DE10303977A1 - Production of a semiconductor component comprises separating a semiconductor layer from a substrate by irradiating with laser impulses having a spatial beam profile having a low enough flank steepness - Google Patents
Production of a semiconductor component comprises separating a semiconductor layer from a substrate by irradiating with laser impulses having a spatial beam profile having a low enough flank steepnessInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements, bei dem eine Halbleiterschicht von einem Substrat durch Bestrahlen mit einem Laserstrahl getrennt wird. The invention relates to a process for the preparation a semiconductor device in which a semiconductor layer from a substrate by irradiation with a laser beam is disconnected.
Ein derartiges Verfahren kommt beispielsweise bei der Herstellung substratloser Lumineszenzdioden auf der Basis von GaN zum Einsatz. Solche Bauelemente enthalten einen Halbleiterkörper und ein Trägerteil, auf dem der Halbleiterkörper befestigt ist. Zur Herstellung des Halbleiterkörpers wird zunächst eine Halbleiterschicht auf einem geeigneten Substrat gefertigt, nachfolgend mit einem Träger verbunden und dann von dem Substrat abgelöst. Durch Zerteilen, beispielsweise Zersägen, des Trägers mit der darauf angeordneten Halbleiterschicht entsteht eine Mehrzahl von Halbleiterkörpern, die jeweils auf dem entsprechenden Trägerteil befestigt sind. Wesentlich ist hierbei, daß das zur Herstellung der Halbleiterschicht verwendete Substrat von der Halbleiterschicht entfernt wird und nicht zugleich als Träger bzw. Trägerteil im Bauelement dient. Such a method is used for example in the Production of substrateless light emitting diodes on the basis of GaN used. Such components contain one Semiconductor body and a carrier part on which the Semiconductor body is attached. For the production of Semiconductor body is initially a semiconductor layer made of a suitable substrate, followed by a Carrier connected and then detached from the substrate. By Parting, for example, sawing, the carrier with the arranged on the semiconductor layer is formed a plurality of semiconductor bodies, each on the corresponding Carrier part are attached. It is essential that the Substrate used to make the semiconductor layer the semiconductor layer is removed and not at the same time as Carrier or carrier part in the component is used.
Dieses Herstellungsverfahren hat den Vorteil, daß verschiedene Materialien für das Substrat und den Träger verwendet werden. Damit können die jeweiligen Materialien an die unterschiedlichen Anforderungen für die Herstellung der Halbleiterschicht einerseits und die Betriebsbedingungen andererseits weitgehend unabhängig voneinander angepaßt werden. So kann der Träger entsprechend seiner mechanischen, thermischen und optischen Eigenschaften unabhängig von den Anforderungen an das Substrat zum Fertigen der Halbleiterschicht gewählt werden. This manufacturing method has the advantage that various materials for the substrate and the carrier used become. This allows the respective materials to the different requirements for the production of Semiconductor layer on the one hand and the operating conditions On the other hand be adapted largely independently. So The carrier can according to its mechanical, thermal and optical properties regardless of the requirements selected on the substrate for manufacturing the semiconductor layer become.
Insbesondere die epitaktische Herstellung einer Halbleiterschicht stellt zahlreiche spezielle Anforderungen an das Epitaxiesubstrat. Beispielsweise müssen die Gitterkonstanten des Substrats und der aufzubringenden Halbleiterschicht aneinander angepaßt sein. Weiterhin sollte das Substrat den Epitaxiebedingungen, insbesondere Temperaturen bis über 1000 W, standhalten und für das epitaktische An- und Aufwachsen einer möglichst homogenen Schicht des betreffenden Halbleitermaterials geeignet sein. In particular, the epitaxial production of a Semiconductor layer has many special requirements for this Epitaxial substrate. For example, the lattice constants of the Substrate and the applied semiconductor layer be adapted to each other. Furthermore, the substrate should the Epitaxy conditions, in particular temperatures up to more than 1000 W, withstand and for the epitaxial growth and growth of a as homogeneous as possible layer of the relevant Semiconductor material to be suitable.
Für die weitere Verarbeitung des Halbleiterkörpers und den Betrieb hingegen stehen andere Eigenschaften des Trägers wie beispielsweise elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie Strahlungsdurchlässigkeit bei optoelektronischen Bauelementen im Vordergrund. Die für ein Epitaxiesubstrat geeigneten Materialien sind daher als Trägerteil im Bauelement oftmals nur bedingt geeignet. Schließlich ist es insbesondere bei vergleichsweise teuren Epitaxiesubstraten wie beispielsweise Siliziumkarbidsubstraten wünschenswert, die Substrate mehrmals verwenden zu können. For further processing of the semiconductor body and the On the other hand, other features of the vehicle such as For example, electrical and thermal conductivity as well Radiation permeability in optoelectronic devices in the foreground. Suitable for an epitaxial substrate Materials are therefore often only as carrier part in the component conditionally suitable. Finally, it is especially at comparatively expensive epitaxial substrates such as Silicon carbide substrates desirable, the substrates several times to be able to use.
Für das genannte Herstellungsverfahren ist die Ablösung der Halbleiterschicht von dem Substrat wesentlich. Diese Ablösung kann durch Bestrahlung der Halbleiter-Substrat-Grenzfläche mit Laserstrahlung erreicht werden. Dabei wird die Laserstrahlung in der Nähe der Grenzfläche absorbiert und bewirkt dort eine Zersetzung des Halbleitermaterials. For the said production process, the replacement of the Semiconductor layer of the substrate substantially. This replacement can be achieved by irradiation of the semiconductor-substrate interface can be achieved with laser radiation. Here is the Laser radiation near the interface absorbs and causes there a decomposition of the semiconductor material.
Die Trennung der Halbleiterschicht von dem Substrat kann beispielsweise durch Laserablösen, wie in der Druckschrift WO 98/14986 beschrieben, erfolgen. Dabei wird für die Ablösung von GaN- und GaInN-Schichten von einem Saphirsubstrat die frequenzverdreifachte Strahlung eines Q- switch Nd : YAG-Lasers mit einer Impulsdauer zwischen 1 ns und 10 ns und einer Wellenlänge von 355 nm verwendet. Das Saphirsubstrat ist für Strahlung dieser Wellenlänge transparent. Die Strahlungsenergie wird in einer etwa 50 nm bis 300 nm dicken Grenzschicht am Übergang zwischen dem Saphirsubstrat und der GaN-Halbleiterschicht absorbiert. Bei Impulsenergien oberhalb von 200 mJ/cm2 werden an der Grenzfläche Temperaturen von mehr als 850°C erreicht. Die GaN-Grenzschicht zersetzt sich bei dieser Temperatur unter Freisetzung von Stickstoff, die Bindung zwischen der Halbleiterschicht und dem Substrat wird getrennt. The separation of the semiconductor layer from the substrate can take place, for example, by laser removal, as described in the document WO 98/14986. In this case, the frequency-tripled radiation of a Q-switch Nd: YAG laser with a pulse duration between 1 ns and 10 ns and a wavelength of 355 nm is used for the detachment of GaN and GaInN layers from a sapphire substrate. The sapphire substrate is transparent to radiation of this wavelength. The radiation energy is absorbed in an about 50 nm to 300 nm thick boundary layer at the junction between the sapphire substrate and the GaN semiconductor layer. At pulse energies above 200 mJ / cm 2 , temperatures of more than 850 ° C are reached at the interface. The GaN interface decomposes at this temperature to release nitrogen, the bond between the semiconductor layer and the substrate is separated.
In der Regel ist eine mechanische Stabilisierung der abzulösenden Halbleiterschicht erforderlich, da die Schichtdicke so gering ist, daß ansonsten die Gefahr einer Beschädigung, insbesondere eines Bruchs oder Risses der Schicht, besteht. Dazu kann die Halbleiterschicht mit einem geeigneten Träger verbunden werden. Eine derartige Verbindung sollte zumindest so weit temperaturstabil sein, daß sie die bei nachfolgenden Fertigungsschritten auftretenden Temperaturen unbeschadet übersteht. Weiterhin sollte diese Verbindung auch bei Temperaturwechselbelastungen, die insbesondere im Betrieb des Bauelements auftreten können, stabil bleiben. As a rule, a mechanical stabilization of the required to be peeled semiconductor layer, since the layer thickness so low is that otherwise the risk of damage, in particular a fracture or crack of the layer. To For example, the semiconductor layer may be provided with a suitable carrier get connected. Such a connection should at least be temperature stable so far that they at the subsequent Manufacturing steps occurring temperatures without prejudice survives. Furthermore, this connection should also at Temperaturwechselbelastungen, especially in the operation of the Component can occur, remain stable.
Es hat sich gezeigt, daß hierbei die einzelnen Laserparameter von entscheidender Bedeutung für das Ergebnis des Ablöseprozesses sind. Insbesondere müssen die Laserparameter so aufeinander abgestimmt sein, daß einerseits die Halbleiterschicht möglichst vollständig und rückstandsfrei abgelöst wird, andererseits aber die Verbindung mit dem genannten Träger nicht beeinträchtigt wird. It has been shown that in this case the individual laser parameters crucial for the outcome of Ablöseprozesses are. In particular, the laser parameters must be coordinated so that on the one hand the Semiconductor layer as completely as possible and residue-free on the other hand, but the connection with the said carrier is not affected.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Herstellungsverfahren für ein Halbleiterbauelement, bei dem eine Halbleiterschicht mittels Laserbestrahlung von einem Substrat getrennt wird, zu entwickeln. It is an object of the present invention to provide an improved Manufacturing method for a semiconductor device, in which a semiconductor layer by laser irradiation of a Substrate is separated to develop.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. This object is achieved by a method according to claim 1 solved. Advantageous developments of the invention are Subject of the dependent claims.
Die Erfindung beruht auf der Feststellung, daß für eine möglichst vollständige und rückstandsfreie Ablösung der Halbleiterschicht von dem Substrat bei gegebener Energie für die Zersetzung des Halbleitermaterials insbesondere die Impulsdauer und das Strahlprofil aufeinander abzustimmen sind. Die Impulsdauer ist so zu wählen, daß kurzzeitig die für die thermische Zersetzung der Halbleiterschicht an der Grenzfläche zum Substrat erforderliche Temperatur erreicht wird. Dabei ist aber zu berücksichtigen, daß der gesamte Energieeintrag in die Halbleiterschicht und die damit verbundene Temperaturerhöhung der Halbleiterschicht insgesamt so gering zu halten ist, daß die Verbindung mit dem Träger nicht beeinträchtigt wird. Insbesondere ist ein Aufschmelzen einer Lötverbindung zwischen Träger und Halbleiterschicht zu vermeiden, da ansonsten die Gefahr besteht, daß sich beim Ablöseprozeß der Träger und nicht wie gewünscht das Substrat von der Halbleiterschicht löst. The invention is based on the finding that for a as complete and residue-free replacement of the Semiconductor layer of the substrate at a given energy for the decomposition of the semiconductor material, in particular the Pulse duration and the beam profile match are. The pulse duration should be selected so that the short time for the thermal decomposition of the semiconductor layer at the Interface reached to the substrate required temperature becomes. It should be noted, however, that the entire Energy input into the semiconductor layer and the so Connected increase in temperature of the semiconductor layer as a whole so low is that the connection with the carrier is not affected. In particular, a meltdown a solder joint between the carrier and the semiconductor layer Avoid, otherwise there is a risk that the Replacement process of the vehicles and not as desired the substrate detached from the semiconductor layer.
Es hat sich im Rahmen der Erfindung gezeigt, daß eine Impulsdauer kleiner oder gleich 10 ns vorteilhaft ist. Insbesondere zeigten Experimente, daß bei Impulsdauern über 10 ns, z. B. bei 15 ns, eine Lötverbindung zwischen Träger und Halbleiterschicht bereits teilweise aufschmelzen kann. It has been found in the invention that a Pulse duration is less than or equal to 10 ns advantageous. In particular, experiments showed that at pulse durations over 10 ns, z. B. at 15 ns, a solder joint between the carrier and Semiconductor layer can already partially melt.
Weiter wurde im Rahmen der Erfindung festgestellt, daß bei einer Trennung mit Laserimpulsen, die eine Impulsdauer kleiner oder gleich 10 ns aufweisen, ein räumlich gaußförmiges Strahlprofil vorteilhaft ist. Bei der Bestrahlung mit Laserimpulsen entsteht jeweils zwischen dem bestrahlten Bereich innerhalb des Laserimpulses und der nicht bestahlten Umgebung eine Temperaturdifferenz in der Halbleiterschicht, die aufgrund der entsprechend unterschiedlichen thermischen Ausdehnung in lateraler Richtung zu mechanischen Verspannungen führt. Mit steigender Flankensteilheit des räumlichen Strahlprofils wächst auch der thermische Gradient und damit letztendlich die Gefahr, daß die mechanischen Spannungen Risse in der Halbleiterschicht hervorrufen. Ein gaußförmiges räumliches Strahlprofil hat sich hierbei als vorteilhaft erwiesen, wobei die Flankensteilheit so zu wählen ist, daß Risse in der Halbleiterschicht vermieden werden. Auch ein Lorentzprofil, ein Hypergaußprofil mit jeweils entsprechender Flankensteilheit oder weitergehend ein Profil mit gauß-, lorentz- oder hypergaußartigen Flanken könnte als Strahlprofil verwendet werden. It was further found in the invention that at a separation with laser pulses, which has a pulse duration less than or equal to 10 ns, one spatially Gaussian beam profile is advantageous. In the Irradiation with laser pulses occurs between each irradiated area within the laser pulse and not stained environment a temperature difference in the Semiconductor layer, due to the corresponding different thermal expansion in lateral Direction leads to mechanical tension. With rising Slope of the spatial beam profile also grows thermal gradient and thus ultimately the risk that the mechanical stresses cracks in the semiconductor layer cause. Has a Gaussian spatial beam profile proved to be advantageous, the Slope slope is to be chosen so that cracks in the Semiconductor layer can be avoided. Also a Lorentz profile, a Hypergaussprofil each with corresponding Edge steepness or further a profile with gaussian, Lorentz or Hypergaußartigen flanks could as Beam profile can be used.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, eine Halbleiterschicht von einem Substrat durch Bestrahlen mit Laserimpulsen, deren Impulsdauer kleiner oder gleich 10 ns ist, zu trennen, wobei die Laserimpulse ein räumliches Strahlprofil, bevorzugt ein gaußartiges Strahlprofil, aufweisen, dessen Flankensteilheit so gering gewählt ist, daß bei der Trennung von Halbleiterschicht und Substrat Risse in der Halbleiterschicht, die durch thermisch induzierte laterale Verspannungen entstehen, vermieden werden. According to the invention, a semiconductor layer of a substrate by irradiation with laser pulses whose Pulse duration is less than or equal to 10 ns, to be separated the laser pulses a spatial beam profile, preferably one Gaussian beam profile, have, the edge steepness so small that when separating from Semiconductor layer and substrate cracks in the Semiconductor layer caused by thermally induced lateral Tensions arise, be avoided.
Bevorzugt werden bei der Erfindung die Laserimpulse von einem Festkörperlaser mit einem Nddotierten laseraktiven Medium, insbesondere Nd : YAG oder auch Nd : YLF oder Nd : KGW erzeugt. Die Hauptemissionwellenlänge beträgt etwa 1060 nm (z. B. 1064 nm für Nd : YAG), so daß eine für die Ablösung vorteilhafte Wellenlänge im ultravioletten Spektralbereich durch Frequenzverdreifachung mittels eines nichtlinearen optischen Elements erreicht werden kann. Bevorzugt liegt die Wellenlänge der zur Trennung verwendeten Laserimpulse zwischen 200 nm und 400 nm, besonders bevorzugt zwischen 300 nm und 400 nm. In the invention, the laser pulses are preferred by a Solid state laser with a NdO doped laser-active medium, in particular Nd: YAG or Nd: YLF or Nd: KGW produced. The Main emission wavelength is about 1060 nm (eg 1064 nm for Nd: YAG), so that one for the replacement advantageous Wavelength in the ultraviolet spectral range Frequency tripling by means of a nonlinear optical Elements can be achieved. Preferably lies the Wavelength of the laser pulses used for the separation between 200 nm and 400 nm, more preferably between 300 nm and 400 nm.
Alternativ können die Laserimpulse auch mittels eines Excimer-Lasers erzeugt werden. Insbesondere Excimer-Lasern mit einer Edelgas-Halogen-Verbindung als Lasermedium zeichnen sich durch eine vorteilhafte Emissionswellenlänge im ultravioletten Spektralbereich und eine hohe Impulsspitzenleistung, die typischerweise zwischen 1 kw und 100 MW liegt, aus. Alternatively, the laser pulses by means of a Excimer lasers are generated. In particular, excimer lasers draw with a noble gas-halogen compound as a laser medium itself by a favorable emission wavelength in ultraviolet spectral range and high Peak pulse power, typically between 1 kw and 100 MW is off.
Da Excimer-Laser in der Regel eher ein rechteckartiges Strahlprofil mit steilen Flanken aufweisen, ist ein entsprechender Strahlformer vorzusehen, der das Strahlprofil in ein räumliches Strahlprofil mit ausreichend flachen Flanken, bevorzugt ein gaußförmiges Strahlprofil, umwandelt. Because excimer laser is usually more of a rectangular Beam profile with steep edges, is a appropriate Strahlformer provide the beam profile in a spatial beam profile with sufficiently flat Flanks, preferably a Gaussian beam profile, converts.
Bei Halbleiterschichten mit größerer lateraler Ausdehnung ist es vorteilhaft, nebeneinander angeordnete Einzelbereiche der Halbleiterschicht nacheinander zu bestrahlen, um eine zu große Aufweitung der Strahlfläche zu vermeiden. Hierbei ist es zweckmäßig, den Laserstrahl und/oder das Substrat mit der darauf befindlichen Halbleiterschicht so zu führen, daß die bestrahlten Einzelbereiche eine flächenfüllende Gesamtanordnung ergeben. For semiconductor layers with greater lateral extent It is advantageous, juxtaposed individual areas of the Semiconductor layer to irradiate one after the other to to avoid large expansion of the jet area. Here is it is expedient to use the laser beam and / or the substrate with the lead on it semiconductor layer so that the irradiated individual areas an area-filling Overall arrangement result.
Bevorzugt wird bei der Erfindung der unmittelbare Grenzflächenbereich zwischen Halbleiterschicht und Substrat mit den Laserimpulsen bestrahlt, so daß die Strahlungsenergie grenzflächennah absorbiert wird und dort zu einer Materialzersetzung führt. Dies kann dadurch erreicht werden, daß das Substrat für die Laserstrahlung durchlässig ist und die Halbleiterschicht durch das Substrat hindurch bestrahlt wird. Bei dieser Anordnung ist in der Regel die Absorption der Laserstrahlung in der Halbleiterschicht wesentlich größer als in dem Substrat, so daß der Laserstrahl das Substrat nahezu verlustfrei durchdringt und aufgrund der hohen Absorption grenzflächennah in der Halbleiterschicht absorbiert wird. Preferred in the invention of the immediate Interface area between semiconductor layer and substrate irradiated with the laser pulses, so that the radiation energy is absorbed near the surface and there to a Material decomposition leads. This can be achieved by that the substrate is transparent to the laser radiation and the semiconductor layer is irradiated through the substrate becomes. In this arrangement is usually the absorption the laser radiation in the semiconductor layer substantially larger as in the substrate so that the laser beam is the substrate almost lossless penetrates and due to the high Absorption near the interface absorbed in the semiconductor layer becomes.
Es sei angemerkt, daß die Strahlungsabsorption nicht notwendigerweise am Ort der Materialzersetzung erfolgen muß. Die Materialzersetzung kann auch dadurch bewirkt werden, daß die Strahlung zunächst an einem anderen Ort absorbiert wird und nachfolgend ein Energietransport der absorbierten Strahlungsenergie an die Stelle der Materialzersetzung stattfindet. Gegebenenfalls könnte die Strahlung auch in dem Substrat absorbiert und nachfolgend die Strahlungsenergie zur Halbleiterschicht transportiert werden. It should be noted that the radiation absorption is not must necessarily take place at the site of material decomposition. The Material decomposition can also be effected by the Radiation is first absorbed at a different location and subsequently an energy transport of the absorbed Radiation energy takes the place of material decomposition. Optionally, the radiation could also be in the substrate absorbed and subsequently the radiant energy to Semiconductor layer to be transported.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, die Halbleiterschicht vor der Trennung von dem Substrat derart zu strukturieren, daß die Halbleiterschicht in eine Mehrzahl einzelner Halbleiterkörper zerteilt wird. Beispielsweise können dazu grabenförmige Vertiefungen in der Halbleiterschicht geformt werden, die die zu bildenden Halbleiterkörper lateral umschließen und in der Tiefe bevorzugt bis zum Substrat reichen. Derartige Vertiefungen können beispielsweise mittels eines geeigneten Ätzverfahrens hergestellt werden. Durch diese sogenannte "Chipstrukturierung" wird vorteilhafterweise die Halbleiterschicht in lateraler Richtung zumindest teilweise unterbrochen. Damit können mechanische Verspannungen in der Halbleiterschicht reduziert werden. A preferred embodiment of the invention is the semiconductor layer before separation from the substrate be structured such that the semiconductor layer in a Plural individual semiconductor body is divided. For example, this trench-shaped depressions in the Semiconductor layer are formed, which form the Surround the semiconductor body laterally and in depth preferably reach to the substrate. Such depressions For example, by means of a suitable etching process getting produced. Through this so-called "Chip structuring" is advantageously the Semiconductor layer in the lateral direction at least partially interrupted. This allows mechanical tension in the Semiconductor layer can be reduced.
Vorzugsweise werden die Halbleiterschicht bzw. die Halbleiterkörper nachfolgend mit einer Passivierungsschicht versehen. Diese Passivierungsschicht schützt die durch die Strukturierung freigelegten Seitenflächen der Halbleiterkörper. Vorteilhaft ist hierbei eine elektrisch nichtleitende Passivierungsschicht, um einen Kurzschluß der Halbleiterschicht durch elektrisch leitfähiges Material, das bei nachfolgenden Verarbeitungsschritten auf die freigelegten Seitenflächen der Halbleiterkörper gelangen kann, zu vermeiden. Preferably, the semiconductor layer or the Semiconductor body subsequently with a passivation layer Provided. This passivation layer protects the through the Structuring exposed side surfaces of the Semiconductor body. Advantageously, this is an electrical nonconductive passivation layer to provide a short circuit of the Semiconductor layer by electrically conductive material, the during subsequent processing steps on the exposed Side surfaces of the semiconductor body can reach, to avoid.
Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, daß vor der Trennung die Halbleiterschicht mit der von dem Substrat abgewandten Seite auf einen Träger aufgebracht, vorzugsweise aufgelötet, wird. Eine Lötverbindung zeichnet sich gegenüber herkömmlichen Klebstoffverbindungen durch eine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit aus. In a further aspect of the invention it is provided that before the separation, the semiconductor layer with that of the Substrate side facing away on a support, preferably soldered, is. A solder joint is drawing Compared to conventional adhesive compounds by a high thermal and electrical conductivity.
Als Lot wird vorzugsweise ein goldhaltiges Lot, beispielsweise ein Gold-Zinn-Lot, verwendet. Besonders bevorzugt sind hierbei Gold-Zinn-Lote mit einem hohen Goldanteil, beispielsweise zwischen 65 Gew.-% und 85 Gew.-%. The solder is preferably a gold-containing solder, For example, a gold-tin solder used. Particularly preferred here gold-tin solders with a high gold content, for example, between 65 wt .-% and 85 wt .-%.
Die Schmelztemperatur eines solchen Lots beträgt typischerweise 278°C und ist somit größer als die Temperatur, die üblicherweise beim Verlöten eines elektrischen Bauelements entsteht. So ist beispielsweise die Löttemperatur beim Auflöten auf eine Leiterplatte in der Regel kleiner als 260°C. Damit wird verhindert, daß sich beim Verlöten des Bauelements der Halbleiterkörper von dem Trägerteil ablöst. The melting temperature of such a solder is typically 278 ° C and is thus greater than the temperature, the usually when soldering an electrical component arises. For example, the soldering temperature during soldering on a circuit board usually less than 260 ° C. In order to prevents the soldering of the device of the Dissolves the semiconductor body from the carrier part.
Weiterhin eignet sich als Lot beispielsweise ein Palladium- Indium-Lot, dessen Bestandteile sich bei einer vergleichsweise niedriger Anfangstemperatur von etwa 200°C durchmischen, und das nach der Durchmischung eine vorteilhaft hohe Schmelztemperatur von über 660°C aufweist. Further suitable as a solder, for example, a palladium Indium solder, whose components are in a comparatively low initial temperature of about 200 ° C mix, and after mixing one advantageous has high melting temperature of about 660 ° C.
Eine derartige Verbindung kann beispielsweise dadurch hergestellt werden, daß auf der Halbleiterschicht eine Gold- Schicht und auf dem Träger eine Gold-Zinnschicht aufgebracht wird und nachfolgend der Träger und die Halbleiterschicht zusammengefügt werden. Dabei können zwischen der Halbleiterschicht und der Metallschicht weitere Schichten vorgesehen sein, die beispielsweise einen Schutz der Halbleiterschicht oder eine gute Haftung gewährleisten. Such a connection can be achieved, for example be prepared that on the semiconductor layer a gold Layer and applied to the support a gold-tin layer and subsequently the carrier and the semiconductor layer be joined together. It can be between the Semiconductor layer and the metal layer further layers provided be, for example, a protection of the semiconductor layer or ensure good adhesion.
Hinsichtlich eines geringen Kontaktwiderstands und vorteilhafter Löteigenschaften ist es zweckmäßig, die Halbleiterschicht auf der dem Träger zugewandten Seite vor dem Auflöten auf den Träger mit einer Kontaktmetallisierung zu versehen. Hierfür eignet sich beispielsweise eine Platin-Gold-Metallisierung. Regarding a low contact resistance and advantageous soldering properties, it is expedient, the Semiconductor layer on the side facing the carrier before soldering to provide the carrier with a contact metallization. For example, a suitable Platinum-gold metallization.
Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, daß der thermische Ausdehnungskoeffizient des Trägers abgestimmt auf den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Halbleiterschicht und/oder den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Substrats sowie die Impulsdauer der Laserimpulse gewählt ist. In a further aspect of the invention it is provided that the thermal expansion coefficient of the carrier tuned on the thermal expansion coefficient of the Semiconductor layer and / or the thermal expansion coefficient of the substrate and the pulse duration of the laser pulses selected is.
Allgemein ist unter einer Abstimmung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu verstehen, daß deren Differenz so klein ist, daß in dem bei der Herstellung auftretenden bzw. im Betrieb vorgesehenen Temperaturbereich keine Schäden an der Halbleiterschicht und dem Träger entstehen. Insbesondere können dadurch Verspannungen zwischen Substrat, Halbleiterschicht und Träger während der Herstellung deutlich reduziert werden. Die Gefahr von Rißbildungen im Träger und in der Halbleiterschicht wird damit stark herabgesetzt. Generally, under a vote of the thermal Expansion coefficients to understand that their difference so is small that in the occurring during manufacture or during operation temperature range no damage the semiconductor layer and the carrier arise. In particular can thereby tension between substrate, Semiconductor layer and carrier during production significantly be reduced. The risk of cracking in the vehicle and in the semiconductor layer is thus greatly reduced.
Zwar fallen die an der Halbleiteroberfläche erreichten Temperaturen über die Schichtdicke der Halbleiterschicht deutlich ab, doch werden an der Trägerseite der Halbleiterschicht im Bereich des Laserimpulses noch Temperaturen von etwa 200°C bis 400°C erreicht. Somit entstehen aufgrund der lokal unterschiedlichen Temperaturen innerhalb und außerhalb des bestahlten Bereichs sowohl in der Halbleiterschicht als auch im Träger aufgrund der im allgemeinen unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Halbleitermaterials und des Trägermaterials Zugverspannungen, die zu der beobachteten Ausbildung von Rissen im Halbleitermaterial an den Rändern des jeweils bestrahlten Bereichs führen können. Although they reach the semiconductor surface Temperatures over the layer thickness of the semiconductor layer clearly from, but are on the support side of the Semiconductor layer in the region of the laser pulse yet Temperatures of about 200 ° C to 400 ° C reached. Thus arise due to the locally different temperatures inside and outside the stained area both in the Semiconductor layer as well as in the carrier due to the general different thermal Expansion coefficients of the semiconductor material and the Carrier tensile stresses that are observed to the Formation of cracks in the semiconductor material at the edges of each irradiated area can lead.
Bei der weiteren Prozessierung von derartigen mit Rissen versehenen Halbleiterschichten entsteht beispielsweise das Problem, daß Säure entlang der Risse unter die Halbleiterschicht kriechen kann und dort etwa eine Bondmetallisierung zerstört. In the further processing of such with cracks provided semiconductor layers, for example, creates the Problem that acid along the cracks under the Semiconductor layer can crawl and there about one Bond metallization destroyed.
Bei der Erfindung werden bevorzugt Trägermaterialien verwendet, deren thermische Eigenschaften speziell an den Ablöseprozeß adaptiert sind. Hierbei ist es von Vorteil, das Trägermaterial so wählen, daß der thermische Ausdehnungskoeffizient des Trägers näher an dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Halbleiterschicht als an dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Substrats liegt. Mit einer derartigen Wahl kann die Ausbildung von Rissen in der Halbleiterschicht wirkungsvoll reduziert oder ganz vermieden werden. In the invention, carrier materials are preferred used, whose thermal properties are specific to the Removal process are adapted. It is advantageous, the Select carrier material so that the thermal Coefficient of expansion of the carrier closer to the thermal Expansion coefficient of the semiconductor layer as at the thermal expansion coefficient of the substrate is. With Such a choice can be the formation of cracks in the Semiconductor layer effectively reduced or completely avoided become.
Es sei angemerkt, daß bei der Erfindung die Anpassung der thermischen Eigenschaften von Substrat, Träger und Halbleiterschicht vorteilhaft für eine möglichst vollständige und rückstandsfreie Ablösung ist. Die Erfindung weist aber auch den Vorteil auf, daß aufgrund der kurzen Impulsdauer kleiner oder gleich 10 ns die Anforderungen an diese Anpassung der thermischen Eigenschaften geringer sind als bei herkömmlichen Verfahren mit längerer Impulsdauer. Somit kann die Erfindung einerseits dazu dienen, eine möglichst gute Ablösung zu erreichen. Andererseits können im Rahmen der Erfindung mit Vorteil auch Trägermaterialien verwendet werden, die hinsichtlich ihrer thermischen Eigenschaften geeignet, wenn auch nicht optimal sind, aber andere wünschenswerte Eigenschaften wie zum Beispiel eine erleichterte Verarbeitbarkeit für weitere Prozeßschritte, leichtere Verfügbarkeit in größeren Abmessungen oder geringere Kosten aufweisen. It should be noted that in the invention, the adaptation of thermal properties of substrate, support and Semiconductor layer advantageous for as complete as possible and residue-free detachment is. However, the invention has also has the advantage that due to the short pulse duration less than or equal to 10 ns the requirements for this Adjustment of thermal properties are lower than at conventional methods with longer pulse duration. Thus, can On the one hand, the invention serves to achieve the best possible To achieve replacement. On the other hand, under the Invention also advantageously used carrier materials which are in terms of their thermal properties suitable, although not optimal, but others desirable properties such as a easier processability for further process steps, easier availability in larger dimensions or have lower costs.
Die Erfindung eignet sich insbesondere für Halbleiterschichten, die einen Nitridverbindungshalbleiter enthalten. Nitridverbindungshalbleiter sind beispielsweise Nitridverbindungen von Elementen der dritten und/oder fünften Hauptgruppe des Periodensystems der chemischen Elemente wie GaN, AlGaN, InGaN, AlInGaN, InN oder AlN. Die Halbleiterschicht kann dabei auch eine Mehrzahl von Einzelschichten verschiedener Nitridverbindungshalbleiter umfassen. So kann die Halbleiterschicht zum Beispiel einen herkömmlichen pn- Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach- Quantentopfstruktur (SQW-Struktur) oder eine Mehrfach- Quantentopfstruktur (MQW-Strukur) aufweisen. Solche Strukturen sind dem Fachmann bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht näher erläutert. Bevorzugt werden derartige Strukturen bei optoelektronischen Bauelementen wie Lichtemissionsdioden, beispielsweise in Form von Leuchtdioden (LEDs) oder Laserdioden, verwendet. The invention is particularly suitable for Semiconductor layers containing a nitride compound semiconductor. Nitride compound semiconductors are for example Nitride compounds of elements of the third and / or fifth main group of the Periodic Table of the Chemical Elements such as GaN, AlGaN, InGaN, AlInGaN, InN or AlN. The semiconductor layer can while also a plurality of individual layers of different Include nitride compound semiconductors. So can the Semiconductor layer, for example, a conventional pn Transition, a double heterostructure, a simple Quantum well structure (SQW structure) or a multiple Quantum well structure (MQW structure) have. Such Structures are known in the art and are therefore to this point is not explained in detail. To be favoured Such structures in optoelectronic devices such Light emitting diodes, for example in the form of light emitting diodes (LEDs) or laser diodes used.
Für Nitridverbindungshalbleiter eignen sich beispielsweise Träger, die Galliumarsenid, Silizium, Germanium, Kupfer, Eisen, Nickel, Molybdän, Kobalt oder Wolfram oder eine Legierung, zum Beispiel auf der Basis von Eisen, Nickel und/oder Kobalt, enthalten. For example, nitride compound semiconductors are suitable Carriers containing gallium arsenide, silicon, germanium, copper, Iron, nickel, molybdenum, cobalt or tungsten or a Alloy, for example based on iron, nickel and / or cobalt.
Als Substrat für die epitaktische Herstellung von Nitridverbindungshalbleiterschichten sind beispielsweise Silizium- Siliziumkarbid- oder Aluminiumoxid- bzw. Saphirsubstrate geeignet, wobei Saphirsubstrate vorteilhafterweise für die zur Abtrennung der Halbleiterschicht verwendete Laserstrahlung, insbesondere im ultravioletten Spektralbereich, durchlässig sind. Dies ermöglicht bei der Ablösung der Halbliterschicht eine Bestrahlung der Halbleiterschicht durch das Substrat hindurch. As a substrate for the epitaxial production of Nitride compound semiconductor layers are, for example, silicon Silicon carbide or alumina or sapphire substrates suitable, wherein sapphire substrates advantageously for the used to separate the semiconductor layer Laser radiation, especially in the ultraviolet Spectral range, are permeable. This allows for the Replacement of the half liter layer irradiation of the Semiconductor layer through the substrate.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit Vorteil bei Dünnschichtchips angewandt werden, die typischerweise eine Halbleiterschicht mit einer Dicke unterhalb von etwa 50 µm aufweist. Der Dünnschichtchip kann beispielsweise ein optoelektronischer Chip, insbesondere ein strahlungserzeugender Chip wie zum Beispiel ein Lumineszenzdiodenchip sein. The inventive method can with advantage in Thin-film chips are applied, which are typically a Semiconductor layer with a thickness below about 50 microns having. The thin-film chip, for example, a optoelectronic chip, in particular a radiation generating chip such as a Be Lumineszenzdiodenchip.
Weitere Merkmale, Vorzüge und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der nachfolgenden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit den Fig. 1 bis 3. Further features, advantages and expediencies of the invention will become apparent from the description of the following two embodiments of the invention in conjunction with FIGS. 1 to 3.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1a bis 1e eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens anhand von fünf Zwischenschritten, FIG. 1a to 1e is a schematic representation of a first embodiment of a method according to the invention using five intermediate steps,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Strahlprofils der Laserimpulse bei dem in Fig. 1 gezeigten Verfahren, und FIG. 2 shows a schematic illustration of a beam profile of the laser pulses in the method shown in FIG. 1, and FIG
Fig. 3a bis 3e eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens anhand von fünf Zwischenschritten. Fig. 3a to 3e is a schematic representation of a second embodiment of a method according to the invention using five intermediate steps.
Gleiche oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Same or equivalent elements are in the figures with provided the same reference numerals.
Im ersten Schritt des in Fig. 1 dargestellten Verfahrens, In the first step of the method illustrated in FIG. 1,
Fig. 1a, wird auf ein Substrat 1 eine Halbleiterschicht 2 aufgebracht. Dies kann eine Nitridverbindungshalbleiterschicht, beispielsweise eine InGaN-Schicht, sein, die epitaktisch auf ein Saphirsubstrat aufgewachsen wird. Weitergehend kann die Halbleiterschicht 2 auch eine Mehrzahl von Einzelschichten, die zum Beispiel GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN oder InAlGaN enthalten können und nacheinander auf das Substrat 1 aufgewachsen werden, umfassen. Fig. 1a, a semiconductor layer 2 is deposited on a substrate 1. This may be a nitride compound semiconductor layer, for example, an InGaN layer epitaxially grown on a sapphire substrate. Further, the semiconductor layer 2 may also include a plurality of single layers, which may include, for example, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, or InAlGaN and grown successively on the substrate 1 .
Im nächsten Schritt, Fig. 1b, wird die Halbleiterschicht 2 auf der von dem Substrat abgewandten Seite mit einer Kontaktmetallisierung 3 versehen. Die Kontaktmetallisierung 3 kann beispielsweise in Form einer dünnen gold- und/oder platinhaltigen Schicht aufgedampft oder aufgesputtert werden. In the next step, FIG. 1 b, the semiconductor layer 2 is provided with a contact metallization 3 on the side facing away from the substrate. The contact metallization 3 can, for example, be vapor-deposited or sputtered in the form of a thin layer containing gold and / or platinum.
Nachfolgend wird auf die Kontaktmetallisierung 3 ein Träger 4 aufgelötet, Fig. 1c. Als Lot 5 wird vorzugsweise ein goldhaltiges Lot verwendet, beispielsweise ein Gold-Zinn-Lot mit einem Goldanteil zwischen 65 Gew.-% und 85 Gew.-%, bevorzugt 75 Gew.-%. Eine solche Lötverbindung zeichnet sich durch eine hohe thermische Leitfähigkeit und eine hohe Stabilität unter Temperaturwechselbelastungen aus. Subsequently, a carrier 4 is soldered to the contact metallization 3 , Fig. 1c. The solder 5 used is preferably a gold-containing solder, for example a gold-tin solder with a gold content of between 65% by weight and 85% by weight, preferably 75% by weight. Such a solder joint is characterized by a high thermal conductivity and high stability under thermal cycling.
Als Träger 4 kann beispielsweise ein Galliumarsenid-Wafer verwendet werden, der einen ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie Saphir aufweist. For example, a gallium arsenide wafer having a coefficient of thermal expansion similar to that of sapphire can be used as carrier 4 .
Bevorzugt ist ein Träger 4 in Form eines Bondwafers aus Molybdän vorgesehen. Die thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Bondwafers a(Mo) = 5,21.10-6 K-1 und des Saphirsubstrats a(Al2O3) = 7,5.10-6 K-1 liegen relativ nahe beieinander, so daß thermisch induzierte Verspannungen in der Halbleiterschicht 2 vorteilhafterweise gering gehalten werden. Darüber hinaus ist Molybdän ausreichend zäh, so daß beim Bonden und beim Abkühlen von der Bondtemperatur auf Zimmertemperatur keine Risse im Molybdän-Bondwafer entstehen. Preferably, a carrier 4 is provided in the form of a bonding wafer made of molybdenum. The coefficients of thermal expansion of the bond wafer a (Mo) = 5.21.10 -6 K -1 and of the sapphire substrate a (Al 2 O 3 ) = 7.5.10 -6 K -1 are relatively close to each other, so that thermally induced stresses in the semiconductor layer 2 are advantageously kept low. In addition, molybdenum is sufficiently tough so that cracks in the molybdenum bond wafer do not occur during bonding and cooling from the bonding temperature to room temperature.
Statt eines Galliumarsenid-Wafers kann bei der Erfindung auch ein Germanium-Wafer verwendet werden. Der thermische Ausdehnungskoeffizient von Germanium ist ähnlich dem von Galliumarsenid, so daß sich diesbezüglich kaum Unterschiede ergeben. Ein Germanium-Wafer weist jedoch gegenüber einem Galliumarsenid-Wafer den Vorteil auf, daß er leichter gesägt werden kann, wobei insbesondere keine arsenhaltigen, giftigen Sägeabfälle anfallen. Weiterhin sind Germanium-Wafer mechanisch stabiler. So wird beispielsweise mit einem 200 µm dicken Germanium-Wafer bereits eine ausreichende Stabilität erreicht, wohingegen die Dicke eines entsprechenden Galliumarsenid-Wafers größer als 600 µm ist. Vorteilhafterweise ist es hierbei auch nicht erforderlich, den Germanium-Wafer in einem weiteren Verfahrensschritt durch Schleifen abzudünnen. Schließlich sind Germanium-Wafer in der Regel deutlich kostengünstiger als Galliumarsenid-Wafer. Instead of a gallium arsenide wafer can in the invention also a germanium wafer can be used. The thermal Coefficient of expansion of germanium is similar to that of Gallium arsenide, so that there are hardly any differences in this regard result. However, a germanium wafer faces one Gallium arsenide wafers have the advantage of being easier to saw can be, in particular no arsenic, toxic Sawdust accumulate. Furthermore, germanium wafers are mechanically stable. For example, with a 200 μm thick germanium wafer already has sufficient stability achieved, whereas the thickness of a corresponding Gallium arsenide wafer is greater than 600 microns. Advantageously, this is also not necessary the germanium wafer in a further process step To thin out loops. Finally, germanium wafers are in the Generally much cheaper than gallium arsenide wafers.
Vorzugsweise wird in Verbindung mit einem Germanium-Wafer ein goldhaltiges Lot oder Gold selbst als Lot verwendet. Hiermit wird eine besonders feste Verbindung mit der Halbleiterschicht erreicht. Besonders bevorzugt ist ein goldbedampfter Germanium-Wafer, der optional mit einer Gold- Antimon-Oberflächenschicht versehen sein kann, vorgesehen. Preferably, it is used in conjunction with a germanium wafer gold-containing solder or gold itself used as solder. Herewith becomes a particularly firm connection with the Semiconductor layer achieved. Particularly preferred is a gold-doped germanium wafer optionally with a gold Antimony surface layer may be provided provided.
Im darauffolgenden Schritt, Fig. 1d, wird die Halbleiterschicht 2 durch das Substrat 1 hindurch mit Laserimpulsen 6 bestrahlt. Die Strahlungsenergie wird vorwiegend in der Halbleiterschicht 2 absorbiert und bewirkt an der Grenzfläche zwischen der Halbleiterschicht 2 und dem Substrat 1 eine Materialzersetzung, so daß nachfolgend das Substrat 1 abgehoben werden kann, Fig. 1e. Die Laserimpulse 6 werden von einem gütegeschalteten Nd : YAG-Laser erzeugt und mittels eines nichtlinearen optischen Elements frequenzverdreifacht, so daß Laserimpulse 6 mit einer Wellenlänge von etwa 355 nm auf die Halbleiterschicht 2 eingestrahlt werden. Die Impulsdauer der Laserimpulse beträgt 7 ns oder bei einer Variante 10 ns. Weiterhin ist die Energie der Laserimpulse so bemessen, daß im räumlichen Zentrum des Laserimpulses die Energiedichte zwischen 100 mJ/cm2 und 1000 mJ/cm2, bevorzugt zwischen 200 mJ/cm2 und 400 mJ/cm2 liegt. In the subsequent step, FIG. 1 d, the semiconductor layer 2 is irradiated through the substrate 1 with laser pulses 6 . The radiation energy is absorbed mainly in the semiconductor layer 2 and causes a material decomposition at the interface between the semiconductor layer 2 and the substrate 1 , so that subsequently the substrate 1 can be lifted off, Fig. 1e. The laser pulses 6 are generated by a Q-switched Nd: YAG laser and frequency-tripled by means of a non-linear optical element, so that laser pulses 6 having a wavelength of about 355 nm are irradiated onto the semiconductor layer 2 . The pulse duration of the laser pulses is 7 ns or in a variant 10 ns. Furthermore, the energy of the laser pulses is so dimensioned that the energy density in the spatial center of the laser pulse is between 100 mJ / cm 2 and 1000 mJ / cm 2 , preferably between 200 mJ / cm 2 and 400 mJ / cm 2 .
Wesentlich ist bei der Erfindung zum einen, daß die eingestrahlte und grenzflächennah in der Halbleiterschicht absorbierte Strahlungsenergie so gewählt ist, daß lokal an der Grenzfläche zwischen dem Substrat 1 und der Halbleiterschicht 2 eine hohe, zur Materialzersetzung ausreichende Temperatur entsteht, die über die Schichtdicke der Halbleiterschicht so weit abfällt, daß die Verbindung 5 zwischen dem Träger 4 und dem der Halbleiterschicht nicht beeinträchtigt wird, beispielsweise aufschmilzt. Dies wird durch die kurze Impulsdauer der Laserimpulse von kleiner oder gleich 10 ns erreicht. It is essential in the invention, on the one hand, that the irradiated and near the surface absorbed in the semiconductor layer radiation energy is chosen so that locally at the interface between the substrate 1 and the semiconductor layer 2, a high, sufficient for decomposition of the material material is formed over the layer thickness of the semiconductor layer so far drops that the connection 5 between the carrier 4 and the semiconductor layer is not affected, for example, melts. This is achieved by the short pulse duration of the laser pulses of less than or equal to 10 ns.
Zum anderen ist bei gegebener Impulsdauer und -energie das Strahlprofil so anzupassen, daß keine Risse in der abzulösenden Schicht entstehen. Das transversale Strahlprofil der Laserimpulse ist in Fig. 2 dargestellt. Aufgetragen ist die Strahlintensität längs der Linie A-A. Das Strahlprofil ist näherungsweise gaußförmig. In Verbindung mit der genannten kurzen Impulsdauer hat sich ein solches Strahlprofil als vorteilhaft erwiesen, da die lateralen Flanken nicht zu abrupt abfallen und somit ein fließender Übergang zwischen dem bestrahlten und dem benachbarten, nichtbestrahlten Bereich entsteht. Dies verringert den lateralen Temperaturgradienten und in der Folge mechanische Verspannungen und Rißbildungen in der Halbleiterschicht. On the other hand, for a given pulse duration and energy, the beam profile is to be adapted so that no cracks occur in the layer to be detached. The transverse beam profile of the laser pulses is shown in FIG . Plotted is the beam intensity along the line AA. The beam profile is approximately Gaussian. In connection with said short pulse duration, such a beam profile has proven to be advantageous, since the lateral flanks do not drop too abruptly and thus a smooth transition between the irradiated and the adjacent, non-irradiated region arises. This reduces the lateral temperature gradient and, as a consequence, mechanical stresses and cracking in the semiconductor layer.
Allgemein ist bei der Erfindung die Flankensteilheit des Strahlprofils so gering gewählt, daß bei der Trennung Risse aufgrund von thermisch induzierten mechanischen Spannungen vermieden werden. Eine geeignete Flankensteilheit kann beispielsweise experimentell dadurch ermittelt werden, daß bei konstanter Energiedichte im Zentrum des Laserimpulses die Flankensteilheit, beispielsweise mittels des Durchmessers des Laserimpulses, schrittweise variiert wird und jeweils anhand einer damit bestrahlten Probe beurteilt wird, ob wie gewünscht Risse beim Ablöseprozeß vermieden werden. Gegebenenfalls sind mehrere Versuche durchzuführen und statistisch auszuwerten. Generally, in the invention, the edge steepness of the Beam profile chosen so low that during the separation cracks due to thermally induced mechanical stresses be avoided. A suitable edge steepness can For example, be determined experimentally by that at constant energy density in the center of the laser pulse the Flank steepness, for example by means of the diameter of the Laser pulse, is gradually varied and each based a sample irradiated with it is judged whether desired cracks during the detachment process can be avoided. If necessary, several experiments are to be carried out and to evaluate statistically.
In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Wie bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird zunächst auf ein Substrat 1 eine Halbleiterschicht 2 aufgebracht. Die Halbleiterschicht 2 kann wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel einen oder mehrere Nitridverbindungshalbleiter enthalten, eine Mehrzahl von Einzelschichten umfassen und auf einem Saphirsubstrat aufgewachsen sein. Vorzugsweise dient diese Halbleiterschicht zur Strahlungserzeugung und weist eine entsprechende aktive strahlungserzeugende Zone 11 auf. In Fig. 3, another embodiment of the invention is shown. As in the exemplary embodiment shown in FIG. 1, a semiconductor layer 2 is first applied to a substrate 1 . The semiconductor layer 2 may include one or more nitride compound semiconductors as in the first embodiment, comprise a plurality of single layers, and may be grown on a sapphire substrate. Preferably, this semiconductor layer is used for radiation generation and has a corresponding active radiation-generating zone 11 .
Im nächsten Schritt, Fig. 3b, wird die Halbleiterschicht zunächst oberseitig mit Kontaktmetallisierung 9 versehen. Zur Herstellung einzelner Halbleiterkörper 7 wird die Halbleiterschicht nachfolgend strukturiert, wobei eine Mehrzahl von Vertiefungen 8 bis zum Substrat in der Halbleiterschicht gebildet werden. Diese Vertiefungen 8 umschließen lateral die zu bildenden Halbleiterkörper 7. Beispielweise können derartige Vertiefungen 8 in die Halbleiterschicht geätzt werden. Diese Chipstrukturierung hat den Vorteil, daß durch die Vertiefungen 8 in lateraler Richtung eine gewisse Flexibilität entsteht und so mechanische Spannungen in der Halbleiterschicht abgebaut werden können. In the next step, FIG. 3 b, the semiconductor layer is first provided with contact metallization 9 on the upper side. For the production of individual semiconductor bodies 7 , the semiconductor layer is subsequently structured, wherein a plurality of depressions 8 are formed up to the substrate in the semiconductor layer. These recesses 8 laterally surround the semiconductor bodies 7 to be formed . For example, such depressions 8 can be etched into the semiconductor layer. This chip structuring has the advantage that a certain flexibility arises through the recesses 8 in the lateral direction and thus mechanical stresses in the semiconductor layer can be reduced.
Nachfolgend wird auf die Halbleiterschicht 2 bzw. die Halbleiterkörper 7 eine vorzugsweise elektrisch isolierende Passivierungsschicht 10, zum Beispiel eine Siliziumnitridschicht, zum Schutz der Halbleiteroberflächen aufgebracht. Diese Passivierungsschicht 10 bedeckt insbesondere auch die durch die Vertiefungen freigelegten Seitenflächen der Halbleiterkörper. Damit wird verhindert, daß bei nachfolgenden Schritten elektrisch leitendes Material auf die freigelegten Seitenflächen gelangt und beispielsweise die aktive Schicht kurzschließt. Ansonsten könnte beim nachfolgenden Auflöten des Trägers Lot die Seitenflächen benetzen oder es könnten Rückstände beim späteren Ablösen des Substrats, etwa metallisches Gallium bei GaN-basierenden Schichten, auf den Seitenflächen anhaften und einen solchen Kurzschluß bewirken. Subsequently, a preferably electrically insulating passivation layer 10 , for example a silicon nitride layer, for protecting the semiconductor surfaces is applied to the semiconductor layer 2 or the semiconductor bodies 7 . In particular, this passivation layer 10 also covers the side surfaces of the semiconductor bodies exposed by the depressions. This prevents that in subsequent steps electrically conductive material reaches the exposed side surfaces and, for example, short circuits the active layer. Otherwise, during subsequent soldering of the carrier solder, the side surfaces could become wet, or residues on subsequent detachment of the substrate, such as metallic gallium in GaN-based layers, could adhere to the side surfaces and cause such a short circuit.
Die Passivierungsschicht 10 ist dabei vorzugsweise so dimensioniert, daß eine schichtartige Bedeckung der freigelegten Seitenflächen und Substratbereiche erfolgt, wobei eine vollständige Füllung der Vertiefungen vermieden wird. Eine Bedeckung der Kontaktmetallisierung (nicht dargestellt) mit der Passivierungsschicht wird wieder entfernt. The passivation layer 10 is preferably dimensioned so that a layer-like covering of the exposed side surfaces and substrate areas, wherein a complete filling of the wells is avoided. A covering of the contact metallization (not shown) with the passivation layer is removed again.
Danach werden die Halbleiterschicht 2 bzw. die Halbleiterkörper 7 und die gegebenenfalls dazwischenliegenden Bereiche 8 wie bei dem in Fig. 1d gezeigten Ausführungsbeispiel mit Laserimpulsen einer Impulsdauer kleiner oder gleich 10 ns und einer ausreichend geringen Flankensteilheit im Strahlprofil bestahlt. Thereafter, the semiconductor layer 2 or the semiconductor body 7 and the possibly intermediate regions 8 as in the embodiment shown in Fig. 1d with laser pulses having a pulse duration less than or equal to 10 ns and a sufficiently low edge steepness in the beam profile, respectively.
Im letzten Schritt, Fig. 3e wird das Substrat wie bereits im Zusammenhang mit Fig. 1e beschrieben abgehoben und entfernt. In the last step, FIG. 3e, the substrate is lifted off and removed as already described in connection with FIG. 1e.
Die Erläuterung der Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele ist selbstverständlich nicht als Beschränkung der Erfindung hierauf zu verstehen. Vielmehr können einzelne Aspekte der Ausführungsbeispiele im Rahmen der Erfindung weitgehend frei kombiniert werden. The explanation of the invention with reference to the embodiments is of course not as a limitation of the invention to understand this. Rather, individual aspects of the Embodiments largely free within the scope of the invention be combined.
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