DE102018126130A1

DE102018126130A1 - Halbleitervorrichtung und -verfahren

Info

Publication number: DE102018126130A1
Application number: DE102018126130.6A
Authority: DE
Inventors: Chen-Hua Yu; Keng-Han Lin; Hung-Jui Kuo; Hui-Jung TSAI
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2018-06-08
Filing date: 2018-10-21
Publication date: 2019-12-12
Anticipated expiration: 2038-10-22
Also published as: DE102018126130B4; US20240105901A1; US20220045254A1; US11855246B2

Abstract

In einer Ausführungsform enthält ein Verfahren: Verbinden einer Leuchtdiode mit einem Substrat; Einkapseln der Leuchtdiode mit einem lichtempfindlichen Einkapselungsmittel; Bilden einer ersten Öffnung durch das lichtempfindliche Einkapselungsmittel neben der Leuchtdiode; und Bilden einer leitfähigen Durchkontaktierung in der ersten Öffnung.

Description

PRIORITÄTSANSPRUCH
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US Patentanmeldung Nr. 62/682,469 , eingereicht am 8. Juni 2018, wobei diese Anmeldung hier zum Zwecke der Bezugnahme zitiert wird.
HINTERGRUND
Die Halbleiterindustrie hat aufgrund laufender Verbesserungen in der Integrationsdichte einer Reihe elektronischer Komponenten (z.B. Transistoren, Dioden, Widerstände, Kondensatoren usw.) ein rasches Wachstum erfahren. Zum Großteil hat sich eine Verbesserung in der Integrationsdichte aus einer wiederholten Verringerung minimaler Merkmalgrößen ergeben, wodurch mehr Komponenten in einer bestimmten Fläche integriert werden können. In den letzten Jahren wurden optische Merkmale in immer mehr Anwendungen mit Halbleitervorrichtungen integriert, insbesondere wegen des steigenden Bedarfs an Kameras in Telefonen, Tafeln und anderen tragbaren Vorrichtungen.
Figurenliste
Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden am besten aus der folgenden ausführlichen Beschreibung verständlich, wenn diese mit den beiliegenden Figuren gelesen wird. Es wird festgehalten, dass gemäß der Standardpraxis in der Industrie verschiedene Merkmale nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Tatsächlich können die Dimensionen der verschiedenen Merkmale der klaren Besprechung wegen beliebig vergrößert oder verkleinert sein.

1 bis 18 zeigen unterschiedliche Querschnittsansichten eines Prozesses zur Bildung einer Laservorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen.
19 zeigt einen Betrieb einer Laservorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen.
20 bis 22 zeigen verschiedene Querschnittsansichten eines Prozesses zur Bildung einer Laservorrichtung gemäß einigen anderen Ausführungsformen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Offenbarung sieht viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele zur Implementierung verschiedener Merkmale der Erfindung vor. Spezielle Beispiele von Komponenten und Anordnungen sind in der Folge zur Vereinfachung der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Diese sind natürlich lediglich Beispiele und nicht als Einschränkung gedacht. Zum Beispiel kann die Bildung eines ersten Merkmals über oder auf einem zweiten Merkmal in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen enthalten, in welchen das erste und zweite Merkmal in direktem Kontakt gebildet sind, und kann auch Ausführungsformen enthalten, in welchen zusätzliche Merkmale zwischen den ersten und zweiten Merkmalen gebildet sein können, so dass die ersten und zweiten Merkmale nicht in direktem Kontakt sein mögen. Zusätzlich kann die vorliegende Offenbarung Bezugsnummern und/oder -buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung dient der Einfachheit und Klarheit und legt selbst kein Verhältnis zwischen den verschiedenen besprochenen Ausführungsformen und/oder Konfigurationen fest.
Ferner können raumbezogene Begriffe, wie „unterhalb“, „unter“, „niedriger“, „oberhalb“, „oberer“ und dergleichen hier zur einfachen Beschreibung verwendet werden, um ein Verhältnis eines Elements oder Merkmals zu einem oder mehreren anderen Element(en) oder Merkmal(en) zu beschreiben, die in den Figuren dargestellt sind. Die raumbezogenen Begriffe sollen unterschiedliche Orientierungen der Vorrichtung in Verwendung oder Betrieb zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Orientierung beinhalten. Die Vorrichtung kann anders orientiert (90 Grad oder in anderen Orientierungen gedreht) sein und die raumbezogenen Deskriptoren, die hier verwendet werden, können ebenso dementsprechend interpretiert werden.
Gemäß einigen Ausführungsformen werden zwischen mehreren Leuchtdioden leitfähige Durchkontaktierungen gebildet. Eine Deckstruktur wird an einer Bodenstruktur befestigt. Die Bodenstruktur kann z.B. eine Zwischenverbindungsstruktur umfassen und enthält leitfähige Verbinder, die darauf gebildet sind. Die Deckstruktur umfasst ein Substrat mit mehreren Leuchtdioden, die darauf z.B. in einer Gitterstruktur gebildet sind. Entsprechende Leuchtdioden der Deckstruktur werden mit entsprechenden leitfähigen Verbindern der Bodenstruktur verbunden. Der Träger der Deckstruktur wird z.B. durch einen Ätzprozess entfernt. Ein lichtempfindliches Einkapselungsmittel, wie ein Niedertemperatur-Polyimid (LTPI), wird um und auf den Leuchtdioden gebildet. In dem lichtempfindlichen Einkapselungsmittel werden Öffnungen durch einen Ätzprozess gebildet, die darunterliegende Anschlusspads der Bodenstruktur freilegen. Ein Bilden der Öffnungen mit einem Ätzprozess anstatt durch Entwickeln des lichtempfindlichen Einkapselungsmittels kann eine Bildung von Öffnungen mit einer feineren Teilung ermöglichen. Dann werden leitfähige Durchkontaktierungen in der Öffnung gebildet, die mit den darunterliegenden Anschlusspads der Bodenstruktur verbunden werden. Leitfähige Leitungen können dann gebildet werden, die die leitfähigen Durchkontaktierungen mit den Leuchtdioden verbinden. Durch Bilden der leitfähigen Durchkontaktierungen, nachdem die Leuchtdioden befestigt worden sind, kann die Wahrscheinlichkeit kollabierter leitfähiger Durchkontaktierungen verringert werden und die leitfähigen Durchkontaktierungen können in einer feineren Teilung mit einem höheren Aspektverhältnis gebildet werden.
1 bis 3 zeigen verschiedene Querschnittsansichten eines Prozesses zur Bildung einer ersten Struktur 100 gemäß einigen Ausführungsformen. Die erste Struktur 100 enthält ein Trägersubstrat 102 mit mehreren darauf gebildeten Leuchtdioden 104 (siehe 3).
In 1 ist ein Trägersubstrat 102 bereitgestellt. Das Trägersubstrat 102 kann ein Halbleitersubstrat, wie ein Bulk-Halbleiter, ein Halbleiter-auf-Isolator-, (SOI), Substrat oder dergleichen sein, das (z.B. mit einem p-Typ oder n-Typ Dotierungsmittel) dotiert oder undotiert sein kann. Das Trägersubstrat 102 kann ein Wafer, wie ein Siliziumwafer sein. Im Allgemeinen ist ein SOI-Substrat eine Schicht eines Halbleitermaterials, die auf einer Isolatorschicht gebildet ist. Die Isolatorschicht kann zum Beispiel eine vergrabene Oxid- (BOX) Schicht, eine Siliziumoxidschicht oder dergleichen sein. Die Isolatorschicht ist auf einem Substrat, typischerweise einem Silizium- oder Glassubstrat bereitgestellt. Es können auch andere Substrate, wie ein mehrschichtiges oder Gradientensubstrat verwendet werden. In einigen Ausführungsformen kann das Halbleitermaterial des Trägersubstrats 102 Silizium; Germanium; einen Verbindungshalbleiter, der Siliziumcarbid, Galliumarsen, Galliumphosphid, Indiumphosphid, Indiumarsenid und/oder Indiumantimonid enthält; ein Legierungshalbleiter, der SiGe, GaAsP, AlInAs, AlGaAs, GaInAs, GaInP, und/oder GaInAsP enthält; oder Kombinationen davon enthalten. In einer besonderen Ausführungsform ist das Trägersubstrat 102 ein GaAs-Substrat.
Ferner wird eine erste reflektierende Struktur 106 auf dem Trägersubstrat 102 gebildet. Die erste reflektierende Struktur 106 enthält mehrere Schichten aus Materialien wie dielektrischen oder halbleitenden Materialien. Die Schichten können dotiert oder undotiert sein. Die Schichten können durch einen geeigneten Abscheidungsprozess abgeschieden werden, wie chemisches Aufdampfen (CVD), oder können durch einen geeigneten Epitaxieprozess gezüchtet werden. Die erste reflektierende Struktur 106 kann ein verteilter Bragg-Reflektor sein, der abwechselnde Schichten aus Materialien mit unterschiedlichen Brechindizes verwendet, um Licht zu reflektieren. In einigen Ausführungsformen umfasst die erste reflektierende Struktur 106 abwechselnde dotierte und undotierte Schichten des Materials des Trägersubstrats 102 (z.B. GaAs), wobei die dotierten Schichten andere Brechindizes haben als die undotierten Schichten. Das Dotierungsmittel kann jedes Dotierungsmittel sein, das erlaubt, dass die dotierten Schichten andere Brechindizes haben als die undotierten Schichten. In einigen Ausführungsformen ist das Dotierungsmittel ein p-Typ Dotierungsmittel wie C. In einigen Ausführungsformen haben die dotierten Schichten der ersten reflektierenden Struktur 106 eine Dotierungsmittelkonzentration im Bereich von etwa 1E-17 Atome/cm³ bis etwa 1E-18 Atome/cm³. Die erste reflektierende Struktur 106 kann somit reflektierende Gebiete vom p-Typ in den resultierenden Leuchtdioden 104 bilden (siehe 3). Die erste reflektierende Struktur 106 kann jede Breite haben. In einigen Ausführungsformen hat die erste reflektierende Struktur 106 eine Breite von 14 µm.
Ferner wird ein emittierendes Halbleitergebiet 108 auf der ersten reflektierenden Struktur 106 gebildet. Das emittierende Halbleitergebiet 108 umfasst auch eine dotierte Schicht des Materials des Trägersubstrats 102 (z.B. GaAs). Der emittierende Halbleiterübergang 108 hat ein p-Typ-Gebiet und ein n-Typ-Gebiet und umfasst einen P-N-Übergang, der während eines Betriebs bei einer einzelnen resonanten Frequenz lasert. Das p-Typ-Gebiet kann mit p-Typ Dotierungsmitteln wie Bor, Aluminium, Gallium, Indium und dergleichen dotiert sein. Das n-Typ-Gebiet kann mit n-Typ Dotierungsmitteln wie Phosphor, Arsen und dergleichen dotiert sein. In einigen Ausführungsformen ist das p-Typ-Gebiet über dem n-Typ-Gebiet gebildet. Das n-Typ-Gebiet des emittierenden Halbleitergebiets 108 kann mit der ersten reflektierenden Struktur 106 verbunden sein, sodass Licht zur ersten reflektierenden Struktur 106 ausgestrahlt wird.
Ferner ist eine zweite reflektierende Struktur 110 auf dem emittierenden Halbleitergebiet 108 gebildet. Das p-Typ-Gebiet des emittierenden Halbleitergebiets 108 kann mit der zweiten reflektierenden Struktur 110 verbunden sein. Die zweite reflektierende Struktur 110 enthält mehrere Schichten von Materialien, wie dielektrische oder halbleitende Materialien. Die Schichten können dotiert oder undotiert sein. Die Schichten können durch einen geeigneten Abscheidungsprozess wie chemisches Aufdampfen (CVD) abgeschieden werden oder können durch einen geeigneten Epitaxieprozess gezüchtet werden. Die zweite reflektierende Struktur 110 kann ein verteilter Bragg-Reflektor sein, der abwechselnde Schichten aus Materialien mit unterschiedlichen Brechindizes verwendet, um Licht zu reflektieren. In einigen Ausführungsformen umfasst die zweite reflektierende Struktur 110 abwechselnde dotierte und undotierte Schichten des Materials des Trägersubstrats 102 (z.B. GaAs), wobei die dotierten Schichten andere Brechindizes haben als die undotierten Schichten. Das Dotierungsmittel kann jedes Dotierungsmittel sein, das erlaubt, dass die dotierten Schichten andere Brechindizes haben als die undotierten Schichten. In einigen Ausführungsformen ist das Dotierungsmittel ein n-Typ Dotierungsmittel wie Si. In einigen Ausführungsformen haben die dotierten Schichten der zweiten reflektierenden Struktur 110 eine Dotierungsmittelkonzentration im Bereich von etwa 1E-17 Atome/cm³ bis etwa 1E-18 Atome/cm³. Die zweite reflektierende Struktur 110 kann somit reflektierende Gebiete vom n-Typ in den resultierenden Leuchtdioden 104 bilden (siehe 3). Das Dotierungsmittel der zweiten reflektierenden Struktur 110 kann ein anderes Dotierungsmittel sein als das Dotierungsmittel der ersten reflektierenden Struktur 106. Die zweite reflektierende Struktur 110 kann jede Breite haben. In einigen Ausführungsformen hat die zweite reflektierende Struktur 110 eine Breite von 13 µm.
Die reflektierenden Strukturen 106 und 110 bilden einen resonanten Hohlraum, um zur Verstärkung der Lichtintensität aus dem emittierenden Halbleitergebiet 108 beizutragen. Die reflektierenden Strukturen 106 und 110 haben ein unterschiedliches Reflexionsvermögen, z.B. sind die Brechindizes der reflektierenden Strukturen 106 und 110 unterschiedlich. In einigen Ausführungsformen ist die erste reflektierende Struktur 106 mit einem geringeren Reflexionsvermögen gebildet als die zweite reflektierende Struktur 110, um eine Emission eines Laserstrahls aus dem emittierenden Halbleitergebiet 108 zu erlauben. Die Brechindizes der reflektierenden Strukturen 106 und 110 können durch Einstellen der Gesamthöhe und gesamten Dotierungsmenge der reflektierenden Strukturen 106 und 110 variiert werden. Zum Beispiel kann die Höhe H₁ der ersten reflektierenden Struktur 106 kleiner sein als die Höhe H₂ der zweiten reflektierenden Struktur 110. In einigen Ausführungsformen ist die Höhe H₁ im Bereich von etwa 2 µm bis etwa 4 µm (wie etwa 3 µm) und die Höhe H₂ ist im Bereich von etwa 5 µm bis etwa 7 µm (wie etwa 6 µm).
In 2 sind Kontaktpads 112 auf der zweiten reflektierenden Struktur 110 gebildet. Die Kontaktpads 112 sind physisch und elektrisch mit der zweiten reflektierenden Struktur 110 verbunden, die selbst physisch und elektrisch mit dem emittierenden Halbleitergebiet 108 verbunden ist. Die Kontaktpads 112 sind somit mit der n-Typ-Seite der resultierenden Leuchtdioden 104 verbunden (siehe 3). Als ein Beispiel zur Bildung der Kontaktpads 112 wird eine Keimschicht über der zweiten reflektierenden Struktur 110 gebildet. In einigen Ausführungsformen ist die Keimschicht eine Metallschicht, die eine einzelne Schicht oder eine Verbundschicht sein kann, die mehrere Teilschichten umfasst, die aus unterschiedlichen Materialien gebildet sind. In einigen Ausführungsformen umfasst die Keimschicht eine Titanschicht und eine Kupferschicht über der Titanschicht. Die Keimschicht kann zum Beispiel mittels physikalischer Aufdampfung (PVD) oder dergleichen gebildet werden. Dann wird ein Fotolack auf der Keimschicht gebildet und strukturiert. Der Fotolack kann durch Rotationsbeschichten oder dergleichen gebildet werden und kann zur Strukturierung mit Licht bestrahlt werden. Die Struktur des Fotolacks entspricht den Kontaktpads 112. Die Strukturierung bildet Öffnungen durch den Fotolack, um die Keimschicht freizulegen. Ein leitfähiges Material wird in den Öffnungen des Fotolacks und auf den freiliegenden Abschnitten der Keimschicht gebildet. Das leitfähige Material kann durch Plattieren, wie Galvanisieren oder stromloses Plattieren oder dergleichen gebildet werden. Das leitfähige Material kann ein Metall, wie Kupfer, Titan, Wolfram, Aluminium oder dergleichen umfassen. Dann werden der Fotolack und Abschnitte der Keimschicht, auf welchen das leitfähige Material nicht gebildet ist, entfernt. Der Fotolack kann durch einen annehmbaren Veraschungs- oder Abziehprozess entfernt werden, wie unter Verwendung eines Sauerstoffplasmas oder dergleichen. Sobald der Fotolack entfernt ist, werden freiliegende Abschnitte der Keimschicht entfernt, wie mittels eines annehmbaren Ätzprozesses, wie durch Nass- oder Trockenätzung. Die übrigen Abschnitte der Keimschicht und des leitfähigen Materials bilden die Kontaktpads 112.
Ferner wird eine Passivierungsschicht 114 auf den Kontaktpads 112 und der zweiten reflektierenden Struktur 110 gebildet. Die Passivierungsschicht 114 schützt die zweite reflektierende Struktur 110 während einer anschließenden Bearbeitung. Die Passivierungsschicht 114 kann aus einem anorganischen Material gebildet sein, das ein Nitrid wie Siliziumnitrid, ein Oxid wie Siliziumoxid oder dergleichen sein kann und durch einen Abscheidungsprozess wie CVD oder dergleichen gebildet werden kann. Die Passivierungsschicht 114 kann auch aus einem Polymer gebildet sein, das ein lichtempfindliches Material wie Polybenzoxazol (PBO), Polyimid, Benzocyclobuten (BCB) oder dergleichen sein kann, und kann durch Rotationsbeschichtung oder dergleichen gebildet werden.
Ferner werden Underbump-Metallisierungen (UBMs) 116 auf den Öffnungen der Passivierungsschicht 114 gebildet. Als ein Beispiel zur Bildung der UBMs 116 wird die Passivierungsschicht 114 mit Öffnungen strukturiert, die die Kontaktpads 112 freilegen. Die Strukturierung kann durch einen annehmbaren Prozess erfolgen, wie Belichten der Passivierungsschicht 114, wenn die Passivierungsschicht 114 ein lichtempfindliches Material ist, oder durch Ätzen unter Verwendung zum Beispiel einer anisotropischen Ätzung. Falls die Passivierungsschicht 114 ein lichtempfindliches Material ist, kann die Passivierungsschicht 114 nach der Belichtung entwickelt werden. Über der Passivierungsschicht 114 und in den Öffnungen wird eine Keimschicht gebildet. In einigen Ausführungsformen ist die Keimschicht eine Metallschicht, die eine einzelne Schicht oder eine Verbundschicht sein kann, die mehrere Teilschichten umfasst, die aus verschiedenen Materialien gebildet sind. In einigen Ausführungsformen umfasst die Keimschicht eine Titanschicht und eine Kupferschicht über der Titanschicht. Die Keimschicht kann zum Beispiel unter Verwendung von PVD oder dergleichen gebildet werden. Dann wird ein Fotolack auf der Keimschicht gebildet und strukturiert. Der Fotolack kann durch Rotationsbeschichtung oder dergleichen gebildet werden und kann zur Strukturierung belichtet werden. Die Struktur des Fotolacks entspricht den UBMs 116. Die Strukturierung bildet Öffnungen durch den Fotolack, um die Keimschicht freizulegen. In den Öffnungen des Fotolacks und auf den freiliegenden Abschnitten der Keimschicht wird ein leitfähiges Material gebildet. Das leitfähige Material kann durch Plattieren, wie Galvanisieren oder stromloses Plattieren oder dergleichen gebildet werden. Das leitfähige Material kann ein Metall, wie Kupfer, Titan, Wolfram, Aluminium oder dergleichen umfassen. Dann werden der Fotolack und Abschnitte der Keimschicht, auf welchen das leitfähige Material nicht gebildet ist, entfernt. Der Fotolack kann durch einen annehmbaren Veraschungs- oder Abziehprozess entfernt werden, wie unter Verwendung eines Sauerstoffplasmas oder dergleichen. Sobald der Fotolack entfernt ist, werden freiliegende Abschnitte der Keimschicht entfernt, wie unter Verwendung eines annehmbaren Ätzprozesses, wie durch Nass- oder Trockenätzen. Die übrigen Abschnitte der Keimschicht und des leitfähigen Materials bilden die UBMs 116.
In 3 sind Vertiefungen 120 gebildet, die sich in das Trägersubstrat 102 erstrecken. Die Vertiefungen 120 erstrecken sich durch die Passivierungsschicht 114, die zweite reflektierende Struktur 110, das emittierende Halbleitergebiet 108 und die erste reflektierende Struktur 106, wobei verbleibende Abschnitte solcher Merkmale zwischen den Vertiefungen 120 die Leuchtdioden 104 bilden. Die Vertiefungen 120 können durch einen annehmbaren Ätzprozess gebildet werden, zum Beispiel unter Verwendung einer anisotropischen Ätzung.
Die Leuchtdioden 104 sind mit einer Teilung P₁ getrennt, die durch die Breiten der Vertiefungen 120 festgelegt ist. In einigen Ausführungsformen ist die Teilung P₁ im Bereich von etwa 4 µm bis etwa 7 µm. Ferner werden die Leuchtdioden 104 in einer verjüngten Form gebildet. Untere Abschnitte der ersten reflektierenden Strukturen 106 haben eine untere Breite W₁ und obere Abschnitte der zweiten reflektierenden Strukturen 110 haben eine obere Breite W₂ . In einigen Ausführungsformen ist die untere Breite W₁ im Bereich von etwa 13 µm bis etwa 15 µm (wie etwa 14 µm) und die obere Breite W₂ ist im Bereich von 12 µm bis etwa 14 µm.
Ferner werden undurchsichtige Abschnitte 108B in den emittierenden Halbleitergebieten 108 der Leuchtdioden 104 gebildet. Die undurchsichtigen Abschnitte 108B erstrecken sich in einer Ansicht von oben nach unten um den Umfang der transparenten Abschnitte 108A der emittierenden Halbleitergebiete 108. Die undurchsichtigen Abschnitte 108B blockieren im Wesentlichen oder absorbieren Licht von dem emittierenden Halbleitergebiet 108, sodass das Licht von den Leuchtdioden 104 nicht in seitlicher Richtung (z.B. in einer Richtung parallel zur einer Hauptfläche des Trägersubstrats 102) ausgestrahlt wird. Die undurchsichtigen Abschnitte 108B umfassen oxidiertes Material der emittierenden Halbleitergebiete 108 und können durch einen Oxidationsprozess wie einen raschen thermischen Oxidations- (RTO) Prozess, einen chemischen Oxidationsprozess, ein rasches thermisches Tempern (RTA), das in einer sauerstoffhaltigen Umgebung durchgeführt wird, oder dergleichen gebildet werden. Die übrigen transparenten Abschnitte 108A der emittierenden Halbleitergebiete 108 können während der Oxidation z.B. durch einen Fotolack maskiert sein.
Ferner sind schützende Abstandhalter 124 an Seiten der Leuchtdioden 104 gebildet. Die schützenden Abstandhalter 124 können aus einem dielektrischen Material wie Siliziumnitrid, Siliziumoxid, SiCN, einer Kombination davon oder dergleichen gebildet sein. Die schützenden Abstandhalter 124 können durch eine konforme Abscheidung, gefolgt von einer anisotropischen Ätzung gebildet werden.
4 zeigt eine Querschnittsansicht einer zweiten Struktur 200 gemäß einigen Ausführungsformen. Die zweite Struktur 200 kann eine Vorrichtung wie eine integrierte Schaltung, ein Interposer oder dergleichen sein. Die zweite Struktur 200 enthält ein Halbleitersubstrat 202 mit Vorrichtungen wie Transistoren, Dioden, Kondensatoren, Widerstände usw., die in und/oder auf dem Halbleitersubstrat 202 gebildet sind. Die Vorrichtungen können durch eine Zwischenverbindungsstruktur 204 miteinander verbunden sein, die zum Beispiel aus Metallisierungsstrukturen in einer oder mehreren dielektrischen Schichten auf dem Halbleitersubstrat gebildet sind, um eine integrierte Schaltung zu bilden. Die Zwischenverbindungsstruktur 204 enthält Pads 204A und 204B, die jeweils zur Kopplung an die Leuchtdioden 104 und externe Verbindungen verwendet werden können. Die Zwischenverbindungsstruktur 204 enthält ferner Ausrichtungsmarkierungen 204C. Über der Zwischenverbindungsstruktur 204 wird eine Passivierungsschicht 206 zum Schutz der Struktur gebildet. Die Passivierungsschicht 206 kann aus einem oder mehreren geeigneten dielektrischen Materialien wie Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Dielektrika niedriger Dielektrizitätskonstante wie kohlenstoffdotierten Oxiden, Dielektrika extrem niedriger Dielektrizitätskonstante wie porösem, kohlenstoffdotierten Siliziumdioxid, einem Polymer wie Polyimid, Lötstopplack, Polybenzoxazol (PBO), Benzocyclobuten (BCB), Formmasse, dergleichen oder einer Kombination davon bestehen. Die Passivierungsschicht 206 wird mit Öffnungen 208 strukturiert, die die Ausrichtungsmarkierungen 204C freilegen. Die freigelegten Ausrichtungsmarkierungen 204C werden während einer anschließenden Bearbeitung zur exakten Positionierung verwendet. Die zweite Struktur 200 umfasst ferner Kontaktpads 210, wie Aluminium- oder Kupfer-Pads oder -Säulen, an welchen externe Verbindungen gebildet sind. Die Kontaktpads 210 befinden sich jeweils an sogenannten aktiven Seiten der zweiten Struktur 200 und können z.B. durch Fotolithografie, Ätzen und Plattierungsprozesse so gebildet werden, dass sie sich durch die Passivierungsschicht 206 erstrecken.
5 bis 18 zeigen verschiedene Querschnittsansichten eines Prozesses zur Bildung einer Laservorrichtung 300 gemäß einigen Ausführungsformen. Die Laservorrichtung 300 kann in einer Weiterbearbeitung verpackt werden, um z.B. einen Bildsensor, eine faseroptische Netzwerkvorrichtung oder dergleichen zu bilden. Die erhaltene Vorrichtung kann Teil einer integrierten Schaltungsvorrichtung sein, wie ein System-on-Chip (SoC).
In 5 ist die erste Struktur 100 mit der zweiten Struktur 200 verbunden. Die Leuchtdioden 104 der ersten Struktur 100 sind mit Kontaktpads 210 der zweiten Struktur 200 verbunden. Leitfähige Verbinder 302 können gebildet sein, die die Kontaktpads 112 der Leuchtdioden 104 mit entsprechenden der Kontaktpads 210 verbinden. Die leitfähigen Verbinder 302 können aus einem leitfähigen Material wie Lötmittel, Kupfer, Aluminium, Gold, Nickel, Silber, Palladium, Zinn, dergleichen oder einer Kombination davon gebildet sein. In einigen Ausführungsformen sind die leitfähige Verbinder 302 Lötmittelverbindungen. In einigen Ausführungsformen werden die leitfähigen Verbinder 302 durch anfängliches Bilden einer Schicht Lötmittel auf den UBMs 116 oder Kontaktpads 210 durch solche allgemein verwendeten Verfahren wie Verdampfung, Galvanisieren, Drucken, Lötmitteltransfer, Kugelanordnung oder dergleichen gebildet. Sobald eine Schicht Lötmittel auf den UBMs 116 oder Kontaktpads 210 gebildet wurde, werden die Kontaktpads 210 und UBMs 116 physisch in Kontakt gebracht und es kann ein Rückfluss durchgeführt werden, um das Material zu den gewünschten Bump-Formen zu formen. Sobald die Leuchtdioden 104 befestigt sind, haben die Leuchtdioden 104, Kontaktpads 210 und leitfähigen Verbinder 302 eine kombinierte Höhe H₃ . In einigen Ausführungsformen ist die kombinierte Höhe H₃ im Bereich von etwa 13 µm bis etwa 15 µm (wie etwa 14 µm).
Wenn die erste Struktur 100 mit der zweiten Struktur 200 verbunden ist, zeigen die zweiten reflektierenden Strukturen 110 (z.B. n-Typ-Seiten oder Kathoden) der Leuchtdioden 104 zur zweiten Struktur 200 und die ersten reflektierenden Strukturen 106 (z.B. p-Typ-Seiten oder Anoden) der Leuchtdioden 104 zeigen zur ersten Struktur 100. Wie oben festgestellt, hat die erste reflektierende Struktur 106 ein geringeres Reflexionsvermögen als die zweite reflektierende Struktur 110. Als solches wird der vom emittierenden Halbleitergebiet 108 erzeugte Laserstrahl durch die zweiten reflektierenden Strukturen 110 reflektiert. Etwas von dem reflektierten Laserstrahl wird durch die erste reflektierende Struktur 106 weiter reflektiert und etwas wird durch die erste reflektierende Struktur 106 durchgelassen.
In 6 wird das Trägersubstrat 102 entfernt, wodurch die Leuchtdioden 104 zurückbleiben. Das Trägersubstrat 102 kann durch einen Ätzprozess wie ein Trockenätzen entfernt werden, das für das Material des Trägersubstrats 102 (z.B. GaAs) selektiv ist. Nach Entfernung bleiben die Leuchtdioden 104 in einem emittierenden Gebiet 300A der Laservorrichtung 300 zurück. Die Laservorrichtung 300 enthält ferner ein Verbindungsgebiet 300B und ein Ausrichtungsgebiet 300C. Wie näher besprochen werden wird, werden leitfähige Durchkontaktierungen in jedem der Gebiete 300A, 300B und 300C gebildet.
In 7 wird eine Passivierungsschicht 304 über den Leuchtdioden 104 und der Passivierungsschicht 206 gebildet. Die Passivierungsschicht 304 erstreckt sich auch entlang Seiten der Kontaktpads 210 und leitfähigen Verbinder 302 und in die Öffnungen 208. Die Passivierungsschicht 304 kann Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder dergleichen umfassen und kann durch einen Abscheidungsprozess wie chemisches Aufdampfen (CVD) gebildet werden. In einigen Ausführungsformen wird die Passivierungsschicht 304 aus einem Oxid (wie Siliziumoxid) gebildet. Die Passivierungsschicht 304 wird zu einer Dicke T₁ gebildet. In einigen Ausführungsformen ist die Dicke T₁ im Bereich von etwa 0,05 µm bis etwa 0,1 µm.
Ferner wird ein lichtempfindliches Einkapselungsmittel 306 über der Passivierungsschicht 304 gebildet. Das lichtempfindliche Einkapselungsmittel kann z.B. aus einem LTPI gebildet sein und kann durch einen Beschichtungsprozess wie Rotationsbeschichtung gebildet werden. Ein LTPI kann eine bessere Spaltfüllung erlauben als ein Oxid und kann dazu beitragen, die Bildung von Poren zu vermeiden. Das lichtempfindliche Einkapselungsmittel 306 wird zu einer Dicke T₂ gebildet, die größer ist als die Dicke T₁ der Passivierungsschicht 304. In einigen Ausführungsformen ist die Dicke T₂ im Bereich von etwa 14 µm bis etwa 16 µm. Das lichtempfindliche Einkapselungsmittel 306 umgibt und vergräbt die Leuchtdioden 104. Abschnitte des lichtempfindlichen Einkapselungsmittels 306 über den Leuchtdioden 104 haben eine Dicke T₃ . In einigen Ausführungsformen ist die Dicke T₃ im Bereich von etwa 2 µm bis etwa 3 µm.
In 8 wird ein Planarisierungsprozess durchgeführt, um das lichtempfindliche Einkapselungsmittel 306 zu planarisieren und auszudünnen. Insbesondere wird die Menge an lichtempfindlichem Einkapselungsmittel 306 über den Leuchtdioden 104 verringert. Der Planarisierungsprozess kann z.B. ein Schleifprozess, ein chemisch-mechanischer Polier-, (CMP), Prozess oder dergleichen sein. Nach Planarisieren und Ausdünnen haben Abschnitte des lichtempfindlichen Einkapselungsmittels 306 über den Leuchtdioden 104 eine verringerte Dicke T₄ , die geringer als die Dicke T₃ ist. In einigen Ausführungsformen liegt die verringerte Dicke T₄ im Bereich von etwa 1 µm bis etwa 2 µm (wie etwa 1 µm).
Ferner werden Öffnungen 308 im Ausrichtungsgebiet 300C über den Ausrichtungsmarkierungen 204C gebildet. Die Öffnungen 308 können durch einen Lithografieprozess gebildet werden. Zum Beispiel kann das lichtempfindliche Einkapselungsmittel 306 zur Strukturierung belichtet und entwickelt werden, um die Öffnungen 308 zu bilden. In einigen Ausführungsformen legen die Öffnungen 308 Abschnitte der Passivierungsschicht 304 über den Ausrichtungsmarkierungen 204C frei. In einigen Ausführungsformen erstrecken sich die Öffnungen 308 durch die Passivierungsschicht 304, um die Ausrichtungsmarkierungen 204C freizulegen.
In 9 wird eine Maskenschicht 312 auf dem lichtempfindlichen Einkapselungsmittel 306 gebildet. Die Maskenschicht 312 kann aus einem Metall oder einem metallhaltigen Material wie Ti, Cu, TiW, TaN, TiN, Kombinationen davon oder Mehrfachschichten davon gebildet sein und kann als Hartmaskenschicht bezeichnet werden. Die Maskenschicht 312 kann durch einen Abscheidungsprozess wie physikalische Aufdampfung (PVD), CVD oder dergleichen gebildet werden. die Maskenschicht 312 kann sich auch in die Öffnungen 308 erstrecken.
Ferner wird ein Fotolack 314 auf der Maskenschicht 312 gebildet. Der Fotolack 314 kann ein einschichtiger Fotolack, ein dreischichtiger Fotolack oder dergleichen sein und wird direkt auf (z.B. in Kontakt mit) der Maskenschicht 312 gebildet. Der Fotolack 314 kann durch Rotationsbeschichtung oder dergleichen gebildet werden und kann zur Strukturierung belichtet werden. In einigen Ausführungsformen enthält der Fotolack 314 eine untere Antireflexschicht (BARC) oder eine absorptive Schicht, sodass nur der Fotolack 314 belichtet wird und das lichtempfindliche Einkapselungsmittel 306 nicht belichtet oder entwickelt wird. Die Strukturierung bildet Öffnungen durch den Fotolack 314, um die Maskenschicht 312 freizulegen.
In 10 wird das lichtempfindliche Einkapselungsmittel 306 durch Übertragen der Struktur des Fotolacks 314 auf die Maskenschicht 312 und dann Übertragen der Struktur der Maskenschicht 312 auf das lichtempfindliche Einkapselungsmittel 306 strukturiert. Die Maskenschicht 312 kann durch einen annehmbaren Ätzprozess, wie durch Nassätzen, Trockenätzen oder eine Kombination davon, unter Verwendung des strukturierten Fotolacks 314 als Ätzmaske strukturiert werden. Das lichtempfindliche Einkapselungsmittel 306 kann dann durch einen annehmbaren Ätzprozess, wie Trockenätzen unter Verwendung der strukturierten Maskenschicht 312 als Ätzmaske strukturiert werden. In einigen Ausführungsformen ist das Trockenätzen ein Plasmaätzen, das mit Ätzmitteln wie CF₄-Gas in O₂ durchgeführt werden kann. Die Strukturierung bildet Öffnungen 316A und 316B durch das lichtempfindliche Einkapselungsmittel 306, um die Pads 204A bzw. 204B der Zwischenverbindungsstruktur 204 freizulegen. Die Öffnungen 316A und 316B können verschiedene Größen haben. Die Öffnungen 316A haben eine obere Breite W₃ und eine untere Breite W₄ . In einigen Ausführungsformen ist die obere Breite W₃ im Bereich von etwa 3 µm bis etwa 5 µm (wie etwa 3 µm) und die untere Breite W₄ ist im Bereich von etwa 2 µm bis etwa 4 µm. Die Öffnungen 316B haben eine obere Breite W₅ und eine untere Breite W₆ . Die obere Breite W₅ ist größer als die obere Breite W₃ und die untere Breite W₆ ist größer als die untere Breite W₄ . In einigen Ausführungsformen ist die obere Breite W₅ im Bereich von etwa 70 µm bis etwa 90 µm und die untere Breite W₆ ist im Bereich von etwa 50 µm bis etwa 70 µm (wie etwa 50 µm). Sobald die Strukturierung des lichtempfindlichen Einkapselungsmittels 306 vollständig ist, können verbleibende Abschnitte der Maskenschicht 312 und des Fotolacks 314 z.B. durch einen Ätzprozess, einen Veraschungsprozess, Kombinationen davon oder dergleichen entfernt werden.
Obwohl das lichtempfindliche Einkapselungsmittel 306 selbst lichtempfindlich ist, wird es dennoch mit einem Fotolithografie- und Ätzprozess unter Verwendung des Fotolacks 314 und der Maskenschicht 312 strukturiert. Ein Bilden der Öffnungen 316A und 316B mit dem Fotolithografie- und Ätzprozess kann ermöglichen, dass die Öffnungen 316A und 316B kleiner sind und eine feinere Teilung haben als Öffnungen, die durch Strukturieren des lichtempfindlichen Einkapselungsmittels 306 durch Belichtung und Entwicklung gebildet werden, wie die Öffnungen 308.
In 11 wird eine Keimschicht 324 über dem lichtempfindlichen Einkapselungsmittel 306 und in den Öffnungen 308, 316A und 316B gebildet. In einigen Ausführungsformen ist die Keimschicht 324 eine Metallschicht, die eine einzelne Schicht oder eine Verbundschicht sein kann, die mehrere Teilschichten enthält, die aus verschiedenen Materialien gebildet sind. In einigen Ausführungsformen umfasst die Keimschicht 324 eine Titanschicht und eine Kupferschicht über der Titanschicht. Die Keimschicht 324 kann zum Beispiel unter Verwendung von PVD oder dergleichen gebildet werden.
In 12 wird ein leitfähiges Material 326 auf der Keimschicht 324 und in den Öffnungen 308, 316A und 316B gebildet. Das leitfähige Material 326 kann ein Metall wie Kupfer, Titan, Wolfram, Aluminium oder dergleichen umfassen. Das leitfähige Material 326 kann durch Plattieren, wie Galvanisieren oder stromloses Plattieren oder dergleichen gebildet werden.
In 13 wird ein Planarisierungsprozess zum Planarisieren des leitfähigen Materials 326 und des lichtempfindlichen Einkapselungsmittels 306 durchgeführt. Der Planarisierungsprozess kann z.B. ein Schleifprozess, ein CMP-Prozess oder dergleichen sein. Verbleibende Abschnitte des leitfähigen Materials 326 und der Keimschicht 324 bilden leitfähige Durchkontaktierungen 328A, 328B und 328C in den Öffnungen 308, 316A bzw. 316B. Die leitfähigen Durchkontaktierungen 328A 328B sind physisch und elektrisch mit den Pads 204A bzw. 204B verbunden. Optional können die leitfähigen Durchkontaktierungen 328C mit den Ausrichtungsmarkierungen 306C verbunden sein. In Ausführungsformen, wo die Ausrichtungsmarkierungen 204C durch die Öffnungen 308 nicht freigelegt werden, können die leitfähigen Durchkontaktierungen 328C elektrisch isolierte, nicht funktionelle Durchkontaktierungen sein, die zur Prozessausrichtung verwendet werden.
In 14 wird ein Fotolack 334 auf dem lichtempfindlichen Einkapselungsmittel 306 und den leitfähigen Durchkontaktierungen 328A, 328B und 328C gebildet. Der Fotolack 334 kann ein einschichtiger Fotolack, ein dreischichtiger Fotolack oder dergleichen sein, kann durch Rotationsbeschichtung oder dergleichen gebildet werden und kann zur Strukturierung belichtet werden. In einigen Ausführungsformen enthält der Fotolack 334 eine untere Antireflexschicht (BARC) oder eine absorptive Schicht, sodass nur der Fotolack 334 belichtet wird und das lichtempfindliche Einkapselungsmittel 306 nicht belichtet oder entwickelt wird. Die Strukturierung bildet Öffnungen durch den Fotolack 334, um Abschnitte des lichtempfindlichen Einkapselungsmittels 306 freizulegen.
In 15 wird die Passivierungsschicht 304 durch Übertragen der Struktur des Fotolacks 334 auf das lichtempfindliche Einkapselungsmittel 306 und dann Übertragen der Struktur des lichtempfindlichen Einkapselungsmittels 306 auf die Passivierungsschicht 304 strukturiert. Das lichtempfindliche Einkapselungsmittel 306 kann durch einen annehmbaren Ätzprozess, wie Trockenätzen unter Verwendung des Fotolacks 334 als Ätzmaske strukturiert werden. In einigen Ausführungsformen ist das Trockenätzen ein Plasmaoxidätzen. Die Passivierungsschicht 304 kann dann durch einen annehmbaren Ätzprozess, wie Nassätzen unter Verwendung des lichtempfindlichen Einkapselungsmittels 306 als Ätzmaske strukturiert werden. Die Strukturierung bildet Öffnungen 336 durch die Passivierungsschicht 304, um die ersten reflektierenden Strukturen 106 der Leuchtdioden 104 zu bilden. Der Fotolack 334 kann durch einen annehmbaren Veraschungs- oder Abziehprozess entfernt werden, wie unter Verwendung eines Sauerstoffplasmas oder dergleichen. Ein Bilden der Öffnungen 336 mit einem Fotolithografie- und Ätzprozess kann ermöglichen, dass die Öffnungen 336 kleiner sind und eine feinere Teilung haben als Öffnungen, die durch Strukturieren des lichtempfindlichen Einkapselungsmittels 306 durch Belichtung und Entwicklung gebildet werden, wie die Öffnungen 308.
In 16 werden leitfähige Leitungen 338 in den Öffnungen 336 gebildet, wodurch Kontakte für die ersten reflektierenden Strukturen 106 der Leuchtdioden 104 gebildet werden. Über dem lichtempfindlichen Einkapselungsmittel 306 und in den Öffnungen 336 wird eine Keimschicht gebildet. In einigen Ausführungsformen ist die Keimschicht eine Metallschicht, die eine einzelne Schicht oder eine Verbundschicht sein kann, die mehrere Teilschichten umfasst, die aus verschiedenen Materialien gebildet sind. In einigen Ausführungsformen umfasst die Keimschicht eine Titanschicht und eine Kupferschicht über der Titanschicht. Die Keimschicht kann unter Verwendung von zum Beispiel PVD oder dergleichen gebildet werden. Dann wird ein Fotolack auf der Keimschicht gebildet und strukturiert. Der Fotolack kann durch Rotationsbeschichtung oder dergleichen gebildet werden und kann zur Strukturierung belichtet werden. Die Struktur des Fotolacks entspricht den leitfähigen Leitungen 338. Die Strukturierung bildet Öffnungen durch den Fotolack, um die Keimschicht freizulegen. Ein leitfähiges Material wird in den Öffnungen des Fotolacks und auf den freiliegenden Abschnitten der Keimschicht gebildet. Das leitfähige Material kann durch Plattieren, wie Galvanisieren oder stromloses Plattieren oder dergleichen gebildet werden. Das leitfähige Material kann ein Metall, wie Kupfer, Titan, Wolfram, Aluminium oder dergleichen umfassen. Dann werden der Fotolack und Abschnitte der Keimschicht, auf welchen das leitfähige Material nicht gebildet ist, entfernt. Der Fotolack kann durch einen annehmbaren Veraschungs- oder Abziehprozess entfernt werden, wie unter Verwendung eines Sauerstoffplasmas oder dergleichen. Sobald der Fotolack entfernt ist, werden freiliegende Abschnitte der Keimschicht entfernt, wie unter Verwendung eines annehmbaren Ätzprozesses, wie durch Nass- oder Trockenätzen. Die verbleibenden Abschnitte der Keimschicht und des leitfähigen Materials bilden die leitfähigen Leitungen 338.
Außer Kontakte für die ersten reflektierenden Strukturen 106 zu sein, verbinden die leitfähigen Leitungen 338 die Leuchtdioden 104 mit den leitfähigen Durchkontaktierungen 328A. Nach Bildung wird die Zwischenverbindungsstruktur 204 elektrisch durch den leitfähigen Verbinder 302 mit den zweiten reflektierenden Strukturen 110 verbunden und die Zwischenverbindungsstruktur 204 wird durch die leitfähigen Leitungen 338 und leitfähigen Durchkontaktierungen 328A elektrisch mit den ersten reflektierenden Strukturen 106 verbunden.
Ferner werden Test-Pads 340 auf den leitfähigen Durchkontaktierungen 328B gebildet. Die Test-Pads 340 können zur anschließenden Testung der Laservorrichtung 300 verwendet werden. In einigen Ausführungsformen kann eine Testung an einer Zwischenstufe des Prozesses zur Herstellung der Laservorrichtung 300 durchgeführt werden und nur bekanntermaßen gute Vorrichtungen (Known Good Devices, KGDs) können zur Weiterbearbeitung verwendet werden. Die Test-Pads 340 werden durch die leitfähigen Durchkontaktierungen 328B elektrisch mit der Zwischenverbindungsstruktur 204 verbunden.
In 17 wird eine Passivierungsschicht 342 über den leitfähigen Leitungen 338, Test-Pads 340 und dem lichtempfindlichen Einkapselungsmittel 306 gebildet. Die Passivierungsschicht 342 kann Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder dergleichen umfassen und kann durch einen Abscheidungsprozess wie CVD gebildet werden. In einigen Ausführungsformen wird die Passivierungsschicht 342 aus einem Nitrid (wie Siliziumoxid) gebildet.
In 18 wird die Passivierungsschicht 342 strukturiert, wobei verbleibende Abschnitte der Passivierungsschicht 342 die leitfähigen Leitungen 338 bedecken. Die leitfähigen Durchkontaktierungen 328B und 328C können somit freigelegt werden. Externe Verbindungen können zu den leitfähigen Durchkontaktierungen 328B gebildet werden. Die Test-Pads 340 können vor Bildung der externen Verbindungen entfernt werden (oder nicht). Zum Beispiel können die Test-Pads 340 nach einer Testung der Vorrichtung und vor Bildung der externen Verbindungen entfernt werden. In einigen Ausführungsformen sind die externen Verbindungen zu den leitfähigen Durchkontaktierungen 328B drahtgebundene Verbindungen. In einigen Ausführungsformen werden keine externen Verbindungen zu den leitfähigen Durchkontaktierungen 328C gebildet und die leitfähigen Durchkontaktierungen 328C bleiben in der fertigen Laservorrichtung 300 elektrisch isoliert.
19 zeigt einen Betrieb der Laservorrichtung 300 gemäß einigen Ausführungsformen. Die Laservorrichtung 300 kann als eine Laserstrahlquelle für einen Tiefensensor 400 verwendet werden. Laserstrahl(en) kann (können) durch die Laservorrichtung 300 in Pulsen erzeugt werden und kann (können) von einem Detektor 402 empfangen werden, nachdem sie von einem Ziel 404 reflektiert wurde(n). Eine Umlaufzeit für den (die) Laserstrahl(en) kann gemessen und zur Berechnung des Abstands zwischen dem Tiefensensor 400 und dem Ziel 404 verwendet werden. Der Detektor 402 kann z.B. ein CMOS-Bildsensor wie eine Fotodiode sein. In einigen Ausführungsformen wird der Detektor 402 auf einem selben Substrat wie die Laservorrichtung 300 gebildet. Zum Beispiel kann der Detektor 402 in dem Halbleitersubstrat 202 der zweiten Struktur 200 gebildet werden (siehe 4).
20 bis 22 zeigen verschiedene Querschnittsansichten eines Prozesses zur Bildung der ersten Struktur 100 gemäß einigen anderen Ausführungsformen. In dieser Ausführungsform wird die Maskenschicht 312 nicht mit dem Fotolack 314 entfernt, sondern vielmehr nach Bildung des leitfähigen Materials 326 entfernt. In 20 wird die Keimschicht 324 direkt über der Maskenschicht 312 und in den Öffnungen 308, 316A und 316B gebildet. In 21 wird das leitfähige Material 326 auf der Keimschicht 324 und in den Öffnungen 308, 316A und 316B gebildet. In 22 wird ein Planarisierungsprozess zum Planarisieren des leitfähigen Materials 326 und lichtempfindlichen Einkapselungsmittels 306 durchgeführt. Abschnitte der Keimschicht 324 und Maskenschicht 312, die über dem lichtempfindlichen Einkapselungsmittel 306 liegen, werden durch den Planarisierungsprozess entfernt. Die resultierenden leitfähigen Durchkontaktierungen 328C werden durch die Maskenschicht 312 elektrisch isoliert.
Ausführungsformen können Vorteile erzielen. Durch Bilden der leitfähigen Durchkontaktierungen 328A, 328B und 328C, nachdem die Leuchtdioden 104 gebildet worden sind, kann die Wahrscheinlichkeit kollabierter leitfähiger Durchkontaktierungen verringert werden. Ferner können durch Bilden der Öffnungen 316A im lichtempfindlichen Einkapselungsmittel 306 durch Fotolithografie und Ätzen anstelle einer Belichtung und Entwicklung die leitfähigen Durchkontaktierungen 328A mit einer feineren Teilung mit einem höheren Aspektverhältnis gebildet werden, was wichtig sein kann, wenn die leitfähigen Durchkontaktierungen 328A unter den Leuchtdioden 104 gebildet werden. Insbesondere können die leitfähigen Durchkontaktierungen 328A ein hohes Aspektverhältnis von 4,2 haben.
In einer Ausführungsform enthält ein Verfahren: Verbinden einer Leuchtdiode mit einem Substrat; Einkapseln der Leuchtdiode mit einem lichtempfindlichen Einkapselungsmittel; Bilden einer ersten Öffnung durch das lichtempfindliche Einkapselungsmittel neben der Leuchtdiode; und Bilden einer leitfähigen Durchkontaktierung in der ersten Öffnung.
In einigen Ausführungsformen des Verfahrens enthält ein Bilden der leitfähigen Durchkontaktierung in der ersten Öffnung: Bilden einer Maskenschicht auf dem lichtempfindlichen Einkapselungsmittel; Bilden eines Fotolacks auf der Maskenschicht; Strukturieren des Fotolacks mit einer ersten Struktur entsprechend der ersten Öffnung; Übertragen der ersten Struktur vom Fotolack auf die Maskenschicht mit einem ersten Ätzprozess; und Übertragen der ersten Struktur von der Maskenschicht auf das lichtempfindliche Einkapselungsmittel mit einem zweiten Ätzprozess. In einigen Ausführungsformen des Verfahrens ist der erste Ätzprozess ein Nassätzen. In einigen Ausführungsformen des Verfahrens ist der zweite Ätzprozess ein Plasmaoxidätzen. In einigen Ausführungsformen des Verfahrens enthält die Maskenschicht Ti, Cu, TiW, TaN, TiN oder eine Kombination davon. In einigen Ausführungsformen des Verfahrens enthält die Leuchtdiode: eine erste reflektierende Struktur, die erste dotierte Schichten eines halbleitenden Materials enthält, wobei abwechselnde der ersten dotierten Schichten mit einem p-Typ Dotierungsmittel dotiert sind; eine zweite reflektierende Struktur, die zweite dotierte Schichten des halbleitenden Materials enthält, wobei abwechselnde der zweiten dotierten Schichten mit einem n-Typ Dotierungsmittel dotiert sind; und ein emittierendes Halbleitergebiet, das zwischen der ersten reflektierenden Struktur und der zweiten reflektierenden Struktur angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen enthält das Verfahren ferner: Bilden einer zweiten Öffnung im lichtempfindlichen Einkapselungsmittel, wobei die zweite Öffnung die Leuchtdiode freilegt; und Plattieren einer leitfähigen Leitung in der zweiten Öffnung, wobei die leitfähige Leitung die erste reflektierende Struktur der Leuchtdiode und die leitfähige Durchkontaktierung verbindet. In einigen Ausführungsformen des Verfahrens enthält die Leuchtdiode ferner ein Kontakt-Pad auf der zweiten reflektierenden Struktur und Verbinden der Leuchtdiode mit dem Substrat enthält: Verbinden des Kontakt-Pads der Leuchtdiode mit dem Substrat.
In einer Ausführungsform enthält ein Verfahren: Verbinden einer ersten Struktur mit einer Zwischenverbindung, wobei die erste Struktur eine Leuchtdiode enthält, die sich von einem Trägersubstrat erstreckt, wobei eine erste Klemme der Leuchtdiode mit der Zwischenverbindung verbunden ist; Entfernen des Trägersubstrats zum Freilegen der Leuchtdiode; Einkapseln der Leuchtdiode mit einem lichtempfindlichen Einkapselungsmittel; nach Einkapseln der Leuchtdiode, Bilden einer ersten leitfähigen Durchkontaktierung, die sich durch das lichtempfindliche Einkapselungsmittel erstreckt, um mit der Zwischenverbindung in Kontakt zu gelangen; und Bilden einer leitfähigen Leitung, die eine zweite Klemme der Leuchtdiode mit der ersten leitfähigen Durchkontaktierung verbindet.
In einigen Ausführungsformen des Verfahrens enthält das Trägersubstrat ein halbleitendes Material und das Verfahren enthält ferner: Bilden einer ersten reflektierenden Struktur auf dem Trägersubstrat, wobei die erste reflektierende Struktur erste dotierte Schichten des halbleitenden Materials enthält, wobei abwechselnde der ersten dotierten Schichten mit einem p-Typ Dotierungsmittel dotiert sind; Bilden eines emittierenden Halbleitergebiets auf der ersten reflektierenden Struktur; Bilden einer zweiten reflektierenden Struktur auf dem emittierenden Halbleitergebiet, wobei die zweite reflektierende Struktur zweite dotierte Schichten des halbleitenden Materials enthält, wobei abwechselnde der zweiten dotierten Schichten mit einem n-Typ Dotierungsmittel dotiert sind; und Strukturieren der ersten reflektierenden Struktur, der zweiten reflektierenden Struktur und des emittierenden Halbleitergebiets zur Bildung der Leuchtdiode. In einigen Ausführungsformen enthält das Verfahren ferner: Bilden eines Kontakt-Pads auf der zweiten reflektierenden Struktur; Abscheiden einer Passivierungsschicht über dem Kontakt-Pad und der zweiten reflektierenden Struktur; Bilden einer Öffnung in der Passivierungsschicht, die das Kontakt-Pad freilegt; und Bilden einer Underbump-Metallisierung (UBM) in der Öffnung zum Koppeln des Kontakt-Pads. In einigen Ausführungsformen des Verfahrens enthält ein Verbinden der ersten Struktur mit der Zwischenverbindung: Bilden eines leitfähigen Verbinders, der die UBM elektrisch mit der Zwischenverbindung verbindet, wobei das lichtempfindliche Einkapselungsmittel ferner den leitfähigen Verbinder einkapselt. In einigen Ausführungsformen des Verfahrens ist die Leuchtdiode mit einem ersten Gebiet der Zwischenverbindung verbunden, die Zwischenverbindung enthält eine Ausrichtungsmarkierung in einem zweiten Gebiet und das Verfahren enthält ferner: Bilden einer zweiten leitfähigen Durchkontaktierung, die sich durch das lichtempfindliche Einkapselungsmittel erstreckt, um mit der Zwischenverbindung in Kontakt zu gelangen. In einigen Ausführungsformen des Verfahrens enthält ein Bilden der ersten leitfähigen Durchkontaktierung: Bilden einer Maskenschicht über dem lichtempfindlichen Einkapselungsmittel; Strukturieren der Maskenschicht zur Bildung einer strukturierten Maske; Übertragen der Struktur der strukturierten Maske auf das lichtempfindliche Einkapselungsmittel zur Bildung einer ersten Öffnung im lichtempfindlichen Einkapselungsmittel über dem ersten Gebiet der Zwischenverbindung; und Plattieren der ersten leitfähigen Durchkontaktierung in der ersten Öffnung. In einigen Ausführungsformen des Verfahrens enthält ein Bilden der zweiten leitfähigen Durchkontaktierung: Belichten von Abschnitten des lichtempfindlichen Einkapselungsmittels; und Entwickeln der freiliegenden Abschnitte des lichtempfindlichen Einkapselungsmittels zur Bildung einer zweiten Öffnung im lichtempfindlichen Einkapselungsmittel über dem zweiten Gebiet der Zwischenverbindung; und Plattieren der zweiten leitfähigen Durchkontaktierung in der zweiten Öffnung.
In einer Ausführungsform enthält eine Vorrichtung: eine Zwischenverbindung; eine Leuchtdiode, die mit der Zwischenverbindung verbunden ist; ein lichtempfindliches Einkapselungsmittel, das die Leuchtdiode umgibt; eine erste leitfähige Durchkontaktierung, die sich durch das lichtempfindliche Einkapselungsmittel erstreckt, wobei die erste leitfähige Durchkontaktierung elektrisch mit der Zwischenverbindung verbunden ist, wobei die erste leitfähige Durchkontaktierung ein leitfähiges Material auf einer Keimschicht enthält, wobei die Keimschicht zwischen dem leitfähigen Material und der Zwischenverbindung angeordnet ist, wobei die Keimschicht ferner zwischen dem leitfähigen Material und dem lichtempfindlichen Einkapselungsmittel angeordnet ist; und eine leitfähige Leitung, die die Leuchtdiode mit der ersten leitfähigen Durchkontaktierung verbindet.
In einigen Ausführungsformen der Vorrichtung enthält die Leuchtdiode: eine erste reflektierende Struktur, die erste dotierte Schichten eines halbleitenden Materials enthält, wobei abwechselnde der ersten dotierten Schichten mit einem p-Typ Dotierungsmittel dotiert sind; eine zweite reflektierende Struktur, die zweite dotierte Schichten des halbleitenden Materials enthält, wobei abwechselnde der zweiten dotierten Schichten mit einem n-Typ Dotierungsmittel dotiert sind; und ein emittierendes Halbleitergebiet, das zwischen der ersten reflektierenden Struktur und der zweiten reflektierenden Struktur angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen der Vorrichtung enthält die Leuchtdiode ferner ein Kontakt-Pad auf der zweiten reflektierenden Struktur und die Zwischenverbindung enthält ferner ein Kontakt-Pad. In einigen Ausführungsformen der Vorrichtung enthält die Leuchtdiode ferner eine Underbump-Metallisierung (UBM) auf dem Kontakt-Pad. In einigen Ausführungsformen enthält die Vorrichtung ferner: einen leitfähigen Verbinder, der die UBM der Leuchtdiode mit dem Kontakt-Pad der Zwischenverbindung verbindet, wobei das lichtempfindliche Einkapselungsmittel den leitfähigen Verbinder umgibt.
Zuvor wurden Merkmale von mehreren Ausführungsformen angeführt, so dass Fachleute auf dem Gebiet die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen können. Fachleute auf dem Gebiet sollten zu schätzen wissen, dass sie die vorliegende Offenbarung leicht als Basis zur Gestaltung oder Modifizierung anderer Prozesse und Strukturen zur Ausführung derselben Zwecke und/oder zum Erreichen derselben Vorteile der hier vorgestellten Ausführungsformen verwenden können. Fachleute auf dem Gebiet sollten auch erkennen, dass solche äquivalenten Konstruktionen nicht vom Wesen und Umfang der vorliegenden Offenbarung abweichen und dass sie hier verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Abänderungen vornehmen können, ohne vom Wesen und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62682469 [0001]

Claims

Verfahren, umfassend: Verbinden einer Leuchtdiode mit einem Substrat; Einkapseln der Leuchtdiode mit einem lichtempfindlichen Einkapselungsmittel; Bilden einer ersten Öffnung durch das lichtempfindliche Einkapselungsmittel neben der Leuchtdiode; und Bilden einer leitfähigen Durchkontaktierung in der ersten Öffnung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Bilden der leitfähigen Durchkontaktierung in der ersten Öffnung umfasst: Bilden einer Maskenschicht auf dem lichtempfindlichen Einkapselungsmittel; Bilden eines Fotolacks auf der Maskenschicht; Strukturierung des Fotolacks mit einer ersten Struktur entsprechend der ersten Öffnung; Übertragen der ersten Struktur vom Fotolack auf die Maskenschicht mit einem ersten Ätzprozess; und Übertragen der ersten Struktur von der Maskenschicht auf das lichtempfindliche Einkapselungsmittel mit einem zweiten Ätzprozess.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der erste Ätzprozess ein Nassätzen ist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei der zweite Ätzprozess ein Plasmaoxidätzen ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 4, wobei die Maskenschicht Ti, Cu, TiW, TaN, TiN oder eine Kombination davon umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche , wobei die Leuchtdiode umfasst: eine erste reflektierende Struktur, die erste dotierte Schichten eines halbleitenden Materials, wobei abwechselnde der ersten dotierten Schichten mit einem p-Typ Dotierungsmittel dotiert sind; eine zweite reflektierende Struktur, die zweite dotierte Schichten des halbleitenden Materials umfasst, wobei abwechselnde der zweiten dotierten Schichten mit einem n-Typ Dotierungsmittel dotiert sind; und ein emittierendes Halbleitergebiet, das zwischen der ersten reflektierenden Struktur und der zweiten reflektierenden Struktur angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend: Bilden einer zweiten Öffnung im lichtempfindlichen Einkapselungsmittel, wobei die zweite Öffnung die Leuchtdiode freilegt; und Plattieren einer leitfähigen Leitung in der zweiten Öffnung, wobei die leitfähige Leitung die erste reflektierende Struktur der Leuchtdiode und die leitfähige Durchkontaktierung verbindet.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Leuchtdiode ferner ein Kontakt-Pad auf der zweiten reflektierenden Struktur und ein Verbinden der Leuchtdiode mit dem Substrat umfasst: Verbinden des Kontakt-Pads der Leuchtdiode mit dem Substrat.
Verfahren umfassend: Verbinden einer ersten Struktur mit einer Zwischenverbindung, wobei die erste Struktur eine Leuchtdiode umfasst, die sich von einem Trägersubstrat erstreckt, wobei eine erste Klemme der Leuchtdiode mit der Zwischenverbindung verbunden ist; Entfernen des Trägersubstrats zum Freilegen der Leuchtdiode; Einkapseln der Leuchtdiode mit einem lichtempfindlichen Einkapselungsmittel; nach Einkapseln der Leuchtdiode, Bilden einer ersten leitfähigen Durchkontaktierung, die sich durch das lichtempfindliche Einkapselungsmittel erstreckt, um mit der Zwischenverbindung in Kontakt zu gelangen; und Bilden einer leitfähigen Leitung, die eine zweite Klemme der Leuchtdiode mit der ersten leitfähigen Durchkontaktierung verbindet.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Trägersubstrat ein halbleitendes Material umfasst und ferner umfassend: Bilden einer ersten reflektierenden Struktur auf dem Trägersubstrat, wobei die erste reflektierende Struktur erste dotierte Schichten des halbleitenden Materials umfasst, wobei abwechselnde der ersten dotierten Schichten mit einem p-Typ Dotierungsmittel dotiert sind; Bilden eines emittierenden Halbleitergebiets auf der ersten reflektierenden Struktur; Bilden einer zweiten reflektierenden Struktur auf dem emittierenden Halbleitergebiet, wobei die zweite reflektierende Struktur zweite dotierte Schichten des halbleitenden Materials umfasst, wobei abwechselnde der zweiten dotierten Schichten mit einem n-Typ Dotierungsmittel dotiert sind; und Strukturieren der ersten reflektierenden Struktur, der zweiten reflektierenden Struktur und des emittierenden Halbleitergebiets zur Bildung der Leuchtdiode.
Verfahren nach Anspruch 10 ferner umfassend: Bilden eines Kontakt-Pads auf der zweiten reflektierenden Struktur; Abscheiden einer Passivierungsschicht über dem Kontakt-Pad und der zweiten reflektierenden Struktur; Bilden einer Öffnung in der Passivierungsschicht, die das Kontakt-Pad freilegt; und Bilden einer Underbump-Metallisierung (UBM) in der Öffnung, um das Kontakt-Pad zu koppeln.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei ein Verbinden der ersten Struktur mit der Zwischenverbindung umfasst: Bilden eines leitfähigen Verbinders, der die UBM elektrisch mit der Zwischenverbindung verbindet, wobei das lichtempfindliche Einkapselungsmittel ferner den leitfähigen Verbinder einkapselt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 9 bis 12, wobei die Leuchtdiode mit einem ersten Gebiet der Zwischenverbindung verbunden ist, wobei die Zwischenverbindung eine Ausrichtungsmarkierung in einem zweiten Gebiet umfasst, und ferner umfassend: Bilden einer zweiten leitfähigen Durchkontaktierung, die sich durch das lichtempfindliche Einkapselungsmittel erstreckt, um mit der Zwischenverbindung in Kontakt zu gelangen.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei ein Bilden der ersten leitfähigen Durchkontaktierung umfasst: Bilden einer Maskenschicht über dem lichtempfindlichen Einkapselungsmittel; Strukturieren der Maskenschicht zur Bildung einer strukturierten Maske; Übertragen der Struktur der strukturierten Maske auf das lichtempfindliche Einkapselungsmittel zur Bildung einer ersten Öffnung im lichtempfindlichen Einkapselungsmittel über dem ersten Gebiet der Zwischenverbindung; und Plattieren der ersten leitfähigen Durchkontaktierung in der ersten Öffnung.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei ein Bilden der zweiten leitfähigen Durchkontaktierung umfasst: Belichten von Abschnitten des lichtempfindlichen Einkapselungsmittels; und Entwickeln der freiliegenden Abschnitte des lichtempfindlichen Einkapselungsmittels, um eine zweite Öffnung im lichtempfindlichen Einkapselungsmittel über dem zweiten Gebiet der Zwischenverbindung zu bilden; und Plattieren der zweiten leitfähigen Durchkontaktierung in der zweiten Öffnung.
Vorrichtung umfassend: eine Zwischenverbindung; eine Leuchtdiode, die mit der Zwischenverbindung verbunden ist; ein lichtempfindliches Einkapselungsmittel, das die Leuchtdiode umgibt; eine erste leitfähige Durchkontaktierung, die sich durch das lichtempfindliche Einkapselungsmittel erstreckt, wobei die erste leitfähige Durchkontaktierung elektrisch mit der Zwischenverbindung verbunden ist, wobei die erste leitfähige Durchkontaktierung ein leitfähiges Material auf einer Keimschicht umfasst, wobei die Keimschicht zwischen dem leitfähigen Material und der Zwischenverbindung angeordnet ist, wobei die Keimschicht ferner zwischen dem leitfähigen Material und dem lichtempfindlichen Einkapselungsmittel angeordnet ist; und eine leitfähige Leitung, die die Leuchtdiode mit der ersten leitfähigen Durchkontaktierung verbindet.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Leuchtdiode umfasst: eine erste reflektierende Struktur, die erste dotierte Schichten eines halbleitenden Materials umfasst, wobei abwechselnde der ersten dotierten Schichten mit einem p-Typ Dotierungsmittel dotiert sind; eine zweite reflektierende Struktur, die zweite dotierte Schichten des halbleitenden Materials umfasst, wobei abwechselnde der zweiten dotierten Schichten mit einem n-Typ Dotierungsmittel dotiert sind; und ein emittierendes Halbleitergebiet, das zwischen der ersten reflektierenden Struktur und der zweiten reflektierenden Struktur angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Leuchtdiode ferner ein Kontakt-Pad auf der zweiten reflektierenden Struktur umfasst und die Zwischenverbindung ferner ein Kontakt-Pad umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Leuchtdiode ferner eine Underbump-Metallisierung (UBM) auf dem Kontakt-Pad umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 19 ferner umfassend: einen leitfähigen Verbinder, der die UBM der Leuchtdiode mit dem Kontakt-Pad der Zwischenverbindung verbindet, wobei das lichtempfindliche Einkapselungsmittel den leitfähigen Verbinder umgibt.