WO2017207406A1 - Verfahren zur herstellung eines strahlungsemittierenden bauelements und strahlungsemittierendes bauelement - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines strahlungsemittierenden bauelements und strahlungsemittierendes bauelement Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a radiation-emitting component and a
  • Radiation-emitting components such as inorganic light-emitting diodes, organic light-emitting diodes or
  • optically transparent dielectrics which usually have a small value for WVTR (water vapor transmission rate) and prevent the ingress of water and / or moisture into the device.
  • WVTR water vapor transmission rate
  • dielectrics of alumina can be used.
  • Aluminum oxide has a very small WVTR, is considered "pinhole" -free and can with the example of
  • Atomic layer deposition (ALD) processes are produced as well as in any geometry.
  • Environmental influences such as humidity and / or
  • An object of the invention is to provide a method for
  • an object of the invention is to provide a stable, in particular stable against environmental influences, radiation-emitting component.
  • the method of fabricating a radiation-emitting device or device comprises the steps of:
  • the dielectric layer by means of atomic layer deposition method, wherein the first protective layer silicon elementary and / or Silicon in combination, wherein the layer thickness of the first protective layer is less than or equal to 1 nm, so that the first protective layer reduces and / or prevents degradation of the dielectric layer.
  • the radiation-emitting component has a dielectric layer comprising aluminum. Furthermore, the
  • radiation-emitting device has a first protective layer, which is arranged on the dielectric layer and opposite to the encapsulation of the dielectric layer
  • the dielectric layer and / or the first protective layer are or are produced by means of atomic layer deposition processes.
  • the first protective layer comprises silicon elemental and / or silicon in conjunction or consists of these materials.
  • the layer thickness of the first protective layer is less than or equal to 1 nm. The first protective layer reduces and / or prevents degradation of the dielectric layer.
  • the radiation-emitting component is an inorganic one
  • the radiation-emitting component has in particular a semiconductor chip.
  • the semiconductor chip is preferably configured to emit blue light, white light, yellow light, green light, orange light and / or red light. According to at least one embodiment of the
  • Radiation-emitting device the semiconductor chip on a semiconductor layer sequence.
  • the semiconductor material is preferably a
  • Nitride compound semiconductor material such as Al n In] __ n _ m Ga m N, or a phosphide compound semiconductor material such as Al n In] __ n _ m Ga m P, where in each case 0 ⁇ n 1, 0 ⁇ m 1 and n + m ⁇ 1.
  • the semiconductor material may be Al x Ga x __ x As with 0 ⁇ x ⁇ 1
  • the semiconductor layer sequence includes an active layer with at least one pn junction and / or with one or more quantum well structures.
  • a wavelength of the radiation is preferably in the ultraviolet, infrared and / or visible spectral range, in particular at
  • Wavelengths between 420 nm and 680 nm inclusive for example between 440 nm and 480 nm inclusive. According to at least one embodiment of the method, this has a step A), providing a
  • dielectric layer aluminum aluminum.
  • Aluminum may preferably be present in conjunction, for example, as alumina (Al 2 O 3).
  • the dielectric layer comprises or consists of alumina and is produced by atomic layer deposition techniques.
  • the method comprises a step B), applying a first protective layer to the dielectric layer by means of
  • Atomic layer deposition method The atomic layer deposition (ALD) method is well known to a person skilled in the art and therefore will not be described here
  • the MLD molecular layer deposition method
  • That one layer or one element is arranged “on” or “above” another layer or element or Here, and in the following, it can mean that the one layer or the one element is arranged directly in direct mechanical and / or electrical contact with the other layer or the other element.
  • the one layer or the one element is arranged indirectly on or above the other layer or the other element.
  • the first protective layer is applied directly to the dielectric layer.
  • Direct and direct mechanical contact is understood here and below as meaning that no further layers or elements are present between the first protective layer and the dielectric layer.
  • the dielectric layer comprises or comprises aluminum, for example aluminum oxide, and forms a covalent bond to the first protective layer after step B).
  • the resulting covalent attachment of the first protective layer has the covalent bond Al-O-Si at the interface.
  • the resulting covalent attachment of the first protective layer has the covalent bond Al [-O-Si-] n.
  • n 1, that is, that the first protective layer is formed as a monolayer.
  • n 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 or 9.
  • Adjacent Si atoms can cross-link so that Si-O-Si is crosslinked across the surface.
  • the layer thickness of the first protective layer is less than or equal to 1 nm, 0.9 nm, 0.8 nm, 0.7 nm, 0.5 nm, 0.4 nm, 0.3 nm, 0.2 nm, 0.1 nm or 0.05 nm, so that the first protective layer reduces or prevents degradation of the dielectric layer.
  • the layer thickness of the first protective layer is particularly preferably exactly one monolayer or exactly two monolayers or exactly three monolayers.
  • the first comprises
  • the first protective layer of silicon includes or is in communication. From silicon in connection here and in the following means that the silicon is bonded to another element of the periodic table, for example to oxygen, and thus forms, for example, silicon oxide. With silicon oxide here all oxides of silicon are referred to, wherein the stoichiometric composition may be variable. Silicon dioxide is preferably referred to here as silicon dioxide (S1O2).
  • the first protective layer encapsulates the dielectric layer in such a way that no or only minimal environmental influences can reach the dielectric layer and can lead to aging or degradation of the dielectric layer.
  • the dielectric layer may thereby be exposed.
  • the first protective layer automatically heals the damage so that the dielectric layer is protected against environmental influences is passivated. Self-healing means here and below that this cure is tool-free or without
  • the healing takes place by chemical reaction of the silicon of the first
  • dimers can also be longer and cross-linked
  • the first covers
  • Protective layer form-fitting the dielectric layer.
  • the first protective layer envelops the first protective layer
  • the method has an additional step:
  • Protective layer wherein the second layer layer comprises or consists of elemental silicon.
  • Protective layer has a layer thickness of at most 3 nm, 2 nm, 1.5 nm, 1 nm, 0.8 nm or 0.6 nm, for example, a
  • Protective layer in particular on the first protective layer, is applied such that the second protective layer, at least the dielectric layer and / or the first
  • Protective layer is not covered form-fitting. In the case of damage to the first protective layer and / or the dielectric layer, the second protective layer
  • the second protective layer comprising silicon or the first one
  • Protective layer if this includes silicon, a so-called self-healing process.
  • This self-healing process automatically closes any defects in the first protective layer or in the dielectric layer, such as, for example, pinholes, nanoslits, scratches or process errors, if the radiation-emitting component of a degrading
  • the second protective layer or the first protective layer which comprises silicon, has a very strong so-called distance effect, whereby even larger errors can be passivated on their own.
  • the healing takes place by chemical reaction of the Si of the second protective layer to silica and its derivatives and then a
  • the second protective layer may diffuse toward damage and passivate the dielectric layer.
  • the dielectric layer which comprises in particular alumina, can chemically inhibit in a degrading environment by the
  • Dielectric layer terminated chemically resistant to aging. Thus not only environmental influences, such as water, are physically kept away from the dielectric layer, but also a chemical reaction of the environmental influences with the dielectric layer is prevented.
  • the first protective layer and / or the second protective layer can be formed very thin, for example, they can each be only one monolayer thick. The protective layers are therefore thinner and more effectively formed compared to
  • the protective layers can induce a self-healing process itself, especially if the protective layers comprise elemental silicon.
  • the defects of the dielectric layer are independently passivated by the protective layer when the radiation-emitting component of an aging environment, in particular
  • the protective layers In conventional components, in comparison, the protective layers must be formed very thick, since this
  • the conventional protective layers are applied, for example, by means of PECVD (plasma-enhanced chemical vapor deposition).
  • PECVD plasma-enhanced chemical vapor deposition
  • such protective layers have one At least 6 times greater or at least the same layer thickness as the dielectric layer (for example, dielectric layer 45 nm and protective layer 350 nm).
  • the protective layers according to the invention are very thin, ie thinner than the dielectric layer, in particular in the subnanometer region, and nevertheless protect against a degradation of the dielectric layer.
  • Radiation-emitting device can not flake in the subsequent process, as this would lead to failure of the protective layer.
  • FIG. 1 shows a scanning electron micrograph of a comparative example
  • FIG. 2A shows a radiation-emitting component according to FIG.
  • FIG. 2B shows a scanning electron micrograph
  • FIGS. 3A to 3C each show a radiation-emitting
  • FIGS. 4A to 4C show a method for producing a
  • FIGS. 5A to 5C show a method for producing a
  • FIGS. 6A to 6C each show an FTIR spectrum according to a
  • identical, identical or identically acting elements can each be provided with the same reference numerals.
  • the illustrated elements and their proportions with each other are not to be regarded as true to scale. Rather, individual elements such as layers, components, components and areas for exaggerated representability and / or for better understanding can be displayed exaggeratedly large.
  • FIG. 1 shows a scanning electron microscope
  • degraded dielectric layer 1 which comprises alumina and has been exposed to environmental influences.
  • Alumina hydroxide The alumina surface was produced by atomic layer deposition. To avoid this degraded effect, the dielectric should be Layer 1 with a protective layer 2, 3 are protected against degradation.
  • FIGS. 2A and 2B show a radiation-emitting component and a scanning electron micrograph.
  • the so-called chemical capping theory is shown here.
  • the radiation-emitting component of FIG. 2A shows a dielectric layer 1 which, in particular, comprises aluminum oxide
  • Atom Anlagenabscheide vide is formed.
  • a first protective layer 2 is arranged on this dielectric layer 1.
  • the first protective layer 2 is molded in particular from silicon. So it becomes a silicon source for
  • the associated scanning electron micrograph in FIG. 2B shows the surface of the dielectric layer 1 and the protective layer 2 in FIG.
  • Silicon oxide film in particular silicon dioxide film.
  • the silicon is converted to silicic acid at its original location and then diffused to the silica
  • Si radicals can then under each other to Si-O-Si bonds under further
  • the OH groups and the 0 _ groups of the silicic acid or silicic acid residues can be a Si-O-Si bond or- unit and hydroxide ions or there may be between the OH groups of the silica and the Al * ⁇ -OH Groups of Al-O-Si bonds and water are formed.
  • * ⁇ OH groups may be an Al-O-Si bond and hydroxide are also formed between the oxygen groups of the silica particles and Al.
  • the zone III of Figure 2A shows the degradation of
  • FIG. 2B shows the associated SEM recording.
  • silicon-induced capping mechanism or ALD AI 2 O 3 termination can also be used singularly or in combination with other encapsulations that may already be present.
  • Figures 3A to 3C each show a
  • Figure 1A shows a
  • Radiation-emitting device 100 which is a
  • the dielectric layer 1 is formed in particular of alumina, which means
  • the first protective layer 2 is in particular made of silicon elementary or in combination, for example, formed from silicon oxide.
  • the silicon is elemental or in
  • the first and / or second protective layer 2, 3 may be part of an encapsulation or be used for the passivation of p and / or n-semiconductor layers.
  • the first and / or second protective layer 2, 3 may be part of an encapsulation or be used for the passivation of p and / or n-semiconductor layers.
  • the first and / or second protective layer 2, 3 may be part of an encapsulation or be used for the passivation of p and / or n-semiconductor layers.
  • Protective layer for protecting the semiconductor chip surface for example the surface of the n-semiconductor layer of the semiconductor chip, the pn-junction mesa edge, within the semiconductor chip, for example on the p-type semiconductor layer, of the internal mirror and / or
  • FIG. 3B differs from FIG. 3A in that here the covalent attachment of the Si-O units to the aluminum atoms Al of the aluminum oxide is the dielectric
  • the oxygen groups can be between the
  • FIG. 3C shows in comparison to FIGS.
  • Radiation-emitting devices 100 of Figures 3A and 3B an additional second protective layer 3 on.
  • the second protective layer 3 is arranged directly on the first protective layer 2.
  • the dielectric layer 1 is made of alumina, the first protective layer 2 of silicon oxide and the second protective layer 3 of silicon.
  • the second protective layer 3 has in particular a
  • FIGS. 4A to 4C show a method for producing a radiation-emitting component 100 according to an embodiment.
  • the radiation-emitting component 100 has a dielectric layer 1, on which a particle, for example a dirt particle 8, is arranged.
  • this particle 8 may be applied to the dielectric layer 1 during manufacture as a result of dust.
  • a first protective layer 2 Over the dielectric layer 1 and the particle 8 is a first protective layer 2, in particular of
  • Silicon oxide is, applied form-fitting and thus encapsulated on the one hand, the dielectric layer 1 and the particles 8.
  • a second protective layer 2 On the first protective layer 2, a second
  • Protective layer 3 in particular made of silicon, be applied, which encapsulates the first protective layer 2, the dielectric layer 1 and the particles 8.
  • FIG. 4C shows the healing by chemical reaction of the silica on the surface of the dielectric layer 1, with subsequent covalent bonding of the silica to the dielectric layer 1.
  • the degradation-sensitive dielectric layer 1 can be passivated on its own
  • so-called errors such as pinholes, scratches or process errors, can be cured automatically when the radiation-emitting device 100 a degrading environment, ie
  • the silicon of the second protective layer 3 in the form of silica or silica residues in a radius of in particular 1 ym to 100 ym diffuse, ie migrate, and thus also
  • FIGS. 5A to 5C show a schematic side view of a radiation-emitting component 100 according to an embodiment.
  • FIG. 5A shows a dielectric layer 1
  • Protective layer 2 is positively closed.
  • a second protective layer 3 is applied in a structured manner, here for example shaped as a particle.
  • FIG. 5B shows that in the event of damage to the first protective layer 2 and thus exposure of the surface of the dielectric layer 1, the second protective layer 3, which consists of Silicon, is able to migrate in the form of silica in the direction of damage, ie to diffuse, and to diffuse on the exposed surface of the dielectric layer 1 and form-fitting to cover, so that a degradation of the dielectric layer 1 is avoided.
  • This process is also referred to as the passivation process of the dielectric layer 1 or as the self-healing process of the protective layer 2 (FIG. 5C).
  • the silicon reacts to the second one
  • FIGS. 6A to 6C each show an FTIR spectrum according to an embodiment. It is in each case the absorption A in arbitrary units (a.U.) as a function of the
  • FIG. 6A shows the dielectric layer 1, wherein no protective layer 2, 3 is arranged on the dielectric layer 1.
  • FIG. 6B shows the application of a first protective layer 2, which was produced by means of an ALD cycle
  • FIG. 6C shows the dielectric layer 1 with a first protective layer 2, which was produced by means of three ALD cycles.
  • the first protective layer 2 is preferably formed of silicon oxide.
  • the first protective layer 2 can be produced directly behind the application of the dielectric layer 1, ie with the same ALD system. It was only the
  • the first protective layer 2 terminates the surface of the first protective layer 2
  • 3 ALD cycles for producing the first protective layer 2 made of silicon dioxide are sufficient in order to make the dielectric layer 1 resistant to degradation since, as a rule, no monolayer, in particular closed monolayer, can be produced with an ALD cycle depending on the process and the process.
  • 15 to 20 ALD cycles correspond to a layer thickness of approximately 1 nm.
  • the formed first protective layer 2 is thus formed.
  • the advantage of the first protective layer 2 is that it can be produced directly after the deposition of the dielectric layer 1.
  • the first protective layer 2 can cover all areas of the dielectric layer 1 and chemically terminate without requiring a system change or the like.
  • Protective layer 3 are applied from silicon.
  • the thickness of the second protective layer is at most 3 nm or at most 1.5 nm, for example 1 nm.
  • the second protective layer 3 has a self-activated passivation mechanism.
  • the silicon of the second protective layer 3 rests.
  • an exposed surface dielectric material 1 for example aluminum oxide, triggers a chemical surface mechanism. It forms silicic acid and silicic acid residues, due to Surface chemical processes on the surface of the dielectric layer 1 precipitates and terminates the surface with Al-O-Si bond.
  • a kind of silicon oxide film is formed on the previously exposed surface of the dielectric layer 1 by itself. This effect has a certain distance effect, for example, a distance between
  • Damage and first or second protective layer 2, 3 may be made of silicon of over 100 ym. This distance causes exposed surfaces of the dielectric
  • Layer 1 can be passivated from silicon at some distance to the protective layer 2, 3.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Strahlungsemittierenden Bauelements (100) mit den Schritten: A) Bereitstellen einer dielektrischen Schicht (1), die gegenüber Umwelteinflüssen (4) degradiert, B) Aufbringen einer ersten Schutzschicht (2) auf die dielektrische Schicht (1) mittels Atomlagenabscheideverfahren, wobei die erste Schutzschicht (2) Si elementar oder in Verbindung umfasst, wobei die Schichtdicke der ersten Schutzschicht (2) kleiner oder gleich 1 nm ist, so dass die erste Schutzschicht (2) eine Degradation der dielektrischen Schicht (1) vermindert oder verhindert.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung eines Strahlungsemittierenden
Bauelements und strahlungsemittierendes Bauelement
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Strahlungsemittierenden Bauelements und ein
strahlungsemittierendes Bauelement . Strahlungsemittierende Bauelemente, wie beispielsweise anorganische Leuchtdioden, organische Leuchtdioden oder
Laser, müssen vor allem im Automobilbereich oder bei
Anwendung im Outdoorbereich vor Degradationserscheinungen, die durch Umwelteinflüsse ausgelöst werden, geschützt werden. Zu diesen Degradationserscheinungen gehören beispielsweise die Silbermigration, die Hydrolyse oder die Reaktion mit gebundenem Schwefel. Strahlungsemittierende Bauelemente werden vor diesen Degradationserscheinungen durch die
Verwendung von optisch transparenten Dielektrika geschützt, die in der Regel einen kleinen Wert für WVTR (water vapour transmission rate) besitzen und das Eindringen von Wasser und/oder Feuchte in das Bauelement verhindern. Es können beispielsweise Dielektrika aus Aluminiumoxid verwendet werden. Aluminiumoxid besitzt eine sehr kleine WVTR, gilt als „Pinhole"-frei und kann mithilfe beispielsweise des
Atomlagenabscheideverfahrens (atomic layer deposition, ALD) so gut wie in jeder Geometrie erzeugt werden.
Es hat sich allerdings gezeigt, dass die meisten Dielektrika, wie beispielsweise Aluminiumoxid, unter Gegenwart von
Umwelteinflüssen, wie beispielsweise Feuchte- und/oder
Hitzestress, altern. Es bildet sich Aluminiumhydroxid. Die Schutzwirkung der Dielektrika, wie beispielsweise Aluminiumoxid, geht dabei verloren, so dass Feuchte, in das Strahlungsemittierende Bauelement eindringen und damit die Degradation des Aluminiumoxids zu einer Zerstörung des
Strahlungsemittierenden Bauelements führen kann.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur
Herstellung eines Strahlungsemittierenden Bauelements bereitzustellen, das ein stabiles Strahlungsemittierendes Bauelement herstellt. Ferner ist eine Aufgabe der Erfindung, ein stabiles, insbesondere gegen Umwelteinflüssen stabiles, Strahlungsemittierendes Bauelement bereitzustellen.
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren zur Herstellung eines Strahlungsemittierenden Bauelements gemäß dem
unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Ferner werden diese Aufgaben durch ein Strahlungsemittierendes Bauelement gemäß dem Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Strahlungsemittierenden Bauelements sind Gegenstand des abhängigen Anspruchs 15.
In zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren zur Herstellung eines Strahlungsemittierenden Bauelements oder Bauelements die Schritte auf:
A) Bereitstellen einer dielektrischen Schicht, die gegenüber Umwelteinflüssen degradiert oder degradierbar ist, die insbesondere naturgemäß, wie beispielsweise bei AI2O3 unter Degradationserscheinungen unter bestimmten Umwelteinflüssen leiden kann,
B) Aufbringen einer ersten Schutzschicht auf die
dielektrische Schicht mittels Atomlagenabscheideverfahren, wobei die erste Schutzschicht Silizium elementar und/oder Silizium in Verbindung umfasst, wobei die Schichtdicke der ersten Schutzschicht kleiner oder gleich 1 nm ist, so dass die erste Schutzschicht eine Degradation der dielektrischen Schicht vermindert und/oder verhindert. Insbesondere
verhindert die erste Schutzschicht die Degradation der dielektrischen Schicht.
Es wird weiterhin ein Strahlungsemittierendes Bauelement angegeben. In zumindest einer Ausführungsform weist das strahlungsemittierende Bauelement eine dielektrische Schicht auf, die Aluminium umfasst. Ferner weist das
strahlungsemittierende Bauelement eine erste Schutzschicht auf, die auf der dielektrischen Schicht angeordnet ist und zur Verkapselung der dielektrischen Schicht gegenüber
Umwelteinflüssen eingerichtet ist. Die dielektrische Schicht und/oder die erste Schutzschicht werden oder sind mittels Atomlagenabscheideverfahren erzeugt. Die erste Schutzschicht weist Silizium elementar und/oder Silizium in Verbindung auf oder besteht aus diesen Materialien. Die Schichtdicke der ersten Schutzschicht ist kleiner oder gleich 1 nm. Die erste Schutzschicht vermindert und/oder verhindert eine Degradation der dielektrischen Schicht.
Im Folgenden werden weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens und des strahlungsemittierenden Bauelements angegeben. Dabei gelten die Ausführungsformen sowohl für das Verfahren als auch für das strahlungsemittierende Bauelement.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem strahlungsemittierenden Bauelement um eine anorganische
Leuchtdiode (LED) , eine organische Leuchtdiode (OLED) oder um einen Laser. Das strahlungsemittierende Bauelement weist insbesondere einen Halbleiterchip auf. Der Halbleiterchip ist bevorzugt dazu eingerichtet, blaues Licht, weißes Licht, gelbes Licht, grünes Licht, orangefarbenes Licht und/oder rotes Licht zu emittieren. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Bauelements weist der Halbleiterchip eine Halbleiterschichtenfolge auf. Die
Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips basiert
bevorzugt auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich bevorzugt um ein
Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, wie AlnIn]__n_mGamN, oder auch um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial , wie AlnIn]__n_mGamP, wobei jeweils 0 ^ n 1, 0 ^ m 1 und n + m < 1 ist. Ebenso kann es sich bei dem Halbleitermaterial um AlxGa]__xAs handeln mit 0 < x < 1. Dabei kann die
Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche
Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also AI, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Die Halbleiterschichtenfolge beinhaltet eine aktive Schicht mit mindestens einem pn-Übergang und/oder mit einer oder mit mehreren Quantentopfstrukturen . Im Betrieb des
Halbleiterchips wird in der aktiven Schicht eine
elektromagnetische Strahlung erzeugt. Eine Wellenlänge der Strahlung liegt bevorzugt im ultravioletten, infraroten und/oder sichtbaren Spektralbereich, insbesondere bei
Wellenlängen zwischen einschließlich 420 nm und 680 nm, zum Beispiel zwischen einschließlich 440 nm und 480 nm. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist dieses einen Schritt A) auf, Bereitstellen einer
dielektrischen Schicht, die gegenüber Umwelteinflüssen degradiert oder degradierbar ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
dielektrische Schicht Aluminium. Aluminium kann vorzugsweise in Verbindung beispielsweise als Aluminiumoxid (AI2O3) vorhanden sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die dielektrische Schicht Aluminiumoxid auf oder besteht daraus und wird mittels Atomlagenabscheideverfahren erzeugt.
Umwelteinflüsse bezeichnet hier und im Folgenden insbesondere physikalische, chemische oder sonstige Einwirkungen auf das Strahlungsemittierende Bauelement, die zu
Degradationserscheinungen des Bauelements führen können, Insbesondere wird unter Umweiteinflüssen Silbermigration, Hydrolyse und/oder der Einfluss von Feuchtigkeit und/oder Hitze verstanden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren einen Schritt B) auf, Aufbringen einer ersten Schutzschicht auf die dielektrische Schicht mittels
Atomlagenabscheideverfahren . Das Atomlagenabscheideverfahren (atomic layer deposition, ALD) ist einem Fachmann hinreichend bekannt und wird daher an dieser Stelle nicht näher
erläutert. Statt des ALDs kann auch das MLD (molecule layer deposition, Moleküllagenabscheideverfahren) verwendet werden.
Dass eine Schicht oder ein Element „auf" oder „über" einer anderen Schicht oder einem anderen Element angeordnet oder aufgebracht ist, kann dabei hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar in direktem mechanischem und/oder elektrischem Kontakt auf der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist.
Weiterhin kann es auch bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element mittelbar auf beziehungsweise über der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist.
Dabei können dann weitere Schichten und/oder Elemente
zwischen der einen und der anderen Schicht beziehungsweise zwischen dem einen und dem anderen Element angeordnet sein.
Vorzugsweise wird die erste Schutzschicht direkt auf der dielektrischen Schicht aufgebracht. Mit direkt wird hier und im Folgenden unmittelbarer mechanischer Kontakt verstanden, dass also keine weiteren Schichten oder Elemente zwischen der ersten Schutzschicht und der dielektrischen Schicht vorhanden sind .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die dielektrische Schicht Aluminium in Verbindung, beispielsweise Aluminiumoxid auf oder umfasst dieses und bildet nach Schritt B) eine kovalente Anbindung an die erste Schutzschicht aus.
Vorzugsweise weist die entstandene kovalente Anbindung der ersten Schutzschicht die kovalente Bindung Al-O-Si an der Grenzfläche auf.
Vorzugsweise weist die entstandene kovalente Anbindung der ersten Schutzschicht die kovalente Bindung Al[-0-Si-]n auf. Insbesondere ist n = 1, also dass die erste Schutzschicht als Monolage ausgeformt wird. Alternativ kann n = 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder 9 sein. Benachbarte Si-Atome können quervernetzen, so dass Si-O-Si quer zur Oberfläche zwischenvernetzt ist. Gemäß zumindest Ausführungsform ist die Schichtdicke der ersten Schutzschicht kleiner oder gleich 1 nm, 0,9 nm, 0,8 nm, 0,7 nm, 0,5 nm, 0,4 nm, 0,3 nm, 0,2 nm, 0,1 nm oder 0,05 nm, so dass die erste Schutzschicht eine Degradation der dielektrischen Schicht vermindert oder verhindert. Besonders bevorzugt ist die Schichtdicke der ersten Schutzschicht genau eine Monolage oder genau zwei Monolagen oder genau drei Monolagen . Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die erste
Schutzschicht elementares Silizium. Alternativ oder
zusätzlich umfasst oder besteht die erste Schutzschicht aus Silizium in Verbindung. Aus Silizium in Verbindung bedeutet hier und im Folgenden, dass das Silizium an einem anderen Element des Periodensystems, beispielsweise an Sauerstoff, gebunden ist und damit beispielsweise Siliziumoxid bildet. Mit Siliziumoxid werden hier sämtliche Oxide des Siliziums bezeichnet, wobei die stöchiometrische Zusammensetzung variabel sein kann. Vorzugsweise wird hier mit Siliziumoxid das Siliziumdioxid (S1O2) bezeichnet.
Mit anderen Worten verkapselt die erste Schutzschicht die dielektrische Schicht derart, dass keine oder nur geringfügig Umwelteinflüsse an die dielektrische Schicht gelangen können und zu einer Alterung oder Degradation der dielektrischen Schicht führen können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die erste
Schutzschicht elementares Silizium auf oder besteht daraus. Im Falle einer Beschädigung der ersten Schutzschicht kann die dielektrische Schicht dadurch freigelegt werden. Die erste Schutzschicht heilt selbstständig die Beschädigung, so dass die dielektrische Schicht gegenüber Umwelteinflüssen passiviert ist. Selbstständig heilen bedeutet hier und im Folgenden, dass diese Heilung werkzeuglos oder ohne
zusätzliche (externe) Prozessschritte erfolgt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt die Heilung durch chemische Reaktion des Siliziums der ersten
Schutzschicht zu Kieselsäure und deren Derivate und
anschließend die kovalente Anbindung der Kieselsäure an die dielektrische Schicht gemäß der Strukturformel Al-O-Si, insbesondere Al-O-Si (OH) 3 Die Kieselsäuren untereinander können unter Wasserabspaltung vernetzen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform können folgende
Reaktionen allein oder in Kombination in oder an dem
Strahlungsemittierenden Bauelement sattfinden:
1) Alterung von ALD-AI2O3
ALD-AI2O3 + H20 -> 2A100H (- unerwünschte Reaktion)
Prinzipiell könnten auch andere Alterungsprodukte, wie beispielsweise AI (OH) 3 entstehen.
2) Dissoziation von Wasser
H20 -> H+ + OH~
3) Basizität hydroxilierter ALD-AI2O3 Oberfläche Al*-OH + H+ -> Al*-OH2 + Das * zeigt an, dass es eine Oberflächengruppe des ALD-A1203 ist .
4) Ätzen von Silizium Entstehung von Kieselsäureresten
Si + 2 OH~ + 2 H20 -> [Si02 (OH) 2] 2_ + 2 H2
5) Zersetzen von Si02 Entstehung von Kieselsäure Si02 + 2 H20 -» Si(OH)4
6) Reaktion von Kieselsäureresten mit ALD-A1203~
Oberflächengruppen [Si02 (OH) 2] 2~ + Al*-OH2+ -> Al*-0-SiO (OH) 2 ~ + H20
Diese angebundenen Kieselsäurereste können dann auf der Oberfläche unter Bildung von Si-O-Si Bindungen und Abspaltung von Wasser oder OH" quervernetzen.
7) Zusätzliche Kondensationsreaktionen möglich zwischen: a) OH-Gruppen von Kieselsäuren Die kovalente Bindung Si-O- Si kann in einem Kieselsäuredimer + H20 entstehen.
Si(OH)4 + Si(OH)4 -> 3 (HO) -Si-O-Si (OH) 3
Neben Dimere, können auch längere und quervernetzte
Kieselsäurekondensate entstehen, auch wenn das aufgrund der niedrigen Kieselsäurereaktionen kaum zu erwarten ist. b) OH-Gruppe und 0 von Kieselsäure ( -resten) Die kovalente
Bindung Si-O-Si" + OH- kann entstehen, wobei die Reaktion ähnlich zur Reaktion zwischen zwei Kieselsäuren ist, nur das OH" entstehen kann. c) zwischen OH-Gruppen von Kieselsäure und Al*-OH Gruppen „Al-O-Si" + H20 entsteht
[Si(OH)4] + Al*-OH -» Al*-0-Si (OH) 3 + H20
Diese angebundenen Kieselsäuren können dann auf der
Oberfläche unter Bildung von Si-O-Si Bindungen und Abspaltung von Wasser quervernetzen. und/oder d) zwischen O" Gruppen von Kieselsäureresten und Al*-OH
Gruppen -> „Al-O-Si" + OH~ entsteht [Si02 (OH) 2] 2_ + Al*-OH -> Al*-0-SiO (OH) 2 ~ + OH"
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedeckt die erste
Schutzschicht formschlüssig die dielektrische Schicht. Mit anderen Worten umhüllt die erste Schutzschicht die
dielektrische Schicht derart, dass keine Umwelteinflüsse an die dielektrische Schicht gelangen können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die erste
Schutzschicht Siliziumoxid, insbesondere Siliziumdioxid, auf, wobei die erste Schutzschicht die dielektrische Schicht formschlüssig bedeckt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren einen zusätzlichen Schritt auf:
C) Aufbringen einer zweiten Schutzschicht auf die erste
Schutzschicht, wobei die zweite Schichtschicht elementares Silizium umfasst oder daraus besteht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die zweite
Schutzschicht eine Schichtdicke von höchstens 3 nm, 2 nm, 1,5 nm, 1 nm, 0,8 nm oder 0,6 nm auf, beispielsweise eine
Schichtdicke von 1 nm +/- 0,2 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die zweite
Schutzschicht strukturiert aufgebracht. Mit strukturiert ist hier und im Folgenden zu verstehen, dass die zweite
Schutzschicht, insbesondere auf die erste Schutzschicht, derart aufgebracht wird, dass die zweite Schutzschicht, zumindest die dielektrische Schicht und/oder die erste
Schutzschicht nicht formschlüssig bedeckt wird. Im Falle einer Beschädigung der ersten Schutzschicht und/oder der dielektrischen Schicht kann die zweite Schutzschicht
selbständig, das heißt ohne Einwirkung eines Werkzeuges, einer Person oder weiterer Prozessschritte die Beschädigung der ersten Schutzschicht und/oder die dielektrische Schicht heilen oder passiviert. Mit anderen Worten weist die zweite Schutzschicht, die Silizium umfasst, oder die erste
Schutzschicht, wenn diese Silizium umfasst, einen sogenannten Selbstheilungsprozess auf. Dieser Selbstheilungsprozess schließt eventuelle Fehler in der ersten Schutzschicht oder in der dielektrischen Schicht, wie beispielsweise Pinholes, Nanoslits, Kratzer oder Prozessfehler selbständig, falls das Strahlungsemittierende Bauelement einer degradierenden
Umgebung, also Umwelteinflüssen, ausgesetzt wird. Es erfolgt eine Passivierung. Dies kann auch als Wundheilungsprozess bezeichnet werden. Dabei besitzt die zweite Schutzschicht oder die erste Schutzschicht, die Silizium umfasst, einen sehr starken sogenannten Distanzeffekt, wodurch auch größere Fehler selbstständig passiviert werden können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt die Heilung durch chemische Reaktion des Si der zweiten Schutzschicht zu Kieselsäure und deren Derivate und anschließend eine
kovalente Anbindung der Kieselsäure an die dielektrische Schicht gemäß der Strukturformel Al-O-Si.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die zweite
Schutzschicht und die Beschädigung einen Abstand von
mindestens 1 ym und maximal 200 ym, bevorzugt einen Abstand von mindestens 50 ym und maximal 100 ym oder 200 ym,
beispielsweise 75 ym, auf. Im Falle der Heilung kann die zweite Schutzschicht in Richtung Beschädigung diffundieren und die dielektrische Schicht passivieren. Diese
Beschädigungen können beispielsweise während des
Abscheideprozesses der Passivierung oder nachträglich erzeugt werden und insbesondere im Falle von Umwelteinflüssen oder einer degradierenden Umgebung ausgeheilt werden.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass die erste
Schutzschicht und/oder die zweite Schutzschicht den
eigentlichen Alterungsprozess der dielektrischen Schicht, die insbesondere Aluminiumoxid umfasst, in einer degradierenden Umgebung chemisch unterbinden können, indem es die
dielektrische Schicht chemisch alterungsstabil terminiert. Damit werden nicht nur Umwelteinflüsse, wie Wasser, von der dielektrischen Schicht physikalisch ferngehalten, sondern es wird auch eine chemische Reaktion der Umwelteinflüsse mit der dielektrischen Schicht unterbunden. Die erste Schutzschicht und/oder die zweite Schutzschicht können sehr dünn ausgeformt werden, beispielsweise können sie jeweils nur eine Monolage dick sein. Die Schutzschichten sind daher dünner und effektiver ausgeformt verglichen mit
herkömmlichen Schutzschichten. Dies spart zudem Material und Prozessschritte .
Zudem erfolgt eine chemische Stabilisierung der
dielektrischen Schicht durch zumindest eine der
Schutzschichten, insbesondere der Oberfläche der
dielektrischen Schicht. Dies kann mittels
Atomlagenabscheideverfahren erzeugt werden und dadurch können Verformungs- oder Überformungsprobleme vermieden werden. Zudem können die Schutzschichten einen Selbstheilungsprozess selbst induzieren, insbesondere wenn die Schutzschichten Silizium elementar umfassen. Im Falle eines Fehlers werden die Defekte der dielektrischen Schicht selbstständig durch die Schutzschicht passiviert, wenn das Strahlungsemittierende Bauelement einer alternden Umgebung, insbesondere
degradierenden Umgebung, ausgesetzt ist.
In herkömmlichen Bauelementen müssen im Vergleich dazu die Schutzschichten sehr dick ausgeformt werden, da diese
hauptsächlich eine physikalische Barriere gegenüber
Umwelteinflüssen bilden und ein Eindringen von
Umwelteinflüssen vermieden werden muss. Zudem können vor allem Pinholes oder Überformungsfehler des Aluminiumoxids der dielektrischen Schicht mit einer dicken Schutzschicht
vermieden werden. Die herkömmlichen Schutzschichten werden beispielsweise mittels PECVD ( Plasma-enhanced chemical vapor deposition, Plasmagestützte chemische Gasphasenabscheidung) aufgebracht. Allerdings weisen derartige Schutzschichten eine mindestens 6-fache größere oder zumindest gleiche Schichtdicke als die dielektrische Schicht auf (zum Beispiel dielektrische Schicht 45 nm und Schutzschicht 350 nm) . Im Vergleich dazu sind die erfindungsgemäßen Schutzschichten sehr dünn, also dünner als die dielektrische Schicht, insbesondere im Subnanometerbereich, ausgeformt und schützen trotzdem vor einer Degradation der dielektrischen Schicht.
Die mittels PECVD hergestellten Schichten können Unebenheiten nur sehr schwer überformen. Deshalb kann es zu Lunkern an
Überformungskanten mit hohen Aspektverhältnissen kommen, die auch durch eine hohe Schichtdicke nicht geschlossen werden können . Zum anderen müssen dielektrische Schichten unter der
herkömmlichen Schutzschicht so tief vergraben werden, dass etwaige Partikel auf einen Halbleiterchip eines
Strahlungsemittierenden Bauelements nicht im Nachfolgeprozess abplatzen können, da dies zu einem Ausfall der Schutzschicht führen würde.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und
Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in
Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Figur 1 eine rasterelektronischenmikroskopische Aufnahme eines Vergleichsbeispiels,
Figur 2A ein Strahlungsemittierendes Bauelement gemäß einer
Ausführungsform und eines Vergleichsbeispiels, Figur 2B eine rasterelektronischenmikroskopische Aufnahme,
Figuren 3A bis 3C jeweils ein Strahlungsemittierendes
Bauelement gemäß einer Ausführungsform,
Figuren 4A bis 4C ein Verfahren zur Herstellung eines
strahlungsemittierenden Bauelements ,
Figuren 5A bis 5C ein Verfahren zur Herstellung eines
Strahlungsemittierenden Bauelement, und
Figuren 6A bis 6C jeweils ein FTIR-Spektrum gemäß eines
Ausführungsbeispiels .
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt werden.
Die Figur 1 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische
Aufnahme (scanning electron microscope, SEM) einer
degradierten dielektrischen Schicht 1, die Aluminiumoxid umfasst und Umwelteinflüssen ausgesetzt wurde. Das
Aluminiumoxid reagierte beispielsweise mit Wasser zu
Aluminiumoxidhydroxyd . Die Aluminiumoxidoberfläche wurde mittels Atomlagenabscheideverfahren erzeugt. Um diesen degradierten Effekt zu vermeiden, sollte die dielektrische Schicht 1 mit einer Schutzschicht 2, 3 vor Degradation geschützt werden.
Die Figuren 2A und 2B zeigen ein Strahlungsemittierendes Bauelement und eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme. Es ist hier die sogenannte chemische Verkapselungstheorie (chemical capping theory) gezeigt. Das Strahlungsemittierende Bauelement der Figur 2A zeigt eine dielektrische Schicht 1, die insbesondere aus Aluminiumoxid mittels
Atomlagenabscheideverfahren geformt ist. Im Bereich von I ist auf dieser dielektrischen Schicht 1 eine erste Schutzschicht 2 angeordnet. Die erste Schutzschicht 2 ist insbesondere aus Silizium geformt. Es wird also eine Siliziumquelle zur
Verfügung gestellt. Die zugehörige rasterelektronen- mikroskopische Aufnahme in der Figur 2B zeigt die Oberfläche der dielektrischen Schicht 1 und der Schutzschicht 2 im
Bereich von I. Im Bereich von II diffundiert nun die erste Schutzschicht 2, insbesondere das Silizium der ersten
Schutzschicht 2 oder das Silizium in Form der Kieselsäure, auf die Oberfläche des Aluminiumoxids und bildet Kieselsäure, insbesondere Monokieselsäure, und anschließend einen
Siliziumoxidfilm, insbesondere Siliziumdioxidfilm.
Insbesondere wird das Silizium an seinem ursprünglichen Ort zu Kieselsäure umgewandelt und diffundiert dann auf die
Oberfläche des Aluminiumoxids. Es kann eine kovalente
Anbindung der Monokieselsäuren an die dielektrische Schicht erfolgen, so dass die Struktureinheit Al-O-Si als
Oberflächenterminierung erhalten wird. Die Si-Reste können dann untereinander zu Si-O-Si -Bindungen weiter unter
Abspaltung von Wasser vernetzen. Insbesondere können
zusätzliche Kondensationsreaktionen möglich sein,
beispielsweise zwischen den OH-Gruppen der Kieselsäure, so dass Struktureinheiten wie Si-O-Si und Wasser entstehen können. Ferner können die OH-Gruppen und die 0_-Gruppen der Kieselsäure beziehungsweise Kieselsäurereste eine Si-O-Si- Einheit oder- Bindung und Hydroxidionen entstehen lassen oder es können zwischen den OH-Gruppen von der Kieselsäure und dem Al*~-OH-Gruppen Al-O-Si-Bindungen und Wasser entstehen.
Alternativ können auch zwischen den Sauerstoffgruppen der Kieselsäurereste und der Al*~OH-Gruppen eine Al-O-Si-Bindung und Hydroxidionen entstehen. Die Zone III der Figur 2A zeigt die Degradation der
Oberfläche der dielektrischen Schicht 1, insbesondere die Degradation des mittels Atomlagenabscheideverfahren erzeugten Aluminiumoxids. Es ist die Kristallisierung des
Aluminiumoxids 12 aufgrund einer Hydroxilierungsreaktion zu beobachten. In Figur 2B ist die zugehörige SEM-Aufnähme gezeigt .
Es ist aus Figur 2B zu erkennen, dass rund um die erste
Schutzschicht 2 (Bereich I) keine Alterung stattgefunden hat, während außerhalb des Wirkungsbereichs eine Alterung der dielektrischen Schicht 1 auftrat.
Alternativ ist es möglich den selbstaktivierten
siliziuminduzierten Cappingmechanismus oder die ALD AI2O3- Terminierung auch singulär oder in Kombination mit anderen eventuell schon vorhandenen Verkapselungen zu verwenden.
Die Figuren 3A bis 3C zeigen jeweils ein
Strahlungsemittierendes Bauelement 100 gemäß einer
Ausführungsform. Die Figur 1A zeigt ein
Strahlungsemittierendes Bauelement 100, das eine
dielektrische Schicht 1 und direkt darauf angeordnet eine erste Schutzschicht 2 aufweist. Die dielektrische Schicht 1 ist insbesondere aus Aluminiumoxid geformt, das mittels
Atomlagenabscheideverfahren hergestellt wurde. Die erste Schutzschicht 2 ist insbesondere aus Silizium elementar oder in Verbindung, beispielsweise aus Siliziumoxid geformt.
Vorzugsweise wird auch das Silizium elementar oder in
Verbindung mittels Atomlagenabscheideverfahren auf die dielektrische Schicht 1 aufgebracht. Damit kann mit Vorteil nur eine Anlage zur Abscheidung von beiden Schichten
verwendet werden.
Die erste und/oder zweite Schutzschicht 2, 3 kann Bestandteil einer Verkapselung sein oder zur Passivierung von p und/oder n-Halbleiterschichten verwendet werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann die erste
Schutzschicht zum Schutz der Halbleiterchipoberfläche, beispielsweise der Oberfläche der n-Halbleiterschicht des Halbleiterchips, der Mesa-Kante mit pn-Übergang, innerhalb des Halbleiterchips, beispielsweise an der p- Halbleiterschicht, des internen Spiegels und/oder zur
chipinternen Trennung von elektrischen Potentialen von der n- und p-Seite (sogenannter IDL = internal dielectric layer) verwendet werden. Die Figur 3B unterscheidet sich von der Figur 3A dahingehend, dass hier die kovalente Anbindung der Si-O-Einheiten an die Aluminiumatome AI des Aluminiumoxids der dielektrischen
Schicht 1 gezeigt ist. Es bildet sich eine kovalente
Struktureinheit Al-O-Si als Oberflächenterminierung .
Vorzugsweise können die Sauerstoffgruppen zwischen den
Siliziumatomen, welche nicht an der Aluminiumoberfläche angebunden sind, zusätzlich untereinander kovalent binden. Die Figur 3C weist im Vergleich zu den
Strahlungsemittierenden Bauelementen 100 der Figuren 3A und 3B eine zusätzliche zweite Schutzschicht 3 auf. Die zweite Schutzschicht 3 ist direkt auf der ersten Schutzschicht 2 angeordnet. Vorzugsweise ist die dielektrische Schicht 1 aus Aluminiumoxid, die erste Schutzschicht 2 aus Siliziumoxid und die zweite Schutzschicht 3 aus Silizium geformt.
Die zweite Schutzschicht 3 weist insbesondere eine
Schichtdicke von ungefähr 1 nm auf.
Die Figuren 4A bis 4C zeigen ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauelements 100 gemäß einer Ausführungsform. Das Strahlungsemittierende Bauelement 100 weist eine dielektrische Schicht 1 auf, auf dem ein Partikel, beispielsweise ein Schmutzpartikel 8, angeordnet ist. Dieser Partikel 8 kann beispielsweise während der Herstellung in Folge von Staub auf die dielektrische Schicht 1 aufgebracht sein. Über der dielektrischen Schicht 1 und dem Partikel 8 ist eine erste Schutzschicht 2, die insbesondere aus
Siliziumoxid ist, formschlüssig aufgebracht und verkapselt somit zum einen die dielektrische Schicht 1 und den Partikel 8. Auf der ersten Schutzschicht 2 kann eine zweite
Schutzschicht 3, insbesondere aus Silizium, aufgebracht sein, die die erste Schutzschicht 2, die dielektrische Schicht 1 und den Partikel 8 verkapselt.
In Folge von Scherkräften 9 kann der Partikel 8 von der
Oberfläche der dielektrischen Schicht 1 abplatzen, so dass eine Freilegung der Oberfläche 7 der dielektrischen Schicht 1 erfolgen kann. Da die dielektrische Schicht 1 gegenüber
Umwelteinflüssen degradiert, wandert nun diffusionsgetrieben 5 die zweite Schutzschicht 3 auf die Oberfläche der dielektrischen Schicht 1 und es erfolgt die sogenannte
Wundheilung oder Selbstheilung der ersten Schutzschicht 3.
In Figur 4C ist die Heilung durch chemische Reaktion der Kieselsäure auf der Oberfläche der dielektrischen Schicht 1 zu sehen, wobei anschließend eine kovalente Anbindung der Kieselsäure an die dielektrische Schicht 1 erfolgt. Damit kann die degradationsempfindliche dielektrische Schicht 1 selbständig passiviert werden Damit können sogenannte Fehler, wie beispielsweise Pinholes, Kratzer oder Prozessfehler, selbständig geheilt werden, wenn das Strahlungsemittierende Bauelement 100 einer degradierenden Umgebung, also
Umwelteinflüssen, ausgesetzt wird. Vorzugsweise kann das Silizium der zweiten Schutzschicht 3 in Form von Kieselsäure oder Kieselsäureresten in einem Radius von insbesondere 1 ym bis 100 ym diffundieren, also wandern, und somit auch
beabstandete Fehler der dielektrischen Schicht 1 und/oder offene Oberflächen der dielektrischen Schicht 1 selbständig passivieren .
Die Figuren 5A bis 5C zeigen eine schematische Seitenansicht eines Strahlungsemittierenden Bauelements 100 gemäß einer Ausführungsform. Die Figur 5A zeigt eine dielektrische Schicht 1,
beispielsweise aus Aluminiumoxid, die mit einer ersten
Schutzschicht 2 formschlüssig abgedeckt ist. Auf der ersten Schutzschicht 2 ist eine zweite Schutzschicht 3 strukturiert aufgebracht, hier beispielsweise als Partikel ausgeformt.
Figur 5B zeigt, dass im Falle einer Beschädigung der ersten Schutzschicht 2 und damit ein Freilegen der Oberfläche der dielektrischen Schicht 1 die zweite Schutzschicht 3, die aus Silizium geformt ist, befähigt ist, in Form von Kieselsäure in Richtung Beschädigung zu wandern, also zu diffundieren, und auf die freigelegte Oberfläche der dielektrischen Schicht 1 zu diffundieren und diese formschlüssig zu bedecken, so dass eine Degradation der dielektrischen Schicht 1 vermieden wird. Dieser Prozess wird auch als Passivierungsprozess der dielektrischen Schicht 1 oder als Selbstheilungsprozess der Schutzschicht 2 bezeichnet (Figur 5C) . Mit anderen Worten reagiert das Silizium der zweiten
Schutzschicht 3 (Figur 5A) zu Kieselsäure oder
Kieselsäureresten (Figur 5B) und wird als Siliziumoxid auf Aluminiumoxid gebunden (Figur 5C) . Die Figuren 6A bis 6C zeigen jeweils ein FTIR-Spektrum gemäß einer Ausführungsform. Es ist jeweils die Absorption A in willkürlichen Einheiten (a.U.) in Abhängigkeit von der
Wellenzahl u in cm~l dargestellt. Das Spektrum I zeigt jeweils die dielektrische Schicht 1 vor der Alterung und das Spektrum II zeigt jeweils die dielektrische Schicht nach der Alterung. Die Figur 6A zeigt die dielektrische Schicht 1, wobei auf der dielektrischen Schicht 1 keine Schutzschicht 2, 3 angeordnet ist. Die Figur 6B zeigt das Aufbringen einer ersten Schutzschicht 2, die mittels eines ALD-Zyklus erzeugt wurde und die Figur 6C zeigt die dielektrische Schicht 1 mit einer ersten Schutzschicht 2, die mittels drei ALD-Zyklen erzeugt wurde. Die erste Schutzschicht 2 ist vorzugsweise aus Siliziumoxid geformt. Die erste Schutzschicht 2 kann direkt hinter dem Aufbringen der dielektrischen Schicht 1 erzeugt werden, also mit derselben ALD-Anlage. Es wurde nur der
Precursor gewechselt. Die erste Schutzschicht 2 terminiert die Oberfläche des
Aluminiumoxids der dielektrischen Schicht 1 durch Al-O-Si- Verbindungen . Experimente haben gezeigt, dass diese
Oberflächenterminierung ausreicht, um das Aluminiumoxid der dielektrischen Schicht 1 degradationsstabil zu machen.
Insbesondere reichen 3 ALD-Zyklen zur Herstellung der ersten Schutzschicht 2 aus Siliziumdioxid aus, um die dielektrische Schicht 1 degradationsstabil zu machen, da anlagen- und prozessabhängig in der Regel keine Monlage, insbesondere geschlossene Monolage, mit einem ALD-Zyklus erzeugt werden kann. 15 bis 20 ALD-Zyklen entsprechen einer Schichtdicke von ungefähr 1 nm.
Die gebildete erste Schutzschicht 2 ist also
subnanometerdick . Im Grunde reicht eine Abscheidung einer Monolage aus der ersten Schutzschicht 2 aus. Vorteil der ersten Schutzschicht 2 ist, dass diese direkt im Anschluss an das Abscheiden der dielektrischen Schicht 1 erzeugt werden kann. Die erste Schutzschicht 2 kann alle Bereiche der dielektrischen Schicht 1 bedecken und chemisch terminieren, ohne dass ein Anlagenwechsel oder ähnliches notwendig ist.
Zusätzlich zur ersten Schutzschicht 2 kann eine zweite
Schutzschicht 3 aus Silizium aufgebracht werden. Insbesondere ist die Dicke der zweiten Schutzschicht maximal 3 nm oder maximal 1,5 nm, beispielsweise 1 nm. Die zweite Schutzschicht 3 weist einen selbstaktivierten Passivierungsmechanismus auf. Im Normalfall ruht das Silizium der zweiten Schutzschicht 3. Im Falle einer degradierenden Umgebung, beispielsweise bei hoher Feuchte oder Temperatur, wird bei einem offenliegenden dielektrischen Material 1, beispielsweise Aluminiumoxid, ein chemischer Oberflächenmechanismus ausgelöst. Es bildet sich Kieselsäure und Kieselsäurereste, die aufgrund von oberflächenchemischen Prozessen auf der Oberfläche der dielektrischen Schicht 1 ausfällt und die Oberfläche mit Al- O-Si-Bindung terminiert. Es bildet sich selbständig eine Art Siliziumoxidfilm auf der zuvor freiliegenden Oberfläche der dielektrischen Schicht 1. Dieser Effekt besitzt eine gewisse Fernwirkung, beispielsweise kann ein Abstand zwischen
Beschädigung und erster oder zweiter Schutzschicht 2, 3 aus Silizium von über 100 ym sein. Dieser Abstand führt dazu, dass auch offenliegende Oberflächen der dielektrischen
Schicht 1 in einiger Entfernung zur Schutzschicht 2, 3 aus Silizium passiviert werden können.
Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispiele und deren Merkmale können gemäß weiterer Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden, auch wenn solche Kombinationen nicht explizit in den Figuren gezeigt sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele zusätzliche oder alternative Merkmale gemäß der Beschreibung einen allgemeinen Teil aufweisen.
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 Kombinationen von Merkmalen in den Ansprüchen 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 10 2016 109 874.4, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Bezugs zeichenliste
100 strahlungsemittierendes Bauelement
1 dielektrischen Schicht
2 erste Schutzschicht
3 zweite Schutzschicht
4 Umwelteinflüsse
5 Kriechen/ Diffusion
6 Beschädigung
7 freigelegte Oberfläche der dielektrischen Schicht
8 Partikel
9 Kraft
10 Heilung
12 Kristalle

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Strahlungsemittierenden Bauelements (100) mit den Schritten:
A) Bereitstellen einer dielektrischen Schicht (1), die gegenüber Umwelteinflüssen (4) degradiert,
B) Aufbringen einer ersten Schutzschicht (2) auf die
dielektrische Schicht (1) mittels
Atomlagenabscheideverfahren,
wobei die erste Schutzschicht (2) Si elementar oder in
Verbindung umfasst,
wobei die Schichtdicke der ersten Schutzschicht (2) kleiner oder gleich 1 nm ist, so dass die erste Schutzschicht (2) eine Degradation der dielektrischen Schicht (1) vermindert oder verhindert.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
wobei die dielektrische Schicht (1) Aluminium umfasst und wobei nach Schritt B) eine kovalente Anbindung der ersten Schutzschicht (2) an die dielektrische Schicht (1) gemäß einer kovalenten Bindung Al-O-Si erfolgt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schichtdicke der ersten Schutzschicht (2) genau eine Monolage ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Schutzschicht (2) elementares Silizium umfasst,
wobei im Falle der Beschädigung (6) der ersten Schutzschicht (2) und Freilegen der dielektrischen Schicht (1) die erste Schutzschicht (2) die Beschädigung (6) selbstständig heilt, so dass die dielektrische Schicht (1) ohne weitere Prozessschritte gegenüber Umwelteinflüssen (4) passiviert ist .
5. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
wobei die Heilung durch chemische Reaktion des Si der ersten Schutzschicht (2) zu Kieselsäure und deren Derivate erfolgt und anschließend eine kovalente Anbindung der Kieselsäure an die dielektrische Schicht (1) gemäß einer kovalenten Bindung Al-O-Si erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Schutzschicht (2) formschlüssig die
dielektrische Schicht (1) bedeckt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dielektrische Schicht (1) Aluminiumoxid aufweist und mittels Atomlagenabscheideverfahren erzeugt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Schutzschicht (2) Siliziumoxid aufweist, wobei die erste Schutzschicht (2) die dielektrische Schicht (1) formschlüssig bedeckt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das einen zusätzlichen Schritt aufweist:
C) Aufbringen einer zweiten Schutzschicht (3) auf die erste Schutzschicht, wobei die zweite Schichtschicht (3)
elementares Si umfasst.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Schutzschicht (3) eine Schichtdicke von höchstens 1,5 nm aufweist.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Schutzschicht (3) strukturiert aufgebracht wird, wobei im Falle einer Beschädigung (6) der ersten
Schutzschicht (2) und/oder der dielektrischen Schicht (1) die zweite Schutzschicht (3) selbstständig die Beschädigung (6) der ersten Schutzschicht (2) und/oder der dielektrischen Schicht (1) heilt.
12. Verfahren nach dem vorhergehend Anspruch,
wobei die Heilung durch chemische Reaktion des Si der zweiten Schutzschicht (3) zu Kieselsäure und deren Derivate erfolgt und anschließend eine kovalente Anbindung der Kieselsäure an die dielektrische Schicht (1) gemäß der Strukturformel Al-O- Si erfolgt.
13. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
wobei die zweite Schutzschicht (3) und die Beschädigung (6) einen Abstand von mindestens 1 ym und maximal 200 ym aufweist und im Fall der Heilung die zweite Schutzschicht in Richtung Beschädigung (6) diffundiert und die dielektrische Schicht (1) passiviert.
14. Strahlungsemittierendes Bauelement (100) aufweisend
- eine dielektrische Schicht (1), die Aluminiumoxid umfasst, - eine erste Schutzschicht (2), die auf der dielektrischen
Schicht angeordnet ist und zur Verkapselung der
dielektrischen Schicht (1) gegenüber Umwelteinflüssen (4) eingerichtet ist,
- wobei die dielektrische Schicht (1) und/oder die erste Schutzschicht (2) mittels Atomlagenabscheideverfahren erzeugt ist,
- wobei die erste Schutzschicht (2) Si elementar oder in Verbindung umfasst, - wobei die Schichtdicke der ersten Schutzschicht (2) kleiner oder gleich 1 nm ist, so dass die erste Schutzschicht (2) eine Degradation der dielektrischen Schicht vermindert oder verhindert .
15. Strahlungsemittierendes Bauelement (100) nach Anspruch 14,
das eine organische Leuchtdiode, eine anorganische
Leuchtdiode oder ein Laser ist.
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