CN103229315A - 用于制造光电部件的方法和部件 - Google Patents

Abstract

在用于制造光电部件的方法中，在衬底(8)上提供一种外延生长的层序列(9)。在所述层序列(9)上沉积金属层(10)并且随后在所述金属层上施加成型载体(12)。所述成型载体具有载体材料(23,21)以及与所述载体材料(23,21)作用连接的纤维网(22)，所述载体材料具有第一热膨胀系数，所述纤维网具有第二热膨胀系数。随后，剥离所述生长衬底。

Description

用于制造光电部件的方法和部件

技术领域

本发明涉及一种用于制造光电部件的方法以及一种部件。

本专利申请要求德国专利申请10 2010 054 068.4的优先权，其公开内容通过参考结合到本文中。

背景技术

经常借助外延沉积方法在生长衬底上制造光电部件。在沉积发光的层序列之后，这些部件必须在进一步的方法步骤中两侧接触且随后被切割。因此，在主要的过程步骤中，将部件施加在载体上，以便随后剥离生长衬底并且进一步处理暴露的层序列。

所述进一步处理包括进一步的蚀刻步骤和清洗步骤，以便在晶圆结构上设置用于后来的光电部件的接触区域。因此，进一步的制造方法的各个步骤可能还需要较高的温度。

由于提高的温度或快速的温度变化，可能因为载体衬底以及在其上设置的外延层序列的不同温度膨胀系数而导致热张力。由此引起的强机械应力可能导致整个晶圆的扭曲。结果是不均匀的处理以及可能的晶圆破损，由此降低产量。

因此，存在对降低这类热张力的方法的需求。

发明内容

独立权利要求1和12考虑所述需求。扩展方案和改进的措施是从属权利要求的主题。

在根据本发明用于制造光电部件的方法中提出，在生长衬底上提供外延生长的层序列并且在所述外延生长的层序列上沉积金属层。随后，在该金属层上施加成型载体，所述成型载体具有载体材料以及与所述载体材料作用连接的纤维网，所述载体材料具有第一热膨胀系数，所述纤维网具有第二热膨胀系数。随后，剥离生长衬底。所使用的载体材料可以是聚合物原料。

通过载体材料与纤维网的组合而产生组合热膨胀系数，所述组合热膨胀系数在高温下也保持适配金属层的热膨胀系数。

尤其是，现在通过纤维网与聚合物载体材料的复合可能的是，在超过聚合物载体材料的玻璃点的温度下实现过程。引入载体材料中的纤维网补偿载体材料的热膨胀系数上升（所谓的CTE跳跃）并且因此减小金属层至载体材料的分界面区域中的机械应力。

整体上，通过成型载体的纤维网，成型载体的热膨胀系数保持接近金属层的系数或者说与其适配，从而使由于进一步的方法步骤中的热变形引起的机械应力最小化。结果是，改善了光电部件的质量并且减少了废料。

在一个扩展方案中，在其面内延伸的、由具有高抗拉强度的纤维制成的网可以施加在金属层上并且随后在纤维网上沉积载体材料。因此，在此实施中，纤维网设置在金属层和载体材料之间，其中所述载体材料至少部分地流过纤维网并且可以与金属层连接。通过由不同定向的纤维制成的连续纤维网实现两个空间方向上的高抗拉强度。

在另一个扩展方案中，具有第一热膨胀系数的载体材料施加在金属层上并且随后在其面内延伸的、由具有高抗拉强度和低于第一热膨胀系数的系数的纤维制成的网放置在载体材料上。然 后，加固两者，使得载体材料和纤维网密切地作用连接。现在，纤维网的高抗拉强度和低热膨胀系数在温度跳跃、尤其是在超过载体材料玻璃点的情况下对抗载体材料的增加的热膨胀。

在另一个备选扩展方案中，在其面内延伸的、由具有高抗拉强度的纤维制成的网嵌入载体材料的多个层之间。因此，所述网由所述载体材料完全封闭并且在自有抗拉强度低的情况下由于载体材料增加的抗拉强度对抗载体材料热膨胀。

对于提出的原理可考虑，提供已经预制的、由载体材料和纤维网制成的成型载体并且在唯一的方法步骤中将成型载体施加在金属层上。替代地，还可能的是，允许在金属层上在分离的层中沉积载体材料和纤维网并且使其硬化。

成型载体的热膨胀系数由于纤维网的不同热膨胀系数和高抗拉强度的组合的改善尤其是通过由载体材料形成到延伸的网的纤维上的共价键来实现。这些共价键主要对抗在热膨胀期间在载体材料中出现的切力。由此，结果是，成型载体在室温下的初始热膨胀系数在高温下还被保留并且因此适配金属层的热膨胀系数。

根据所使用的材料，可以在成型载体的载体材料和金属层之间施加粘结层，或者在成型载体的纤维网和金属层之间施加粘结层。

为了改善制造期间的稳定性，成型载体的层厚度可以基本上等于金属层层厚度的1.5倍至4倍。

提供具有提高的抗拉强度和比较高的玻璃转变温度的塑料纤维用作纤维网的材料。例如芳族聚酰胺纤维、尼龙纤维、聚己二酰己二胺纤维、聚己内酰胺纤维或者聚丙烯腈纤维属于所述具有提高的抗拉强度和比较高的玻璃转变温度的塑料纤维。玻璃纤维同样是适合的。允许“模制”的不同环氧树脂然而还有硅酮或塑料可用作载体材料。在此，载体材料可以以软膏、具有比较高粘度（Zaehigkeit）的流体形式或作为小粒颗粒存在。

在一个扩展方案变型中，成型载体在生长衬底剥离后被移除。这尤其可以在切割成光电部件-例如半导体芯片之前实现。成型载体在此变型中可以被重复用于进一步的制造方法。金属层在这种情况下优选在机械上稳定外延生长的层序列。

在一个备选的扩展方案变型中，成型载体的至少一部分保留在所述部件中。成型载体尤其可以在切割成光电部件-例如半导体芯片时相互分离（durchtrennen）。

在本发明的另一方面，借助外延生长方法，在生长衬底上制造光电层并且随后切割光电部件。

所述光电部件施加在载体、即所谓的“带子（Tape）”上，用于进一步处理，使得每两个相邻光电部件间隔开。然后，柔性且可活动的纤维网置于这些部件上方，使得纤维网的部分也位于这些部件的间隙内。所述间隙随后由载体材料填充，使得纤维网嵌入载体材料中。所述带子随后可被除去并且从现在起已经被切割的部件作为整体单元被进一步处理。在此，还能够实现对已经预制的、由载体材料和纤维网制成的成型载体的使用。

通过用载体材料填充以及在载体材料中嵌入纤维网，组合热膨胀系数在高温下大大减小，使得由于载体材料的热变形而引起的各个部件的损坏得以降低。

附图说明

以下根据多个实施例参考附图详细解释本发明。相同的参考标记在此说明各个附图中相同的元件。然而，在此示出不按比例的参考，更确切地说，可能过度大地示出单独元件以便更好地理解。

图1示出具有施加的金属层的载体的示意图，用于解释本发明所基于的问题，

图2示出在制造方法期间光电部件的示意性实施，

图3示出在制造方法期间光电部件的示意图，

图4示出用于根据所提出的原理产生成型载体的不同实施，

图5示出成型载体的、具有对于在热变形情况下稳定性提高的解释的实施，

图6针对不同玻璃纤维浓度示出用于表示变形的图表，

图7示出按照根据本发明原理的方法的图示。

具体实施方式

在示出的实施方式中，以薄膜技术实现光电部件。这类“薄膜光电二极管芯片”的特征在于以下表征性特征中的至少一个特征：

- 在与产生辐射的半导体层序列—其尤其可以是产生辐射的外延层序列—的所期望的辐射侧相对的侧上施加或构造反射层，所述反射层将半导体层序列中所产生电磁辐射的至少一部分反射回此半导体层序列中。

- 薄膜发光二极管芯片具有载体元件，所述载体元件不是已在其上外延地生长该半导体层序列的生长衬底，而是后来固定在该半导体层序列上的单独载体元件；

- 该半导体层序列的厚度在20μm或更小的范围内、尤其在10μm或更小的范围内；

- 该半导体层序列无生长衬底。在此“无生长衬底”意味着，可能用于生长的生长衬底从半导体层序列移除或至少严重减薄。尤其是可以如此减薄所述可能用于生长的生长衬底，使得他本身或连同外延层序列一起独自不是无支撑的（freitragend）。大大减薄的生长衬底的仍有的剩余部分尤其不适合用作这种用于生长衬底的所述功能的；并且

-该半导体层序列包含至少一个具有至少一个面的半导体层，所述半导体层具有混匀结构，所述混匀结构在理想情况下导致光在半导体层序列中大致各态历经分布，也就是说，其具有尽可能各态历经随机的散射行为。

薄膜发光二极管芯片的基本原理例如在出版文献I. Schnitzer等人所著的Appl . Phys. Lett. 63 (16) 18，1993年10月，第2174 – 2176页中描述，其公开内容就此而言在此通过引用结合于本文中。薄膜发光二极管芯片的例子在出版文献EP 0905797 A2和WO 02/13281 A1中描述，其公开内容就此而言在此同样通过引用结合于本文中。薄膜发光二极管芯片非常接近朗伯（Lambert ' scher）表面辐射器并且因此例如很好地适合于应用在探照灯（Scheinwerfer）中，例如应用在机动车探照灯中。

当前，第III/V族化合物半导体材料、即氮化镓用作材料***，其中第一子层12是p型掺杂的并且面向透明载体衬底40的子层11、11a是n型掺杂的。此外，还可以使用其他的材料***。

第III/V族化合物半导体材料具有至少一个来自于第三主族的元素（例如硼、铝、镓、铟）和来自第五主族的元素（例如氮、磷、砷）。术语“第III/V族化合物半导体”尤其包括二元化合物、三元化合物或四元化合物的组，所述二元化合物、三元化合物或四元化合物包含至少一个来自第三主族的元素和至少一个来自第五主族的元素，例如氮化物半导体和磷化物半导体。此外，这样的二元化合物、三元化合物或四元化合物例如可以具有一种或多种掺杂剂以及附加的成份。

相应地，第II/VI族化合物半导体材料具有至少一个来自第二主族的元素（例如铍、镁、钙、锶）和来自第六主族的元素（例如氧、硫、硒）。第II/VI族化合物半导体材料尤其包括二元化合物、三元化合物或四元化合物，所述二元化合物、三元化合物或四元化合物包含至少一个来自第二主族的元素和至少一个来自第六主族的元素。此外，这样的二元化合物、三元化合物或四元化合物例如可以具有一种或多种掺杂剂以及附加的成份。属于第II/VI族化合物半导体材料的例如是氧化锌、氧化锌镁、硫化镉、硫化锌镉、氧化镁铍。

图1示出晶圆结构的示意图，用于解释本发明所基于的问题。

在该图示中，由厚度约为110μm的镍制成的金属层10施加在厚度为200μm至400μm的载体11上。镍的热膨胀系数CTE约为13ppm/K。在镍之上以薄膜技术沉积外延层序列，在此为了简化没有示出所述外延层序列。

该载体称作“模具”并且用于稳定金属化的镍薄层。在施加载体11之后，通常剥离同样未示出的生长衬底，以便接触外延层序列并且施加对于耦合出光所需的结构。金属层10一方面可以用作背后接触件，另一方面它也适合用于在部件以后运行时进行散热。

如在此所提到的那样，金属层10以及载体层11具有不同的热膨胀系数CTE。因为载体层基本上具有塑料材料（例如热塑性塑料或热固性塑料），所以所述载体层的热膨胀系数CTE非常强地依赖于所使用材料的玻璃转变温度Tg。例如在环氧树脂作为载体材料的情况下，在玻璃转变温度的范围内（例如约170°C）在热膨胀系数方面存在从低于玻璃转变温度的CTE(1)≈10ppm/K到高于玻璃转变温度的CTE(2)≈44ppm/K的、以4为因数的跳跃。

这在其中各个处理步骤中超过玻璃转变温度的以后处理中导致左边分区域中所示的行为。由于不同的热膨胀系数，载体材料12相对于金属层10以显著的方式延长，使得由于由此引起的机械应力，晶圆的外末端扭曲。除了所示的扭曲之外，机械应力还可能导致金属层和/或层序列中的裂缝或裂口（Sprüngen），使得光电部件的废料大大增加。

根据本发明，现在提出，不是仅仅由单一的材料构造载体材料11，而是在载体材料中附加地设置具有高抗拉强度和明显更小的温度膨胀系数的纤维网。优选地，在玻璃转变温度周围的温度膨胀系数甚至可以取负值，也即是说，在温度升高时，纤维网收缩。在温度升高时，抗拉强度和比包围所述网的载体材料更小的温度膨胀系数对抗载体的热膨胀。换言之，通过纤维网，由载体材料的系数和纤维网的系数构成的组合热膨胀系数适配金属层10的热膨胀系数或与其连接的层的热膨胀系数。因此，组合热膨胀膨胀系数可以下降到明显低于44ppm/K的值，使得扭曲的强度如在图1的右边分区域中所示那样降低。

对此，图5示出根据所提出原理的载体的一个例子，其中玻璃纤维网22嵌入两个载体材料层21和23之间。玻璃纤维网22包括多个在x方向和y方向上延伸并且彼此联网的纤维，这些纤维在同时热膨胀系数很小的情况下具有很高的抗拉强度。对于玻璃转变温度周围的温度范围，所述热膨胀系数比包围纤维网22的载体材料21或23的膨胀系数明显更小，甚至可能为负的。

纤维网例如可以由玻璃纤维构成。同样地，塑料纤维也是如芳族聚酰胺、尼龙、聚己二酰己二胺、聚己内酰胺或聚丙烯腈。基本上，在同时热膨胀系数小的情况下具有增加的抗拉强度并且此外对于在部件的进一步处理中出现的温度而言稳定的每种纤维是适合的。作为载体材料使用环氧树脂或塑料、热塑性塑料或热固性塑料。

在将纤维网22嵌入到两个载体层中且随后硬化的情况下，在网22的各个纤维和包围各个纤维的载体材料21或23之间形成共价键200。共价键的强度使得它们引起纤维网在载体矩阵中的良好锚定。由此，即使在材料21或23的温度高于玻璃温度的情况下，载体也仅仅产生小的热膨胀。

图2示出根据提出的原理的制造方法期间的结构。

在生长衬底8（例如由蓝宝石、硅或其他合适用于外延沉积的材料制成的生长衬底8）上分多层施加半导体层作为外延层序列9。所述层序列9的所述层中的一些层允许载流子重新组合且构成发光层。

随后在外延生长的层序列9上沉积例如由镍、铜或半导体材料（例如硅）制成的金属层10。金属层10一方面用作光学部件在运行期间的散热片，但同时它又可以电接触外延生长的层序列9。为了进一步处理，必须在进一步的步骤中移除生长衬底8，以便能够从这一侧进一步处置外延层序列9。

出于此目的，在金属层10上沉积粘结层100，以便将所述金属层与成型载体12连接。成型载体12在此实施例中具有由环氧树脂制成的载体材料，在所述由环氧树脂制成的载体材料中嵌入纤维网。

接下来例如借助激光剥离移除生长衬底8。在激光剥离和进一步的处理步骤期间，成型载体以及金属层的温度升高超过成型载体的载体材料的玻璃温度。由于通过附加引入的纤维网而从现在起受控的热膨胀系数，因为现在热膨胀减少，所以，保持对金属层10的小机械应力。

在剥离生长衬底之后，又可以移除成型载体12，尤其在切割成半导体芯片之前。在这种情况下，金属层10可以用于在机械上稳定外延层序列。

替代地，成型载体能够在切割成半导体芯片时被相互分离，使得成型载体的部分保留在已切割的半导体芯片中。因此，在这种情况下，成型载体的部分构成已切割的半导体芯片的部分。

图3示出另一种实施方式，其中在制造方法期间，所提出的成型载体在各个过程步骤中产生。在此例子中，也已在衬底8（优选由蓝宝石制成的衬底8）上外延地生长5μm厚的、用于发光的氮化镓层并且随后施加120μm厚的金属层10，在此例子中是镍层。所述金属层现在用约200μm厚的液态环氧树脂层来覆盖，在进一步的过程步骤中在所述约200μm厚的液态环氧树脂层中嵌入玻璃纤维网22。具有嵌入的玻璃纤维网的环氧树脂层随后被硬化，使得在环氧材料和玻璃纤维层之间形成共价键。如此形成的成型载体现在同样即使在高的温度下也如在室温下那样仍然仅仅具有小的热膨胀系数，所述小的热膨胀系数仍然存在于镍层的热膨胀系数范围内。

为了产生并制造这类成型载体，可能的是，为所述这类成型载体单独产生制造过程并且随后在光电部件的制造方法期间作为一个整体与金属层连接。替代地，同样可能的是，如在图3中所示那样，在制造过程期间连同光电部件一起构成所述这类成型载体。

图4示出成型载体的其他扩展方案，其中示意性地示出纤维网22、叶片25和随机分布27。成型载体例如可以被构造为由至少两个载体材料层和嵌入所述至少两个载体材料层之间的玻璃纤维层组成的夹层结构。除了具有单个玻璃纤维层的该夹层结构之外，还可考虑多个玻璃纤维层嵌入载体材料中。替代地，纤维网22还可以施加在成型载体的上侧。例如，纤维网可以设置在金属层和载体材料23之间，其中通过合适的粘结材料来确保成型载体的纤维网22也与金属层连接。在一种实施中，载体材料可以流过纤维网22中的穿孔并且因此与金属层密切连接。

在另一个扩展方案中，根据图4，纤维网施加在成型载体的背后下侧上。换言之，成型载体的载体材料21设置在纤维网22和成型载体的光电部件的金属层之间。

如果处理温度高于载体材料的玻璃转变温度，则光电部件的金属层和成型载体之间的不同热膨胀系数导致扭曲或畸变，或导致完全的键断裂并且因此导致成型载体的脱层。根据附加引入的、嵌入到载体材料中的纤维网，减小金属层和成型载体的组合膨胀系数之间的膨胀系数差并且由此同样缩小畸变。

图6示出一个图表，所述图表说明在温度大于环氧树脂的约170°C的玻璃温度的情况下，在不同玻璃纤维浓度下，单位为mm的畸变D对晶圆半径R的依赖性。

最强的畸变在成型载体仅仅由作为“模制材料”的环氧树脂组成的情况下产生，通过曲线40所示。

通过以不同的重量添加玻璃纤维，可以减小畸变。如曲线41所示，50g/mm²的玻璃纤维密度已经引起减小的畸变。在本例中，100g/mm²的玻璃纤维密度如通过曲线42所示产生几乎还不可发觉的畸变。因此，在该玻璃纤维密度下，成型载体的组合热膨胀系数等于在本例中使用的金属层的膨胀系数。在进一步提高玻璃纤维密度的情况下，如曲线43所示那样，甚至产生轻微负畸变。这由以下事实产生：具有其负的热膨胀系数的玻璃纤维成分占主要部分。在所引入玻璃纤维量的情况下，在高温下的减少比载体材料的可能增长更大并且因而低于与其连接的金属层的值。

由此，根据所使用的金属层，通过载体材料和纤维网的组合可以找到其中热膨胀系数的差最小化的组合，使得最大程度地避免畸变。

图7示出所提出原理的另一种实施方式。其中，将在晶圆中制造的光电部件31切割并且粘结在带30上。两个部件之间的距离是d。在下一个步骤中，现在将柔性的纤维网粘结在已切割的部件31上。纤维网在此如此具备柔性，使得网32的部分也可以放在两个已切割的部件31之间的空间中。因此，纤维网一方面位于这些间隙中，另一方面位于已切割的部件上。在接下来的步骤中，现在在纤维网32上施加载体材料33。在此，载体材料33可以液态地存在，以颗粒状存在，但也可以以片状存在。载体材料完全填满已切割的部件31之间的间隙并且此外还均匀地嵌入纤维网32。

随后，在另一步骤中，从已切割的部件移除带30，使得现在能进一步处理所述已切割的部件。嵌入到载体材料中的纤维网现在对抗温度变化时载体材料的热膨胀并且防止各个部件31的机械损坏。

本发明没有通过根据所述实施例的描述而限制于此。相反地，本发明包括每个新的特征以及特征的每种组合，这尤其包含权利要求中的特征的每种组合，即使所述特征或所述组合本身没有明确在权利要求或实施例中说明。

Claims (15)

1.一种用于制造光电部件的方法，所述方法包括：

- 在生长衬底(8)上提供外延生长的层序列(9)，所述外延生长的层序列具有适合用于发光的层；

- 在所述外延生长的层序列(9)上施加金属层(10)；

- 在所述金属层(10)上施加成型载体(12)，其中所述成型载体(12)具有载体材料(21,23,33)且具有与所述载体材料(21,23,33)作用连接的纤维网(22,32)，所述载体材料具有第一热膨胀系数，所述纤维网具有第二热膨胀系数；

- 剥离所述生长衬底(8)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述纤维网(22,32)嵌入所述载体材料(21,23,33)中。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述成型载体的所述施加包括：

- 在所述金属层上施加在其面内延伸的、由具有高抗拉强度和第二热膨胀系数的纤维制成的网(22,32)，所述第二热膨胀系数比所述第一热膨胀系数更小；

- 在所述网上施加载体材料(21,33)。

4.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述成型载体的所述施加包括：

- 在所述金属层(10)上施加具有所述第一热膨胀系数的载体材料(23)；

- 在所述载体材料(23)上施加在其面内延伸的、由具有高抗拉强度和所述第二热膨胀系数的纤维制成的网(22)，所述第二热膨胀系数比所述第一热膨胀系数更小。

5.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述成型载体的所述施加包括：

- 在所述金属层(10)上施加具有所述第一热膨胀系数的第一层载体材料(21)；

- 施加在其面内延伸的、由具有高抗拉强度和所述第二热膨胀系数的纤维制成的网(22)，所述第二热膨胀系数比所述第一热膨胀系数更小；

- 在所述网(22)上施加其它层载体材料(23)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述载体材料(21,23,33)通过共价键(200)的形成连接到所述在其面内延伸的网(22)的所述纤维上。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中成型载体(12)的所述施加包括：

- 在所述金属层上施加粘结层(100)；

- 施加所述成型载体。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中如此选择所述载体材料和所述纤维网的材料，使得在高于载体材料的玻璃转变温度时所述金属层(10)的热膨胀系数与所述载体材料和所述纤维网材料的组合热膨胀系数之间的差最小化。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述成型载体(12)的层厚度基本上等于所述金属层(10)层厚度的1.5倍至4倍。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述载体材料(21,23)包括以下材料中的至少一种：

- 环氧树脂；

- 塑料。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述纤维网(22)包括以下材料中的至少一种：

- 芳族聚酰胺纤维，

- 玻璃纤维，

- 尼龙纤维、聚对亚苯基-2，6-苯并二噁唑，

- 聚己二酰己二胺纤维，

- 聚己内酰胺纤维，

- 聚丙烯腈纤维。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中所述第二热膨胀系数在所述载体材料(21,23)的玻璃温度的范围内以及超过所述玻璃温度时比所述第一热膨胀系数更小。

13.一种光电部件，包括：

- 外延生长且适合用于在主方向上发光的层序列(9)；

- 在所述外延生长的层序列(9)的背离所述主方向的侧上的金属层(10)；

- 具有载体材料(21,23,33)且具有与所述载体材料(21,23,33)作用连接的纤维网(22,32)的成型载体(12)，所述载体材料(21,23,33)具有第一热膨胀系数，所述纤维网(22,32)具有第二热膨胀系数。

14.根据权利要求13所述的光电部件，其中所述第二热膨胀系数在所述载体材料(21,23)的玻璃温度的范围内以及超过玻璃温度时比所述第一热膨胀系数更小。

15.多个根据权利要求13至14中任一项所述的光电部件，其彼此隔开地设置在带(30)上，其中在两个相邻部件之间的间隙内设置所述纤维网的一部分以及所述载体材料的一部分。

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