DE102016124380A1 - Semiconductor device and method for manufacturing a semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Halbleiterbauelement (1) angegeben umfassendeinen Halbleiterkörper (2) miteiner ersten Halbleiterschicht (3) und einer zweiten Halbleiterschicht (4),einer ersten Hauptfläche (2A) und einer der ersten Hauptfläche (2A) gegenüberliegenden zweiten Hauptfläche (2B), wobei die erste Hauptfläche (2A) durch eine Oberfläche der ersten Halbleiterschicht (3) und die zweite Hauptfläche (2B) durch eine Oberfläche der zweiten Halbleiterschicht (4) gebildet wird,mindestens einer Seitenfläche (2C, 2D), welche die erste Hauptfläche (2A) mit der zweiten Hauptfläche (2B) verbindet, wobei der Halbleiterkörper (2) an der ersten Hauptfläche (2A) eine Aufrauung aufweist,eine metallische Schutzschicht (7), die die zweite Hauptfläche (2B) und die mindestens eine Seitenfläche (2C, 2D) zumindest bereichsweise überdeckt, undeine metallische Startschicht (8), diezwischen dem Halbleiterkörper (2) und der metallischen Schutzschicht (7) angeordnet ist, wobei die metallische Schutzschicht (7) auf die metallische Startschicht (8) direkt und unterbrechungsfrei aufgebracht ist.Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiterbauelements (1) angegeben.A semiconductor device (1) is provided, comprising a semiconductor body (2) having a first semiconductor layer (3) and a second semiconductor layer (4), a first main surface (2A) and a second main surface (2B) opposite the first main surface (2A) first main surface (2A) is formed by a surface of the first semiconductor layer (3) and the second main surface (2B) is formed by a surface of the second semiconductor layer (4), at least one side surface (2C, 2D) having the first main surface (2A) the second main surface (2B), wherein the semiconductor body (2) has a roughening on the first main surface (2A), a metallic protective layer (7) comprising the second main surface (2B) and the at least one side surface (2C, 2D) at least partially covered, anda metallic start layer (8) disposed between the semiconductor body (2) and the metallic protective layer (7), the metallic protective layer (7) is applied directly and uninterrupted to the metal starting layer (8). Furthermore, a method for producing such a semiconductor device (1) is given.
Description
Es werden ein Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements angegeben.The invention relates to a semiconductor component and to a method for producing a semiconductor component.
Es sind Halbleiterbauelemente möglich, die zum Schutz ihres Halbleiterkörpers eine metallische Verkapselung aufweisen. Löst sich die Verkapselung bereits im Laufe des Herstellungsprozesses teilweise ab, so ist das fertige Halbleiterbauelement beispielsweise gegen Feuchtigkeit nicht ausreichend geschützt.Semiconductor components are possible which have a metallic encapsulation for the protection of their semiconductor body. If the encapsulation already partially dissipates in the course of the manufacturing process, then the finished semiconductor component is not adequately protected against moisture, for example.
Eine zu lösende Aufgabe besteht vorliegend darin, ein mechanisch stabiles Halbleiterbauelement anzugeben. Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiterbauelements angegeben.An object to be solved in the present case is to specify a mechanically stable semiconductor component. Furthermore, a method for producing such a semiconductor device is specified.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauelement einen Halbleiterkörper, der eine erste Halbleiterschicht und eine zweite Halbleiterschicht aufweist. Ferner weist der Halbleiterkörper eine erste Hauptfläche und eine der ersten Hauptfläche gegenüberliegende zweite Hauptfläche auf, wobei insbesondere die erste Hauptfläche durch eine Oberfläche der ersten Halbleiterschicht und die zweite Hauptfläche durch eine Oberfläche der zweiten Halbleiterschicht gebildet wird. Insbesondere begrenzen die erste Hauptfläche und die zweite Hauptfläche den Halbleiterkörper in einer vertikalen Richtung.In accordance with at least one embodiment, the semiconductor component comprises a semiconductor body having a first semiconductor layer and a second semiconductor layer. Furthermore, the semiconductor body has a first main area and a second main area opposite the first main area, wherein in particular the first main area is formed by a surface of the first semiconductor layer and the second main area is formed by a surface of the second semiconductor layer. In particular, the first main surface and the second main surface define the semiconductor body in a vertical direction.
Ferner weist der Halbleiterkörper vorzugsweise mindestens eine Seitenfläche auf, welche die erste Hauptfläche mit der zweiten Hauptfläche verbindet. Insbesondere weist der Halbleiterkörper mehrere Seitenflächen auf. Dies ist beispielsweise bei einem quaderförmigen Halbleiterchip der Fall. Die mindestens eine Seitenfläche ist vorzugsweise weitgehend quer zu der ersten und zweiten Hauptfläche angeordnet. „Quer“ bedeutet, dass ein Normalenvektor der Seitenfläche nicht parallel zu einem Normalenvektor der ersten und/oder zweiten Hauptfläche verläuft. Vorzugsweise begrenzt die mindestens eine Seitenfläche den Halbleiterkörper in einer lateralen Richtung. Die laterale Richtung verläuft quer, insbesondere senkrecht, zur vertikalen Richtung.Furthermore, the semiconductor body preferably has at least one side surface which connects the first main surface to the second main surface. In particular, the semiconductor body has a plurality of side surfaces. This is the case, for example, with a cuboid semiconductor chip. The at least one side surface is preferably arranged largely transversely to the first and second main surfaces. "Transverse" means that a normal vector of the side surface is not parallel to a normal vector of the first and / or second major surface. Preferably, the at least one side surface bounds the semiconductor body in a lateral direction. The lateral direction is transverse, in particular perpendicular, to the vertical direction.
Die erste Halbleiterschicht kann eine erste Leitfähigkeit und die zweite Halbleiterschicht eine zweite Leitfähigkeit aufweisen. Vorzugsweise handelt es sich bei der ersten Halbleiterschicht um eine n-leitende Schicht. Weiterhin handelt es sich bei der zweiten Halbleiterschicht insbesondere um eine p-leitende Schicht. Der Halbleiterkörper kann zwischen der ersten und zweiten Halbleiterschicht weitere Halbleiterschichten aufweisen.The first semiconductor layer may have a first conductivity and the second semiconductor layer may have a second conductivity. Preferably, the first semiconductor layer is an n-type layer. Furthermore, the second semiconductor layer is, in particular, a p-conducting layer. The semiconductor body may have further semiconductor layers between the first and second semiconductor layers.
Vorzugsweise ist die erste Hauptfläche von einem Aufwachssubstrat zumindest teilweise, insbesondere vollständig, befreit. Die erste und zweite Halbleiterschicht können mittels eines Epitaxie-Verfahrens schichtenweise nacheinander auf einem Aufwachssubstrat hergestellt werden, das dann nach der Herstellung des Halbleiterkörpers zumindest teilweise entfernt wird, so dass die erste Hauptfläche beziehungsweise eine Oberfläche der ersten Halbleiterschicht zumindest teilweise freigelegt wird. Insbesondere bezeichnet die Richtung, in welcher die zweite Halbleiterschicht auf die erste Halbleiterschicht aufgewachsen wird, die vertikale Richtung. In der Regel weist die erste Hauptfläche Spuren des Abtrageprozesses auf, so dass sich Rückschlüsse auf das ursprüngliche Vorhandensein eines Aufwachssubstrats ziehen lassen. Durch das Ablösen des Aufwachssubstrats kann die erste Hauptfläche bereits mit einer Aufrauung versehen werden. Darüber hinaus kann die erste Hauptfläche beziehungsweise eine Oberfläche der ersten Halbleiterschicht in einem zusätzlichen Schritt aufgeraut werden. Damit weist der Halbleiterkörper an der ersten Hauptfläche vorzugsweise eine Aufrauung auf.Preferably, the first main surface of a growth substrate at least partially, in particular completely, freed. The first and second semiconductor layers can be produced in layers successively on a growth substrate by means of an epitaxy process, which is then at least partially removed after the production of the semiconductor body, so that the first main surface or a surface of the first semiconductor layer is at least partially exposed. In particular, the direction in which the second semiconductor layer is grown on the first semiconductor layer denotes the vertical direction. As a rule, the first main surface has traces of the removal process, so that it is possible to draw conclusions about the original presence of a growth substrate. By detaching the growth substrate, the first main surface can already be provided with a roughening. In addition, the first main surface or a surface of the first semiconductor layer can be roughened in an additional step. Thus, the semiconductor body preferably has a roughening on the first main surface.
Weiterhin kann das Halbleiterbauelement eine metallische Schutzschicht aufweisen. Unter einer „metallischen Schutzschicht“ ist dabei eine Schutzschicht zu verstehen, die aus einem Metall oder einer Metallverbindung gebildet ist und sich durch mindestens eine der folgenden Eigenschaften auszeichnet: hohe elektrische Leitfähigkeit, die mit steigender Temperatur abnimmt; hohe Wärmeleitfähigkeit, Duktilität (Verformbarkeit), metallischer Glanz (Spiegelglanz). Vorzugsweise werden die zweite Hauptfläche und die zumindest eine Seitenfläche zumindest bereichsweise von der metallischen Schutzschicht überdeckt. Eine „Überdeckung“ meint dabei insbesondere, dass die metallische Schutzschicht eine überwiegend geschlossene Fläche bildet, die sich parallel zu der zweiten Hauptfläche und der ersten Seitenfläche erstreckt. Vorteilhafterweise wird der Halbleiterkörper dabei durch die metallische Schutzschicht verkapselt. Vorzugsweise wird die zweite Hauptfläche zu mindestens 80 %, bevorzugt mindestens 90 %, von der metallischen Schutzschicht überdeckt.Furthermore, the semiconductor component may have a metallic protective layer. A "metallic protective layer" is to be understood as a protective layer which is formed from a metal or a metal compound and is distinguished by at least one of the following properties: high electrical conductivity, which decreases with increasing temperature; high thermal conductivity, ductility (ductility), metallic gloss (mirror gloss). Preferably, the second main surface and the at least one side surface are at least partially covered by the metallic protective layer. A "cover" means in particular that the metallic protective layer forms a predominantly closed surface which extends parallel to the second main surface and the first side surface. Advantageously, the semiconductor body is encapsulated by the metallic protective layer. Preferably, the second major surface is at least 80%, preferably at least 90%, covered by the metallic protective layer.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung erstreckt sich die Schutzschicht von der zweiten Hauptfläche bis auf mindestens eine Seitenfläche der ersten Halbleiterschicht. Dabei können Seitenflächen der zweiten Halbleiterschicht von der Schutzschicht vollständig überdeckt sein. Weiterhin wird vorzugsweise mindestens eine Seitenfläche des Halbleiterbauelements bereichsweise durch eine Oberfläche der metallischen Schutzschicht gebildet. Insbesondere werden mehrere Seitenflächen des Halbleiterbauelements bereichsweise durch Oberflächen der metallischen Schutzschicht gebildet. Das Halbleiterbauelement wird also in lateraler Richtung durch die Schutzschicht teilweise begrenzt.In a preferred embodiment, the protective layer extends from the second main surface to at least one side surface of the first semiconductor layer. In this case, side surfaces of the second semiconductor layer can be completely covered by the protective layer. Furthermore, at least one side surface of the semiconductor component is preferably formed in regions by a surface of the metallic protective layer. In particular, a plurality of side surfaces of the semiconductor device are formed in regions by surfaces of the metallic protective layer. The Semiconductor component is thus limited in the lateral direction by the protective layer partially.
Ferner umfasst das Halbleiterbauelement vorzugsweise eine metallische Startschicht (englisch: seed layer), die zwischen dem Halbleiterkörper und der metallischen Schutzschicht angeordnet ist, wobei die metallische Schutzschicht auf die metallische Startschicht direkt aufgebracht ist. Zwischen der Startschicht und der Schutzschicht ist also vorzugsweise keine weitere Schicht angeordnet. Weiterhin ist die metallische Schutzschicht auf die metallische Startschicht mit Vorteil unterbrechungsfrei aufgebracht. Es befinden sich also zwischen der Startschicht und der Schutzschicht insbesondere keine Hohlräume, die sich beispielsweise im Laufe der Herstellung durch teilweises Ablösen der Startschicht bilden können.Furthermore, the semiconductor component preferably comprises a metallic seed layer, which is arranged between the semiconductor body and the metallic protective layer, the metallic protective layer being applied directly to the metallic starting layer. Between the starting layer and the protective layer, therefore, preferably no further layer is arranged. Furthermore, the metallic protective layer is applied to the metallic starting layer advantageously without interruption. In particular, there are no voids between the starting layer and the protective layer, which cavities can form, for example, in the course of production by partial detachment of the starting layer.
Die Erfinderinnen haben festgestellt, dass insbesondere durch nasschemische Behandlung des Halbleiterkörpers mit einem Ätzmittel, beispielsweise KOH, an der ersten Hauptfläche, wie dies beispielsweise beim Aufrauen des Halbleiterkörpers an der ersten Hauptfläche der Fall ist, Delaminationen an der Startschicht auftreten können. Als Ursache dafür machen sie eine zu dünne oder nicht hinreichend dicht ausgebildete Startschicht verantwortlich, die das Eindringen von Ätzmittel ermöglicht, das bis zur Schutzschicht vordringen kann. Durch das Eindringen des Ätzmittels und die dadurch hervorgerufenen Delaminationen können sowohl zwischen dem Halbleiterkörper und der Startschicht als auch zwischen der Startschicht und der Schutzschicht Hohlräume beziehungsweise Spalten entstehen. Diese können bis zu 300 nm breit sein. Dadurch kann Feuchtigkeit in das fertige Halbleiterbauelement eindringen und dieses schädigen. Zur Lösung des Problems schlagen die Erfinderinnen eine stabilere Startschicht vor. Diese kann zumindest das Entstehen von Hohlräumen oder Spalten zwischen der Startschicht und der Schutzschicht wirksam verhindern.The inventors have found that, in particular by wet-chemical treatment of the semiconductor body with an etchant, for example KOH, on the first main surface, as is the case, for example, when the semiconductor body is roughened on the first main surface, delamination may occur at the start layer. The cause of this is attributed to a too thin or insufficiently dense starting layer, which allows the penetration of etchant, which can penetrate to the protective layer. Due to the penetration of the etchant and the delamination caused thereby, voids or gaps may form between the semiconductor body and the starting layer as well as between the starting layer and the protective layer. These can be up to 300 nm wide. As a result, moisture can penetrate into the finished semiconductor device and damage it. To solve the problem, the inventors suggest a more stable starting layer. This can effectively prevent at least the formation of voids or gaps between the starting layer and the protective layer.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements besteht die metallische Startschicht aus einer einzigen Schicht. Insbesondere ist die metallische Startschicht dabei aus einem einzigen Material hergestellt. Bevorzugt weist die Startschicht hierbei eine Dicke von mindestens 100 nm, besonders bevorzugt von 500 nm auf. Die Startschicht ist mit Vorteil dicker ausgebildet als bei einer alternativen Ausführungsform und weist damit eine höhere Stabilität auf.In accordance with at least one embodiment of the semiconductor component, the starting metal layer consists of a single layer. In particular, the metallic starting layer is produced from a single material. In this case, the starting layer preferably has a thickness of at least 100 nm, more preferably of 500 nm. The starting layer is advantageously made thicker than in an alternative embodiment and thus has a higher stability.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die metallische Startschicht eine erste Schicht und eine zweite Schicht, wobei sich die erste und die zweite Schicht durch ihr Material und/oder ihren Herstellungsprozess voneinander unterscheiden. Die metallische Startschicht kann ausschließlich aus der ersten und zweiten Schicht bestehen. Wird die Startschicht mehrschichtig ausgebildet, so können die einzelnen Schichten dünner ausgebildet werden als im Falle einer einschichtigen Startschicht. Vorzugweise wird dabei die zweite Schicht dicker ausgebildet als die erste Schicht. Beispielsweise kann die erste Schicht mit einer Dicke von höchstens 200 nm ausgebildet werden, während die zweite Schicht mit einer Dicke zwischen 100 nm und 1000 nm ausgebildet wird. Vorzugsweise beträgt bei einer mehrschichtigen Startschicht die Gesamtdicke mindestens 500 nm.According to a further embodiment, the metallic starting layer comprises a first layer and a second layer, wherein the first and the second layer differ from one another by their material and / or their production process. The metallic starting layer can consist exclusively of the first and second layers. If the starting layer is formed in multiple layers, the individual layers can be made thinner than in the case of a single-layer starting layer. Preferably, the second layer is made thicker than the first layer. For example, the first layer may be formed with a thickness of at most 200 nm, while the second layer is formed with a thickness between 100 nm and 1000 nm. In the case of a multilayer starting layer, the total thickness is preferably at least 500 nm.
Bei der zweiten Schicht handelt es sich vorzugsweise um diejenige Schicht der Startschicht, die an die Schutzschicht angrenzt. Als Materialien für die zweite Schicht kommen insbesondere Materialien in Frage, die bei der oben erwähnten nasschemischen Behandlung des Halbleiterkörpers eine ähnliche Wechselwirkung mit einem verwendeten Ätzmittel zeigen wie die Schutzschicht. Geeignete Materialien sind beispielsweise Au, Pt, Rh oder W. Insbesondere kann die zweite Schicht eine galvanische oder aufgedampfte Schicht sein.The second layer is preferably that layer of the starting layer adjacent to the protective layer. Suitable materials for the second layer are, in particular, materials which, in the case of the abovementioned wet-chemical treatment of the semiconductor body, exhibit a similar interaction with an etchant used as the protective layer. Suitable materials are, for example, Au, Pt, Rh or W. In particular, the second layer may be a galvanic or vapor-deposited layer.
Weiterhin kann die erste oder einzige Schicht mindestens eines der Materialien Au, Ti oder Pt enthalten oder aus einem dieser Materialien bestehen. Insbesondere handelt es sich bei der ersten Schicht um eine aufgesputterte Schicht.Furthermore, the first or only layer can contain at least one of the materials Au, Ti or Pt or consist of one of these materials. In particular, the first layer is a sputtered layer.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält die metallische Schutzschicht mindestens eines der Materialien Nickel oder Kupfer oder besteht aus einem dieser Materialien. Weiterhin kann die Schutzschicht eine Dicke zwischen einschließlich 5 µm und 50 µm, zum Beispiel zwischen einschließlich 5 µm und 30 µm, etwa zwischen einschließlich 5 µm und 15 µm aufweisen.In accordance with at least one embodiment, the metallic protective layer contains at least one of the materials nickel or copper or consists of one of these materials. Furthermore, the protective layer may have a thickness of between 5 μm and 50 μm inclusive, for example between 5 μm and 30 μm inclusive, approximately between 5 μm and 15 μm inclusive.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Halbleiterbauelement zwischen dem Halbleiterkörper und der Startschicht mindestens einen Spalt auf, der sich von der ersten Hauptfläche entlang der Seitenfläche in Richtung der zweiten Hauptfläche erstreckt. Dieser kann eine Breite von bis zu 300 nm aufweisen. Ein derartiger Spalt zwischen dem Halbleiterkörper und der Startschicht kann trotz stabilerer Startschicht entstehen. Ist die Schutzschicht zugleich spaltfrei auf der Startschicht angeordnet, kann dies als ein Indiz dafür angesehen werden, dass die Startschicht dem weiteren Eindringen des Ätzmittels zur Schutzschicht hin standhält und damit ausreichend stabil ausgebildet ist.In accordance with at least one embodiment, the semiconductor component has at least one gap between the semiconductor body and the starting layer, which extends from the first main area along the side area in the direction of the second main area. This can have a width of up to 300 nm. Such a gap between the semiconductor body and the starting layer may arise despite a more stable starting layer. If the protective layer is also arranged without gaps on the starting layer, this can be regarded as an indication that the starting layer withstands the further penetration of the etchant towards the protective layer and is therefore sufficiently stable.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich vorliegend bei dem Halbleiterbauelement um ein optoelektronisches Bauelement. Hierbei weist der Halbleiterkörper vorzugsweise eine aktive Zone auf, die zur Strahlungserzeugung oder zur Strahlungsdetektion geeignet ist. Insbesondere ist die aktive Zone eine p-n-Übergangszone. Die aktive Zone kann dabei als eine Schicht oder als eine Schichtenfolge mehrerer Schichten ausgebildet sein. Beispielsweise emittiert die aktive Zone im Betrieb des Halbleiterbauelements elektromagnetische Strahlung, etwa im sichtbaren, ultravioletten oder infraroten Spektralbereich. Alternativ kann die aktive Zone im Betrieb des Halbleiterbauelements elektromagnetische Strahlung absorbieren und diese in elektrische Signale oder elektrische Energie umwandeln. Die aktive Zone ist insbesondere zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht angeordnet.In accordance with at least one embodiment, the semiconductor component in the present case is an optoelectronic component. In this case, the semiconductor body preferably has an active zone which is used for radiation generation or for Radiation detection is suitable. In particular, the active zone is a pn transition zone. The active zone may be formed as a layer or as a layer sequence of several layers. For example, during operation of the semiconductor device, the active zone emits electromagnetic radiation, for example in the visible, ultraviolet or infrared spectral range. Alternatively, during operation of the semiconductor device, the active region may absorb electromagnetic radiation and convert it into electrical signals or electrical energy. The active zone is in particular arranged between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer.
Für die Schichten des Halbleiterkörpers kommen vorzugsweise auf Nitrid-Verbindungshalbleitern basierende Materialien in Betracht. „Auf Nitrid-Verbindungshalbleitern basierend“ bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass zumindest eine Schicht des Halbleiterkörpers ein Nitrid-III/V-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise AlnGamIn1-n-mN, umfasst, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n+m ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen physikalischen Eigenschaften des AlnGamIn1-n-mN-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.For the layers of the semiconductor body are preferably based on nitride compound semiconductors materials. "Based on nitride compound semiconductors" in the present context means that at least one layer of the semiconductor body comprises a nitride III / V compound semiconductor material, preferably Al n Ga m In 1 nm N, where 0 ≦ n ≦ 1, 0 ≦ m ≤ 1 and n + m ≤ 1. This material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to the above formula. Rather, it may comprise one or more dopants as well as additional constituents which do not substantially alter the characteristic physical properties of the Al n Ga m In 1-nm N material. For the sake of simplicity, however, the above formula contains only the essential constituents of the crystal lattice (Al, Ga, In, N), even if these may be partially replaced by small amounts of other substances.
Die aufgeraute erste Hauptfläche bildet bevorzugt eine Strahlungsdurchtrittsfläche des Halbleiterbauelements. Vorteilhafterweise kann die Strahlungsauskoppelbeziehungsweise Strahlungseinkoppeleffizienz durch die Aufrauung gegenüber einer glatten Oberfläche erhöht werden.The roughened first main surface preferably forms a radiation passage area of the semiconductor component. Advantageously, the radiation extraction or radiation coupling efficiency can be increased by the roughening against a smooth surface.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements weist der Halbleiterkörper mindestens eine Ausnehmung auf, die sich von der zweiten Hauptfläche in Richtung der ersten Hauptfläche erstreckt und die in der ersten Halbleiterschicht endet. Die Ausnehmung ist in lateralen Richtungen beispielsweise vollumfänglich von dem Halbleiterkörper umgeben. Der Halbleiterkörper kann eine Mehrzahl von solchen Ausnehmungen aufweisen. Vorzugsweise ist in der mindestens einen Ausnehmung die metallische Schutzschicht angeordnet. Dadurch kann eine Durchkontaktierung ausgebildet sein, die zur elektrischen Kontaktierung der ersten Halbleiterschicht von der Seite der zweiten Hauptfläche her dient.In accordance with at least one embodiment of the semiconductor component, the semiconductor body has at least one recess which extends from the second main area in the direction of the first main area and which ends in the first semiconductor layer. The recess is completely surrounded by the semiconductor body in lateral directions, for example. The semiconductor body may have a plurality of such recesses. Preferably, the metallic protective layer is arranged in the at least one recess. As a result, a plated-through hole can be formed, which serves for electrically contacting the first semiconductor layer from the side of the second main surface.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Halbleiterbauelement auf der Seite der zweiten Hauptfläche einen ersten Anschlusskontakt zur elektrischen Kontaktierung der ersten Halbleiterschicht und einen zweiten Anschlusskontakt zur elektrischen Kontaktierung der zweiten Halbleiterschicht auf. Dabei kann der erste Anschlusskontakt mit der metallischen Schutzschicht elektrisch leitend verbunden sein. Weiterhin kann der zweite Anschlusskontakt von der metallischen Schutzschicht elektrisch isoliert sein und sich in vertikaler Richtung durch diese hindurch erstrecken. Für die elektrische Isolierung ist insbesondere eine Isolierungsschicht zwischen dem zweiten Anschlusskontakt und der metallischen Schutzschicht vorgesehen.In accordance with at least one embodiment, the semiconductor component has on the side of the second main surface a first connection contact for electrical contacting of the first semiconductor layer and a second connection contact for electrical contacting of the second semiconductor layer. In this case, the first connection contact with the metallic protective layer may be electrically connected. Furthermore, the second terminal contact may be electrically insulated from the metallic protective layer and extend through it in the vertical direction. For the electrical insulation, in particular, an insulation layer is provided between the second terminal contact and the metallic protective layer.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Halbleiterbauelement einen angeformten Trägerkörper auf, auf dem der Halbleiterkörper angeordnet ist. In vertikaler Richtung ist vorzugsweise zwischen dem Halbleiterkörper und dem Trägerkörper die metallische Schutzschicht angeordnet. Insbesondere erstrecken sich der erste und der zweite Anschlusskontakt ausgehend vom Halbleiterkörper durch den Trägerkörper hindurch bis zu einer Außenfläche des Trägerkörpers. Die Außenfläche ist vorzugsweise auf einer der zweiten Hauptfläche abgewandten Seite des Trägerkörpers angeordnet. Vorzugsweise werden die Anschlusskontakte vom Trägerkörper in lateralen Richtungen vollumfänglich umschlossen.In accordance with at least one embodiment, the semiconductor component has an integrally formed carrier body, on which the semiconductor body is arranged. In the vertical direction, the metallic protective layer is preferably arranged between the semiconductor body and the carrier body. In particular, the first and the second connection contact extend from the semiconductor body through the carrier body through to an outer surface of the carrier body. The outer surface is preferably arranged on a side of the carrier body facing away from the second main surface. The connection contacts are preferably completely enclosed by the carrier body in lateral directions.
Der Trägerkörper kann zum Beispiel durch ein Gießverfahren ausgebildet sein. Insbesondere wird der Trägerkörper aus einem gießbaren Kunststoff, etwa einem Polymer wie Harz, Epoxid oder Silikon, hergestellt. Vorteilhafterweise kann das Kunststoffmaterial des Trägerkörpers durch die metallische Schutzschicht, die zwischen dem Halbleiterkörper und dem Trägerkörper angeordnet ist, vor der elektromagnetischen Strahlung des Halbleiterkörpers, die beispielsweise zu einer beschleunigten Alterung des Trägerkörpers führt, geschützt werden. Unter einem Gießverfahren wird allgemein ein Verfahren verstanden, mit dem eine Formmasse bevorzugt unter Druckeinwirkung gemäß einer vorgegebenen Form ausgestaltet und erforderlichenfalls ausgehärtet wird. Insbesondere umfasst der Begriff „Gießverfahren“ Gießen (molding), folienassistiertes Gießen (film assisted molding), Spritzgießen (injection molding), Spritzpressen (transfer molding) und Formpressen (compression molding).The carrier body may be formed, for example, by a casting process. In particular, the carrier body is made of a castable plastic, such as a polymer such as resin, epoxy or silicone. Advantageously, the plastic material of the carrier body can be protected by the metallic protective layer, which is arranged between the semiconductor body and the carrier body, from the electromagnetic radiation of the semiconductor body, which leads, for example, to accelerated aging of the carrier body. A casting process is generally understood to mean a process by means of which a molding composition is preferably configured under pressure in accordance with a predetermined shape and, if necessary, cured. In particular, the term "casting method" includes molding, film assisted molding, injection molding, transfer molding, and compression molding.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiterbauelements weist dieses die folgenden Schritte auf:
- - Bereitstellen eines Halbleiterkörpers mit
- - einer ersten Halbleiterschicht und einer zweiten Halbleiterschicht,
- - einer ersten Hauptfläche und einer der ersten gegenüberliegenden zweiten Hauptfläche, wobei die erste Hauptfläche durch eine Oberfläche der ersten Halbleiterschicht und die zweite Hauptfläche durch eine Oberfläche der zweiten Halbleiterschicht gebildet wird,
- - mindestens einer Seitenfläche, welche die erste Hauptfläche mit der zweiten Hauptfläche verbindet,
- - Ausbilden einer metallischen Startschicht auf der zweiten Hauptfläche und der mindestens einen Seitenfläche zumindest bereichsweise,
- - direktes Aufbringen einer metallischen Schutzschicht auf die metallische Startschicht, und
- - Bearbeitung des Halbleiterkörpers mittels eines Ätzmittels, so dass dieser an der ersten Hauptfläche mit einer Aufrauung versehen wird.
- - Providing a semiconductor body with
- a first semiconductor layer and a second semiconductor layer,
- a first major surface and one of the first opposing second major surface, wherein the first main surface is formed by a surface of the first semiconductor layer and the second main surface is formed by a surface of the second semiconductor layer,
- at least one side surface connecting the first main surface to the second main surface,
- Forming a metallic starting layer on the second main surface and the at least one side surface at least in regions,
- - Direct application of a metallic protective layer on the metallic starting layer, and
- - Processing of the semiconductor body by means of an etchant, so that it is provided on the first main surface with a roughening.
Das verwendete Ätzmittel kann dabei in einen Bereich zwischen dem Halbleiterkörper und der metallischen Startschicht eindringen und einen Spalt ausbilden, der sich von der ersten Hauptfläche in Richtung der zweiten Hauptfläche erstreckt. Vorteilhafterweise ist aber die metallische Startschicht derart ausgebildet, dass sie ein weiteres Vordringen des Ätzmittels bis zur metallischen Schutzschicht weitgehend verhindern kann, so dass sich kein weiterer Spalt zwischen der metallischen Startschicht und der metallischen Schutzschicht ausbildet. Damit ist die Schutzschicht unterbrechungsfrei auf der Startschicht angeordnet.The etchant used may penetrate into a region between the semiconductor body and the metal starting layer and form a gap which extends from the first main surface in the direction of the second main surface. Advantageously, however, the metallic starting layer is designed such that it can largely prevent further penetration of the etchant to the metallic protective layer, so that no further gap is formed between the metallic starting layer and the metallic protective layer. Thus, the protective layer is arranged without interruption on the starting layer.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die erste oder einzige Schicht der metallischen Startschicht aufgesputtert. Weiterhin kann die zweite Schicht der metallischen Startschicht mittels eines Beschichtungsverfahrens, bevorzugt mittels eines galvanischen Beschichtungsverfahrens, auf die erste Schicht aufgebracht werden. Es ist jedoch auch möglich, dass die zweite Schicht aufgedampft wird.According to at least one embodiment of the method, the first or only layer of the starting metallic layer is sputtered on. Furthermore, the second layer of the metallic starting layer can be applied to the first layer by means of a coating method, preferably by means of a galvanic coating method. However, it is also possible that the second layer is vapor-deposited.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird auch die metallische Schutzschicht mittels eines Beschichtungsverfahrens, bevorzugt mittels eines galvanischen Beschichtungsverfahrens, auf die metallische Startschicht aufgebracht.In accordance with at least one embodiment of the method, the metallic protective layer is also applied to the metallic starting layer by means of a coating method, preferably by means of a galvanic coating method.
Vorzugsweise werden darüber hinaus die Anschlusskontakte mittels eines Beschichtungsverfahrens, bevorzugt mittels eines galvanischen Beschichtungsverfahrens, auf den Halbleiterkörper aufgebracht.In addition, the connection contacts are preferably applied to the semiconductor body by means of a coating method, preferably by means of a galvanic coating method.
Zur Herstellung einer Mehrzahl von Halbleiterbauelementen kann ein Waferverbund bereitgestellt werden, der eine Halbleiterschichtenfolge umfassend eine erste und eine zweite Halbleiterschicht, eine Mehrzahl von ersten Anschlusskontakten, eine Mehrzahl von zweiten Anschlusskontakten und zumindest eine oder eine Mehrzahl von zusammenhängenden metallischen Startschichten sowie metallischen Schutzschichten aufweist. Der Waferverbund kann eine Mehrzahl von Trenngräben aufweisen, entlang derer der Waferverbund in eine Mehrzahl von Halbleiterbauelementen zertrennbar ist. Eine vollständige Durchdringung der Halbleiterschichtenfolge durch die Trenngräben ist dabei nicht nötig. Vielmehr können sich die Trenngräben durch die zweite Halbleiterschicht und die aktive Schicht hindurch bis in die erste Halbleiterschicht erstrecken und dort enden. Die erste Halbleiterschicht kann bei der Aufrauung bereichsweise entfernt werden, so dass separate Halbleiterkörper beziehungsweise Halbleiterbauelemente entstehen. Alternativ ist es auch möglich, dass sich die Trenngräben in der vertikalen Richtung durch den gesamten Waferverbund hindurch erstrecken, sodass bereits durch die Ausbildung der Trenngräben separate Halbleiterkörper beziehungsweise Halbleiterbauelemente entstehen.For producing a plurality of semiconductor components, a wafer composite may be provided which has a semiconductor layer sequence comprising a first and a second semiconductor layer, a plurality of first connection contacts, a plurality of second connection contacts and at least one or a plurality of contiguous metallic starting layers and metallic protective layers. The wafer composite may include a plurality of isolation trenches along which the wafer composite is separable into a plurality of semiconductor devices. A complete penetration of the semiconductor layer sequence through the separation trenches is not necessary. Instead, the separating trenches can extend through the second semiconductor layer and the active layer into the first semiconductor layer and end there. The first semiconductor layer can be partially removed during the roughening, so that separate semiconductor body or semiconductor components are formed. Alternatively, it is also possible for the isolation trenches to extend through the entire wafer composite in the vertical direction, so that separate semiconductor bodies or semiconductor components are already formed by the formation of the isolation trenches.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines oder einer Mehrzahl der hier beschriebenen Halbleiterbauelemente wird ein Trägerkörperverbund an den Waferverbund angeformt. Zur Ausbildung des Trägerkörperverbunds wird ein dafür geeignetes Material auf den Waferverbund derart aufgebracht, dass die Trenngräben und Zwischenbereiche zwischen den Anschlusskontakten zumindest teilweise oder vollständig aufgefüllt werden. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt werden der Waferverbund und der Trägerkörperverbund entlang der Trenngräben in eine Mehrzahl von Halbleiterbauelementen derart vereinzelt, dass die Halbleiterbauelemente jeweils einen Halbleiterkörper, eine metallische Startschicht, eine metallische Schutzschicht und einen Trägerkörper aufweisen, wobei in dem Trägerkörper ein erster Anschlusskontakt und ein zweiter Anschlusskontakt eingebettet sind.In accordance with at least one embodiment of a method for producing one or a plurality of the semiconductor components described here, a carrier body composite is formed on the wafer composite. To form the carrier body composite, a material suitable for this purpose is applied to the wafer composite such that the separation trenches and intermediate regions between the connection contacts are at least partially or completely filled up. In a subsequent method step, the wafer composite and the carrier body composite are separated along the separation trenches into a plurality of semiconductor components such that the semiconductor components each have a semiconductor body, a metal starting layer, a metallic protective layer and a carrier body, wherein in the carrier body a first terminal contact and a second Connection contact are embedded.
Das oben beschriebene Verfahren ist für die Herstellung eines oder einer Mehrzahl der hier beschriebenen Halbleiterbauelemente besonders geeignet. Im Zusammenhang mit dem Halbleiterbauelement beschriebene Merkmale können daher auch für das Verfahren herangezogen werden und umgekehrt.The method described above is particularly suitable for the production of one or a plurality of the semiconductor components described here. Therefore, features described in connection with the semiconductor device can also be used for the method and vice versa.
Weitere Vorteile, bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Verfahrens sowie des Halbleiterbauelements ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den
Es zeigen:
-
1 bis 3 verschiedene Ausführungsbeispiele eines Halbleiterbauelements in schematischen Schnittansichten, -
4 ein Ausführungsbeispiel eines alternativen Halbleiterbauelements in einer schematischen Schnittansicht, -
5A eine Rasterelektronenmikroskop-(REM-)Aufnahme eines alternativen Halbleiterbauelements und5B eine Rasterelektronenmikroskop-(REM-)Aufnahme eines bevorzugten Halbleiterbauelements, -
6A und6B ein Zwischenstadium eines Verfahrens zur Herstellung beziehungsweise eines Halbleiterbauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel in einer schematischen Draufsicht (6A ) und einer Schnittansicht (6B ), und -
7A und7B ein weiteres Zwischenstadium eines Verfahrens zur Herstellung beziehungsweise eines Halbleiterbauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel in einer schematischen Draufsicht (7A ) und einer Schnittansicht (7B ).
-
1 to3 various embodiments of a semiconductor device in schematic sectional views, -
4 an embodiment of an alternative semiconductor device in a schematic sectional view, -
5A a scanning electron microscope (SEM) image of an alternative semiconductor device and5B a scanning electron microscope (SEM) image of a preferred semiconductor device, -
6A and6B an intermediate stage of a method for the production or a semiconductor component according to an embodiment in a schematic plan view (6A ) and a sectional view (6B ), and -
7A and7B 1 is a further intermediate stage of a method for the production or a semiconductor component according to an exemplary embodiment in a schematic plan view (FIG.7A ) and a sectional view (7B ).
Zwischen der ersten Halbleiterschicht
Vorzugsweise ist der Halbleiterkörper
Ferner umfasst das Halbleiterbauelement
Des Weiteren umfasst das Halbleiterbauelement
In diesem Zusammenhang wird auf die
Bei dem in
Vorzugweise wird die zweite Schicht
Die metallische Schutzschicht
Das Halbleiterbauelement
Weiterhin weist das Halbleiterbauelement
Das Halbleiterbauelement
Ferner kann angrenzend an die Anschlussschicht
Darüber hinaus kann zwischen der Startschicht
In
In
Die
Wie in den
Die
Auf dem Halbleiterkörper
In einem weiteren Verfahrensschritt (nicht dargestellt) wird der Halbleiterkörper
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.The invention is not limited by the description with reference to the embodiments. Rather, the invention encompasses any novel feature as well as any combination of features, including in particular any combination of features in the claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the patent claims or exemplary embodiments.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- HalbleiterbauelementSemiconductor device
- 1A, 1B1A, 1B
- Seitenflächeside surface
- 22
- HalbleiterkörperSemiconductor body
- 2A2A
- erste Hauptflächefirst main area
- 2B2 B
- zweite Hauptflächesecond main surface
- 2C, 2D2C, 2D
- Seitenflächeside surface
- 33
- erste Halbleiterschichtfirst semiconductor layer
- 3A3A
- Aufwachssubstratgrowth substrate
- 44
- zweite Halbleiterschichtsecond semiconductor layer
- 55
- aktive Zoneactive zone
- 66
- Strukturelementstructural element
- 77
- metallische Schutzschichtmetallic protective layer
- 88th
- metallische Startschichtmetallic starting layer
- 8A8A
- erste Schicht der metallischen Startschichtfirst layer of the metallic starting layer
- 8B8B
- zweite Schicht der metallischen Startschichtsecond layer of the metallic starting layer
- 99
- Hohlraum, SpaltCavity, gap
- 1010
- erster Anschlusskontaktfirst connection contact
- 1111
- zweiter Anschlusskontaktsecond connection contact
- 1212
- Isolierungsschichtinsulation layer
- 1313
- Trägerkörpersupport body
- 13A13A
- Außenflächeouter surface
- 1414
- Anschlussschichtconnection layer
- 1515
- StromaufweitungsschichtCurrent spreading layer
- 1616
- Passivierungsschichtpassivation
- 1717
- Ausnehmungrecess
- 1818
- Öffnungopening
- BB
- Breitewidth
- D, D1, D2D, D1, D2
- Dicke, GesamtdickeThickness, total thickness
- VV
- vertikale Richtungvertical direction
- LL
- laterale Richtunglateral direction
Claims (15)
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-
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