DE102019106546A1

DE102019106546A1 - Verfahren zur herstellung von optoelektronischen halbleiterbauteilen und optoelektronisches halbleiterbauteil

Info

Publication number: DE102019106546A1
Application number: DE102019106546.1A
Authority: DE
Inventors: Martin Rudolf Behringer; Christoph Klemp
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2019-03-14
Filing date: 2019-03-14
Publication date: 2020-09-17
Also published as: US12206058B2; WO2020182621A1; CN113544864A; US20220140216A1

Abstract

In einer Ausführungsform dient das Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauteilen und umfasst die Schritte:A) Bereitstellen eines optoelektronischen Halbleiterchips (2) mit einer Kontaktseite (20),B) Erzeugen eines Beschichtungsbereichs (21) und eines Schutzbereichs (22) an der Kontaktseite (20),C) Aufbringen eines flüssigen Beschichtungsmaterials (30) auf die Kontaktseite (20), wobei das Beschichtungsmaterial (30) den Beschichtungsbereich (21) benetzt und den Schutzbereich (22) nicht benetzt, undD) Verfestigen des Beschichtungsmaterials (30) zu mindestens einer elektrischen Kontaktstruktur (31) auf dem Beschichtungsbereich (21), sodass der Halbleiterchip (2) im bestimmungsgemäßen Gebrauch durch die mindestens eine Kontaktstruktur (31) hindurch bestromt wird

Description

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauteilen angegeben. Darüber hinaus wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe liegt darin, ein Verfahren anzugeben, mit dem optoelektronische Halbleiterchips effizient elektrisch kontaktierbar sind.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein Verfahren und durch ein optoelektronisches Halbleiterbauteil mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der übrigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform dient das Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauteilen. Bei den fertigen Halbleiterbauteilen handelt es sich beispielsweise um Leuchtdioden, kurz LEDs, bevorzugt mit mehreren lichtemittierenden Einheiten. Beispielsweise ist das fertige Halbleiterbauteil ein Display oder eine Anzeigevorrichtung. Weiterhin kann es sich bei dem fertigen Halbleiterbauteil um einen pixelierten Scheinwerfer handeln, zum Beispiel zur gezielten Ausleuchtung einzelner Bereiche, etwa in einem Wohnraum oder auf einer Bühne, oder auch in einem adaptiven Frontscheinwerfer in einem Kraftfahrzeug.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Bereitstellens eines oder mehrerer optoelektronischer Halbleiterchips. Bei dem mindestens einen Halbleiterchip handelt es sich bevorzugt um einen Leuchtdiodenchip. Ebenso können Laserdiodenchips herangezogen werden, zum Beispiel vertikalemittierende Laser, kurz VCSELs. Werden mehrere Halbleiterchips bereitgestellt, so können die Halbleiterchips untereinander baugleich sein. Alternativ können verschiedene Arten von Halbleiterchips verbaut werden.
Bevorzugt ist der mindestens eine Halbleiterchip zur Erzeugung von sichtbarem Licht eingerichtet, beispielsweise zur Erzeugung von blauem Licht. Ebenso ist es möglich, dass Halbleiterchips zur Erzeugung von grünem oder gelbem oder orangem oder rotem Licht vorhanden sind. Weiterhin können Halbleiterchips zur Erzeugung von nahultravioletter Strahlung oder nahinfraroter Strahlung bereitgestellt werden. Die im Betrieb vom Halbleiterchip emittierte Strahlung kann unmittelbar in einer Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips erzeugt werden. Außerdem ist es möglich, dass dem Halbleiterchip zumindest ein Leuchtstoff zugeordnet ist, über den eine in einer Halbleiterschichtenfolge erzeugte Strahlung teilweise oder vollständig in eine Strahlung einer anderen Wellenlänge umgewandelt werden kann. Des weiteren können Sensoren wie Fotosensoren oder Temperatursensoren vorhanden sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterchip eine oder mehrere Kontaktseiten. Die mindestens eine Kontaktseite ist für eine Bestromung des Halbleiterchips eingerichtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Erzeugens mindestens eines Beschichtungsbereichs und mindestens eines Schutzbereichs an der Kontaktseite oder an mindestens einer der Kontaktseiten oder an mehreren oder allen Kontaktseiten. Der zumindest eine Beschichtungsbereich und der zumindest eine Schutzbereich unterscheiden sich insbesondere hinsichtlich ihrer Benetzungseigenschaften für Materialien voneinander. Beispielsweise ist der Beschichtungsbereich hydrophob gestaltet und der Schutzbereich ist hydrophil oder umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Aufbringens wenigstens eines flüssigen Beschichtungsmaterials auf die mindestens eine Kontaktseite. Bevorzugt erfolgt das Aufbringen des Beschichtungsmaterials flächig, also insbesondere ohne Zuhilfenahme eines Maskenmaterials. Durch das Aufbringen des Beschichtungsmaterials an sich wird in diesem Fall keine Strukturierung des Beschichtungsmaterials erreicht. Alternativ kann das Beschichtungsmaterial nur lokal angebracht werden, zum Beispiel entlang von Bereichen, in denen Leiterbahnen gebildet werden sollen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das wenigstens eine Beschichtungsmaterial gegenüber dem Beschichtungsbereich benetzende Eigenschaften auf. Das heißt, das Beschichtungsmaterial benetzt den zumindest einen Beschichtungsbereich und bedeckt diesen. Demgemäß wirkt der Schutzbereich nichtbenetzend, sodass das Beschichtungsmaterial den Schutzbereich letztlich freilässt.
Dabei wird das Beschichtungsmaterial zumindest stellenweise auch auf dem Schutzbereich aufgebracht. Dies gilt bevorzugt auch dann, wenn das Beschichtungsmaterial grob strukturiert, zum Beispiel leiterbahnartig, aufgebracht wird. Das heißt, das Beschichtungsmaterial verlässt bevorzugt selbsttätig wieder den Schutzbereich. Das Zurückziehen des Beschichtungsmaterials aus dem Schutzbereich kann noch während des Schritts des Aufbringens des Beschichtungsmaterials erfolgen. Alternativ erfolgt das Zurückziehen erst bei einem Verfestigen des Beschichtungsmaterials, beispielsweise aufgrund einer Temperaturänderung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Verfestigens des wenigstens einen Beschichtungsmaterials. Das Verfestigen ist beispielsweise ein Abkühlen und damit Erstarren, ein Härten, beispielsweise thermisch oder fotochemisch, ein Trocknen, zum Beispiel durch Verdampfen eines Lösungsmittels, und/oder eine Legierungsbildung, zum Beispiel durch eine Reaktion des Beschichtungsmaterials mit einem Bestandteil des Beschichtungsbereichs, insbesondere einhergehend mit einer Schmelzpunktänderung. Vor dem Verfestigen zieht sich das Beschichtungsmaterial aufgrund der unterschiedlichen Benetzungseigenschaften von dem Schutzbereich zurück.
Somit entsteht durch das Verfestigen des Beschichtungsmaterials auf dem mindestens einen Beschichtungsbereich die elektrische Kontaktstruktur. Bevorzugt befindet sich die Kontaktstruktur unmittelbar auf dem Beschichtungsbereich. Somit ist es möglich, dass der Halbleiterchip im bestimmungsgemäßen Gebrauch durch die mindestens eine Kontaktstruktur hindurch bestromt wird. Das heißt, die Kontaktstruktur bildet im fertigen optoelektronischen Halbleiterbauteil eine stromführende Komponente.
In mindestens einer Ausführungsform dient das Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauteilen und umfasst die folgenden Schritte, insbesondere in der angegebenen Reihenfolge:

A) Bereitstellen mindestens eines optoelektronischen Halbleiterchips mit mindestens einer Kontaktseite,
B) Erzeugen mindestens eines Beschichtungsbereichs und mindestens eines Schutzbereichs an der Kontaktseite oder an zumindest einer der Kontaktseiten,
C) flächiges oder grob vorstrukturiertes Anbringen wenigstens eines flüssigen Beschichtungsmaterials auf die mindestens eine Kontaktseite, wobei das wenigstens eine Beschichtungsmaterial den mindestens einen Beschichtungsbereich benetzt und den mindestens einen Schutzbereich nicht benetzt, wobei das Beschichtungsmaterial bevorzugt sowohl auf dem mindestens einen Beschichtungsbereich als auch auf dem mindestens einen Schutzbereich aufgebracht wird und sich aufgrund von Benetzungseigenschaften von dem mindestens einen Schutzbereich zurückzieht, und
D) Verfestigen des wenigstens einen Beschichtungsmaterials zu mindestens einer elektrischen Kontaktstruktur auf dem mindestens einen Beschichtungsbereich, sodass der Halbleiterchip im bestimmungsgemäßen Gebrauch durch die mindestens eine Kontaktstruktur hindurch bestromt wird.

Mit dem hier beschriebenen Verfahren ist eine schnelle und kostengünstige elektrische Kontaktierung einer Vielzahl von Halbleiterchips wie LED-Chips möglich. Der Begriff Vielzahl bedeutet beispielsweise mindestens zehn und/oder höchstens 10⁸ Halbleiterchips.
Bei gängigen Kontaktierungsverfahren wie Drahtbonden, Erzeugen planarer Leiterbahnverbindungen oder Flip-Chip-Löten ist das Bilden strukturierter elektrischer Kontaktbahnen oder Kontaktflächen nötig. Außerdem ist eine exakte Platzierung von Halbleiterchips erforderlich. Solche Kontaktierungsverfahren stellen einen erheblichen Aufwand dar, insbesondere wenn eine große Zahl von Halbleiterchips mit kleinen geometrischen Abmessungen zu kontaktieren ist.
Bei dem hier beschriebenen Verfahren können LED-Chips von oben zum Beispiel mit einem druckbaren oder printbaren oder sprühbaren oder Inkjet-baren oder tauchbaren oder betaubaren oder Spin-On-baren Beschichtungsmaterial zunächst in flüssiger und später in fester Form mit elektrischen Leitern kontaktiert werden. Dazu können die elektrischen Leiter transparent sein oder aber nichttransparent sein oder auch reflektierend sein. Transparent bedeutet beispielsweise eine Durchlässigkeit für die vom Halbleiterchip emittierte Strahlung von mindestens 50 % oder mindestens 80 % oder mindestens 90 %. Reflektierend bedeutet insbesondere eine Reflektivität für die vom Halbleiterchip emittierte Strahlung von mindestens 50 % oder 80 % oder 90 %.
Im Falle von nichttransparenten elektrischen Leitern ist insbesondere darauf zu achten, dass das Material für die Leitungen nicht zu viel Fläche des Halbleiterchips überdeckt und damit eine Emission nicht zu sehr abschattet. Dazu kann auf einem LED-Chip ein Bereich vorgesehen und durch eine Strukturierung vorbereitet sein, auf dem die elektrischen Leiter anschließen sollen. Dazu kann dieser Bereich zum Beispiel mit einem Kontaktpad so metallisiert werden, dass der elektrische Anschluss an den LED-Chip verlustarm geschieht und zum anderen genug Fläche vorhanden ist, um den Leiter auf oder an diese Stelle anzubringen. Dieser Bereich kann an einer Hauptseite und/oder an Seitenflächen des LED-Chips liegen.
Weiterhin kann die Oberfläche des LED-Chips dort, wo kein Leiter aufgebracht werden soll, so beschichtet werden, dass die Flüssigkeit des Beschichtungsmaterials abgestoßen wird. So kann die betreffende Oberfläche beispielsweise bei Verwendung eines wasserbasierten Beschichtungsmaterials hydrophob gestaltet werden. Dies ist beispielsweise dadurch erreichbar, dass die betreffenden Stellen, die später leiterfrei sein sollen, mit einem Oxid wie Siliziumdioxid beschichtet und nachfolgend beispielsweise mit Flusssäure geätzt werden oder aber mit einem hydrophoben Material wie beispielsweise einen perforierten Kohlenwasserstoff, beispielsweise Polytetrafluorethylen, beschichtet werden.
Im Falle von transparenten Leitungen kann der Leuchtdiodenchip vor dem Setzen auf einem späteren Träger, also noch im Waferverbund, an der Kontaktseite strukturiert und beschichtet werden in der Art, dass an geeigneten Stellen des Halbleiterchips eine gute elektrische Verbindung zum Halbleitermaterial erfolgt. Das Material, das auf dem Halbleiterchip an einer Außenseite einen Anschluss zum Leiter und damit zu einem Träger oder zu einer Stromquelle bildet, ist für einen Anschluss an diesen Leiter mit einem geringen elektrischen Widerstand eingerichtet. Die entsprechenden Stellen können elektrisch leitend miteinander verbunden sein.
Auch bei transparenten Leitern können Bereiche auf dem Halbleiterchip so behandelt werden, sodass diese Bereiche das Beschichtungsmaterial abstoßen, wie im Falle eines nichttransparenten, insbesondere metallischen Leiters beschrieben. Außerdem können bei Bedarf einem transparenten Leiter zusätzliche Stoffe mit weiteren Funktionen beigemischt werden. Beispielsweise können lichtstreuende Diffusoren und/oder Leuchtstoffe beigemengt werden. Diffusoren können zum Beispiel bei einer gemeinsamen Kontaktierung von LED-Emittern für die Farben Rot, Grün und Blau einen RGB-Bildpunkt mit einer besonders guten Farbdurchmischung hervorbringen. Somit lassen sich kostengünstig zwei Funktionen in einem Arbeitsgang erzielen, nämlich die Verbesserung der optischen Eigenschaften und die elektrische Ankopplung.
Ferner kann eine geometrische Form insbesondere eines transparenten Leiters im Zusammenhang mit der Brechzahl zugleich als Auskoppelstruktur genutzt werden, auch als Lens-On-Chip bezeichnet. Hierdurch lässt sich eine Effizienz und/oder eine Direktionalität, also eine Abstrahlcharakteristik, beeinflussen. Mit dem Aufbringen der Kontaktstruktur kann also gleichzeitig eine optische Vergütung erfolgen.
Außerdem ist es möglich, Stufen im Halbleiterchip zu überformen. Weiterhin können Seitenflanken des Halbleiterchips überformt werden, abhängig von deren Topografie. Dabei können für das zunächst in flüssiger Form aufzubringende Beschichtungsmaterial weitere Parameter wie Oberflächenspannung, Viskosität oder Glaspunkt von Bedeutung sein.
Somit lässt sich mit dem hier beschriebenen Verfahren eine kostengünstige, parallelisierte Kontaktierung und Verdrahtung, Montage sowie Vergütung von Halbleiterchips wie LED-Chips mit geringen Justageanforderungen an die Halbleiterchips und an die Leiter zur elektrischen Kontaktierung erreichen. Die Halbleiterchips lassen sich auf einem Träger oder auf einer Unterlage montieren und von einer dem Träger oder der Unterlage abgewandten Seite her effizient mit dem Beschichtungsmaterial für die elektrische Kontaktierung versehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der mindestens eine Beschichtungsbereich und/oder der mindestens eine Schutzbereich jeweils ein integraler Bestandteil des fertig hergestellten Halbleiterbauteils. Das heißt, bei dem Beschichtungsbereich und/oder dem Schutzbereich handelt es sich nicht nur um lediglich temporäre Komponenten wie Fotolacke oder Maskenschichten. Das heißt, der Beschichtungsbereich und der Schutzbereich sind im fertigen Halbleiterbauteil erkennbar, bevorzugt ebenso wie die Maßnahmen, wodurch die Unterschiede zwischen dem Beschichtungsbereich und dem Schutzbereich erzielt sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der mindestens eine Halbleiterchip in Draufsicht auf die mindestens eine Kontaktseite gesehen eine mittlere Kantenlänge von höchstens 0,2 mm oder 0,1 mm oder 50 µm auf. Bevorzugt liegt die mittlere Kantenlänge des Halbleiterchips bei höchstens 30 µm oder 15 µm oder 10 µm. Alternativ oder zusätzlich liegt die mittlere Kantenlänge des Halbleiterchips bei mindestens 1 µm oder 2 µm oder 5 µm. Das heißt, der Halbleiterchip ist vergleichsweise klein. Die mittlere Kantenlänge ist insbesondere die Summe aller Kantenlängen zusammengenommen, dividiert durch die Anzahl der Kanten, in Draufsicht auf die Kontaktseite gesehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Beschichtungsbereich oder ist mindestens einer der Beschichtungsbereiche oder sind alle Beschichtungsbereiche durch ein glattes Halbeiteroberflächengebiet des Halbleiterchips gebildet. Glatt bedeutet insbesondere eine Rauheit von höchstens 3 nm oder 2 nm oder 1 nm. Als Rauheit werden vorliegend insbesondere Gestaltabweichungen vierter Ordnung, also Rauheit in Form von Riefen, Schuppen und Kuppen, verstanden, siehe DIN 4760.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Schutzbereich oder mindestens einer der Schutzbereiche oder sind alle Schutzbereiche durch ein raues Halbleiteroberflächengebiet des Halbleiterchips gebildet. Anstelle eines Halbleiteroberflächengebiets kann auch eine Passivierungsschicht wie eine Oxidschicht im Schutzbereich verwendet werden.
Eine Rauheit des entsprechenden Oberflächengebiets für den Schutzbereich liegt bevorzugt bei mindestens 5 nm oder 10 nm oder 20 nm. Alternativ oder zusätzlich liegt diese Oberflächenrauigkeit bei höchstens 150 nm oder 100 nm oder 50 nm oder 30 nm. Insbesondere ist diese Rauheit für das Gebiet des Schutzbereichs signifikant kleiner als eine übliche Aufrauung zur Verbesserung einer Lichtauskoppeleffizienz.
Durch diese Oberflächenrauigkeit wird der sogenannte Lotuseffekt erzielt. Das heißt, in Richtung parallel zu einer Hauptausdehnungsrichtung der Oberfläche weisen Oberflächenstrukturen eine Periodizität auf, die deutlich kleiner ist als ein Tropfendurchmesser des Beschichtungsmaterials. Deutlich kleiner meint zum Beispiel mindestens einen Faktor 5 oder 10 oder 30.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden der mindestens eine Beschichtungsbereich und/oder der mindestens eine Schutzbereich oder zumindest einige der Beschichtungsbereiche und/oder zumindest einige der Schutzbereiche noch in einem Waferverbund erzeugt. Das heißt, das Erstellen der Beschichtungsbereiche und/oder der Schutzbereiche kann vor einem Herauslösen der Halbleiterchips aus dem Waferverbund erfolgen. Im Waferverbund liegt eine Vielzahl der Halbleiterchips vor, und zwar bevorzugt in einem Abstand zueinander, wie ursprünglich gewachsen. Dabei können sich die Halbleiterchips noch an einem Aufwachssubstrat oder an einem Ersatzträger befinden, wobei im letztgenannten Fall eine relative Position der Halbleiterchips zueinander im Vergleich zum Wachsen nicht oder nicht signifikant verändert ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Beschichtungsbereich oder mindestens einer der Beschichtungsbereiche oder sind alle Beschichtungsbereiche durch eine Metallisierung gebildet. Die Metallisierung berührt bevorzugt ein Halbleiteroberflächengebiet für den Beschichtungsbereich unmittelbar. Eine Dicke dieser Metallisierung liegt beispielsweise bei mindestens 5 nm oder 10 nm oder 20 nm und/oder bei höchstens 2 µm oder 1 µm oder 0,3 µm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Schutzbereich oder ist einer der Schutzbereiche oder sind alle Schutzbereiche durch eine oder durch mehrere Schutzbeschichtungen gebildet. Die Schutzbeschichtung kann eine glatte Oberfläche aufweisen oder auch mit der Oberflächenrauigkeit versehen sein. Die mindestens eine Schutzbeschichtung umfasst beispielsweise einen fluorierten oder einen perfluorierten Kunststoff wie Polytetrafluorethylen. Alternativ umfasst die mindestens eine Schutzbeschichtung ein Oxid wie Siliziumdioxid oder wie Aluminiumoxid. Die Schutzbeschichtung kann aus einem oder mehrerer dieser Materialien bestehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Beschichtungsmaterial im Schritt C) maskenfrei, großflächig und/oder unstrukturiert aufgebracht. Dabei wird das Beschichtungsmaterial bevorzugt über eine große Anzahl von Halbleiterchips hinweg gleichzeitig und zusammenhängend aufgebracht. Die Anzahl der Halbleiterchips, über die hinweg das Beschichtungsmaterial aufgebracht wird, liegt bevorzugt bei mindestens 10³ oder 10⁵ oder 10⁷ oder 10⁸. Alternativ oder zusätzlich liegt diese Anzahl bei höchstens 10¹⁰ oder 10⁹ oder 10⁸.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Beschichtungsmaterial oder zumindest eines der Beschichtungsmaterialien im Schritt C) mittels Sprühen, Drucken, Aufschleudern oder Betauen aufgebracht. Drucken beinhaltet beispielsweise Siebdruckverfahren oder Tintenstrahldruckverfahren, mit denen optional eine grobe Strukturierung möglich ist.
Beim Betauen sind die Halbleiterchips bei einer vergleichsweise niedrigen Temperatur, relativ zu einer Verdampfungstemperatur des Beschichtungsmaterials oder eines Lösungsmittels des Beschichtungsmaterials. Das heißt, das Beschichtungsmaterial kann aus einer Gasphase heraus an den Halbleiterchips kondensieren und wird effektiv somit als Flüssigkeit abgeschieden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt im Schritt C) das Aufbringen des Beschichtungsmaterials oder zumindest eines der Beschichtungsmaterialien mittels Tauchen. Das heißt, die Halbleiterchips, die beispielsweise auf einem Träger, noch am Wachstumswafer oder auf einem temporären Substrat aufgebracht sind, können überwiegend oder vollständig in das flüssige Beschichtungsmaterial eingebracht werden. Nach einem Auftauchen oder beim Auftauchen zieht sich das Beschichtungsmaterial bevorzugt auf die Beschichtungsbereiche zurück.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die fertige Kontaktstruktur oder mindestens eine der fertigen Kontaktstrukturen oder alle fertigen Kontaktstrukturen metallisch. Beispielsweise bestehen die Kontaktstrukturen aus einem oder mehreren Metallen oder aus einer oder mehreren Metalllegierungen und/oder Metallschichten. beispielsweise ist die Kontaktstruktur oder sind die Kontaktstrukturen aus einem oder mehreren der folgenden Metalle: Al, Cu, Zn, Ni, Ag, Au, Pt, Ti, In, Cr, Mo, W, Fe, Mn, Cu, Ge, Si. In diesem Zusammenhang werden die Halbleitermaterialien Ge und Si als Metalle aufgefasst. Weiterhin kann als Metall für die Kontaktstrukturen Hg verwendet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Beschichtungsmaterial oder zumindest eines der Beschichtungsmaterialien ein Lot. Das heißt, das Beschichtungsmaterial kann metallisch sein und flüssig aufgebracht werden. Es ist möglich, dass das Lot während des Verfestigens seine chemische Zusammensetzung nicht oder nicht signifikant ändert.
Außerdem kann als Beschichtungsmaterial metallisch sein und während des Verfestigens seine chemische Zusammensetzung ändern. Zum Beispiel wird als Beschichtungsmaterial dann Quecksilber, kurz Hg, oder Galinstan verwendet. Quecksilber lässt sich bei Raumtemperatur flüssig aufbringen oder bildet aufgedampft eine Flüssigkeit. Durch die Verwendung von Hg lassen sich Amalgame gezielt an dem mindestens einen Beschichtungsbereich erzeugen, alleinstehend oder in Kombination mit einem weiteren Beschichtungsmaterial zusätzlich zu Hg oder zu einer Hg-haltigen Verbindung. Bei Galinstan handelt es sich um eine insbesondere eutektische Legierung aus Ga, Indium und bevorzugt auch aus Sn. Einen besonders niedrigen Schmelzpunkt weist dabei die Legierung aus 68 % bis 69 % Ga, 21 % bis 22 % In und 9,5 % bis 10,5 % Sn mit zirka -19,5 °C auf.
Im Vergleich zu Wasser mit einer Oberflächenspannung von zirka 70 mN/m bei Raumtemperatur hat Hg bei Raumtemperatur eine sehr große Oberflächenspannung von zirka 470 mN/m und Galinstan von zirka 720 mN/m. Die Oberflächenspannung von Lösungsmitteln wie n-Hexan oder Aceton liegt dagegen bei Raumtemperatur um 20 mN/m.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird an der Kontaktseite eine weitere Kontaktstruktur hergestellt. Beispielsweise ist die Kontaktstruktur als Kathode und die weitere Kontaktstruktur als Anode gestaltet oder umgekehrt. Die Kontaktstruktur und die weitere Kontaktstruktur sind bevorzugt elektrisch nicht kurzgeschlossen. Es ist möglich, dass die einzige elektrische Verbindung zwischen der Kontaktstruktur und der weiteren Kontaktstruktur innerhalb des Halbleiterbauteils über den Halbleiterchip gegeben ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Kontaktstruktur und die weitere Kontaktstruktur an der Kontaktseite verschiedene Höhen auf. Das heißt, der Halbleiterchip kann im Bereich der Kontaktstruktur dicker sein als im Bereich der weiteren Kontaktstruktur oder umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Halbleiterchip zwischen der Kontaktstruktur und der weiteren Kontaktstruktur eine oder mehrere Stufen auf. Eine solche Stufe kann über eine aktive Zone des Halbleiterchips hinweg verlaufen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die weitere Kontaktstruktur in einem weiteren Schritt C) und in einem weiteren Schritt D) erzeugt. Das heißt, sowohl die Kontaktstruktur als auch die weitere Kontaktstruktur können aus einer Flüssigphase heraus erzeugt werden. Damit ist sowohl eine anodenseitige als auch eine kathodenseitige Kontaktierung des mindestens einen Halbleiterchips aus einer oder aus mehreren Flüssigphasen heraus möglich. Als Flüssigphase wird vorliegend auch das Abscheiden aus einer Gasphase heraus verstanden, wobei sich aus der Gasphase heraus eine Flüssigkeit bildet, zum Beispiel über Kondensation.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bilden die Kontaktstrukturen oder mindestens eine der Kontaktstrukturen oder alle Kontaktstrukturen und/oder die mindestens eine weitere Kontaktstruktur jeweils elektrische Kontaktflächen für eine externe elektrische Kontaktierung des fertigen Halbleiterbauteils. Dabei ist es möglich, dass die Kontaktstruktur und/oder die weitere Kontaktstruktur in unmittelbarem Kontakt zu einer Halbleiterschichtenfolge des betreffenden Halbleiterchips steht. Beispielsweise ist die Kontaktstruktur dann aus Galinstan.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das fertige Halbleiterbauteil einen Träger. Bei dem Träger handelt es sich beispielsweise um eine Leiterplatte wie eine gedruckte Leiterplatte, kurz PCB.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden im Schritt A) ein oder mehrere Halbleiterchip auf dem Träger angebracht. Der Träger kann hierzu elektrische Kontaktflächen, beispielsweise eine gemeinsame Anode oder eine gemeinsame Kathode, oder für jeden Halbleiterchip eine separat elektrisch ansteuerbare elektrische Kontaktfläche aufweisen. Weist der Träger eine Vielzahl separat ansteuerbarer Kontaktflächen auf, so kann es sich bei dem Träger um ein Siliziumsubstrat handeln, das elektronische Komponenten wie Transistoren und/oder Schalter zur gezielten Ansteuerung und Adressierung einzelner Halbleiterchips umfasst.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Kontaktstruktur oder ist mindestens eine der Kontaktstrukturen oder sind alle elektrischen Kontaktstrukturen elektrische Leiterbahnen. Das heißt, über die mindestens eine Kontaktstruktur kann vom betreffenden Halbleiterchip bis zu einer elektrischen Kontaktstelle des Trägers eine Leiterstruktur wie eine Leiterbahn gebildet sein. Die zugehörige elektrische Kontaktstelle des Trägers, zu der die leiterbahnförmige Kontaktstruktur reicht, liegt in Draufsicht auf die Kontaktseite gesehen bevorzugt neben dem betreffenden Halbleiterchip, insbesondere außerhalb eines Feldes von mehreren der Halbleiterchips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bildet die Kontaktstruktur oder mindestens eine der Kontaktstrukturen ein elektrisch leitfähiges Netz. Damit kann eine einzige Kontaktstruktur mehrere der Halbleiterchips mit einer gemeinsamen Kontaktstelle, insbesondere am Träger, elektrisch verbinden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bildet die Kontaktstruktur oder mindestens eine der Kontaktstrukturen einen Kontaktrahmen aus. Der Kontaktrahmen umläuft bevorzugt die Kontaktseite ringsum an einem Rand. Somit kann mittig in der Kontaktseite ein Lichtaustrittsfenster gebildet werden, das ringsum von der Kontaktstruktur umlaufen und/oder umrahmt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Kontaktstruktur oder mindestens eine der Kontaktstrukturen eine oder mehrere optisch wirksame Beimengungen. Die zumindest eine Beimengung ist insbesondere ausgewählt aus der folgenden Gruppe: Leuchtstoff, Diffusor, Farbstoff, Filterstoff, Wärmeleitstoff, Stoff zur Brechungsindexanpassung, Stoff zur Anpassune eines Wärmeausdehnungs koeffizienten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Kontaktstruktur oder mindestens eine der Kontaktstrukturen durch ein lichtdurchlässiges Material gebildet. Beispielsweise ist die Kontaktstruktur dann aus einem transparenten leitfähigen Oxid, kurz TCO, wie ITO oder ZnO.
Auch metallische lichtdurchlässige Kontaktstrukturen sind möglich. In diesem Fall liegt eine Dicke der zumindest einen betreffenden Kontaktstruktur bevorzugt bei höchstens 20 nm oder 10 nm oder 5 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Kontaktstruktur als optisches Element gestaltet. Beispielsweise kann die Kontaktstruktur als Linse geformt sein, etwa als Sammellinse oder als Zerstreulinse.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterchip einen Optikkörper. Bei dem Optikkörper kann es sich um einen Leuchtstoff handeln. Weiterhin ist es möglich, dass der Optikkörper durch ein lichtdurchlässiges Aufwachssubstrat für eine Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips gebildet ist.
Darüber hinaus wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben. Das Halbleiterbauteil ist insbesondere mit einem Verfahren hergestellt, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen beschrieben. Merkmale des Halbleiterbauteils sind daher auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil einen optoelektronischen Halbleiterchip mit einer Kontaktseite. An der Kontaktseite befindet sich ein Beschichtungsbereich und ein Schutzbereich. Eine elektrische Kontaktstruktur ist auf dem Beschichtungsbereich angebracht, sodass der Schutzbereich frei von der Kontaktstruktur ist. Die Kontaktstruktur kann an einem Rand des Beschichtungsbereichs hin zum Schutzbereich meniskusförmig auslaufen. Das heißt, die Kontaktstruktur kann zumindest hin zum Schutzbereich wie ein Tropfen gestaltet sein, der auf einer Unterlage aufliegt. Die Kontaktstruktur berührt den Schutzbereich bevorzugt nicht, kann aufgrund der meniskusförmigen Gestaltung jedoch den Schutzbereich in Draufsicht auf die Kontaktseite gesehen stellenweise überdecken.
Nachfolgend werden ein hier beschriebenes Verfahren und ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:

1 bis 12 schematische Darstellungen von Verfahrensschritten eines hier beschriebenen Verfahrens, wobei die 1, 5, 7, 9 und 11 schematische Draufsichten und die 2, 3, 4, 6, 8, 10 und 12 schematische Schnittdarstellungen zeigen,
13 bis 15 schematische Draufsichten auf Verfahrensschritte eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Verfahrens,
16 bis 19 schematische Draufsichten auf Halbleiterchips für Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen Verfahren,
20 und 21 schematische Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen,
22 eine schematische Schnittdarstellung einer Halbleiterschichtenfolge für Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen, und
23 und 24 schematische Schnittdarstellungen von Verfahrensschritten eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Verfahrens.

In den 1 bis 12 ist ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauteilen 1 illustriert. In der Draufsicht der 1 ist ein optoelektronischer Halbleiterchip 2 für das Verfahren gezeigt. Bei dem Halbleiterchip 2 handelt es sich bevorzugt um einen Leuchtdiodenchip, kurz LED-Chip. Eine Kantenlänge L des Halbleiterchips 2 liegt in Draufsicht auf eine Kontaktseite 20 gesehen im Bereich um 10 µm. Der Halbleiterchip 2 ist somit vergleichsweise klein und kann eine µLED sein.
Die Kontaktseite 20 umfasst einen zentralliegenden Schutzbereich 22 und einen rahmenförmigen, die Kontaktseite 20 an einem Rand umlaufenden Beschichtungsbereich 21. Durch den Beschichtungsbereich 21 ist somit ein Kontaktrahmen 29 gebildet. Der Schutzbereich 22 stellt ein Lichtaustrittsfenster 25 des Halbleiterchips 2 dar. Im Betrieb emittiert der Halbleiterchip 2 bevorzugt einen überwiegenden Anteil seiner Strahlung, beispielsweise mindestens 70 % oder mindestens 90 %, an dem Lichtaustrittsfenster 25.
Die 2 bis 4 zeigen schematische Schnittdarstellungen für mögliche Realisierungen des Halbleiterchips 2, wie in der Draufsicht in 1 dargestellt. In den folgenden Ausführungsbeispielen können alle Varianten des Halbleiterchips 2, wie in Verbindung mit den 2 bis 4 illustriert, herangezogen werden, selbst wenn die Ausführungsbeispiele je nur für eine dieser Bauformen explizit illustriert sind.
Beim Halbleiterchip 2 aus 2 ist die Kontaktseite 20 im Schutzbereich 22 mit einer Schutzbeschichtung 42 versehen. Die Schutzbeschichtung 42 bedeckt den gesamten Schutzbereich 22. Auch Seitenflächen des Halbleiterchips 2 können optional von einer Passivierungsschicht 24 bedeckt sein. Alternativ zu einer solchen Passivierungsschicht 24 kann die Schutzbeschichtung 42 auf die Seitenflächen ausgedehnt sein. Die Schutzbeschichtung 42 oder die Passivierungsschicht 24 können bis an eine weitere elektrische Kontaktstruktur 32 an einer Unterseite des Halbleiterchips 2 heranreichen, anders als in 2 illustriert.
Die Schutzbeschichtung 42 ist bevorzugt vergleichsweise dünn. Eine Dicke der Schutzbeschichtung 42 liegt insbesondere bei höchstens 200 nm oder 100 nm oder 50 nm oder 20 nm. Die Schutzbeschichtung 42 kann glatt sein. Bevorzugt ist die Schutzbeschichtung 42 aus einem perfluorierten Kunststoff oder aus einem Oxid wie Siliziumdioxid.
Diese Ausführungen zur Schutzbeschichtung 42 sowie zur Passivierungsschicht 24 zu 2 gelten für alle übrigen Ausführungsbeispiele entsprechend.
Im Beschichtungsbereich 21 ist optional eine Metallisierung 39 vorhanden. Die Metallisierung 39 kann unmittelbar auf ein Halbleitermaterial des Halbleiterchips 2 aufgebracht sein.
Bevorzugt ist auch die optionale Metallisierung 39 vergleichsweise dünn. Die Metallisierung 39 kann den Beschichtungsbereich 21 vollständig bedecken.
Gemäß 3 ist der schraffiert symbolisierte Schutzbereich 22 durch eine Aufrauung 41 gebildet. Durch die Aufrauung 41 kann eine Art Lotuseffekt erreicht werden, sodass eine Flüssigkeit von der Aufrauung 41 abperlt und sich im Beschichtungsbereich 21 sammelt. Die Aufrauung 41 weist dazu bevorzugt eine kleine mittlere Rauheit von insbesondere wenigen 10 nm auf.
In 3 ist gezeigt, dass die Aufrauung 41 unmittelbar aus einem Halbleitermaterial des Halbleiterchips 2 erzeugt sein kann. Abweichend hiervon kann die Aufrauung 41 auch in einer Schutzbeschichtung, in 3 nicht gezeichnet, erzeugt sein. Das heißt, unmittelbar an dem Halbleitermaterial befindet sich dann die Schutzbeschichtung, in der die Aufrauung 41 erzeugt ist.
Eine solche Aufrauung 41 wird beispielsweise dadurch erzeugt, dass eine Siliziumdioxidschicht abgeschieden wird, die mit Flusssäure, kurz HF, angeätzt wird, um an einer Oberfläche einen Lotuseffekt zu erreichen. Der Nachweis einer solchen Strukturierung ist beispielsweise mittels Atomkraftmikroskopie oder Elektronenmikroskopie möglich.
In den 2 und 3 liegen der Beschichtungsbereich 21 und der Schutzbereich 22 näherungsweise in einer gemeinsamen Ebene. Demgegenüber ist in 4 gezeigt, dass sich ein überwiegender Teil des Schutzbereichs 22 über eine durch den Beschichtungsbereich 21 definierten Ebene erheben kann. Seitenflächen einer Halbleiterschichtenfolge 26 des Halbleiterchips 2 sowie der Erhebung können mit einer Aufrauung, einer Schutzbeschichtung und/oder einer Passivierungsschicht versehen sein, um nichtbenetzende Eigenschaften hinsichtlich eines nicht gezeichneten Beschichtungsmaterials sicherzustellen.
An der Halbleiterschichtenfolge 26 kann ein Optikkörper 6 angebracht sein. Der Optikkörper 6 ist für im Betrieb des Halbleiterchips 2 erzeugte Strahlung durchlässig. Abweichend von der Darstellung in 4 kann der Optikkörper linsenförmig gestaltet sein. Bei dem Optikkörper 6 kann es sich um einen separat hergestellten, auf die Halbleiterschichtenfolge 26 aufgebrachten Körper handeln, wobei eine Verbindungsmittelschicht vorhanden sein kann. Weiterhin ist es möglich, dass der Optikkörper 6 durch ein Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge gebildet ist.
Alternativ zu einem separaten Optikkörper kann die Erhebung mit dem Schutzbereich 22 einen Teil der Halbleiterschichtenfolge 26 des Halbleiterchips 2 darstellen. Beispielsweise ist eine n-leitende Halbleiterteilschicht der Halbleiterschichtenfolge 26 ringsum zurückgeätzt, sodass sich der Kontaktrahmen 29 formt. Optional ist die Halbleiterschichtenfolge 26 rund um die Erhebung mit dem Schutzbereich 22 herum mit der Metallisierung 39 versehen.
Im Verfahrensschritt der 5 wird ein Träger 5 bereitgestellt. Bei dem Träger 5 handelt es sich beispielsweise um eine gedruckte Leiterplatte oder um einen Siliziumträger mit einer integrierten Elektronik. Der Träger 5 weist weitere elektrische Kontaktstellen 52 auf, die später den Halbleiterchips 2 individuell zugeordnet werden. Außerdem ist eine elektrische Kontaktstelle 51 vorhanden, beispielsweise als gemeinsame Anode oder als gemeinsame Kathode. Die Kontaktstellen 51, 52 können sich in einer gemeinsamen Ebene am Träger 5 befinden. Eine zugehörige Seitenansicht ist in 6 gezeigt.
Im Verfahrensschritt der 7 und 8 werden die Halbleiterchips 2 auf den weiteren Kontaktstellen 52 aufgebracht. Das Aufbringen der Halbleiterchips 2 kann aus einem Waferverbund, in dem die Halbleiterchips 2 gewachsen werden, erfolgen. Eine Flächendichte der Halbleiterchips 2 kann von einem Wafer, nicht gezeichnet, hin zum Träger 5 beispielsweise um mindestens einen Faktor 10 und/oder um höchstens einen Faktor 1000 abnehmen, beispielsweise um ungefähr einen Faktor 100. Das heißt, die Halbleiterchips 2 weisen an dem Träger 5 einen signifikanten Abstand zueinander auf, sind jedoch immer noch vergleichsweise dicht angeordnet, beispielsweise mit einem Flächenanteil von mindestens 0,5 % oder 1 % oder 5 % und/oder von höchstens 60 % oder 30 % oder 10 %.
Im Verfahrensschritt der 9 und 10 ist gezeigt, dass flächig und zuerst unstrukturiert ein Beschichtungsmaterial 30 aufgebracht wird. Bei dem Beschichtungsmaterial 30 handelt es sich beispielsweise um ein flüssiges Lot oder um eine elektrisch leitfähige Tinte mit Silberpartikeln. Außerdem kann eine wässrige Lösung mit einem Zinksalz herangezogen werden, sodass eine Reduzierung zu Zink möglich ist. Ebenso sind Beschichtungsmaterialien 30, die Aluminiumhydroxid enthalten, möglich. Im Falle nichtmetallischer Beschichtungsmaterialien 30 kann beispielsweise ein Ausflocken von Zinkoxid aus einer wässrigen Phase heraus erfolgen.
In den Verfahrensschritten der 11 und 12 ist illustriert, dass aufgrund der antibenetzend wirkenden Schutzbereiche 22 sich das Beschichtungsmaterial auf die Beschichtungsbereiche 21 zurückgezogen hat. Damit werden die Lichtaustrittsfenster 25 vom Beschichtungsmaterial 30 befreit. Somit benetzt das Beschichtungsmaterial 30 an den Halbleiterchips 2 bevorzugt nur die Beschichtungsbereiche 21.
Abweichend von der Darstellung in den 11 und 12 ist es möglich, dass das Beschichtungsmaterial 30 flächig in direktem Kontakt zu dem Träger 5 steht. Dabei sind elektrische Kurzschlüsse zu den weiteren Kontaktstellen 52 jedoch zu vermeiden. Bevorzugt aber wirkt auch der Träger 5 antibenetzend für das Beschichtungsmaterial 30.
Somit entsteht aus dem Beschichtungsmaterial 30 heraus eine elektrische Kontaktstruktur 31, die gitternetzförmig ausgebildet ist und die Beschichtungsbereiche 21 elektrisch leitfähig mit der Kontaktstelle 51 am Träger 5 verbindet.
In den 13 bis 15 ist ein weiteres beispielhaftes Verfahren illustriert. Gemäß 13 wird der Halbleiterchip 2 an dem Träger 5 angebracht. Zur Vereinfachung der Darstellung ist nur einer der Halbleiterchips 2 gezeigt, es können aber auch viele Halbleiterchips 2 angebracht werden.
Im Schritt der 14 wird das Beschichtungsmaterial 30 leiterbahnähnlich und grob vorstrukturiert angebracht. Dabei kann das Beschichtungsmaterial 30 ähnlich einer Leiterbahn zunächst über den Halbleiterchip 2 und insbesondere über den Schutzbereich 22 hinweg, beispielsweise mit einem Druckverfahren, aufgebracht werden.
In 15 ist zu sehen, dass sich das Beschichtungsmaterial von dem Lichtaustrittsfenster 25 des Schutzbereichs 22 zurückgezogen hat und am Halbleiterchip 2 auf den Beschichtungsbereich 21 beschränkt ist. Damit lässt sich effizient eine elektrische Verbindung zwischen der Kontaktstelle 51 und dem Beschichtungsbereich 21 herstellen, ohne dass unmittelbar beim Aufbringen des Beschichtungsmaterials 30 die endgültige Form der Kontaktstruktur 21 erzeugt werden muss. Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen kann der Beschichtungsbereich 21 optional mit der Metallisierung 39 versehen sein.
In den 16 bis 19 sind mehrere Ausführungsbeispiele für die Gestaltung der Kontaktseite 20 für hier verwendbare Halbleiterchips 2 illustriert.
Abweichend von den Ausführungsbeispielen der 1 bis 15 ist der Beschichtungsbereich 21 in 2 nicht rahmenförmig angebracht, sondern erstreckt sich E-förmig über die Kontaktseite 20. Damit können zwei voneinander getrennte Schutzbereiche 22 auf der Kontaktseite 20 gebildet sein.
Gemäß 17 weist der Beschichtungsbereich 21 in einer Mitte der Kontaktseite 20 einen vergleichsweise großen, runden Bereich auf, der als Erweiterung eines Streifens gebildet ist, der bis zu einem Rand der Kontaktseite 20 reicht. Damit lässt sich in einer Mitte der Kontaktseite 20 ein großflächiger elektrischer Kontakt realisieren.
In 18 sind mehrere separate Beschichtungsbereiche 21 vorhanden, die jeweils streifenförmig gestaltet sind und durch Schutzbereiche 22 voneinander separiert sind.
Im Ausführungsbeispiel der 19 ist der Beschichtungsbereich 21 auf einen Eckbereich der Kontaktseite 20 beschränkt. Ausgehend vom Beschichtungsbereich 21 erstrecken sich optionale Kontaktfortsätze 38, die beispielsweise durch weitere Metallisierungen gebildet sind. Die Kontaktfortsätze 38 können so gestaltet sein, dass keine Benetzung mit dem Beschichtungsmaterial 30 erfolgt. Das heißt, der Schutzbereich 22 kann sich auf die Kontaktfortsätze 38 erstrecken.
Die Gestaltungen der Kontaktseite 20 der 16 bis 19 sind lediglich beispielhaft zu verstehen. Auch andere Geometrien der Beschichtungsbereiche 21 und der Schutzbereiche 22 sind möglich.
In 20 ist illustriert, dass die Halbleiterschichtenfolge 26 des Halbleiterchips 2 eine aktive Zone 27 zur Lichterzeugung aufweist. Über die aktive Zone 27 hinweg ist eine Stufe 23 geformt, sodass sich die Beschichtungsbereiche 21 für die Kontaktstrukturen 31, 32 auf unterschiedlichen Höhen befinden. Es können jeweils Metallisierungen 39 vorhanden sein.
Von den Beschichtungsbereichen 21 gehen die Kontaktstrukturen 31, 32 aus, die jeweils aus einer Flüssigphase heraus abgeschieden werden können. Die Kontaktstrukturen 31, 32 können in separaten Schritten erzeugt werden, sodass elektrische Kurzschlüsse vermeidbar sind. Optional befindet sich der Optikkörper 6, beispielsweise ein Aufwachssubstrat, noch an der Halbleiterschichtenfolge 26.
Die Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mN oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mP oder auch um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mAs oder wie Al_nGa_mIn_1-n-mAs_kP_1-k, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 sowie 0 ≤ k < 1 ist. Bevorzugt gilt dabei für zumindest eine Schicht oder für alle Schichten der Halbleiterschichtenfolge 0 < n ≤ 0,8, 0,4 ≤ m < 1 und n + m ≤ 0,95 sowie 0 < k ≤ 0,5. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Beispielsweise wird die Kontaktstruktur 31 erzeugt, wie in Verbindung mit den 1 bis 12 erläutert. Für die weitere Kontaktstruktur 32 kann das gleiche Verfahren oder auch ein anderes Verfahren herangezogen werden.
In einer Variante des Herstellungsverfahrens für eine der Kontaktstrukturen weist der Halbleiterchip 2 an einem oder an beiden Beschichtungsbereichen 21 die Metallisierung 39 auf, die aus einem Metall ist, das mit Hg ein Amalgam bildet und/oder das mit Galinstan reagieren kann. Beispielsweise ist die entsprechende Metallisierung 39 aus Al, Cu, Zn, Ni, Ag, Au, Pt, Ti und/oder In. Die andere Metallisierung 39, vorliegend beispielsweise für die Kontaktstelle 31, ist aus einem anderen Metall, das mit Hg kein Amalgam bildet. Diese weitere Metallisierung 39 ist beispielsweise aus Cr, Mo, W, Fe, Mn, Co, Ge und/oder Si.
Wird nun der Halbleiterchip 2 auf einen Träger gesetzt und flächig mit Hg bedampft oder im Hg getaucht, bildet das Hg mit den Metallisierungen 39 für eine Art von Kontaktstellen 32 ein Amalgam und entnetzt ohne Reaktion von der andersgestalteten Metallisierung. Damit kann ohne Justageaufwand gezielt eine elektrische Verschaltung mit einer bestimmten Polarität problemlos auch bei vielen und kleinen Kontaktstrukturen 31, 32 erzeugt werden.
Alternativ kann zum Aufbringen von Hg auch eine wässrige HgCl₂-Lösung verwendet werden, wobei dann keine Edelmetalle wie Au oder Pt verwendet werden sollten.
Ein entsprechendes Herstellungsverfahren, basierend auf Hg, kann auch in allen Ausführungsbeispielen herangezogen werden.
In 21, linke Seite, ist veranschaulicht, dass mehrere Kontaktstrukturen 31a, 31b übereinander gestapelt abgeschieden werden können. Eine Beschichtungsmaterial für eine als zweites erzeugte Kontaktstruktur 31b benetzt dabei bevorzug nur ein Material einer vorangehend erzeugten Kontaktstruktur 31a. In Richtung weg von der Kontaktseite 20 können sich die Kontaktstrukturen 31a, 31b verbreitern. Der Schutzbereich 22 kann daher in Draufsicht auf die Kontaktseite 20 gesehen teilweise von den Kontaktstrukturen 31a, 31b bedeckt sein.
In 21, rechte Seite, ist illustriert, dass die Kontaktstruktur 31 aus einem lichtdurchlässigen Material, beispielsweise aus einem TCO, sein kann. In diesem Fall ist es möglich, dass die Kontaktstruktur 31 linsenförmig gestaltet ist und als optisches Element dient.
Ferner ist in 21 illustriert, dass die Kontaktstrukturen 31, 31a, 31b an einem Rand der Beschichtungsbereiche 21 jeweils meniskusförmig sein können. Eine Form der Kontaktstrukturen 31, 31a, 31b ist somit am Rand im Querschnitt gesehen ähnlich einem Tropfen, der auf einem flüssigkeitsabweisenden Material aufliegt.
In 22 ist ein Ausführungsbeispiel einer Halbleiterschichtenfolge 26 gezeigt, die mit Lichtauskoppelstrukturen 7 versehen ist. Die Lichtauskoppelstrukturen 7 weisen zum Beispiel eine mittlere Strukturgröße im Bereich von 0,5 µm bis 5 µm auf. Somit sind die Lichtauskoppelstrukturen 7 erheblich größer als Strukturen der Aufrauung 41, die für den Lotuseffekt des Schutzbereichs 22 herangezogen wird.
In 23 ist illustriert, dass die Beschichtungsbereiche 21 und die Schutzbereiche 22, symbolisiert durch eine Schraffur, noch in einem Waferverbund erzeugt werden können. Dabei befindet sich die Halbleiterschichtenfolge 26 mit Bereichen 2' für die Halbleiterchips 2 noch am Aufwachssubstrat 6. Die aktive Zone 27 wird durchgehend und parallel zu einer Hauptseite des Aufwachssubstrats 6 gewachsen.
Gemäß 24 wird das Beschichtungsmaterial 30 zur Erzeugung der nicht gezeichneten Kontaktstrukturen ebenfalls noch im Waferverbund aufgebracht, in 24 nur vereinfacht gezeichnet. Dabei sind bevorzugt bereits Mesagräben 8 geformt, sodass die Halbleiterchips 2 vereinzelt vorliegen, sich aber immer noch am Aufwachssubstrat 6 befinden. Seitenflächen der Halbleiterchips 2 können insbesondere im Bereich der Mesagräben 8 mit der Passivierungsschicht 24 versehen sein. Es ist möglich, dass mittels des Beschichtungsmaterials 30 elektrische Kontaktflächen direkt an der Halbleiterschichtenfolge 26 gebildet werden.
Abweichend von den 23 und 24 ist es möglich, dass die Beschichtungsbereiche 21 und die Schutzbereiche 22 erst nach dem Erzeugen der Mesagräben 8 gebildet werden. Weiterhin, wenngleich weniger bevorzugt, kann das Beschichtungsmaterial 30 noch vor dem Erzeugen der Mesagräben 8 appliziert werden.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: optoelektronisches Halbleiterbauteil
2: optoelektronischer Halbleiterchip
2': Bereich der Halbleiterschichtenfolge für einen Halbleiterchip
20: Kontaktseite
21: Beschichtungsbereich
22: Schutzbereich
23: Stufe
24: Passivierungsschicht
25: Lichtaustrittsfenster
26: Halbleiterschichtenfolge
27: aktive Zone
29: Kontaktrahmen
30: Beschichtungsmaterial
31: elektrische Kontaktstruktur
32: weitere elektrische Kontaktstruktur
33: Beimengung
38: Kontaktfortsatz
39: Metallisierung
40: glatter Bereich einer Halbleiteroberfläche
41: Aufrauung
42: Schutzbeschichtung
5: Träger
51: elektrische Kontaktstelle
52: weitere elektrische Kontaktstelle
6: Optikkörper
7: Lichtauskoppelstruktur
8: Mesagraben
L: Kantenlänge

Claims

Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauteilen (1) mit den Schritten: A) Bereitstellen mindestens eines optoelektronischen Halbleiterchips (2) mit mindestens einer Kontaktseite (20), B) Erzeugen mindestens eines Beschichtungsbereichs (21) und mindestens eines Schutzbereichs (22) an der Kontaktseite (20) oder an zumindest einer der Kontaktseiten (20), C) Aufbringen wenigstens eines flüssigen Beschichtungsmaterials (30) auf die mindestens eine Kontaktseite (20), wobei das wenigstens eine Beschichtungsmaterial (30) den mindestens einen Beschichtungsbereich (21) benetzt und den mindestens einen Schutzbereich (22) nicht benetzt, und D) Verfestigen des wenigstens einen Beschichtungsmaterials (30) zu mindestens einer elektrischen Kontaktstruktur (31) auf dem mindestens einen Beschichtungsbereich (21), sodass der Halbleiterchip (2) im bestimmungsgemäßen Gebrauch durch die mindestens eine Kontaktstruktur (31) hindurch bestromt wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem der mindestens eine Beschichtungsbereich (21) und der mindestens eine Schutzbereich (22) jeweils ein integraler Bestandteil des fertig hergestellten Halbleiterbauteils (1) sind und das Beschichtungsmaterial (30) sowohl auf dem mindestens einen Beschichtungsbereich (21) als auch auf dem mindestens einen Schutzbereich (22) aufgebracht wird und sich aufgrund von Benetzungseigenschaften von dem mindestens einen Schutzbereich (22) zurückzieht, wobei der mindestens eine Halbleiterchip (2) durch einen Leuchtdiodenchip oder durch einen Laserdiodenchip gebildet ist, und wobei der mindestens eine Halbleiterchip (2) in Draufsicht auf die mindestens einer Kontaktseite (20) gesehen eine mittlere Kantenlänge von höchstens 0,1 mm aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der mindestens eine Beschichtungsbereich (21) durch ein glattes Halbeiteroberflächengebiet oder durch eine Metallisierung (39) des Halbleiterchips (2) und der mindestens eine Schutzbereich (22) durch ein raues Halbeiteroberflächengebiet oder durch eine raue Schutzbeschichtung (42) des Halbleiterchips (2) gebildet werden, wobei eine Rauheit des rauen Schutzbereichs (22) zwischen einschließlich 5 nm und 100 nm liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der mindestens eine Beschichtungsbereich (21) durch ein Halbeiteroberflächengebiet oder durch eine Metallisierung (39) des Halbleiterchips (2) und der mindestens eine Schutzbereich (22) durch zumindest eine Schutzbeschichtung (42) gebildet werden, wobei die Schutzbeschichtung (42) glatt ist und einen perfluorierten Kunststoff oder ein Oxid umfasst oder aus einem perfluorierten Kunststoff oder aus einem Oxid besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der mindestens eine Beschichtungsbereich (21) und der mindestens eine Schutzbereich (22) noch in einem Waferverbund erzeugt werden, wobei im Waferverbund eine Vielzahl der Halbleiterchips (2) in einem Abstand zueinander vorliegt, wie ursprünglich gewachsen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im Schritt C) das wenigstens eine Beschichtungsmaterial (30) maskenfrei auf mindestens 10⁵ der Halbleiterchips (2) gleichzeitig aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im Schritt C) das Beschichtungsmaterial (30) oder zumindest eines der Beschichtungsmaterialien (30) mittels Sprühen, Drucken, Aufschleudern oder Betauen aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im Schritt C) das Beschichtungsmaterial (30) oder zumindest eines der Beschichtungsmaterialien (30) mittels Tauchen aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die fertige Kontaktstruktur (31) oder mindestens eine der fertigen Kontaktstrukturen (31) metallisch und lichtundurchlässig ist.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem das Beschichtungsmaterial (30) oder zumindest eines der Beschichtungsmaterialien (30) ein Lot ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem an der Kontaktseite (20) zusätzlich zur Kontaktstruktur (31) eine weitere Kontaktstruktur (32) hergestellt wird, wobei die Kontaktseite (20) im Bereich der Kontaktstruktur (31) und im Bereich der weiteren Kontaktstruktur (32) verschiedene Höhen aufweist, sodass zwischen diesen Bereichen zumindest eine Stufe (23) vorhanden ist.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die weitere Kontaktstruktur (32) in einem weiteren Schritt C) und in einem weiteren Schritt D) aus einer Flüssigphase heraus erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kontaktstruktur (31) oder mindestens eine der Kontaktstrukturen (31) eine elektrische Kontaktfläche zur externen elektrischen Kontaktierung des fertigen Halbleiterbauteils (1) direkt an einer Halbleiterschichtenfolge (26) des Halbleiterchips (2) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das fertige Halbleiterbauteil (1) ferner einen Träger (5) umfasst und im Schritt A) der mindestens eine Halbleiterchip (2) auf dem Träger (5) angebracht wird, wobei die Kontaktstruktur (31) oder mindestens eine der Kontaktstrukturen (31) eine elektrische Leiterbahn ist, die vom betreffenden Halbleiterchip (2) bis zu einer elektrischen Kontaktstelle (51) des Trägers (5) reicht und die Kontaktstelle (51) in Draufsicht auf die Kontaktseite (20) gesehen neben dem betreffenden Halbleiterchip (2) liegt.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Kontaktstruktur (31) oder mindestens eine der Kontaktstrukturen (31) ein elektrisch leitfähiges Netz bildet, sodass die Kontaktstruktur (31) mehrere der Halbleiterchips (2) mit der gemeinsamen Kontaktstelle (51) elektrisch verbindet, wobei das Beschichtungsmaterial (30) im Schritt C) flächig aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kontaktstruktur (31) oder mindestens eine der Kontaktstrukturen (31) einen Kontaktrahmen (29) bilden, sodass mittig in der Kontaktseite (20) eine Lichtaustrittsfenster (25) gebildet wird, das ringsum von der Kontaktstruktur (31) umrahmt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kontaktstruktur (31) oder mindestens eine der Kontaktstrukturen (31) wenigstens eine optisch wirksame Beimengung (33) umfasst, wobei die Beimengung (33) ein Leuchtstoff, ein Diffusor, ein Farbstoff, ein Filterstoff, ein Wärmeleitstoff, ein Brechungsindexanpasser und/oder ein Wärmeausdehnungsanpasser ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kontaktstruktur (31) oder mindestens eine der Kontaktstrukturen (31) lichtdurchlässig und als Linse geformt ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1), das mit einem Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche hergestellt ist, mit: - einem optoelektronischen Halbleiterchip (2) mit einer Kontaktseite (20), - einem Beschichtungsbereich (21) und einem Schutzbereich (22) an der Kontaktseite (20), und - einer elektrischen Kontaktstruktur (31) auf dem Beschichtungsbereich (21), sodass der Schutzbereich (22) frei von der Kontaktstruktur (31) ist, wobei die Kontaktstruktur (31) an einem Rand des Beschichtungsbereichs (21) hin zum Schutzbereich (22) meniskusförmig ausläuft.