WO2016120047A1 - Optoelektronisches halbleiterbauteil, optoelektronische anordnung und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauteils - Google Patents

Optoelektronisches halbleiterbauteil, optoelektronische anordnung und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauteils Download PDF

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optoelectronic semiconductor
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electrical connection
semiconductor chip
layer
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Korbinian Perzlmaier
Anna Kasprzak-Zablocka
Stefanie Rammelsberger
Julian IKONOMOV
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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Definitions

  • An object to be solved is to specify an optoelectronic semiconductor component which can be produced particularly inexpensively. Another object to be achieved is to provide an optoelectronic semiconductor device, which is characterized by increased reliability during operation.
  • the optoelectronic semiconductor component is, for example, a radiation-emitting semiconductor element or a radiation-detecting semiconductor component.
  • the optoelectronic semiconductor component may be a light-emitting diode or a photodiode. In particular, it is possible that it is the optoelectronic
  • Semiconductor device is a so-called “semiconductor chip in a frame” component.
  • Such a component is
  • the optoelectronic component comprises
  • Semiconductor component at least one optoelectronic
  • the optoelectronic semiconductor chip In the optoelectronic semiconductor chip
  • this is a light-emitting diode chip or a photodiode chip. That is, in operation is the
  • the optoelectronic semiconductor chip may comprise a carrier, which may be, for example, a growth substrate or a carrier body that is different from a growth substrate. Furthermore, the optoelectronic semiconductor chip can be epitaxially grown
  • Layers containing at least one active zone, in which generates the electromagnetic radiation to be generated during operation of the optoelectronic semiconductor chip or the electromagnetic radiation to be detected is detected.
  • grown layers can be arranged a reflective layer which is formed with a reflective material such as Al or Ag.
  • Semiconductor component includes a plurality of optoelectronic semiconductor chips also different types.
  • the optoelectronic semiconductor component can also be used
  • Optoelectronic semiconductor chips comprise, which generate in operation electromagnetic radiation in mutually different spectral ranges.
  • the optoelectronic component comprises
  • Semiconductor component at least one electrical connection point for contacting the optoelectronic semiconductor chip.
  • the electrical connection point is located on an outer side of the optoelectronic semiconductor component and is thus accessible and contactable from the outside.
  • the electric Connection point is formed with an electrically conductive material and electrically conductively connected to the n-side or the p-side of the associated optoelectronic semiconductor chip. During operation of the optoelectronic semiconductor chip, it is then contacted via the electrical connection point on the n-side or p-side.
  • the electrical connection point covers the optoelectronic semiconductor chip on its underside at least in places. That is, the electric
  • Optoelectronic semiconductor chips for example, with the carrier of the semiconductor chip or the epitaxial layers of the semiconductor chip, are in direct contact.
  • the electrical connection point can be used as a layer
  • the electrical connection point covers at least 10% of the bottom surface of the optoelectronic
  • connection point in the semiconductor chip particularly evenly that is, the optoelectronic semiconductor chip is particularly uniformly energized over its surface and the electrical connection point can be particularly efficient dissipation of the heat generated during operation of the optoelectronic semiconductor chip.
  • the electrical connection point comprises a contact layer which corresponds to the optoelectronic component
  • the contact layer is selected such that it is particularly good at the optoelectronic
  • Semiconductor chip adheres. Furthermore, it is selected such that it remains chemically and mechanically stable even at elevated temperatures, such as occur during a soldering process, so that no liquefaction of the contact layer takes place and no solid-state diffusion processes of material of the contact layer into the optoelectronic semiconductor chip take place within the manufacturing tolerance.
  • the contact layer borders on a component of the optoelectronic semiconductor chip which is formed with silicon or germanium or at least one of these
  • the contact layer may then contain in particular aluminum or consist of aluminum.
  • the contact layer may then contain in particular aluminum or consist of aluminum.
  • the contact layer may also be reflective for in
  • the electrical connection point comprises at least one barrier layer which is located at one of the
  • the barrier layer is formed from materials which are selected such that they are substantially only to form adhesion with the
  • the barrier layer is formed, for example, with the following materials, that is, it may consist of at least one of the materials, or at least one of the materials contain: Ti, W, TiW, TiN, TiWN, WN.
  • the electrical connection point can be several
  • Barrier layers include those with the same or
  • barrier layers may be formed from each other different materials. Between the barrier layers can be formed from each other different materials. Between the barrier layers can be formed from each other different materials. Between the barrier layers can be formed from each other different materials. Between the barrier layers can be formed from each other different materials. Between the barrier layers can be formed from each other different materials. Between the barrier layers can be formed from each other different materials. Between the barrier layers can be formed from each other different materials. Between the barrier layers can be formed from each other different materials. Between the barrier layers.
  • the at least one barrier layer is such
  • the electrical connection point comprises a protective layer, which is arranged on the side of the at least one barrier layer facing away from the contact layer. at the protective layer is a terminating layer that connects the electrical connection point to its
  • the protective layer at least in places forms an outer surface of the electrical connection point.
  • the protective layer thus serves as
  • Connection layer to a connection material, with which the optoelectronic semiconductor device at the destination
  • the protective layer is selected in terms of its material so that it reacts with an adjacent layer of the electrical connection point, so that to this
  • Layer is a particularly good adhesion is received and it is stable against degradation processes, which facilitates the storage of the optoelectronic semiconductor device prior to its attachment at the destination.
  • the optoelectronic semiconductor device prior to its attachment at the destination.
  • Protective layer to be formed with gold or made of gold. The reaction of the protective layer with a
  • Material of the adjacent layer can diffuse through the protective layer.
  • such a penetration of the protective layer with the material of adjacent layers does not occur.
  • the optoelectronic component comprises
  • Semiconductor component an optoelectronic semiconductor chip and a first connection point for contacting the
  • the electrical connection point at least partially covers the optoelectronic semiconductor chip on the underside
  • the electrical connection point comprises a contact layer, which faces the optoelectronic semiconductor chip
  • the electrical connection point comprises at least one barrier layer, which is arranged on a side facing away from the optoelectronic semiconductor chip side of the contact layer
  • the electrical connection point comprises a protective layer on the side facing away from the contact layer at least one barrier layer is arranged.
  • the optoelectronic semiconductor device for example, for a soldering process, in particular a reflow soldering process on
  • the optoelectronic semiconductor device described above is based inter alia on the idea that the electrical connection point can be used for this separation, which is supplemented by corresponding functional layers.
  • Layer comprises using a thickness, in particular electrodeposited metal layer, for example made of copper or nickel, which only slowly with the
  • RTSH Resistance to Soldering Heat
  • the electrical connection point is therefore designed in particular as a layer stack, the layers of the
  • connection point along a stacking direction are arranged one above the other, wherein the stacking direction is in particular perpendicular to a main extension plane of the optoelectronic semiconductor chip.
  • the electrical connection point largely or completely covers the semiconductor chip on its underside.
  • the pad then covers, for example, at least 75% of its underside facing the semiconductor chip. It is even possible that the connection point projects beyond the semiconductor chip and thus has a base area which is equal to or greater than the surface area of the underside of the semiconductor chip.
  • Optoelectronic semiconductor device for a reliable connectivity, in particular solderability of the
  • Optoelectronic semiconductor device at the destination whereby the optoelectronic semiconductor device is particularly reliable in operation.
  • At least the barrier layers or the entire electrical connection point are exclusively by means of physical vapor deposition
  • Connection point are by means of physical
  • the layers can over Methods such as thermal evaporation,
  • the electrical connection point is in particular free of galvanic generated
  • PVD Physical Vapor Deposition
  • the optoelectronic component comprises
  • the optoelectronic semiconductor chip is formed by the shaped body
  • the optoelectronic semiconductor chip may indirectly or directly adjoin the shaped body.
  • Lateral directions are those directions that are to a main plane of the optoelectronic
  • Semiconductor chips and / or the semiconductor device run parallel.
  • the lateral directions run to one
  • the molding may comprise a matrix material formed with a plastic such as silicone, epoxy or a silicone-epoxy hybrid material. Reflecting and / or absorbing and / or scattering particles can be introduced into the matrix material, which electromagnetic radiation occurring, in particular light,
  • the shaped body may be formed colored and / or reflective and / or absorbent.
  • the shaped body can be flush or essentially flush with the optoelectronic semiconductor chip, at least at the underside of the optoelectronic semiconductor chip facing the electrical connection point. Furthermore, it is possible for the optoelectronic semiconductor chip and the molded body to terminate flush or essentially flush with one another on the upper side facing away from the underside. in the Substantially flush here and below means that the optoelectronic semiconductor chip projects beyond the molded body only at a height or is surmounted by the molded body only at a height which is at most 15% of the thickness of the molded body
  • the electrical connection point may extend from the semiconductor chip in lateral directions at least in places to the shaped body, so that it partially covers the shaped body at its underside. It is possible that the
  • electrical connection point extends without interruption from a region in which it covers the optoelectronic semiconductor chip to a region in which they
  • an electrical connection point which is produced by a PVD method, can be divided into areas
  • the contact layer of the electrical connection point is selected such that it also has a particularly good adhesion to the material of the molded body.
  • aluminum presents itself as
  • the electrical connector According to at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the electrical connector
  • optoelectronic semiconductor chip and / or the shaped body. Due to the direct contact of the electrical connection point, which is mediated in particular by the contact layer of the electrical connection point, for optoelectronic
  • Semiconductor chip and with the molding is in direct contact, such that the contact layer directly adjacent to both components and extending in lateral directions from the semiconductor chip to the molding. It is particularly advantageous if the shaped body and the
  • the electrical connection point has two, in particular three or more, pairs of the barrier layer and an intermediate layer, which adjoin one another directly and which are stacked one above the other between the contact layer and the protective layer. That is, the electrical connection point comprises at least three
  • Barrier layers which may be formed identically, for example. On the side facing away from the contact layer of each barrier layer can each have a
  • the intermediate layer can be formed with materials such as Pt, Ni, NiV or Au or consist of one of these materials.
  • the specified layers can each adjoin one another directly and the connection point can be free of other, not listed layers and thus consist of the specified layers.
  • the stack of pairs is the
  • This compressive stress can be achieved by the choice of materials and the layer thicknesses and / or the choice of the parameters of the deposition processes used to produce the layers, as exemplified in the examples above.
  • a Tensile stress of the electrical connection to be avoided. In the event of a mechanical damage to the electrical connection point at one point, the defect generated thereby is as it were closed by the compressive stress or at least can not break further.
  • the electrical connection point has a thickness of at least 250 nm and at most 2000 nm. This is particularly possible because the electrical
  • Connection point is made exclusively by means of a PVD process, that is, all layers of
  • PVD layers are electrical connection points. This also applies to the intermediate layers, which may be arranged in the stack of pairs of barrier layers and the intermediate layers.
  • the optoelectronic component comprises
  • Semiconductor component at least one additional electrical
  • connection point is formed.
  • the further electrical connection point can also be connected to the underside of the associated optoelectronic
  • the optoelectronic semiconductor chip is concerned for example, a flip chip, which in itself
  • Semiconductor component comprises a via, which extends in places through the molded body and which is electrically connected to the optoelectronic semiconductor chip.
  • the further electrical connection point can then at least in places or the through-hole on its underside
  • connection point and the further electrical connection point on a lower side of the optoelectronic semiconductor device arranged in lateral directions spaced from each other, so that the optoelectronic semiconductor device is surface mountable via these two electrical connection points.
  • the additional electrical connection point can be in direct contact with the through-connection and / or the molded body in places.
  • the optoelectronic arrangement comprises at least one
  • Optoelectronic semiconductor device as described here. That is, all for the optoelectronic
  • the optoelectronic device further comprises a
  • Connection carrier which is for example a
  • PCB can act. That at least one
  • Optoelectronic semiconductor device is mechanically attached to the at least one connection carrier and electrically conductively connected, for which purpose between the connection carrier and the optoelectronic semiconductor device, a connecting material is arranged, wherein the connecting material in
  • connection point and optionally the other electrical connection point is located.
  • the bonding material is, for example, a solder material, such as a solder paste.
  • An optoelectronic semiconductor device described here can be used to form the optoelectronic device
  • PCB can be connected without it to one
  • an optoelectronic semiconductor component described here can be produced so that all features disclosed for the optoelectronic semiconductor component are also disclosed for the method and vice versa.
  • At least the barrier layers or the entire electrical connection point of the optoelectronic semiconductor component are exclusively by means of a physical
  • the contact layer, the barrier layer, the Interlayer, the protective layer are produced by a PVD process. It can for the production
  • the further electrical connection point is produced exclusively by means of physical vapor deposition.
  • the additional electrical connection point can be in the
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of one here
  • the optoelectronic semiconductor component 1 comprises an optoelectronic semiconductor chip 11. In the
  • a light-emitting diode chip for example, a light-emitting diode chip.
  • Optoelectronic semiconductor chip 11 includes a chip carrier 110 and epitaxial layers 111.
  • the chip carrier 110 is electrically conductive in the present case.
  • the chip carrier 110 in the present case is not a growth substrate, but rather a carrier body for the epitaxial layers 111, which was connected to the epitaxial layers 111 before or after detachment of the growth substrate.
  • the carrier 110 is formed, for example, with silicon or germanium.
  • the optoelectronic semiconductor chip is laterally in
  • Shaped body 12 may, for example, with a
  • Plastic material may be formed as a matrix material, which is filled with scattering or reflective particles, so that the shaped body 12 is reflective for electromagnetic radiation generated in the optoelectronic semiconductor chip 11.
  • the molded body 12 and the optoelectronic semiconductor chip 11 are flush on the underside of the optoelectronic semiconductor chip 11
  • the electrical connection point 13a here comprises a contact layer 131, a
  • connection point 13a All layers of the connection point 13a are in this case generated by a PVD method.
  • the connection point 13a is generated by a PVD method.
  • the barrier layers 132a are each formed with Ti, the intermediate layers 132b are each formed with Pt.
  • the barrier layers 132a have, for example, a thickness of 80 nm, and the intermediate layers 132b each have a thickness of 30 nm.
  • the pad 13a is surrounded by the protective layer 133 formed, for example, with gold and having a thickness of about 50 nm to 100 nm,
  • Semiconductor device is about the connecting material 2, the is formed for example with a solder paste, with the
  • Connection carrier 3 which is for example a
  • the optoelectronic semiconductor component 1 in this specification is the optoelectronic semiconductor component 1 in this specification.
  • Embodiment of Figure 2 again shows a
  • Through hole 14 which is formed with an electrically conductive material.
  • the plated-through hole 14 is electrically conductively connected to the semiconductor chip 11 at the top side of the optoelectronic semiconductor component 1 via the contact element 15, which is formed for example as a metal layer.
  • the contact element 15 is formed for example as a metal layer.
  • Semiconductor device 1 is laterally spaced from the
  • the further electrical connection point 13b is located with the Through-hole and the adjacent shaped body 12, for example, in direct contact.
  • junction 13b can be as indicated above
  • Both electrical connection points 13a, 13b are connected via a connecting material 2, for example a
  • connection carrier 3 for example, a circuit board, mechanically and electrically connected, so that the optoelectronic semiconductor device 1 on the
  • Connection carrier 3 is surface mounted.
  • Embodiment of Figure 2 is not on the underside of the molding 12, but is only in the region of
  • Shaped body 12 extends.
  • electrical connection point 13b are each made by a PVD process.
  • the invention is not by the description based on the

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Abstract

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben, das eine elektrische Anschlussstelle (13a) umfasst, wobei -die elektrische Anschlussstelle (13a) eine Kontaktschicht (131) umfasst, die dem optoelektronischen Halbleiterchip (11) zugewandt ist, -die elektrische Anschlussstelle (13a) zumindest eine Barriereschicht (132a) umfasst, die an einer dem optoelektronischen Halbleiterchip (11) abgewandten Seite der Kontaktschicht (131) angeordnet ist, und -die elektrische Anschlussstelle (13a) eine Schutzschicht (133) umfasst, die an der der Kontaktschicht (131) abgewandten Seite der zumindest einen Barriereschicht (132a, 32b) angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Optoelektronisches Halbleiterbauteil, optoelektronische
Anordnung und Verfahren zur Herstellung eines
optoelektronischen Halbleiterbauteils
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben, das besonders kostengünstig herstellbar ist. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben, das sich durch eine erhöhte Zuverlässigkeit im Betrieb aus zeichnet .
Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben. Bei dem optoelektronischen Halbleiterbauteil handelt es sich beispielsweise um ein Strahlungsemittierendes oder um ein strahlungsdetektierendes Halbleiterbauteil. Beispielsweise kann es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterbauteil um eine Leuchtdiode oder eine Fotodiode handeln. Insbesondere ist es möglich, dass es sich bei dem optoelektronischen
Halbleiterbauteil um ein so genanntes "Halbleiterchip in a Frame"-Bauteil handelt. Ein solches Bauteil ist
beispielsweise in der Druckschrift DE 10 2012 215 524 AI beschrieben, deren Offenbarungsgehalt diesbezüglich
rückbezüglich aufgenommen wird. Insbesondere weist ein
"Halbleiterchip in a Frame"-Bauteil einen Formkörper auf, der beispielsweise mit einem Silikon- und/oder einem Epoxidharz gebildet sein kann. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das optoelektronische
Halbleiterbauteil zumindest einen optoelektronischen
Halbleiterchip. Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip handelt es sich beispielsweise um einen Leuchtdiodenchip oder einen Fotodiodenchip. Das heißt, im Betrieb ist der
optoelektronische Halbleiterchip zur Erzeugung oder zur
Detektion von elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise von Licht, vorgesehen. Der optoelektronische Halbleiterchip kann einen Träger umfassen, bei dem es sich beispielsweise um ein Aufwachssubstrat oder einen von einem Aufwachssubstrat unterschiedlichen Trägerkörper handelt. Ferner kann der optoelektronische Halbleiterchip epitaktisch gewachsene
Schichten enthalten, die zumindest eine aktive Zone umfassen, in der im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips die zu erzeugende elektromagnetische Strahlung erzeugt oder die zu detektierende elektromagnetische Strahlung detektiert wird. Zwischen dem Trägerkörper und den epitaktisch
gewachsenen Schichten kann eine reflektierende Schicht angeordnet sein, die mit einem reflektierenden Material wie AI oder Ag gebildet ist.
Weiter ist es möglich, dass das optoelektronische
Halbleiterbauteil mehrere optoelektronische Halbleiterchips auch unterschiedlicher Art umfasst. Beispielsweise kann das optoelektronische Halbleiterbauteil dabei auch
optoelektronische Halbleiterchips umfassen, die im Betrieb elektromagnetische Strahlung in voneinander unterschiedlichen Spektralbereichen erzeugen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das optoelektronische
Halbleiterbauteil zumindest eine elektrische Anschlussstelle zur Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterchips. Die elektrische Anschlussstelle befindet sich an einer Außenseite des optoelektronischen Halbleiterbauteils und ist damit von außen zugänglich und kontaktierbar . Die elektrische Anschlussstelle ist mit einem elektrisch leitenden Material gebildet und elektrisch leitend mit der n-Seite oder der p- Seite des zugeordneten optoelektronischen Halbleiterchips verbunden. Im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips wird dieser über die elektrische Anschlussstelle dann n- oder p-seitig kontaktiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils bedeckt die elektrische Anschlussstelle den optoelektronischen Halbleiterchip an dessen Unterseite zumindest stellenweise. Das heißt, die elektrische
Anschlussstelle kann sich mit einer Komponente des
optoelektronischen Halbleiterchips, beispielsweise mit dem Träger des Halbleiterchips oder den epitaktischen Schichten des Halbleiterchips, in direktem Kontakt befinden. Die elektrische Anschlussstelle kann dabei als Schicht
ausgebildet sein, die den optoelektronischen Halbleiterchip an seiner Untersite zumindest stellenweise bedeckt.
Beispielsweise bedeckt die elektrische Anschlussstelle wenigstens 10 % der Bodenfläche des optoelektronischen
Halbleiterchips an dessen Unterseite, insbesondere wenigstens 25 % der Bodenfläche. Es ist dabei ferner möglich, dass die elektrische Anschlussstelle den optoelektronischen
Halbleiterchip an dessen Unterseite vollständig bedeckt. In diesem Fall ist die Stromzufuhr über die elektrische
Anschlussstelle in den Halbleiterchip besonders gleichmäßig, das heißt der optoelektronische Halbleiterchip wird über seine Fläche besonders gleichmäßig bestromt und über die elektrische Anschlussstelle kann besonders effizient eine Abfuhr der im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips erzeugten Wärme erfolgen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst die elektrische Anschlussstelle eine Kontaktschicht, die dem optoelektronischen
Halbleiterchip zugewandt ist. Die Kontaktschicht ist derart ausgewählt, dass sie besonders gut am optoelektronischen
Halbleiterchip haftet. Ferner ist sie derart ausgewählt, dass sie auch bei erhöhten Temperaturen, wie sie beispielsweise während eines Lötprozesses auftreten, chemisch und mechanisch stabil bleibt, sodass keine Verflüssigung der Kontaktschicht erfolgt und keine Festkörperdiffusionsprozesse von Material der Kontaktschicht in den optoelektronischen Halbleiterchip im Rahmen der Herstellungstoleranz erfolgen.
Grenzt die Kontaktschicht beispielsweise an eine Komponente des optoelektronischen Halbleiterchips, die mit Silizium oder Germanium gebildet ist oder zumindest eines dieser
Materialien enthält, so erweist sich Aluminium besonders vorteilhaft zur Bildung der Kontaktschicht. Das heißt, die Kontaktschicht kann dann insbesondere Aluminium enthalten oder aus Aluminium bestehen. Vorzugsweise ist die
Kontaktschicht frei von Platin und/oder Au.
Die Kontaktschicht kann ferner reflektierend für im
optoelektronischen Halbleiterchip zu erzeugende oder zu detektierende elektromagnetische Strahlung ausgebildet sein, sodass sich aufgrund der Kontaktschicht auch die optische Effizienz des optoelektronischen Halbleiterbauteils erhöhen kann . Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst die elektrische Anschlussstelle zumindest eine Barriereschicht, die an einer dem
optoelektronischen Halbleiterchip abgewandten Seite der Kontaktschicht angeordnet ist. Die Barriereschicht ist aus Materialien gebildet, die derart ausgewählt sind, dass sie im Wesentlichen nur zur Ausbildung einer Haftung mit den
angrenzenden Schichten, also beispielsweise der
Kontaktschicht, reagieren und sonst keine chemische Reaktion, insbesondere mit den Materialien des optoelektronischen
Halbleiterchips, erfolgen. Die Barriereschicht ist dabei zum Beispiel mit den folgenden Materialien gebildet, das heißt sie kann aus zumindest einem der Materialien bestehen, oder zumindest eines der Materialien enthalten: Ti, W, TiW, TiN, TiWN, WN.
Die elektrische Anschlussstelle kann mehrere
Barriereschichten umfassen, die mit den gleichen oder
voneinander unterschiedlichen Materialien gebildet sein können. Zwischen die Barriereschichten können
Zwischenschichten eingebracht sein, die mit einem anderen Material gebildet sind, welches durchgehende Defekte im
Stapel von Barriereschichten unterbinden kann, sodass der Stapel von Barriereschichten besonders dicht ist.
Die zumindest eine Barriereschicht ist dabei derart
ausgewählt, dass sie mit einem Verbindungsmaterial, mit dem das optoelektronische Halbleiterbauteil an seinem
Bestimmungsort befestigt und elektrisch kontaktiert wird, keine oder kaum chemische Reaktionen eingeht und eine
Diffusion von Verbindungsmaterial in dem optoelektronischen Halbleiterchip hemmt oder unterbindet. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst die elektrische Anschlussstelle eine Schutzschicht, die an der der Kontaktschicht abgewandten Seite der zumindest einen Barriereschicht angeordnet ist. Bei der Schutzschicht handelt es sich um eine Abschlussschicht, die die elektrische Anschlussstelle an ihrer dem
optoelektronischen Halbleiterchip abgewandten Seite nach außen hin abschließt. Das heißt, die Schutzschicht bildet zumindest stellenweise eine Außenfläche der elektrischen Anschlussstelle. Die Schutzschicht dient damit als
Anschlussschicht zu einem Verbindungsmaterial, mit dem das optoelektronische Halbleiterbauteil am Bestimmungsort
befestigt und elektrisch angeschlossen wird.
Die Schutzschicht wird hinsichtlich ihres Materials derart ausgewählt, dass sie mit einer angrenzenden Schicht der elektrischen Anschlussstelle reagiert, sodass zu dieser
Schicht eine besonders gute Haftung eingegangen wird und sie stabil ist gegen Degradationsvorgänge, was die Lagerung des optoelektronischen Halbleiterbauteils vor seiner Befestigung am Bestimmungsort erleichtert. Beispielsweise kann die
Schutzschicht dazu mit Gold gebildet sein oder aus Gold bestehen. Die Reaktion der Schutzschicht mit einer
angrenzenden Schicht für dabei jedoch nicht dazu, dass
Material der angrenzenden Schicht durch die Schutzschicht diffundieren kann. Insbesondere vor dem Befestigen des optoelektronischen Halbleiterbauteils am Bestimmungsort kommt es nicht zu einer solchen Durchdringung der Schutzschicht mit dem Material angrenzender Schichten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das optoelektronische
Halbleiterbauteil einen optoelektronischen Halbleiterchip und eine erste Anschlussstelle zur Kontaktierung des
optoelektronischen Halbleiterchips, wobei die elektrische Anschlussstelle den optoelektronischen Halbleiterchip an dessen Unterseite zumindest stellenweise bedeckt, die elektrische Anschlussstelle eine Kontaktschicht umfasst, die dem optoelektronischen Halbleiterchip zugewandt ist, die elektrische Anschlussstelle zumindest eine Barriereschicht umfasst, die an einer dem optoelektronischen Halbleiterchip abgewandten Seite der Kontaktschicht angeordnet ist, und die elektrische Anschlussstelle eine Schutzschicht umfasst, die an der der Kontaktschicht abgewandten Seite der zumindest einen Barriereschicht angeordnet ist. Dem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteil liegt unter anderem die Überlegung zugrunde, dass zur
Weiterverarbeitung von optoelektronischen Halbleiterbauteilen oftmals SMT-Prozesse (Surface Mount Technology,
Oberflächenmontage) zum Einsatz kommen, bei denen das optoelektronische Halbleiterbauteil beispielsweise für einen Lötprozess, insbesondere einen Reflow-Lötprozess , auf
Temperaturen von 250 °C und mehr erwärmt wird. Für solche Prozesse ist es vorteilhaft, wenn eine zuverlässige Trennung des Verbindungsmittels, beispielsweise einer Lötpaste, vom optoelektronischen Halbleiterchip erfolgt. Dem hier
beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteil liegt nun unter anderem die Idee zugrunde, dass für diese Trennung die elektrische Anschlussstelle Verwendung finden kann, die um entsprechende funktionale Schichten ergänzt ist.
Alternativ wäre es möglich, anstelle einer hier beschriebenen elektrischen Anschlussstelle, die mehrere funktionale
Schichten umfasst, eine Dicke, insbesondere galvanisch abgeschiedene Metallschicht zum Beispiel aus Kupfer oder Nickel zu verwenden, die nur langsam mit dem
Verbindungsmaterial reagiert und aufgrund dieser langsamen Reaktion auch bei mehrfacher Erhitzung des optoelektronischen Halbleiterbauteils im Rahmen des Lötens die Reaktionsfront nicht bis zum optoelektronischen Halbleiterchip vordringt. Solche dicken Metallschichten, die beispielsweise eine Dicke von wenigstens 5 ym aufweisen, haben jedoch den Nachteil, dass sie die Bauteilhöhe stark erhöhen und zudem aufwändig und teuer in der Herstellung sind.
Überraschend hat sich herausgestellt, dass der beschriebene Aufbau der elektrischen Anschlussstelle als Schichtenstapel mehrerer funktionaler Schichten eine besonders dünne
elektrische Anschlussstelle ermöglicht, die zuverlässig vor Diffusionsprozessen während des Verbindens des
optoelektronischen Halbleiterbauteils an seinem
Bestimmungsort schützt. Insbesondere ist eine hier
beschriebene elektrische Anschlussstelle auch bei einem
"Resistance to Soldering Heat (RTSH) -Test" stabil, bei dem das optoelektronische Halbleiterbauteil dreimal oder häufiger auf Temperaturen von 250 °C oder höher für Zeiten von neun Sekunden oder mehr erhitzt wird. Beispielsweise wird das optoelektronische Halbleiterbauteil bei einem solchen Test dreimal für zehn Sekunden auf Temperaturen von 260 °C
erwärmt .
Die elektrische Anschlussstelle ist also insbesondere als Schichtenstapel ausgebildet, wobei die Schichten der
elektrischen Anschlussstelle entlang einer Stapelrichtung übereinander angeordnet sind, wobei die Stapelrichtung insbesondere senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des optoelektronischen Halbleiterchips verläuft. Zumindest im Rahmen der Herstellungstoleranz oder allgemein verlaufen dann zum Beispiel alle Schichten der elektrischen Anschlussstelle jeweils vollständig, das heißt über die gesamte Schicht, parallel zur Haupterstreckungsebene des optoelektronischen Halbleiterchips . Ferner ist es auch möglich, dass die elektrische Anschlussstelle den Halbleiterchip an seiner Unterseite zum Großteil oder vollständig bedeckt. Die Anschlussstelle bedeckt dann zum Beispiel wenigstens 75% der ihr zugewandten Unterseite des Halbleiterchips. Es ist sogar möglich, dass die Anschlussstelle den Halbleiterchip überragt und damit eine Grundfläche aufweist, die gleich oder größer ist, als der Flächeninhalt der Unterseite des Halbleiterchips.
Ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil zeichnet sich aufgrund der Möglichkeit zur Verwendung einer dünneren elektrischen Anschlussstelle durch eine
Materialeinsparung aus und ist daher besonders kostengünstig herstellbar. Ferner kann ein Galvanikschritt zur Herstellung der elektrischen Anschlussstelle vermieden werden, was den Herstellungsprozess vereinfacht und ebenfalls zur
Kostenreduktion beiträgt. Ferner sorgt eine hier beschriebene elektrische Anschlussstelle eines hier beschriebenen
optoelektronischen Halbleiterbauteils für eine zuverlässige Verbindbarkeit , insbesondere Lötbarkeit des
optoelektronischen Halbleiterbauteils am Zielort, wodurch das optoelektronische Halbleiterbauteil im Betrieb besonders zuverlässig ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils sind zumindest die Barriereschichten oder die gesamte elektrische Anschlussstelle ausschließlich mittels einer physikalischen Gasphasenabscheidung
hergestellt. Das heißt, zumindest die Barriereschichten oder bevorzugt aber sämtliche Schichten der elektrischen
Anschlussstelle sind mittels physikalischer
Gasphasenabscheidung erzeugt. Dabei können die Schichten über Verfahren wie thermisches Verdampfen,
Elektronenstrahl erdampfen, Laserstrahl erdampfen,
Lichtbogenverdampfen, Molekularstrahlepitaxie, Sputtern, ionenstrahlgestützte Deposition, Ionenplattieren oder
dergleichen hergestellt sein. Die elektrische Anschlussstelle ist dabei insbesondere frei von galvanisch erzeugten
Schichten .
Das Merkmal, wonach die elektrische Anschlussstelle zumindest teilweise oder ausschließlich mittels einer physikalischen Gasphasenabscheidung hergestellt ist, ist dabei am fertigen optoelektronischen Halbleiterbauteil eindeutig nachweisbar. Es handelt sich bei diesem Merkmal daher nicht um ein
Verfahrensmerkmal, sondern um ein gegenständliches Merkmal, das am fertigen Produkt mit den herkömmlichen
Analysetechniken der Halbleitertechnik nachweisbar ist. Mit anderen Worten sind sämtliche Schichten der elektrischen Anschlussstelle PVD (englisch: Physical Vapor Deposition, physikalische Gasphasenabscheidung) -Schichten, die mittels einer physikalischen Gasphasenabscheidung herstellt sind.
Eine solche elektrische Anschlussstelle lässt sich besonders einfach und kostengünstig herstellen, da auf einen
Galvanikschritt zur Herstellung der elektrischen
Anschlussstelle verzichtet werden kann. Ferner können die
PVD-Schichten der elektrischen Anschlussstelle besonders dünn ausgebildet werden, was eine besonders dünn ausgebildete elektrische Anschlussstelle ermöglicht. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das optoelektronische
Halbleiterbauteil einen Formkörper, der mit einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist, und der den optoelektronischen Halbleiterchip zumindest stellenweise umgibt, wobei die elektrische Anschlussstelle den Formkörper an dessen Unterseite zumindest stellenweise bedeckt. Der optoelektronische Halbleiterchip wird vom Formkörper
beispielsweise seitlich vollständig umgeben. Das heißt, in lateraler Richtung kann der optoelektronische Halbleiterchip mittelbar oder direkt an den Formkörper grenzen. Die
lateralen Richtungen sind dabei diejenigen Richtungen, die zu einer Haupterstreckungsebene des optoelektronischen
Halbleiterchips und/oder des Halbleiterbauteils parallel verlaufen. Die lateralen Richtungen laufen zu einer
vertikalen Richtung senkrecht, wobei die vertikale Richtung beispielsweise parallel oder im Wesentlichen parallel zur Stapelrichtung der Schichten der elektrischen Anschlussstelle verläuft.
Der Formkörper kann ein Matrixmaterial umfassen, das mit einem Kunststoff wie Silikon, Epoxid oder einem Silikon- Epoxid-Hybridmaterial gebildet ist. In das Matrixmaterial können reflektierende und/oder absorbierende und/oder streuende Partikel eingebracht werden, welche auftretende elektromagnetische Strahlung, insbesondere Licht,
reflektieren, absorbieren oder streuen. Auf diese Weise kann der Formkörper farbig und/oder reflektierend und/oder absorbierend ausgebildet sein.
Der Formkörper kann dabei zumindest an der der elektrischen Anschlussstelle zugewandten Unterseite des optoelektronischen Halbleiterchips bündig oder im Wesentlichen bündig mit dem optoelektronischen Halbleiterchip abschließen. Ferner ist es möglich, dass der optoelektronische Halbleiterchip und der Formkörper an der der Unterseite abgewandten Oberseite bündig oder im Wesentlichen bündig miteinander abschließen. Im Wesentlichen bündig heißt hier und im Folgenden, dass der optoelektronische Halbleiterchip den Formkörper lediglich in einer Höhe überragt oder vom Formkörper lediglich in einer Höhe überragt wird, die höchstens 15 % der Dicke des
Halbleiterchips in vertikaler Richtung entspricht.
Die elektrische Anschlussstelle kann sich vom Halbleiterchip in lateralen Richtungen zumindest stellenweise zum Formkörper erstrecken, sodass sie den Formkörper an dessen Unterseite stellenweise bedeckt. Dabei ist es möglich, dass die
elektrische Anschlussstelle sich ohne Unterbrechung von einem Bereich, in dem sie den optoelektronischen Halbleiterchip bedeckt, zu einem Bereich erstreckt, in dem sie den
Formkörper bedeckt. Im Bereich des optoelektronischen
Halbleiterchips ist die elektrische Anschlussstelle
mechanisch und elektrisch leitend mit dem Halbleiterchip verbunden, im Bereich des Formkörpers ist die elektrische Anschlussstelle mechanisch mit dem Formkörper verbunden. Insbesondere eine elektrische Anschlussstelle, die mit einem PVD-Verfahren hergestellt wird, kann sich in Bereiche
erstrecken, in denen sich der Formkörper befindet. Auf diese Weise kann die elektrische Anschlussstelle besonders
großflächig ausgeführt werden, was eine zuverlässigere
Verbindung der elektrischen Anschlussstelle mit den
verbleibenden Komponenten des optoelektronischen
Halbleiterbauteils einerseits und dem Zielort, an dem das optoelektronische Halbleiterbauteil befestigt und
angeschlossen wird, andererseits ermöglicht. Ferner kann eine Ausführung der elektrischen Anschlussstelle, derart, dass auch der Formkörper teilweise von dieser bedeckt wird, zu einer verbesserten Wärmeableitung im Betrieb des
optoelektronischen Halbleiterbauteils beitragen. Insbesondere die Kontaktschicht der elektrischen Anschlussstelle ist dabei derart ausgewählt, dass sie auch zum Material des Formkörpers eine besonders gute Haftung aufweist. Insbesondere Aluminium stellt sich dabei als
Material heraus, das besonders gut haftend mit dem Formkörper verbunden werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils befindet sich die elektrische
Anschlussstelle teilweise in direktem Kontakt mit dem
optoelektronischen Halbleiterchip und/oder dem Formkörper. Durch den direkten Kontakt der elektrischen Anschlussstelle, der insbesondere durch die Kontaktschicht der elektrischen Anschlussstelle vermittelt wird, zum optoelektronischen
Halbleiterchip und/oder dem Formkörper, ist die mechanische Haftung zwischen der elektrischen Anschlussstelle und den verbleibenden Komponenten des optoelektronischen
Halbleiterbauteils erhöht.
Insbesondere ist es möglich, dass die elektrische
Anschlussstelle sowohl mit dem optoelektronischen
Halbleiterchip als auch mit dem Formkörper sich in direktem Kontakt befindet, derart, dass die Kontaktschicht direkt an beide Komponenten grenzt und sich in lateralen Richtungen vom Halbleiterchip zum Formkörper erstreckt. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der Formkörper und der
optoelektronische Halbleiterchip an der Unterseite des optoelektronischen Halbleiterchips, die der elektrischen Anschlussstelle zugewandt ist, bündig oder im Wesentlichen bündig miteinander abschließen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils weist die elektrische Anschlussstelle zwei, insbesondere drei oder mehr Paare der Barriereschicht und einer Zwischenschicht auf, die direkt aneinandergrenzen und die zwischen der Kontaktschicht und der Schutzschicht übereinander gestapelt angeordnet sind. Das heißt, die elektrische Anschlussstelle umfasst wenigstens drei
Barriereschichten, die zum Beispiel identisch ausgebildet sein können. An die der Kontaktschicht jeweils abgewandte Seite einer jeden Barriereschicht kann jeweils eine
Zwischenschicht grenzen, die mit einem Material gebildet ist, das vom Material der Barriereschicht verschieden ist. Der mehrlagige Aufbau der Barriereschichten und der
Zwischenschichten als Stapel ermöglicht es dabei,
durchgehende Defekte, zum Beispiel an Korngrenzen oder
Wachstumsgrenzen der Schichten oder im Bereich zwischen
Halbleiterchip und Formkörper, zu verhindern, dadurch, dass die Barriereschicht an der Zwischenschicht jeweils neu nukleiert. Beispielsweise kann die Zwischenschicht dabei mit Materialien wie Pt, Ni, NiV oder Au gebildet sein oder aus einem dieser Materialien bestehen.
Beispielsweise erweisen sich dabei die folgenden
Schichtaufbauten für die elektrische Anschlussstelle als besonders vorteilhaft, wobei die angegebene Schichtdicke der Schichten in vertikaler Richtung gemessen wird und um +/- 20 %, insbesondere um +/- 10 % um den angegebenen Wert schwanken kann : 1. Beispiel:
- Kontaktschicht aus AI mit einer Schichtdicke von 100 nm bis 200 nm; - N mal * (Barriereschicht aus Ti mit einer Schichtdicke von 80 nm und Zwischenschicht aus Pt oder Ni mit einer Schichtdicke von 30 nm) , wobei N>1, insbesondere N=3 oder N=5;
- Schutzschicht aus Au mit einer Schichtdicke von 50 nm bis 100 nm.
Beispiel :
- Kontaktschicht aus AI mit einer Schichtdicke von 100 nm bis 200 nm;
- N mal * (Barriereschicht aus TiWN mit einer
Schichtdicke von 100 nm und Zwischenschicht aus Pt mit einer Schichtdicke von 30 nm) , wobei N>1, insbesondere N=3 oder N=5;
- Schutzschicht aus Au mit einer Schichtdicke von 50 nm bis 100 nm.
Dabei können die angegebenen Schichten jeweils direkt aneinandergrenzen und die Anschlussstelle kann frei von anderen, nicht aufgeführten Schichten sein und somit aus den angegebenen Schichten bestehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist der Stapel aus Paaren der
Barriereschicht und der Zwischenschicht und/oder die gesamte elektrische Anschlussstelle insbesondere in lateralen
Richtungen druckverspannt. Diese Druckverspannung kann durch die Wahl der Materialien und der Schichtdicken und/oder die Wahl der Parameter der Abscheideprozesse, die zur Herstellung der Schichten Verwendung finden, erreicht werden, wie sie beispielhaft in den obenstehenden Beispielen angegeben sind. Mit einem solchen druckverspannten Stapel aus Paaren der Barriereschicht und der Zwischenschicht kann eine Zugverspannung der elektrischen Anschlussstelle vermieden werden. Für den Fall einer mechanischen Schädigung der elektrischen Anschlussstelle an einer Stelle wird der dadurch erzeugte Defekt durch die Druckverspannung gewissermaßen zugedrückt oder kann zumindest nicht weiter aufbrechen.
Dadurch wird eine besonders gute Barrierequalität des Stapels aus Paaren der Barriereschicht und der Zwischenschicht gegenüber Diffusion von Verbindungsmaterial, insbesondere Lötmaterial, erreicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils weist die elektrische Anschlussstelle eine Dicke von wenigstens 250 nm und höchstens 2000 nm auf. Dies ist insbesondere dadurch möglich, dass die elektrische
Anschlussstelle ausschließlich mittels eines PVD-Verfahrens hergestellt wird, das heißt sämtliche Schichten der
elektrischen Anschlussstellen, PVD-Schichten sind. Dies gilt auch für die Zwischenschichten, die im Stapel aus Paaren von Barriereschichten und der Zwischenschichten angeordnet sein können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das optoelektronische
Halbleiterbauteil zumindest eine weitere elektrische
Anschlussstelle zur Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterchips, die identisch zur elektrischen
Anschlussstelle ausgebildet ist. Beispielsweise kann die weitere elektrische Anschlussstelle sich ebenfalls mit der Unterseite des zugeordneten optoelektronischen
Halbleiterchips und gegebenenfalls dem Formkörper in
mittelbarem oder direktem Kontakt befinden. In diesem Fall handelt es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterchip beispielsweise um einen Flip-Chip, der an sich schon
oberflächenmontierbar ausgebildet ist.
Alternativ ist es möglich, dass das optoelektronische
Halbleiterbauteil gemäß zumindest einer Ausführungsform eine Durchkontaktierung umfasst, die sich stellenweise durch den Formkörper erstreckt und die elektrisch leitend mit dem optoelektronischen Halbleiterchip verbunden ist. Die weitere elektrische Anschlussstelle kann dann die Durchkontaktierung an ihrer Unterseite zumindest stellenweise oder auch
vollständig bedecken. Insgesamt sind die elektrische
Anschlussstelle und die weitere elektrische Anschlussstelle an einer Unterseite des optoelektronischen Halbleiterbauteils in lateralen Richtungen beabstandet zueinander angeordnet, sodass das optoelektronische Halbleiterbauteil über diese beiden elektrischen Anschlussstellen oberflächenmontierbar ist .
Die weitere elektrische Anschlussstelle kann sich dabei mit der Durchkontaktierung und/oder dem Formkörper stellenweise in direktem Kontakt befinden.
Es wird weiter eine optoelektronische Anordnung angegeben. Die optoelektronische Anordnung umfasst zumindest ein
optoelektronisches Halbleiterbauteil, wie es hier beschrieben ist. Das heißt, sämtliche für das optoelektronische
Halbleiterbauteil beschriebenen Merkmale sind auch für die optoelektronische Anordnung beschrieben und umgekehrt. Die optoelektronische Anordnung umfasst weiter einen
Anschlussträger, bei dem es sich beispielsweise um eine
Leiterplatte handeln kann. Das zumindest eine
optoelektronische Halbleiterbauteil ist an dem zumindest einen Anschlussträger mechanisch befestigt und elektrisch leitend verbunden, wozu zwischen dem Anschlussträger und dem optoelektronischen Halbleiterbauteil ein Verbindungsmaterial angeordnet ist, wobei sich das Verbindungsmaterial in
direktem Kontakt mit der Schutzschicht der elektrischen
Anschlussstelle und gegebenenfalls der weiteren elektrischen Anschlussstelle befindet. Bei dem Verbindungsmaterial handelt es sich beispielsweise um ein Lotmaterial, wie zum Beispiel eine Lotpaste. Ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil kann zur Bildung der optoelektronischen Anordnung
beispielsweise über einen Reflow-Lötprozess mit der
Leiterplatte verbunden werden, ohne dass es zu einer
Beschädigung des optoelektronischen Halbleiterchips durch das Lotmaterial kommt. Dies ist insbesondere durch den hier beschriebenen Aufbau der elektrischen Anschlussstelle und gegebenenfalls der weiteren elektrischen Anschlussstelle möglich . Es wird ferner ein Verfahren zur Herstellung eines
optoelektronischen Halbleiterbauteils angegeben. Mittels dem Verfahren kann ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil hergestellt werden, sodass sämtliche für das optoelektronische Halbleiterbauteil offenbarten Merkmale auch für das Verfahren offenbart sind und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden zumindest die Barriereschichten oder die gesamte elektrische Anschlussstelle des optoelektronischen Halbleiterbauteils ausschließlich mittels einer physikalischen
Gasphasenabscheidung hergestellt. Das heißt, sämtliche
Schichten der elektrischen Anschlussstelle, wie
beispielsweise die Kontaktschicht, die Barriereschicht, die Zwischenschicht, die Schutzschicht, werden mittels eines PVD- Verfahrens hergestellt. Dabei können zur Herstellung
unterschiedlicher Schichten unterschiedliche PVD-Verfahren Verwendung finden. Besonders bevorzugt werden jedoch
sämtliche Schichten der elektrischen Anschlussstelle mit dem gleichen PVD-Verfahren in der gleichen Anlage hergestellt. Dies ermöglicht eine besonders einfache und damit
kostengünstige Herstellung der elektrischen Anschlussstelle. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die weitere elektrische Anschlussstelle ausschließlich mittels einer physikalischen Gasphasenabscheidung hergestellt. Die weitere elektrische Anschlussstelle kann dabei in den
gleichen Verfahrensschritten wie die elektrische
Anschlussstelle gleichzeitig mit dieser hergestellt werden, was die Herstellung des optoelektronischen Halbleiterbauteils insgesamt vereinfacht.
Im Folgenden werden das hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauteil, die hier beschriebene optoelektronische Anordnung sowie das hier beschriebene Verfahren zur
Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils anhand von Ausführungsbeispielen und den zugehörigen Figuren näher erläutert.
Die Figuren 1 und 2 zeigen hier beschriebene
optoelektronische Halbleiterbauteile sowie hier beschriebene optoelektronische Anordnungen in
Ausführungsbeispielen dieser in schematischen
Schnittdarstellungen.
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.
Die Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer hier
beschriebenen optoelektronischen Anordnung mit einem
Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen
optoelektronischen Halbleiterbauteils 1 als
Schnittdarstellung in einer Ausschnittsvergrößerung.
Das optoelektronische Halbleiterbauteil 1 umfasst einen optoelektronischen Halbleiterchip 11. Bei dem
optoelektronischen Halbleiterchip 11 handelt es sich
beispielsweise um einen Leuchtdiodenchip. Der
optoelektronische Halbleiterchip 11 umfasst einen Chipträger 110 sowie epitaktische Schichten 111. Der Chipträger 110 ist vorliegend elektrisch leitend ausgebildet. Beispielsweise handelt es sich bei dem Chipträger 110 vorliegend nicht um ein Aufwachssubstrat , sondern um einen Trägerkörper für die epitaktischen Schichten 111, der vor oder nach dem Ablösen des Aufwachssubstrats mit den epitaktischen Schichten 111 verbunden wurde.
Der Träger 110 ist beispielsweise mit Silizium oder Germanium gebildet .
Der optoelektronische Halbleiterchip ist seitlich in
lateralen Richtungen von dem Formkörper 12 umgeben. Der
Formkörper 12 kann beispielsweise mit einem
Kunststoffmaterial als Matrixmaterial gebildet sein, das mit streuenden oder reflektierenden Partikeln gefüllt ist, sodass der Formkörper 12 für im optoelektronischen Halbleiterchip 11 erzeugte elektromagnetische Strahlung reflektierend ist.
An der Unterseite des optoelektronischen Halbleiterchips 11 schließen im Ausführungsbeispiel der Figur 1 der Formkörper 12 und der optoelektronische Halbleiterchip 11 bündig
miteinander ab.
An der Unterseite von dem optoelektronischen Halbleiterchip 11 und dem Formkörper erstreckt sich die elektrische
Anschlussstelle 13a. Die elektrische Anschlussstelle 13a umfasst vorliegend eine Kontaktschicht 131, einen
Schichtenstapel aus Barriereschichten 132a und
Zwischenschichten 132b sowie eine Schutzschicht 133, die an der der Kontaktschicht 131 abgewandten Unterseite des
Schichtenstapels aus Barriereschichten 132a und
Zwischenschichten 132b angeordnet ist.
Sämtliche Schichten der Anschlussstelle 13a sind vorliegend mit einem PVD-Verfahren erzeugt. Beispielsweise ist die
Kontaktschicht 131 mit Aluminium gebildet und weist eine Dicke von circa 100 nm bis 200 nm auf. Die Barriereschichten 132a sind jeweils mit Ti gebildet, die Zwischenschichten 132b sind jeweils mit Pt gebildet. Die Barriereschichten 132a weisen dabei beispielsweise eine Dicke von 80 nm auf, die Zwischenschichten 132b weisen jeweils eine Dicke von 30 nm auf. An der Unterseite wird die Anschlussstelle 13a von der Schutzschicht 133, die zum Beispiel mit Gold gebildet ist, und eine Dicke von circa 50 nm bis 100 nm aufweist,
abgeschlossen.
Das derart ausgebildete optoelektronische
Halbleiterbauelement ist über das Verbindungsmaterial 2, das beispielsweise mit einer Lotpaste gebildet ist, mit dem
Anschlussträger 3, bei dem es sich zum Beispiel um eine
Platine handelt, mechanisch und elektrisch leitend verbunden. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 erstreckt sich die
elektrische Anschlussstelle 13a an der Unterseite vom
Halbleiterchip 11 zum Formkörper 12 und bedeckt damit diese beiden Komponenten des optoelektronischen
Halbleiterbauelements 1.
In Verbindung mit der Figur 2 ist ein weiteres
Ausführungsbeispiel einer hier beschriebenen
optoelektronischen Anordnung mit einem Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen
Halbleiterbauelements 1 näher beschrieben.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 im
Ausführungsbeispiel der Figur 2 zeigt wiederum einen
optoelektronischen Halbleiterchip 11, der seitlich in einem Formkörper 12 eingebettet ist. Durch den Formkörper 12 erstreckt sich von dessen Oberseite bis zu dessen Unterseite lateral beabstandet zum Halbleiterchip 11 die
Durchkontaktierung 14, die mit einem elektrisch leitenden Material gebildet ist. Die Durchkontaktierung 14 ist an der Oberseite des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 über das Kontaktelement 15, das zum Beispiel als Metallschicht ausgebildet ist, mit dem Halbleiterchip 11 elektrisch leitend verbunden. An der Unterseite des optoelektronischen
Halbleiterbauelements 1 ist lateral beabstandet zur
elektrischen Anschlussstelle 13a die weitere elektrische Anschlussstelle 13b angeordnet, die identisch zur ersten elektrischen Anschlussstelle 13a ausgebildet sein kann. Die weitere elektrische Anschlussstelle 13b befindet sich mit der Durchkontaktierung und dem angrenzenden Formkörper 12 beispielsweise in direktem Kontakt. Die elektrische
Anschlussstelle 13a und die weitere elektrische
Anschlussstelle 13b können dabei wie oben angegeben
ausgeführt sein. Beide elektrischen Anschlussstellen 13a, 13b sind über ein Verbindungsmaterial 2, zum Beispiel eine
Lotpaste, mit dem Anschlussträger 3, beispielsweise einer Platine, mechanisch und elektrisch leitend verbunden, sodass das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 auf den
Anschlussträger 3 oberflächenmontiert ist.
Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Figur 1 erstreckt sich die elektrische Anschlussstelle 13a im
Ausführungsbeispiel der Figur 2 nicht an der Unterseite des Formkörpers 12, sondern ist lediglich im Bereich des
Halbleiterchips 11 ausgebildet, wobei sie dessen Unterseite, anders als dargestellt, auch vollständig bedecken kann. Es ist aber auch im Ausführungsbeispiel der Figur 2 möglich, dass sich die elektrische Anschlussstelle 13a sowohl über den Halbleiterchip 11 an dessen Unterseite als auch den
Formkörper 12 erstreckt.
Insgesamt können die dargestellten optoelektronischen
Halbleiterbauelemente 1 mit einem hier beschriebenen
Verfahren hergestellt werden, wobei die elektrische
Anschlussstelle 13a und gegebenenfalls die weitere
elektrische Anschlussstelle 13b jeweils mittels eines PVD- Verfahrens hergestellt werden. 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. Es wird die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE
102015101070.4 beansprucht, deren Offenbarungsgehalt hiermit unter Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
1 optoelektronisches Halbleiterbauteil
2 Verbindungsmaterial
3 Anschlussträger
11 optoelektronischer Halbleiterchip
12 Formkörper
13a Anschlussstelle
13b weitere Anschlussstelle
14 Durchkontaktierung
15 Kontaktelernent
110 Chipträger
111 epitaktischen Schichten
131 KontaktSchicht
132a Barriereschichten
132b Zwischenschicht
133 Schutzschicht

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) mit
- einem optoelektronischen Halbleiterchip (11), und
- einer elektrischen Anschlussstelle (13a) zur Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterchips (11), wobei
- die elektrische Anschlussstelle (13a) den
optoelektronischen Halbleiterchip (11) an dessen Unterseite zumindest stellenweise bedeckt,
- die elektrische Anschlussstelle (13a) eine Kontaktschicht (131) umfasst, die dem optoelektronischen Halbleiterchip (11) zugewandt ist,
- die elektrische Anschlussstelle (13a) zumindest eine
Barriereschicht (132a) umfasst, die an einer dem
optoelektronischen Halbleiterchip (11) abgewandten Seite der Kontaktschicht (131) angeordnet ist,
- die elektrische Anschlussstelle (13a) eine Schutzschicht (133) umfasst, die an der der Kontaktschicht (131)
abgewandten Seite der zumindest einen Barriereschicht (132a, 132b) angeordnet ist,
- die Schichten der elektrischen Anschlussstelle (13a) entlang einer Stapelrichtung übereinander angeordnet sind, und
- die Stapelrichtung senkrecht zu einer
Haupterstreckungsebene des optoelektronischen Halbleiterchips (11) verläuft.
2. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem
vorherigen Anspruch,
bei dem die elektrische Anschlussstelle (13a) zwei oder mehr Paare der Barriereschicht (132a) und einer Zwischenschicht (132b) aufweist, die direkt aneinandergrenzen und die zwischen der Kontaktschicht (131) und der Schutzschicht (133) übereinandergestapelt angeordnet sind, wobei der Stapel aus Paaren der Barriereschicht (132a) und der Zwischenschicht (132b) druckverspannt ist.
3. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem
vorherigen Anspruch,
bei dem zumindest alle Barriereschichten (132a) oder die gesamte elektrische Anschlussstelle (13a) ausschließlich mittels einer physikalischen Gasphasenabscheidung hergestellt sind .
4. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche mit
einem Formkörper (12), der mit einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist, und der den optoelektronischen
Halbleiterchip seitlich zumindest stellenweise umgibt, wobei die elektrische Anschlussstelle (13a) den Formkörper (12) an dessen Unterseite zumindest stellenweise bedeckt.
5. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem
vorherigen Anspruch,
bei dem sich die elektrische Anschlussstelle (13a) ohne
Unterbrechung von einem Bereich, in dem sie den
optoelektronischen Halbleiterchip (11) bedeckt, zu einem
Bereich erstreckt, in dem sie den Formkörper (12) bedeckt.
6. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei dem sich die elektrische Anschlussstelle (13a)
stellenweise in direktem Kontakt mit dem optoelektronischen Halbleiterchip (11) und/oder dem Formkörper (12) befindet.
7. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei dem die elektrische Anschlussstelle (13a) zwei oder mehr Paare der Barriereschicht (132a) und einer Zwischenschicht (132b) aufweist, die direkt aneinandergrenzen und die
zwischen der Kontaktschicht (131) und der Schutzschicht (133) übereinandergestapelt angeordnet sind.
8. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem
vorherigen Anspruch,
bei dem der Stapel aus Paaren der Barriereschicht (132a) und der Zwischenschicht (132b) druckverspannt ist.
9. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei dem die elektrische Anschlussstelle (13a) eine Dicke von wenigstens 250 nm und höchstens 2000 nm aufweist.
10. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche mit
einer weiteren elektrischen Anschlussstelle (13b) zur
Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterchips (11), die identisch zur elektrischen Anschlussstelle (13a)
ausgebildet ist.
11. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche mit
einer Durchkontaktierung (14), die sich stellenweise durch den Formkörper (12) erstreckt, wobei die weitere elektrische Anschlussstelle (13b) die Durchkontaktierung (14)
stellenweise bedeckt.
12. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei dem sich die weitere elektrische Anschlussstelle (13b) mit der Durchkontaktierung (14) und/oder dem Formkörper (12) stellenweise in direktem Kontakt befindet.
13. Optoelektronische Anordnung mit
- einem Anschlussträger (3) , und
- zumindest einem optoelektronischen Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
- zwischen dem Anschlussträger (3) und dem optoelektronischen Halbleiterbauteil (1) ein Verbindungsmaterial (2) angeordnet ist, wobei sich das Verbindungsmaterial (2) in direktem
Kontakt mit der Schutzschicht (133) befindet.
14. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauteils nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die elektrische Anschlussstelle (13a) ausschließlich mittels einer physikalischen Gasphasenabscheidung hergestellt wird.
15. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch,
wobei die weitere elektrische Anschlussstelle (13b)
ausschließlich mittels einer physikalischen
Gasphasenabscheidung hergestellt wird.
PCT/EP2016/050386 2015-01-26 2016-01-11 Optoelektronisches halbleiterbauteil, optoelektronische anordnung und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauteils Ceased WO2016120047A1 (de)

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DE112016000474.5T DE112016000474B9 (de) 2015-01-26 2016-01-11 Optoelektronisches halbleiterbauteil, optoelektronische anordnung und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauteils
US15/544,288 US10283686B2 (en) 2015-01-26 2016-01-11 Optoelectronic semiconductor component, optoelectronic arrangement and method of producing an optoelectronic semiconductor component

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