具有鈍化層的發(fā)光二極管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]提出一種光電子半導(dǎo)體芯片和一種用于制造光電子半導(dǎo)體芯片的方法。光電子半導(dǎo)體芯片具有:載體襯底；半導(dǎo)體本體，所述半導(dǎo)體本體具有用于產(chǎn)生輻射的有源區(qū)；和連接結(jié)構(gòu)，所述連接結(jié)構(gòu)具有至少一個貫通孔。在此描述的方法尤其設(shè)置用于制造在此描述的光電子半導(dǎo)體芯片，使得全部針對所述方法所描述的特征也針對光電子和半導(dǎo)體芯片公開并且反之亦然。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]本發(fā)明的目的在于:提出一種用于改進(jìn)的光電子半導(dǎo)體芯片的解決方案。
[0003]光電半導(dǎo)體芯片的可行的制造包括:在初始襯底上構(gòu)成半導(dǎo)體層序列，所述半導(dǎo)體層序列具有帶有不同的傳導(dǎo)類型的兩個半導(dǎo)體區(qū)域和設(shè)置在其之間的用于產(chǎn)生光輻射的有源區(qū)；和在半導(dǎo)體層序列的具有貫通孔的區(qū)域中構(gòu)成連接結(jié)構(gòu)，使得不同的半導(dǎo)體區(qū)域能夠彼此分開地接觸。接下來，將這種設(shè)置轉(zhuǎn)移到載體襯底上，其方式是，連接結(jié)構(gòu)以鍵合工藝與載體襯底連接。
[0004]緊接著，移除初始襯底，并且以濕法化學(xué)的刻蝕工藝對半導(dǎo)體層序列結(jié)構(gòu)化。由此，構(gòu)成呈臺面狀的隆起部形式的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述隆起部在半導(dǎo)體芯片中用作為用于輸出光輻射的半導(dǎo)體本體。該半導(dǎo)體本體也稱作為臺面。為了保護(hù)半導(dǎo)體本體，在半導(dǎo)體本體的環(huán)繞的側(cè)表面和前側(cè)的表面上大面積地構(gòu)成鈍化層。鈍化層由一種或多種介電材料并且在光輻射吸收小的方面構(gòu)成。為了制成半導(dǎo)體芯片，執(zhí)行其他的工藝，例如側(cè)向地在半導(dǎo)體本體旁構(gòu)成適合于引線鍵合的接觸面。
[0005]在上文中所描述的、例如在制造所謂的UX:3芯片(歐司朗的產(chǎn)品名稱)時能夠應(yīng)用的工藝流中，能夠在半導(dǎo)體本體的側(cè)表面的區(qū)域中產(chǎn)生污染，由此損壞半導(dǎo)體芯片的運(yùn)行。半導(dǎo)體層序列的結(jié)構(gòu)化，這在轉(zhuǎn)移到載體襯底上并且移除初始襯底之后執(zhí)行，會由于上述工藝進(jìn)而由于存在于載體襯底上的材料和層引起:顆粒、例如銀顆粒，或者層在不同的半導(dǎo)體區(qū)域之間的過渡區(qū)域或pn結(jié)的區(qū)域中堆積在半導(dǎo)體本體的側(cè)表面上。臺面棱邊的這種污染會引起制成的半導(dǎo)體芯片中的電分流。對于執(zhí)行耗費(fèi)的清潔過程的情況而言甚至也會出現(xiàn)堆積。
[0006]根據(jù)一個方面，提出一種用于制造光電子半導(dǎo)體芯片的方法。所述方法包括:在初始襯底上構(gòu)成半導(dǎo)體層序列，所述半導(dǎo)體層序列具有第一和第二半導(dǎo)體區(qū)域和設(shè)置在其之間的用于產(chǎn)生輻射的有源區(qū)；和對半導(dǎo)體層序列結(jié)構(gòu)化，其中半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)以具有環(huán)繞的側(cè)表面的隆起部的形式構(gòu)成。在結(jié)構(gòu)化時，在包圍(待制造的)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的區(qū)域中移除半導(dǎo)體層序列的材料至少至如下深度，使得露出環(huán)繞的側(cè)表面上的有源區(qū)。所述方法還包括:構(gòu)成鈍化層，其中鈍化層(至少)設(shè)置在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的環(huán)繞的側(cè)表面上；并且在構(gòu)成鈍化層之后，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的區(qū)域中構(gòu)成連接結(jié)構(gòu)。連接結(jié)構(gòu)具有能傳導(dǎo)的第一和第二連接層，所述第一和第二連接層彼此分開。第一連接層與第一半導(dǎo)體區(qū)域電連接，并且第二連接層經(jīng)由至少一個貫通孔與第二半導(dǎo)體區(qū)域電連接。所述方法還包括:將連接結(jié)構(gòu)與載體襯底連接；和移除初始襯底。移除初始襯底能夠在將連接結(jié)構(gòu)與承載襯底連接之后進(jìn)行。
[0007]在制造方法中，對半導(dǎo)體層序列結(jié)構(gòu)化以構(gòu)成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，并且還在初始襯底上構(gòu)成具有絕緣材料的鈍化層，即在轉(zhuǎn)移到載體襯底上之前并且還在構(gòu)成連接結(jié)構(gòu)之前構(gòu)成。在這個早期的方法階段中，僅數(shù)量受限的材料和層存在于初始襯底上。這引起:減少半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的側(cè)表面的可能的污染源。通過隨后構(gòu)成的、當(dāng)前呈包圍半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和設(shè)置在環(huán)繞的側(cè)表面上的鈍化層的形式的鈍化部，在顆粒或其他不期望的層堆積之前，保護(hù)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的、尤其在第一和第二半導(dǎo)體區(qū)域之間的過渡區(qū)域中或有源區(qū)的區(qū)域中的側(cè)表面。以這種方式，能夠以高的可靠性避免出現(xiàn)電分流。
[0008]在此使用的表述“側(cè)表面”與通過結(jié)構(gòu)化產(chǎn)生的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的環(huán)繞的邊緣區(qū)域和環(huán)繞的邊棱面同義。側(cè)表面由半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的全部的側(cè)沿或側(cè)壁組成。
[0009]在所述方法的一個可行的實(shí)施方式中，在對半導(dǎo)體層序列結(jié)構(gòu)化時移除半導(dǎo)體層序列的材料直至初始襯底。由此，通過結(jié)構(gòu)化產(chǎn)生的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)已經(jīng)能夠具有光電子半導(dǎo)體芯片的用于輸出光輻射的半導(dǎo)體本體的形狀，或者所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)能夠是半導(dǎo)體本體。在半導(dǎo)體芯片運(yùn)行中，能夠在有源區(qū)中產(chǎn)生光輻射，并且經(jīng)由半導(dǎo)體本體的前側(cè)輸出(光出射側(cè))。因?yàn)閷Π雽?dǎo)體層序列結(jié)構(gòu)化在轉(zhuǎn)移到載體襯底上之前進(jìn)行，所以半導(dǎo)體本體在該實(shí)施方式中能夠具有沿著朝向前側(cè)的方向至少部分?jǐn)U寬的形狀或橫截面形狀。該設(shè)計(jì)方案有助于離開半導(dǎo)體本體的光親合輸出。
[0010]通過在對半導(dǎo)體層序列結(jié)構(gòu)化時移除半導(dǎo)體層序列的材料直至初始襯底的方式，可行的是:在對半導(dǎo)體層序列結(jié)構(gòu)化時完整地進(jìn)行臺面結(jié)構(gòu)化。由此，尤其也可行的是:半導(dǎo)體本體的側(cè)表面完全地由鈍化層覆蓋。隨后鈍化層能夠延伸至第二半導(dǎo)體區(qū)域的背離載體襯底的上側(cè)。
[0011]在另一個實(shí)施方式中，對半導(dǎo)體層序列結(jié)構(gòu)化包括:執(zhí)行干法化學(xué)刻蝕工藝。干法化學(xué)刻蝕工藝尤其能夠考慮用于在上文中所描述的對半導(dǎo)體層序列結(jié)構(gòu)化直至向下到初始襯底。在此，在初始襯底上能夠停止刻蝕。干法化學(xué)刻蝕實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體表面、當(dāng)前為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的側(cè)表面的改型，使得在該區(qū)域中能夠存在降低的導(dǎo)電能力或不再存在導(dǎo)電能力。由此能夠附加地抑制分流的形成。
[0012]在所述方法中，在早期的方法階段中使用絕緣的鈍化層保護(hù)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的側(cè)表面。如在常規(guī)的制造方法中那樣執(zhí)行的面狀覆蓋半導(dǎo)體本體在此不提出。由于空間受限的應(yīng)用，在選擇用于鈍化層的材料的中存在大的自由度?？墒褂迷诠怆娮影雽?dǎo)體芯片的光輻射的波長范圍中具有較高的吸收的材料來代替例如氧化硅，所述材料具有改進(jìn)的鈍化特性。就此而言，根據(jù)另一個實(shí)施方式提出，鈍化層具有氮化硅。
[0013]半導(dǎo)體層序列的第一和第二半導(dǎo)體區(qū)域具有不同的傳導(dǎo)類型。半導(dǎo)體層序列例如能夠在初始襯底上構(gòu)成，使得第一半導(dǎo)體區(qū)域存在于半導(dǎo)體層序列的背離初始襯底的一側(cè)上，并且第二半導(dǎo)體區(qū)域朝向初始襯底或者設(shè)置在初始襯底上。此外，例如可行的是，第一半導(dǎo)體區(qū)域是P型傳導(dǎo)的半導(dǎo)體區(qū)域，并且第二半導(dǎo)體區(qū)域是η型傳導(dǎo)的半導(dǎo)體區(qū)域。在將連接結(jié)構(gòu)與載體襯底連接并且移除初始襯底之后，第二半導(dǎo)體區(qū)域能夠具有露出的側(cè)，所述側(cè)能夠形成設(shè)置用于輸出光輻射的前側(cè)或光出射側(cè)。
[0014]在產(chǎn)生鈍化層之后構(gòu)成的連接結(jié)構(gòu)能夠除了能傳導(dǎo)的第一和第二連接層還具有絕緣層，通過所述絕緣層使能傳導(dǎo)的第一和第二連接層彼此分開。第一和第二連接層以及絕緣層能夠局部地彼此疊加地設(shè)置，并且在制成的光電子半導(dǎo)體芯片中局部地設(shè)置在載體襯底和第一半導(dǎo)體區(qū)域之間。
[0015]鈍化層不僅能夠用于鈍化半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的側(cè)表面?？尚械氖?鈍化層附加地引起光電子半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體本體的或半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第二半導(dǎo)體區(qū)域和第一連接層之間的分離。
[0016]光電子半導(dǎo)體芯片尤其能夠是發(fā)光二極管芯片。半導(dǎo)體層序列例如能夠基于II1-V族半導(dǎo)體材料體系、例如GaN。初始襯底例如能夠是藍(lán)寶石襯底。載體襯底例如能夠是鍺襯底。
[0017]連接結(jié)構(gòu)與載體襯底的連接例如能夠通過鍵合工藝進(jìn)行。在鍵合工藝中，連接結(jié)構(gòu)能夠經(jīng)由第二連接層與載體襯底連接。第二連接層為了該目的能夠具有適合于鍵合的子層，所述子層能夠以層堆的形式存在。
[0018]在另一個實(shí)施方式中，在對半導(dǎo)體層序列結(jié)構(gòu)化時側(cè)向地在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)旁構(gòu)成呈隆起部形式的另一個半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，鈍化層附加地構(gòu)成在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和另一個半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之間的溝槽的區(qū)域中。連接結(jié)構(gòu)不僅在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的區(qū)域中構(gòu)成，而且在另一個半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的區(qū)域中和位于其之間的溝槽中構(gòu)成。另一個半導(dǎo)體層結(jié)構(gòu)的構(gòu)成使得如下是可行的:將凹部或空腔在連接結(jié)構(gòu)的設(shè)置用于與載體襯底連接的一側(cè)上的存在保持得小。
[0019]在移除初始襯底之后，此外能夠在另一個半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的區(qū)域中使第一連接層露出。為了該目的，在該區(qū)域中例如能夠產(chǎn)生延伸至第一連接層的開口，或者全部存在于該區(qū)域中的半導(dǎo)體材料或整個另一個半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)能夠被移除。光電子半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體本體或半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第一半導(dǎo)體區(qū)域能夠經(jīng)由第一連接層的露出的、位于半導(dǎo)體本體側(cè)向的區(qū)域接觸。
[0020]為了改進(jìn)接觸，還能夠靠考慮的是:在露出的第一連接層上構(gòu)成適合于引線鍵合的且用作為前側(cè)接觸部的接觸面。為了該目的，能夠?qū)⒏郊拥哪軅鲗?dǎo)的層或金屬化部施加到露出的第一連接層上。
[0021]在另一個實(shí)施方式中，第一連接層構(gòu)成為，使得第一連接層具有側(cè)向包圍半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和設(shè)置在鈍化層上的子區(qū)域。以這種方式可行的是:關(guān)于將連接機(jī)構(gòu)與載體襯底的連接將空腔保持得小。
[0022]鈍化層不僅能夠設(shè)置在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的環(huán)繞的側(cè)表面上，而且例如夠?yàn)椋沟免g化層附加地延伸到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的背離初始襯底的一側(cè)或上側(cè)上，并且覆蓋該側(cè)的邊緣區(qū)域。還可行的是:在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的背離初始襯底的一側(cè)上設(shè)置有一個層或多個層的設(shè)置。在此，鈍化層能夠以延伸至所述層或?qū)釉O(shè)置或者在邊緣處延伸到所述層或?qū)釉O(shè)置上的方式構(gòu)成。在下文中描述這種層的可行的實(shí)例。
[0023]在另一個實(shí)施方式中，在對半導(dǎo)體層序列結(jié)構(gòu)化之前在半導(dǎo)體層序列上構(gòu)成能傳導(dǎo)的鏡層。稍后產(chǎn)生的第一連接層經(jīng)由鏡層與半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第一半導(dǎo)體區(qū)域電連接。鏡層提供如下可行性:在光電子半導(dǎo)體芯片運(yùn)行時將從有源區(qū)沿著朝向半導(dǎo)體芯片的后側(cè)的方向輸出的光輻射反射至前側(cè)或光出射側(cè)。鏡層能夠構(gòu)成有與半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和(多個)貫通孔配合的形狀。
[0024]在另一個實(shí)施方式中，至少在鏡層上構(gòu)成附加的能傳導(dǎo)的層，使得第一連接層經(jīng)由該能傳導(dǎo)的層和鏡層與第一半導(dǎo)體區(qū)域電連接。附加的能傳導(dǎo)的層能夠在對半導(dǎo)體層序列結(jié)構(gòu)化之前構(gòu)成，以便作為保護(hù)層在對半導(dǎo)體層序列結(jié)構(gòu)化期間防止鏡層損壞。
[0025]在另一個實(shí)施方式中，至少一個貫通孔通過延伸穿過第一連接層、第一半導(dǎo)體區(qū)域和有源區(qū)進(jìn)入到第二半導(dǎo)體區(qū)域中的穿通口形成，所述穿通口在邊緣處絕緣。在穿通口之內(nèi)設(shè)置有接觸第二半導(dǎo)體區(qū)域的接觸層和第二連接層的接觸接觸層的子區(qū)域。由此，第二連接層和第二半導(dǎo)體區(qū)域之間的可靠的電連接是可行的。穿通口的邊緣處的電絕緣能夠通過上述絕緣層實(shí)現(xiàn)，第一和第二連接層通過所述絕緣層彼此分開。
[0026]光電子半導(dǎo)體芯片或連接結(jié)構(gòu)不僅能夠構(gòu)成有唯一的貫通孔，而且能夠構(gòu)成有多個彼此并排設(shè)置的貫通孔。
[0027]在光電子半導(dǎo)體芯片中，半導(dǎo)體本體或半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第二半導(dǎo)體區(qū)域能夠經(jīng)由載體襯底、第二連接層和(多個)貫通孔接觸。載體襯底為了該目的能夠具有能傳導(dǎo)的襯底材料、例如摻雜的鍺。載體襯底還能夠借助用作為后側(cè)接觸部的能傳導(dǎo)的層在背離連接結(jié)構(gòu)的一側(cè)或后側(cè)上構(gòu)成。在構(gòu)成后側(cè)接觸部之前，還能夠執(zhí)行載體襯底的后側(cè)打薄。
[0028]可行的是:將多個光電子半導(dǎo)體芯片共同地在復(fù)合件中制造，并且在制造方法結(jié)束時分割。所述分割能夠在上文中所描述的構(gòu)成后側(cè)接觸部之后執(zhí)行。
[0029]在另一個實(shí)施方式中，在側(cè)向地包圍半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的區(qū)域中和/或至少一個貫通孔的區(qū)域中構(gòu)成鏡層。以這種方式可行的是:實(shí)現(xiàn)在光電子半導(dǎo)體芯片運(yùn)行中產(chǎn)生的光輻射沿著朝向前側(cè)或光出射側(cè)的方向的改進(jìn)的反射。
[0030]在另一個實(shí)施方式中，在構(gòu)成鈍化層之后，用絕緣材料填充側(cè)向地包圍半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的區(qū)域。為了該目的，能夠?qū)⒔^緣層材料施加到初始襯底的具有半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一側(cè)上并且隨后將其平坦化，例如通過后側(cè)磨削或拋光。以這種方式可行的是:避免關(guān)于將連接結(jié)構(gòu)與載體襯底連接的空腔。
[0031]在另一個實(shí)施方式中，在移除初始襯底之后對半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)或半導(dǎo)體本體的通過移除而露出的側(cè)粗糙化。能夠由第二半導(dǎo)體區(qū)域形成的該側(cè)是上面提及的前側(cè)或光出射側(cè)。所述粗糙化，這能夠在適當(dāng)?shù)目涛g工藝中進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)光輻射離開半導(dǎo)體本體的改進(jìn)的耦合輸出。當(dāng)通過粗糙化構(gòu)成具有棱錐形的結(jié)構(gòu)元件的耦合輸出結(jié)構(gòu)時，這尤其是這種情況。
[0032]在另一個實(shí)施方式中，在移除初始襯底之后構(gòu)成另一個鈍化層，所述另一個鈍化層設(shè)置在光電子半導(dǎo)體芯片的前側(cè)上。另一個鈍化層與用于鈍化環(huán)繞的側(cè)表面的鈍化層相比，能夠具有帶有(較)小的輻射吸收的絕緣材料、例如氧化硅。能夠至少設(shè)置在光電子半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體結(jié)