronenstrahlverdampfungs- oder Sputter-Verfahren kann in einem Prozessschritt erfolgen. Ebenso kann das Aufbringen der p-Kontaktierungsstruktur 15 und der n-Kontaktierungsstruktur 16 auch mittels bekannter lithografischer Techniken erfolgen.
  • Ebenso wurde im Bereich 17 mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens die p-dotierte Halbleiterschicht 14 entfernt. Hierdurch wurde eine elektrische Isolierung der verschiedenen Bereiche der lichtemittierenden Diode erreicht. Durch eine elektrische Isolierung verschiedener Bereiche der lichtemittierenden Diode kann zum Beispiel eine leuchtende Fläche der Oberfläche der lichtemittierenden Diode definiert werden. Ebenso kann eine definierte Fläche von einer Bestromung im Wesentlichen ausgeschlossen werden und somit eine dunkle Fläche definiert werden. Hierbei beträgt die Tiefe des Abtrags der p-dotierten Halbleiterschicht 14 vorliegend 230 nm. Dieser Tiefenabtrag wurde mittels eines Excimer-Lasers mit einer Leistungsdichte von 1,69 J/cm2 und einer 5-maligen Belichtung erreicht.
  • Im Bereich 18 wurde mittels der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowohl die p-dotierte Halbleiterschicht 14 als auch der aktive Bereich 13 und die n-dotierte Halbleiterschicht bis zu dem Substrat 11 entfernt. Dadurch entsteht eine mechanische Trennung der einzelnen Halbleiterbauelemente auf dem Wafer, das heißt es wird ein Trennungsgraben 18 ausgebildet, der als Sägestraße zur Vereinzelung der Mehrzahl lichtemittierender Dioden eines Wafers dient. Die Tiefe des Trenngrabens 18 beträgt 2–10 μm, vorzugsweise 6 μm. Für diesen Tiefenabtrag beträgt die Belichtungswiederholungsrate vorliegend 150 Pulse.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Projektionsmaske 4. Als Projektionsmaske 4 wird eine übliche, quadratische Lithographiemaske, vorliegend in der Größe 10 × 10 cm2, verwendet. Die Projektionsmaske 4 besteht aus einem UV-transparenten Trägermaterial, vorzugsweise Quarz, vorliegend mit einer Dicke von 2 mm, auf dem strukturiert reflektierende, nicht UV-transparente Bereiche aus Metall, vorliegend Chrom mit einer Dicke von 100 nm, aufgebracht sind. Im reflektierenden Bereich findet keine Lasertransmission und daher auch keine Halbleiterbearbeitung statt. Die Herstellung der Maske erfolgt mittels Elektronenstrahl- oder Photo-Lithographie und nasschemischem Ätzen des Cr-Metalls. Als Variante kann noch eine absorbierende Beschichtung auf dem Metall aufgebracht sein um Reflektionen zu unterdrücken.
  • Die Aussparungen 19, 21 in der Metallisierung der Projektionsmaske 4 als Strukturschablonen entsprechen der gewünschten Struktur, die auf der Oberfläche des Halbleiterbauelements abgetragen werden soll. Auf der Projektionsmaske 4 ist eine nicht transparente Metallisierung 20 aufgebracht. in diesem Bereich wird die Projektionsmaske 4 nicht durchstrahlt. Auf der Oberfläche des Halbleiterbauelements werden die entsprechenden Bereiche abgeschattet und somit nicht bearbeitet. Die Halbleiterschicht wird also nicht abgetragen und definiert so vorliegend die leuchtende Fläche einer LED (entsprechend 2, 14). In den Aussparungen 21 der Projektionsmaske 4 wird die Projektionsmaske 4 von der Laserstrahlung 8.3 durchstrahlt. Die Halbleiteroberfläche wird in den entsprechenden Bereichen somit mit Laserstrahlung beaufschlagt und abgetragen. In den hierdurch vorliegend entstehenden Gräben kann anschließend der n-Kontakt aufgebracht werden (entsprechend 2, 16a). Die Projektionsmaske 4 weist eine Mehrzahl von Strukturschablonen 22 auf, vorliegend vier, sodass simultan vier Halbleiterbauelemente belichtet werden können. Es ist ebenso möglich, dass angrenzend an die vorliegend vier gleichen Strukturschablonen 22 eine Anzahl, zum Beispiel ebenso vier untereinander gleiche, zu den dargestellten vier Strukturschablonen 22 unterschiedliche Strukturschablonen auf der Projektionsmaske 4 angeordnet sind. Hierdurch ist es einerseits möglich, den Wafer 6 in unterschiedlichen Bereichen mit unterschiedlichen Strukturen zu bearbeiten, zum Beispiel um Kleinserien verschiedener Halbleiterbauelemente auf einem Wafer herzustellen. Ebenso ist es möglich, den gleichen Bereich auf der Oberfläche des Wafers 6 in mehreren Belichtungsschritten mit unterschiedlichen Strukturschablonen zu strukturieren.
  • Die Abmessung der Aussparungen ist vorliegend mit einem Faktor 10 größer skaliert, da mittels der Fokussieroptik bei der Abbildung der Projektionsmaske auf der Oberfläche des Halbleiterbauelements eine Verkleinerung auf vorliegend 10% erreicht wird. Der Belichtungsbereich auf der Oberfläche des Halbleiterbauelements entspricht somit einem Zehntel der Abmessung der Aussparungen in der Projektionsmaske.
  • Ausgehend von der Verwendung eines Excimer-Lasers mit einer Pulsenergie von bis zu 2 Joule kann eine Fläche von 1 cm2 mit der notwendigen Leistungsdichte ausgeleuchtet werden. Moderne lichtemittierende Dioden weisen eine Chipfläche von 1 × 1 mm2 auf. Berücksichtigt man den Abstand zwischen den einzelnen Chips, so können mittels der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Projektionsmaske 4 gleichzeitig über 60 lichtemittierende Dioden bearbeitet werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • R. Maser et al., „Laser processing of GaN based LEDs with Ultradiode Picosecond Laserpulses”, Proc. Of SPIE, Vol. 8433, 2012 [0003]
    • Nakamura et al., „High-Brightness InGaN Blue, Green and Yellow Light-Emitting Diades with Quantum Well Structures”, Jpn. J. of Appl. Phys., Vol. 34, 1995 [0019]

Claims (15)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements, folgende Verfahrensschritte umfassend: A Abscheiden einer Halbleiterschichtstruktur auf einem Substrat, welche Halbleiterschichtstruktur zumindest eine GaN-basierte Halbleiterschicht umfasst, B Zumindest teilweises Entfernen zumindest der GaN-basierten Halbleiterschicht in lokalen Bereichen mittels Laserbearbeitung, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserbearbeitung in Verfahrensschritt B mittels Belichtung der GaN-basierten Halbleiterschicht durch zumindest eine Projektionsmaske erfolgt, welche Projektionsmaske mit Laserstrahlung eines Ablationslasers beleuchtet wird, derart, dass Belichtungsbereiche der GaN-basierten Halbleiterschicht durch Aussparungen in der Projektionsmaske belichtet werden und Abschattungsbereiche der GaN-basierten Halbleiterschicht durch die Projektionsmaske abgeschattet werden, wobei die Laserfluenz des Ablationslasers in den Belichtungsbereichen über der Ablationsschwelle der GaN-basierten Halbleiterschicht liegt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Ablationslaser ein Excimer-Laser verwendet wird, welcher Excimer-Laser eine Wellenlänge kleiner oder gleich 351 nm und eine Pulslänge im Bereich 40 Nanosekunden oder kleiner aufweist.
  3. Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Belichtung die Projektionsmaske auf der GaN-basierten Halbleiterschicht verkleinert, bevorzugt im Bereich 2- bis 20-fach verkleinert, insbesondere bevorzugt 10-fach verkleinert abgebildet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauelement als eine GaN-basierte lichtemittierende Diode ausgebildet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschichtstruktur einen aktiven Bereich umfasst, welcher aktive Bereich in Verfahrensschritt B in den Belichtungsbereichen zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig entfernt wird, insbesondere, dass in Verfahrensschritt B zumindest ein leuchtender Bereich der lichtemittierenden Diode definiert wird, indem durch Entfernen zumindest des aktiven Bereichs in den Belichtungsbereichen eine mechanische Trennung und elektrische Isolierung des leuchtenden Bereichs erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt B die Halbleiterschichtstruktur in den Belichtungsbereichen im Wesentlichen vollständig entfernt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl Halbleiterbauelemente auf einem Wafer hergestellt wird, insbesondere dass der Wafer senkrecht zur Laserstrahlung des Ablationslasers verschiebbar angeordnet wird.
  8. Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt B wiederholt wird, bevorzugt zwischen einmal und zwanzigmal, insbesondere bevorzugt fünfmal wiederholt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Verfahrensschritt C1 nach dem Verfahrensschritt B ein Verschieben des Wafers erfolgt, derart, dass das Verschieben des Wafers senkrecht zu der Laserstrahlung des Ablationslasers erfolgt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Verfahrensschritt C2 ein Verschieben des Wafers erfolgt, wobei der Verfahrensschritt C2 gleichzeitig mit dem Verfahrensschritt B erfolgt.
  11. Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zusätzlichen Verfahrensschritt D nach dem Verfahrensschritt B ein Ätzschritt, vorzugsweise ein Ätzdip-Schritt durchgeführt wird.
  12. Vorrichtung zur Bearbeitung eines Halbleiterbauelements, welches Halbleiterbauelement zumindest eine GaN-basierte Halbleiterschicht umfasst, umfassend einen Laser, Mittel zur Strahlaufweitung und Mittel zur Fokussierung, wobei ein Laserstrahlengang ausgehend von dem Laser durch die Mittel zur Strahlaufweitung zu den Mittel zur Fokussierung verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser als Excimer-Laser ausgebildet ist und dass in dem Laserstrahlengang des Excimer-Lasers zumindest eine Projektionsmaske derart zwischen den Mitteln zur Strahlaufweitung und den Mitteln zur Fokussierung angeordnet und ausgebildet ist, dass Laserstrahlung auf die Projektionsmaske trifft und diese zumindest in Teilbereichen durchstrahlt, wobei Belichtungsbereiche des Halbleiterbauelement mittels der durchstrahlenden Laserstrahlung beaufschlagbar sind und Abschattungsbereiche des Halbleiterbauelements durch die Projektionsmaske abgeschattet werden.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strahlhomogenisierer derart zwischen den Mitteln zur Strahlaufweitung und der Projektionsmaske angeordnet und ausgebildet ist, dass Laserstrahlung mit einem im Wesentlichen homogenen Intensitätsprofil, bevorzugt Laserstrahlung mit einem Top-Hat-Strahlprofil, insbesondere quadratischem Top-Hat-Strahlprofil, auf die Projektionsmaske trifft.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsmaske mittels optischer oder Elektronenstrahl-Lithografie und/oder mittels direkter Laserablation strukturiert ist.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsmaske derart angeordnet und ausgebildet ist, dass mittels der durchstrahlenden Laserstrahlung eine Mehrzahl Halbleiterbauelemente gleichzeitig beaufschlagbar ist.
DE201310201298 2013-01-28 2013-01-28 Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Halbleiterbauelements Ceased DE102013201298A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201310201298 DE102013201298A1 (de) 2013-01-28 2013-01-28 Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Halbleiterbauelements

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201310201298 DE102013201298A1 (de) 2013-01-28 2013-01-28 Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Halbleiterbauelements

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102013201298A1 true DE102013201298A1 (de) 2014-07-31

Family

ID=51163472

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE201310201298 Ceased DE102013201298A1 (de) 2013-01-28 2013-01-28 Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Halbleiterbauelements

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102013201298A1 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104362083A (zh) * 2014-11-17 2015-02-18 山东元旭光电有限公司 图形化蓝宝石衬底报废外延片的蓝宝石衬底再利用方法
AT522547A1 (de) * 2019-04-17 2020-11-15 Miba Automation Systems Ges M B H Positionierhilfe für Laserschweißen und Positionierverfahren
CN112091418A (zh) * 2020-09-10 2020-12-18 南开大学 一种宽禁带半导体表面深亚波长周期性条纹结构的制备方法
EP3975224A1 (de) 2020-09-29 2022-03-30 Valstybinis Moksliniu Tyrimu Institutas Fiziniu Ir Technologijos Mokslu Centras Verfahren zur herstellung von vertieften elektrischen elementen

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080153039A1 (en) * 2006-12-20 2008-06-26 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Manufacturing Method of Semiconductor Device
US20100015397A1 (en) * 2006-05-19 2010-01-21 Oerlikon Balzers Coating (Uk) Limited Method and tool for patterning thin films on moving substrates

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100015397A1 (en) * 2006-05-19 2010-01-21 Oerlikon Balzers Coating (Uk) Limited Method and tool for patterning thin films on moving substrates
US20080153039A1 (en) * 2006-12-20 2008-06-26 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Manufacturing Method of Semiconductor Device

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Nakamura et al., "High-Brightness InGaN Blue, Green and Yellow Light-Emitting Diades with Quantum Well Structures", Jpn. J. of Appl. Phys., Vol. 34, 1995
R. Maser et al., "Laser processing of GaN based LEDs with Ultradiode Picosecond Laserpulses", Proc. Of SPIE, Vol. 8433, 2012

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104362083A (zh) * 2014-11-17 2015-02-18 山东元旭光电有限公司 图形化蓝宝石衬底报废外延片的蓝宝石衬底再利用方法
CN104362083B (zh) * 2014-11-17 2017-10-31 山东元旭光电股份有限公司 图形化蓝宝石衬底报废外延片的蓝宝石衬底再利用方法
AT522547A1 (de) * 2019-04-17 2020-11-15 Miba Automation Systems Ges M B H Positionierhilfe für Laserschweißen und Positionierverfahren
CN112091418A (zh) * 2020-09-10 2020-12-18 南开大学 一种宽禁带半导体表面深亚波长周期性条纹结构的制备方法
EP3975224A1 (de) 2020-09-29 2022-03-30 Valstybinis Moksliniu Tyrimu Institutas Fiziniu Ir Technologijos Mokslu Centras Verfahren zur herstellung von vertieften elektrischen elementen
LT6909B (lt) * 2020-09-29 2022-04-25 Valstybinis mokslinių tyrimų institutas Fizinių ir technologijos mokslų centras Įgilintų elektronikos elementų formavimo būdas

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102016200027B4 (de) Wafer-Herstellungsverfahren
DE102009020819B4 (de) Verfahren zum Ausbilden eines Musters auf einem Gruppe-III-Nitridhalbleitersubstrat und Verfahren zum Herstellen einer Gruppe-III-Nitridhalbleiter-Lichtemissionseinrichtung
DE69627226T2 (de) Herstellungsverfahren für eine Licht emittierende Halbleitervorrichtung
DE60117036T2 (de) Laserbearbeitung von halbleitermaterialen
DE102014106472B4 (de) Verfahren zum Strahlungsritzen eines Halbleitersubstrats
EP2223337B1 (de) Optoelektronisches bauelement und herstellungsverfahren für ein optoelektronisches bauelement
DE102011100594B4 (de) Linienbildsysteme und Verfahren zum Laserhärten
DE102014209012A1 (de) Laserbearbeitungsverfahren
DE102014215392A1 (de) Optikbauelementwafer-Bearbeitungsverfahren
DE102011086730A1 (de) Verfahren zum Markieren eines SiC-Halbleiterwafers und SiC-Halbleiterwafer
DE10351775A1 (de) Laserbearbeitungsverfahren und Laserbearbeitungsvorrichtung
DE69637167T2 (de) LED-Anordnung mit hoher Auflösung und ihr Herstellungsverfahren
WO1998014986A1 (de) Verfahren zum trennen zweier materialschichten voneinander und nach diesem verfahren hergestellte elektronische bauelemente
DE102015101888A9 (de) Optoelektronisches Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements
DE102013201298A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Halbleiterbauelements
DE102008019599A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes durch lokales Erwärmen einer oder mehrerer Metallisierungsschichten und mittels selektiven Ätzens
DE102012214254A1 (de) Laserbasiertes Verfahren und Bearbeitungstisch zur lokalen Kontaktierung eines Halbleiterbauelements
DE102017213670A1 (de) SiC-Waferherstellungsverfahren
DE102014218759A1 (de) Bearbeitungsverfahren für ein Werkstück
DE112009003752B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer Fotovoltaikvorrichtung
DE10307309B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Bearbeitung von elektrischen Schaltungssubstraten mittels Laser
DE102015114712A1 (de) Substrat und dessen Herstellungsverfahren, Halbleiterbauelement und dessen Herstellungsverfahren und Laserbearbeitungsgerät
DE102012016178B3 (de) Verfahren zur optischen Übertragung einer Struktur in ein Aufnahmemedium
EP2750891B1 (de) Verfahren zum herstellen einer druckschablone für den technischen druck und druckschablone für den technischen druck
DE102018213786A1 (de) Bearbeitungsverfahren für einen Wafer

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final