專利名稱:光電子器件和用于制造光電子器件的方法
光電子器件和用于制造光電子器件的方法說明書本發(fā)明涉及一種具有支承體本體的光電子器件,所述支承體本體具有連接區(qū)域。 此外,在支承體本體上施加半導(dǎo)體芯片。此外,說明一種用于制造光電子器件的方法。從參考文獻(xiàn)DE102004050371A1中已知這種光電子器件的示例和相關(guān)聯(lián)的制造方法。據(jù)此將設(shè)置用于發(fā)射電磁輻射的半導(dǎo)體芯片設(shè)置在支承體本體上。半導(dǎo)體芯片在其背離支承體本體的表面上具有接觸區(qū)域。此外,在支承體本體上設(shè)有連接區(qū)域。在該裝置上施加透明的、電絕緣的、尤其由有機(jī)絕緣材料組成的封裝層。在該封裝層上,在半導(dǎo)體芯片上的接觸區(qū)域和支承體本體的連接區(qū)域之間引導(dǎo)導(dǎo)電層。經(jīng)由該導(dǎo)電層對半導(dǎo)體芯片進(jìn)行 {共 ο在此,通常麻煩的是,被由半導(dǎo)體芯片所發(fā)射的電磁輻射所穿透的絕緣層僅具有受限制的溫度抗性和受限制的輻射穩(wěn)定性。此外,絕緣層由于絕緣材料和接觸材料的不同的熱膨脹系數(shù)引起到電接觸部上的不可忽略的應(yīng)力。還由于耦合輸入效應(yīng)引起光損耗。最后,有機(jī)絕緣材料是昂貴的。本發(fā)明基于下述問題,提供一種光電子器件,借助所述光電子器件完全地避免或者至少降低上面所表述的缺點(diǎn)。該問題通過根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求1或者10所述的光電子器件和用于制造光電子器件的方法來實(shí)現(xiàn)。光電子器件或用于制造光電子器件的方法的改進(jìn)形式和有利的擴(kuò)展方案在從屬權(quán)利要求中進(jìn)行說明。示例性實(shí)施形式光電子器件的不同的實(shí)施形式具有帶有支承體本體的光電子器件。在支承體本體上設(shè)置半導(dǎo)體芯片并且設(shè)有連接區(qū)域。在半導(dǎo)體芯片的背離支承體本體的表面上施加接觸區(qū)域。在支承體本體上的連接區(qū)域與在半導(dǎo)體芯片上的接觸區(qū)域經(jīng)由無支承的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)導(dǎo)電連接。支承體本體能夠?yàn)橐€框架、陶瓷、印刷電路板(PCB)、金屬芯電路板(MKP)或者導(dǎo)電襯底。半導(dǎo)體芯片能夠?yàn)榫哂写蠹s10 μ m厚度的薄膜芯片,所述薄膜芯片設(shè)計(jì)為純表面發(fā)射器。替選地,半導(dǎo)體芯片還能夠?yàn)榫哂写蠹sΙΟΟμπ 至200μπ 的量級的厚度的體發(fā)射
ο半導(dǎo)體芯片具有作為有源區(qū)的ρη結(jié),在所述ρη結(jié)中產(chǎn)生電磁輻射。半導(dǎo)體芯片優(yōu)選由III-V族化合物半導(dǎo)體材料組成,尤其是由氮化物化合物半導(dǎo)體材料組成。電傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)是無支承的或者換而言之自支承的事實(shí)是尤其有利的。該自支承的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)在完成工藝處理的器件中棄用封裝或絕緣層。電傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)自身足夠穩(wěn)定,以便能在沒有置于其下的支撐的封裝層的情況下實(shí)現(xiàn)。換而言之,傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)能夠無接觸地跨接在半導(dǎo)體芯片的接觸區(qū)域和支承體本體的連接區(qū)域之間的距離。由于傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)無支承的特性能夠棄用電屏蔽傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)的絕緣層。特別地,沒有在在半導(dǎo)體芯片的表面和側(cè)面上的封裝或絕緣層。此外,這得出下述優(yōu)點(diǎn)在有源區(qū)中產(chǎn)生的電磁輻射能夠離開光電子器件,而不必穿透尤其是硅樹脂的任一材料。通過環(huán)境空氣的分子進(jìn)行的電磁輻射的吸收小至可忽略。 這實(shí)現(xiàn)器件的高輻射穩(wěn)定性。還取消了引起光損耗的耦合輸入效應(yīng)。此外,相對于下述布置強(qiáng)烈地降低了到接觸部上的應(yīng)力負(fù)荷,在所述布置中通常由硅樹脂組成的絕緣層在接觸之后保留在半導(dǎo)體芯片上。在溫度變化時,硅樹脂強(qiáng)烈地收縮或者伸展。在例如出現(xiàn)在汽車大燈中的高于150°C的溫度中,硅樹脂變脆并且玻璃化,所述硅樹脂出現(xiàn)裂紋。這使得光耦合輸出劣化并且濕氣侵入。因此,根據(jù)本發(fā)明的器件具有高的溫度穩(wěn)定性。最后,因?yàn)榱畠r的犧牲物質(zhì)能夠代替價格昂貴的絕緣層來使用,所以成本較低。在光電子半導(dǎo)體器件的優(yōu)選的實(shí)施形式中,傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)的背離半導(dǎo)體芯片的腳部部段具有在支承體本體的連接區(qū)域上的空間延伸。特別有利的是,連接區(qū)域的由腳部部段所覆蓋的面積盡可能大,以便產(chǎn)生盡可能小的電阻。由此能夠傳輸高的電流。腳部部段和連接區(qū)域連接的機(jī)械穩(wěn)定性還隨著通過腳部部段覆蓋連接區(qū)域的面積增大而上升。優(yōu)選地, 腳部部段具有大約ΙΟΟμπι乘大約IOOym量級的面積。通過濺射工藝實(shí)現(xiàn)在腳部部段和連接區(qū)域之間足夠的附著力。附著力在沒有附加的附著劑的情況下形成并且基于金屬到金屬的接合。在光電子半導(dǎo)體器件的優(yōu)選實(shí)施形式中,導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的朝向半導(dǎo)體芯片的頭部部段具有在半導(dǎo)體芯片的接觸區(qū)域(Bond-Pad(接合墊))上的空間延伸。在尤其有利的方式中, 頭部部段的大小相應(yīng)于接觸區(qū)域的大小。接觸區(qū)域可以優(yōu)選在半導(dǎo)體芯片沿橫向的整個伸展上延伸。由此,一方面能夠傳輸高的電流。另一方面,電流的這種均勻輸送引起到半導(dǎo)體芯片的有源區(qū)中的載流子的高注入率并因此引起高的光產(chǎn)出。為了將通過接觸區(qū)域?qū)λl(fā)射的電磁輻射的遮蔽最小化,可以在縱向上最小化接觸區(qū)域的延伸。換而言之,這得出尤其窄的接合墊。優(yōu)選地使用具有在縱向上大約50 μ m的伸展的接合墊。更小的長度也是有利的,其中通過必要的橫向傳導(dǎo)能力確定下邊界。在另一優(yōu)選的實(shí)施形式中,在腳部部段和頭部部段之間的縱向上的距離最多為大約半導(dǎo)體芯片厚度的五倍。所使用的半導(dǎo)體芯片的典型厚度為直至大約200 μ m。尤其有利的是,跨接大約半導(dǎo)體芯片厚度的三倍的距離,即大約600 μ m。在另一優(yōu)選的實(shí)施形式中,傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)在其腳部部段和頭部部段之間具有彎曲的形狀。尤其有利的是S形。由于彎曲的形狀,傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)能夠更好地容忍器件材料在溫度變化時的伸展或者收縮。彎曲的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)的柔性相對于完全平直的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)而上升。在另一實(shí)施形式中,傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)具有金屬或者金屬合金。在此有利的是,金屬或者金屬合金的高導(dǎo)電能力和良好的機(jī)械穩(wěn)定性。傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)還能夠具有有導(dǎo)電能力的粘合劑或者金屬胃。在另一實(shí)施形式中,傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)在其整個延伸上具有大約均勻的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)厚度。因?yàn)橛纱藢?shí)現(xiàn)大約統(tǒng)一的電阻,所以這是尤其有利的。由此還改進(jìn)導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。有利的是,傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)厚度為大約5 μ m至大約60 μ m。尤其有利的是,大約15 μ m至大約25 μ m的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)厚度。在另一實(shí)施形式中,傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)在其整個延伸上具有大約均勻的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)寬度。因?yàn)橛纱诉_(dá)到大約統(tǒng)一的電阻,所以這是尤其有利的。由此還改進(jìn)導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。有利的是,傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)寬度為大約20 μ m直至半導(dǎo)體芯片在橫向上的整個延伸,換而言之,直至半導(dǎo)體芯片的總寬度。因此,在半導(dǎo)體芯片的根據(jù)當(dāng)今技術(shù)典型地為大約2000 μ m的寬度下, 最大的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)寬度為大約2000 μ m。有利的是大約50 μ m至大約150 μ m的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)厚度。在傳統(tǒng)的打線接合中,根據(jù)所使用的材料使用具有在大約25μπι和大約50μπι之間的直徑的接合線。通過使用具有大于50 μ m的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)寬度的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu),相對于傳統(tǒng)的線結(jié)合改進(jìn)了機(jī)械穩(wěn)定性和載流能力。在另一實(shí)施形式中,支承體本體具有產(chǎn)生在半導(dǎo)體芯片和支承體本體之間連接的連接層。該連接層能夠由金屬或者金屬合金或者其他有導(dǎo)電能力的材料組成。特別地,能夠使用有導(dǎo)電能力的粘合劑、焊接復(fù)合物或者單金屬系統(tǒng),以便將半導(dǎo)體芯片固定在支承體本體上。通過超聲波焊接將金連接到金適合作為單金屬系統(tǒng)。連接層設(shè)立成,在半導(dǎo)體芯片和支承體之間除了確保機(jī)械和電接觸之外還確保熱接觸。在另一實(shí)施形式中,設(shè)置位于連接層和半導(dǎo)體芯片之間的接觸面。尤其有利的是,將連接層和接觸面組合。該組合改進(jìn)了半導(dǎo)體芯片到支承體的機(jī)械連接、熱連接和電連接。在另一實(shí)施形式中,將接觸層與支承體本體電絕緣并且借助于傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)電連接到另一半導(dǎo)體芯片的接觸區(qū)域。在另一實(shí)施形式中,半導(dǎo)體芯片的表面具有第二接觸區(qū)域。第二接觸區(qū)域借助于第二傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)電連接到另一半導(dǎo)體芯片的接觸區(qū)域或者電連接到連接區(qū)域。這是特別有利的,因?yàn)槟軌驅(qū)崿F(xiàn)穿過多個半導(dǎo)體芯片的電流通流,并且光電子器件在高電壓下工作是可能的。這還能夠形成如下半導(dǎo)體光源,所述半導(dǎo)體光源能夠在無大的電損失的情況下在通常的電網(wǎng)電壓下工作。由此,尤其對于在通用照明中的應(yīng)用而為降低成本做出顯著貢獻(xiàn)。此外有利的是,相反于打線接合技術(shù),半導(dǎo)體芯片能夠彼此間以50 μ m的距離定位。這實(shí)現(xiàn)極其短的無支承的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體芯片的節(jié)約空間的布置致使節(jié)約尤其通常昂貴的支承體本體材料。用于制造光電子器件的方法的不同的實(shí)施形式,所述光電子器件具有帶有連接區(qū)域的支承體本體,具有附接在支承體本體上的半導(dǎo)體芯片和具有施加在半導(dǎo)體芯片的背離支承體本體的表面上的接觸區(qū)域,所述方法具有下述步驟首先將犧牲物質(zhì)施加到光電子器件上。接下來將在接觸區(qū)域(bond-pad)之上和在連接區(qū)域之上的犧牲物質(zhì)至少部分地移除。隨后,在接觸區(qū)域和連接區(qū)域之間施加傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)。在此,傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)在犧牲物質(zhì)之上延伸。在接下來的步驟中,盡可能完全地移除犧牲物質(zhì)。由此,在接觸區(qū)域和連接區(qū)域之間的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)是無支承的。在此,特別地,半導(dǎo)體芯片的在其處出射電磁輻射的表面和側(cè)面最大程度上地沒有犧牲物質(zhì)。優(yōu)選構(gòu)成為層形式的犧牲物質(zhì)能夠通過多種不同的方法來施加。尤其考慮真空層壓、點(diǎn)膠(Dispensen)、噴射、噴涂、模板印刷、模制工藝和旋涂(還稱作spincoating(旋涂))。犧牲物質(zhì)至少形狀配合地一體式成形到支承體本體和半導(dǎo)體芯片上,使得在犧牲層和由犧牲層所覆蓋的區(qū)域之間既沒有形成間隙也沒有形成中斷。因?yàn)橄喾从诒仨毘志玫乇A粼谄骷系墓铇渲?絕緣膜,對于犧牲物質(zhì)的要求較低,所以替代硅樹脂-絕緣材料而使用暫時的犧牲物質(zhì)是尤其有利的。硅樹脂例如必須在可見范圍中透明、UV穩(wěn)定并且溫度穩(wěn)定。相反于非暫時的絕緣材料,可以使用多種物質(zhì)作為犧牲物質(zhì)。尤其考慮光刻膠、光刻膜(Fotofolie)、環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺、丙烯酸鹽、蠟、抗附著層、膏和凝膠。所有這些物質(zhì)均比硅樹脂便宜并且此外相對于硅樹脂具有可加工性的優(yōu)點(diǎn)。于是,硅樹脂傾向于在液態(tài)中蠕變,并且在硬化的狀態(tài)中具有差的附著性。優(yōu)選借助于激光燒蝕實(shí)現(xiàn)在接觸區(qū)域之上和在連接區(qū)域之上移除犧牲物質(zhì)。暴露區(qū)域的可實(shí)現(xiàn)的最小延伸通過激光點(diǎn)的可實(shí)現(xiàn)的最小面積來限制并且為大約50 μ m。因?yàn)楹唵尾⑶冶阋?,所以尤其有利地能夠在光刻膜或者光刻膠作為犧牲物質(zhì)時通過曝光和顯影來移除在接觸區(qū)域之上和在連接區(qū)域之上的犧牲物質(zhì)。取消了更耗費(fèi)的激光燒蝕。在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一實(shí)施形式中,通過成面地施加金屬化部將傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)施加到犧牲物質(zhì)上。因?yàn)槌擅娴膫鲗?dǎo)結(jié)構(gòu)相比較于在經(jīng)典的打線接合中的接合線而言具有更高的載流能力,所以成面的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)是尤其有利的。由此,還能夠相對于經(jīng)典的打線接合降低光電子器件的結(jié)構(gòu)高度。將金屬化部成面地施加到犧牲物質(zhì)上和連接區(qū)域的至少局部區(qū)域上和接觸區(qū)域的至少局部區(qū)域上能夠以結(jié)構(gòu)化方式進(jìn)行。此外,替選地能夠使用下述方法-絲網(wǎng)印刷,其中通過使用模板或者覆蓋掩模將成面的金屬化部施加到犧牲物質(zhì)上。在此,在工藝步驟中能夠達(dá)到大約30 μ m的金屬化部厚度。優(yōu)選的是,能夠?yàn)榱颂岣呓饘倩慕Y(jié)構(gòu)的導(dǎo)電能力和穩(wěn)定性而多次重復(fù)該工藝步驟。-點(diǎn)膠,其中將金屬顆粒和有機(jī)介質(zhì)混合成膏,并且借助于套管和注射器通過壓縮氣體脈沖將該膏施加到犧牲物質(zhì)上。接下來對該膏進(jìn)行干燥和退火。在此尤其有利的是, 通過為壓力和時間的參數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)金屬化部的任意形狀。通過點(diǎn)膠產(chǎn)生可非常良好地保持的金屬化層。能夠產(chǎn)生金屬化層的大約50 μ m的厚度。-噴射,其中從儲存容器中通過短的沖力將由有導(dǎo)電能力的材料組成的小滴施加到犧牲物質(zhì)上。因?yàn)闊o接觸地運(yùn)行,所以該方法是尤其有利的。-噴涂有導(dǎo)電能力的材料。在另一實(shí)施形式中,優(yōu)選通過濺射施加的成面的金屬化部稱作為所謂的種子層, 還稱作胚層。在此優(yōu)選地,實(shí)現(xiàn)大約2μπι至3μπι的種子層厚度。優(yōu)選使用由鈦和銅組成的復(fù)合物作為種子層。鈦和銅優(yōu)選在一個步驟中進(jìn)行濺射,其中鈦用作增附劑。將成面的金屬化部結(jié)構(gòu)化成,使得傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)保留在犧牲物質(zhì)上。金屬化部的該事后的結(jié)構(gòu)化具有下述步驟-光刻;對于如存在于本發(fā)明中的三維結(jié)構(gòu)優(yōu)選使用層壓到光電子器件的三維拓?fù)渖系墓饪棠?。相反于光刻膠,光刻膜具有帶有在棱邊之上的更均勻的厚度的更好的棱邊覆蓋。光刻膠在通過旋轉(zhuǎn)涂層而成面地施加到所濺射的種子層上之后,在所述光刻膠能夠固化之前,在半導(dǎo)體芯片的棱邊之上流走。光刻膠尤其適用于二維結(jié)構(gòu),但是所述二維結(jié)構(gòu)不是本發(fā)明的主題。接下來,通過光刻掩模對種子層進(jìn)行曝光。因此使隱藏的圖像進(jìn)行顯影,其中移除光刻膠的所曝光的區(qū)域。替選地,還能夠?qū)嵤┕饪痰姆椒ú襟E,使得在顯影之后保持光刻膠的所曝光的區(qū)域。-光刻的種子層的電鍍增強(qiáng)或者電鍍。在此,在種子層上進(jìn)行將金屬沉淀物的連續(xù)的電化學(xué)沉積。該方法步驟是必需的,因?yàn)榉N子層的載流能力由于其小的厚度而過小。在此,金屬材料沉積在其中在光刻膠顯影時移除的區(qū)域中。在電鍍時能夠達(dá)到金屬化部的直到大約50 μ m的厚度。尤其有利的是,厚度在15μπι和30μπι之間。優(yōu)選銅用作金屬化部材料。-移除光刻膜,-刻蝕掉沒有被電鍍增強(qiáng)所覆蓋的種子層。該步驟預(yù)防短路。在最后的方法步驟中移除犧牲物質(zhì)。存在一系列適當(dāng)?shù)姆椒ā4龖?yīng)用的方法基本取決于所使用的犧牲物質(zhì)。在使用光刻膠或者光刻膜作為犧牲物質(zhì)時,通過剝離移除犧牲物質(zhì)。這在所謂的剝離器中執(zhí)行。在使用漆作為犧牲物質(zhì)時,犧牲物質(zhì)能夠通過等離子體灰化來移除。在此優(yōu)選使用氧等離子體。漆在等離子體灰化時被焚化。這在所謂的灰化器中執(zhí)行。在使用例如環(huán)氧樹脂或者丙烯酸鹽作為犧牲物質(zhì)時,通過刻蝕來移除犧牲物質(zhì)。 此外,丙酮用作刻蝕劑或者刻蝕介質(zhì)。能夠?qū)崿F(xiàn)用于多芯片裝置的極其低成本的電連接技術(shù)。相對于傳統(tǒng)打線接合的成本優(yōu)勢存在于,與待建立的電連接的數(shù)量無關(guān)地總是僅應(yīng)用相同的工藝序列。因此,當(dāng)應(yīng)該電連接多個半導(dǎo)體芯片時,能夠尤其有利地使用根據(jù)本發(fā)明的方法。技術(shù)耗費(fèi)一直保持相同,而不管僅具有一個半導(dǎo)體芯片的光電子器件還是具有大量半導(dǎo)體芯片的光電子器件需要設(shè)有電連接。在多個半導(dǎo)體芯片之間連接時,根據(jù)本發(fā)明的方法引起在機(jī)械上非常穩(wěn)定的、以相同質(zhì)量產(chǎn)生的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)。因此,相反于單獨(dú)連接技術(shù)顯著地改進(jìn)在這種多重連接技術(shù)的工作中的可靠性。必須在器件中實(shí)現(xiàn)的電連接越多,該優(yōu)點(diǎn)就越有效。
下面借助參考附圖詳細(xì)闡明根據(jù)本發(fā)明的解決方案的不同的實(shí)施例。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的光電子器件的制造方法的流程圖;圖加至2(1示出圖1中的制造方法的半成品的在x-z平面中的示意剖面圖;圖2e示出作為圖1中的制造方法的成品的光電子器件的實(shí)施例的在x_z平面中的示意剖面圖;圖3示出光電子器件的實(shí)施例的示意三維圖;圖4示出光電子器件的另一實(shí)施例的示意三維圖;圖5示出光電子器件的另一實(shí)施例的x_y平面的示意俯視圖;圖6示出光電子器件的另一實(shí)施例的示意三維圖;圖7示出光電子器件的另一實(shí)施例的斷面的示意三維圖;圖8示出光電子器件的另一實(shí)施例的示意三維圖;圖9光電子器件的另一實(shí)施例的示意三維圖。為了更好地定向,在全部附圖中說明坐標(biāo)系,其中縱向稱作X,橫向稱作Y并且垂直于X和Y的方向稱作Z。
具體實(shí)施例方式
相同的、同類的或者起相同作用的元件在附圖中設(shè)有相同的附圖標(biāo)記。附圖和在附圖中示出的元件之間的大小關(guān)系不視為按照比例的。相反地,為了更好的可示出性并且為了更好地理解,能夠夸張大地示出各個元件。圖1示出用于制造光電子器件的流程圖。制造過程能夠劃分成步驟SO至S4。在步驟SO中提供具有連接區(qū)域5和設(shè)置在支承體本體3上的半導(dǎo)體芯片7的支承體本體3。半導(dǎo)體芯片7具有位于大約10 μ m和大約200 μ m之間的半導(dǎo)體芯片厚度12。 半導(dǎo)體芯片7例如能夠通過使用所謂的通孔直接地固定在支承體本體3上。通過通孔進(jìn)行的固定在附圖中沒有示出。在半導(dǎo)體芯片7的背離支承體本體3的表面8上施加接觸區(qū)域 10。在圖加中示出相關(guān)聯(lián)的半成品。其示出在X-Z平面中的示意剖面圖。支承體本體3 的表面4部分地被連接區(qū)域5和半導(dǎo)體芯片7所覆蓋。連接區(qū)域5和半導(dǎo)體芯片7空間地彼此分開并且彼此電絕緣。在步驟Sl中,將犧牲物質(zhì)16施加到在步驟SO中提供的半成品上。可以將光刻膜層壓或者將光刻膠旋涂來作為犧牲物質(zhì)。該方法步驟的結(jié)果在圖2b中示出。其示出在X-Z 平面中的示意剖面圖。犧牲物質(zhì)覆蓋在圖加中示出的半成品的整個表面。借助犧牲物質(zhì)覆蓋連接區(qū)域5、半導(dǎo)體芯片7、接觸區(qū)域10和支承體本體3的表面4。犧牲物質(zhì)16當(dāng)前構(gòu)成為犧牲層。因?yàn)榭梢酝ㄟ^層壓壓力尤其良好且簡單地控制光刻膜的形狀,所以三維結(jié)構(gòu)中光刻膜是尤其有利的。在步驟S2中,在接觸區(qū)域10和連接區(qū)域5之上至少部分地移除犧牲物質(zhì)16。此后,接觸區(qū)域10的至少一個部段和連接區(qū)域5的部段完全地沒有犧牲物質(zhì)。當(dāng)光刻膜或者光刻膠用作犧牲物質(zhì)時,能夠通過曝光和顯影實(shí)現(xiàn)部分移除犧牲物質(zhì)??梢詫⒓す鉄g用于其它犧牲物質(zhì)。方法步驟S2的結(jié)果在圖2c中示出。其示出在X-Z平面中的示意剖面圖。 完全地移除在整個接觸區(qū)域10之上的犧牲物質(zhì)16。在連接區(qū)域5的朝向半導(dǎo)體芯片7的端部之上還保留一些犧牲物質(zhì)16。在步驟S3中將傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)13施加到在接觸區(qū)域10和連接區(qū)域5之間的犧牲物質(zhì) 16上。在此,傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)13成面地施加到犧牲物質(zhì)16上。在圖1中示出用于實(shí)施方法步驟S3的兩個替選途徑,所述途徑產(chǎn)生相同的成品, 其在圖2e、3、4、5、6和7中示出。第一替選方案僅具有單個的方法步驟(圖1 :S3a)。在此,金屬傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)以成面的形式在單個的步驟中施加到犧牲物質(zhì)16的區(qū)域上并且至少施加到連接層5和接觸區(qū)域10 的區(qū)域上。這能夠通過絲網(wǎng)印刷或噴射或點(diǎn)膠或噴涂來實(shí)現(xiàn)。為了得到更大的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)寬度14,能夠?qū)⑾嗤姆椒ú襟E相繼實(shí)施兩次或多次。第二替選方案(圖1 :S3b)具有多個子步驟(圖1 :S3b. 1至S3b. 5)。在子步驟 S3b. 1中成面地施加金屬化部。金屬化部隨后覆蓋犧牲物質(zhì),以及連接區(qū)域5和接觸區(qū)域 10的至少部分。金屬化部能夠以種子層的形式通過濺射來施加。在子步驟S3b. 2中應(yīng)用光刻。通過在使用光刻掩模情況下進(jìn)行的曝光和對在此所形成的圖像進(jìn)行顯影,在種子層上構(gòu)成結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)覆蓋犧牲物質(zhì)16的部分以及連接區(qū)域5的至少一個區(qū)域和接觸區(qū)域10 的至少一個區(qū)域。結(jié)構(gòu)是連續(xù)的。在子步驟S3b. 3中電鍍增強(qiáng)該結(jié)構(gòu)。能夠多次地重復(fù)電鍍增強(qiáng)的子步驟,以便提高大多由銅組成的金屬化部的厚度。因此,換而言之,金屬化工藝在第二替選方案中為兩級的(S3b. 1和S3b. ;3),連同位于其間的光刻步驟(S3b. 2)。在接下來的子步驟S3b. 4中移除光刻膜。種子層的沒有被電鍍增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)所覆蓋的區(qū)域在子步驟 S3b. 5中完全地被刻蝕掉。
9
在圖2d中示出方法步驟S3的結(jié)果,即與根據(jù)替選方案S3a還是替選方案S!3b來實(shí)施該步驟無關(guān)。圖2d示出附接在犧牲物質(zhì)16上的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)13的示意剖面圖。傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)形狀配合地一體式成形到犧牲物質(zhì)上。傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)13將半導(dǎo)體芯片的連接區(qū)域5與接觸區(qū)域10連接。傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)13具有頭部部段13k和腳部部段13f。腳部部段13f與連接區(qū)域 5導(dǎo)電地并且機(jī)械地連接。頭部部段13k與接觸區(qū)域10導(dǎo)電地并且機(jī)械地連接。傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)13在其腳部部段13f和其頭部部段13k之間在X-Z平面中具有彎曲的形狀。彎曲的形狀能夠是S形的。該形狀通過在接觸區(qū)域10和連接區(qū)域5之間的犧牲物質(zhì)16的表面形狀來決定。傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)13是金屬或者金屬合金。在最后的步驟S4中完全地移除犧牲物質(zhì)16。根據(jù)所使用的犧牲物質(zhì)16而使用用于移除犧牲物質(zhì)16的不同的方法。在使用光刻膠或者光刻膜作為犧牲物質(zhì)16時,能夠通過剝離移除犧牲物質(zhì)。犧牲物質(zhì)還能夠通過等離子體灰化來移除。在使用環(huán)氧樹脂或者丙烯酸鹽作為犧牲物質(zhì)時,能夠通過刻蝕移除犧牲物質(zhì)16。在圖加中示出方法步驟S4的結(jié)果。圖加示出在步驟SO至S4中執(zhí)行的方法的所產(chǎn)生的成品。圖加示出完成工藝處理的光電子器件1的示意剖面圖。已經(jīng)在圖加至2(1 中描述的元件也適用于在圖2e中示出的實(shí)施例。傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)13在接觸區(qū)域10和連接區(qū)域 5之間是無支承的。在腳部部段13f和頭部部段13k之間的在縱向X中的距離在圖2e中為半導(dǎo)體芯片7的厚度12的大約2. 5倍。在沒有示出的實(shí)施例中,該距離能夠大于或者小于半導(dǎo)體芯片7的厚度12的2. 5倍。該距離最多能夠相應(yīng)于半導(dǎo)體芯片7的厚度12的五倍。傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)13在其整個延伸上具有大約均勻的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)厚度14。傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)厚度14能夠在大約5 μ m和大約60 μ m之間。尤其優(yōu)選地,傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)厚度14在大約15 μ m至大約25 μ m 的范圍中。圖3示出完成工藝處理的光電子器件1的示意三維圖。圖加至加的說明中已經(jīng)描述的元件也適用于在圖3中示出的實(shí)施例。傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)13的背離半導(dǎo)體芯片7的腳部部段13f具有在連接區(qū)域5上的空間延伸。腳部部段13f成面地構(gòu)成并且在縱向X和在橫向 Y中伸展。在當(dāng)前的實(shí)施例中,腳部部段13f僅覆蓋連接區(qū)域5的一部分。傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)13的頭部部段13k具有在半導(dǎo)體芯片7的接觸區(qū)域10上的空間延伸。頭部部段13k在縱向X和橫向Y中伸展。為了將半導(dǎo)體芯片7所發(fā)射的電磁輻射2的遮蔽保持得很低,接觸區(qū)域10 的在縱向中的伸展大約為50μπι。更小的伸展也是有利的。頭部部段13k在當(dāng)前的實(shí)施例中僅覆蓋接觸區(qū)域10的一部分。在支承體本體3的表面4和成面的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)13之間構(gòu)成體積區(qū)域15。體積區(qū)域15完全地沒有犧牲物質(zhì)16。半導(dǎo)體芯片7的側(cè)面11和表面8也完全沒有犧牲物質(zhì)16。由半導(dǎo)體芯片7所發(fā)射的電磁輻射2不必再經(jīng)過絕緣層。傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)(13)在其整個延伸上具有大約均勻的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)寬度(17)。優(yōu)選的是大約20 μ m至大約 200 μ m的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)寬度(17)。尤其優(yōu)選50μπι至150μπι之間的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)寬度(17)。圖4示出本發(fā)明的另一實(shí)施例的三維圖。圖加至加和圖3的說明中已經(jīng)描述的元件也適用于在圖4中示出的實(shí)施例。不同于第一實(shí)施例,在圖4中,腳部部段13f和頭部部段13k的空間延伸最大。腳部部段13f覆蓋整個連接區(qū)域5并且頭部部段13k覆蓋整個接觸區(qū)域10。在當(dāng)前的實(shí)施例中尤其有利的是,在橫向Y中,接觸區(qū)域10在半導(dǎo)體芯片沿橫向Y的整個延伸之上延伸。這引起相對于第一實(shí)施例而增大的載流能力。將腳部部段 13f保持在連接區(qū)域5上的和將頭部部段13k保持在接觸區(qū)域10上的附著力相對于第一實(shí)施例而變大。通過在無支承的區(qū)域中,即在腳部部段13f和頭部部段13k之間傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)13 比第一實(shí)施例大的在橫向Y中的伸展,提高了傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)13的載流能力和機(jī)械穩(wěn)定性。傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)寬度17在當(dāng)前的實(shí)施例中為在橫向Y中的半導(dǎo)體芯片7的整個延伸。在半導(dǎo)體芯片 7的為2000 μ m的典型寬度Y中,傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)寬度17于是為2000 μ m。下述實(shí)施例沒有在附圖中示出其相關(guān)于在連接區(qū)域5上的腳部部段13f的和/ 或在接觸區(qū)域10上的頭部部段13k的空間延伸和/或在圖3和圖4中示出的實(shí)施例之間的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)寬度17。圖5示出本發(fā)明的另一實(shí)施例的X-Y平面的示意俯視圖。圖加至加和圖3和4 的說明中已經(jīng)描述的元件也適用于在圖5中示出的實(shí)施例。在圖5中傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)13在X-Y平面中彎曲。S形的彎曲是尤其有利的。換而言之,在連接區(qū)域5上的腳部部段13f在橫向Y 上位于與接觸區(qū)域10上的頭部部段13k不同的位置上。頭部部段13k僅覆蓋接觸區(qū)域10 的一部分。傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)13在X-Y平面中的S形彎曲提高傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)13的穩(wěn)定性。在沒有示出的實(shí)施例中,將傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)13在X-Z平面中和在X-Y平面中的彎曲組合。圖6示出本發(fā)明的另一實(shí)施例的示意三維圖。圖加至加和圖3至5的說明中已經(jīng)描述的元件也適用于在圖6中示出的實(shí)施例。不同于在圖加、3和4中示出的實(shí)施例,支承體本體3除了連接區(qū)域5之外還具有連接層6。此外,在連接層6和半導(dǎo)體芯片7之間設(shè)有半導(dǎo)體芯片7的接觸面9。連接層6通過焊接連接或者導(dǎo)電膠與接觸面9連接。這形成半導(dǎo)體芯片7與支承體本體3的機(jī)械、電和熱連接。在沒有示出的實(shí)施例中,在半導(dǎo)體芯片 7和支承體本體3之間的連接替選地僅通過連接層6或者僅通過接觸面9來實(shí)現(xiàn)。圖7示出光電子器件的實(shí)施例的斷面的示意三維圖。圖加至加和圖3至6的說明中已經(jīng)描述的元件也適用于實(shí)施例的在圖7中示出的實(shí)施例的斷面。在圖7中示出具有其接觸區(qū)域10的半導(dǎo)體芯片7和具有其頭部部段13k的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)13的一部分。頭部部段 13k具有凹部13e。在X-Y平面中的凹部的形狀是圓形的。凹部13e的側(cè)壁13s優(yōu)選朝向半導(dǎo)體芯片7的平行于X-Y平面的表面8傾斜。該傾斜通過犧牲物質(zhì)16在接觸區(qū)域10之上的開口的形狀來控制。犧牲物質(zhì)在接觸區(qū)域與10之上的開口形狀能夠通過激光燒蝕的方法來控制并影響。通過側(cè)壁13s的傾斜實(shí)現(xiàn),在金屬化工藝中,在側(cè)壁13s之上產(chǎn)生厚度均勻的、均勻的金屬化部。這鑒于載流能力是適宜的。在沒有示出的實(shí)施例中,凹部具有橢圓的、卵形的或者長形的形狀。在圖4中示出的實(shí)施例中,頭部部段13k在接觸區(qū)域10或者半導(dǎo)體芯片7的橫向Y中的整個寬度之上延伸。凹部1 于是在頭部部段13k的整個寬度之上延伸。凹部13e的形狀因此是長形的。圖8示出本發(fā)明的另一實(shí)施例的示意三維圖。圖加至加和圖3至7的說明中已經(jīng)描述的元件也適用于在圖8中示出的實(shí)施例。不同于在圖加、3、4和6中示出的實(shí)施例,在支承體本體3上設(shè)置多個半導(dǎo)體芯片7。在該實(shí)施例中,半導(dǎo)體芯片7具有垂直的饋電部。如在實(shí)施例6中描述,半導(dǎo)體芯片7例如通過焊接連接或者導(dǎo)電膠與連接層6連接。 將連接層6設(shè)計(jì)成,使得為了建立到隨后的半導(dǎo)體芯片7的電連接,其還用作用于傳導(dǎo)結(jié)構(gòu) 13的連接區(qū)域。對于使用導(dǎo)電的支承體本體3的情況,在支承體本體3和連接區(qū)域5或者連接層6之間附接電絕緣的中間層18。由此確保,將連接區(qū)域5和相應(yīng)的連接層6空間地和電地彼此分開。絕緣的中間層18例如能夠由Si02或SiM或者多晶硅或者這些材料的組合來組成。對于使用電絕緣的支承體本體3的情況能夠取消絕緣的中間層18。通過該連接區(qū)域5與在串聯(lián)中設(shè)置在末端上的半導(dǎo)體芯片7的連接層6之間施加電壓,在實(shí)施例中示出的布置實(shí)現(xiàn)穿過多個半導(dǎo)體芯片7的電流通流。所示出的布置能夠通過任意數(shù)量的半導(dǎo)體芯片來擴(kuò)展。由此,光電子器件在高電壓中工作是可能的。支承體本體3的尺寸能夠確定為,使得半導(dǎo)體芯片7線性地設(shè)置在一排中或者以蜿蜒的形狀來設(shè)置或者以任意的其他形狀來設(shè)置。還可能的是,以并聯(lián)饋電的方式使半導(dǎo)體芯片的所示出的串聯(lián)電路工作。圖9示出本發(fā)明的另一實(shí)施例的示意三維圖。圖加至加和圖3至8的說明中已經(jīng)描述的元件也適用于在圖9中示出的實(shí)施例。不同于實(shí)施例8,在實(shí)施例9中使用分別在前側(cè)上具有兩個接觸區(qū)域10的半導(dǎo)體芯片7。對于使用導(dǎo)電的支承體本體3和使用半導(dǎo)體芯片7的非電絕緣的背側(cè)的情況,支承體本體3額外地設(shè)有電絕緣的中間層18。對于半導(dǎo)體芯片7的電絕緣的背側(cè)的情況或者對于使用電絕緣的支承體本體3的情況能夠取消絕緣的中間層18。半導(dǎo)體芯片7的具有限定極性的接觸區(qū)域10與后續(xù)的半導(dǎo)體芯片7的具有相反極性的接觸區(qū)域10經(jīng)由傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)13電連接。通過在串聯(lián)中位于起始處的連接區(qū)域5 和在串聯(lián)中設(shè)置在末端的芯片的連接區(qū)域5之間施加電壓,在實(shí)施例中示出的布置實(shí)現(xiàn)電流經(jīng)過多個半導(dǎo)體芯片7。所示出的布置能夠通過任意數(shù)量的芯片來擴(kuò)展,由此光電子器件在高電壓中工作是可能的。支承體本體3的尺寸能夠確定為,使得半導(dǎo)體芯片7或者線性地設(shè)置為一排或者以蜿蜒的形狀設(shè)置或者以任意其他的形狀來設(shè)置。還可能的是,以并聯(lián)饋電的方式使所示出的半導(dǎo)體芯片的串聯(lián)電路工作。為了闡明所基于的思想,借助一些實(shí)施例來描述光電子半導(dǎo)體器件和用于制造光電子半導(dǎo)體器件的方法。在此,實(shí)施例不限于確定的特征組合。即使一些特征和擴(kuò)展方案僅結(jié)合特殊的實(shí)施例或者單個實(shí)施例來描述,其仍能夠相應(yīng)地與其他實(shí)施例中的其他的特征組合。同樣能夠考慮,只要實(shí)現(xiàn)保持普遍的技術(shù)理論,能夠刪除或者添加在實(shí)施例中單獨(dú)地示出的特征或者特殊的擴(kuò)展方案。即使以確定的順序描述用于制造光電子半導(dǎo)體器件的方法步驟,顯然的是,使得每個在本公開中所描述的方法能夠以任意其他的、有意義的順序來執(zhí)行,其中,只要沒有偏離所描述的技術(shù)教導(dǎo)的基本思想,就還能夠刪除或者添加方法步驟。附圖標(biāo)記列表
1光電子器件
2電磁輻射
3支承體本體
4支承體本體的表面
5連接區(qū)域
6連接層
7半導(dǎo)體芯片
8半導(dǎo)體芯片的表面
9接觸面
10接觸區(qū)域
11側(cè)面
12半導(dǎo)體芯片厚度(Z方向)
13傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)
13f腳部部段
13k頭部部段
13e凹部
13s側(cè)壁
14傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)厚度<
15體積區(qū)域
16犧牲物質(zhì)
17傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)寬度<
18絕緣的中間層
X縱向
Y橫向
Z垂直于X并且垂
權(quán)利要求
1.光電子器件(1),具有: -支承體本體(3),具有一連接區(qū)域(5);-設(shè)置在所述支承體本體C3)上的半導(dǎo)體芯片(7);-施加在所述半導(dǎo)體芯片(7)的背離所述支承體本體(3)的表面(8)上的接觸區(qū)域 (10);其中所述連接區(qū)域( 與所述接觸區(qū)域(10)經(jīng)由無支承的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)(1 導(dǎo)電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電子器件,其中所述傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)(13)的背離所述半導(dǎo)體芯片(7)的腳部部段(13f)具有在所述連接區(qū)域(5)上的空間延伸,和/或,所述傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)(13) 的朝向所述半導(dǎo)體芯片(7)的頭部部段(13k)具有在所述接觸區(qū)域(10)上的空間延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光電子器件,其中在所述腳部部段(13f)和所述頭部部段 (13k)之間的縱向(X)上的距離最多大約相應(yīng)于所述半導(dǎo)體芯片的厚度(12)的五倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的光電子器件,其中所述傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)(13)在其腳部部段 (13f)和其頭部部段(13k)之間具有彎曲的形狀。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的光電子器件,其中所述傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)(13)具有金屬或者^^ I^l 口 ^^ ο
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的光電子器件,其中所述傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)(13)在其整個延伸上具有大約均勻均勻的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)厚度(14)。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的光電子器件,其中所述傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)(13)在其整個延伸上具有大約均勻的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)寬度(17)并且其中所述傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)(13)具有如下寬度(17),所述寬度從大約20 μ m量級直至所述半導(dǎo)體芯片(7)在橫向(Y)上的整個延伸。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的光電子器件,其中所述支承體本體C3)具有連接層 (6),和/或,其中在所述連接層(6)和所述半導(dǎo)體芯片(7)之間設(shè)有接觸面(9)。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的光電子器件,其中在所述半導(dǎo)體芯片(7)的所述表面(8)上設(shè)有第二接觸區(qū)域(10),所述第二接觸區(qū)域借助于第二傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)(13)電連接到另一半導(dǎo)體芯片(7)的接觸區(qū)域(10)或者電連接到連接區(qū)域(5)。
10.用于制造光電子器件(1)的方法,所述光電子器件具有 -支承體本體(3),具有一連接區(qū)域(5);-設(shè)置在所述支承體本體C3)上的半導(dǎo)體芯片(7);-施加在所述半導(dǎo)體芯片(7)的背離所述支承體本體(3)的表面(8)上的接觸區(qū)域 (10);所述方法具有下述方法步驟-將犧牲物質(zhì)(16)施加到所述光電子器件(1)上;-移除在所述接觸區(qū)域(10)之上和在所述連接區(qū)域( 之上的所述犧牲物質(zhì)(16); -在所述接觸區(qū)域(10)和所述連接區(qū)域(5)之間施加傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)(13); -移除所述犧牲物質(zhì)(16),使得在所述接觸區(qū)域(10)和所述連接區(qū)域( 之間的所述傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)(13)是無支承的。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法,其中在所述接觸區(qū)域(10)和所述連接區(qū)域( 之間的所述傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)(13)的所述施加通過成面地施加金屬化部(16)來實(shí)現(xiàn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法,其中成面地施加所述金屬化部結(jié)構(gòu)化地通過如下方式來進(jìn)行-絲網(wǎng)印刷,或 -噴射,或 -點(diǎn)膠,或 -噴涂。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法,其中將成面地施加的所述金屬化部結(jié)構(gòu)化為使得將在所述接觸區(qū)域(10)和所述連接區(qū)域(5)之間的所述傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)(1 保留。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法,其中所述將所述金屬化部結(jié)構(gòu)化具有下述方法步驟-光刻 -電鍍增強(qiáng) -移除光刻膜 -刻蝕掉種子層。
15.根據(jù)權(quán)利要求10至14之一所述的方法,其中所述移除所述犧牲物質(zhì)(16)通過下述方法進(jìn)行-剝離,或 -刻蝕,或 -等離子體灰化。
全文摘要
一種光電子器件,具有帶有連接區(qū)域(5)的支承體本體(3)。在支承體本體(3)上設(shè)有半導(dǎo)體芯片(7)。在半導(dǎo)體芯片(7)的背離支承體本體(3)的表面(8)上施加接觸區(qū)域(10)。連接區(qū)域(5)經(jīng)由無支承的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)(13)與接觸區(qū)域(10)導(dǎo)電連接。描述了一種用于制造光電子器件的方法。
文檔編號H01L33/62GK102598327SQ201080049249
公開日2012年7月18日 申請日期2010年10月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月28日
發(fā)明者卡爾·魏德納, 拉爾夫·維爾特, 沃爾特·韋格萊特, 諾貝特·斯塔特, 貝恩德·巴克曼, 阿克塞爾·卡爾滕巴赫爾 申請人:歐司朗光電半導(dǎo)體有限公司