KR20120062931A - 변환 엘리먼트를 통한 광전자 반도체 컴포넌트의 접촉 및 대응하는 광전자 반도체 컴포넌트 - Google Patents

변환 엘리먼트를 통한 광전자 반도체 컴포넌트의 접촉 및 대응하는 광전자 반도체 컴포넌트 Download PDF

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Abstract

광전자 반도체 컴포넌트는 주 방사를 방출하기 위한 활성측(204) 및 상기 활성측(204) 상에 배치된 접촉 접속부(108)를 갖는 반도체 칩(200, 404)을 포함한다. 발광 변환 엘리먼트(210)는 상기 활성측(204) 상에 장착된다. 결합 엘리먼트(208)는 상기 활성측(204)과 상기 발광 변환 엘리먼트(210) 사이에 제공된다. 본 발명은 광전자 반도체 컴포넌트를 제조하기 위한 방법을 추가로 설명한다.

Description

변환 엘리먼트를 통한 광전자 반도체 컴포넌트의 접촉 및 대응하는 광전자 반도체 컴포넌트{CONTACTING AN OPTOELECTRONIC SEMICONDUCTOR COMPONENT THROUGH A CONVERSION ELEMENT AND CORRESPONDING OPTOELECTRONIC SEMICONDUCTOR COMPONENT}
본 발명은 광전자 반도체 컴포넌트를 제조하기 위한 방법 및 광전자 반도체 컴포넌트에 관한 것이다.
광전자 반도체 컴포넌트의 예는 발광 변환 엘리먼트(luminescence conversion element)를 특징으로 한다. 이러한 컴포넌트는 예를 들어, 공보[1]로부터 알려져 있다. 이는 동작 동안 주(primary) 방사를 방출하는 광전자 반도체 칩, 및 주 방사의 일부분이 상이한 파장의 부(secondary) 방사로 변환되는 발광 변환 엘리먼트를 포함한다. 결과적인 방사는 발광 변환 엘리먼트에 의해 전송되는 주 방사와 발생되는 부 방사의 합성(superimposition)으로부터 유도된다. 특히, 이렇게 하여 백색 광을 방출하는 광 소스들을 제공하는 것이 가능하다.
반도체 컴포넌트들의 제조 동안, 특히, 반도체 칩의 주 방사의 스펙트럼 궤적(spectral locus)이 스펙트럼 범위에 있어서의 특정 제조 가변성에 영향을 받는다는 문제가 있다. 따라서 소망하는 방출 특성들을 갖는 광 소스를 획득하기 위해 각각의 스펙트럼 궤적에 따라 발광 변환 엘리먼트를 선택하고 이를 반도체 칩에 할당하는 것이 바람직하다.
본 발명은 소망하는 스펙트럼 궤적을 갖는 광전자 반도체 컴포넌트 및 대응하는 반도체 컴포넌트 제조에서의 문제점을 해결한다.
이 문제점은 독립 특허 청구항들 제 1 항 및 제 9 항 각각에 따른 광전자 반도체 컴포넌트를 제조하기 위한 방법 및 광전자 반도체 컴포넌트에 의해 해결된다.
광전자 반도체 컴포넌트를 제조하기 위한 방법 및 광전자 반도체 컴포넌트의 전개들 및 유리한 구성들은 종속 특허 청구항들에서 명시된다.
광전자 반도체 컴포넌트를 제조하기 위한 방법의 다양한 실시예들은 아래의 단계들을 포함한다:
- 주 방사를 방출하기 위한 활성측 및 활성측 상에 배열되는 접촉 단자를 포함하는 반도체 칩을 복합 웨이퍼 내에 제공하는 단계;
- 활성측 상으로 결합 엘리먼트를 증착시키는 단계;
- 주 방사의 일부분을 부 방사로 변환하기 위한 발광 변환 엘리먼트를 결합 엘리먼트에 부착하는 단계.
광전자 반도체 컴포넌트의 다양한 실시예들은 주 방사의 방출을 위한 활성측 및 활성측 상에 배열되는 접촉 단자를 갖는 반도체 층들의 시퀀스를 특징으로 한다. 발광 변환 엘리먼트는 활성측 상에 배열되고, 결합 엘리먼트는 활성측과 발광 변환 엘리먼트 사이에 제공된다.
반도체 칩은, 반도체 기판 상의, 반도체 프로세스에서 생산되는 층들의 시퀀스이다. 예컨대, III-V 족 반도체, GaAs 반도체 또는 GaN 반도체와 같은 반도체가 이 경우에 제공된다. 반도체 층들의 시퀀스는 기판 상에 증착된 에피택셜 층들로 이루어질 수 있다. 기판은 예를 들어, SiC, 사파이어, Ge, Si, GaAs, GaN 또는 GaP와 같은 재료들을 포함한다. 에피택셜 층들은, 예컨대 가시적 범위 내의 청색 또는 녹색 방출 스펙트럼을 위한 AlInGaN 또는 가시적 범위 내의 적색 방출 스펙트럼을 위한 AlInGaP와 같은 4원(quaternary) 반도체들을 특징으로 한다. 유사하게, 에피택셜 층은 5원(quinternary) 반도체들을 특징으로 할 수 있다. 이러한 반도체는 예컨대, 적외선 범위 내의 방사의 방출을 위해 이용될 수 있는 AlGaInAsP이다.
분리 이후에, 반도체 칩은 전자 접촉부들을 구비하고, 여기서 리드 프레임 또는 캐리어 상의 증착 및/또는 본딩 와이어들(본딩)의 부착과 같은 프로세스 단계들이 수행될 수 있다. 일단 반도체 칩이 칩 패키지 내에 인스톨되면, 이는 반도체 컴포넌트로 지칭된다.
아래에서, 복합 웨이퍼는 다수의 패키징되지 않은 반도체 칩들을 포함하는 임의의 어레인지먼트이다. 예를 들어, 이는 다수의 개별 반도체 칩들을 포함하는 반도체 웨이퍼(특히, 다이싱되지 않은 반도체 웨이퍼)일 수 있다. 유사하게, 복합 웨이퍼는 캐리어일 수 있고, 상기 캐리어 상으로 다수의 패키징되지 않았지만 이미 분리된 반도체 칩들이 그의 추가의 프로세싱을 허용하기 위해 부착된다. 이는 또한 인공 웨이퍼로서 알려져 있다. 반도체 칩들은 바람직하게, 예컨대 실리콘과 같은 캡슐화 재료를 상기 반도체 칩들 둘레에 부음(pour)으로써 캐리어에 고정된다. 유사하게, 반도체 칩들은, 고정시키는 목적으로 캐리어 내의 시트(seat)들에 인스톨될 수 있다.
결합 엘리먼트는 반도체 칩에 발광 변환 엘리먼트를 결합하기 위해 이용된다. 이는 광전자 반도체 칩의 활성측에 부착된다. 이는 바람직하게, 높은 정도의 광안정성(photostability) 및 열 안정성을 특징으로 한다. 재료는 일반적으로, 광전자 반도체 칩에 의해 방출되는 스펙트럼에 대해 투명하다. 일반적인 결합 매체는 발광 변환 엘리먼트에서 또한 이용되는 재료들, 특히 그에 이용되는 매트릭스 재료들을 포함한다. 결합 엘리먼트를 위해 가능한 재료들은 광구조화가능(photostructurable) 재료들 및/또는 유리, 실리콘, 알루미늄 산화물, 접착제, 스핀-온-실리콘(spin-on-silicon; SoS), 스핀-온-유리(SoG), 벤조사이클로부탄(benzocyclobutane; BCB) 등과 같은 재료들이다. 결합 엘리먼트는 예를 들어 스핀-온 증착에 의해 결합층으로서 증착될 수 있다.
발광 변환 엘리먼트는, 반도체 칩에 의해 방출된 주 방사의 일부분이 상이한 파장의 방사로 변환되는 임의의 디바이스를 의미하는 것으로 이해된다. 이 방사는 부 방사로 지칭된다. 발광 변환 엘리먼트는 반도체 칩과 별개로 제조된다. 이는 예를 들어, 반도체 칩의 활성측 상으로 증착될 수 있는 래미너(lamina)의 형태를 취한다. 결합 엘리먼트는 래미너를 고정시키는 목적으로 이용된다. 발광 변환 엘리먼트는 통상적으로, 방사-투과성(permeable) 매트릭스 재료 및 매트릭스 재료에 포함되는 발광단(luminophore)을 포함한다. 매트릭스 재료는 발광 변환 엘리먼트의 기계적 특성들을 결정한다. 방사-안정적이고 투명한 재료가 매트릭스 재료로서 특히 적합하다. 예를 들어, 실리콘은 가시적 범위(광)에서의 주 방사를 위해 가능한 옵션이다. 매트릭스 재료는 필름-형 가요성 층일 수 있다. 이는 또한 예를 들어, 열가소성 수지(thermoplastic) 또는 듀로플라스틱(duroplastic) 플라스틱일 수 있다. 매트릭스 재료는 캐리어 엘리먼트 또는 자체-지지부(self-supporting)에 의해 지지될 수 있다. 매트릭스 재료의 굴절률은 일반적으로, 발광 변환 엘리먼트가 반도체 칩에 부착된 이후에 원하지 않는 산란 효과들이 발생하지 않도록 선택된다. 이 경우에, 예를 들어, 존재할 수 있는 결합층의 또는 반도체 재료의 굴절률에 대한 고려가 또한 제공된다.
매트릭스 재료 내에 포함되는 발광단은 주 방사의 적어도 일부분을 흡수하고 상이한 파장 범위의 부 방사를 방출한다. 가능한 발광단들은 예를 들어, 희토류들로 도핑된 가넷들과 같은 예컨대, 무기 발광단들을 포함한다. 페릴렌과 같은 유기 발광단들 또는 상이한 발광단들의 혼합들을 이용하는 것이 또한 가능하다. 다수의 가능한 발광단들은 문서[2]로부터 알려져 있으며, 그 개시는 그에 대한 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.
발광 변환 엘리먼트는 평평한 래미너로서 구현될 수 있다. 이는 필름일 수 있다. 발광 변환 엘리먼트의 출구 표면은 평평할 수 있다. 발광 변환 엘리먼트는 또한, 소망하는 광 외부결합(outcoupling)을 달성하기 위해 적합한 출구 표면을 특징으로 할 수 있다. 이를 위해, 발광 변환 엘리먼트는, 예컨대 볼록한 곡선형 출구 표면을 갖는 예컨대, 렌즈의 형태로 구성될 수 있다. 유사하게, 발광 변환 엘리먼트는 평활한 또는 대안적으로 적합하게 거칠어진(roughened) 출구 표면을 특징으로 할 수 있다.
다양한 실시예들은, 발광 변환 엘리먼트가 접촉 단자를 이미 구비하는 반도체 칩 상으로 증착된다는 기본 개념으로부터 유도된다. 발광 변환 엘리먼트의 증착은, 반도체 칩이 (예컨대, 본딩 와이어에 의해) 접촉되고 그리고 패키지 내에 캡슐화되기 이전에 발생한다. 특히, 이는 백색의 패키징되지 않은 반도체 칩들의 판매를 허용한다. 이는 또한 웨이퍼 레벨 패키지(WLP)로서 패키징되는 반도체 칩들의 준비(provision)를 허용한다. WLP의 컨텍스트에서, 접촉 및 패키징과 관련된 가능한한 많은 단계들이 웨이퍼 레벨에서, 즉 분리 이전에 이미 수행된다. 이는 반도체 칩보다 단지 경미하게 더 큰 반도체 컴포넌트를 야기한다.
발광 변환 엘리먼트는 이 경우에, 개별 엘리먼트로서 반도체 칩과 별개로 제조될 수 있다. 이는 후속적으로 반도체 칩의 활성측 상으로 증착되고 결합 엘리먼트에 의해 고정된다. 그러므로, 이미 제공된 접촉 단자들을 이용하여 주 방사의 스펙트럼을 결정하고 그 다음에, 적합하게 선택된 발광 변환 엘리먼트를 반도체 칩의 활성측 상으로 증착시키는 것이 가능하다. 이 경우에, 부 방사의 특정 부분 또는 특정 스펙트럼이 발광 변환 엘리먼트에서 발생되는 방식으로, 발광 변환 엘리먼트의 선택이 이루어질 수 있어서, 전송된 주 방사 및 발생된 부 방사의 합성된(superimposed) 스펙트럼은 소망하는 방출 스펙트럼에 대응하게 된다. 이에 의해, 소망하는 스펙트럼 궤적을 갖는 광전자 반도체 컴포넌트를 제조하는 것이 가능하다.
방법의 실시예에서, 접촉 단자가 노출된다. 상기 노출은 예를 들어, 레이저 삭마(ablation) 또는 포토리소그래픽 프로세스에 의해 실행된다. 접촉 단자의 노출이 후속적으로 발생한다면, 발광 엘리먼트의 간단한 증착이 허용된다. 특히, 방법은, 결합 엘리먼트 및 발광 엘리먼트가 증착될 때 접촉 단자가 커버되지 않은 채로 남겨짐을 보장할 필요가 없도록 수행될 수 있다.
본 발명의 솔루션의 다양한 예시적 실시예들이 도면들을 참조하여 아래에서 매우 상세하게 설명된다. 도면들에서, 참조 부호의 첫 번째 숫자(들)는 참조 부호가 첫 번째로 이용되는 도면을 지시한다. 동일한 참조 부호들은 모든 도면들에서 동일한 또는 동일한 효과를 갖는 특성들 및/또는 엘리먼트들을 위해 이용된다.
도 1은 광전자 반도체 컴포넌트들을 포함하는 복합 웨이퍼의 평면도의 개략적 예시를 도시한다.
도 2a 내지 도 2e는 도 1에 도시되고 도 1의 단면 축 A-A를 따르는 복합 웨이퍼를 통한 단면을 참조하여 광전자 반도체 컴포넌트의 제조에 있어서의 방법 단계들의 개략적 예시를 도시한다.
도 3은 광전자 반도체 컴포넌트의 실시예의 개략적 예시를 도시한다.
도 4a 내지 도 4e는 도 1에 도시되고 도 1의 단면 축 A-A를 따르는 복합 웨이퍼를 통한 단면을 참조하여 광전자 반도체 컴포넌트의 제조에 있어서의 방법 단계들의 개략적 예시를 도시한다.
도 5는 광전자 반도체 컴포넌트를 제조하기 위한 방법의 예시적 실시예의 흐름도를 도시한다.
도 6은 광전자 반도체 컴포넌트의 제조 동안의 방법 단계들의 예시적 실시예의 흐름도를 도시한다.
도 7은 광전자 반도체 컴포넌트의 제조 동안의 방법 단계들의 추가의 예시적 실시예의 흐름도를 도시한다.
도 1은 광전자 반도체 칩들을 포함하는 복합 웨이퍼(100)의 평면도의 개략적 예시를 도시한다. 복합 웨이퍼(100)는 반도체 웨이퍼일 수 있다. 반도체 웨이퍼는 예를 들어, 실리콘과 같은 반도체 재료를 포함한다. 광전자 반도체 컴포넌트의 제조 동안, 예컨대 갈륨 질화물 또는 인듐 질화물과 같은 III-V 족 화합물 반도체들이 실리콘 기판 대신에 통상적으로 이용되고, 상기 III-V 족 화합물 반도체들은 SiC 기판 상에 예컨대, 에피택셜하게(epitaxially) 증착된다. 반도체 웨이퍼의 프로세싱 동안, 방사-방출 활성 구역(zone)을 갖는 반도체 층들의 시퀀스가 생성된다. 이 경우에, 활성 구역은, 예컨대 방사-발생 pn 전이 구역 또는 방사-발생 단일 또는 다중 양자 구조를 특징으로 한다. 반도체 컴포넌트들을 제조하기 위한 방법들 및 매니폴드(manifold) 구조들은 이 기술 분야의 숙련자에게 알려져 있으며, 그러므로 설명을 필요로 하지 않는다. 전기 전압이 활성 구역에 인가될 때 발생되는 방사는 반도체 칩의 활성측을 통해 방출된다. 활성측은 복합 웨이퍼(100)의 평면도에 도시된다.
복합 웨이퍼(100)는 또한 인공 웨이퍼일 수 있다. 인공 웨이퍼는 분리된 반도체 칩들로부터 생성된다. 이를 달성하기 위해, 반도체 칩들은 공유 캐리어 상으로 증착될 수 있고, 그 다음에 예컨대, 캡슐화 재료에 의해 상기 공유 캐리어 상에 고정될 수 있다. 인공 웨이퍼는 또한, 개별 반도체 칩들이 활성측과 함께 위쪽으로(upwards) 인스톨되는, 다수의 리셉터클(receptacle)들을 특징으로 할 수 있다. 인공 웨이퍼 내의 반도체 칩들은 추가의 프로세싱을 위해 이용가능하다.
복합 웨이퍼(100)는 제 1 반도체 칩(102) 및 제 2 반도체 칩(104)을 포함하는 칩 매트릭스를 포함한다. 활성측들은 반도체 칩들 상에서 보여진다. 각각의 전면측 접촉 패드들은 상기 활성측들 상으로 증착된다. 예시에서, 제 1 반도체 칩(102)은 그러므로 자신의 활성측 상의 전류 분배 단자(106) 및 접촉 단자(108)를 특징으로 한다. 전류 분배 단자(106)는 공급된 전기 전류를 활성측을 통해 활성 구역에 공급하기 위해 이용된다. 전기적 도전 방식으로 전류 분배 단자에 접속되는 접촉 단자(108)는, 예컨대 본딩 와이어 및 리드 프레임을 통해 단자 전극에 접촉하기 위해 이용된다.
그 다음에 발광 변환 엘리먼트는 칩 매트릭스 내에 배열되는 반도체 칩들 상으로 증착된다. 증착은 2개의 예시적 실시예들을 참조하여 아래에서 매우 상세하게 설명된다.
광전자 반도체 컴포넌트를 제조하기 위한 방법의 예시적 실시예들
도 2a 내지 도 2e는 도 1에 도시되고 도 1의 단면 축 A-A를 따르는 복합 웨이퍼를 통한 단면을 참조하여 광전자 반도체 컴포넌트의 제조에 있어서의 방법 단계들의 개략적 예시를 도시한다.
도 2a는 다수의 반도체 칩들을 포함하는 프로세스된 반도체 웨이퍼(200)의 단면을 도시한다. 예시적인 반도체 칩(202) 또는 반도체 래미너가 식별된다(점선으로 표시됨). 이는 활성측(204)을 특징으로 하고, 다이싱 트렌치(dicing trench; 206)에 의해 인접 반도체 칩으로부터 그의 좌측으로 분리된다. 다이싱 트렌치(206)는 2개의 반도체 칩들 사이의 가장자리(marginal) 영역이다. 이에 따라 규정된 간극(clearance)은, 반도체 웨이퍼(200)가 다이싱 업(dice up)될 때 절삭(cut away)되는 스트립의 결과로서 형성된다. 최상부, 즉 반도체 칩(202)의 활성측 또는 광 출구(outlet) 측 상의 접촉 단자(108) 및 전류 분배 단자(106)의 단면들은 유사하게 도시된다. 그러므로 개별 반도체 칩들은 이미 전기적으로 접촉되고 그들의 스펙트럼 특성들이 측정될 수 있다.
반도체 웨이퍼(200) 내의 반도체 칩의 준비에 이어서, 결합층(208) 형태의 결합 엘리먼트는 도 2b에 도시된 바와 같이 반도체 칩의 활성측 상으로 증착된다. 결합층(208)은 반도체 웨이퍼(200)의 표면의 적어도 일부분들을 커버한다. 개별 래미너 또는 드롭들의 형태로 결합층(208)을 각각의 반도체 칩 상으로 증착시키는 것이 유사하게 가능할 것이다.
그 결과로 도 2c에 예시된 바와 같은 아래의 방법 단계에서, 발광 변환 엘리먼트들은 반도체 칩들의 활성측들 상으로 증착된다.
이 경우에, 미리분류된(presorted) 발광 변환 엘리먼트(210)는 반도체 칩(202) 상으로 증착된다. 발광 변환 엘리먼트(210)는, 반도체 칩(202)을 위한 소망하는 스펙트럼 특성, 예컨대 CIE 시스템에 따른 특정 스펙트럼 궤적이 순차적으로 방출되는 방사에 대해 획득되는 방식으로 분류된다. 발광 변환 엘리먼트(210)의 증착에 이어서, 상기 발광 변환 엘리먼트(210)는 반도체 칩(202) 상으로 고정된다. 이를 위해, 결합층은 예를 들어, 경화될 수 있다. 이는 예를 들어, 열 및/또는 방사를 인가함으로써 이루어진다.
도 2d에 예시된 바와 같은 추가의 방법 단계에서, 반도체 칩의 접촉 단자(108)는 노출된다. 도면에서 개략적으로 표시된 바와 같이, 이는 레이저 삭마에 의해 달성될 수 있다. 레이저 삭마는, 펄스화된 레이저 방사를 이에 가함으로써(bombard) 표면으로부터 재료를 제거함을 의하는 것으로 이해된다. 이를 위해, 레이저 소스(212)에 대한 준비가 이루어지고, 상기 레이저 소스(212)로부터 펄스화된 레이저 방사가, 접촉 단자(108)를 커버하는 발광 변환 엘리먼트(210)의 영역 상으로 지향된다. 이 경우에, 가능한 레이저 소스들은 이산화탄소 레이저 또는 UV 레이저를 포함한다.
레이저 삭마의 결과로서, 접촉 단자(108) 위의 결합 층(208) 및 발광 변환 엘리먼트(210)의 재료가 기화에 의해 제거된다. 접촉 단자(108) 위의 발광 변환 엘리먼트 재료의 임의의 결과적인 불순물들 또는 잔여물들을 제거하기 위해, 예컨대, 고압 물 세척 및/또는 O2-CF4 세척 플라즈마를 포함하는 세척 방법들이 이용될 수 있다.
접촉 단자를 노출시키기 위한 다른 옵션들이 또한 가능하다. 예를 들어, 발광 변환 엘리먼트(210)의 매트릭스 재료 및 결합층(208)은 광구조화가능 재료들로 이루어질 수 있다. 이 방식으로, 포토리소그래픽 프로세스에 의해 접촉 단자(108)를 노출시키는 것이 가능하다.
접촉 단자(108)의 노출에 이어서, 반도체 컴포넌트(200)는 도 2e에 예시되는 방법 단계에서 분리된다. 이를 위해, 반도체 웨이퍼(200)는 다이싱 트렌치에서 다이싱 라인들(214)을 따라 완전히 절단(saw through)된다. 다른 분리 방법들, 예컨대 레이저 분리가 또한 가능하다. 분리는 분리된 광전자 반도체 칩(216)을 야기한다. 분리된 반도체 칩(216)은 접속가능 접촉 단자(108)를 갖고, 그러므로 예컨대, 패키지 내의 인스톨 이전에 방출되는 스펙트럼의 색 온도에 대해 테스트될 수 있다. 분리된 반도체 칩은 다중-LED 모듈로서 공유 패키지 내의 다른 반도체 칩과 함께 인스톨될 수 있다.
도 3은 광전자 반도체 컴포넌트의 실시예의 개략적 예시를 도시한다. 이 경우에, 분리된 반도체 칩(216)은 캐리어(300) 상으로 증착된다. 분리된 반도체 칩(216)은 발광 변환 엘리먼트(210)에 의해 커버된다. 발광 변환 엘리먼트(210)는 분리된 반도체 칩(216)의 활성측에 결합층(208)에 의해 고정된다. 분리된 반도체 칩(216)의 접촉 단자(108)는 노출된다. 접촉 단자(108)는 본딩 와이어(302)를 통해 캐리어(300)에 접속된다. 리플렉터(304)는 캐리어(300) 상에 장착되고 분리된 반도체 칩(216)을 둘러싼다. 리플렉터(304) 내의 리세스는, 분리된 반도체 칩(216) 및 본딩 와이어(302)를 둘러싸는 캡슐화 재료(306)를 포함한다.
선택된 패키지에 따라, 캐리어(300)는 리드 프레임 또는 기판일 수 있다. 이는 예를 들어, 광전자 반도체 컴포넌트의 기계적 안정화 및/또는 외부 전기 접촉부들에 대한 분리된 반도체 칩(216)의 전기 접속을 허용한다.
리플렉터(304)는 분리된 반도체 칩(216)에 의해 방출되는 방사를 외부결합(outcouple)하도록 기능한다. 이는 평활한 내부 표면들을 특징으로 할 수 있다. 내부 표면들은 또한, 예컨대 광전자 반도체 컴포넌트의 보다 양호한 방출 성능을 획득하기 위해 구조화될 수 있다. 측 내부 표면들은 리플렉터(304) 내에서 수직으로 형성될 수 있다. 측 내부 표면들은 또한, 예컨대 리세스가 개구의 방향으로 넓어지게(widen) 형성되는 경사면(slope)의 형태를 취할 수 있다. 이들 경사지는 형태들은 일반적으로, 캐리어(300)에 대한 직각으로부터 4° 초과의 각만큼 벗어난다. 유사하게 이는, 광전자 반도체 컴포넌트의 방출 성능을 개선한다.
캡슐화 재료(306)는 통상적으로 투명한 재료이다. 캡슐화 재료(306)는, 예컨대 투명한 재료일 수 있고, 이의 특성들은 UV 또는 광에 의해 개시되는 양이온 경화를 포함한다. 예를 들어, 실리콘 또는 에폭시 수지는 캡슐화 재료(306)를 위해 이용될 수 있다. PMMA와 같은 아크릴 수지들 또는 실리콘 수지들이 또한 이용될 수 있다. 캡슐화 재료(306)는, 광학 엘리먼트들에서 발생되는 방사의 확산 방사 외부결합을 허용하기 위해 확산체 재료를 포함할 수 있다. 이를 위해, 캡슐화 재료(306)는 캡슐화 재료(306) 내에 분포되는 확산체 입자들을 포함할 수 있다. 이들은 자신들을 히트(hit)하는 (광과 같은) 임의의 방사를 (확산 방식으로) 산란시키도록 기능한다. 캡슐화 재료(306)는 유사하게, 요구되는 바와 같은 광전자 반도체 컴포넌트의 광학 특성들에 영향을 미치기 위해 흡수체 재료들을 포함할 수 있다.
도 4a 내지 도 4e는 도 1에 도시되고 도 1의 단면 축 A-A를 따르는 복합 웨이퍼를 통한 단면을 참조하여 광전자 반도체 컴포넌트의 제조에 있어서의 방법 단계들의 개략적 예시를 도시한다. 달리 표시되지 않는 한, 예시되지 않은 이들 방법 단계들은 도 2a 내지 도 2e에 따른 예시적 실시예의 대응하는 방법 단계들에 의해 추가될 수 있거나 또는 대체될 수 있다.
프로세스된 반도체 웨이퍼는 먼저 도 2a에서 예시된 바와 같이 제공된다. 도 4a 내지 도 4e에 따른 예시적 실시예는, 프로세스된 반도체 웨이퍼가 이 방법 단계에서 이미 분리되었다는 점에서 도 2a 내지 도 2e에 따른 예시적 실시예와 상이하다. 그러므로 분리된 반도체 칩들이 이용가능하다. 각각의 반도체 컴포넌트에 의해 방출된 방사에 할당되는 스펙트럼 궤적은 각각의 반도체 칩에 대해 결정된다. 반도체 칩들은 스펙트럼 궤적에 따라 분류될 수 있다. 반도체 칩들은 또한, 예컨대 주 방사의 스펙트럼의 피크 파장과 같은 다른 기준에 따라 분류될 수 있다.
도 4a는 인공 웨이퍼(400)를 도시한다. 인공 웨이퍼(400)는 프로세스되고 분리된 반도체 칩(404)이 인스톨되는 리셉터클(402)을 특징으로 한다. 그러므로 인공 웨이퍼(400)는 인스톨된 반도체 칩들의 추가의 프로세싱을 위해 이용가능하다. 인공 웨이퍼는 반도체 칩들의 분류된 선택을 포함한다.
대안적으로, 인공 웨이퍼(400)는 단지 분리된 반도체 칩(404)이 배열되는 위치들을 특징으로 한다. 그 다음에, 이와 같이 배열된 반도체 칩들은 캡슐화 재료에 의해 고정된다. 위치들은 예를 들어, 소형 리셉터클들(402)에 의해 식별될 수 있다.
인공 웨이퍼(400)는 도 2b 내지 도 2d에 예시된 방법 단계들과 동일한 방식으로 추가로 프로세싱될 수 있다. 유사하게, 도 4b 내지 도 4d와 관련하여 아래에 예시되는 방법 단계들은 대응적으로 도 2a 내지 도 2e와 관련된 방법에 전달될 수 있다.
도 4b에 예시되는 방법 단계에서, 솔더 글로뷸(solder globule; 402)(범프)은 접촉 단자(108) 상으로 증착된다. 이는 예를 들어 주석 합금과 같은 합금 또는 금과 같은 금속으로 이루어질 수 있다. 이는 후속 전기 접촉들을 간략화시킨다. 그 다음에 결합층(208)이 도 4c에서 예시된 바와 같은 방법 단계에서 증착된다. 결합층(208)은 이 경우에, 얇게(thinly) 적용되어, 솔더 글로뷸들(402)이 이로부터 돌출된다. 결합층(208)은 또한, 개별 래미너 또는 드롭들의 형태로 반도체 칩(404) 상으로 증착될 수 있다. 따라서, 솔더 글로뷸(402)은 커버되지 않거나 또는 결합층(208)에 의해 단지 경미하게 커버된다. 결합층(208)의 부착 이후에 솔더 글로뷸(402)이 이와 같이 형성되는 컴포넌트 표면으로부터 단지 경미하게 두드러짐(stand out)을 보장하기 위해, 솔더 글로뷸(402)은 후속 프로세스 단계에서 적합한 두께로 작아지게 연마(grind down)될 수 있다.
결합층(208)의 증착에 이어서, 스펙트럼 궤적에 대응하는 발광 변환 엘리먼트(210)가 반도체 칩(404) 상으로 증착된다. 도 2c에 따른 방법 단계와 유사한 방식으로, 발광 변환 엘리먼트(210)는 결합층(208)에 의해 반도체 칩(404)에 고착(fasten)된다. 이 동작은 도 4c에 개략적으로 예시된다. 이 경우에, 발광 변환 엘리먼트(210)는 바람직하게, 발광 변환 엘리먼트(210)가 증착될 때 노출된 솔더 글로뷸(402)을 벗어나는 개구를 특징으로 한다.
분리된 반도체 칩(404)은 다음으로 인공 웨이퍼(400)의 리세스(402)로부터 제거되고 추가로 처리될 수 있다. 이 방법 단계는 도 4e에서 개략적으로 예시된다. 패키지 내에서의 전기 접촉 및 인스톨레이션 이후에, 반도체 칩(404)은, 예컨대 도 3에 예시된 바와 같은 광전자 반도체 컴포넌트의 일부분이다.
도 5는 광전자 반도체 컴포넌트를 제조하기 위한 방법의 예시적 실시예의 흐름도를 도시한다.
제 1 단계(500)에서, 주 방사를 방출하기 위한 활성측 및 상기 활성측 상에 배열되는 접촉 단자를 갖는 반도체 칩이 제공된다. 반도체 칩은 프로세스된 반도체 웨이퍼의 일부분일 수 있다. 유사하게, 이미 분리된 반도체 칩이 인공 웨이퍼에 인스톨되거나 또는 개별적으로 프로세스되는 것이 가능하다.
제 2 단계(502)에서, 결합 엘리먼트는 활성측 상에 증착된다. 이는 예를 들어, 결합층의 증착에 의해 이루어질 수 있다. 유사하게, 발광 변환 엘리먼트를 결합시키기 위한 다른 수단을 제공하는 것이 가능하다.
제 3 단계(504)에서, 주 방사의 일부분을 부 방사로 변환하기 위한 발광 변환 엘리먼트가 부착된다. 이 경우에 발광 변환 엘리먼트는 반도체 칩의 활성측 상에 배열된다. 상기 발광 변환 엘리먼트는 결합 엘리먼트에 의해 상기 반도체 칩의 활성측에 고정된다.
마지막으로, 단계(506)에서 접촉 단자가 노출된다. 안정화를 위해 발광 엘리먼트 및/또는 결합 엘리먼트가 경화되거나 또는 템퍼링(temper)되는 후(post)-처리 방법 단계가 노출 이전에 또는 노출 이후에 또한 발생할 수 있다.
이 제조 방법은 전기 전압이 인가될 때 주 방사 범위 및 부 방사 범위 양자 모두에서 방사를 방출하는 반도체 컴포넌트를 야기한다. 방출되는 완전한 스펙트럼을 검사하기 위해 추가의, 선택적 단계가 이용될 수 있다. 더욱이, 반도체 컴포넌트가 패키지 없이 제공되고, 그러므로 가장 넓은 가능한 범위의 애플리케이션들을 이용가능하다.
도 6은 광전자 반도체 컴포넌트의 제조 동안의 방법 단계들의 예시적 실시예의 흐름도를 도시한다.
이 경우에, 반도체 웨이퍼를 함께 형성하는 광전자 반도체 칩들의 각각의 스펙트럼 궤적을 결정하기 위한 제 1 방법 단계(600)가 제공된다. 일단 스펙트럼 궤적들이 결정되면, 반도체 칩들의 스펙트럼 궤적들을 포함하는 웨이퍼 맵이, 반도체 웨이퍼 내의 연관된 반도체 칩의 위치와 함께 이 정보에 기초하여 제 2 방법 단계(602)에서 생성될 수 있다. 웨이퍼 맵은, 예를 들어 결정된 데이터 및 상기 데이터 사이의 관계들을 포함하는 리스트로서 관리될 수 있다.
웨이퍼 맵을 이용하여, 반도체 컴포넌트의 소망하는 방사 특성을 획득하기 위해 반도체 칩들 각각에, 대응하는 발광 변환 엘리먼트를 할당하는 것이 가능하다. 반도체 칩에의 발광 변환 엘리먼트의 할당은 제 3 방법 단계(604)에서 발생한다. 그 다음에 방법 단계(606)에서, 연관된 발광 변환 엘리먼트는 대응하는 반도체 칩 상으로 증착된다.
도 7은 광전자 반도체 컴포넌트의 제조 동안의 방법 단계들의 추가의 예시적 실시예의 흐름도를 도시한다.
제 1 방법 단계(700)에서, 반도체 칩들은 분리된다. 분리 이전에 또는 분리 이후에, 주 방사의 스펙트럼 궤적들이 각각의 반도체 칩에 대해 결정된다. 다른 물리적 특성들, 예컨대 주 방사의 피크 파장이 또한 결정될 수 있다. 그 다음에 제 2 방법 단계(702)에서, 분리된 반도체 칩들은 물리적 특성들에 따라 분류된다. 예를 들어, 특정 허용한계들 이내의 유사한 물리적 특성들, 예컨대 주 방사의 유사한 스펙트럼 궤적을 갖는 반도체 칩들의 그룹은 각각의 경우에 결합될 수 있다.
제 3 방법 단계(704)에서, 분류된 반도체 칩들은 인공 웨이퍼 내에 배열된다. 인공 웨이퍼 내의 결합된 그룹으로부터의 반도체 칩들을 배열하기 위한 준비가 바람직하게 이루어지고, 이에 의해 반도체 칩들 내의 변형들을 고려하지 않고도 공유된 추가의 프로세싱을 허용한다.
제 4 방법 단계(706)에서, 발광 변환 엘리먼트들은 특정 스펙트럼 궤적에, 즉 특정 그룹의 반도체 칩들에 할당되고, 제 5 방법 단계(708)에서 상기 반도체 칩들 상으로 증착된다.
발광 변환 엘리먼트는 다수의 반도체 칩들에 걸쳐 연장되는 크기일 수 있다. 이는 특히, 반도체 웨이퍼 또는 복합 웨이퍼가, 스펙트럼 궤적들이 미리규정된 허용한계 이내에 놓이는 반도체 칩들의 도메인들을 갖는 경우에 바람직하다. 발광 변환 엘리먼트는, 그에 따라 도메인에 할당되고 도메인의 반도체 칩들 상에 증착될 수 있다. 이 변형은, 반도체 칩들이 그들의 스펙트럼 궤적에 따라 분류되고 배열되는 인공 웨이퍼의 경우에서 특히 바람직하다. 단일 발광 변환 엘리먼트는 초기에, 다수의 반도체 칩들을 커버하고, 결합 재료에 의해 상기 다수의 반도체 칩들에 고정된다. 다음 단계에서, 발광 변환 엘리먼트는, 예컨대 레이저 분리에 의해 각각의 반도체 칩에 대해 크기맞춰지도록(size) 커팅된다. 이는 예를 들어 반도체 칩의 분리와 함께 방법 단계에서 이루어질 수 있다. 다른 실시예에서, 이는 반도체 칩의 분리 이전에 이루어진다.
본 명세서에 설명된 방법과 관련하여, 도 6에 따른 방법 단계들은 도 2a 내지 도 2e에서 설명된 바와 같은 방법의 실시예와 함께 실행될 수 있고, 도 7에 따른 방법 단계들은 도 4a 내지 도 4e에서 설명된 바와 같은 방법의 실시예와 함께 실시될 수 있다. 그러나, 이전의 방법 단계들이 이를 허용한다면, 소망하는 바에 따라 모든 방법 단계들을 결합하는 것 또한 가능하다. 예를 들어, 도 6에서 설명된 방법은 도 4b 내지 도 4d를 참조하여 설명된 바와 같은 솔더 글로뷸들의 부착과 함께 실행될 수 있다.
결론적 서술
광전자 반도체 컴포넌트 및 광전자 반도체 컴포넌트를 제조하기 위한 방법은 본 발명의 기본 개념을 예시하기 위해 특정 예시적 실시예들을 참조하여 설명된다. 이 경우에 예시적인 실시예들은 특징들의 특정 조합들로 제한되지 않는다. 특정 특징들 및 구성들이 단지 특정 예시적인 실시예 또는 개별적인 예시적 실시예들과 함께 설명되었지만, 이들은 각각의 경우에 다른 예시적 실시예들로부터의 다른 특징들과 조합될 수 있다. 유사하게, 일반적인 기술 교시가 그래도 실현된다면, 개별적으로 예시된 특징들 또는 특정 구성들은 예시적인 실시예들로부터 생략되거나 예시적인 실시예들에 부가될 수 있다.
광전자 반도체 컴포넌트를 제조하기 위한 방법의 단계들이 특정 시퀀스로 설명되었지만, 본 명세서에 설명된 방법들 각각이 임의의 다른 적합한 시퀀스로 수행될 수 있다는 것이 이해될 것이며, 여기서, 설명된 기술교시의 기본 개념이 준수된다면, 방법 단계들은 또한 생략되거나 부가될 수 있다.
참조문헌들
아래의 공보들이 본 명세서에서 인용된다.
[1] WO 97/50132, 및
[2] WO 98/12757 A1.
100 : 복합 웨이퍼
102 : 제 1 반도체 칩
104 : 제 2 반도체 칩
106 : 전류 분배 단자
108 : 접촉 단자
200 : 반도체 웨이퍼
202 : 반도체 칩
204 : 활성측
206 : 다이싱 트렌치
208 : 결합층
210 : 발광 변환 엘리먼트
212 : 레이저 빔 소스
214 : 다이싱 라인
216 : 분리된 반도체 칩
300 : 리드 프레임
302 : 본딩 와이어
304 : 리플렉터
306 : 캡슐화 재료
400 : 인공 웨이퍼
402 : 리셉터클
404 : 개별 반도체 칩

Claims (12)

  1. 광전자 반도체 컴포넌트를 제조하기 위한 방법으로서,
    주 방사를 방출하기 위한 활성측(204) 및 상기 활성측(204) 상에 배열되는 접촉 단자(108)를 포함하는 반도체 칩(202, 404)을 복합 웨이퍼 내에 제공하는 단계;
    상기 활성측(204) 상에 결합 엘리먼트(208)를 증착시키는 단계;
    상기 주 방사의 일부분을 부 방사로 변환하기 위한 발광 변환 엘리먼트(210)를 상기 결합 엘리먼트(208)에 부착하는 단계
    를 포함하는,
    광전자 반도체 컴포넌트를 제조하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복합 웨이퍼는 프로세스된 반도체 웨이퍼(200)인,
    광전자 반도체 컴포넌트를 제조하기 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복합 웨이퍼는 인공 웨이퍼(400)인,
    광전자 반도체 컴포넌트를 제조하기 위한 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 변환 엘리먼트(210)는 상기 반도체 칩(202, 404)의 스펙트럼 궤적(spectral locus)에 따라 선택되는,
    광전자 반도체 컴포넌트를 제조하기 위한 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결합 엘리먼트(208)는:
    유리,
    실리콘,
    알루미늄 산화물, 또는
    접착제 중 적어도 하나를 포함하는,
    광전자 반도체 컴포넌트를 제조하기 위한 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접촉 단자(108)를 노출시키는 단계를 포함하는,
    광전자 반도체 컴포넌트를 제조하기 위한 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 접촉 단자(108)의 노출은 레이저 삭마(ablation)에 의해 실행되는,
    광전자 반도체 컴포넌트를 제조하기 위한 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 접촉 단자(108)의 노출은 포토리소그래픽 프로세스에 의해 실행되는,
    광전자 반도체 컴포넌트를 제조하기 위한 방법.
  9. 광전자 반도체 컴포넌트로서,
    주 방사의 방출을 위한 활성측(204) 및 상기 활성측(204) 상에 배열되는 접촉 단자(108)를 갖는 반도체 층들(202, 404)의 시퀀스;
    상기 활성측(204)에 부착되는 발광 변환 엘리먼트(210); 및
    활성측(204)과 발광 변환 엘리먼트(210) 사이에 제공되는 결합 엘리먼트(208)
    를 포함하는,
    광전자 반도체 컴포넌트.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 접촉 단자(108)는 노출되는,
    광전자 반도체 컴포넌트.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 접촉 단자(108)에 부착되는 전자 접촉 수단(300, 302)을 포함하는,
    광전자 반도체 컴포넌트.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 층들(202, 404)의 시퀀스 및 상기 발광 변환 엘리먼트(210)를 둘러싸는 패키지를 포함하는,
    광전자 반도체 컴포넌트.
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