WO2012123410A1 - Verfahren zur herstellung zumindest eines optoelektronischen halbleiterchips - Google Patents

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WO2012123410A1
WO2012123410A1 PCT/EP2012/054270 EP2012054270W WO2012123410A1 WO 2012123410 A1 WO2012123410 A1 WO 2012123410A1 EP 2012054270 W EP2012054270 W EP 2012054270W WO 2012123410 A1 WO2012123410 A1 WO 2012123410A1
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carrier
protective material
optoelectronic
optoelectronic structure
growth
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Siegfried Herrmann
Stefan Illek
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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    • H10H20/841—Reflective coatings, e.g. dielectric Bragg reflectors

Definitions

  • a method for producing at least one optoelectronic semiconductor chip is specified.
  • WO 02/33760 A1 describes a method for producing so-called thin-film light-emitting diode chips, in which a growth substrate is separated from optoelectronic structures present in the wafer composite.
  • Optoelectronic structures are fastened together with their substrate facing away from the growth substrate on a support before detaching the growth substrate.
  • An object to be solved is to provide a method for producing at least one optoelectronic
  • the method comprises a method step in which at least one optoelectronic structure is provided.
  • Optoelectronic structure comprises in particular a
  • the optoelectronic structure comprises at least one active
  • Optoelectronic semiconductor chip can then for example, a light-emitting diode chip, a
  • the growth support is the subregion of a growth substrate which, together with the
  • the optoelectronic structures are elements which have already been separated from the growth wafer and in which the growth carrier still has the semiconductor layer sequence
  • a carrier is provided in a further method step.
  • the carrier is the later mechanically supporting element of the optoelectronic semiconductor chip.
  • the carrier may be a
  • Terminal carrier act on which the optoelectronic
  • the carrier then comprises, for example, a base body of an electrically insulating material, such as undoped silicon or a ceramic material such as aluminum nitride or aluminum oxide, on and / or in the conductor tracks and / or contact points for electrically contacting and connecting
  • an electrically insulating material such as undoped silicon or a ceramic material such as aluminum nitride or aluminum oxide
  • the at least one Optoelectronic structure on the carrier with their the
  • Optoelectronic structure can be mechanically fixed and electrically connected to the carrier.
  • Optoelectronic structures is applied to the carrier. However, it is also possible for a plurality of carriers to be provided, with one or more optoelectronic structures being applied to each carrier. If a plurality of optoelectronic structures is applied to a carrier, then it is in a subsequent one
  • Applying the at least one optoelectronic structure to the carrier takes place, for example, by soldering the optoelectronic structure.
  • the protective material being the carrier
  • the protective material can be applied in a layer of uniform thickness.
  • the thickness of the layer is preferably at least 0.5 ⁇ and / or at most 2 ⁇ .
  • the protective material is, for example, permeable to electromagnetic radiation, in particular transparent and / or electrically insulating.
  • the protective material may be by evaporation, sputtering, a CVD method, an ALD (Atomic Layer Deposition) method or be applied by spin coatings.
  • the protective material is located at the locations where it covers the optoelectronic structure, preferably in direct contact with the outer surface of the
  • the protective material is
  • the growth carrier is at least one of the semiconductor layer sequence
  • Growth carrier is from the semiconductor layer sequence
  • Growth carrier for example, completely from the
  • the protective material Since the outer surface of the growth carrier is covered at least in places by the protective material, the protective material is also partially removed during detachment of the growth carrier. However, the protective material remains, at least temporarily, on the side surfaces of the semiconductor layer sequence and covers it even after the detachment of the growth carrier.
  • the method comprises the following steps: - Providing at least one optoelectronic structure, comprising a growth carrier and a
  • the method described here is based inter alia on the finding that the application of a
  • Semiconductor layer sequence can protect the semiconductor layer sequence during a detachment of the growth carrier from damage. In this way, the yield of optoelectronic semiconductor chips can be increased.
  • Semiconductor layer sequence can also include other components of the optoelectronic structure, such as any existing mirror layers and / or contact layers through the
  • the protective material completely covers the outer surface of the at least one optoelectronic structure not covered by the carrier and that of the at least one optoelectronic structure Structure facing top surface of the carrier at least
  • the protective material is over the entire, not covered by the carrier outer surface of the
  • Wax carrier and the carrier facing away from the outer surface of the growth carrier are completely covered by the protective material.
  • the protective material is in particular on the
  • Optoelectronic structure after coating is completely encapsulated with the protective material and the carrier.
  • the protective material preferably encloses the optoelectronic structure in a form-fitting manner.
  • the protective material protects, for example, against ingress of liquid, in particular into areas between the carrier and the optoelectronic structure. It is also possible that the entire surface of the carrier facing the optoelectronic structures, at locations where there is no optoelectronic structure, completely from
  • the remaining protective material is removed after detachment of the
  • the protective material is then not one
  • a protective material in the later optoelectronic semiconductor chip no further functions.
  • a protective material can be chosen which is optimized for its effect of protection during detachment. For example, it is then possible that the protective material
  • radiopaque is formed, since it has to fulfill any optical tasks in the course.
  • the outer surface of the protective material facing away from the at least one optoelectronic structure is removed before detachment of the protective material
  • coated reflective material It is possible that the entire outer surface is coated with the reflective material.
  • the reflective material becomes
  • the reflective material may be, for example, a metal layer or a metal layer sequence.
  • the reflective material is electrically insulating material. For example, a
  • the outer surface may then be the viewer after the application of the reflective material
  • the reflective material is particularly for the reflection of electromagnetic radiation, as in the active area the optoelectronic semiconductor chip produced or
  • the reflective material completely covers the exposed outer surface of the protective material. In this case, the reflective material during the detachment of the carrier another
  • the detachment of the growth carrier takes place using a
  • the protective material is not vulnerable to the etchant or is not attacked by the etchant during the etching process. That is, the protective material can
  • the protective material is with a
  • Publication WO 2010/054628 is described.
  • the publication WO 2010/054628 is expressly characterized in particular with regard to the organic polymer described therein
  • a particularly suitable protective material can be a
  • Paryelens include or consist of a paryelene.
  • such a protective material can also be used in the
  • the electromagnetic radiation to be generated or detected in the active region, it is permeable, in particular transparent, to be formed.
  • the method described here is suitable for the use of an etchant for detaching the growth support, in particular when a material is used as the growth substrate, which is replaced by release techniques such as
  • the method is particularly suitable for a growth carrier comprising or consisting of silicon
  • the protective material prevents the chemicals used to detach the growth carrier
  • Components of the optoelectronic structure can attack.
  • the growth carrier comprises silicon and the semiconductor layer sequence is based on an I I I-V compound semiconductor material, in particular on a nitride compound semiconductor material such as GaN.
  • the at least one optoelectronic structure has n-sided and p-side contact points on its side facing the carrier, the contact points being electrically conductively connected to the carrier when the at least one optoelectronic structure is applied , That is, on the outer surface facing away from the carrier
  • electromagnetic radiation can occur at power distribution structures of the optoelectronic semiconductor chip.
  • electrical connection points of the semiconductor chip may be remote from the optoelectronic structure
  • the growth carrier does not have to be singulated through the active area.
  • FIGS. 2A and 2B show, in schematic illustrations, an exemplary embodiment of an optoelectronic semiconductor chip produced by means of the method described here.
  • a method step of a method described here is explained in more detail in connection with FIG. 1A, in which a semiconductor layer sequence 20 is epitaxially deposited onto a growth substrate 10.
  • the growth substrate 10 is, for example, a silicon wafer and contains or consists of silicon.
  • the semiconductor layer sequence 20 is based
  • the semiconductor layer sequence 20 comprises a p-type layer 21, an n-type layer 22 and an active area 22, which is arranged between the p-side 21 and the n-side 22.
  • FIG. 1B the semiconductor layer sequence is divided into individual parts
  • Optoelectronic structures 2 which may be assigned later, for example, individual semiconductor chips. Here are next to the separation trenches 6 between each
  • optoelectronic structures 2 also prepared vias 9, which the p-side 21 and the active region 23 penetrate each optoelectronic structure and reach to the n-side 22.
  • passivation layers 25 are applied. These may contain, for example, silicon dioxide and / or silicon nitride or one of these
  • n-side contact points 28 are applied to the individual structures 2.
  • the n-side contact points 28 extend, for example, through the plated-through holes 9 from the side of the semiconductor layer sequence facing away from the growth substrate 10 into the n-side 22.
  • the n-side contact point 28 may have the p-side contact point 27 surrounded by the ring-shaped
  • Passivation layer 25 is separated from the n-side pad 28.
  • the composite thus prepared is applied with its the growth substrate 10 side facing away on a subcarrier, for. B. glued.
  • the subcarrier may be formed, for example, with a film.
  • the growth substrate 10 may be thinned; This can be done for example by grinding and / or etching.
  • the growth substrate 10 is severed along the separation trenches 6, so that individual optoelectronic structures 2 arise, each one
  • Optoelectronic structure 2 comprises a growth support 1, which emerges from the previous growth substrate comprises. Im in connection with the figure 1F described
  • the individual optoelectronic structures 2 are applied to a support 4.
  • the carrier 4 comprises p-contacts 41 and n-contacts 42 which each extend from a side facing away from the optoelectronic structures 2 through a base body of the carrier 4 to the
  • p-side contact points 27 and n-side contact points 28 of the optoelectronic structures 2 extend.
  • the optoelectronic structures are connected to the carrier 4 by means of a soldering process.
  • a gold-tin solder material in a thickness of at least 1.5 ⁇ and at most 4.5 ⁇ , for example, 3 ⁇ , find use.
  • the protective material envelops the
  • the protective material 5 is coated with a polymer, e.g. As a transparent polymer formed.
  • the layer thickness is for example between 0.5 ⁇ and 2 ⁇ .
  • the protective material may consist of paryelens or contain paryelens.
  • a layer of a reflective material 7 is optionally applied to the exposed outer surface of the protective material 5.
  • this is a reflective one Metal coating, the z. B. aluminum and / or silver may contain.
  • the application of this layer is optional, especially if the layer of protective material 5 is to be removed later.
  • each growth carrier 1 is removed from each optoelectronic structure 2. This is done for example by a combination of grinding and etching. During this process, the layer of protective material 5 and optionally the reflective material 7 protects the optoelectronic structures 2 from damage.
  • Embodiment remains the protective material 5 in
  • the protective material 5 covers the side surfaces of the semiconductor layer sequence 20 as far as the carrier 4
  • the protective material 5 protects
  • a mirror layer 24 which is formed in this case multilayer, during the detachment of the
  • Mirror layer 24 may include, for example, silver.
  • the reflective material 7 is applied, which in the operation of the optoelectronic semiconductor chip, for example, in the active region 23 generated electromagnetic radiation to the carrier 4 facing away from the outer surface of the n-side 22 of
  • Semiconductor layer sequence 20 can reflect. Present is the outer surface roughened by KOH etching, which is the
  • a passivation layer 8 is applied, which may be formed for example with silicon dioxide.
  • FIG. 2B shows a schematic perspective illustration of this optoelectronic semiconductor chip, which is, for example, a surface-mountable semiconductor chip

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Abstract

Es wird ein zur Herstellung zumindest eines optoelektronischen Halbleiterchips mit den folgenden Schritten angegeben: Bereitstellen zumindest einer optoelektronischen Struktur (2) umfassend einen Aufwachsträger (1) und eine Halbleiterschichtenfolge (20) mit einem aktiven Bereich (23), die auf dem Aufwachsträger (1) epitaktisch abgeschieden ist, Bereitstellen eines Trägers (4), Aufbringen der zumindest einen optoelektronischen Struktur (2) auf den Träger (4) mit ihrer dem Aufwachsträger (1) abgewandten Seite, Beschichten der zumindest einen optoelektronischen Struktur (2) mit einem Schutzmaterial (5), wobei das Schutzmaterial (5) die dem Träger (4) abgewandte Außenfläche des Aufwachsträgers (1) sowie Seitenflächen des Aufwachsträgers (1) und der Halbleiterschichtenfolge (20) bedeckt, Ablösen des Aufwachsträger (1) von der Halbleiterschichtenfolge (20) der zumindest einen optoelektronischen Struktur (2).

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung zumindest eines optoelektronischen Halbleiterchips
Es wird ein Verfahren zur Herstellung zumindest eines optoelektronischen Halbleiterchips angegeben.
Die Druckschrift WO 02/33760 AI beschreibt ein Verfahren zur Herstellung so genannter Dünnfilm-Leuchtdiodenchips, bei denen ein Aufwachssubstrat von im Waferverbund vorliegenden optoelektronischen Strukturen abgetrennt wird. Die
optoelektronischen Strukturen werden vor dem Ablösen des Aufwachssubstrats mit ihrer dem Aufwachssubstrat abgewandten Seite gemeinsam an einem Träger befestigt.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung zumindest eines optoelektronischen
Halbleiterchips anzugeben, bei dem die Gefahr der
Beschädigung von Halbleiterchips während der Herstellung reduziert ist.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Verfahrensschritt, bei dem zumindest eine optoelektronische Struktur bereitgestellt wird. Die
optoelektronische Struktur umfasst insbesondere einen
Aufwachsträger und eine Halbleiterschichtenfolge, die auf den Aufwachsträger epitaktisch abgeschieden ist. Ferner umfasst die optoelektronische Struktur zumindest einen aktiven
Bereich, der im Betrieb des späteren optoelektronischen
Halbleiterchips zur Emission oder Detektion von
elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist. Bei dem
optoelektronischen Halbleiterchip kann es sich dann beispielsweise um einen Leuchtdiodenchip, einen
Laserdiodenchip oder einen Fotodiodenchip handeln .
Bei dem Aufwachsträger handelt es sich um den Teilbereich eines Aufwachssubstrats, der zusammen mit der
Halbleiterschichtenfolge aus einem Waferverbund von
Aufwachssubstrat und epitaktisch abgeschiedener
Halbleiterschichtenfolge herausgetrennt ist. Das heißt, bei den optoelektronischen Strukturen handelt es sich um bereits aus dem Aufwachswafer vereinzelte Elemente, bei denen der Aufwachsträger noch mit der Halbleiterschichtenfolge
verbunden ist. Insbesondere ist es bei dem Verfahren möglich, dass eine Vielzahl solcher optoelektronischer Strukturen bereitgestellt wird.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird in einem weiteren Verfahrensschritt ein Träger bereitgestellt. Bei dem Träger handelt es sich um das später mechanisch tragende Element des optoelektronischen Halbleiterchips.
Beispielsweise kann es sich bei dem Träger um einen
Anschlussträger handeln, an dem die optoelektronischen
Strukturen in einem nachfolgenden Verfahrensschritt
mechanisch befestigt und elektrisch leitend angeschlossen werden können. Der Träger umfasst dann beispielsweise einen Grundkörper aus einem elektrisch isolierenden Material, wie beispielsweise undotiertem Silizium oder einem keramischen Material wie Aluminiumnitrid oder Aluminiumoxid, auf den und/oder in den Leiterbahnen und/oder Kontaktstellen zum elektrischen Kontaktieren und Anschließen von
optoelektronischen Strukturen vorgesehen sind.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird in einem weiteren Verfahrensschritt die zumindest eine optoelektronische Struktur auf den Träger mit ihrer dem
Aufwachsträger abgewandten Seite aufgebracht. Die
optoelektronische Struktur kann dabei mechanisch fest und elektrisch leitend mit dem Träger verbunden werden.
Insbesondere ist es möglich, dass eine Vielzahl
optoelektronischer Strukturen auf dem Träger aufgebracht wird. Es ist jedoch auch möglich, dass eine Vielzahl von Trägern bereitgestellt wird, wobei auf jedem Träger eine oder mehrere optoelektronische Strukturen aufgebracht werden. Wird eine Vielzahl optoelektronischer Strukturen auf einen Träger aufgebracht, so ist es in einem nachfolgenden
Verfahrensschritt möglich, dass der Träger zusammen mit den optoelektronischen Strukturen in einzelne optoelektronische Halbleiterchips zertrennt wird, wobei jeder Trägerteil dann wenigstens eine optoelektronische Struktur trägt. Das
Aufbringen der zumindest einen optoelektronischen Struktur auf den Träger geschieht beispielsweise durch Auflöten der optoelektronischen Struktur.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird in einem weiteren Verfahrensschritt die zumindest eine
optoelektronische Struktur mit einem Schutzmaterial
beschichtet, wobei das Schutzmaterial die dem Träger
abgewandte Außenfläche des Aufwachsträgers sowie
Seitenflächen des Aufwachsträgers und der
Halbleiterschichtenfolge bedeckt. Das Schutzmaterial kann dabei in einer Schicht gleichmäßiger Dicke aufgebracht werden. Die Dicke der Schicht beträgt vorzugsweise wenigstens 0,5 μπι und/oder höchstens 2 μπι. Das Schutzmaterial ist beispielsweise durchlässig für elektromagnetische Strahlung, insbesondere transparent und/oder elektrisch isolierend ausgebildet. Das Schutzmaterial kann mittels Verdampfens, Sputterns, eines CVD-Verfahrens , eines ALD (Atomic Layer Deposition) -Verfahrens oder mittels Spin-Coatings aufgebracht werden. Das Schutzmaterial befindet sich an den Stellen, an denen es die optoelektronische Struktur bedeckt, vorzugsweise in direktem Kontakt mit der Außenfläche der
optoelektronischen Struktur. Das Schutzmaterial ist
insbesondere im Bereich der Seitenfläche der
Halbleiterschichtenfolge vorhanden, dort, wo beispielsweise der aktive Bereich seitlich freiliegen würde. Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird in einem weiteren Verfahrensschritt der Aufwachsträger von der Halbleiterschichtenfolge der zumindest einen
optoelektronischen Struktur abgelöst. Das heißt, der
Aufwachsträger wird von der Halbleiterschichtenfolge
entfernt, sodass von der optoelektronischen Struktur die
Halbleiterschichtenfolge übrig bleibt und an ihrer dem Träger abgewandten Seite freigelegt wird. Dabei wird der
Aufwachsträger beispielsweise vollständig von der
Halbleiterschichtenfolge entfernt, sodass keine Reste des Aufwachsträgers an der Halbleiterschichtenfolge verbleiben.
Da die Außenfläche des Aufwachsträgers zumindest stellenweise vom Schutzmaterial bedeckt ist, wird auch das Schutzmaterial teilweise beim Ablösen des Aufwachsträgers mit abgetragen. Das Schutzmaterial verbleibt jedoch, zumindest vorübergehend, an den Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge und bedeckt diese auch nach dem Ablösen des Aufwachsträgers.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung zumindest eines optoelektronischen
Halbleiterchips umfasst das Verfahren die folgenden Schritte: - Bereitstellen zumindest einer optoelektronischen Struktur, umfassend eine Aufwachsträger und eine
Halbleiterschichtenfolge mit einem aktiven Bereich, wobei die Halbleiterschichtenfolge auf den Aufwachsträger epitaktisch abgeschieden ist,
- Bereitstellen eines Trägers,
- Aufbringen der zumindest einen optoelektronischen Struktur auf den Träger mit ihrer dem Aufwachsträger abgewandten
Seite,
- Beschichten der zumindest einen optoelektronischen Struktur mit einem Schutzmaterial, wobei das Schutzmaterial die dem Träger abgewandte Außenfläche des Aufwachsträgers sowie
Seitenflächen des Aufwachsträgers und der
Halbleiterschichtenfolge bedeckt,
- Ablösen des Aufwachsträgers von der
Halbleiterschichtenfolge der zumindest einen
optoelektronischen Struktur.
Dem hier beschriebenen Verfahren liegt dabei unter anderem die Erkenntnis zugrunde, dass das Aufbringen eines
Schutzmaterials insbesondere auf Seitenflächen der
Halbleiterschichtenfolge die Halbleiterschichtenfolge während eines Ablösens des Aufwachsträgers vor Beschädigung schützen kann. Auf diese Weise kann die Ausbeute an optoelektronischen Halbleiterchips erhöht werden. Neben der
Halbleiterschichtenfolge können dabei auch andere Komponenten der optoelektronischen Struktur, wie eventuell vorhandene Spiegelschichten und/oder Kontaktschichten durch das
Schutzmaterial während des Ablösens des Aufwachsträgers vor Beschädigung geschützt werden.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens bedeckt das Schutzmaterial nach dem Beschichten der zumindest einen optoelektronischen Struktur die vom Träger nicht bedeckte Außenfläche der zumindest einen optoelektronischen Struktur vollständig und die der zumindest einen optoelektronischen Struktur zugewandte Deckfläche des Trägers zumindest
stellenweise. Das heißt, das Schutzmaterial ist über die gesamte, nicht vom Träger bedeckte Außenfläche der
optoelektronischen Struktur gelegt, sodass freiliegende
Seitenfläche der Halbleiterschichtenfolge sowie des
Aufwachsträgers sowie die dem Träger abgewandte Außenfläche des Aufwachsträgers vollständig vom Schutzmaterial bedeckt sind . Das Schutzmaterial ist dabei insbesondere auf der
Seitenfläche der optoelektronischen Struktur, welche die Außenfläche des Aufwachsträgers mit dem Träger verbindet, insbesondere auch in dem Bereich zwischen Träger und
optoelektronischer Struktur, aufgebracht, sodass die
optoelektronische Struktur nach dem Beschichten vollständig mit dem Schutzmaterial und dem Träger verkapselt ist. Das Schutzmaterial umhüllt die optoelektronische Struktur dabei vorzugsweise formschlüssig. Das Schutzmaterial schützt beispielsweise vor Eindringen von Flüssigkeit, insbesondere in Bereiche zwischen dem Träger und der optoelektronischen Struktur. Es ist dabei auch möglich, dass die gesamte den optoelektronischen Strukturen zugewandte Deckfläche des Trägers, an Stellen, an denen sich keine optoelektronische Struktur befindet, vollständig vom
Schutzmaterial bedeckt ist.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird das verbleibende Schutzmaterial nach dem Ablösen des
Aufwachsträgers von der Halbleiterschichtenfolge der
zumindest einen optoelektronischen Struktur entfernt. Bei dem Schutzmaterial handelt es sich dann nicht um einen
permanenten Schutzfilm, sondern um einen temporären Schutzfilm, der nach dem Ablöseprozess wieder entfernt wird. Das heißt, in diesem Ausführungsbeispiel hat das
Schutzmaterial im späteren optoelektronischen Halbleiterchip keine weiteren Funktionen. Mit Vorteil kann in diesem Fall ein Schutzmaterial gewählt werden, das auf seine Wirkung zum Schutz während des Ablösens optimiert ist. Beispielsweise ist es dann möglich, dass das Schutzmaterial
strahlungsundurchlässig ausgebildet ist, da es im weiteren Verlauf keine optischen Aufgaben zu erfüllen hat.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird die der zumindest einen optoelektronischen Struktur abgewandte Außenfläche des Schutzmaterials vor dem Ablösen des
Aufwachsträgers zumindest stellenweise mit einem
reflektierenden Material beschichtet. Dabei ist es möglich, dass die gesamte Außenfläche mit dem reflektierenden Material beschichtet wird. Das reflektierende Material wird
insbesondere dann auf das Schutzmaterial aufgebracht, wenn dieses im späteren Halbleiterchip verbleibt, also nicht nach dem Ablösen entfernt wird. Bei dem reflektierenden Material kann es sich beispielsweise um eine Metallschicht oder eine Metallschichtenfolge handeln. Darüber hinaus ist es möglich, dass es sich bei dem reflektierenden Material um elektrisch isolierendes Material handelt. Beispielsweise kann eine
Schicht mit Partikeln aus Titandioxid, die diffus
reflektierend ausgebildet ist, auf die Außenfläche
aufgebracht werden. Die Außenfläche kann dem Betrachter nach dem Aufbringen des reflektierenden Materials dann
beispielsweise weiß erscheinen.
Das reflektierende Material ist insbesondere zur Reflexion von elektromagnetischer Strahlung, wie sie im aktiven Bereich des optoelektronischen Halbleiterchips erzeugt oder
detektiert wird, vorgesehen.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens bedeckt das reflektierende Material die freiliegende Außenfläche des Schutzmaterials vollständig. Dabei kann das reflektierende Material während des Ablösens des Trägers eine weitere
Schutzfunktion wahrnehmen und die Schutzwirkung des
Schutzmaterials ergänzen.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens erfolgt das Ablösen des Aufwachsträgers unter Verwendung eines
Ätzmittels und das Schutzmaterial ist vom Ätzmittel nicht angreifbar oder wird vom Ätzmittel während des Ätzvorgangs nicht angegriffen. Das heißt, das Schutzmaterial kann
gegenüber dem Ätzmittel beispielsweise chemisch inert sein.
Beispielsweise ist das Schutzmaterial mit einem
strahlungsdurchlässigen Kunststoff gebildet und kann aus diesem bestehen. Insbesondere eignet sich als Schutzmaterial ein organisches Polymer, wie es beispielsweise in der
Druckschrift WO 2010/054628 beschrieben ist. Die Druckschrift WO 2010/054628 wird dabei insbesondere im Hinblick auf das dort beschriebene organische Polymer ausdrücklich durch
Rückbezug mit aufgenommen.
Ein besonders geeignetes Schutzmaterial kann dabei ein
Paryelene umfassen oder aus einem Paryelene bestehen.
Insbesondere kann ein solches Schutzmaterial auch im
optoelektronischen Halbleiterchip verbleiben, da es
beispielsweise für die im aktiven Bereich zu erzeugende oder zu detektierende elektromagnetische Strahlung durchlässig, insbesondere transparent ausgebildet werden kann. Das hier beschriebene Verfahren eignet sich bei der Verwendung eines Ätzmittels zur Ablösung des Aufwachsträgers insbesondere dann, wenn als Aufwachssubstrat ein Material Verwendung findet, das sich durch Ablösetechniken wie
beispielsweise einen Lasertrennprozess nicht von der
epitaktisch abgeschiedenen Halbleiterschichtenfolge lösen lässt. Beispielsweise eignet sich das Verfahren besonders gut für einen Aufwachsträger, der Silizium umfasst oder aus
Silizium besteht. Das Schutzmaterial verhindert, dass die zum Ablösen des Aufwachsträgers verwendeten Chemikalien
Komponenten der optoelektronischen Struktur angreifen können.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens umfasst der Aufwachsträger Silizium und die Halbleiterschichtenfolge basiert auf einem I I I-V-Verbindungs-Halbleitermaterial , insbesondere auf einem Nitrid-Verbindungs-Halbleitermaterial wie beispielsweise GaN. Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens weist die zumindest eine optoelektronische Struktur n-seitige und p-seitige Kontaktstellen an ihrer dem Träger zugewandten Seite auf, wobei die Kontaktstellen beim Aufbringen der zumindest einen optoelektronischen Struktur auf den Träger elektrisch leitend mit dem Träger verbunden werden. Das heißt, an der dem Träger abgewandten Außenfläche der
optoelektronischen Struktur, nach dem Ablösen des
Aufwachsträger ist dies die Halbleiterschichtenfolge,
befindet sich keine elektrische Anschlussstelle der
optoelektronischen Struktur. Vielmehr erfolgt eine
Kontaktierung beispielsweise der n-Seite der
Halbleiterschichtenfolge durch die p-Seite und den aktiven Bereich hindurch. Eine Stromverteilung erfolgt dann insbesondere nicht an der Strahlungsaustrittsfläche oder Strahlungseintrittsfläche des optoelektronischen
Halbleiterchips, sodass keine Absorption von
elektromagnetischer Strahlung an Stromverteilungsstrukturen des optoelektronischen Halbleiterchips auftreten kann.
Insbesondere ist es mit einer solchen optoelektronischen Struktur auch möglich, ein verbindungsdrahtfreies
optoelektronisches Bauteil zu schaffen. Der mittels des
Verfahrens hergestellte optoelektronische Halbleiterchip kann beispielsweise oberflächenmontierbar sein, d. h. die
elektrischen Anschlussstellen des Halbleiterchips können sich an der der optoelektronischen Struktur abgewandten
Außenfläche des Trägers befinden. Beim hier beschriebenen Verfahren ist es weiter insbesondere möglich, dass ein Aufteilen der epitaktisch auf ein
Aufwachssubstrat abgeschiedenen Halbleiterschichtenfolge in einzelne optoelektronische Strukturen, die später
beispielsweise einzelnen optoelektronischen Halbleiterchips zugeordnet sind, bereits vor dem Ablösen des Aufwachsträgers erfolgt. Das heißt, beim Vereinzeln in einzelne
optoelektronische Halbleiterchips nach dem Ablösen des
Aufwachsträgers muss nicht durch den aktiven Bereich hindurch vereinzelt werden.
Im Folgenden wird das hier beschriebene Verfahren anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert . Anhand der schematischen Schnittdarstellungen der Figuren 1A, 1B, IC, 1D, IE, 1F, IG, 1H, II sind unterschiedliche
Verfahrensschritte eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert. Die Figuren 2A und 2B zeigen in schematischen Darstellungen ein Ausführungsbeispiel eines mittels des hier beschriebenen Verfahrens hergestellten optoelektronischen Halbleiterchips.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren
dargestellten Elemente untereinander sind nicht als
maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere
Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
In Verbindung mit der Figur 1A ist ein Verfahrensschritt eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert, bei dem eine Halbleiterschichtenfolge 20 auf ein Aufwachssubstrat 10 epitaktisch abgeschieden wird. Das Aufwachssubstrat 10 ist beispielsweise ein Siliziumwafer und enthält oder besteht aus Silizium. Die Halbleiterschichtenfolge 20 basiert
beispielsweise auf einem Nitrid-Verbindungs-
Halbleitermaterial wie GaN. Die Halbleiterschichtenfolge 20 umfasst eine p-leitende Schicht 21, eine n-leitende Schicht 22 sowie einen aktiven Bereich 22, der zwischen der p-Seite 21 und der n-Seite 22 angeordnet ist.
In einem nächsten Verfahrensschritt, Figur 1B, erfolgt eine Zerteilung der Halbleiterschichtenfolge in einzelne
optoelektronische Strukturen 2, die später beispielsweise einzelnen Halbleiterchips zugeordnet sein können. Dabei werden neben den Trenngräben 6 zwischen einzelnen
optoelektronischen Strukturen in den einzelnen
optoelektronischen Strukturen 2 auch Durchkontaktierungen 9 vorbereitet, welche die p-Seite 21 sowie den aktiven Bereich 23 einer jeden optoelektronischen Struktur durchdringen und bis zur n-Seite 22 reichen.
Ferner werden eine oder mehrere Passivierungsschichten 25 aufgetragen. Diese können beispielsweise Siliziumdioxid und/oder Siliziumnitrid enthalten oder aus einem dieser
Materialien bestehen.
In Verbindung mit Figur IC ist ein Verfahrensschritt
beschrieben, bei dem elektrisch leitendes Material,
beispielsweise ein Metall, zur Bildung der p-seitigen
Kontaktstellen 27 und der n-seitigen Kontaktstellen 28 auf die einzelnen Strukturen 2 aufgebracht wird. Die n-seitigen Kontaktstellen 28 erstrecken sich beispielsweise durch die Durchkontaktierungen 9 von der dem Aufwachssubstrat 10 abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge bis in die n-Seite 22. Wie in der Figur IC gezeigt, kann die n-seitige Kontaktstelle 28 dabei die p-seitige Kontaktstelle 27 umgeben, die durch die ringförmig ausgebildete
Passivierungsschicht 25 von der n-seitigen Kontaktstelle 28 getrennt ist.
In einem nächsten Verfahrensschritt, Figur 1D, wird der so hergestellte Verbund mit seiner dem Aufwachssubstrat 10 abgewandten Seite auf einen Hilfsträger aufgebracht, z. B. aufgeklebt. Der Hilfsträger kann beispielsweise mit einer Folie gebildet sein. Ferner kann das Aufwachssubstrat 10 gedünnt werden; dies kann beispielsweise durch Schleifen und/oder Ätzen erfolgen.
In einem nächsten Verfahrensschritt, wie er in Verbindung mit Figur IE beschrieben ist, wird das Aufwachssubstrat 10 entlang der Trenngräben 6 zertrennt, sodass einzelne optoelektronische Strukturen 2 entstehen, wobei jede
optoelektronische Struktur 2 einen Aufwachsträger 1, der aus dem vorherigen Aufwachssubstrat hervorgeht, umfasst. Im in Verbindung mit der Figur 1F beschriebenen
Verfahrensschritt werden die einzelnen optoelektronischen Strukturen 2 auf einen Träger 4 aufgebracht. Der Träger 4 umfasst p-Kontakte 41 und n-Kontakte 42, die sich jeweils von einer den optoelektronischen Strukturen 2 abgewandten Seite durch einen Grundkörper des Trägers 4 hindurch zu den
p-seitigen Kontaktstellen 27 und n-seitigen Kontaktstellen 28 der optoelektronischen Strukturen 2 erstrecken.
Beispielsweise werden die optoelektronischen Strukturen durch einen Lotprozess mit dem Träger 4 verbunden. Dabei kann beispielsweise ein Gold-Zinn-Lotmaterial in einer Dicke von wenigstens 1,5 μπι und höchstens 4,5 μπι, beispielsweise 3 μπι, Verwendung finden.
Im Verfahrensschritt, der in Verbindung mit Figur IG
beschrieben ist, wird eine Schicht von Schutzmaterial 5 auf die freiliegenden Außenflächen der optoelektronischen
Strukturen 2 sowie die Deckfläche 4a des Trägers 4
aufgebracht. Das Schutzmaterial umhüllt die
optoelektronischen Strukturen 2 vollständig. Beispielsweise ist das Schutzmaterial 5 mit einem Polymer, z. B. einem transparenten Polymer, gebildet. Die Schichtdicke beträgt beispielsweise zwischen 0,5 μπι und 2 μπι. Das Schutzmaterial kann aus Paryelene bestehen oder Paryelene enthalten. In einem weiteren Verfahrensschritt, Figur 1H, wird optional eine Schicht aus einem reflektierenden Material 7 auf die freiliegende Außenfläche des Schutzmaterials 5 aufgebracht. Beispielsweise handelt es sich dabei um eine reflektierende Metallbeschichtung, die z. B. Aluminium und/oder Silber enthalten kann. Das Aufbringen dieser Schicht ist optional, insbesondere, wenn die Schicht aus Schutzmaterial 5 später entfernt werden soll.
Im anschließenden Verfahrensschritt, Figur 1J, wird jeder Aufwachsträger 1 von jeder optoelektronischen Struktur 2 entfernt. Dies erfolgt beispielsweise durch eine Kombination von Abschleifen und Ätzen. Während dieses Verfahrens schützt die Schicht aus Schutzmaterial 5 und gegebenenfalls das reflektierende Material 7 die optoelektronischen Strukturen 2 vor Beschädigung.
In Verbindung mit der Figur 2A ist eine schematische
Schnittdarstellung eines mittels des Verfahrens hergestellten optoelektronischen Halbleiterchips gezeigt. In diesem
Ausführungsbeispiel verbleibt das Schutzmaterial 5 im
optoelektronischen Halbleiterchip. Wie aus der Figur 2A zu erkennen ist, bedeckt das Schutzmaterial 5 die Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge 20 bis hin zum Träger 4
vollständig. Dadurch schützt das Schutzmaterial 5
beispielsweise auch eine Spiegelschicht 24, die vorliegend mehrlagig ausgebildet ist, während des Ablösens des
Aufwachsträgers, beispielsweise vor dem Ätzmittel. Die
Spiegelschicht 24 kann beispielsweise Silber enthalten.
An der dem Schutzmaterial 5 abgewandten Außenfläche ist das reflektierende Material 7 aufgebracht, welches im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips beispielsweise im aktiven Bereich 23 erzeugte elektromagnetische Strahlung zur dem Träger 4 abgewandten Außenfläche der n-Seite 22 der
Halbleiterschichtenfolge 20 reflektieren kann. Vorliegend ist die Außenfläche mittels KOH-Ätzens aufgeraut, was die
Wahrscheinlichkeit für einen Lichtaustritt verbessern kann.
Auf die Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge 20 sowie des reflektierenden Materials 7 und des Schutzmaterials 5 ist eine Passivierungsschicht 8 aufgebracht, die beispielsweise mit Siliziumdioxid gebildet sein kann.
Die Figur 2B zeigt eine schematische Perspektivdarstellung dieses optoelektronischen Halbleiterchips, bei dem es sich beispielsweise um einen oberflächenmontierbaren
Leuchtdiodenchip handelt.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102011013821.8, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung zumindest eines
optoelektronischen Halbleiterchips mit den folgenden Schritten:
- Bereitstellen zumindest einer optoelektronischen Struktur (2) umfassend einen Aufwachsträger (1) und eine
Halbleiterschichtenfolge (20) mit einem aktiven Bereich (23), die auf dem Aufwachsträger (1) epitaktisch abgeschieden ist, - Bereitstellen eines Trägers (4),
- Aufbringen der zumindest einen optoelektronischen Struktur (2) auf den Träger (4) mit ihrer dem Aufwachsträger (1) abgewandten Seite,
- Beschichten der zumindest einen optoelektronischen Struktur (2) mit einem Schutzmaterial (5), wobei das Schutzmaterial
(5) die dem Träger (4) abgewandte Außenfläche des
Aufwachsträgers (1) sowie Seitenflächen des Aufwachsträgers (1) und der Halbleiterschichtenfolge (20) bedeckt,
- Ablösen des Aufwachsträger (1) von der
Halbleiterschichtenfolge (20) der zumindest einen
optoelektronischen Struktur (2) .
2. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei
- das Schutzmaterial (5) ein Parylene umfasst,
- das Schutzmaterial (5) nach dem Beschichten der zumindest einen optoelektronischen Struktur (2) die vom Träger (4) nicht bedeckte Außenfläche der zumindest einen
optoelektronischen Struktur (2) vollständig und die der zumindest einen optoelektronischen Struktur (2) zugewandte Deckfläche (4a) des Träger (4) zumindest stellenweise
bedeckt, und
- vor dem Ablösen des Aufwachsträgers (1) die der zumindest einen optoelektronischen Struktur (2) abgewandte Außenfläche des Schutzmaterials (5) zumindest stellenweise mit einem reflektierenden Material (7) beschichtet wird.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Schutzmaterial (5) nach dem Beschichten der zumindest einen optoelektronischen Struktur (2) die vom Träger (4) nicht bedeckte Außenfläche der zumindest einen
optoelektronischen Struktur (2) vollständig und die der zumindest einen optoelektronischen Struktur (2) zugewandte Deckfläche (4a) des Träger (4) zumindest stellenweise bedeckt .
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das verbleibende Schutzmaterial (5) nach dem Ablösen des Aufwachsträgers von der Halbleiterschichtenfolge (20) der zumindest einen optoelektronischen Struktur (2) entfernt wird .
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei vor dem Ablösen des Aufwachsträgers (1) die der zumindest einen optoelektronischen Struktur (2) abgewandte Außenfläche des Schutzmaterials (5) zumindest stellenweise mit einem reflektierenden Material (7) beschichtet wird.
6. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei
das reflektierende Material (7) die freiliegende Außenfläche des Schutzmaterial (5) vollständig bedeckt.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Ablösen des Aufwachsträgers (1) unter Verwendung eines Ätzmittels erfolgt und das Schutzmaterial (5) vom Ätzmittel nicht angreifbar ist.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Schutzmaterial (5) aus einem strahlungsdurchlässigen Kunststoff besteht.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Schutzmaterial (5) ein Parylene umfasst.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Aufwachsträger (1) Silizium umfasst und die
Halbeiterschichtenfolge (20) auf einem Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial basiert .
11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die zumindest eine optoelektronische Struktur (2) n-seitige (27) und p-seitige (28) Kontaktstellen an ihrer dem Träger (4) zugewandten Seite aufweist, wobei die Kontaktstellen (27,28) beim Aufbringen der zumindest einen
optoelektronischen Struktur (2) auf den Träger (4) elektrisch leitend mit dem Träger (4) verbunden werden.
PCT/EP2012/054270 2011-03-14 2012-03-12 Verfahren zur herstellung zumindest eines optoelektronischen halbleiterchips Ceased WO2012123410A1 (de)

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