專利名稱：具有保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)的薄膜半導(dǎo)體器件和用于制造薄膜半導(dǎo)體器件的方法
具有保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)的薄膜半導(dǎo)體器件和用于制造薄膜半導(dǎo)體器件的方法本發(fā)明申請(qǐng)涉及一種具有設(shè)置用于產(chǎn)生輻射的有源區(qū)域的薄膜半導(dǎo)體器件，其具有保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)。在光電子半導(dǎo)體器件中，例如發(fā)光二極管半導(dǎo)體芯片中，常常存在的危險(xiǎn)是由于靜電放電(electrostatic discharge, ESD)損害甚至損毀光電子半導(dǎo)體器件。為了避免這類損害可以將保護(hù)二極管與產(chǎn)生輻射的二極管電并聯(lián)，其中保護(hù)二極管和產(chǎn)生輻射的二極管的正向彼此反平行地確定方向。
由于所述連接，當(dāng)在產(chǎn)生輻射的二極管的反向上施加電壓時(shí)，電流流過保護(hù)二極管。由于所述流過保護(hù)二極管的電流，使確定發(fā)射輻射的二極管結(jié)構(gòu)在反向上的電學(xué)特性變得困難。特別是其導(dǎo)致難以確定極性，即產(chǎn)生輻射的二極管的正向。待實(shí)現(xiàn)的目的是給出一種半導(dǎo)體器件，其對(duì)于ESD損害進(jìn)行保護(hù)，并且其中能夠以簡(jiǎn)單的方式確定產(chǎn)生輻射的二極管的極性。此外，應(yīng)當(dāng)給出一種方法，借助所述方法能夠簡(jiǎn)化地實(shí)現(xiàn)所述半導(dǎo)體器件。所述目的通過獨(dú)立權(quán)利要求的主題來實(shí)現(xiàn)。擴(kuò)展方案和改進(jìn)方案是從屬權(quán)利要求的主題。根據(jù)實(shí)施形式，薄膜半導(dǎo)體器件具有支承體和帶有半導(dǎo)體層序列的半導(dǎo)體本體。半導(dǎo)體層序列包括設(shè)置用于產(chǎn)生輻射的有源區(qū)域。半導(dǎo)體本體能夠借助第一接觸部和第二接觸部從外部電連接。支承體具有與半導(dǎo)體本體電并聯(lián)的保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)。保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)具有第一二極管和第二二極管。第一二極管和第二二極管就其正向而言彼此相反地電串聯(lián)。借助保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)保護(hù)半導(dǎo)體本體不受靜電放電。例如由于靜電充電而產(chǎn)生的、相對(duì)于有源區(qū)域的正向來在反向上施加的電壓能夠通過保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)耗盡。因此避免了半導(dǎo)體本體的損害。在本申請(qǐng)的范圍內(nèi)，薄膜半導(dǎo)體器件特別是理解為一種半導(dǎo)體器件，其中將用于半導(dǎo)體本體的半導(dǎo)體層序列的生長(zhǎng)襯底完全地或至少局部地移除或變薄。特別是可以實(shí)現(xiàn)為薄膜發(fā)光二極管半導(dǎo)體芯片的薄膜半導(dǎo)體器件的特征尤其在于以下至少之一-在半導(dǎo)體本體的朝向支承元件、例如支承體的第一主面上施加有反射層或者構(gòu)成有例如作為集成在半導(dǎo)體層序列中的布喇格鏡的反射層，所述半導(dǎo)體本體包括具有有源區(qū)域的半導(dǎo)體層序列，特別是外延層序列，所述反射層將在半導(dǎo)體層序列中產(chǎn)生的輻射的至少一部分反射回所述半導(dǎo)體層序列中；-半導(dǎo)體層序列具有在20μ m或更小的范圍內(nèi)、特別是在10 μ m的范圍內(nèi)的厚度；和/或-半導(dǎo)體層序列包括至少一個(gè)帶有具有混勻結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)面的半導(dǎo)體層，所述混勻結(jié)構(gòu)在理想情況下引起在半導(dǎo)體層序列中近似遍歷的光分布，這就是說所述混合結(jié)構(gòu)具有盡可能遍歷地隨機(jī)的散射特性。
薄膜發(fā)光二極管芯片的基本原理例如在I. Schnitzer等,Appl. Phys. Lett.(應(yīng)用物理學(xué)快報(bào))63 (16)，1993年10月18日，第2174 - 2176頁中說明那樣，其公開內(nèi)容對(duì)此通過引用結(jié)合在本發(fā)明申請(qǐng)中。支承體可以具有朝向半導(dǎo)體本體的第一主面和背離半導(dǎo)體本體的第二主面。
在優(yōu)選的擴(kuò)展方案中，保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)集成在支承體中。保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)可以特別是完全地在支承體的第一主面和第二主面之間構(gòu)成。因此，具有集成的保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)的支承體的兩個(gè)主面可以構(gòu)成為平的。由此，簡(jiǎn)化了半導(dǎo)體本體在支承體上的固定。在另一優(yōu)選的擴(kuò)展方案中，保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)至少當(dāng)在半導(dǎo)體本體的反向上施加電壓時(shí)，具有符合反向上的齊納二極管的電流電壓特性。特別是不僅第一二極管而且還有第二二極管可以按照齊納二極管實(shí)現(xiàn)。換言之，保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)的電流電壓特性在有源區(qū)域的反向上具有閾值。當(dāng)電壓在量上小于所述閾值時(shí)，沒有或至少基本上沒有電流通過保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)。所述閾值優(yōu)選為至少IV，特別優(yōu)選至少2V。進(jìn)一步優(yōu)選的是在量上大于有源區(qū)域的發(fā)光閾值的閾值。發(fā)光閾值在此理解為從其起半導(dǎo)體本體示出可測(cè)量的輻射發(fā)射的電壓值。換言之，所述閾值優(yōu)選至少大至使得半導(dǎo)體器件在量上與閾值相符并且在半導(dǎo)體本體的正向上施加的電壓下發(fā)射輻射。因此，當(dāng)施加在量上小于閾值的測(cè)試電壓時(shí)，盡管將保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)集成，但是薄膜半導(dǎo)體器件就有源區(qū)域而言在正向上具有比在反向上大的電流。因此，可以簡(jiǎn)單地確定薄膜半導(dǎo)體器件的極性。此外，半導(dǎo)體本體的有源區(qū)域的電學(xué)特性可以借助在反向上施加的測(cè)試電壓來檢驗(yàn)。換言之，保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成為使得薄膜半導(dǎo)體器件在施加測(cè)試電壓時(shí)如常規(guī)的不具有集成的保護(hù)二極管的半導(dǎo)體器件一樣表現(xiàn)。而當(dāng)電壓在量上大于閾值時(shí)，保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)只表現(xiàn)出相對(duì)小的阻抗，使得當(dāng)在反向上施加在量上大至其能夠造成半導(dǎo)體器件的損害的電壓時(shí)，電流可以流過保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)。在優(yōu)選的擴(kuò)展方案中，第一接觸部借助第一接觸層形成，其中第一接觸層鄰接支承體的第一子區(qū)域。進(jìn)一步優(yōu)選的是第二接觸部借助第二接觸層形成，其中第二接觸層鄰接支承體的第二子區(qū)域。于是，不僅第一接觸部而且還有第二接觸部可以分別與支承體的子區(qū)域?qū)щ娺B接。所述導(dǎo)電連接中的至少一個(gè)、優(yōu)選兩個(gè)導(dǎo)電連接都具有優(yōu)選符合歐姆定律的或至少近似符合歐姆定律的電流電壓特性，即電壓與電流之間的線性關(guān)系。優(yōu)選地，支承體以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)。半導(dǎo)體材料特別適用于構(gòu)成齊納二極管。硅尤其基于其在電子學(xué)中的廣泛使用和比較低廉并且大范圍的可用性而是合適的。支承體的第一子區(qū)域和第二子區(qū)域優(yōu)選具有第一導(dǎo)電類型。因此，第一子區(qū)域和第二子區(qū)域就導(dǎo)電類型而言類型相同地構(gòu)成。此外，優(yōu)選的是在第一子區(qū)域和第二子區(qū)域中構(gòu)成支承體的另一子區(qū)域，所述另一子區(qū)域具有與第一和第二子區(qū)域的第一導(dǎo)電類型不同的第二導(dǎo)電類型。例如，第一子區(qū)域和第二子區(qū)域可以構(gòu)成為η導(dǎo)電的，而支承體的所述另外的區(qū)域可以構(gòu)成為P導(dǎo)電的，使得形成ηρη結(jié)構(gòu)。可替代地，支承體也可以就導(dǎo)電類型而言逆轉(zhuǎn)地實(shí)現(xiàn)，使得相應(yīng)地得到Pnp結(jié)構(gòu)。第一子區(qū)域和所述另外區(qū)域之間的過渡部可以形成保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)的第一二極管，并且第二子區(qū)域和所述另外區(qū)域之間的過渡部可以形成保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)的第二二極管。在優(yōu)選的擴(kuò)展方案中，第一接觸層和/或第二接觸層借助絕緣層與支承體的所述另外區(qū)域電分離。第一接觸層和第二接觸層因此只在支承體的第一子區(qū)域或者在第二子區(qū)域中與支承體鄰接。特別是絕緣層可以具有第一開口和第二開口，所述第一開口和第二開口在半導(dǎo)體器件的俯視圖中與第一子區(qū)域或者第二子區(qū)域交疊。在優(yōu)選的改進(jìn)方案中，第一子區(qū)域至少局部地圍繞第二子區(qū)域。換言之，第一子區(qū)域?qū)崿F(xiàn)為框架形的，并且至少局部地圍繞第二子區(qū)域。在優(yōu)選的擴(kuò)展方案中，半導(dǎo)體本體在橫向上，即在沿著半導(dǎo)體本體的半導(dǎo)體層的主延伸平面延伸的方向上，劃分為多個(gè)部段。在制造過程中，這些部段可以從半導(dǎo)體本體的共同的半導(dǎo)體層序列中產(chǎn)生。在擴(kuò)展方案變形中，半導(dǎo)體本體的部段至少部分地可以彼此獨(dú)立地從外部電接觸。特別是彼此獨(dú)立地可從外部電接觸的部段能夠分別與至少一個(gè)、特別是分開的保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)。相應(yīng)地，半導(dǎo)體本體具有多個(gè)部段，所述部段分別對(duì)于ESD損害進(jìn)行保護(hù)。在可替代的擴(kuò)展方案變形中，半導(dǎo)體本體的部段至少部分地彼此電串聯(lián)。在這種情況下彼此串聯(lián)連接的部段具有共同的保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)，所述保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)與所述串聯(lián)的部段電并聯(lián)?？梢栽趯挿秶凶杂蛇x擇接觸部的布置，通過這些接觸部，在半導(dǎo)體器件工作時(shí)載流子從不同的側(cè)注入到半導(dǎo)體本體的有源區(qū)域中，并且可以在那里在發(fā)射輻射的情況下 復(fù)合。所述接觸部中的至少一個(gè)可以設(shè)置在支承體的背離半導(dǎo)體本體的側(cè)上。半導(dǎo)體本體可以在這種情況下通過在支承體中的至少一個(gè)穿通部與接觸部導(dǎo)電連接?？商娲鼗蝾~外地可以將接觸部中的至少一個(gè)設(shè)置在支承體的朝向半導(dǎo)體本體的側(cè)上。特別是兩個(gè)接觸部都可以設(shè)置在支承體的朝向半導(dǎo)體本體的側(cè)上。因此，半導(dǎo)體器件可以前側(cè)地接觸，其中前側(cè)特別是可以理解為如下側(cè)，大部分在有源區(qū)域中產(chǎn)生輻射從所述側(cè)出射。在用于制造多個(gè)半導(dǎo)體器件的方法中，根據(jù)實(shí)施形式，具有設(shè)置用于產(chǎn)生輻射的有源區(qū)域的半導(dǎo)體層序列沉積在生長(zhǎng)襯底上。多個(gè)半導(dǎo)體本體由半導(dǎo)體層序列構(gòu)成。將生長(zhǎng)襯底至少局部地移除。提供一種具有多個(gè)保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)的支承體復(fù)合結(jié)構(gòu)。將多個(gè)半導(dǎo)體本體相對(duì)于支承體復(fù)合結(jié)構(gòu)定位，使得每個(gè)保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)與至少一個(gè)半導(dǎo)體本體相關(guān)聯(lián)。建立半導(dǎo)體本體與保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電連接。制成多個(gè)半導(dǎo)體器件，其中對(duì)于每個(gè)半導(dǎo)體器件均從支承體復(fù)合結(jié)構(gòu)中形成支承體。在此，方法步驟不必以上述列舉的順序?qū)嵤Ｒ虼?，在將半?dǎo)體本體固定在各相應(yīng)關(guān)聯(lián)的支承體上之前，保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)已經(jīng)可以在支承體中構(gòu)成。因此，借助半導(dǎo)體本體與相應(yīng)的支承體的連接已經(jīng)建立了與相應(yīng)的保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)的電連接，使得在制造時(shí)提早地、特別是還在從支承體復(fù)合結(jié)構(gòu)中構(gòu)成半導(dǎo)體器件之前已經(jīng)保護(hù)半導(dǎo)體本體不受靜電放電造成的損害。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，在建立半導(dǎo)體本體與保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電連接之后，實(shí)現(xiàn)了將生長(zhǎng)襯底至少局部的移除。因此，可以將生長(zhǎng)襯底用于機(jī)械穩(wěn)定半導(dǎo)體本體，直到將半導(dǎo)體本體固定在支承體復(fù)合結(jié)構(gòu)上。在固定之后，不再需要機(jī)械穩(wěn)定半導(dǎo)體本體，使得可以將生長(zhǎng)襯底移除。然而與之不同地，生長(zhǎng)襯底也可以在建立半導(dǎo)體本體與保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電連接之前實(shí)現(xiàn)。描述的方法特別適用于制造如上述描述所實(shí)現(xiàn)的半導(dǎo)體器件。因此，結(jié)合半導(dǎo)體器件來提及的特征也可以考慮用于所述方法，并且反之亦然。其他的特征、擴(kuò)展方案和適宜性由下面的實(shí)施例的描述結(jié)合附圖
得到。
附圖示出圖IA和IB以示意性的剖面圖示出半導(dǎo)體器件的第一實(shí)施例，圖2A和2B以示意性的俯視圖(圖2B)以及相關(guān)的剖面圖(圖2A)示出半導(dǎo)體器件的第二實(shí)施例，圖3以與常規(guī)器件相比較的方式示出根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的電流電壓特征，圖4以示意性剖面圖示出半導(dǎo)體器件的第三實(shí)施例，圖5以示意性剖面圖示出半導(dǎo)體器件的第四實(shí)施例，圖6以示意性剖面圖示出半導(dǎo)體器件的第五實(shí)施例，圖7A至7C示出借助分別在示意性剖面圖中示出的中間層制造半導(dǎo)體器件的方法的實(shí)施例。相同的、同類的或同作用的元件在附圖中設(shè)有相同的附圖標(biāo)記。附圖分別是示意性圖示，并且因此不必符合比例。更確切地說，為了清楚性，可以夸大地示出比較小的元件和特別是層厚度。圖IA示出半導(dǎo)體器件I的第一實(shí)施例，所述半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)為薄膜LED半導(dǎo)體芯片。半導(dǎo)體器件I具有帶有半導(dǎo)體層序列的半導(dǎo)體本體2，所述半導(dǎo)體層序列形成半導(dǎo)體本體。半導(dǎo)體層序列的生長(zhǎng)襯底被完全移除。半導(dǎo)體層序列包括有源區(qū)域20，所述有源區(qū)域設(shè)置在第一半導(dǎo)體層21和第二半導(dǎo)體層22之間。第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層就其導(dǎo)電類型而言適宜地彼此不同，使得這些半導(dǎo)體層構(gòu)成二極管結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體本體2設(shè)置在支承體5上，并且與其機(jī)械穩(wěn)定地連接。所述連接借助連接層4實(shí)現(xiàn)，所述連接層4設(shè)置在支承體5的朝向半導(dǎo)體本體2的第一主面501和半導(dǎo)體本體2之間。作為連接層適合的是例如焊接層或尤其導(dǎo)電的粘合層。支承體5具有第一子區(qū)域51和第二子區(qū)域52，所述第一子區(qū)域和第二子區(qū)域分別具有相同的導(dǎo)電類型。例如，子區(qū)域可以分別構(gòu)成為η導(dǎo)電的。此外，支承體5包括另一區(qū)域53，所述區(qū)域在第一子區(qū)域和第二子區(qū)域之間延伸，并且具有與第一導(dǎo)電類型不同的第二導(dǎo)電類型。因此，在第一子區(qū)域51和另一區(qū)域53之間以及在第二子區(qū)域52和另一區(qū)域53之間分別形成ρη結(jié)。由此形成的第一二極管71和第二二極管72形成保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)7，在所述保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)中第一二極管和第二二極管就其正向而言彼此相反地電串聯(lián)。此夕卜，半導(dǎo)體器件包括第一接觸部31和第二接觸部32，所述接觸部分別設(shè)置為用于從外部電接觸半導(dǎo)體器件I。在示出的實(shí)施例中第一接觸部和第二接觸部分別構(gòu)成在支承體的背離半導(dǎo)體本體2的第二主面502上。因此，半導(dǎo)體器件可以從背離半導(dǎo)體器件的輻射出射面10的側(cè)起來電接觸。第一接觸部31和第二接觸部32分別借助第一接觸層310或者第二接觸層320形成。接觸層310鄰接支承體5的第一子區(qū)域51。此外，第二接觸部32的第二接觸層320鄰接支承體的第二子區(qū)域52。第一子區(qū)域51和第二子區(qū)域52可以也構(gòu)成為使得第一子區(qū)域圍繞、特別是完全地圍繞第二子區(qū)域(未明確地示出)。半導(dǎo)體本體具有凹部25，所述凹部從半導(dǎo)體本體的朝向支承體5的側(cè)起延伸穿過有源區(qū)域20。、
僅為了簡(jiǎn)化的示出，半導(dǎo)體本體2僅具有一個(gè)凹部25。凹部的數(shù)量越多，則載流子可以在橫向上經(jīng)由第一半導(dǎo)體層21更均勻地注入到有源區(qū)域中，使得輻射可以比較均質(zhì)地從輻射出射面10出射。在凹部25中構(gòu)成第一連接層311，經(jīng)由所述第一連接層第一半導(dǎo)體層21與第一接觸部31導(dǎo)電連接。此外，凹部25中的第一接觸層311借助另一絕緣層65與有源區(qū)域20和第二半導(dǎo)體層22電絕緣，為了避免電短路。在半導(dǎo)體本體2的朝向支承體5的側(cè)上，第二半導(dǎo)體層22具有第二連接層321，經(jīng)由所述第二連接層，第二半導(dǎo)體層22與第二接觸部32導(dǎo)電連接。第一連接層和/或第二連接層優(yōu)選包括金屬或由金屬組成，例如Ag、Rh、Ti、Pt、Pd、Au或Al,或者包括具有上述金屬中至少一種的金屬合金。所述金屬還可以應(yīng)用于接觸層310和/或第二接觸層320。半導(dǎo)體本體2、特別是有源區(qū)域20，優(yōu)選具有III-V族半導(dǎo)體材料。III-V族半導(dǎo)體材料特別適于在紫外光譜范圍(InxGayAlnyN)經(jīng)過可見光譜范圍(特別是用于藍(lán)色至綠色的輻射為InxGayAl^N,或特別是用于黃色至紅色的輻射為InxGayAU)直至紅外光譜范圍(InxGayAlnyAs)中的輻射產(chǎn)生。在此分別適用O < x彡I、O彡y彡I和x+y ( 1，特別是其中x關(guān)l、y關(guān)l、x關(guān)O和/或y關(guān)O。借助III-V族半導(dǎo)體材料、特別是來自所述材料系的半導(dǎo)體材料，可以在產(chǎn)生輻射時(shí)進(jìn)一步獲得高的內(nèi)部量子效率。支承體5優(yōu)選包括半導(dǎo)體材料或由半導(dǎo)體材料組成。硅特別適于用作支承體材料，特別是由于設(shè)立的硅工藝和比較低廉的可用性。然而也可以應(yīng)用其他的半導(dǎo)體材料，例如 Ge 或 GaAs。此外，支承體5具有穿通部55，所述穿通部從支承體的第一主面501延伸至與第一主面相對(duì)置的第二主面502。經(jīng)由所述穿通部，可以從支承體的背離半導(dǎo)體本體的側(cè)電接觸半導(dǎo)體本體。在支承體的另一區(qū)域53和第一接觸層310之間以及第二接觸層320之間設(shè)置了絕緣層6。因此，第一接觸部31和第二接觸部32分別只經(jīng)由第一子區(qū)域或者第二子區(qū)域51或者52導(dǎo)電地借助歐姆連接與支承體連接。對(duì)此，絕緣層6具有開口，在所述開口中接觸層310、320鄰接支承體5。絕緣層6和/或另一絕緣層65優(yōu)選包括例如氧化硅、氧化鈦的氧化物，例如氮化硅的氮化物或者例如氮氧化硅的氮氧化合物，或由上述材料之一所組成。
在圖IB中示意性示出半導(dǎo)體器件I內(nèi)的電流路徑。在此，第一半導(dǎo)體層21例如構(gòu)成為η導(dǎo)電的，并且第二半導(dǎo)體層22相應(yīng)地構(gòu)成為P導(dǎo)電的。此外，支承體5的第一和第二子區(qū)域51或者52分別實(shí)現(xiàn)為η導(dǎo)電的，并且支承體的另一區(qū)域53實(shí)現(xiàn)為ρ導(dǎo)電的。當(dāng)在第二接觸部32相對(duì)于第一接觸部31施加正電壓時(shí)，有源區(qū)域20在正向上工作，使得載流子從不同的側(cè)經(jīng)由第一半導(dǎo)體層21和第二半導(dǎo)體層22注入到有源區(qū)域中，并且在那里在發(fā)射輻射的情況下復(fù)合。當(dāng)在反向上施加電壓時(shí)，其可以經(jīng)由保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)7耗盡。第一二極管71和第二二極管72在此分別實(shí)現(xiàn)為齊納二極管，使得當(dāng)在反向上施加電壓時(shí)，只有從一定的閾值起才有顯著的電流流過保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)。當(dāng)電壓在量上大于閾值電壓時(shí)，那么保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)只具有比較小的阻抗，使得在靜電充電的情況下，載流子可以經(jīng)由保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)耗盡，并且由此可以盡可能地避免損害半導(dǎo)體本體的危險(xiǎn)。相應(yīng)的電流電壓特征在圖3中示意性地示出，其中曲線81對(duì)于根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件示出所施加的電壓U與電流I的關(guān)系，其中電壓和電流分別以任意單位給出。與此比較，曲線82示出常規(guī)器件的電流電壓特性，其中簡(jiǎn)單的保護(hù)二極管與有源區(qū)域反并 聯(lián)。與曲線81不同，該曲線在量上比較小的負(fù)電壓下已經(jīng)具有較小的阻抗。于是，在附圖中借助箭頭83表明的測(cè)試電壓下，在常規(guī)器件中在有源區(qū)域的反向上也會(huì)有非常大的電流流過，使得不可能，或者只能非常困難地確定半導(dǎo)體器件的極性。與此不同地，在具有兩個(gè)就其正向而言彼此相反地連接的齊納二極管的保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)中，在測(cè)試電壓下會(huì)沒有或至少基本上沒有電流流過保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)，使得雖然集成有保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)，仍能夠以簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)器件極性的確定。然而，在半導(dǎo)體本體20的反向上施加的在量上很高的電壓下，保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)7的阻抗很小，使得半導(dǎo)體器件借助集成的保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)有效地對(duì)由于靜電放電造成的損害進(jìn)行保護(hù)。此外，圖3示出具有第一二極管71和第二二極管72的保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)7的等效電路圖85，其中保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)與有源區(qū)域20電并聯(lián)。半導(dǎo)體器件的第二實(shí)施例在圖2Α和2Β中用示意性俯視圖以及用沿著線ΑΑ’的示意性剖面圖示出。與第一實(shí)施例的區(qū)別是接觸部31和32分別設(shè)置在支承體5的朝向半導(dǎo)體本體2的側(cè)上。因此，支承體5可以構(gòu)成為不具有穿通部55。于是，第一接觸部31、第二接觸部32和半導(dǎo)體本體2在橫向上并排設(shè)置。當(dāng)然，接觸部之一也可以設(shè)置在支承體的朝向半導(dǎo)體本體2的側(cè)上，并且另一接觸部可以設(shè)置在支承體的背離半導(dǎo)體本體的側(cè)上，并且如結(jié)合第一實(shí)施例所描述，這些接觸部經(jīng)由穿過支承體的穿通部與半導(dǎo)體本體連接。半導(dǎo)體器件的第三實(shí)施例在圖4中以剖面圖示意性示出。與第一實(shí)施例不同，半導(dǎo)體本體2不具有凹部25。為了將第一半導(dǎo)體層21與第一接觸部31導(dǎo)電連接，第一連接層311伸展超過第一半導(dǎo)體層21的上側(cè)，并且經(jīng)由該斜坡延伸至第一接觸層310。斜坡借助平坦化層9形成，所述平坦化層將第一連接層同時(shí)與有源區(qū)域20和第二半導(dǎo)體層22電分離。平坦化層以適宜的方式實(shí)現(xiàn)為電絕緣的。例如，平坦化層包括BCB (苯并環(huán)丁烯)、二氧化硅或氮化硅之一或者由其組成。此外，半導(dǎo)體器件I具有封裝91，其特別是保護(hù)半導(dǎo)體本體2不受機(jī)械損害和/或不利的外部環(huán)境影響，例如濕氣。在圖5中以剖面圖示意性示出半導(dǎo)體元件的第四實(shí)施例，其中所述半導(dǎo)體器件基本上如結(jié)合圖I所描述那樣來實(shí)現(xiàn)。與此不同地，半導(dǎo)體本體2具有多個(gè)部段，在所述實(shí)施例中僅示例性地為的兩個(gè)部段2A和2B。在制造半導(dǎo)體器件時(shí)，所述部段來自于半導(dǎo)體本體2的共同的半導(dǎo)體層序列。例如，所述部段通過濕化學(xué)和/或干化學(xué)的刻蝕步驟彼此電分離。如結(jié)合圖I描述那樣，半導(dǎo)體本體的部段可以分別經(jīng)由第一接觸部31和第二接觸 部32從外部電接觸。這些部段可以因此彼此獨(dú)立地從外部電激勵(lì)。例如，這些部段可以矩陣形地構(gòu)成為圖像顯示裝置。部段2A和2B分別與保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)7相關(guān)聯(lián)，其如結(jié)合圖I描述那樣構(gòu)成在支承體中。因此，半導(dǎo)體本體的每個(gè)部段均單獨(dú)地借助保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)來設(shè)置，然而可以以簡(jiǎn)單方式在其反向上的電特性方面進(jìn)行檢驗(yàn)。半導(dǎo)體器件的第六實(shí)施例在圖6中以剖面圖示意性示出。所述實(shí)施例基本上符合相關(guān)圖5說明的第四實(shí)施例。與此不同的是半導(dǎo)體本體2A、2B的部段彼此串聯(lián)地電連接。此外，部段2A、2B與共同的保護(hù)二極管7相關(guān)聯(lián)。部段彼此間的串聯(lián)連接借助另一連接層34實(shí)現(xiàn)。借助所述另一連接層，形成部段2A的第一半導(dǎo)體層21穿過凹部25與半導(dǎo)體本體2的第二部段2B的第二半導(dǎo)體層22的導(dǎo)電連接。適用于所述另一連接層的特別是結(jié)合第一和第二連接層提及的材料之一。用于制造半導(dǎo)體器件的方法的實(shí)施例在圖7A至7C中借助分別以示意性剖面圖示出的中間步驟示出。在此僅示例性地對(duì)于根據(jù)結(jié)合圖IA描述的第一實(shí)施例構(gòu)成的半導(dǎo)體器件來示出制造。此外，為了簡(jiǎn)化示出而示出了僅一個(gè)半導(dǎo)體器件。顯然地，借助所述方法可以同時(shí)制造大量半導(dǎo)體器件。具有有源區(qū)域20、第一半導(dǎo)體層21和第二半導(dǎo)體層22的半導(dǎo)體層序列200沉積在生長(zhǎng)襯底上，優(yōu)選外延地，例如借助MOCVD (金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積)或MBE (分子束外延法)來沉積。從背離生長(zhǎng)襯底的側(cè)起在半導(dǎo)體層序列中構(gòu)成凹部25，所述凹部穿過有源區(qū)域20伸展到第一半導(dǎo)體層21中。這例如可以借助濕化學(xué)或干化學(xué)刻蝕實(shí)現(xiàn)。在凹部25的區(qū)域中，構(gòu)成了另一絕緣層65，其覆蓋了凹部25的側(cè)面。在另一絕緣層65上構(gòu)成第一連接層311，所述連接層與第一半導(dǎo)體層21導(dǎo)電連接。此外，在第二半導(dǎo)體層22上沉積了第二連接層321，例如借助蒸鍍或?yàn)R射。在圖7B中示出支承體復(fù)合結(jié)構(gòu)50的一部分，半導(dǎo)體芯片的支承體5從該支承體復(fù)合結(jié)構(gòu)中形成。支承體5具有穿通部55，分別穿過這些穿通部伸展有第一接觸層310和第二接觸層 320。如結(jié)合圖IA描述那樣，在支承體中構(gòu)成第一子區(qū)域51、第二子區(qū)域52和另一區(qū)域53，這些區(qū)域形成具有兩個(gè)齊納二極管的保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)7。保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)可以經(jīng)由第一接觸層310和第二接觸層320電接觸。因此，在將半導(dǎo)體本體固定在支承體上之前，保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)已經(jīng)在支承體復(fù)合結(jié)構(gòu)上構(gòu)成。
將半導(dǎo)體本體2相對(duì)于支承體定位為使得在第一接觸層310和第一連接層311之間或者第二接觸層320和第二連接層321之間可以構(gòu)成電接觸。所述連接的構(gòu)成可以借助連接層4，例如焊接層或?qū)щ姷恼澈蠈訉?shí)現(xiàn)。在將半導(dǎo)體本體2固定之后，不再需要用于機(jī)械穩(wěn)定半導(dǎo)體本體的生長(zhǎng)襯底23，并且因此可以將其移除。由于集成在支承體中的保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)，于是已經(jīng)可以在將生長(zhǎng)襯底移除期間將半導(dǎo)體本體對(duì)于ESD損害進(jìn)行保護(hù)?？商娲兀诎雽?dǎo)體本體固定在支承體5上之前，也可以移除生長(zhǎng)襯底。在所述情況下，半導(dǎo)體本體2優(yōu)選固定在輔助支承體上，可以將所述輔助支承體在半導(dǎo)體本體與支承體連接之后移除。生長(zhǎng)襯底的移除例如可以機(jī)械地，例如借助磨削、研磨或拋光，和/或化學(xué)地，例如借助濕化學(xué)或干化學(xué)刻蝕，和/或借助相干輻射、特別是激光輻射實(shí)現(xiàn)。制成如結(jié)合圖IA描述那樣實(shí)現(xiàn)的半導(dǎo)體器件在圖7C中示出。將支承體復(fù)合結(jié)構(gòu)分割成多個(gè)分別具有至少一個(gè)半導(dǎo)體本體2的支承體5可以例如機(jī)械地，例如借助分裂、刻刮或折斷和/或借助相干輻射、特別是激光輻射實(shí)現(xiàn)。于是，通過分割支承體復(fù)合結(jié)構(gòu)得到半導(dǎo)體器件，在所述半導(dǎo)體器件中已經(jīng)集成了保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)。本專利申請(qǐng)要求德國(guó)專利申請(qǐng)10 2009 053 064. 9的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容通過引
用結(jié)合于此。本發(fā)明不局限于借助所述實(shí)施例的描述。相反，本發(fā)明包括任意新的特征以及特征的任意組合，這特別是包括在權(quán)利要求中的特征的任意組合，即使所述特征或所述組合本身在權(quán)利要求中或?qū)嵤├袥]有明確的說明。
權(quán)利要求
1.薄膜半導(dǎo)體器件(1)，其具有支承體(5)和帶有半導(dǎo)體層序列的半導(dǎo)體本體(2)，所述半導(dǎo)體層序列包括設(shè)置用于產(chǎn)生輻射的有源區(qū)域(20)，其中 -所述半導(dǎo)體本體(2)能夠借助第一接觸部(31)和第二接觸部(32)從外部電接觸； -所述支承體(5)具有保護(hù)ニ極管結(jié)構(gòu)(7)，所述保護(hù)ニ極管結(jié)構(gòu)與所述半導(dǎo)體本體(2)電并聯(lián)； -所述保護(hù)ニ極管結(jié)構(gòu)(7 )具有第一ニ極管(71)和第二ニ極管(72 );并且 -所述第一ニ極管(71)和所述第二ニ極管(72)就其正向而言彼此相反地電串聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件， 其中所述保護(hù)ニ極管結(jié)構(gòu)集成到所述支承體中。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的半導(dǎo)體器件， 其中所述保護(hù)ニ極管結(jié)構(gòu)至少在所述半導(dǎo)體本體的反向上施加電壓時(shí)具有符合齊納ニ極管在反向上的電流電壓特性。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3之一所述的半導(dǎo)體器件， 其中將用于所述半導(dǎo)體本體的所述半導(dǎo)體層序列的生長(zhǎng)襯底移除。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4之一所述的半導(dǎo)體器件， 其中所述第一接觸部借助第一接觸層(310)并且所述第二接觸部借助第二接觸層(320)形成，其中所述第一接觸層鄰接所述支承體的第一子區(qū)域(51)，并且所述第二接觸層鄰接所述支承體的第二子區(qū)域(52);并且 其中所述支承體基于半導(dǎo)體材料，其中所述支承體的所述第一子區(qū)域和所述第二子區(qū)域具有第一導(dǎo)電類型，并且在所述第一子區(qū)域和所述第二子區(qū)域之間構(gòu)成所述支承體的另一區(qū)域(53)，所述另一區(qū)域具有與所述第一導(dǎo)電類型不同的第二導(dǎo)電類型。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件， 其中所述第一接觸層和所述第二接觸層借助絕緣層(6)與所述支承體的所述另一區(qū)域電分離。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的半導(dǎo)體器件， 其中所述第一子區(qū)域至少局部地圍繞所述第二子區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7之一所述的半導(dǎo)體器件， 其中所述半導(dǎo)體本體在橫向上劃分為多個(gè)部段(2A、2B)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件， 其中所述半導(dǎo)體本體的這些部段能夠至少部分彼此獨(dú)立地從外部電接觸，其中能夠彼此獨(dú)立地從外部電接觸的這些部段分別與至少ー個(gè)保護(hù)ニ極管結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的半導(dǎo)體器件， 其中所述半導(dǎo)體本體的這些部段至少部分地彼此電串聯(lián)。
11.根據(jù)權(quán)利要求I至10之一所述的半導(dǎo)體器件， 其中所述接觸部中的至少ー個(gè)設(shè)置在所述支承體的背離所述半導(dǎo)體本體的側(cè)上，其中所述半導(dǎo)體本體穿過所述支承體中的至少ー個(gè)穿通部(55)與所述接觸部導(dǎo)電連接。
12.根據(jù)權(quán)利要求I至11之一所述的半導(dǎo)體器件， 其中所述接觸部中的至少ー個(gè)設(shè)置在所述支承體的朝向所述半導(dǎo)體本體的側(cè)上。
13.用于制造多個(gè)薄膜半導(dǎo)體器件(I)的方法，其具有下述步驟a)將具有設(shè)置用于產(chǎn)生輻射的有源區(qū)域(20)的半導(dǎo)體層序列(200)沉積在生長(zhǎng)襯底(23)上； b)由所述半導(dǎo)體層序列構(gòu)成多個(gè)半導(dǎo)體本體(2); c)將所述生長(zhǎng)襯底(23)至少局部地移除； d)提供具有多個(gè)保護(hù)ニ極管結(jié)構(gòu)(7)的支承體復(fù)合結(jié)構(gòu)(50)； e)將多個(gè)所述半導(dǎo)體本體(2)相對(duì)于所述支承體復(fù)合結(jié)構(gòu)(50)定位為使得每個(gè)所述保護(hù)ニ極管結(jié)構(gòu)(7)與至少ー個(gè)半導(dǎo)體本體(2)相關(guān)聯(lián)； f)建立所述半導(dǎo)體本體(2)與所述保護(hù)ニ極管結(jié)構(gòu)(7)的導(dǎo)電連接；以及 g)制成所述多個(gè)半導(dǎo)體器件，其中對(duì)于每個(gè)半導(dǎo)體器件均從所述支承體復(fù)合結(jié)構(gòu)(50)中形成支承體(5)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法， 其中所述步驟c)在所述步驟f)之后執(zhí)行。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的方法， 其中制造根據(jù)權(quán)利要求I至12之一所述的半導(dǎo)體器件。
全文摘要
本發(fā)明提出一種薄膜半導(dǎo)體器件(1)，其具有支承體(5)和帶有半導(dǎo)體層序列的半導(dǎo)體本體(2)，所述半導(dǎo)體層序列包括設(shè)置用于產(chǎn)生輻射的有源區(qū)域(20)。半導(dǎo)體本體(2)可以借助第一接觸部(31)和第二接觸部(32)從外部接觸。支承體(5)具有與半導(dǎo)體本體(2)電并聯(lián)的保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)(7)。保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)(7)具有第一二極管(71)和第二二極管(72)。第一二極管(71)和第二二極管(72)就其正向而言彼此相反地電串聯(lián)。此外，提出了一種用于制造薄膜半導(dǎo)體器件的方法。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102687271SQ201080051515
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2010年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月13日
發(fā)明者曼弗雷德·朔伊貝克, 西格弗里德·赫爾曼 申請(qǐng)人:歐司朗光電半導(dǎo)體有限公司