DE10339982B4 - Method for applying an antireflection layer to a plurality of radiation-emitting semiconductor chips - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Herstellen einer Mehrzahl von strahlungsemittierenden Halbleiterchips (1) mit jeweils einer epitaktisch hergestellten Mehrschichtstruktur (8), die eine elektromagnetische Strahlung erzeugende aktive Zone (12) aufweist, und jeweils einem die Mehrschichtstruktur (8) tragenden Trägerelement (3), das mindestens eine Seitenfläche (7) aufweist, durch die elektromagnetische Strahlung ausgekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein entlang von Trennungslinien (10) zu einzelnen Trägerelementen (3) mit Mehrschichtstruktur (8) durchtrennter Warfer (2), der auf einem expandierbaren Träger (5) fixiert ist, bereitgestellt wird, die Abstände der Halbleiterchips (1) untereinander durch Dehnen des expandierbaren Trägers erhöht werden, die Halbleiterchips (1) auf einem Zwischenträger fixiert werden, der expandierbare Träger entfernt wird und nachfolgend jeweils mindestens eine Antireflexschicht (9) auf mindestens einen Teil der Seitenfläche (7) aufgebracht wird.Method for producing a plurality of radiation-emitting semiconductor chips (1) each having an epitaxially produced multilayer structure (8) which has an active region (12) which generates electromagnetic radiation, and in each case a carrier element (3) carrying the multilayer structure (8), which has at least one Side surface (7), is decoupled by the electromagnetic radiation, characterized in that along a separation lines (10) to individual support elements (3) with a multi-layer structure (8) severed Warfer (2) fixed on an expandable support (5) is, is provided, the distances of the semiconductor chips (1) with each other by stretching the expandable carrier are increased, the semiconductor chips (1) are fixed on an intermediate carrier, the expandable carrier is removed and subsequently at least one antireflection coating (9) on at least one part the side surface (7) is applied.
Description
Verfahren zum Aufbringen einer Antireflexschicht auf eine Mehrzahl von strahlungsemittierenden Halbleiterchips Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Mehrzahl von strahlungsemittierenden Halbleiterchips mit jeweils einer epitaktisch hergestellten Mehrschichtstruktur, die eine elektromagnetische Strahlung erzeugende aktive Zone aufweist, und jeweils einem die Mehrschichtstruktur tragenden Trägerelement, das mindestens eine Seitenfläche aufweist, durch die elektromagnetische Strahlung ausgekoppelt wird.method for applying an antireflection coating to a plurality of radiation-emitting Semiconductor chips The invention relates to a method for manufacturing a plurality of radiation-emitting semiconductor chips each with an epitaxially produced multilayer structure containing an electromagnetic Having radiation generating active zone, and one each Multilayer structure-carrying carrier element, the at least one side surface has, is decoupled by the electromagnetic radiation.
Die Lichtauskopplung von elektromagnetische Strahlung emittierenden Halbleiterchips ist aufgrund von Reflexion an den Grenzflächen des Chips zu seiner Umgebung eingeschränkt. Die Ursache dieser Reflexion sind die unterschiedlichen Brechzahlen des Chips und der Umgebung. Bei einem Halbleiterchip, der elektromagnetische Strahlung in erster Linie durch eine von einem Trägersubstrat für die strahlungsemittierende Mehrschichtstruktur abgewandte Hauptfläche der Mehrschichtstruktur emittiert, kann diese durch Aufbringen einer Antireflexschicht auf diese Hauptfläche verringert werden.The Lichtauskopplung of electromagnetic radiation emitting Semiconductor chips is due to reflection at the interfaces of the Limited chips to its environment. The cause of this reflection are the different refractive indices of the chip and the environment. In a semiconductor chip, the electromagnetic radiation in the first Line through one of a carrier substrate for the radiation-emitting multi-layer structure facing away from the main surface of Multilayer structure emitted, this can be achieved by applying a Antireflection layer can be reduced to this major area.
Bei
einer Reihe von Typen von optoelektronischen Halbleiterchips, bei
denen eine strahlungserzeugende epitaktische Schichtenfolge auf
einem SiC-Substrat aufgebracht ist, trifft ein wesentlicher Anteil
einer in der strahlungserzeugenden epitaktischen Mehrschichtstruktur
erzeugten elektromagnetischen Strahlung auf Chipseitenflächen. Insbesondere
bei Leuchtdiodenchips auf Basis von Nitrid-III-V-Verbindungshalbleitermaterial, bei denen eine
Nitrid-III-V-Verbindungshalbleiter-basierte Mehrschichtstruktur
auf einem SiC-Substrat aufgebracht ist, wird ein erheblicher Anteil
der in der Mehrschichtstruktur erzeugten elektromagnetischen Strahlung
in das SiC-Substrat eingekoppelt und trifft dort auf eine Substratseitenfläche. Derartige
Halbleiterchips sind beispielsweise in den Druckschriften
Der Vollständigkeit halber sei an dieser Stelle angemerkt, dass unter die Gruppe von strahlungsemittierenden und/oder strahlungsdetektierenden Chips auf Basis von Nitrid-III-V-Verbindungshalbleitermaterial vorliegend insbesondere solche Chips fallen, bei denen die epitaktisch hergestellte Halbleiterschicht, die in der Regel eine Schichtfolge aus unterschiedlichen Einzelschichten aufweist, mindestens eine Einzelschicht enthält, die ein Material aus dem Nitrid-III-V-Verbindungshalbleitermaterial-System InxAlyGa1-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1 aufweist. Die Halbleiterschicht kann beispielsweise einen herkömmlichen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopfstruktur (SQW-Struktur) oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW-Strukur) aufweisen. Derartige Strukturen sind dem Fachmann bekannt und werden von daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.For the sake of completeness, it should be noted at this point that the group of radiation-emitting and / or radiation-detecting chips based on nitride III-V compound semiconductor material in particular includes chips in which the epitaxially produced semiconductor layer, which as a rule comprises a layer sequence having different monolayers, at least one single layer containing a nitride III-V compound semiconductor material system material In x Al y Ga 1-xy N with 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, and x + y ≦ 1 having. The semiconductor layer may, for example, have a conventional pn junction, a double heterostructure, a single quantum well structure (SQW structure) or a multiple quantum well structure (MQW structure). Such structures are known in the art and are therefore not explained in detail at this point.
Aus
der Druckschrift
Ein
Verfahren zum Herstellen von Lumineszenzdioden ist in der Druckschrift
Die
Druckschrift
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dessen Hilfe optoelektronische Halbleiterchips hergestellt werden können, die eine verbesserte Strahlungsauskopplung durch Chip-Seitenflächen aufweisen.Of the The present invention is based on the object, a method specify, with the help of which produced optoelectronic semiconductor chips can be which have an improved radiation decoupling by chip side surfaces.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These The object is achieved by a method having the features of the claim 1 solved.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 angegeben.advantageous embodiments and further developments of the method are in the dependent claims 2 to 8 indicated.
Gemäß der Erfindung werden bei einem Verfahren der eingangs genannten Art folgende Verfahrensschritte durchgeführt:
- – Bereitstellen eines entlang von Trennungslinien zu einzelnen Halbleiterchips, jeweils umfassend ein Trägerelement mit Mehrschichtstruktur, durchtrennter Wafer, der auf einem expandierbaren Träger fixiert ist,
- – Erhöhen der Abstände der Halbleiterchips untereinander durch Dehnen des expandierbaren Trägers,
- – Fixieren der Halbleiterchips auf einem Zwischenträger,
- – Entfernen des expandierbaren Trägers und
- – Aufbringen von jeweils mindestens einer Antireflexschicht auf mindestens einen Teil der Seitenflächen der Halbleiterchips.
- Providing a wafer severed along dividing lines to individual semiconductor chips, each comprising a carrier element with a multilayer structure, which is fixed on an expandable carrier,
- Increasing the spacings between the semiconductor chips by stretching the expandable carrier,
- Fixing the semiconductor chips on an intermediate carrier,
- Removing the expandable carrier and
- - Applying in each case at least one antireflection layer on at least a part of the side surfaces of the semiconductor chips.
Dadurch, daß trotz des Durchtrennens des Wafers zu einzelnen Halbleiterchips diese aufgrund der Fixierung auf dem expandierbaren Träger und anschließender Fixierung auf den Zwischenträger im Waferverbund verbleiben, kann mit relativ geringem Aufwand eine Behandlung der Seitenflächen der Halblei terchips erfolgen. Die Seitenflächen können mit einer Antireflexschicht versehen werden, ohne daß die Halbleiterchips einzeln und damit mit hohem technischem Aufwand gehandhabt werden müssen. Das Dehnen des expandierbaren Trägers erlaubt es, die Abstände der Halbleiterchips untereinander soweit zu erhöhen, daß eine zu starke gegenseitige Abschattung der Halbleiterchips vermieden und folglich eine hinreichend exakte Beschichtung der Seitenflächen durchgeführt werden kann.Thereby, that despite of severing the wafer to individual semiconductor chips these due to the fixation on the expandable carrier and subsequent fixation on the intermediate carrier remain in the wafer composite, can with relatively little effort a Treatment of the side surfaces the semicon terchips done. The side surfaces can be covered with an antireflection coating be provided without the Semiconductor chips individually and thus with high technical complexity must be handled. The Stretching the expandable carrier it allows the distances the semiconductor chips with each other to increase so much that too strong mutual Shading of the semiconductor chips avoided and therefore a sufficient exact coating of the side surfaces carried out can be.
Die Fixierung auf dem Zwischenträger beseitigt vorteilhafterweise die Gefahr, daß sich die Abstände der Chips infolge Zusammenziehens des expandierten Trägers während des Beschichtens der Halbleiterchips verändern und so den weiteren Prozeß negativ beeinflussen.The Fixation on the intermediate carrier advantageously eliminates the risk that the distances of the Chips due to contraction of the expanded carrier during the Coating the semiconductor chips change and so the other process negative influence.
Vorteilhafterweise wird die Antireflexschicht nach dem Fixieren der Halbleiterchips auf dem Zwischenträger und dem Entfernen des expandierbaren Trägers aufgebracht.advantageously, becomes the antireflection layer after fixing the semiconductor chips on the subcarrier and removing the expandable carrier.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Antireflexschicht durch Bedampfen oder Besputtern aufgebracht. Es können jedoch auch andere bekannte, beispielsweise in der Halbleitertechnologie herkömmlich eingesetzte, Beschichtungsverfahren, wie chemische und physikalische Gasphasen- oder Dampfbeschichtungsverfahren eingesetzt werden.In a preferred embodiment the antireflection coating is applied by vapor deposition or sputtering. It can However, other known, for example, in semiconductor technology conventionally used, Coating processes, such as chemical and physical vapor phase or vapor coating processes.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform liegt der Brechungsindex der Antireflexschicht zwischen dem Brechungsindex des Trägerelements und dem Brechungsindex eines als Chipumhüllung vorgesehenen Mediums. Dies verringertvorteilhafterweise den Sprung im Brechungsindex beim Übergang vom Halbleiterchip zum Medium der Chipumhüllung. Ein verringerter Brechungsindexsprung hat vorteilhafterweise eine verringerte Reflexion an der Grenzfläche Halbleiterchip/Chipumhüllung und damit eine verbesserte Strahlungsauskopplung aus dem Halbleiterchip durch diese Grenzfläche zur Folge. Die Brechungsindices von herkömmlichen Chipumhüllungen in der Optoelektronik sind erheblich geringer als die der Chipmaterialien. Folglich wird der Brechungsindex der Antireflexschicht vorzugsweise niedriger als der Brechungsindex des Trägerelements gewählt.In In a particularly advantageous embodiment, the refractive index is the antireflection layer between the refractive index of the carrier element and the refractive index of a medium provided as a chip cladding. This advantageously reduces the jump in refractive index at the transition from the semiconductor chip to the medium of the chip cladding. Has a reduced refractive index jump advantageously a reduced reflection at the semiconductor chip / chip cladding interface and thus an improved radiation decoupling from the semiconductor chip this interface result. The refractive indices of conventional chip cladding in optoelectronics are significantly lower than the chip materials. As a result, the refractive index of the antireflection film preferably becomes lower as the refractive index of the carrier element selected.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Antireflexschicht mit einer Dicke von mλ/4n aufgebracht, wobei λ die Wellenlänge einer im Betrieb des Halbleiterchips in der aktiven Zone erzeugten Strahlung ist, n der Brechungsindex der Antireflexschicht und m eine ungerade ganze Zahl. Eine derartige, sogenannte λ/4-Schicht weist einen optimierten Transmissionsgrad auf.In In another advantageous embodiment, the antireflection coating is used with a thickness of mλ / 4n applied, wherein λ the wavelength one generated during operation of the semiconductor chip in the active zone Radiation is, n is the refractive index of the antireflection layer and m an odd integer. Such, so-called λ / 4-layer has an optimized transmittance.
Vorzugsweise besteht die Antireflexschicht aus einem elektrisch leitfähigen Material. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass die Antireflexschicht nach dem Beschichtungsschritt nicht aufwendig an denjenigen Stellen wieder entfernt werden muß, an denen elektrische Kontakte auf dem Halbleiterchip aufgebracht sind.Preferably the antireflection layer consists of an electrically conductive material. This has the advantage that the antireflection layer after the Coating step not consuming in those places again must be removed where applied electrical contacts on the semiconductor chip are.
Bevorzugt weist die Antireflexschicht ZnO und/oder Indium-Zinn-Oxid (ITO) auf. Diese Materialien sind elektrisch leitfähig und transparent. Im Fall des Aufbringens einer Antireflexschicht, die nicht elektrisch leitfähig ist, umfaßt diese bevorzugt ein Nitridmaterial.Prefers has the antireflective layer ZnO and / or indium tin oxide (ITO). These materials are electrically conductive and transparent. In the case of applying an antireflection coating, which are not electrically conductive is included this prefers a nitride material.
Vorzugsweise weist das Trägerelement mindestens eine schräge Seitenfläche auf, durch die elektromagnetische Strahlung ausgekoppelt wird und auf der zumindest teilweise eine Antireflexschicht angeordnet ist.Preferably has the carrier element at least one oblique side surface on, is decoupled by the electromagnetic radiation and on the at least partially an antireflection layer is arranged.
Der Halbleiterchip kann eine beliebige Geometrie, beispielsweise eine quaderartige Geometrie aufweisen. Da bei einer Reihe von Typen von strahlungsemittierenden Halbleiterchips (Beispiele siehe weiter oben) ein großer Teil der in der aktiven Zone erzeugten elektromagnetischen Strahlung zu den Seitenflächen der Halbleiterchips hin emittiert wird, verringert eine Antireflexschicht auf diesen Seitenflächen den An teil der Strahlung, die von den Seitenflächen in den Chip zurückreflektiert wird.Of the Semiconductor chip may be any geometry, such as a have cuboid geometry. As with a number of types of radiation-emitting semiconductor chips (examples see further above) a big one Part of the electromagnetic radiation generated in the active zone to the side surfaces is emitted to the semiconductor chip, reduces an antireflection layer on these side surfaces At the part of the radiation, which reflects back from the side surfaces in the chip becomes.
Bevorzugt liegt der Brechungsindex der Antireflexschicht zwischen dem Brechungsindex des Trägerelements und dem Brechungsindex eines als Chipumhüllung vorgesehenen Mediums. Üblicherweise ist dieses Medium ein transparenter Kunststoff, wie beispielsweise Epoxidharz, Siliconharz, Acrylharz oder Luft, was bedeutet, daß der Brechungsindex der Chipumgebung, beziehungsweise der Chipumhüllung niedriger ist als der Brechungsindex des Trägerelements. Somit wird eine Antireflexschicht gewählt, deren Brechungsindex niedriger ist als der Brechungsindex des Trägerelements. Somit werden vorteilhafterweise verringerte Sprünge im Brechungsindex an den Übergängen Halbleiterchip/Antireflexschicht und Antireflexschicht/Chipumgebung erzielt.Prefers the refractive index of the antireflection layer is between the refractive index the carrier element and the refractive index of a medium provided as a chip cladding. Usually is this medium a transparent plastic, such as epoxy resin, Silicone resin, acrylic resin or air, which means that the refractive index the chip environment, or the chip envelope is lower than the Refractive index of the carrier element. Thus, an anti-reflection layer is selected whose refractive index is lower is the refractive index of the carrier element. Thus, advantageously reduced jumps in the refractive index at the semiconductor chip / antireflection layer junctions and antireflection layer / chip environment.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich vorteilhafterweise nicht nur zur Beschichtung von Seitenflächen von Trägerelementen einsetzen, sondern auch generell zur Antireflex-Beschichtung von Chipseitenflächen, das heißt auch von Seitenflächen der Mehrschichtstruktur, unabhängig davon, ob durch das Trägerelement Strahlung ausgekoppelt wird oder ob das Trägerelement vor oder nach dem Aufbringen der Antireflexschicht von der Mehrschichtstruktur getrennt wird. Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass all diese Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens unabhängig voneinander jeweils den grundlegenden Gedanken der Erfindung umfassen.The inventive method can be advantageously not only for the coating of side surfaces of support elements use, but son Also generally for the antireflection coating of chip side surfaces, that is also of side surfaces of the multi-layer structure, regardless of whether radiation is coupled out by the carrier element or whether the carrier element before or after the application of the antireflection layer is separated from the multi-layer structure. It should be expressly understood that all of these embodiments of the method according to the invention independently of each other comprise the basic idea of the invention.
Die Erfindung stellt vorteilhafterweise ein Verfahren bereit, mit dem eine Antireflexschicht auf Chipseitenflächen aufgebracht werden kann. Mit der Erfindung ist es vorteilhaferweise möglich, auf einen Halbleiterchip mit speziell angepaßter Geometrie eine Antireflexschicht, insbesondere eine leitfähige, transparente Schicht, wie beispielsweise eine ITO-Schicht, als Antireflexschicht aufzubringen.The The invention advantageously provides a method with which an antireflection layer can be applied to chip side surfaces. With the invention, it is advantageously possible to apply to a semiconductor chip with specially adapted Geometry an antireflection layer, in particular a conductive, transparent Layer, such as an ITO layer, as an antireflection layer.
Weitere
Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen
und Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den folgenden
in Verbindung mit den in
In den verschiedenen Ausführungsbeispielen sind gleiche oder gleichwirkende Bestandteile jeweils gleich bezeichnet und mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Schichtdicken sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Sie sind vielmehr zum besseren Verständnis übertrieben dick und nicht mit den tatsächlichen Dickenverhältnissen zueinander dargestellt.In the various embodiments are the same or equivalent components each referred to the same and provided with the same reference numerals. The illustrated layer thicknesses are not as true to scale to watch. They are rather exaggerated for better understanding and not with the actual Thickness ratios to each other shown.
Beim
ersten Ausführungsbeispiel
wird ein Wafer
Entlang
von Trennungslinien
Beim
zweiten Ausführungsbeispiel
wird auf einen Warfer
Das
Aufwachssubstrat
Die
strahlungserzeugende Halbleiterschichtenfolge
Das
Aufwachssubstrat
Nach
dem Einsägen
des Aufwachssubstrats
Nach
dem Vereinzeln des Wafers
Die
Seitenflächen
Je
nachdem, wie die Halbleiterchips
Die
Antireflexschicht
Bei
dem in
Die
Fixierung der einzelnen Halbleiterchips auf einem weiteren Zwischenträger
Das
Verfahren gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
(
Der
Wafer wird mit der Seite des Aufwachssubstrats
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die konkret beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern erstreckt sich auf sämtliche Verfahren und Vorrichtungen, die die prinzipiellen Merkmale der Erfindung aufweisen. Insbesondere sind strahlungsemittierende Halbleiterchips unterschiedlicher Geometrie und unterschiedlichen Aufbaus herstellbar.The Invention is self-evident not limited to the specific embodiments described, but extends to all Methods and apparatuses which show the principal features of Invention have. In particular, radiation-emitting semiconductor chips different geometry and different structure produced.
Es
sei angemerkt, dass die Erfindung nicht auf die Verwendung eines
Aufwachssubstrats
Weiterhin
ist ein Fixieren des Wafers
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