WO2019170609A1 - Verfahren zur herstellung eines halbleiterbauteils zur detektion elektromagnetischer strahlung und halbleiterbauteil - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines halbleiterbauteils zur detektion elektromagnetischer strahlung und halbleiterbauteil Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for producing an optical semiconductor device for detecting electromagnetic radiation and such a semiconductor device.
  • a spectrometer allows the detection of a spectrum. It comprises a plurality of photodetectors, by means of which each Weil the radiation is detected in a portion of the measuring range of the entire spectrometer.
  • Such spectrometers may comprise an array of silicon photodiodes, for example with integrated evaluation logic.
  • color filters are used for spectroscopy applications, for example in red, green, blue, or even for narrower ranges ambient light sensors (English “ambient light sensor", ALS).
  • DE 102005 061 206 shows a detector arrangement with a microelectronic semiconductor chip.
  • US 2016/0204033 shows a method for separating substrates and a semiconductor chip.
  • WO 2016/012409 shows an apparatus and a method for micro transfer printing. It is an object to provide a semiconductor device for a spectrometer application.
  • Such a semiconductor device comprises: a component body having a substrate and an integrated circuit, and a semiconductor component or a plurality of semiconductor components, wherein the semiconductor component or each of the plurality of semiconductor components has an active zone for receiving radiation and a break point on the component body arranged and electrically conductively connected to the integrated circuit.
  • the semiconductor component is advantageously a chip which is also commonly referred to as "die” in unhoused form
  • the semiconductor components may be photodiodes or detectors by means of which the radiation in the active zone is detected and one of them radiation-dependent current or one of radiation-dependent voltage
  • the radiation is advantageously light, be it in the infrared, visible and / or ultraviolet range.
  • Each semiconductor component has a sensitive spectral range. This is the wavelength range in which radiation is detected. Depending on the detected radiation, a current or voltage is provided.
  • the sensitive spectral range can have a wavelength-dependent relative sensitivity, in which different wavelengths of the same intensity generate voltages or currents of different strengths. Typically, the sensitive spectral region has a bell-shaped sensitivity over the wavelengths.
  • Semiconductor components may be photomicrographs, that is, photodiodes of low spatial extent, which are applied to the component body. By combining a plurality of semiconductor components of different sen-sensitive spectral ranges, a spectrometer can be formed. This can be reali Siert by highly integrated photodiodes with narrow sensitive spectral range as semiconductor components, which are preferably arranged in photodiode arrays on the component body.
  • the component body has integrated circuit structures which can be electrically connected to the microphotodiodes.
  • Such a component body can also be referred to as an intelligent substrate. It is for example made of silicon.
  • the semiconductor component or the plurality of Halbleiterkom components have been advantageously applied by means of micro-transfer printing on the component body.
  • a corresponding method for producing a semiconductor component provides: Applying a semiconductor component or a plurality of semiconductor components by Mikrotrans ferdrucks on a component body having a substrate and an integrated circuit, wherein the semiconductor component or each of the plurality of semiconductor components having an active zone for receiving radiation. This method allows the integration and assembly of microphotodiode structures on an intelligent substrate.
  • the microtransfer printing is a parallel assembly process in which a plurality of semiconductor components at the same time on even interconnected in the wafer composite component bodies transmis gene.
  • the semiconductor components to be transmitted are broken out on contact with a stamp from a sacrificial wafer and after the transfer to a target wafer, which is separated later to the assembled component bodies, filed.
  • the Abrisstellen on the semiconductor components stir from the sem step ago.
  • Microtransfer printing reduces costs compared to serial assembly.
  • the Halbleiterkom components may have a web-shaped extension with the demolition agency at its end.
  • the multiplicity of semiconductor components comprise at least one semiconductor component whose sensitive spectral range is different from that of another semiconductor component of the plurality of semiconductor components.
  • Bandgap engineering English means “bandgap engineering", combining various means by which the sensitive spectral range of a semiconductor component can be adjusted to the desired range, one of which is the selective selection and combination of semiconductor materials for the semiconductor component Production of Very Narrowband Photodiode Structures as Semiconductor Components
  • the plurality of Halbleiterkompo components comprises at least one semiconductor component whose semiconductor material system is different from that of another semiconductor component of the plurality of semiconductor components.
  • the use of different material systems allows conductor components with different sensitive spectral ranges.
  • Several semiconductor components with un ferent material systems can be arranged on the same body component.
  • the un ferent material systems include at least one of the group with silicon, germanium, III-V compounds and II-IV compounds.
  • the individual microphotodiodes can be realized in a corresponding technology, for example Si, Ge, III-V or II-IV technology.
  • the wavelength range typical for silicon up to about 1000/1100 nm can be significantly increased.
  • the use of materials other than silicon can achieve a significantly higher absorbance at a thin layer thickness.
  • an absorber absorbing in a given wavelength range may be provided, which is disposed on the semiconductor component or the plurality of semiconductor components.
  • a means is, for example, a material layer on the radiation incident side of the semiconductor component, which absorbs radiation in a specific wavelength range, so that the semiconductor component no longer detects this wavelength range.
  • a broadband but selective detector array can be realized on a hybrid chip to enable broadband spectrometer application.
  • the use of microphotodiodes also enables high-precision assembly and high packing density.
  • the component body is designed to further process the detected radiation by means of the integrated circuit. It may for example comprise a transimpedance amplifier or an evaluation unit.
  • the semiconductor device further comprises a diffuser or a refractive means disposed on the semiconductor component or the plurality of semiconductor components.
  • the diffuser ensures homogeneous illumination of the semiconductor components arranged underneath.
  • the plurality of semiconductor components is arranged in an array of cells.
  • Each cell comprises several semiconductor components.
  • the composition of the different types of semiconductor components is the same for each cell.
  • this fer ner comprises at least one active zone for generating radiation, so that, for example, radiation-emitting and -detecting half-conductor components are arranged on the same component body to combine them into a system, for example of RGB LEDs and Sen sensors.
  • the semiconductor body comprises a radiation-emitting semiconductor component or a multiplicity of radiation-emitting semiconductor components, wherein the radiation-emitting semiconductor component or each of the plurality of radiation-emitting semiconductor components has an active zone for generating radiation and a break-off point, arranged on the substrate and electrically conductively connected to the component body is.
  • the semiconductor device described above as a microphotodiode-based spectrometer allows a higher Integrations onsêt component level, allows cost reduction and a wider range of heterointegration than Spekt rometer application compared to an integration of multiple components based only on silicon or germanium.
  • a better suppression by targeted bandgap engineering is achieved by such a semiconductor device described above. This results in a better angle reception characteristic and a wider wavelength range, for example, greater than 1000 nm, is cover bar.
  • Figure 1 shows schematically an embodiment of a semiconductor device in the sectional view.
  • Figures 2A and 2B illustrate steps in Mikrotrans fertik using intermediates.
  • FIG. 3 schematically shows a further exemplary embodiment of a semiconductor component in plan view.
  • FIG. 4 schematically shows a further exemplary embodiment of a semiconductor component in the sectional view.
  • FIG. 5 schematically shows a further exemplary embodiment of a semiconductor component in the sectional view.
  • FIG. 6A schematically shows a further exemplary embodiment of a semiconductor component in the sectional view.
  • FIGS. 6B and 6C illustrate the filtering effect of the exemplary embodiment of a semiconductor device.
  • FIG. 7 schematically shows an exemplary embodiment of a semiconductor component.
  • Figure 8 illustrates the wavelength-dependent absorption behavior of the semiconductor component.
  • Figure 9 shows schematically another embodiment egg nes semiconductor device in the sectional view.
  • Figure 1 shows schematically an embodiment of a semiconductor device in the sectional view.
  • the semiconductor device 1 comprises a component body 3 and a multiplicity of semiconductor components 5, which are arranged on the component body 3.
  • the component body 3 comprises a substrate 7 with an integrated circuit 9.
  • it is designed as an application-specific integrated circuit, ASIC, on a silicon substrate, in short Si-ASIC 3 may comprise a logic gate, it may serve as a transimpedance amplifier or evaluation unit or provide functions of such assemblies
  • the integrated circuit is electrically conductively connected to the semiconductor components 5.
  • Each of the plurality of semiconductor components 5 has an active region for receiving radiation, so that it is suitable as a photodetector.
  • the semiconductor component 5 may be formed as a Pho todiode small size and thickness, which is also referred to as a microphotodiode, in short "yPD".
  • the plurality of semiconductor components 5 include different types of semiconductor components 5; in this example, four examples are shown by way of example.
  • An exemplary embodiment of photodiodes are metal semiconduc- tor-metal photodiodes of small size and thickness, referred to for short as "yMSM.”
  • the photodetecting structures that can be used as semiconductor components are not limited to the embodiments described above of semiconductor components 5 differ in the wavelength range in which they detect radiation, in other words, the semiconductor components 5 differ in their sensitive spectral capabilities, so that the combination of different semiconductor components 5 makes it possible to form a spectrometer as a semiconductor device whose measurement range is determined by the superimposition of the sensitive spectral ranges.
  • the semiconductor components 5 in this exemplary embodiment are printable microphotodiodes which have been applied to the first semiconductor body by means of microtransfer printing.
  • the production of the component body 3 takes place simultaneously for a plurality of component bodies 3 and in the wafer composite.
  • These Form of production allows process steps for the production of the plurality of component bodies 3 parallel in all component body 3 run simultaneously, as long as they are still connected miteinan.
  • Such process steps include in particular the application or growth of layers and struc tures and, if necessary, also their partial removal to form the integrated circuit 9. Only in a final step, the first semiconductor body 3 are separated and separated.
  • the semiconductor components 5 are placed on the component body 3 and connected to each other in a parallel placement process, as long as the latter are still in the composite.
  • This assembly is simultane- ously by using a Elastomerstempels a plurality of semiconductor components 5 are transferred from a sacrificial wafer 52 to the target wafer 54 with the still connected component bodies 3 and placed on them so that the semiconductor components 5 teil emotions at their intended positions on the construction 3 are located.
  • the stamp plate has a structure that corresponds to the size and positions of the semiconductor components 5 on the target wafer 54.
  • the production of the semiconductor components 5 also takes place in parallel in the wafer composite.
  • the corresponding wafer is referred to as sacrificial wafer 52.
  • the second semiconductor body 5 are not separated by the wafer 52 is separated. Rather, the second semiconductor bodies 5 are produced on a sacrificial layer in such a way that all later semiconductor components 5 are connected to one another via holding structures 30. Then, the sacrificial layer is removed, so that the individual second semiconductor body 5 only via the Supporting structures 30 with each other and with the wafer substrate are connected ver, wherein free-standing webs 32, the Halbleiterkompo components 5 with an anchor structure 34, which in turn is connected to the wafer substrate connect.
  • the semiconductor components 5 produced in this way are grid-shaped angeord net.
  • the thickness of chips produced in this way as semiconductor components 5 can be significantly lower than in the case of conventionally separated chips and in the range of a few micrometers.
  • the stamp is pressed onto the semiconductor components 5 to be transferred, so that they adhere to the stamp.
  • the semiconductor components 5 are separated from the support structures 30 by the webs 32 or their approach to the second semiconductor body 2 demolish.
  • the semiconductor component 5 remains a tear-off point 40, the gefin on a web-shaped extension 38, which is part of the web 32 of the support structure 30, the can.
  • FIG. 2A shows a schematic representation of the sacrificial wafer 52 with a plurality of second semiconductor bodies 5 and the holding structure 30.
  • the second semiconductor bodies 5 are free-standing after removal of the sacrificial layer and only via webs 32 with an armature structure 34 which forms the connection between holding structure 30 and wafer substrate , connected.
  • FIG. 2B shows a schematic representation of the target wafer 54 with a plurality of first semiconductor bodies 3 in a composite. On the first semiconductor bodies 3 are already two second semiconductor body 5 is placed, which has been removed from the sacrificial wafer 52 corresponding to their position on the target wafer 54 and transferred to the target wafer 54 by means of the stamp.
  • the break point 40 is located on a web-shaped extension 38, which is part of the original web 32.
  • the tear-off point 40 can also be located directly on an outer side of the semiconductor component 5.
  • a plurality of semiconductor components 5 is transferred simultaneously by being broken out of the sacrificial wafer 52 upon contact with the stamp and deposited on the target wafer 54 after the transfer. Then further process steps can be carried out at the wafer level.
  • Parallel transfer reduces costs compared to serial equipment.
  • the above-described parallel loading process is also referred to as microtransfer printing.
  • the use of printable microphotodiodes as Halbleiterkom components 5 allows to achieve a high packing density in the wafer level assembly.
  • FIG. 3 schematically shows a further exemplary embodiment of a semiconductor component in plan view.
  • the semiconductor device 1 has a plurality of Halbleiterkom components 5 on a component body 3, as described for example in connection with Figure 1 on.
  • the semiconductor components 5 are arranged in unit cells 55 arranged in an array with rows and columns.
  • Each unit cell 55 includes the same types of Semiconductor components 5 in a predetermined arrangement to each other.
  • a unit cell 55 comprises four different types of semiconductor components 5 arranged in two columns and two rows as a detector or unit cell array.
  • the unit cells 55 are also net angeord in an array. In FIG. 3, by way of example, four cells 55 are shown, each in two columns and rows.
  • the unit cell array may replicate on the smart substrate 7 for better mixing.
  • the types of semiconductor components 5 in each unit cell 5 differ in their receiving characteristics.
  • the superimposition of the sensitive spectral regions of the semiconductor components 5 in the cell 5 gives their rich Meßbe.
  • the types of semiconductor components 5 may be formed of different material systems, for example Si lizium, germanium, indium phosphide, a III-V compound or a II-IV compound.
  • the combination of different material systems for the semiconductor components 5 in the same semiconductor device 1 allows numerous degrees of freedom in the adjustment of the sensitive spectral ranges for the various semiconductor components 5.
  • the sensitive spectral range can also be further influenced by a band gap engineering, so that with a semiconductor component 5 only a narrow wavelength range is detected.
  • the combinations of various narrow sen- The spectral spectral ranges allow the construction of an efficient spectrometer semiconductor device with very good measuring accuracy.
  • An alternative or additional means for forming different sensitive spectral ranges is the at least partial use of color filters which are applied to at least one of the semiconductor components 5.
  • the array of unit cells 55 enables spatial resolution in detection since each cell 5 is capable of detecting the spectrum of the light incident in its area. Al ternativ it is possible to achieve a better mixing of the incident light by using multiple cells 55 instead of only a few large-area photodiodes for different wavelengths, since the detection of only local maxima or minima is avoided by averaging over several cells 55.
  • FIG. 4 schematically shows a further exemplary embodiment of a semiconductor component in the sectional view. To avoid repetition, only the differences from the exemplary embodiment shown in FIG. 1 will be described.
  • the semiconductor device 1 comprises a component body 3 and a plurality of semiconductor components 5.
  • semiconductor components 5 for example, eight different types of microphotodiodes are provided as semiconductor components 5, the sensitive spectral ranges differ.
  • a diffuser optics 13 is seen in front, which made a more homogeneous illumination of the various types of microphotodiodes as semiconductor components 5 light and thus increases the detection accuracy.
  • the various types of semiconductor components 5 can be arranged under the diffuser optics 13 in an array of unit cells 55, as described above.
  • FIG. 5 schematically shows a further exemplary embodiment of a semiconductor component 1 in the sectional view. To avoid repetition, only the differences from the exemplary embodiment shown in FIG. 1 will be described.
  • the plurality of semiconductor components 5 includes replicating detector cells 55 with semiconductor bodies 5 of two types.
  • an imaging optics 16 is provided, which has an objek tiv strict and the incident light to the semiconductor components 5 directs.
  • the location resolution by the plurality of cells makes it possible to detect the direction of the incident light.
  • This arrangement uses different types of microphotodiodes (as opposed to LIDAR or ToF applications with identical microphotodiodes).
  • various types of semiconductor components 5 under the optics 16 can also be arranged in an array of cells 55 with rows and columns as described above.
  • FIG. 6A illustrates the filtering effect of an embodiment of a semiconductor device 1 with ver different microphotodiodes as semiconductor components 5, as shown in Figure 1.
  • FIG. 6A illustrates six different examples.
  • FIG. 6A Types of semiconductor components 5 shown. More or less types, as well as their arrangement in an array of cells is conceivable.
  • the filtering effect of the other embodiments described above follows the same principle.
  • FIG. 6B shows, by way of example, the sensitivity of the microphonodes as semiconductor components 55 over the wavelength.
  • Each of the microphotodiodes shown in Fig. 6A detects in a wavelength range different from those of the others, but the combination of the various microphotodiodes and the superposition of their sensitive spectrums covers the entire spectrum in which to detect. In this embodiment, the spectra do not overlap.
  • FIG. 6C shows, by way of example, the sensitivity of the microphone phosphors over the wavelength in an exemplary embodiment, which differs from the preceding one in that the spectra at least partially overlap.
  • FIG. 7 shows an exemplary embodiment of a wavelength-selective photodiode which can be printed by means of microtransfer printing as the semiconductor component 5 whose sensitive spectral range has been set by bandgap engineering.
  • the semiconductor component 5 has a substrate 7 and a first contact 21 on its top side and a second contact 22 on its bottom side. These contacts 21, 22 may be n- or p-contacts.
  • a detection area 8 with the active zone 11, in which the incident light 100 is detected.
  • a wavelength-selective layer 25 is brought to.
  • the detection area 8 is suitable for detecting radiation below a certain wavelength, designated by way of example by Y.
  • An absorption layer 25 absorbs radiation below a certain wavelength, for example by X be characterized, so that this radiation no longer reaches the active zone 11. As a result, only radiation in the wavelength range between Y and X is absorbed in the active zone 11 since radiation above the range can not be detected and radiation below the range does not reach the detection area 8.
  • FIG. 8 illustrates the above-described absorption behavior based on a representation of the absorption as a function of the wavelength.
  • the detection area 8 of the wavelength range 101 below the wavelength Y is detectable, due to the shadowing of the radiation in the wavelength range 102 to the wavelength X only the Differenzbe range 103 between the wavelengths X and Y detected and absorbed.
  • the sensitivity of a semiconductor component 5 and its sensitive spectral range can be selectively set.
  • Figure 9 shows schematically another embodiment egg nes semiconductor device in the sectional view.
  • the semiconductor device 1 has a plurality of Halbleiterkom components 5 on a component body 3, such as in Related to Figure 1 described on. To avoid repetition, only the differences from FIG. 1 will be described.
  • this exemplary embodiment also has radiation-emitting semiconductor components 6 in order to form a sensor.
  • the radiation-emitting semiconductor components 6 are printable components that have been applied by means of the above-described micro-transfer printing on the component body 3.
  • the invention is not limited by the description based on the Ausrete tion examples. Rather, the invention comprises each of the new feature and any combination of features, which in particular any combination of features in the patent entitlements includes, even if this feature or this com bination itself is not explicitly stated in the claims or exemplary embodiments.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils (1) für eine Spektrometeranwendung und ein Halbleiterbauteil (1) offenbart. Das Verfahren umfasst das Aufbringen von Halbleiterkomponenten (5) mittels Mikrotransferdruck auf einen Bauteilkörper (3) mit einem Substrat (7) und einem integrierten Schaltkreis (9). Dabei werden Halbleiterkomponenten von einem Opferwafer mit einem Stempel zu einem Zielwafer (54) transferiert. Die Halbleiterkomponenten (5) weisen eine aktive Zone zum Strahlungsempfang auf. Zumindest eine Halbleiterkomponente (5) hat einen sensitiven Spektralbereich der sich von dem einer anderen Halbleiterkomponente (5) unterscheidet. Halbleiterkomponenten mit einer aktiven Zone zur Strahlungserzeugung können ebenfalls mit dem genannte Verfahren auf den Bauteilkörper (3) aufgebracht sein. Bedingt durch das Herstellungsverfahren weisen die Halbleiterkomponenten des Halbleiterbauteils (1) Abrissstellen (40) auf.

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES HALBLEITERBAUTEILS ZUR DETEKTION
ELEKTROMAGNETISCHER STRAHLUNG UND HALBLEITERBAUTEIL
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Pa tentanmeldung DE 10 2018 104 936.6, deren Offenbarung hiermit als in diese Anmeldung mit aufgenommen gilt.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Halbleiterbauteils zur Detektion elektromagnetischer Strahlung und ein solches Halbleiterbauteil.
Ein Spektrometer erlaubt die Detektion eines Spektrums. Es umfasst eine Mehrzahl von Photodetektoren, mittels derer je weils die Strahlung in einem Teilbereich des Messbereichs des gesamten Spektrometers erfasst wird. Solche Spektrometer kön nen ein Array von Silizium-Photodioden, beispielsweise mit in tegrierter Auswertelogik, umfassen. Zur Einstellung der Wel lenlängenselektivität der Photodioden werden Farbfilter, bei spielsweise in rot, grün, blau, oder auch für engere Bereiche Umgebungslichtsensoren (englisch „ambient light sensor", ALS) für Spektroskopieanwendungen genutzt.
Die DE 102005 061 206 zeigt eine Detektoranordnung mit einem mikroelektronischen Halbleiterchip .
Die US 2016/0204033 zeigt ein Verfahren zum Trennen von Subs traten und einen Halbleiterchip.
Die DE 102015 117 940 zeigt einen optischen Sensor.
Die WO 2016/012409 zeigt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Mikro-Transfer-Drucken . Es stellt sich die Aufgabe, ein Halbleiterbauteil für eine Spektrometeranwendung bereitzustellen .
Ein solches Halbleiterbauteil umfasst: einen Bauteilkörper mit einem Substrat und einem integrierten Schaltkreis sowie eine Halbleiterkomponente oder eine Vielzahl von Halbleiterkompo nenten, wobei die Halbleiterkomponente oder jede aus der Viel zahl von Halbleiterkomponenten eine aktive Zone zum Strah lungsempfang und eine Abrissstelle aufweist, auf dem Bauteil körper angeordnet und elektrisch leitend mit dem integrierten Schaltkreis verbunden ist.
Die Halbleiterkomponente ist vorteilhafterweise ein Chip, der in ungehäuster Form gemeinhin auch als „Die" bezeichnet wird. Die Halbleiterkomponenten können Photodioden oder -detektoren sein, mittels derer die Strahlung in der aktiven Zone detek- tiert und ein davon strahlungsabhängiger Strom oder eine davon strahlungsabhängige Spannung bereitgestellt wird. Die Strah lung ist vorteilhafterweise Licht, sei es im infraroten, sicht baren und/oder ultravioletten Bereich.
Jede Halbleiterkomponente hat einen sensitiven Spektralbe reich. Dies ist der Wellenlängenbereich, in dem Strahlung de- tektiert wird. Abhängig von der detektierten Strahlung wird ein Strom oder eine Spannung bereitgestellt. Der sensitive Spektralbereich kann eine wellenlängenabhängige relative Emp findlichkeit haben, bei der unterschiedliche Wellenlängen gleicher Intensität unterschiedlich starke Spannungen oder Ströme generieren. Typischerweise hat der sensitive Spektral bereich eine glockenförmige Empfindlichkeit über der Wellen länge. Halbleiterkomponenten können Mikrophotodioden, das heißt Photodioden mit geringer räumlicher Ausdehnung, sein, die auf dem Bauteilkörper aufgebracht sind. Durch die Kombi nation mehrerer Halbleiterkomponenten unterschiedlicher sen sitiver Spektralbereiche kann ein Spektrometer ausgebildet werden. Dies kann durch hochintegrierte Photodioden mit engem sensitiven Spektralbereich als Halbleiterkomponenten reali siert werden, die vorzugsweise in Photodioden-Arrays auf dem Bauteilkörper angeordnet werden.
Der Bauteilkörper weist integrierte Schaltungsstrukturen, die mit den Mikrophotodioden elektrisch leitend verbunden werden können, auf. Solch ein Bauteilkörper kann auch als intelligen tes Substrat bezeichnet werden. Es ist beispielsweise aus Si lizium.
Die Halbleiterkomponente oder die Vielzahl von Halbleiterkom ponenten sind vorteilhafterweise mittels Mikrotransferdrucks auf dem Bauteilkörper aufgebracht worden.
Ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter bauteils sieht vor: Aufbringen einer Halbleiterkomponente oder einer Vielzahl von Halbleiterkomponenten mittels Mikrotrans ferdrucks auf einen Bauteilkörper mit einem Substrat und einem integrierten Schaltkreis, wobei die Halbleiterkomponente oder jede aus der Vielzahl von Halbleiterkomponenten eine aktive Zone zum Strahlungsempfang aufweist. Dieses Verfahren erlaubt die Integration und Montage von Mikrophotodiodenstrukturen auf einem intelligenten Substrat.
Der Mikrotransferdruck ist ein paralleler Bestückungsprozess, bei dem mehrere Halbleiterkomponenten gleichzeitig auf noch im Waferverbund miteinander verbundenen Bauteilkörpern übertra gen werden. Die zu übertragenden Halbleiterkomponenten werden bei Kontakt mit einem Stempel aus einem Opferwafer herausge brochen und nach dem Transfer auf einem Zielwafer, der später zu den bestückten Bauteilkörpern vereinzelt wird, abgelegt. Die Abrisstellen an den Halbleiterkomponenten rühren von die sem Schritt her. Der Mikrotransferdruck reduziert die Kosten im Vergleich zu einer seriellen Bestückung. Die Halbleiterkom ponenten können einen stegförmigen Fortsatz mit der Abriss stelle an seinem Ende aufweisen.
In einer Ausführung umfasst die Vielzahl von Halbleiterkompo nenten zumindest eine Halbleiterkomponente, deren sensitiver Spektralbereich sich von dem einer anderen Halbleiterkompo nente aus der Vielzahl von Halbleiterkomponenten unterschei det. Durch die Anordnung mehrerer Halbleiterkomponenten mit unterschiedlichen sensitiven Spektralbereichen auf demselben Bauteilkörper lässt sich ein Halbleiterbauteil ausbilden, das als Spektrometer dient.
Bandlücken-Engineering, englisch „bandgap engineering" , fasst verschiedene Mittel zusammen, mittels derer sich der sensitive Spektralbereich einer Halbleiterkomponente auf den gewünschten Bereich einstellen lässt. Eine davon ist die gezielte Auswahl und Kombination von Halbleitermaterialien für die Halbleiter komponente. Ein maßgeschneidertes Bandbreitendesign ermöglicht die Herstellung sehr schmalbandiger Photodiodenstrukturen als Halbleiterkomponenten .
In einer Ausführung umfasst die Vielzahl von Halbleiterkompo nenten zumindest eine Halbleiterkomponente, deren Halbleiter materialsystem sich von dem einer anderen Halbleiterkomponente aus der Vielzahl von Halbleiterkomponenten unterscheidet. Die Verwendung unterschiedlicher Materialsysteme erlaubt, Halb- leiterkomponenten mit unterschiedlichen sensitiven Spektral bereichen auszubilden. Mehrere Halbleiterkomponenten mit un terschiedlichen Materialsystemen können auf demselben Bauteil körper angeordnet werden. Vorteilhafterweise umfassen die un terschiedlichen Materialsysteme zumindest eines aus der Gruppe mit Silizium, Germanium, III-V-Verbindungen und II-IV- Verbindungen . Die einzelnen Mikrophotodioden können dabei in einer entsprechenden Technologie, zum Beispiel Si-, Ge-, III- V- oder II-IV-Technologie realisiert werden. Durch Verwendung und Montage unterschiedlicher Materialsysteme kann der für Si lizium typische Wellenlängenbereich bis zirka 1000/1100 nm deutlich erweitert werden. Ebenfalls kann durch die Verwendung von anderen Materialien als Silizium eine deutlich höhere Ab- sorbanz bei dünner Schichtdicke erreicht werden.
Ferner kann ein in einem gegebenen Wellenlängenbereich absor bierendes Mittel vorgesehen sein, das auf der Halbleiterkom ponente oder der Vielzahl von Halbleiterkomponenten angeordnet ist. Solch ein Mittel ist beispielsweise eine Materialschicht auf der strahlungseinfallenden Seite der Halbleiterkomponente, die Strahlung in einem bestimmten Wellenlängenbereich absor biert, sodass die Halbleiterkomponente in diesem Wellenlängen bereich nicht mehr detektiert. Dadurch kann der sich durch das verwendete Materialsystem ergebende sensitive Spektralbereich noch schmaler gemacht werden.
Durch die Kombination von verschiedenen Mikrophotodioden mit unterschiedlichen Absorbanzwellenlängen kann ein breitbandi ges, aber selektives Detektorarray auf einem Hybridchip rea lisiert werden, um eine breitbandige Spektrometeranwendung zu ermöglichen. Durch die Verwendung von Mikrophotodioden lässt sich zudem eine hochpräzise Montage und hohe Packungsdichte realisieren . Der Bauteilkörper ist ausgebildet, die detektierte Strahlung mittels des integrierten Schaltkreises weiterzuverarbeiten. Er kann beispielsweise einen Transimpedanzverstärker oder eine Auswerteeinheit umfassen.
In einer Ausführung umfasst das Halbleiterbauteil ferner einen Diffusor oder ein lichtbrechendes Mittel, das auf der Halb leiterkomponente oder der Vielzahl von Halbleiterkomponenten angeordnet ist. Der Diffusor sorgt für eine homogene Ausleuch tung der darunter angeordneten Halbleiterkomponenten.
In einer Ausführung des Halbleiterbauteils ist die Vielzahl von Halbleiterkomponenten in einem Array von Zellen angeord net. Jede Zelle umfasst mehrere Halbleiterkomponenten. Die Zu sammenstellung der verschiedenen Typen von Halbleiterkomponen ten ist für jede Zelle gleich.
In einer Ausführung des Halbleiterbauteils umfasst diese fer ner zumindest eine aktive Zone zur Strahlungserzeugung, sodass beispielsweise strahlungsemittierende und -detektierende Halb leiterkomponenten auf demselben Bauteilkörper angeordnet sind, um sie zu einem System, beispielsweise aus RGB-LEDs und Sen soren, zu kombinieren. Der Halbleiterkörper umfasst eine Strahlung emittierende Halbleiterkomponente oder eine Vielzahl von Strahlung emittierenden Halbleiterkomponenten, wobei die Strahlung emittierende Halbleiterkomponente oder jede aus der Vielzahl von Strahlung emittierenden Halbleiterkomponenten eine aktive Zone zur Strahlungserzeugung und eine Abrissstelle aufweist, auf dem Substrat angeordnet und elektrisch leitend mit dem Bauteilkörper verbunden ist. Alternativ ist auch denk bar, die aktive Zone zur Strahlungserzeugung auf dem Bauteil körper vorzusehen. Insgesamt erlaubt das oben beschriebene Halbleiterbauteil als mikrophotodiodenbasiertes Spektrometer eine höhere Integrati onsdichte auf Bauteilebene, ermöglicht eine Kostenreduktion und eine breitere Bandbreite der Heterointegration als Spekt rometeranwendung im Vergleich zu einer Integration mehrerer Komponenten basierend nur auf Silizium oder Germanium. Im Ver gleich zu einer konventionellen Spektrometeranordnung von Si liziumphotodioden mit Filtern wird durch solch ein oben be schriebenes Halbleiterbauteil eine bessere Unterdrückung durch gezieltes Bandlücken-Engineering erreicht. Es ergibt sich eine bessere Winkelempfangscharakteristik und ein breiterer Wellen längenbereich, beispielsweise größer als 1000 nm, ist abdeck bar .
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung in den folgenden Figuren veranschaulicht.
Figur 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Halb leiterbauteils in der Schnittansicht.
Figuren 2A und 2B veranschaulichen Schritte beim Mikrotrans ferdruck anhand von Zwischenprodukten.
Figur 3 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel ei nes Halbleiterbauteils in der Aufsicht.
Figur 4 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel ei nes Halbleiterbauteils in der Schnittansicht.
Figur 5 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel ei nes Halbleiterbauteils in der Schnittansicht. Figur 6A zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauteils in der Schnittansicht.
Figuren 6B und 6C veranschaulichen die Filterwirkung des Aus führungsbeispiels eines Halbleiterbauteils.
Die Figur 7 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Halbleiterkomponente .
Figur 8 veranschaulicht das wellenlängenabhängige Absorptions verhalten der Halbleiterkomponente.
Figur 9 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel ei nes Halbleiterbauteils in der Schnittansicht.
Figur 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Halb leiterbauteils in der Schnittansicht.
Das Halbleiterbauteil 1 umfasst einen Bauteilkörper 3 und eine Vielzahl von Halbleiterkomponenten 5, die auf dem Bauteilkör per 3 angeordnet sind.
Der Bauteilkörper 3 umfasst ein Substrat 7 mit einem inte grierten Schaltkreis 9. Er ist in diesem Ausführungsbeispiel als anwendungsspezifische integrierte Schaltung, englisch „ap- plication-specific integrated Circuit", ASIC, auf einem Sili ziumsubstrat, kurz Si-ASIC, ausgebildet. Solch ein Bauteilkör per 3 kann ein Logikgatter umfassen. Er kann als Transimpe danzverstärker oder Auswerteeinheit dienen oder Funktionen solcher Baugruppen bereitstellen . Der integrierte Schaltkreis ist elektrisch leitend mit den Halbleiterkomponenten 5 verbun den . Jede aus der Vielzahl von Halbleiterkomponenten 5 weist eine aktive Zone zum Strahlungsempfang auf, sodass sie als Photode tektor geeignet ist. Die Halbleiterkomponente 5 kann als Pho todiode geringer Größe und Dicke ausgebildet sein, die auch als Mikrophotodiode, kurz „yPD", bezeichnet wird.
Die Vielzahl von Halbleiterkomponenten 5 umfasst unterschied liche Typen von Halbleiterkomponenten 5; in diesem Ausfüh rungsbeispiel sind exemplarisch vier dargestellt. Ein Ausfüh rungsbeispiel für Photodioden sind Metall-Semikonduktor-Me- tall-Photodioden geringer Größe und Dicke, kurz als „yMSM" bezeichnet. Die photodektierenden Strukturen, die als Halb leiterkomponenten eingesetzt werden können, sind nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Typen von Halbleiterkomponenten 5 unterscheiden sich hinsichtlich des Wellenlängenbereichs, in dem sie Strahlung detektieren. Mit anderen Worten: Die Halbleiterkomponenten 5 unterscheiden sich hinsichtlich ihrer sensitiven Spektralbereite, sodass die Kombination verschiedener Halbleiterkomponenten 5 ermöglicht, ein Spektrometer als Halbleiterbauteil auszubilden, dessen Messbereich sich aus der Überlagerung der sensitiven Spektral bereiche ergibt.
Die Halbleiterkomponenten 5 sind in diesem Ausführungsbeispiel druckbare Mikrophotodioden, die mittels Mikrotransferdrucks auf dem ersten Halbleiterkörper aufgebracht worden sind.
Die Herstellung des Halbleiterbauteils 1 aus einem Bauteilkör per 3 und den Halbleiterkomponenten 5 mittels dieses Verfah rens wird im Folgenden anhand der Figuren 2A und 2B erläutert.
Die Herstellung des Bauteilkörpers 3 erfolgt für eine Mehrzahl von Bauteilkörpern 3 gleichzeitig und im Waferverbund. Diese Form der Herstellung erlaubt Prozessschritte für die Fertigung der Mehrzahl von Bauteilkörpern 3 parallel bei allen Bauteil körpern 3 gleichzeitig auszuführen, solange sie noch miteinan der verbunden sind. Solche Prozessschritte umfassen insbeson dere das Aufbringen oder Aufwachsen von Schichten und Struk turen sowie, falls erforderlich, auch deren teilweisen Abtrag, um den integrierten Schaltkreis 9 auszubilden. Erst in einem abschließenden Schritt werden die ersten Halbleiterkörper 3 vereinzelt und voneinander getrennt.
Im Rahmen der Fertigung werden in einem parallelen Bestückungs prozess die Halbleiterkomponenten 5 auf die Bauteilkörper 3 aufgesetzt und miteinander verbunden, solange letztere sich noch im Verbund befinden. Diese Bestückung erfolgt gleichzei tig, indem mittels eines Elastomerstempels eine Mehrzahl von Halbleiterkomponenten 5 von einem Opferwafer 52 zum Zielwafer 54 mit den noch verbundenen Bauteilkörpern 3 transferiert und auf diesen derart aufgesetzt werden, dass sich die Halbleiter komponenten 5 an ihren vorgesehenen Positionen auf den Bau teilkörpern 3 befinden. Die Stempelplatte weist eine Struktur auf, die mit Größe und Positionen der Halbleiterkomponenten 5 auf dem Zielwafer 54 korrespondiert.
Die Fertigung der Halbleiterkomponenten 5 erfolgt ebenfalls parallel im Waferverbund. Der entsprechende Wafer wird als Opferwafer 52 bezeichnet. Dabei werden die zweiten Halbleiter körper 5 jedoch nicht vereinzelt, indem der Wafer 52 getrennt wird. Die zweiten Halbleiterkörper 5 werden vielmehr auf einer Opferschicht gleichzeigt derart gefertigt, dass alle späteren Halbleiterkomponenten 5 über Haltestrukturen 30 miteinander verbunden sind. Dann wird die Opferschicht entfernt, sodass die einzelnen zweiten Halbleiterkörper 5 nur noch über die Haltestrukturen 30 miteinander und mit dem Wafersubstrat ver bunden sind, wobei freistehende Stege 32 die Halbleiterkompo nenten 5 mit einer Ankerstruktur 34, die ihrerseits mit dem Wafersubstrat verbunden ist, verbinden. Die so gefertigten Halbleiterkomponenten 5 sind im Verbund rasterförmig angeord net .
Die Dicke derart hergestellter Chips als Halbleiterkomponenten 5 kann deutlich geringer sein als bei konventionell vereinzel ten Chips und im Bereich weniger Mikrometer liegen.
Beim Paralleltransfer wird der Stempel auf die zu transferie renden Halbleiterkomponenten 5 gedrückt, sodass sie am Stempel anhaften. Sobald der Stempel sich in die Gegenrichtung bewegt, werden die Halbleiterkomponenten 5 von den Haltestrukturen 30 getrennt, indem die Stege 32 oder ihr Ansatz am zweiten Halb leiterkörper 2 abreißen. An der Halbleiterkomponente 5 bleibt eine Abrissstelle 40, die sich an einem stegförmigen Fortsatz 38, der ein Teil des Stegs 32 der Haltestruktur 30 ist, befin den kann.
Figur 2A zeigt eine schematische Darstellung des Opferwafers 52 mit einer Mehrzahl von zweiten Halbleiterkörpern 5 und der Haltestruktur 30. Die zweiten Halbleiterkörper 5 sind nach Abtrag der Opferschicht freistehend und nur über Stege 32 mit einer Ankerstruktur 34, die die Verbindung von Haltestruktur 30 und Wafersubstrat bildet, verbunden. Figur 2B zeigt eine schematische Darstellung des Zielwafers 54 mit einer Mehrzahl von ersten Halbleiterkörpern 3 im Verbund. Auf den ersten Halbleiterkörpern 3 sind bereits jeweils zwei zweite Halb leiterkörper 5 aufgesetzt, die korrespondierend ihrer Position auf dem Zielwafer 54 aus dem Opferwafer 52 herausgelöst worden und mittels des Stempels auf den Zielwafer 54 transferiert worden sind.
Beim herausgelösten zweiten Halbleiterkörper 5 befindet sich die Abrissstelle 40 an einem stegförmigen Fortsatz 38, der ein Teil des ursprünglichen Stegs 32 ist. Alternativ kann sich die Abrissstelle 40 auch direkt an einer Außenseite der Halbleiter komponente 5 befinden.
Im parallelen Bestückungsprozess wird eine Mehrzahl von Halb leiterkomponenten 5 gleichzeitig übertragen, indem sie bei Kontakt mit dem Stempel aus dem Opferwafer 52 herausgebrochen und nach dem Transfer auf dem Zielwafer 54 abgelegt werden. Dann können weitere Prozessschritte auf Waferebene ausgeführt werden .
Der Paralleltransfer reduziert die Kosten im Vergleich zur seriellen Bestückung. Der oben geschilderte parallele Bestü ckungsprozess wird auch als Mikrotransferdruck bezeichnet. Die Verwendung von druckbaren Mikrophotodioden als Halbleiterkom ponenten 5 erlaubt, eine hohe Packungsdichte bei der Wafer- Level-Montage zu erzielen.
Figur 3 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel ei nes Halbleiterbauteils in der Aufsicht.
Das Halbleiterbauteil 1 weist eine Vielzahl von Halbleiterkom ponenten 5 auf einem Bauteilkörper 3, wie beispielsweise in Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben, auf.
Die Halbleiterkomponenten 5 sind in Einheitszellen 55, die in einem Array mit Zeilen und Spalten angeordnet sind, angeord net. Jede Einheitszelle 55 umfasst die gleichen Typen von Halbleiterkomponenten 5 in vorgegebener Anordnung zueinander. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst eine Einheitszelle 55 vier verschiedene Typen von Halbleiterkomponenten 5, die in zwei Spalten und zwei Zeilen als Detektor- oder Einheitszel- lenarray angeordnet sind.
Die Einheitszellen 55 sind ebenfalls in einem Array angeord net. In Figur 3 sind exemplarisch vier Zellen 55 in jeweils zwei Spalten und Zeilen dargestellt. Das Einheitszellenarray kann sich zwecks besserer Durchmischung auf dem intelligenten Substrat 7 replizieren.
Die Typen von Halbleiterkomponenten 5 in jeder Einheitszelle 5 unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Empfangscharakteris tik. Die Überlagerung der sensitiven Spektralbereiche der Halbleiterkomponenten 5 in der Zelle 5 ergibt deren Messbe reich.
Die Typen von Halbleiterkomponenten 5 können aus unterschied lichen Materialsystemen ausgebildet sein, beispielsweise Si lizium, Germanium, Indiumphosphid, eine III-V-Verbindung oder eine II-IV-Verbindung.
Die Kombination verschiedener Materialsysteme für die Halb leiterkomponenten 5 im selben Halbleiterbauteil 1 ermöglicht zahlreiche Freiheitsgrade bei der Einstellung der sensitiven Spektralbereiche für die verschiedenen Halbleiterkomponenten 5. Der sensitive Spektralbereich kann zudem durch ein Bandlü- cken-Engineering weiter beeinflusst werden, sodass mit einer Halbleiterkomponente 5 nur ein enger Wellenlängenbereich de- tektiert wird. Die Kombinationen verschiedener schmaler sen- sitiver Spektralbereiche ermöglicht den Aufbau eines effizien ten Spektrometer-Halbleiterbauteils mit sehr guter Messgenau igkeit .
Ein alternatives oder zusätzliches Mittel, um unterschiedliche sensitive Spektralbereiche auszubilden, ist die zumindest teilweise Verwendung von Farbfiltern, die auf zumindest eini gen der Halbleiterkomponenten 5 aufgebracht sind.
Das Array von Einheitszellen 55 ermöglicht eine Ortsauflösung bei der Detektion, da jede Zelle 5 geeignet ist, das Spektrum des in ihrem Bereich einfallenden Lichts zu detektieren. Al ternativ ist es möglich, durch die Verwendung mehrere Zellen 55 statt nur weniger großflächiger Photodioden für verschie dene Wellenlängen eine bessere Durchmischung des einfallenden Lichts zu erzielen, da durch die Mittelung über mehrere Zellen 55 die Detektion nur lokaler Maxima oder Minima vermieden wird.
Figur 4 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel ei nes Halbleiterbauteils in der Schnittansicht. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden lediglich die Unterschiede zu dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Das Halbleiterbauteil 1 umfasst einen Bauteilkörper 3 und eine Vielzahl von Halbleiterkomponenten 5. In diesem Ausführungs beispiel sind acht verschiedene Typen von Mikrophotodioden als Halbleiterkomponenten 5 vorgesehen, deren sensitive Spektral bereiche sich unterscheiden.
Auf den Halbleiterkomponenten 5 ist eine Diffusoroptik 13 vor gesehen, die eine homogenere Ausleuchtung der verschiedenen Typen von Mikrophotodioden als Halbleiterkomponenten 5 ermög licht und damit die Detektionsgenauigkeit erhöht. Es sei bemerkt, dass die verschiedenen Typen von Halbleiter komponenten 5 unter der Diffusoroptik 13 auch in einem Array von Einheitszellen 55, wie oben beschrieben, angeordnet werden können .
Figur 5 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel ei nes Halbleiterbauteils 1 in der Schnittansicht. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden lediglich die Unterschiede zu dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel beschrieben.
In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Vielzahl von Halb leiterkomponenten 5 sich replizierende Detektorzellen 55 mit Halbleiterkörpern 5 zweier Typen. Auf den Halbleiterkomponen ten 5 ist eine abbildende Optik 16 vorgesehen, die eine Objek tivwirkung hat und das einfallende Licht auf die Halbleiter komponenten 5 lenkt. Die Ortauflösung durch die Vielzahl von Zellen ermöglicht, die Richtung des einfallenden Lichts zu detektieren. Diese Anordnung verwendet verschiedene Typen von Mikrophotodioden (im Gegensatz zu LIDAR oder ToF-Anwendungen mit identischen Mikrophotodioden) .
Es sei bemerkt, dass die verschiedenen Typen von Halbleiter komponenten 5 unter der Optik 16 auch in einem Array von Zellen 55 mit Zeilen und Spalten, wie zuvor beschrieben, angeordnet werden können.
Die Figuren 6A, 6B und 6C veranschaulichen die Filterwirkung eines Ausführungsbeispiels eines Halbleiterbauteils 1 mit ver schiedenen Mikrophotodioden als Halbleiterkomponenten 5, wie es in Figur 1 dargestellt ist. Allerdings sind in diesem Aus führungsbeispiel in Figur 6A exemplarisch sechs verschiedene Typen von Halbleiterkomponenten 5 dargestellt. Mehr oder we niger Typen, sowie deren Anordnung in einem Array von Zellen ist denkbar. Die Filterwirkung der anderen zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele folgt demselben Prinzip.
Figur 6B zeigt beispielhaft die Empfindlichkeit der Mikropho todioden als Halbleiterkomponenten 55 über der Wellenlänge. Jede der in Figur 6A dargestellten Mikrophotodioden detektiert in einem Wellenlängenbereich, der sich von denen der anderen unterscheidet, wobei jedoch durch die Kombination der ver schiedenen Mikrophotodioden und der Überlagerung ihrer sensi tiven Spektren das gesamte Spektrum, in dem detektiert werden soll, abgedeckt wird. In diesem Ausführungsbeispiel überlagern sich die Spektren nicht.
Figur 6C zeigt beispielhaft die Empfindlichkeit der Mikropho todioden über der Wellenlänge in einem Ausführungsbeispiel, das sich vom vorhergehenden dadurch unterscheidet, dass die Spektren sich zumindest teilweise überlappen.
Die Figur 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer mittels Mikrotransferdrucks druckbaren, wellenlängenselektiven Photo diode als Halbleiterkomponente 5, deren sensitiver Spektral bereich durch Bandlücken-Engineering eingestellt worden ist.
Die Halbleiterkomponente 5 weist ein Substrat 7 und einen ers ten Kontakt 21 auf seiner Oberseite und einem zweiten Kontakt 22 auf seiner Unterseite auf. Diese Kontakte 21, 22 können n- beziehungsweise p-Kontakte sein. An der Substratoberseite ist ein Detektionsbereich 8 mit der aktiven Zone 11 vorgesehen, in dem das einfallende Licht 100 detektiert wird. Auf dem Detek tionsbereich 8 ist eine wellenlängenselektive Schicht 25 auf gebracht. Durch die Kombination zweier Materialien lässt sich Bandlücken-Engineering beispielsweise wie folgt erzielen: Der Detektionsbereich 8 ist geeignet, Strahlung unterhalb einer bestimmten Wellenlänge, beispielhaft mit Y bezeichnet, zu de- tektieren. Eine Absorptionsschicht 25 absorbiert Strahlung un terhalb einer bestimmten Wellenlänge, beispielhaft mit X be zeichnet, sodass diese Strahlung nicht mehr die aktive Zone 11 erreicht. Infolgedessen wird in der aktiven Zone 11 lediglich Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen Y und X absorbiert, da Strahlung oberhalb des Bereichs nicht detektiert werden kann und Strahlung unterhalb des Bereichs den Detektionsbe reich 8 nicht erreicht.
Figur 8 veranschaulicht das oben beschriebene Absorptionsver halten anhand einer Darstellung der Absorption in Abhängigkeit der Wellenlänge. Obgleich im Detektionsbereich 8 der Wellen längenbereich 101 unterhalb der Wellenlänge Y detektierbar ist, wird wegen der Abschattung der Strahlung im Wellenlängen bereich 102 bis zur Wellenlänge X lediglich der Differenzbe reich 103 zwischen den Wellenlängen X und Y detektiert und absorbiert. Durch die geeignete Kombination verschiedener Ma terialien lässt sich die Empfindlichkeit einer Halbleiterkom ponente 5 und ihr sensitiver Spektralbereich gezielt einstel len .
Verschiedene Materialkombinationen erlauben unterschiedliche Empfindlichkeiten, die sich zu einem Spektrometer kombinieren lassen .
Figur 9 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel ei nes Halbleiterbauteils in der Schnittansicht.
Das Halbleiterbauteil 1 weist eine Vielzahl von Halbleiterkom ponenten 5 auf einem Bauteilkörper 3, wie beispielsweise in Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben, auf. Um Wiederholungen zu vermeiden, werden lediglich die Unterschiede zu Figur 1 beschrieben .
Neben den Mikrophotodioden 5 weist dieses Ausführungsbeispiel noch Strahlung emittierende Halbleiterkomponenten 6 auf, um einen Sensor auszubilden. Jede Strahlung emittierende Halb leiterkomponente 6, die beispielsweise als LEDs ausgebildet sein kann, weist eine aktive Zone zur Strahlungserzeugung und eine Abrissstelle auf, ist auf dem Substrat angeordnet und elektrisch leitend mit dem Bauteilkörper 3 verbunden. Auch die Strahlung emittierenden Halbleiterkomponenten 6 sind druckbare Komponenten, die mittels des oben beschriebenen Mikrotransfer drucks auf dem Bauteilkörper 3 aufgebracht worden sind.
Die Merkmale der Ausführungsbeispiele sind kombinierbar. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausfüh rungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung je des neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentan sprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kom bination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste
1 Halbleiterbauteil
3 Bauteilkörper
5 Halbleiterkomponente
7 Substrat
8 Detektionsbereich
9 integrierter Schaltkreis
11 aktive Zone
13 Diffusoroptik
16 Optik
21, 22 Kontakt
25 AbsorptionsSchicht
30 Haltestruktur
32 Steg
34 AnkerStruktur
38 Fortsatz
40 Abrissstelle
52 Opfersubstrat
54 Zielsubstrat
55 Zelle
100 Licht
101, 102, 103 Bereich
X, Y Wellenlänge

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils (1) um fassend Aufbringen einer Halbleiterkomponente (5) oder eine Vielzahl von Halbleiterkomponenten (5) mittels Mikrotransfer drucks auf einem Bauteilkörper (3) mit einem Substrat (7) und einem integrierten Schaltkreis (9), wobei die Halbleiterkom ponente (5) oder jede aus der Vielzahl von Halbleiterkomponen ten (5) eine aktive Zone (11) zum Strahlungsempfang aufweist, wobei in einem parallelen Bestückungsprozess
die Halbleiterkomponenten (5) gleichzeitig auf die Bauteilkör per (3) aufgesetzt und miteinander ver-bunden werden, solange letztere sich noch im Verbund befinden, wobei mittels
eines Stempels eine Mehrzahl von Halbleiterkomponenten (5) von einem Opferwafer (52) zu einem Zielwafer (54) mit den noch verbundenen Bauteilkörpern (3) transferiert und auf diesen aufgesetzt werden, wobei
beim Paralleltransfer der Stempel auf die zu transferierenden Halbleiterkomponenten (5) gedrückt wird, sodass sie am Stempel anhaften, wobei
sobald der Stempel sich in die Gegenrichtung bewegt, die Halb leiterkomponenten (5) von Haltestrukturen (30) getrennt wer den, indem Stege (32) oder deren Ansätze am zweiten Halbleiter körper (5) abreißen und direkt an einer Außenseite der Halb leiterkomponente (5) eine Abrissstelle (40) bleibt.
2. Halbleiterbauteil (1) hergestellt nach einem Verfahren ge mäß Anspruch 1, umfassend
- einen Bauteilkörper (3) mit einem Substrat (7) und einem integrierten Schaltkreis (9),
- eine Halbleiterkomponente ( 5 ) oder eine Vielzahl von Halb leiterkomponenten (5) , wobei die Halbleiterkomponente (5) oder jede aus der Vielzahl von Halbleiterkomponenten (5) eine ak tive Zone (11) zum Strahlungsempfang und eine Abrissstelle (40) aufweist, auf dem Bauteilkörper (3) angeordnet und elektrisch leitend mit dem integrierten Schaltkreis (9) ver bunden ist.
3. Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 2,
wobei die Halbleiterkomponente (5) oder die Vielzahl von Halb leiterkomponenten (5) mittels Mikrotransferdrucks auf dem Bau teilkörper (3) aufgebracht worden sind.
4. Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 2 oder 3,
wobei die Vielzahl von Halbleiterkomponenten (5) zumindest eine Halbleiterkomponente (5) umfasst, deren sensitiver Spekt ralbereich sich von dem einer anderen Halbleiterkomponente (5) aus der Vielzahl von Halbleiterkomponenten (5) unterscheidet.
5. Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü che 2 bis 4,
wobei die Vielzahl von Halbleiterkomponenten (5) zumindest eine Halbleiterkomponente (5) umfasst, deren Materialsystem sich von dem einer anderen Halbleiterkomponente (5) aus der Vielzahl von Halbleiterkomponenten (5) unterscheidet.
6. Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 5,
wobei die unterschiedlichen Materialsysteme zumindest eines aus der Gruppe mit Silizium, Germanium, III-V-Verbindungen und II-IV-Verbindungen umfassen.
7. Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü che 2 bis 6,
bei dem das Substrat (7) des Bauteilkörpers (3) Silizium auf weist.
8. Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü che 2 bis 7,
wobei der Bauteilkörper (3) einen Transimpedanzverstärker oder eine Auswerteeinheit umfasst.
9. Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü che 2 bis 8,
ferner umfassend einen Diffusor (13) oder ein lichtbrechendes Mittel, angeordnet auf der Halbleiterkomponente (5) oder der Vielzahl von Halbleiterkomponenten (5) .
10. Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche 2 bis 9,
ferner umfassend ein in einem gegebenen Wellenlängenbereich absorbierendes Mittel (25) , das auf der Halbleiterkomponente (5) oder der Vielzahl von Halbleiterkomponenten (55) angeord net ist oder auf einem Detektionsbereich (8) der Halbleiter komponente (5) oder auf einem Detektionsbereich (8) zumindest einer aus der Vielzahl von Halbleiterkomponenten (5) aufge bracht ist.
11. Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche 2 bis 10,
wobei die Vielzahl von Halbleiterkomponenten (5) in einem Ar- ray von Zellen (55) angeordnet ist, und jede Zelle (55) umfasst mehrere Halbleiterkomponenten (5) .
12. Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche 2 bis 11,
wobei die Halbleiterkomponenten (5) einer Zelle (55) sich hin sichtlich ihrer sensitiven Spektralbereiche unterscheiden.
13. Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche 2 bis 12,
ferner umfassend zumindest eine aktive Zone zur Strahlungser zeugung .
14. Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 13,
ferner umfassend eine Strahlung emittierende weitere Halb leiterkomponente (6) oder eine Vielzahl von Strahlung emittie renden weiteren Halbleiterkomponenten (6), wobei die Strahlung emittierende weitere Halbleiterkomponente (6) oder jede aus der Vielzahl von Strahlung emittierenden weiteren Halbleiter komponenten (6) eine aktive Zone zur Strahlungserzeugung und eine Abrissstelle (40) aufweist, auf dem Bauteilkörper (3) angeordnet und elektrisch leitend mit dem integrierten Schalt- kreis (9) verbunden ist.
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