DE102017106755A1

DE102017106755A1 - Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils und optoelektronisches Halbleiterbauteil

Info

Publication number: DE102017106755A1
Application number: DE102017106755.8A
Authority: DE
Inventors: Andreas Plössl; Siegfried Herrmann; Martin Rudolf Behringer; Frank Singer; Thomas Schwarz
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2017-03-29
Publication date: 2018-10-04
Anticipated expiration: 2037-03-30
Also published as: DE102017106755B4; US10991845B2; US20180287008A1

Abstract

Das Verfahren ist zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterchips eingerichtet und umfasst die Schritte:
A) Bereitstellen von mindestens zwei Quellsubstraten (21, 22), wobei jedes der Quellsubstrate (21, 22) mit einer bestimmten Art von Strahlung emittierenden Halbleiterchips (41, 42, 43) bestückt ist,
B) Bereitstellen eines Zielsubstrats (3) mit einer Montageebene (30), die für eine Montage der Halbleiterchips (41, 42, 43) eingerichtet ist,
C) Übertragen mindestens eines Teils der Halbleiterchips (41, 42, 43) mit einem Scheibe-zu-Scheibe-Prozess von den Quellsubstraten (21, 22) auf das Zielsubstrat (3), sodass die auf das Zielsubstrat (3) übertragenen Halbleiterchips (41, 42, 43) innerhalb einer Art ihre relative Position zueinander beibehalten, sodass jede Art von Halbleiterchips (41, 42, 43) auf dem Zielsubstrat (3) eine andere Höhe über der Montageebene (30) aufweist, wobei die Halbleiterchips (41, 42, 43) zumindest teilweise übereinander gestapelt werden und/oder zumindest teilweise auf wenigstens einer Vergussschicht (71, 72, 73) aufgebracht werden.

Description

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils angegeben. Darüber hinaus wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein Zielsubstrat effizient mit mehreren Arten von Halbleiterchips bestückbar ist.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein Verfahren und durch ein Halbleiterbauteil mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird mit dem Verfahren eines oder eine Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauteilen hergestellt. Bei den Halbleiterbauteilen handelt es sich etwa um Anzeigevorrichtungen wie Displays, insbesondere um so genannte RGB-Displays, oder um Bildpunkte oder Einheiten für Bildpunkte für solche Displays. Die einzelnen Bildpunkte weisen beispielsweise je einen Halbleiterchip für rotes, grünes und blaues Licht auf, sodass etwa RGB-Bildpunkte gebildet werden.
Abweichend hiervon können mehrere Halbleiterchips einer Art innerhalb eines Bildpunktes vorliegen, beispielsweise zwei grün emittierende Halbleiterchips, etwa für RGGB-Bildpunkte, oder drei blau emittierende Halbleiterchips, etwa für RBBB-Bildpunkte, auch in Kombination mit einem oder verschiedenen Leuchtstoffen. Ferner können RGBB-Bildpunkte mit zwei Halbleiterchips für blaues Licht gebildet werden oder auch RRGB-Bildpunkte, um der relativ starken Temperaturabhängigkeit einer Effizienz beim Erzeugen von rotem Licht entgegenzuwirken. Außerdem ist es möglich, dass je nur gleiche Halbleiterchips zu einer einfarbig emittierenden Kachel zusammengefasst werden, die jeweils mit andersfarbig emittierenden Kacheln in einem Bildpunkt kombiniert werden, wobei sich die Kacheln auf mehrere verschiedene Bildpunkte erstrecken können.
Bei den Halbleiterbauteilen kann es sich auch um pixelierte Lampen handeln, zum Beispiel für modulierbare Blitzlichter, bei denen jedes oder manche der Pixel Strahlung der gleichen Farbe abgibt, etwa Warmweiß, oder auch Pixel mit verschiedenen Farben, insbesondere mit unterschiedlichen Weißtönen wie Warmweiß und Kaltweiß, vorhanden sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Bereitstellens von mindestens zwei Quellsubstraten. Bevorzugt werden genau drei oder genau vier Quellsubstrate bereitgestellt. Jedes der Quellsubstrate ist mit einer bestimmten Art von Strahlung emittierenden Halbleiterchips, insbesondere mit Leuchtdiodenchips, bestückt. Beispielsweise weist ein erstes Quellsubstrat baugleiche, zur Emission von blauem Licht eingerichtete Leuchtdiodenchips auf, ein zweites Quellsubstrat baugleiche Leuchtdiodenchips zur Erzeugung von rotem Licht und ein drittes Quellsubstrat baugleiche Leuchtdiodenchips zur Erzeugung von grünem Licht. Optional weist ein viertes Quellsubstrat baugleiche Leuchtdiodenchips zur Emission von nahinfraroter Strahlung auf. Insbesondere bei den Quellsubstraten für die grün und/oder blau emittierenden Halbleiterchips kann es sich um Aufwachssubstrate handeln. Es ist möglich, dass die Quellsubstrate ganze Halbleiterscheiben oder Wafer sind oder dass die Quellsubstrate auch nur Scheibensegmente oder Wafersegmente sind, beispielsweise 3 cm × 2 cm groß, die auf das Zielsubstrat transferiert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein Zielsubstrat bereitgestellt. Das Zielsubstrat weist eine Montageebene auf. Die Montageebene ist bevorzugt planar gestaltet und bestimmungsgemäß nicht oder nicht signifikant gekrümmt. Dabei bleibt bevorzugt eine eventuelle, herstellungsbedingte Verkrümmung des Zielsubstrats etwa durch zeitweise erhöhte Temperaturen und thermische Spannungen außen vor. Die Montageebene ist für eine Montage der Halbleiterchips eingerichtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt ein Übertragen von mindestens einem Teil der Halbleiterchips von den Quellsubstraten auf das Zielsubstrat. Bei dem Übertragen handelt es sich um einen Scheibe-zu-Scheibe-Prozess, auch als Wafer-zu-Wafer-Prozess bezeichnet. Das heißt insbesondere, dass eine Vielzahl von Halbleiterchips im Waferverbund übertragen wird. Hierdurch ist es möglich, dass die auf das Zielsubstrat übertragenen Halbleiterchips innerhalb einer Art ihre relative Position zueinander beibehalten. Mit anderen Worten sind die übertragenen Halbleiterchips innerhalb einer Art relativ zueinander an dem Zielsubstrat genauso angeordnet, wie an dem zugehörigen Quellsubstrat. Bei dem Übertragen vom Quellsubstrat auf das Zielsubstrat findet also hinsichtlich der übertragenen Halbleiterchips keine räumliche Umorientierung oder Umsortierung statt.
Dies gilt insbesondere pro Übertragungsschritt. Werden etwa für RGGB-Pixel pro fertigem Bildpunkt n Halbleiterchips der gleichen Emissionsfarbe benötigt, wobei n eine natürliche Zahl ist, insbesondere n = 2 oder n = 3, so ist es möglich, dass alle diese Halbleiterchips in einem einzigen Übertragungsschritt von einem einzigen Quellsubstrat transferiert werden. Genauso ist es möglich, dass n Quellsubstrate etwa für je eine Zeile dieser Halbleiterchips herangezogen werden, sodass n Übertragungsschritte erfolgen, oder dass ein Quellsubstrat genutzt wird, von dem aus die n Übertragungsschritte durchgeführt werden. Innerhalb von jedem der Übertragungsschritte erfolgt dann keine Änderung der relativen Positionen zueinander. Werden etwa mehrere Übertragungsschritte insbesondere von einem einzigen Quellsubstrat aus durchgeführt, so werden die relativen Positionen zwischen den Übertragungsschritten geändert. Das heißt, relativ zum Quellsubstrat bleiben alle in einem ersten Übertragungsschritt transferierten Halbleiterchips relativ zueinander gleich positioniert und auch alle in einem zweiten Übertragungsschritt transferierten Halbleiterchips, die Positionen der im ersten Schritt transferierten Halbleiterchips ändern sich aber relativ zu den im zweiten Übertragungsschritt transferierten Halbleiterchips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist jede Art von Halbleiterchips auf dem Zielsubstrat eine andere Höhe über der Montageebene auf. Alle Halbleiterchips einer bestimmten Art sind somit gleich hoch über der Montageebene auf dem Zielsubstrat angebracht. Dabei befinden sich besonders bevorzugt keine zwei Arten von Halbleiterchips auf derselben Höhe. Mit anderen Worten sind die Höhen für die Arten von Halbleiterchips jeweils bevorzugt paarweise voneinander verschieden. Dies gilt insbesondere, wenn die fertigen Bildpunkte je genau einen Halbleiterchip pro Art umfassen.
Werden dagegen pro Bildpunkt mehrere Halbleiterchips der gleichen Emissionsfarbe benötigt und diese Halbleiterchips in mehreren Übertragungsschritten transferiert, so liegt pro Übertragungsschritt bevorzugt genau eine Höhe vor. Das heißt, die Anzahl voneinander verschiedener Höhen ist bevorzugt gleich der Anzahl von durchgeführten Übertragungsschritten. Bei mehreren gleich emittierenden Halbleiterchips pro fertigem Bildpunkt können somit mehrere verschiedene Höhen pro Art von Halbleiterchips vorliegen, jedoch sind verschiedene Arten von Halbleiterchips besonders bevorzugt immer auf unterschiedlichen Höhen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Halbleiterchips zumindest teilweise übereinander gestapelt aufgebracht. Das heißt zum Beispiel, dass die ersten Halbleiterchips als Basis oder Podest für die zweiten Halbleiterchips dienen. Ebenso können die zweiten Halbleiterchips als Basis oder Podest für die dritten Halbleiterchips dienen, und so weiter. Dabei können die Halbleiterchips in Draufsicht gesehen an zumindest einer Seite bündig miteinander abschließen. Die später angebrachten Halbleiterchips können die zuvor angebrachten Halbleiterchips teilweise oder vollständig überdecken. Es ist möglich, dass die später angebrachten Halbleiterchips vollständig oder nur zum Teil innerhalb der zuvor angebrachten Halbleiterchips liegen, in Draufsicht gesehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird mindestens eine Vergussschicht erzeugt. Die eine oder die mehreren Vergussschichten bilden eine Basis oder ein Podest für die nachfolgend aufgebrachte Art von Halbleiterchips. Ist zumindest eine Vergussschicht vorhanden, so überlappen die Halbleiterchips in Draufsicht gesehen bevorzugt nicht.
In mindestens einer Ausführungsform ist das Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterchips eingerichtet und umfasst die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge:

A) Bereitstellen von mindestens zwei Quellsubstraten, wobei jedes der Quellsubstrate mit einer bestimmten Art von Strahlung emittierenden Halbleiterchips bestückt ist,
B) Bereitstellen eines oder mehrerer Zielsubstrate mit je einer Montageebene, wobei die Montageebene für eine Montage der Halbleiterchips eingerichtet ist,
C) Übertragen mindestens eines Teils der Halbleiterchips mit einem Scheibe-zu-Scheibe-Prozess von den Quellsubstraten auf das Zielsubstrat, so dass die auf das Zielsubstrat übertragenen Halbleiterchips innerhalb einer Art und insbesondere pro Übertragungsschritt ihre relative Position zueinander beibehalten, sodass jede Art von Halbleiterchips auf dem Zielsubstrat eine andere Höhe über der Montageebene aufweist, wobei die Halbleiterchips zumindest teilweise übereinander gestapelt werden und/oder zumindest teilweise auf wenigstens einer Vergussschicht aufgebracht werden.

Bei dem hier beschrieben Verfahren wird also ein paralleles Bestücken eines RGB-Moduls unter Ausnutzung der Chipgeometrie der transferierten Einheiten eingesetzt. Diese Anordnung der Halbleiterchips ermöglicht einen sequentiellen Transfer der Halbleiterchips in zwei Varianten: Die Halbleiterchips bilden selbst Transferstufen für die folgenden Transferschritte oder ein entstehender Niveauunterschied durch das Aufbringen der Halbleiterchips wird nach jedem Schritt mit einer Vergussschicht aufgefüllt, sodass auf der resultierenden, planarisierten Ebene dann jeweils die folgenden elektrischen Kontakte und Halbleiterchips aufgebracht werden. Die Anzeigevorrichtung wird somit sequentiell in der Höhe aufgebaut.
Die transferierten lichtaktiven Schichten, also die einzelnen Halbleiterchips, werden beispielsweise mit einer Kreuzmatrix-Schaltung angesteuert oder als einzelne RGB-Einheiten verbaut. Dabei sind die miniaturisierten RGB-Einheiten skalierbar. Größen der einzelnen Halbleiterchips liegen bevorzugt bei mindestens 1 µm × 1 µm oder 5 µm × 5 µm und/oder bei höchstens 200 µm × 200 µm oder 100 µm × 100 µm.
Mit dem angegebenen Verfahren lässt sich somit ein präziser Dünnfilmtransfer, also ein Übertragen von Halbleiterchips ohne Wachstumssubstrat, realisieren. Je nach verwendeter Wafergröße können pro Prozessschritt 10⁴ bis 10⁷ Halbleiterchips übertragen werden. Dabei lässt sich eine geringe Bauteilhöhe realisieren, da nur eine lichtaktive, epitaktisch gewachsene Halbleiterschicht der Halbleiterchips auf das Zielsubstrat übertragen wird, ohne Aufwachssubstrate.
Es lassen sich mit dem angegebenen Verfahren verschiedene elektrische Anschlusskonzepte einfach verwirklichen. Zum elektrischen Kontaktieren der Halbleiterchips können übliche Anlagen verwendet werden. Es liegt eine lediglich minimale Dickenvariation auf dem Zielsubstrat über die Halbleiterchips hinweg vor. In der Montageebene sind besonders kleine Toleranzen, etwa kleiner als 1 µm, realisierbar. Es lässt sich ein äußerst präzises Bondverfahren auf Waferebene anwenden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt nach jedem Übertragungsschritt von einer Art von Halbleiterchips das Erzeugen einer der Vergussschichten. Die der entsprechenden Art zugeordnete Vergussschicht wird dabei bevorzugt erzeugt, bevor die nächste Art von Halbleiterchips übertragen wird oder bevor der nächste Übertragungsschritt erfolgt. Dabei befinden sich die entsprechende Art von Halbleiterchips sowie die zugeordnete Vergussschicht bevorzugt in der gleichen Ebene, wobei diese Ebene parallel zur Montageebene orientiert sein kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Vergussschichten die gleiche Dicke auf wie die Halbleiterchips der zugeordneten Art von Halbleiterchips. Dies gilt bevorzugt mit einer Toleranz von höchstens 5 µm oder 2 µm. Alternativ oder zusätzlich gilt dies mit einer Toleranz von höchstens 25 % oder 10 % oder 5 % einer mittleren Höhe der zugehörigen Art von Halbleiterchips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden elektrische Leitungen zum elektrischen Anschließen der Halbleiterchips an beiden Hauptseiten der dieser Art von Halbleiterchips zugeordneten Vergussschicht angebracht. Beispielsweise werden die elektrischen Leitungen ebenweise gefertigt. Eine erste Ebene von elektrischen Leitungen kann vor dem Erzeugen der ersten Vergussschicht aufgebracht werden. Je eine weitere Ebene der elektrischen Leitungen wird bevorzugt nach dem Erstellen der der betreffenden Art von Halbleiterchips zugeordneten Vergussschicht erzeugt. Das heißt, es können die drei Verfahrensschritte

- Aufbringen der Halbleiterchips einer Art,
- Erzeugen der zugehörigen Vergussschicht, und
- Aufbringen der zugehörigen elektrischen Leitungen

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist mindestens eine der Vergussschichten oder sind alle Vergussschichten oder sind alle bis auf die am nächsten zur Montageebene gelegene Vergussschicht lichtdurchlässig. Die am nächsten zur Montageebene gelegene Vergussschicht kann reflektierend sein und beispielsweise weiß erscheinen. Damit ist es möglich, dass das im Betrieb erzeugte Licht zumindest zum Teil durch die lichtdurchlässigen Vergussschichten hindurch abgestrahlt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Arten von Halbleiterchips, die sich nicht am nächsten zur Montageebene befinden, auf der der vorhergehend aufgebrachten Art von Halbleiterchips zugeordneten Vergussschicht aufgebracht. Das heißt, diese Halbleiterchips befinden sich dann vollständig oder teilweise auf der zuvor aufgebrachten Vergussschicht. Somit kann über die Vergussschicht eine Montageplattform für den jeweiligen Übertragungsschritt gebildet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform überlappen die Halbleiterchips in Draufsicht gesehen einander nicht. Das heißt, die Halbleiterchips sind nebeneinander angebracht. In Draufsicht gesehen können die Halbleiterchips dabei voneinander beabstandet sein oder sich berühren. Dies gilt insbesondere innerhalb der Bildpunkte in den fertigen optoelektronischen Halbleiterbauteilen und/oder für den Fall, dass zumindest eine Vergussschicht vorhanden ist, auf der ein Teil der Halbleiterchips aufgebracht ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform überlappen die Halbleiterchips in Draufsicht gesehen einander teilweise oder vollständig. Das heißt, die vorangehend aufgebrachte Art von Halbleiterchips kann als Montageplattform für die nachfolgend aufgebrachte Art von Halbleiterchips dienen. In diesem Fall kann die zumindest eine Vergussschicht entfallen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird im Betrieb der fertigen optoelektronischen Halbleiterbauteile erzeugtes Licht, das in näher an der Montageebene (30) liegenden Halbleiterchips erzeugt wird, teilweise oder vollständig durch die weiter von der Montageebene entfernt liegenden Halbleiterchips hindurch emittiert. In diesem Fall sind die in den verschiedenen Übertragungsschritten aufgebrachten Arten von Halbleiterchips bevorzugt zumindest teilweise überlappend übereinander gestapelt angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden im Schritt C) pro Art mindestens 10⁴ oder 10⁵ oder 10⁶ der Halbleiterchips übertragen. Die Anzahl pro Art übertragener Halbleiterchips liegt alternativ oder zusätzlich bei höchstens 10⁸ oder 10⁷.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden genau drei Arten von Halbleiterchips übertragen. Dabei ist eine Art von Halbleiterchips zur Emission von grünem Licht, eine Art zur Emission von rotem Licht und eine Art zur Emission von blauem Licht eingerichtet. Innerhalb einer Art sind die Halbleiterchips baugleich, im Rahmen der Herstellungstoleranzen. Hierdurch können RGB-Bildpunkte in großer Anzahl für eine Anzeigevorrichtung oder für ein nachfolgendes Vereinzeln erzeugt werden.
Alternativ ist es möglich, dass nicht nur sichtbares Licht emittierende Halbleiterchips, sondern auch weitere Halbleiterchips, beispielsweise zur Erzeugung von nahinfraroter Strahlung, verbaut werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform schließen die Halbleiterchips insbesondere in den fertigen RGB-Bildpunkten in Draufsicht gesehen an genau einer oder an mehreren oder an allen Seitenkanten bündig miteinander ab. Dies gilt zum Beispiel mit einer Toleranz von höchstens 5 µm oder 2 µm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die verschiedenen Arten von Halbleiterchips jeweils in Zeilen angeordnet. Dabei sind bevorzugt mehrere Zeilen von Halbleiterchips einer Art vorhanden. Es ist möglich, dass innerhalb einer Zeile nur Halbleiterchips derselben Art angebracht werden. Alternativ sind die Zeilen aus Halbleiterchips mehrerer verschiedener Arten zusammengesetzt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Zeilen mit den Arten von Halbleiterchips periodisch angeordnet. Eine Periodizität liegt bevorzugt bei n, also der Anzahl von Arten von Halbleiterchips. Sind beispielsweise drei Arten von Halbleiterchips vorhanden, so liegen bevorzugt drei verschiedene Arten von Zeilen vor. Erfolgt eine Translation um drei Zeilen in Richtung senkrecht zu den Zeilen, so werden die Zeilen bevorzugt in entsprechende nachfolgende Zeilen abgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird im Querschnitt gesehen je durch n aufeinanderfolgende Zeilen eine Treppe gebildet. Die Treppe weist, insbesondere bezogen auf die Montageebene, bevorzugt n oder n-1 Stufen auf. Die Stufen sind etwa durch die Podeste und optional durch elektrische Kontaktflächen für die Halbleiterchips realisiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind alle Treppen auf dem Zielsubstrat gleich ausgerichtet. Das heißt, die Treppen verlaufen bevorzugt parallel zueinander und steigen in die gleiche Richtung an.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein Abstand zwischen benachbarten Halbleiterchips innerhalb einer Treppe und/oder innerhalb eines Bildpunkts kleiner als ein Abstand zwischen benachbarten Treppen und/oder zwischen benachbarten Bildpunkten. Dies gilt in Draufsicht auf die Montageebene gesehen. Alternativ können sich die Halbleiterchips in einem gleichbleibenden Abstand und in einem regelmäßigen Gitter über mehrere oder alle Treppen und/oder Bildpunkte hinweg erstrecken.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird nur ein Teil der ursprünglich auf dem betreffenden Quellsubstrat vorhandenen Halbleiterchips im Schritt C) abgelöst und auf das Zielsubstrat übertragen. Die Anzahl der ursprünglich vorhandenen Halbleiterchips bezieht sich insbesondere auf das voll bestückte Quellsubstrat, bevor ein erstmaliges Übertragen von Halbleiterchips auf das Zielsubstrat erfolgt, etwa direkt nach einem Herstellen und/oder Strukturieren der Halbleiterchips. Bezogen auf die ursprünglich vorhandene Anzahl von Halbleiterchips wird von dem Quellsubstrat bevorzugt ein Drittel oder ein Sechstel der Halbleiterchips je auf ein Zielsubstrat im Schritt C) übertragen. Das bedeutet, dass das entsprechende Quellsubstrat als Quellsubstrat für mehrere verschiedene Zielsubstrate dienen kann. Beispielsweise werden von einem Quellsubstrat jeweils ein Drittel der ursprünglich vorhandenen Halbleiterchips zeilenweise auf drei verschiedene Zielsubstrate übertragen. Entsprechendes gilt für einen anderen Anteil der im Schritt C) übertragenen Halbleiterchips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei zumindest einem der Quellsubstrate um ein Aufwachssubstrat für die zugehörigen Halbleiterchips. Alternativ ist es möglich, dass es sich bei dem Quellsubstrat um einen Ersatzträger für ein Aufwachssubstrat handelt, dies gilt insbesondere für rot oder infrarot emittierende Halbleiterchips. Das Ersatzsubstrat in Form des Quellsubstrats wird dabei an einer dem Aufwachssubstrat abgewandten Seite der entsprechenden Halbleiterschichtenfolge aufgebracht, woraufhin das Aufwachssubstrat entfernt wird. Beim Transfer vom Aufwachssubstrat auf das Ersatzsubstrat, insbesondere das entsprechende Quellsubstrat, erfolgt keine Änderung von relativen Positionen der Halbleiterchips zueinander.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Halbleiterchips einzeln und unabhängig voneinander elektrisch ansteuerbar verschaltet. Damit lassen sich Bildpunkte aufbauen, die zeitabhängig Licht unterschiedlicher Farben emittieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform folgt dem Schritt C) ein Schritt D) nach. In dem Schritt D) erfolgt eine Vereinzelung des Zielsubstrats. Durch das Vereinzeln können einzelne Bildpunkte gebildet werden. Ebenso ist es möglich, dass durch das Vereinzeln und durch ein optionales Zuschneiden eine oder mehrere Anzeigevorrichtungen mit einer Vielzahl von Bildpunkten gebildet werden.
Darüber hinaus wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben. Das Halbleiterbauteil wird bevorzugt mit einem Verfahren hergestellt, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen beschrieben. Merkmale des Verfahrens sind daher auch für das optoelektronische Halbleiterbauteil offenbart und umgekehrt.
In mindestens einer Ausführungsform ist das optoelektronische Halbleiterbauteil eine Anzeigevorrichtung oder ein Bildpunkt für eine Anzeigevorrichtung. Das Halbleiterbauteil umfasst ein Zielsubstrat mit einer Montageebene und mindestens zwei Arten von Strahlung emittierenden Halbleiterchips auf dem Zielsubstrat. Ferner sind mindestens zwei Vergussschichten vorhanden, sodass jede der Vergussschichten genau einer Art von Halbleiterchips zugeordnet ist und mit der zugeordneten Art von Halbleiterchips in einer gemeinsamen Ebene liegt. Jede Art von Halbleiterchips weist eine andere Höhe über der Montageebene auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Halbleiterbauteil um einen Bildpunkt. Ein solcher Bildpunkt kann auch als Pixel oder Farbtripeleinheit bezeichnet werden. Insbesondere handelt es sich bei dem Bildpunkt um eine RGB-Einheit mit genau drei verschiedenen Arten von Halbleiterchips und/oder mit genau drei oder genau vier Halbleiterchips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Zielträger um einen permanenten Träger. Der Zielträger ist etwa ein metallischer Träger, ein Keramik-Träger, ein Glas-Träger oder ein Halbleiter-Träger. Bevorzugt ist der Zielträger frei von Kunststoffen und/oder organischen Materialien.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Halbleiterbauteil um eine Anzeigevorrichtung zur Darstellung farbiger Filme und/oder Bilder. Die Anzeigevorrichtung weist bevorzugt mindestens 10⁴ oder 10⁵ oder 10⁶ und/oder höchstens 10⁸ oder 10⁷ oder 10⁶ der Halbleiterchips auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt eine Positioniertoleranz über alle Halbleiterchips einer Art und über das Zielsubstrat hinweg höchstens 10 µm oder 5 µm oder 1 µm. Die Positioniertoleranz entspricht im Wesentlichen einer Toleranz für eine Fototechnik beim Erzeugen der Halbleiterchips an einem Aufwachssubstrat. Diese vergleichsweise geringe Positioniertoleranz lässt sich durch den Scheibe-zu-Scheibe-Prozess beim Transferieren der Halbleiterchips von dem Quellsubstrat, das insbesondere ein Aufwachssubstrat ist, auf das Zielsubstrat erreichen. Dabei kann ein mittlerer Durchmesser eines Bereichs, über den sich die Halbleiterchips hinweg verteilen und über den hinweg die Positioniertoleranz eingehalten ist, mindestens 2 cm oder 5 cm oder 10 cm und/oder höchstens 30 cm oder 15 cm oder 5 cm betragen.
Nachfolgend werden ein hier beschriebenes Verfahren und ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:

1 schematische perspektivische Darstellungen von Verfahrensschritten eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Verfahrens zur Herstellung von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen,
2 und 3 schematische Schnittdarstellungen von Verfahrensschritten von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Verfahren zur Herstellung von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen,
4 bis 10 schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauteilen 1, 11 gezeigt. Gemäß 1A wird ein Zielsubstrat 3 mit einer Montageebene 30 bereitgestellt. Bei dem Zielsubstrat 3 handelt es sich beispielsweise um ein Keramiksubstrat oder um ein Halbleitersubstrat wie ein Siliziumsubstrat, das elektrische Strukturen zur Ansteuerung und/oder Leiterbahnen enthalten kann. An der Montageebene 30 befinden sich erste elektrische Kontaktflächen 91. Die ersten Kontaktflächen 91 sind etwa durch eine oder mehrere Metallisierungen gebildet und bevorzugt für ein Löten oder elektrisch leitfähiges Kleben eingerichtet.
Beim Verfahrensschritt der 1B wird ein erstes Quellsubstrat 21 bereitgestellt. Das erste Quellsubstrat 21 weist an einer Hauptseite dicht gepackte oder näherungsweise dicht gepackte erste Halbleiterchips 41 auf. Bei den ersten Halbleiterchips 41 handelt es sich zum Beispiel um Leuchtdiodenchips zur Erzeugung von blauem Licht. Die ersten Halbleiterchips 41 weisen insbesondere eine Halbleiterschichtenfolge auf, die auf dem Materialsystem AlInGaN basiert. Bei dem ersten Quellsubstrat 21 handelt es sich bevorzugt um ein Aufwachssubstrat für die ersten Halbleiterchips 41. Beispielsweise ist das erste Quellsubstrat 21 ein Saphirsubstrat.
In 1C ist gezeigt, wie die ersten Halbleiterchips 41 auf die ersten Kontaktflächen 91 aufgebracht werden. Dazu werden das erste Quellsubstrat 21 und das Zielsubstrat 3 aneinander gebracht, so dass die ersten Halbleiterchips 41 der Montageebene 30 zugewandt sind. Ein bestimmter Anteil der ersten Halbleiterchips 41 ist über den zugehörigen ersten Kontaktflächen 91 angeordnet. Diese ersten Halbleiterchips 41 werden etwa über Löten oder elektrisch leitfähiges Kleben mit den ersten Kontaktflächen 91 elektrisch und mechanisch fest verbunden.
Nachfolgend werden diese ersten Halbleiterchips 41 von dem ersten Quellsubstrat 21 abgelöst. Bei diesem Ablösen handelt es sich etwa um ein Laserabhebeverfahren mit einer Laserstrahlung L durch das erste Quellsubstrat 21 hindurch.
Somit verbleiben, siehe Figur 1D, Zeilen 61 mit den ersten Halbleiterchips 41 an der Montageebene 30. Das erste Quellsubstrat 21 mit den übrigen, nicht übertragenen ersten Halbleiterchips 41 wird entfernt.
Damit fehlt an dem ersten Quellsubstrat 21 nach diesem Verfahrensschritt eine Zeile der ersten Halbleiterchips 41. Die übrigen ersten Halbleiterchips 41 können in einem Verfahrensschritt, der dem Schritt der 1C entspricht, beispielsweise zeilenweise auf ein weiteres Zielsubstrat aufgebracht werden, nicht gezeichnet.
Daraufhin wird, siehe Figur 1E, eine erste Vergussschicht 71 erzeugt. Mit der ersten Vergussschicht 71 wird eine Planarisierung der ersten Halbleiterchips 41 erreicht. Das heißt, die erste Vergussschicht 71 ist gleich dick wie die ersten Halbleiterchips 41. Die Montageebene 30 kann vollständig von den ersten Halbleiterchips 41 zusammen mit der ersten Vergussschicht 71 bedeckt sein. Entlang der Zeilen 61 mit den ersten Halbleiterchips 41 kann sich zwischen benachbarten ersten Halbleiterchips 41 ein Material der ersten Vergussschicht 71 befinden.
Die erste Vergussschicht 71 kann lichtdurchlässig oder reflektierend sein und ein Silikon, ein Acrylat, ein Epoxid, ein Polymer etwa auf Basis von Benzocyclobuten, kurz BCB, umfassen oder alternativ auch ein Oxid oder ein Glas wie spion-on Oxide. Im Falle einer reflektierenden ersten Vergussschicht 71 kann diese reflektierende Partikel, etwa aus Titandioxid, aufweisen.
Im Schritt der 1F werden auf der ersten Vergussschicht 71 mehrere zweite elektrische Kontaktflächen 92 gefertigt. Die zweiten Kontaktflächen 92 befinden sich zeilenweise direkt an den Zeilen 61 mit den ersten Halbleiterchips 41. Beispielsweise werden die zweiten Kontaktflächen 92 mittels Aufdampfen oder galvanisch erzeugt.
Gemäß 1G wird ein zweites Quellsubstrat 22 mit zweiten Halbleiterchips 42 bereitgestellt. Bei den zweiten Halbleiterchips 42 handelt es sich beispielsweise um rot emittierende Leuchtdiodenchips. Das zweite Quellsubstrat 22 ist insbesondere ein Ersatzträger für ein Aufwachssubstrat der zweiten Halbleiterchips 42.
Die zweiten Halbleiterchips 42 werden auf die zweiten Kontaktflächen 92 etwa gelötet oder elektrisch leitfähig geklebt, analog zu 1C. Wiederum analog zu 1C erfolgt ein Ablösen dieser zweiten Halbleiterchips 42 von dem zweiten Quellsubstrat 22, etwa mittels Laserstrahlung, nicht gezeichnet.
Anschließend verbleiben die entsprechend übertragenen zweiten Halbleiterchips 42 auf den zweiten Kontaktflächen 92, siehe 1H. Somit liegen nach diesem zweiten Übertragungsschritt zwei Reihen 61, 62 von verschiedenfarbig emittierenden Halbleiterchips 41, 42 an dem Zielsubstrat 3 vor.
Daraufhin wird, siehe ebenfalls 1H eine zweite Vergussschicht 72 aufgebracht, die die zweiten Halbleiterchips 42 planarisiert. Die zweite Vergussschicht 72 ist lichtdurchlässig, sodass das in den ersten Halbleiterchips 41 erzeugte Licht durch die zweite Vergussschicht 72 hindurch abgestrahlt werden kann. Die erste Vergussschicht 71 und die ersten Halbleiterchips 41 können vollständig von der zweiten Vergussschicht 72 zusammen mit den zweiten Halbleiterchips 42 bedeckt sein.
Analog werden dritte Halbleiterchips 43 aufgebracht und es wird eine dritte Vergussschicht 73 gebildet, die die dritten Halbleiterchips 43 planarisiert. Damit resultiert eine Anordnung von drei Reihen 61, 62, 63 von ersten Halbleiterchips 41, zweiten Halbleiterchips 42 und dritten Halbleiterchips 43 über der Montageebene 30, wie in 1I dargestellt.
Bei den zuletzt übertragenen dritten Halbleiterchips 43 handelt es sich etwa um grün emittierende Dünnfilm-Leuchtdiodenchips, die insbesondere direkt von einem Aufwachssubstrat auf das Zielsubstrat 3 übertragen werden. Die Halbleiterchips 41, 42, 43 sind elektrisch bevorzugt zu Dreiergruppen zusammengestellt, so dass einzelne Bildpunkte 11 resultieren.
Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen ist es möglich, dass sich an dem Zielsubstrat 3, insbesondere an der Montageebene 30, eine oder mehrere Positioniermarken 35 befinden. Über solche Positioniermarken 35 können das Zielsubstrat 3 und die Quellsubstrate 21, 22 genau übereinander positioniert werden.
Eine Dicke der Halbleiterchips 41, 42, 43 liegt, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, bevorzugt bei mindestens 2 µm oder 3 µm und/oder bei höchstens 8 µm oder 6 µm. Die unterschiedlichen Arten von Halbleiterchips 41, 42, 43 können verschiedene Dicken aufweisen. Eine Höhe von Stufen einer durch die Zeilen gebildeten Treppe 6 liegt beispielsweise bei mindestens 1 µm oder 4 µm und/oder bei höchstens 20 µm oder 10 µm.
Beim in 1 gezeigten Verfahren weisen die Bildpunkte 11 je genau einen Halbleiterchip 41, 42, 43 pro Emissionsfarbe auf. Genauso können mehrere Halbleiterchips 41, 42, 43 pro Emissionsfarbe vorhanden sein, beispielsweise zwei grün emittierende Halbleiterchips 43 für RGGB-Bildpunkte. Dann ist es möglich, dass die zwei Halbleiterchips 43 pro Bildpunkt 11 auf unterschiedlich hohen Vergussschichten liegen und dass der Transferschritt der 1C und 1G entsprechend wiederholt wird, sodass eine Treppe 6 mit dann vier Zeilen oder mehr resultiert. Bei solchen oder ähnlichen Bildpunkten 11, die über eine RGB-Anordnung mit drei Halbleiterchips 41, 42, 43 hinausgehen, können innerhalb einer Art verschiedene Höhen vorliegen, wobei pro Übertragungsschritt genau eine Höhe und/oder Zeile und/oder Treppenstufe gebildet wird, sodass die Halbleiterchips 41, 42, 43 unterschiedlicher Arten jedenfalls auf unterschiedlichen Höhen liegen. Damit ist, wie bevorzugt auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, eine Anzahl der verschiedenen Höhen gleich der Anzahl der Halbleiterchips 41, 42, 43 pro fertigem Bildpunkt 11.
Ein Kern des Herstellprozesses ist damit ein Dünnfilmbondprozess mit anschließendem Laserabhebeverfahren zum Ablösen des Chipträgersubstrates. Anschließend kann dieses wiederverwendet werden. Rot emittierende Chips werden zuvor bevorzugt auf ein transparentes Substrat übertragen, um das Laserabhebeverfahren zu ermöglichen, da das Wachstumssubstrat in diesem Fall normalerweise nicht transparent ist.
Dieses Verfahren kann für jeden Transfer genutzt werden und ist nicht limitiert auf RGB-Bildpunkte. So könnten zum Beispiel auch IR-Emitter oder auch Detektorelemente mit anderen Komponenten kombiniert werden. Zum Beispiel ist Silizium für nahinfrarotes Licht transparent. Es kann also unter einem Si-Detektor ein IR-Emitter angebracht werden. Auf diese Weise kann ein Optokoppler realisiert werden. Dazu könnten der IR-Emitter und der IR-Detektor unterschiedliche elektrische Anschlüsse aufweisen, um die zugehörigen Stromkreise voneinander potenzialfrei zu trennen. Bauteile mit einem IR-Emitter und/oder einem IR-Detektor können etwa für Sensorikanwendungen, wie zum Beispiel Biomonitoring, verwendet werden. Es könnten auch segmentierte IR-Emitter und/oder segmentierte IR-Detektoren, die als empfindliches Material nicht Si nutzen, kombiniert werden.
Ein dem der 1 ähnliches Verfahren ist in 2 veranschaulicht. Analog zu 1D wurden gemäß 2A auf dem Zielsubstrat 3 die ersten Kontaktflächen 91 erzeugt, auf denen die ersten Halbleiterchips 41 aufgebracht sind. An einer der Montageebene 30 abgewandten Seite der ersten Halbleiterchips 41 befinden sich elektrische Anschlussflächen 88 zur elektrischen Kontaktierung der ersten Halbleiterchips 41.
In 2B ist gezeigt, dass die erste Vergussschicht 71 aufgebracht wird. Die erste Vergussschicht 71 schließt bündig mit einer der Montageebene 30 abgewandten Seite der ersten Halbleiterchips 41 ab. Dabei ragen die Anschlussflächen 88 aus der ersten Vergussschicht 71 heraus.
Daraufhin werden die zweiten Kontaktflächen 92 erzeugt, siehe 2C. Gleichzeitig können elektrische Leitungen 8 zum Anschließen der ersten und/oder der zweiten Halbleiterchips 41, 42 erzeugt werden.
Anschließend werden die zweiten Halbleiterchips 42 aufgebracht, siehe Figur 2D, und die zweite Vergussschicht 72 wird erzeugt, siehe 2E. Die Schritte der 2D und 2E erfolgen analog zu den 2A und 2B.
Schließlich werden dritte Kontaktflächen 93 für die dritten Halbleiterchips 43 gebildet, wie in 2F dargestellt. Nachfolgend werden die dritten Halbleiterchips 43 montiert, siehe 2G.
Die fertige Anzeigevorrichtung 1 ist in 2H gezeigt. Mit der dritten Vergussschicht 73 sind die dritten Halbleiterchips 43 planarisiert. In Richtung parallel zur Montageebene 30 liegen somit die jeweiligen Vergussschichten 71, 72, 73 in der gleichen Ebene wie die jeweils zugeordneten Halbleiterchips 41, 42, 43. Die Halbleiterchips 41, 42, 43 können in Richtung parallel zur Montageebene 30 aneinander stoßen, in Draufsicht gesehen.
Das heißt, beim Verfahren der 2 wird nach jedem Übertragungsschritt von Halbleiterchips 41, 42, 43 der entstehende Niveauunterschied mit einer der Vergussschichten 71, 72, 73 ausgeglichen. Auf der resultierenden, planarisierten Ebene werden dann jeweils die folgenden Kontaktflächen 92, 93 und Halbleiterchips 41, 42, 43 aufgebracht. Das Bauteil wird also sequentiell in der Höhe aufgebaut.
Bei dieser Geometrie werden etwa bei einem 6 Zoll-Wafer in einer Zeile 150 × 10 Chips, also zirka 1500 Halbleiterchips, übertragen. Bei etwa 500 Zeilen Liegt die Übertragungsrate pro Schritt bei ungefähr 10⁶ Halbleiterchips.
Beim Verfahren der 3 werden die Halbleiterchips 41, 42, 43 nicht nebeneinander angeordnet, sondern übereinander gestapelt. Dazu werden, siehe Figur 3A, die ersten Halbleiterchips 41 auf den ersten Kontaktflächen 91 auf der Montageebene 30 angebracht. Die ersten Halbleiterchips 41 dienen etwa zur Erzeugung von rotem Licht.
Gemäß 3B werden die zweiten Halbleiterchips 42 auf den ersten Halbleiterchips 41 aufgebracht. Dabei sind die ersten Halbleiterchips 41 mit den zweiten Kontaktflächen 92 versehen. An einer Seite, parallel zur Montageebene 30, schließen die zweiten Halbleiterchips 42 bündig mit den ersten Halbleiterchips 41 ab. Beispielsweise wird in den zweiten Halbleiterchips 42 grünes Licht erzeugt.
Schließlich werden, siehe Figur 3C, die dritten Halbleiterchips 43 auf den dritten Kontaktflächen 93 über den zweiten Halbleiterchips 42 montiert. Wiederum schließen die dritten Halbleiterchips 43, parallel zur Montageebene 30, bündig mit den ersten und zweiten Halbleiterchips 41, 42 ab. Die dritten Halbleiterchips 43 dienen bevorzugt zur Erzeugung von blauem Licht.
Daraufhin werden die Vergussschichten 71, 72, 73 erzeugt, siehe 3D. Abweichend von der Darstellung der 3D kann auch nur eine einzige Vergussschicht vorhanden sein.
Zusätzlich zu den in den 1 bis 3 illustrierten Verfahren kann je ein nicht gezeichneter Vereinzelungsschritt erfolgen. Mit dem Vereinzeln wird das Zielsubstrat 3 wie gewünscht unterteilt, so dass etwa mehrere Anzeigevorrichtungen 1 mit einer Vielzahl von Bildpunkten 11 resultieren. Ebenso können viele einzelne Farbtripel-Einheiten für je genau einen Bildpunkt 11 aus dem Zielsubstrat 3 heraus erzeugt werden, siehe die perspektivische Darstellung in 4A.
In 4B ist eine Rückseite 38 illustriert. Es ist beispielsweise eine Anschlussfläche 88 für eine gemeinsame Leiterbahn 8 vorhanden und jeweils eine extra Anschlussfläche 88 für die elektrischen Leitungen 8a, 8b, 8c. Abweichend von der Darstellung der Figur 4B können auch andere Konfigurationen von elektrischen Anschlussflächen 88 an der Rückseite 38 oder an der Montageebene 30 vorliegen. Weiterhin ist es möglich, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, dass anstelle zumindest einiger oder aller der elektrischen Leitungen 8a, 8b, 8c Bonddrähte zur elektrischen Verschaltung verwendet werden.
In der perspektivischen Darstellung der 4C ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Bildpunkts 11 illustriert, wobei zur Vereinfachung der Darstellung die Vergussschichten nicht gezeichnet sind. Dabei liegen die Halbleiterchips 41, 42, 43 nicht in einer geraden Linie senkrecht zu den Zeilen 61, 62, 63 etwa aus Figur 1I, sondern die Halbleiterchips 41, 42, 43 sind versetzt zueinander angeordnet. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass aus den Zeilen an den Quellsubstraten 21, 22 nur jeder zweite Halbleiterchip 41, 42, 43 übertragen wird, anders als in Verbindung mit den 1C oder 1G veranschaulicht.
In 4D ist perspektivisch ein weiteres Anordnungsbeispiel gezeigt, wiederum sind zur Vereinfachung der Darstellung die Vergussschichten nicht gezeichnet. Es ist möglich, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, dass die elektrischen Leitungen 8a, 8b, 8c über Seitenflächen der Halbleiterchips 41, 42, 43 auf die Montageebene 30 geführt werden. Anschlussflächen des Bildpunkts 11 können sich an der Montageebene 30 befinden oder, bevorzugt, an der Rückseite 38.
Um die Leitungen 8, 8a, 8b, 8c von der Montageebene 30 an die Rückseite 38 zu führen, sind beispielsweise viertelkreisförmige Aussparungen an den Ecken oder halbkreisförmige Aussparungen an den Seitenflächen vorhanden, die metallisiert sein können und die zur Rückseite 38 führen. Entsprechendes ist auch in allen anderen Ausführungsbeispielen möglich.
Somit entsprechen Abstände zwischen den Halbleiterchips 41, 42, 43 entlang der Zeilen 61, 62, 63, vergleiche Figur 1I, jeweils einem Vielfachen der Abstände der Halbleiterchips 41, 42, 43 an den Quellsubstraten 21, 22. Die Abstände zwischen den Zeilen 61, 62, 63 und damit zwischen den Farben können jedoch frei eingestellt werden. Wie in Verbindung mit den 3A bis 3D gezeigt, kann eine Anordnungsgeometrie der Halbleiterchips 41, 42, 43 modifiziert werden. So kann beispielsweise aus jeder Zeile von Halbleiterchips 41, 42, 43 an den Quellsubstraten 21, 22 nur jeder zweite oder jeder dritte Halbleiterchip 41, 42, 43 transferiert werden. Dadurch werden die Anzeigevorrichtung 1 und auch die Bildpunkte 11 skalierbar.
Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen handelt es sich bei dem Zielsubstrat 3 beispielsweise um ein Glassubstrat, um ein Keramiksubstrat, etwa aus Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid, um ein Siliziumsubstrat, beispielsweise mit elektrischen Durchkontaktierungen oder mit integrierten elektrischen Schaltkreisen, um ein Kunststoffsubstrat oder um ein über eine Spritztechnik erzeugtes Substrat. Es kann auch ein Verbundsubstrat aus mehreren verschiedenen Materialien herangezogen werden.
Die Geometrie der Halbleiterchips 41, 42, 43 kann somit je nach der Anzahl der ausgewählten Halbleiterchips auf dem entsprechenden Quellsubstrat 21, 22 modifiziert werden.
In 5A ist eine Draufsicht und in den 5B und 5C sind Schnittdarstellungen von weiteren Ausführungsbeispielen von Anzeigevorrichtungen 1 gezeigt. Dabei sind lichtundurchlässige, metallische Leitungen 8 vorhanden, über die die Halbleiterchips 41, 42, 43 elektrisch angeschlossen sind. Die Leitungen 8 bedecken in Draufsicht gesehen einen kleinen Teil der Halbleiterchips 41, 42, 43. Die Leitungen 8 weisen verzweigte, schmale Fortsätze auf, die zu einer flächigen Stromverteilung über die Halbleiterchips 41, 42, 43 hinweg dienen. Optional, siehe Figur 5C, sind lichtdurchlässige Stromaufweitungsschichten 84 vorhanden, die beispielsweise aus einem transparenten leitfähigen Oxid wie ITO sind. Solche Stromaufweitungsschichten 84 können auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorhanden sein.
Kombiniert mit den Stromaufweitungsschichten 84 oder auch ohne solche Stromaufweitungsschichten können reflektierende Schichten zwischen den gestapelten Halbleiterchips 41, 42, 43 vorhanden sein. Durch reflektierende Schichten kann erreicht werden, dass das von weiter vom Zielsubstrat 3 entfernt befindlichen Halbleiterchips 41, 42, 43 erzeugte Licht nicht in die sich näher am Zielsubstrat 3 befindlichen Halbleiterchips 41, 42, 43 gelangt. Hierdurch kann eine erhöhte Effizienz erzielt werden. Solche reflektierenden Schichten können auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorhanden sein.
In 5C ist zudem gezeigt, dass die Leitungen 8 seitlich aus der Anzeigevorrichtung 1 herausgeführt sind. Dabei verlaufen die Leitungen 8 auf den jeweils den Halbleiterchips 41, 42, 43 zugeordneten Vergussschichten 71, 72, 73. Eine solche Anordnung ist auch in allen anderen Ausführungsbeispielen möglich. Die Lichtemission ist durch Pfeile symbolisiert.
Zur elektrischen und mechanischen Verbindung der Halbleiterchips 41, 42, 43 untereinander kann ein oxidischer Bondprozess oder die Verwendung eines Polymers mit leitenden Partikeln, etwa aus Ag oder ITO, verwendet werden. Bevorzugt werden die langwelliger emittierenden Halbleiterchips 41, 42, 43 unter den kurzwelliger emittierenden Halbleiterchips 41, 42, 43 angebracht, um Absorption in den darüberliegenden Halbleiterchips 41, 42, 43 zu vermeiden. Jedoch sind auch andere Anordnungen der Halbleiterchips 41, 42, 43 möglich, etwa abhängig von der Größe, Effizienz oder benötigten Helligkeit der jeweiligen Halbleiterchips 41, 42, 43.
Gemäß 6 sind die Halbleiterchips 41, 42, 43 deckungsgleich übereinander gestapelt angeordnet.
Beim Ausführungsbeispiel der 7 sind die Halbleiterchips 41, 42, 43 asymmetrisch übereinander gestapelt, sodass die Halbleiterchips 41, 42, 43 an Seitenkanten nicht bündig miteinander abschließen. Ferner ist nur eine einzige Vergussschicht 71 vorhanden. Die Vergussschicht 71 kann auch entfallen, wie ebenso prinzipiell in den anderen Ausführungsbeispielen mit übereinander gestapelten Halbleiterchips 41, 42, 43 möglich.
In 8 ist gezeigt, dass die Halbleiterchips 41, 42, 43 in Richtung weg von dem Zielsubstrat 3 zunehmende Größen aufweisen, sodass später aufgebrachte Halbleiterchips 42, 43 die zuvor montierten Halbleiterchips 41, 42 vollständig bedecken. In diesem Fall kann das Zielsubstrat 3 lichtdurchlässig sein, sodass eine Abstrahlung von Licht bestimmungsgemäß durch das Zielsubstrat 3 hindurch erfolgt, anders als bei den bisherigen Ausführungsbeispielen.
Optional ist, wie in allen anderen Ausführungsbeispielen möglich, eine Abdeckschicht 74 vorhanden. Die Abdeckschicht 74 kann als Schutzschicht dienen. Ferner kann mittels der Abdeckschicht 74 eine abschließende Planarisierung erzielt werden.
Beim Ausführungsbeispiel der 9 liegt eine Mischform der bisherigen Ausführungsbeispiele vor. Das heißt, die Halbleiterchips 41, 42, 43 überlappen nur zum Teil. Damit werden die sich weiter vom Zielsubstrat 3 entfernt befindlichen Halbleiterchips 42, 43 teilweise auf den zuvor aufgebrachten Halbleiterchips 41, 42 befestigt und zum Teil auf den zuvor erzeugten Vergussschichten 71, 72.
Eine elektrische Verschaltung der einzelnen Bildpunkte 11 ist in 10 veranschaulicht. Die Halbleiterchips 41, 42, 43 werden über Schaltelemente wie Transistoren angesteuert, die mit einer Ansteuereinheit 5 verbunden sind. Pro Bildpunkt 11 kann eine Ansteuereinheit 5 vorhanden sein, die an einer Datenleitung D angeschlossen ist. Eine Stromversorgung der Halbleiterchips 41, 42, 43 erfolgt über eine Versorgungsleitung V.
Elektrisch ergibt sich dadurch ein Kurzschluss von Kathode und Anode übereinander liegender Halbleiterchips 41, 42, 43. Dadurch ist eine Reihenschaltung der Halbleiterchips 41, 42, 43 gegeben. Da jeder Halbleiterchip 41, 42, 43 individuell bestromt werden muss, um alle Punkte im Farbdreieck in der CIE-Normfarbtafel zu erreichen, empfiehlt sich die Ansteuerung durch parallel zu den Halbleiterchips 41, 42, 43 geschalteten Feldeffekttransistoren. Sind die Transistoren geschlossen, fließt kein Strom durch den zugeordneten Halbleiterchip 41, 42, 43. Ist der Transistor geöffnet, leuchtet der zugehörige Halbleiterchip 41, 42, 43.
Da in der Nähe der Halbleiterchips 41, 42, 43 Transistoren nötig sind, bietet sich ein Aktiv-Matrix-Betrieb an. Weitere Transistoren für eine Impulsweitenmodulation oder eine Impulslängenmodulation und/oder für einen Speicher können durch einen geringen Mehraufwand realisiert werden. Selbiges gilt für eine Konstantstromquelle für die einzelnen Bildpunkte. Über eine oder mehrere Datenleitungen D werden die Bildpunkte mit der Helligkeitsinformation versorgt.
Die in den Figuren gezeigten Komponenten folgen, sofern nicht anders kenntlich gemacht, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge jeweils unmittelbar aufeinander. Sich in den Figuren nicht berührende Schichten sind voneinander beabstandet. Soweit Linien parallel zueinander gezeichnet sind, sind die entsprechenden Flächen ebenso parallel zueinander ausgerichtet. Ebenfalls, soweit nicht anders kenntlich gemacht, sind die relativen Positionen der gezeichneten Komponenten zueinander in den Figuren korrekt wiedergegeben.
Die hier beschriebene 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.
Bezugszeichenliste

1: Anzeigevorrichtung
11: Bildpunkt
20: Substratrückseite
21: erstes Quellsubstrat
22: zweites Quellsubstrat
25: Opferschicht
3: Zielsubstrat
30: Montageebene
35: Positioniermarke
38: Rückseite
41: erster Halbleiterchip
42: zweiter Halbleiterchip
43: dritter Halbleiterchip
5: Ansteuereinheit
6: Treppe
61: Zeile mit den ersten Halbleiterchips
62: Zeile mit den zweiten Halbleiterchips
63: Zeile mit den dritten Halbleiterchips
71: Vergussschicht in der Ebene der ersten Halbleiterchips
72: Vergussschicht in der Ebene der zweiten Halbleiterchips
73: Vergussschicht in der Ebene der dritten Halbleiterchips
74: Abdeckschicht
8: elektrische Leitung
84: lichtdurchlässige Stromaufweitungsschicht
88: elektrische Anschlussfläche
91: elektrische Kontaktfläche für die ersten Halbleiterchips
92: Kontaktfläche für die zweiten Halbleiterchips
93: Kontaktfläche für die dritten Halbleiterchips
D: Datenleitung
L: Laserstrahlung
V: Versorgungsleitung

Claims

Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils (1, 11) mit den Schritten: A) Bereitstellen von mindestens zwei Quellsubstraten (21, 22), wobei jedes der Quellsubstrate (21, 22) mit einer bestimmten Art von Strahlung emittierenden Halbleiterchips (41, 42, 43) bestückt ist, B) Bereitstellen eines Zielsubstrats (3) mit einer Montageebene (30), die für eine Montage der Halbleiterchips (41, 42, 43) eingerichtet ist, C) Übertragen mindestens eines Teils der Halbleiterchips (41, 42, 43) mit einem Scheibe-zu-Scheibe-Prozess von den Quellsubstraten (21, 22) auf das Zielsubstrat (3), sodass die auf das Zielsubstrat (3) übertragenen Halbleiterchips (41, 42, 43) innerhalb einer Art ihre relative Position zueinander beibehalten, sodass jede Art von Halbleiterchips (41, 42, 43) auf dem Zielsubstrat (3) eine andere Höhe über der Montageebene (30) aufweist, wobei die Halbleiterchips (41, 42, 43) zumindest teilweise übereinander gestapelt werden und/oder zumindest teilweise auf wenigstens einer Vergussschicht (71, 72, 73) aufgebracht werden.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem jedem Übertragungsschritt von einer Art von Halbleiterchips (41, 42, 43) das Erzeugen einer der Vergussschichten (71, 72, 73) nachfolgt und die einer Art von Halbleiterchips (41, 42, 43) zugeordnete Vergussschicht (71, 72, 73) in der gleichen Ebene erzeugt wird, in der sich die betreffende Art von Halbleiterchips (41, 42, 43) befindet, wobei die Vergussschichten (71, 72, 73) mit einer Toleranz von höchstens 5 µm und von höchstens 25 % einer mittleren Höhe der zugehörigen Art von Halbleiterchips (41, 42, 43) die gleiche Dicke aufweist wie die zugehörige Art von Halbleiterchips (41, 42, 43).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem elektrische Leitungen (8) zum Anschließen der Halbleiterchips (41, 42, 43) an beiden Hauptseiten der dieser Art von Halbleiterchips (41, 42, 43) zugeordneten Vergussschicht (71, 72, 73) angebracht werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem alle Vergussschichten (71, 72, 73) oder alle bis auf die am nächsten zur Montageebene (30) gelegenen Vergussschichten (71, 72, 73) lichtdurchlässig sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Halbleiterchips (41, 42, 43) in Draufsicht gesehen einander nicht überlappen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest eine Art von Halbleiterchips (42, 43) vollständig oder teilweise auf dem der vorhergehend aufgebrachten Art von Halbleiterchips (41, 42) eindeutig zugeordneten Vergussschicht (71, 72) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Halbleiterchips (41, 42, 43) in Draufsicht gesehen einander teilweise oder vollständig überlappen, wobei Licht, das in näher an der Montageebene (30) liegenden Halbleiterchips (41, 42, 43) erzeugt wird, in der fertigen Anzeigevorrichtung (1) dazu eingerichtet ist, mindestens teilweise durch die weiter von der Montageebene (30) entfernt liegenden Halbleiterchips (41, 42, 43) hindurch emittiert zu werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im Schritt C) pro Art mindestens 10⁴ der Halbleiterchips (41, 42, 43) übertragen werden, wobei genau drei Arten von Halbleiterchips (41, 42, 43) übertragen werden und eine Art von Halbleiterchips (41, 42, 43) zur Emission von grünem Licht, eine Art zur Emission von rotem Licht und eine Art zur Emission von blauem Licht eingerichtet ist, sodass RGB-Bildpunkte (11) erzeugt werden.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Halbleiterchips (41, 42, 43) in den RGB-Bildpunkten (11) in Draufsicht gesehen an genau einer Seitenkante bündig miteinander abschließen, mit einer Toleranz von höchstens 5 µm.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - die Halbleiterchips (41, 42, 43) in Zeilen (61, 62, 63) angeordnet und innerhalb einer Zeile (61, 62, 63) nur Halbleiterchips (41, 42, 43) derselben Art angebracht werden und die Zeilen (61, 62, 63) mit einer Periodizität von n aufeinander folgen, - im Querschnitt gesehen je durch n aufeinanderfolgende Zeilen (61, 62, 63) eine Treppe (6) mit n-1 Stufen gebildet wird, - alle Treppen (6) gleich ausgerichtet sind, und - in Draufsicht gesehen ein Abstand zwischen benachbarten Halbleiterchips (41, 42, 43) innerhalb einer Treppe kleiner ist als ein Abstand benachbarter Treppen (6) zueinander.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im Schritt C) nur ein Teil der ursprünglich vorhandenen Halbleiterchips (41, 42, 43) vom zugehörigen Quellsubstrat (22) abgelöst wird, wobei es sich bei zumindest einem der Quellsubstrate (21, 22) um ein Aufwachssubstrat für die zugehörigen Halbleiterchips (41, 42, 43) handelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem nach dem Schritt C) in einem Schritt D) erfolgt: - eine Vereinzelung des Zielsubstrats (3) zu einzelnen Bildpunkten (11), und/oder - eine Vereinzelung oder ein Zuschneiden zu mindestens einer Anzeigevorrichtung (1) mit einer Vielzahl von Bildpunkten (11) .
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1, 11), das eine Anzeigevorrichtung (1) oder ein Bildpunkt (11) ist, mit - einem Zielsubstrat (3) mit einer Montageebene (30), - mindestens zwei Arten von Strahlung emittierenden Halbleiterchips (41, 42, 43) auf dem Zielsubstrat (3), und - mindestens zwei Vergussschichten (71, 72, 73), sodass jede der Vergussschichten (71, 72, 73) genau einer Art von Halbleiterchips (41, 42, 43) zugeordnet ist und mit der zugeordneten Art von Halbleiterchips (41, 42, 43) in einer gemeinsamen Ebene liegt, wobei jede Art von Halbleiterchips (41, 42, 43) eine andere Höhe über der Montageebene (30) aufweist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach dem vorhergehenden Anspruch, das ein Bildpunkt (11) ist, wobei der Bildpunkt (11) genau einen Halbleiterchip (41) zur Erzeugung von rotem Licht, genau einen Halbleiterchip (42) zur Erzeugung von grünem Licht und genau einen Halbleiterchip (43) zur Erzeugung von blauem Licht aufweist, und wobei der Zielträger (3) in dem fertigen Bildpunkt (11) einen permanenten metallischen Träger, Keramik-Träger, Glas-Träger oder Halbleiter-Träger bildet.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach Anspruch 13, das eine Anzeigevorrichtung (1) zur Darstellung farbiger Bilder oder Filme ist, wobei die Anzeigevorrichtung (1) zwischen einschließlich 10⁴ und 10⁸ der Halbleiterchips (41, 42, 43) beinhaltet, wobei eine Positioniertoleranz über alle Halbleiterchips (41, 42, 43) einer Art hinweg höchstens 10 µm beträgt.