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Es werden ein Verfahren zum Herstellen einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterchips sowie ein optoelektronischer Halbleiterchip angegeben.
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Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung solcher optoelektronischer Halbleiterchips anzugeben.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird in einem Schritt a) zunächst eine Trägerscheibe bereitgestellt, welche eine erste und eine der ersten Oberfläche gegenüberliegende zweite Oberfläche aufweist. Beispielsweise ist die Trägerscheibe ein Halbleiterwafer.
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Auf der ersten Oberfläche ist eine Mehrzahl von einzelnen, in einer lateralen Richtung zueinander beabstandete Bauelementschichtenfolgen aufgebracht. ”Lateral” bedeutet in diesem Zusammenhang eine Richtung parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung der Trägerscheibe. Bei den Bauelementschichtenfolgen kann es sich um Halbleiterschichtenfolgen handeln. Beispielsweise handelt es sich bei den Bauelementschichtenfolgen um Schichten, die mit einem nitridbasierten Verbindungshalbleitermaterial gebildet sind. ”Aufgebracht” heißt, dass die Bauelementschichtenfolgen in direktem Kontakt mit der ersten Oberfläche der Trägerscheibe stehen können, sodass sich zwischen den Bauelementschichtenfolgen und der ersten Oberfläche weder ein Spalt noch eine Unterbrechung ausbildet. Ebenso ist es möglich, dass zwischen den Bauelementschichtenfolgen eine oder mehrere Zwischenschichten angeordnet sind. Die Bauelementschichtenfolgen stehen dann lediglich über solche Zwischenschichten mit der ersten Oberfläche der Trägerscheibe in Kontakt. Vorzugsweise sind die Bauelementschichtenfolgen nicht epitaktisch auf die Trägerscheibe aufgewachsen, sondern beispielsweise auf die erste Oberfläche der Trägerscheibe aufgelötet oder aufgeklebt. Beispielsweise handelt es sich bei den Bauelementschichtenfolgen um Dünnfilmschichtfolgen. Die Trägerscheibe ist dann von einem Aufwachssubstrat verschieden.
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Weiter sind die Bauelementschichtenfolgen jeweils durch Trenngräben voneinander getrennt. Mit anderen Worten sind die Bauelementschichtenfolgen dann in lateraler Richtung beabstandet zueinander angeordnet. In einer Draufsicht auf die Trägerscheibe sind dann die Trenngräben durch die Seitenflächen zweier jeweils aneinander angrenzender Bauelementschichtenfolgen und beispielsweise der ersten Oberfläche der Trägerscheibe begrenzt.
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Ferner weist jede Bauelementschichtenfolge zumindest eine zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeignete aktive Zone auf. Beispielsweise emittiert die aktive Zone unter externer elektrischer Kontaktierung Strahlung im Bereich von ultraviolettem bis infrarotem Licht.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird in einem Schritt b) zumindest eine Kristallstörung in zumindest einem Bereich der Trägerscheibe, der in einer vertikalen Richtung zumindest teilweise mit einem Trenngraben überlappt, eingebracht. ”Vertikal” ist eine Richtung senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung der Trägerscheibe.
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”Kristallstörung” bedeutet in diesem Zusammenhang, jede extern, das heißt von außen, erzeugte Veränderung im Material der Trägerscheibe. Beispielsweise handelt es sich bei der Kristallstörung um Zug- oder Druckverspannungen des Trägerscheibenmaterials. Ebenso ist es möglich, dass die Kristallstörung eine Gefügeänderung ist, in der die einzelnen Kristallketten deformiert und/oder teilweise zerstört sind. Nach dem Einbringen der zumindest einen Kristallstörung in die Trägerscheibe bleibt die Trägerscheibe einstückig. Das heißt, dass die Trägerscheibe nicht schon durch das Einbringen der Kristallstörung vereinzelt wird. Vorzugsweise ist die Kristallstörung allseitig von ungestörtem Material der Trägerscheibe umgeben und begrenzt. ”Ungestörtes Material” heißt in diesem Zusammenhang, dass in dieses Material keine Kristallstörungen gezielt eingebracht sind. Beispielsweise ist die Kristallstörung also auf einen Bereich innerhalb der Trägerscheibe begrenzt. Mit anderen Worten zeigen sich nach dem Einbringen der Kristallstörung in die Trägerscheibe vorzugsweise keine von außen sichtbaren Beschädigungen der Trägerscheibe, wie zum Beispiel Materialabplatzer oder Gefügeänderungen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die zumindest eine Kristallstörung über die zweite Oberfläche der Trägerscheibe eingebracht. Vorteilhaft werden die auf der ersten Oberfläche aufgebrachten Bauelementschichtenfolgen während des Einbringens der Kristallstörung nicht geschädigt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird in einem Schritt c) die Trägerscheibe entlang der zumindest einen Kristallstörung in einzelne Halbleiterchips vereinzelt, wobei jeder Halbleiterchip zumindest eine Bauelementschichtenfolge umfasst. Beispielsweise umfasst jeder Halbleiterchip eine Mehrzahl von Bauelementschichtenfolgen. Ebenso ist es möglich, dass jedem Halbleiterchip eine Bauelementschichtenfolge eineindeutig zugeordnet ist. Während des Vereinzelns werden ausgehend von der Kristallstörung Bruchkeime erzeugt, die sich in Richtung der beiden Oberflächen der Trägerscheibe fortsetzen. Das heißt, dass die Trägerscheibe von ”innen” heraus, also von der Kristallstörung ausgehend, vereinzelt wird. Mittels des Verfahrens können Halbleiterchips erzeugt werden, die in einer Draufsicht beispielweise eine n-eckige Grundfläche aufweisen, wobei n ≥ 3. Dabei ist es insbesondere auch möglich, dass die Halbleiterchips eine Grundfläche aufweisen, die nicht einem regelmäßigen n-Eck entspricht, sondern beliebig viele Ecken und Kanten aufweist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird zunächst in einem Schritt a) eine Trägerscheibe bereitgestellt, welche eine erste und eine der ersten Oberfläche gegenüberliegende zweite Oberfläche aufweist. Auf der ersten Oberfläche ist eine Mehrzahl von einzelnen, in einer lateralen Richtung zueinander beabstandete Bauelementschichtenfolgen aufgebracht, die jeweils durch Trenngräben voneinander getrennt sind. Jede Bauelementschichtenfolge weist zumindest eine zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeignete aktive Zone auf. In einem nächsten Schritt b) wird zumindest eine Kristallstörung in zumindest einem Bereich der Trägerscheibe, der in einer vertikalen Richtung zumindest teilweise mit einem Trenngraben überlappt, eingebracht. In einem weiteren Schritt c) wird die Trägerscheibe entlang der zumindest einen Kristallstörung in einzelne Halbleiterchips vereinzelt, wobei jeder Halbleiterchip zumindest eine Bauelementschichtenfolge umfasst. Der Schritt b) kann dabei auch vor oder nach dem Schritt a) erfolgen.
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Das hier beschriebene Verfahren zum Herstellen einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterchips beruht dabei unter anderem auf der Erkenntnis, dass die Herstellung von Halbleiterchips oftmals mit Materialschädigungen in Randbereichen der späteren Halbleiterchips einhergeht. Wird eine Trägerscheibe beispielsweise mittels hochenergetischem Laserlicht vereinzelt, kommt es aufgrund der hohen thermischen Belastung des einstrahlenden Laserlichts im Bereich der Einstrahlung zu Materialbrüchen, wie zum Beispiel makroskopischen Rissen in der Trägerscheibe, und/oder Abplatzern, die den späteren Halbleiterchip insbesondere im Hinblick auf seine Strahlungseigenschaften schädigen können. Ebenso kann ein Vereinzeln beispielsweise mittels Trennschleifen insbesondere im Bereich der Oberflächen der Trägerscheibe ebenfalls zu Materialabplatzern führen. Durch das Vereinzeln einhergehende Schädigungen von auf der Trägerscheibe aufgebrachter Bauelementschichtenfolgen können zwar dadurch vermieden werden, dass die Bauelementschichtenfolgen auf der Trägerscheibe in einem größeren Abstand zueinander angeordnet werden, dies führt jedoch zu einer Verringerung der Chipausbeute, da weniger einzelne Bauelementschichtenfolgen auf der Oberfläche der Trägerscheibe Platz finden.
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Um nun auf ein Material schonendes sowie kostengünstiges Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterchips zu kommen, macht das hier beschriebene Verfahren von der Idee Gebrauch, zunächst eine Trägerscheibe bereitzustellen, auf der in lateraler Richtung zueinander beabstandete Bauelementschichtenfolgen aufgebracht sind. Die Bauelementschichtenfolgen sind jeweils durch Trenngräben voneinander getrennt. In einem nächsten Schritt wird zumindest eine Kristallstörung in zumindest einem Bereich der Trägerscheibe, der in einer vertikalen Richtung zumindest teilweise mit einem Trenngraben überlappt, eingebracht. Dabei kann das Einbringen über eine den Bauelementschichtenfolgen abgewandte Oberfläche der Trägerscheibe erfolgen. Nach dem Einbringen der Kristallstörung verbleibt die Trägerscheibe einstückig. Mit anderen Worten ist die Trägerscheibe nicht schon nach dem Einbringen der Kristallstörung beispielsweise in einzelne Halbleiterchips vereinzelt. Erst in einem nächsten Schritt wird die Trägerscheibe entlang der zumindest einen Kristallstörung in einzelne Halbleiterchips vereinzelt. Im Gegensatz zu Verfahren, bei denen die Trägerscheibe von ”außen” beispielweise mittels Trennschleifen vereinzelt wird, wird mittels des hier beschriebenen Verfahrens die Trägerscheibe ausgehend von der Kristallstörung von ”innen” heraus in einzelne Halbleiterchips vereinzelt. Vorteilhaft weisen durch ein derartiges Verfahren hergestellte Halbleiterchips an Seitenflächen beziehungsweise Randbereichen möglichst wenige durch das Vereinzeln hervorgerufene mechanische und daraus resultierende elektrische Schädigungen auf. Durch ein derart schonendes Vereinzeln ist es ferner möglich, die Trenngräben zwischen einzelnen Bauelementschichtenfolgen möglichst klein zu wählen, sodass eine möglichst große Anzahl von Bauelementschichtenfolgen auf einer Trägerscheibe einer vorgebbaren Größe Platz finden. Insofern wird die Chipausbeute stark erhöht, wodurch das Verfahren zusätzlich erheblich kostengünstiger wird.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Kristallstörung durch Einwirkung von Laserlicht in dem in vertikaler Richtung zumindest teilweise mit einem Trenngraben überlappenden Bereich der Trägerscheibe erzeugt. Beispielsweise wird dazu das Laserlicht in vertikaler Richtung mittig innerhalb der Trägerscheibe in einem Fokussierungspunkt gebündelt. Der Laserstrahl weist eine Wellenlänge auf, die auf das Material der Trägerscheibe derart abgestimmt ist, dass das Laserlicht durch das Material der Trägerscheibe nicht vollständig absorbiert wird. Beispielsweise handelt es sich bei dem Laserlicht um ein oszillierendes Kurzimpulslicht. Die optische Absorption der Laserwellenlänge durch die Trägerscheibe darf dabei weder zu hoch sein, da sonst Schädigungen der Oberflächenstruktur der Trägerscheibe erfolgen würden, noch darf die optische Absorption zu niedrig sein, da sonst das Ausmaß der Kristallstörung im Inneren der Trägerscheibe zu gering ausfallen würde. Dabei macht man sich die Tatsache zunutze, dass nichtlineare Absorptionseffekte in der Trägerscheibe auftreten, sodass an vorgebbaren Punkten innerhalb der Trägerscheibe eine maximal hohe Absorption an zumindest den Fokussierungspunkten stattfindet. Strahlt der Laserstrahl in den Fokussierungspunkt ein, so breitet sich ausgehend von dem Fokussierungspunkt die Kristallstörung innerhalb der Trägerscheibe beispielsweise kugelförmig oder in Form eines Ellipsoids aus. Dabei sind sowohl die Wellenlänge des Laserlichts als auch die Einstrahldauer derart bemessen, dass sich die Kristallstörung vorzugsweise nicht bis an die beiden Oberflächen der Trägerscheibe fortsetzt, sodass die Kristallstörung allseitig von ungestörtem Material der Trägerscheibe umgeben ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zusätzlich einen Schritt d), wonach ein Zwischenträger auf die zweite Oberfläche der Trägerscheibe aufgebracht wird. Beispielsweise handelt es sich bei dem Zwischenträger um eine flexible, elastische Folie. Das heißt insbesondere, dass die Folie sich beispielsweise unter äußerer mechanischer Belastung verformen lässt und nach mechanischer Belastung wieder in ihre Ausgangsform zumindest teilweise zurückkehrt. Zum Beispiel ist der Zwischenträger eine Kunststofffolie. Vorzugsweise ist der Zwischenträger auf die zweite Oberfläche der Trägerscheibe auflaminiert, sodass der Zwischenträger mit der Trägerscheibe mechanisch fest verbunden ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zusätzlich einen Schritt e), wonach der Zwischenträger nach dem Schritt d) expandiert wird. Das heißt, dass der Zwischenträger beispielsweise unter äußerer mechanischer Beanspruchung Zugkräften ausgesetzt wird, sodass sich der Zwischenträger unter einer derartigen Beanspruchung zumindest stellenweise verformt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Expansion des Zwischenträgers in lateraler und/oder in vertikaler Richtung durchgeführt. Durch das unterschiedliche Dehnungsverhalten von Trägerscheibe und Zwischenträger werden aufgrund an den Zwischenträger angelegten Zugkräften, die ausgehend vom Zwischenträger sich in die Trägerscheibe übertragen, auch im Bereich der Kristallstörungen der Trägerscheibe Zugkräfte und/oder Druckkräfte erzeugt. Ausgehend von den Kristallstörungen werden dann Bruchkeime, zum Beispiel weitere Kristallstörungen, in der Trägerscheibe generiert, die sich vorzugsweise in vertikaler Richtung zu den beiden Oberflächen der Trägerscheibe hin fortsetzen, sodass mittels der Expansion des Zwischenträgers einzelne Bruchflächen in der Trägerscheibe erzeugt werden. Vorzugsweise wird die Expansion derart durchgeführt, dass mittels der Expansion die Trägerscheibe in einzelne Halbleiterchips vereinzelt wird. Vorteilhaft wird durch eine derartige Vereinzelung kein Trägermaterial abgetragen, womit die Breite eines Schnittgrabens zwischen den einzelnen durch die Trennung entstandenen Halbleiterchips sehr gering ist. Ebenso werden durch den Trennprozess keine Partikel beispielsweise der Trägerscheibe abgetragen, die elektrische oder optische Schädigungen am oder im Chip erzeugen können. Zusätzlich weisen die Halbleiterchips keine mechanischen Schädigungen in Randbereichen, beispielsweise den Seitenflächen, auf, wodurch ein beispielsweise in Bezug auf die optischen Eigenschaften deutlich stabilerer Halbleiterchip entsteht.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zwischen den Bauelementschichtenfolgen und der Trägerscheibe eine Zwischenschicht angeordnet, wobei die Zwischenschicht sowohl mit der Trägerscheibe als auch mit den Bauelementschichtenfolgen in direktem Kontakt steht. Bei der Zwischenschicht handelt es sich um eine duktile Schicht. Eine ”duktile Schicht” ist eine Schicht, die die Eigenschaft besitzt, sich bei mechanischer Überbelastung erst stark plastisch zu verformen, bevor sie versagt. Beispielsweise handelt es sich bei der Zwischenschicht um eine Schicht, die mit einem metallischen Lot oder einem Kunststoffkleber gebildet ist. Auf die Zwischenschicht sind dann die Bauelementschichtenfolgen aufgeklebt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zusätzlich einen Schritt f), wonach zumindest stellenweise die Zwischenschicht im Bereich zumindest eines Trenngrabens von der ersten Oberfläche der Trennscheibe entfernt wird. Die durch das Vereinzeln hervorgerufenen Risse im Trägerscheibenmaterial setzen sich meist nicht bis in die auf die erste Oberfläche der Trägerscheibe aufgebrachte Zwischenschicht fort, sondern enden an den beiden Oberflächen der Trägerscheibe. Ohne das Entfernen der Zwischenschicht in einem solchen Bereich der ersten Oberfläche der Trennscheibe könnte die Zwischenschicht die einzelnen Risse in der Trägerscheibe überdecken und überbrücken. Eine Vereinzelung in einzelne Halbleiterschichten könnte die Zwischenschicht daher erschweren. Beispielsweise kann der Schritt f) direkt nach dem Schritt a) erfolgen. Ebenso ist denkbar, dass der Schritt f) beispielsweise erst nach dem Schritt b) erfolgt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Trägerscheibe mit Silizium gebildet. Beispielsweise besteht die Trägerscheibe vollständig aus Silizium. Ebenso ist denkbar, dass die Trägerscheibe mit anderen Halbleitermaterialien, beispielsweise Germanium oder Saphir, gebildet ist oder aus den genannten Materialien besteht.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zusätzlich einen Schritt g), wonach zumindest stellenweise auf freie Stellen der ersten Oberfläche der Trägerscheibe und der Bauelementschichtenfolgen eine Verbindungsschicht aufgebracht wird.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zusätzlich einen Schritt h), wonach ein Hilfsträger auf die Verbindungsschicht aufgebracht wird, der nach dem Schritt d) von den Bauelementschichtenfolgen zumindest stellenweise wieder entfernt wird. Beispielsweise wird der Hilfsträger nach dem Einbringen der Kristallstörungen in die Trägerscheibe auf die Zwischenschicht aufgebracht. Bei dem Hilfsträger handelt es sich vorzugsweise um einen Träger, der nach Art einer Platte oder einer Scheibe ausgebildet ist. Der Hilfsträger stabilisiert den Verbund aus Bauelementschichtenfolge und Trägerscheibe. Vorteilhaft ist so sichergestellt, dass in der Trägerscheibe nicht bereits schon vor dem Aufbringen auf den Zwischenträger unerwünschte mechanische Beschädigungen, beispielsweise Risse, entstehen.
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Ferner sei darauf hingewiesen, dass die hier dargestellten Schritte keine vorgegebene, beispielsweise sequentielle, Schrittreihenfolge zur Herstellung der optoelektronischen Halbleiterchips darstellen. Vielmehr können die einzelnen Schritte je nach Bedarf miteinander kombiniert werden. Vorteilhaft ergibt sich so ein möglichst flexibler Verfahrensablauf, in dem unterschiedliche Verfahrensschritte auf die jeweiligen Fertigungsbedürfnisse abgestimmt werden können.
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Es wird darüber hinaus noch ein optoelektronischer Halbleiterchip mit einem Träger und zumindest einer Bauelementschichtenfolge angegeben.
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Beispielsweise kann der optoelektronische Halbleiterchip mittels des hier beschriebenen Verfahrens hergestellt werden, wie es in Verbindung mit einem oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen beschrieben ist. Das heißt, die für das hier beschriebene Verfahren aufgeführten Merkmale sind auch für den hier beschriebenen Halbleiterchip offenbart und umgekehrt.
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Der Träger weist eine erste Oberfläche und eine der ersten Oberfläche gegenüberliegende zweite Oberfläche auf und ist durch zumindest eine Seitenfläche seitlich begrenzt. Die zumindest eine Seitenfläche verbindet die erste und die zweite Oberfläche miteinander.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die zumindest eine Bauelementschichtenfolge zumindest eine zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeignete aktive Zone auf.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Bauelementschichtenfolge auf der ersten Oberfläche angeordnet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die zumindest eine Seitenfläche zumindest einen ungestörten und zumindest einen gestörten Bereich auf. ”Bereich” bedeutet hierbei eine zweidimensionale Fläche, die stellenweise die Seitenfläche bildet. Vorzugsweise ist die zumindest eine Seitenfläche vollständig durch den ungestörten und den gestörten Bereich gebildet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der zumindest eine gestörte Bereich eine Vielzahl von in lateraler Richtung angeordneten Kristallstörungen auf. ”Lateral” bedeutet parallel zur ersten und/oder zur zweiten Oberfläche des Trägers. Der zumindest eine gestörte Bereich kann dann zumindest teilweise durch die Kristallstörungen gebildet sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der zumindest eine gestörte Bereich in vertikaler Richtung von dem zumindest einen ungestörten Bereich beabstandet oder zu dem zumindest einen ungestörten Bereich benachbart. ”Vertikal” bedeutet senkrecht zur ersten und/oder zur zweiten Oberfläche des Trägers. Weist die zumindest eine Seitenfläche beispielsweise genau einen gestörten Bereich auf, so ist denkbar, dass der gestörte Bereich in vertikaler Richtung von zwei ungestörten Bereichen benachbart ist, wobei die ungestörten Bereiche dann zum Beispiel den gestörten Bereich beidseitig begrenzen. Das heißt, dass sich dann der gestörte Bereich entlang der zumindest einen Seitenfläche in lateraler Richtung beispielsweise durchgehend und umlaufend erstreckt und in vertikaler Richtung an die ungestörten Bereiche direkt angrenzt.
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Ferner ist der ungestörte Bereich frei oder im Wesentlichen frei von den Kristallstörungen. ”Im Wesentlichen frei” bedeutet dabei, dass die Dichte von Kristallstörungen im ungestörten Bereich deutlich kleiner als im gestörten Bereich ist. Der ungestörte und der gestörte Bereich müssen dabei in vertikaler Richtung nicht ”scharf” voneinander abgegrenzt sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die zumindest eine Seitenfläche zumindest zwei in vertikaler Richtung angeordnete gestörte Bereiche auf, die in vertikaler Richtung jeweils durch einen ungestörten Bereich voneinander getrennt sind.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die zumindest eine Seitenfläche zwei in vertikaler Richtung angeordnete gestörte Bereiche, die zumindest stellenweise direkt aneinander angrenzen. Beispielsweise gehen die beiden gestörten Bereiche an einer Grenzfläche ineinander über und sind dann nicht durch einen ungestörten Bereich getrennt.
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Denkbar ist, dass die gestörten Bereiche sich in der Anzahl der Kristallstörungen und/oder einer Anordnungsdichte der Kristallstörungen unterscheiden.
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Zwei oder mehrere gestörte Bereiche finden bevorzugt für einen Träger mit einer besonders großen Dicke Verwendung.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist auf die zweite Oberfläche des Trägers eine Kontaktschicht aufgebracht. Bei der Kontaktschicht handelt es sich um ein elektrisch leitfähiges Material, beispielsweise ein Metall, welches zur Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterchips dient.
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Im Folgenden werden das hier beschriebene Verfahren sowie ein optoelektronischer Halbleiterchip anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.
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1 bis 10 zeigen einzelne Fertigungsschritte zur Herstellung eines Ausführungsbeispiels durch ein hier beschriebenes Verfahren,
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11 zeigt ein Verfahrensflussdiagramm zur Herstellung eines Ausführungsbeispiels durch ein hier beschriebenes Verfahren,
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12A, 12B und 13 zeigen schematische Ansichten von Ausführungsbeispielen eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips.
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In den Ausführungsbeispielen und den Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Elemente sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
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Die 1 zeigt einen Schritt a), bei dem zunächst eine Trägerscheibe 1, welche eine erste Oberfläche 11 sowie eine der ersten Oberfläche 11 gegenüberliegende zweite Oberfläche 12 aufweist, bereitgestellt wird. Auf die erste Oberfläche 11 der Trägerscheibe 1 ist eine Zwischenschicht 8 aufgebracht. Beispielsweise ist die Zwischenschicht 8 mit einem elektrisch leitfähigen Lot oder einem Klebstoff gebildet. Mit anderen Worten steht die Zwischenschicht 8 in direktem Kontakt mit der ersten Oberfläche 11 der Trägerscheibe 1. Ferner besteht die Trägerscheibe 1 aus Silizium. Auf einer der Trägerscheibe 1 abgewandten Oberfläche der Zwischenschicht 8 ist eine Mehrzahl von Bauelementschichtenfolgen 2 beispielsweise aufgeklebt. Die einzelnen Bauelementschichtenfolgen 2 sind in lateraler Richtung durch Trenngräben 3 voneinander beabstandet. Jede der Bauelementschichtenfolgen 2 weist zumindest eine zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeignete aktive Zone 21 auf. Vorliegend bilden also die Trägerscheibe 1, die Zwischenschicht 8 sowie die Bauelementschichtenfolgen 2 einen Verbund 30. Ebenso ist es möglich, dass es sich bei dem Verbund 30 um einen Verbund von Dünnfilmleuchtdiodenchips handelt. Die Bauelementschichtenfolgen 2 können dann metallische und/oder dielektrische Schichten umfassen. Ferner ist dann die Trägerscheibe 1 ein Trägersubstrat, welches von einem Aufwachssubstrat verschieden ist.
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In der 2 ist ein Schritt f) gezeigt, bei dem im Bereich 31 eines Trenngrabens 3 die Zwischenschicht 8 stellenweise von der ersten Oberfläche 11 der Trägerscheibe 1 entfernt wird. Alternativ ist es möglich, dass die Zwischenschicht 8 im Bereich 31 versprödet wird. Das heißt, dass dann die Zwischenschicht 8 durch das Verspröden weniger stark verformbar wird und sich beispielsweise bereits nach geringer externer mechanischer oder elektronischer Belastung Brüche im Material der Zwischenschicht 8 ausbilden.
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In der 3 ist ein Schritt b) dargestellt, wonach Kristallstörungen in jeden Bereich 41 der Trägerscheibe 1 eingebracht werden, die in einer vertikalen Richtung mit den Trenngräben 3 vollständig überlappen. Dazu wird hochenergetisches Laserlicht 411 über die zweite Oberfläche 12 der Trägerscheibe 1 in einen Fokussierungspunkt P innerhalb der Trägerscheibe 1 fokussiert. Beispielsweise befindet sich der Fokussierungspunkt P in vertikaler Richtung mittig in der Trägerscheibe 1. Vorliegend handelt es sich bei dem Laserlicht 411 um infrarotes Laserlicht, beispielsweise bei einer Wellenlänge von 1064 nm. Die optische Absorption der Laserwellenlänge ist dabei derart bemessen, dass zwar Kristallstörungen 4 in die Trägerscheibe eingebracht werden, diese Kristallstörungen 4 aber durch das Laserlicht 411 im Material der Trägerscheibe 1, das heißt im Silizium, zu keinen strukturellen Brüchen führt. Damit ist sichergestellt, dass sich ausgehend vom Fokussierungspunkt P durch das Laserlicht 411 induzierte Kristallstörungen nicht bis an die Oberflächen 11 und 12 der Trägerscheibe 1 fortsetzen und es so nicht bereits direkt nach Einstrahlung des Laserlichts 411 zu Brüchen in der Trägerscheibe 1 kommt. Mit anderen Worten verbleibt nach Einstrahlung des hochenergetischen Laserlichts 411 die Trägerscheibe 1 einstückig. Vorteilhaft weist die Trägerscheibe 1 nach Einstrahlung des Laserlichts 411 an den Oberflächen 11 und 12 weder Materialbrüche noch beispielsweise Materialabplatzer im Silizium auf. Zum Beispiel sind nach Einstrahlung des Laserlichts 411 auf die Trägerscheibe 1 die Kristallstörungen 4 gitternetz- oder rasterartig in der Trägerscheibe 1 angeordnet.
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In der 4 sind Schritte g) und h) dargestellt. In einem Schritt g) wird zunächst auf freiliegende Stellen der Oberfläche 11, der Zwischenschicht 8 sowie der Bauelementschichtfolgen 2 eine Verbindungsschicht 5 aufgebracht.
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In einem nächsten Schritt h) wird ein Hilfsträger 6 auf die Verbindungsschicht 5 aufgebracht. Beispielsweise handelt es sich bei dem Hilfsträger 6 um einen Kunststoffwafer, der nach Art einer Scheibe oder einer Platte ausgebildet ist. Der Kunststoffwafer 6 stabilisiert über die Verbindungsschicht 5 den Verbund 30 mechanisch.
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In der 5 ist ein Schritt h1) dargestellt, bei dem von der zweiten Oberfläche 12 der Trägerscheibe 1 her die Trägerscheibe 1 von einer Dicke D1 auf eine Dicke D2 reduziert wird. Beispielsweise kann dies durch einen Materialabtrag des Siliziums mittels Dünnschleifen geschehen. Vorzugsweise werden nach dem Dünnschleifen die Schleifschädigungen von der Trägerscheibe 1 wieder entfernt. Nach dem Abschleifen weist die Trägerscheibe 1 eine raue Oberfläche 121 auf. Beispielsweise kann nach dem Dünnschleifen die raue Oberfläche 121 mittels Polieren und weiteren Oberflächenbehandlungsschritten wieder geglättet werden. Vorteilhaft führt eine derartige Dickenverringerung der Trägerscheibe 1 zu einem Verbund 30 mit einer wesentlich geringeren vertikalen Ausdehnung.
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Die 6 zeigt einen Schritt d), bei dem ein Zwischenträger 7 auf die zweite Oberfläche 12 der Trägerscheibe 1 aufgebracht wird. Beispielsweise wird der Zwischenträger 7 auf die zweite Oberfläche 12 auflaminiert. Vorzugsweise sind dann der Zwischenträger 7 und die Trägerscheibe 1 mechanisch fest miteinander verbunden. Bei dem Zwischenträger 7 kann es sich um eine flexible Kunststofffolie handeln, welche unter externer mechanischer Beanspruchung im Vergleich zur Trägerscheibe 1 leichter verformbar ist.
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In einem in der 7 gezeigten nächsten Schritt d1) wird sowohl der Hilfsträger 6 als auch die Verbindungsschicht 5 wieder von dem Verbund 30 zumindest stellenweise entfernt.
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Die 8 zeigt nächste Schritte c) und e). Darin werden an den Zwischenträger 7 zunächst externe mechanische und/oder elektrische Kräfte in lateraler Richtung L angelegt. Mit anderen Worten wird der Zwischenträger 7 mittels der externen mechanischen Kräfte expandiert. Die durch die Expansion des Zwischenträgers 7 innerhalb des Zwischenträgers 7 entstehenden Zug- und/oder Druckverspannungen setzen sich aufgrund der mechanisch festen Verbindung zwischen Zwischenträger 7 und Trägerscheibe 1 in die Trägerscheibe 1 fort. Ausgehend von den Kristallstörungen 4 innerhalb der Trägerscheibe 1 verursachen dann die durch die Zug- und/oder Druckverspannungen in die Trägerscheibe 1 induzierten Kräfte Risse. Vorzugsweise setzen sich diese Risse ausgehend von den Kristallstörungen 4 in Richtung sowohl der Oberfläche 11 als auch der Oberfläche 12 der Trägerscheibe 1 fort. Durch diese Rissbildung entstehen einzelne in vertikaler Richtung entstehende Brüche vorzugsweise in den Bereichen 41 der Trägerscheibe 1, aufgrund derer der Verbund 30 in einzelne optoelektronische Halbleiterchips 1000 vereinzelt ist. Denkbar ist auch eine Expansion des Verbunds 30 in vertikaler Richtung V beispielsweise mittels Keil-, Rollen- oder Tapebrechanlagen.
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In den 9 und 10 sind jeweils weitere Verfahrensschritte e1) und e2) dargestellt. In Schritt e1) wird zunächst nach dem Vereinzeln auf die dem Zwischenträger 7 abgewandten Oberflächen der Bauelementschichtenfolgen 2 ein weiterer Zwischenträger 9 aufgebracht. Nach dem Aufbringen kann dann der Zwischenträger 7 von den einzelnen Halbleiterchips 1000 entfernt werden. Mit anderen Worten liegen dann die dem weiteren Zwischenträger 9 abgewandten Oberflächen der einzelnen Halbleiterchips 1000 frei.
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In einem Schritt e2) wird auf die dem weiteren Zwischenträger 9 abgewandten Oberflächen der optoelektronischen Halbleiterchips 1000 eine Kontaktschicht 10 aufgebracht. Das Aufbringen der Kontaktschicht 10 kann dabei vorteilhaft ohne eine Vorstrukturierung erfolgen, da die Tatsache ausgenutzt wird, dass nach dem Vereinzeln der laterale Abstand zwischen einzelnen Halbleiterchips 1000 auf dem weiteren Zwischenträger 9 deutlich geringer ist als die Dicke D2 der Trägerscheibe 1. Damit sind beispielsweise die Chipflanken vor unzulässig starker Beschichtung durch die Kontaktschicht 10 geschützt.
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In der 11 ist ein Verfahrensflussdiagramm gemäß dem in den 1 bis 10 dargestellten Verfahrensablauf dargestellt. Die 11 beschreibt daher eine Fertigungsreihenfolge F1 mit der folgenden Schrittreihenfolge: a), f), b), g), h), h1), d), d1), c), e), e1), e2).
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Von der oben genannten Schrittreihenfolge kann auch abgewichen werden. Denkbar ist in diesem Zusammenhang, dass das Aufbringen der Kontaktschicht 10 vor dem Aufbringen des Zwischenträgers 7 erfolgt. Ferner kann zusätzlich die Kontaktschicht 10 beispielsweise mittels eines lithografischen Verfahrens vorstrukturiert werden. Mit anderen Worten ist dann eine Fertigungsreihenfolge F2 denkbar: a), f), b), g), h), h1), e2), d), d1), c), e).
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Ferner ist auch eine von den obig genannten Fertigungsreihenfolge F1 abweichende Fertigungsreihenfolge F3 denkbar. Dabei findet beispielsweise abweichend von der Fertigungsvariante F1 der in der 5 dargestellte Schritt h1), wonach die Trägerscheibe 1 von der Oberfläche 12 her dünn geschliffen wird, vor dem Schritt b), also vor dem Einbringen der Kristallstörungen 4 in die Trägerscheibe 1, statt. Die Fertigungsreihenfolge F3 könnte dann wie folgt lauten: a), g), h), h1), f), b), d), d1), c), e), e1), e2).
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Ferner sei darauf hingewiesen, dass die einzelnen Fertigungsabläufe F1 bis F3 auch je nach Bedarf miteinander kombiniert werden können. Vorteilhaft ergibt sich so ein möglichst flexibler Verfahrensablauf, in dem unterschiedliche Verfahrensschritte auf die jeweiligen Fertigungsbedürfnisse abgestimmt werden können.
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Die 12A und 12B zeigen in einer schematischen Seitenan- und Draufsicht einen optoelektronischen Halbleiterchip 1000.
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Wie in der 12A dargestellt, weist der optoelektronische Halbleiterchip 1000 einen Träger 100 auf. Eine erste Oberfläche 11 und eine zweite Oberfläche 12 des Trägers 100 liegen sich gegenüber. Die erste Oberfläche 11 und die zweite Oberfläche 12 sind mit vier Seitenflächen 110 verbunden (siehe auch 12B). Die vier Seitenflächen 110 begrenzen den Träger 100 in lateraler Richtung. Der optoelektronische Halbleiterchip 1000 kann jedoch auch eine von der in 12A dargestellten abweichende Anzahl von Seitenflächen aufweisen. Beispielsweise kann die erste 11 und/oder die zweite Oberfläche 12 des Trägers 100 n-Ecken aufweisen, wobei n ≥ 3. Beispielsweise hat dann der Träger 100 des optoelektronischen Halbleiterchips 1000 eine in einer Draufsicht hexagonale Form.
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Der Träger 100 besteht aus Silizium, wobei die auf der ersten Oberfläche 11 aufgebrachte Zwischenschicht 8 mit einem Lot oder einem Kunststoffklebstoff gebildet ist. Auf einer dem Träger 100 abgewandten Oberfläche der Zwischenschicht 8 ist die Bauelementschichtenfolge 2 aufgeklebt. Die Bauelementschichtenfolge 2 basiert auf einem nitridbasierten Verbindungshalbleitermaterial. Ferner weist die Bauelementschichtenfolge 2 eine zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeignete aktive Zone 21 auf. Zur elektrischen Kontaktierung ist auf die zweite Oberfläche 12 des Trägers 100 eine elektrische Kontaktschicht 10 aufgebracht.
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Jede der Seitenflächen 110 ist durch einen ungestörten Bereich 110A und zwei gestörte Bereiche 110B gebildet. Der gestörte Bereich 110E weist eine Vielzahl von in lateraler Richtung angeordneten Kristallstörungen 4 auf. Die Kristallstörungen 4 erstrecken sich vorliegend über die gesamte vertikale Ausdehnung des gestörten Bereichs 110B. Zwischen den einzelnen Kristallstörungen 4 kann sich in lateraler Richtung ungestörtes Material befinden. Weiter ist der gestörte Bereich 110E in vertikaler Richtung beidseitig von den ungestörten Bereichen 110A begrenzt.
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Ferner ist sind die ungestörten Bereiche frei von den Kristallstörungen. Mit anderen Worten ist jeder der gestörten Bereiche 110E in vertikaler Richtung durch ungestörtes Material des ungestörten Bereichs 110A begrenzt.
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In der 13 ist in einer schematischen Seitenansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß einem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchip 1000 gezeigt. Im Unterschied zu dem in 12A gezeigten Halbleiterchip 1000 weisen die Seitenflächen 110 zwei in vertikaler Richtung angeordnete gestörte Bereiche 110E auf. Vorliegend sind die gestörten Bereiche 110E in vertikaler Richtung von einem ungestörten Bereich getrennt. Sowohl an die erste 11 als auch an die zweite Oberfläche 12 grenzen die beiden ungestörten Bereiche 110A direkt an. Mit anderen Worten wechselt sich in vertikaler Richtung ausgehend von den beiden Oberflächen 11 und/oder 12 entlang der Seitenflächen 110 jeweils ein ungestörter 110A mit einem gestörten 110B Bereich ab.
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Die 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 und den Ausführungsbeispielen angegeben ist.
