CN103430330A - 用于制造至少一个光电子半导体芯片的方法 - Google Patents

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Abstract

提出一种用于制造至少一个光电子半导体芯片，其具有下述步骤：提供至少一个光电子结构（2），所述光电子结构包括生长载体（1）和外延沉积在生长载体（1）上的具有有源区域（23）的半导体层序列（20）；提供载体（4）；将至少一个光电子结构（2）以其背离生长载体（1）的一侧施加到载体（4）上；用保护材料（5）对至少一个光电子结构（2）进行覆层，其中保护材料（5）覆盖生长载体（1）的背离载体（4）的外面以及生长载体（1）的和半导体层序列（20）的侧面；从至少一个光电子结构（2）的半导体层序列（20）剥离生长载体（1）。

Description

用于制造至少一个光电子半导体芯片的方法
技术领域
提出一种用于制造至少一个光电子半导体芯片的方法。
背景技术
文献WO02/33760A1描述了一种用于制造所谓的薄膜发光二极管芯片的方法，其中生长衬底从处于晶片复合体中的光电子结构分离。在剥离生长衬底之前，将光电子结构以其背离生长衬底的一侧共同地固定在载体上。
发明内容
待实现的目的在于，提出一种用于制造至少一个光电子半导体芯片的方法，其中在制造期间降低半导体芯片损坏的危险。
根据方法的至少一个实施形式，所述方法包括提供至少一个光电子结构的方法步骤。光电子结构尤其包括生长载体和外延沉积到生长载体上的半导体层序列。此外，光电子结构包括至少一个有源区域，所述有源区域在之后的光电子半导体芯片工作时设置为用于发射或检测电磁辐射。因此，光电子半导体芯片例如能够是发光二极管芯片、激光二极管芯片或光电二极管芯片。
生长载体是生长衬底的子区域，所述子区域连同半导体层序列一起从生长衬底和外延沉积的半导体层序列的晶片复合物中分离出来。也就是说，光电子结构是已经从生长晶片中分割出的元件，其中生长载体仍与半导体层序列连接。尤其在所述方法中可行的是，提供多个这种光电子结构。
根据方法的至少一个实施形式，在另一方法步骤中提供载体。载体是光电子半导体芯片的之后机械承载的元件。例如，载体能够是连接载体，在随后的方法步骤中能够将光电子结构机械地固定且导电地连接在所述连接载体上。因此，载体例如包括由电绝缘的材料，例如未掺杂的硅或者如氮化铝或氧化铝的陶瓷材料构成的基体，在所述基体上和/或在所述基体中设有用于电接触和连接光电子结构的带状导线和/或接触部位。
根据方法的至少一个实施形式，在另一方法步骤中将至少一个光电子结构以其背离生长载体的一侧施加到载体上。在此，光电子结构能够机械固定地且导电地与载体连接。尤其可行的是，多个光电子结构施加在载体上。然而，还可行的是，提供多个载体，其中在每个载体上施加一个或多个光电子结构。如果多个光电子结构施加到载体上，那么在随后的方法步骤中可行的是，将载体连同光电子结构一起分离成各个光电子半导体芯片，其中每个载体件承载至少一个光电子结构。将至少一个光电子结构施加到载体上例如通过钎焊光电子结构来实现。
根据方法的至少一个实施形式，在另一方法步骤中将至少一个光电子结构借助于保护材料覆层，其中保护材料覆盖生长载体的背离载体的外面以及生长载体的和半导体层序列的侧面。在此，能够以均匀厚度的层施加保护材料。层的厚度优选为至少0.5μm和/或最多2μm。保护材料例如构成为对于电磁辐射是能穿透的，尤其是透明的和/或导电的。保护材料能够借助于蒸镀、溅镀、CVD（化学气相沉积）法、ALD（原子层沉积Atomic Layer Deposition）法或借助于旋涂来施加。保护材料位于下述部位上，在所述部位上所述保护材料覆盖光电子结构，优选与光电子结构的外面直接接触。保护材料尤其存在于半导体层序列的侧面的区域中，在那例如侧向地露出有源区域。
根据方法的至少一个实施形式，在另一方法步骤中从至少一个光电子结构的半导体层序列剥离生长载体。也就是说，将生长载体从半导体层序列移除，以至于在光电子结构中残存有半导体层序列，并且在光电子结构的背离载体的一侧露出所该半导体层序列。在此，生长载体例如完全地从半导体层序列移除，以至于没有生长载体的残余物残留在半导体层序列上。因为生长载体的外面至少局部地由保护材料覆盖，所以在剥离生长载体时也同时部分地去除保护材料。然而，保护材料残留在在半导体层序列的侧面上，至少暂时地残留在半导体层序列的侧面上，并且在剥离生长载体之后，所述保护材料覆盖所述半导体层序列的侧面。
根据用于制造至少一个光电子半导体芯片的方法的至少一个实施形式，所述方法包括下述步骤：
-提供至少一个光电子结构，所述光电子结构包括生长载体和具有有源区域的半导体层序列，其中半导体层序列外延沉积到生长载体上；
-提供载体；
-将至少一个光电子结构以其背离生长载体的一侧施加到载体上；
-将至少一个光电子结构用保护材料覆层，其中保护材料覆盖生长载体的背离载体的外面以及生长载体的和半导体层序列的侧面；
-从至少一个光电子结构的半导体层序列剥离生长载体。
在此，这里所描述的方法此外基于下述认知：将保护材料尤其施加到半导体层序列的侧面上能够在剥离生长载体期间保护半导体层序列免受损坏。以这种方式，能够提高光电子半导体芯片的产量。在此，除了半导体层序列以外，也能够在剥离生长载体期间通过保护材料来保护光电子结构的其他部件、如可能存在的反射层和/或接触层免受损坏。
根据方法的至少一个实施形式，保护材料在对至少一个光电子结构进行覆层之后，完全地覆盖至少一个光电子结构的不被载体覆盖的外面并且至少局部地覆盖载体的朝向至少一个光电子结构的覆盖面。也就是说，保护材料置于光电子结构的整个不被载体覆盖的外面之上，以至于半导体层序列的以及生长载体的露出的侧面以及生长载体的背离载体的外面完全地由保护材料覆盖。
在此，保护材料尤其施加在光电子结构的将生长载体的外面与载体连接的侧面上，尤其也施加在载体和光电子结构之间的区域中，以至于光电子结构在覆层之后完全地用保护材料和载体封装。在此，保护材料优选形状配合地包裹光电子结构。
保护材料例如防止液体渗入，尤其防止液体渗入到载体和光电子结构之间的区域中。在此也可行的是，载体的朝向光电子结构的整个覆盖面在不存在光电子结构的部位上完全地被保护材料覆盖。
根据方法的至少一个实施形式，在从至少一个光电子结构的半导体层序列剥离生长载体之后，将残留的保护材料移除。另外，保护材料不是永久的保护膜，而是在剥离过程之后再被移除的暂时的保护膜。也就是说，在所述实施例中，保护材料在之后的光电子半导体芯片中不具有其他的功能。在此情况下，能够有利地选择在用于在剥离期间进行保护的作用方面被优化的保护材料。因此，例如可行的是，保护材料构成为不能被辐射穿透的，因为所述保护材料在下一过程中不必完成光学任务。
根据方法的至少一个实施形式，保护材料的背离至少一个光电子结构的外面在剥离生长载体之前至少局部地用反射的材料来覆层。在此可行的是，整个外面用反射的材料来覆层。尤其当所述保护材料残留在之后的半导体芯片中，即在剥离之后没有被移除时，那么将反射的材料施加到保护材料上。反射的材料例如能够是金属层或金属层序列。此外可行的是，反射的材料是电绝缘的材料。例如，构成为漫反射的、具有由二氧化钛构成的颗粒的层能够施加到外面上。因此，在施加反射的材料之后，所述外面能够对观察者呈现为例如白色的。
反射的材料尤其设置为用于反射电磁辐射，如在光电子半导体芯片的有源区域中产生或检测到的所述电磁辐射。
根据方法的至少一个实施形式，反射的材料完全地覆盖保护材料的露出的外面。在此，反射的材料在剥离载体期间能够执行另一保护功能并且补充保护材料的保护作用。
根据方法的至少一个实施形式，生长载体的剥离利用刻蚀剂来进行，并且保护材料不能被刻蚀剂侵蚀或者在刻蚀过程期间不能够被刻蚀剂侵蚀。也就是说，保护材料相对于刻蚀剂例如能够是化学惰性的。
例如，保护材料用能被辐射穿透的塑料构成并且能够由所述塑料制成。有机的聚合物、如例如在文献WO2010/054628中所描述的有机的聚合物尤其适合作为保护材料。在此，文献WO2010/054628尤其关于在那里所描述的有机的聚合物明确地通过参引结合于此。
在此，特别适合的保护材料能够包含聚对二甲苯或由聚对二甲苯构成。尤其，这种保护材料也能够残留在光电子半导体芯片中，因为所述保护材料例如能够对于在有源区域中待产生的或待检测的电磁辐射能穿透地、尤其透明地构成。
尤其当将通过剥离技术、例如激光分离工艺不能够从外延沉积的半导体层序列剥离的材料用作为生长衬底时，这里描述的方法在应用刻蚀剂的情况下适合于剥离生长载体。例如，所述方法特别好地适合于包含硅的或由硅构成的生长载体。保护材料防止：用于剥离生长载体所使用的化学品能够侵蚀光电子结构的部件。
根据方法的至少一个实施形式，生长载体包含硅并且半导体层序列基于III-V族化合物半导体材料，尤其基于氮化物化合物半导体材料，例如GaN。
根据方法的至少一个实施形式，至少一个光电子结构在其朝向载体的一侧上具有n型侧的接触部位和p型侧的接触部位，其中在将至少一个光电子结构施加到载体上时接触部位导电地与载体连接。也就是说，在光电子结构的背离载体的外面上，在剥离生长载体之后，这是半导体层序列，不存在光电子结构的电连接部位。更确切地说，例如半导体层序列的n型侧穿过p型侧和有源区域进行接触。因此，尤其不在光电子半导体芯片的辐射出射面或辐射入射面上进行电流分布，以至于在光电子半导体芯片的电流分布结构上不会发生电磁辐射的吸收。尤其，借助于这种光电子结构还可行的是，实现没有连接线的光电子器件。借助于所述方法制成的光电子半导体芯片例如能够是可表面贴装的，也就是说半导体芯片的电连接部位能够位于载体的背离光电子结构的外面上。
在这里描述的方法中，还尤其可行的是，在剥离生长载体之前，就已经将外延地沉积到生长衬底上的半导体层序列分成之后例如分配给各个光电子半导体芯片的各个光电子结构。也就是说，在剥离生长载体之后分割成各个光电子半导体芯片时，不必穿过有源区域来分割。
附图说明
在下文中，借助于实施例和所属的附图详细地阐述这里所描述的方法。
借助于图1A、1B、1C、1D、1E、1F、1G、1H、1I的示意剖面图详细地阐述这里所描述的方法的一个实施例的不同的方法步骤。
图2A和2B示出借助于这里所描述的方法制成的光电子半导体芯片的一个实施例的示意图。
相同的、同类的或起相同作用的元件在附图中设有相同的附图标记。附图和在附图中所示出的元件的彼此间的尺寸关系不能够视为是合乎比例的。相反地，为了更好的可视性和/或为了更好的理解能够夸大地示出各个元件。
具体实施方式
结合图1A详细地阐述这里所描述的方法的一个方法步骤，其中半导体层序列20外延沉积到生长衬底10上。生长衬底10例如是硅晶片并且包含硅或由硅构成。半导体层序列20例如基于氮化物化合物半导体材料、如GaN。半导体层序列20包括p型层21、n型层22以及设置在p型侧21和n型侧22之间的有源区域22。
在下一方法步骤，图1B中，将半导体层序列分割成之后例如能够分配给各个半导体芯片的各个光电子结构2。在此，除了在各个光电子结构之间的隔离沟槽6以外，在各个光电子结构2中也制备有穿过每个光电子结构的p型侧21以及有源区域23并且直至到达n型侧22的通孔9。
此外，施加一个或多个钝化层25。所述钝化层例如能够包含二氧化硅和/或氮化硅或由所述材料构成。
结合图1C描述一个方法步骤，其中为了形成p型侧的接触部位27和n型侧的接触部位28，将导电的材料、例如金属施加到各个结构2上。n型侧的接触部位28从半导体层序列的背离生长衬底10的一侧例如穿过通孔9延伸到n型侧22中。在此，如在图1C中所示出的，n型侧的接触部位28包围p型侧的接触部位27，所述p型侧的接触部位通过环形地构成的钝化层25与n型侧的接触部位28分开。
在下一方法步骤，图1D中，这样制成的复合物以其背离生长衬底10的一侧施加到、例如粘贴到辅助载体上。辅助载体例如能够用膜构成。此外，能够打薄生长载体10；这例如能够通过磨削和/或刻蚀来进行。
在下一方法步骤中，如其结合图1E所描述的，沿隔离沟槽6分开生长衬底10，以至于产生各个光电子结构2，其中每个光电子结构2包括产生于之前的生长衬底中的生长载体1。
在结合图1F所描述的方法步骤中，各个光电子结构2施加到载体4上。载体4包括p型接触部41和n型接触部42，所述p型接触部和所述n型接触部分别从背离光电子结构2的一侧穿过载体4的基体延伸至光电子结构2的p型侧的接触部位27和n型侧的接触部位28。例如，光电子结构通过焊接工艺与载体4连接。在此，例如能够使用厚度为至少1.5μm和最多4.5μm、例如3μm的金锡焊接材料。
在结合图1G所描述的方法步骤中，将保护材料5的层施加到光电子结构2的露出的外面以及载体4的覆盖面4a上。保护材料完全地包裹光电子结构2。例如，保护材料5用聚合物、例如透明的聚合物构成。层厚度例如位于0.5μm和2μm之间。保护材料能够由聚对二甲苯构成或包含聚对二甲苯。
在另一方法步骤，图1H中，可选地将由反射的材料7构成的层施加到保护材料5的露出的外面上。在此，例如是反射的金属覆层，所述金属覆层例如能够包含铝和/或银。尤其当之后应移除由保护材料5构成的层时，所述层的施加是可选的。
在随后的方法步骤，图1J中，将每个生长载体1从每个光电子结构2移除。这例如通过磨削和刻蚀的组合来实现。在所述方法期间，由保护材料5和必要时反射的材料7构成的层保护光电子结构2免受损坏。
结合图2A示出借助于所述方法制成的光电子半导体芯片的示意剖面图。在所述实施例中，保护材料5残留在光电子半导体芯片中。如从图2A中可见，保护材料5完全地覆盖半导体层序列20的侧面直至载体4。由此，在剥离生长载体期间，保护材料5例如也保护在本文中多层地构成的反射层24免受例如刻蚀剂的影响。所述反射层24例如能够包含银。
在背离保护材料5的外面上施加反射的材料7，在光电子半导体芯片工作时，所述反射的材料例如能够将在有源区域23中产生的电磁辐射朝半导体层序列20的n型侧22的背离载体4的外面反射。在本文中，借助于KOH刻蚀来粗化外面，这能够改进光出射的概率。
将例如能够用二氧化硅构成的钝化层8施加到反射的材料7和保护材料5的以及半导体层序列20的外面上。
图2B示出所述光电子半导体芯片的示意立体图，其中所述光电子半导体芯片例如是可表面贴装的发光二极管芯片。
本发明不通过借助于实施例进行的描述而局限于所述实施例。相反，本发明包括每个新的特征以及特征的任意组合，这尤其是包括在权利要求中的特征的任意组合，即使该特征本身并未在权利要求或者实施例中明确地说明。
本专利申请要求德国专利申请102011013821.8的优先权，其公开内容通过参引结合于此。

Claims (11)

1.一种用于制造至少一个光电子半导体芯片的方法，所述方法具有下述步骤：
-提供至少一个光电子结构（2），所述光电子结构包括生长载体（1）和外延沉积在所述生长载体（1）上的具有有源区域（23）的半导体层序列（20）；
-提供载体（4）；
-将所述至少一个光电子结构（2）以其背离所述生长载体（1）的一侧施加到所述载体（4）上；
-借助于保护材料（5）对所述至少一个光电子结构（2）进行覆层，其中所述保护材料（5）覆盖所述生长载体（1）的背离所述载体（4）的外面以及所述生长载体（1）的和所述半导体层序列（20）的侧面；
-从所述至少一个光电子结构（2）的所述半导体层序列（20）剥离所述生长载体（1）。
2.根据上一项权利要求所述的方法，其中
-所述保护材料（5）包括聚对二甲苯；
-在对所述至少一个光电子结构（2）进行覆层之后，所述保护材料（5）完全地覆盖所述至少一个光电子结构的不被所述载体（4）覆盖的外面以及至少局部地覆盖所述载体（4）的朝向所述至少一个光电子结构（2）的覆盖面（4a）；以及
-在剥离所述生长载体（1）之前，至少局部地用反射的材料（7）对所述保护材料（5）的背离所述至少一个光电子结构（2）的外面进行覆层。
3.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其中在将所述至少一个光电子结构（2）覆层之后，所述保护材料（5）完全地覆盖所述至少一个光电子结构的不被所述载体（4）覆盖的外面以及至少局部地覆盖所述载体（4）的朝向所述至少一个光电子结构（2）的覆盖面（4a）。
4.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其中在从所述至少一个光电子结构（2）的所述半导体层序列（20）剥离所述生长载体之后，将残留的所述保护材料（5）移除。
5.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其中在剥离所述生长衬底（1）之前，至少局部地用反射的材料（7）对所述保护材料（5）的背离所述至少一个光电子结构（2）的外面进行覆层。
6.根据上一项权利要求所述的方法，其中所述反射的材料（7）完全地覆盖所述保护材料（5）的露出的外面。
7.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其中利用刻蚀剂进行所述生长载体（1）的剥离，并且所述保护材料（5）不能被所述刻蚀剂侵蚀。
8.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述保护材料（5）由能被辐射穿透的塑料构成。
9.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述保护材料（5）包含聚对二甲苯。
10.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述生长载体（1）包含硅并且所述半导体层序列（20）基于氮化物化合物半导体材料。
11.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述至少一个光电子结构（2）在其朝向所述载体（4）的一侧具有n型侧的接触部位（27）和p型侧的接触部位（28），其中所述接触部位（27，28）在将所述至少一个光电子结构（2）施加到所述载体（4）上时导电地与所述载体（4）连接。
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