TAEGER SEBASTIAN (DE)
GALLMEIER HANS-CHRISTOPH (DE)
LINDBERG GUDRUN (DE)
HARTAUER STEFAN (DE)
WO1998050945A2 | 1998-11-12 |
US6576488B2 | 2003-06-10 | |||
US20090014736A1 | 2009-01-15 | |||
US20080179611A1 | 2008-07-31 | |||
DE102007042642A1 | 2009-03-12 | |||
DE102006024165A1 | 2007-11-29 | |||
DE102012105691A | 2012-06-28 |
Patentansprüche 1. Verfahren zur Fixierung einer matrixfreien elektrophoretisch abgeschiedenen Schicht auf einem Halbleiterchip (2) aufweisend die folgenden Schritte: - Bereitstellen eines Halbleiterwafers (1), wobei der Halbleiterwafer (1) ein Trägersubstrat (5) und wenigstens einen Halbleiterchip (2) aufweist, wobei der Halbleiterchip (2) eine aktive Zone zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung aufweist, und wobei an einer dem Trägersubstrat (5) abgewandten Oberfläche (4) des Halbleiterchips (2) wenigstens ein Kontaktbereich (3) ausgebildet ist, - elektrophoretisches Abscheiden eines Materials (7) auf der dem Trägersubstrat (5) abgewandten Oberfläche (4) des Halbleiterchips (2) zur Ausbildung der elektrophoretisch abgeschiedenen Schicht, wobei ein Abscheiden des Materials (7) auf dem wenigstens einen Kontaktbereich (3) verhindert wird, - Aufbringen eines anorganischen Matrixmaterials (8) auf wenigstens einen Teilbereich einer dem Trägersubstrat (5) abgewandten Oberfläche des Halbleiterwafers (1) zur Fixierung des Materials (7) auf dem Halbleiterchip (2) . 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Aufbringen des Matrixmaterials (8) durch Auslösen wenigstens einer chemischen Reaktion in zumindest dem Teilbereich der dem Trägersubstrat (5) abgewandten Oberfläche des Halbleiterwafers (1) erfolgt. 3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei bei der chemischen Reaktion eine Metalloxid Schicht zumindest auf dem Teilbereich der dem Trägersubstrat (5) abgewandten Oberfläche des Halbleiterwafers (1) als Matrixmaterial (8) ausgebildet wird. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Metalloxid Schicht in einem plasmaunterstützten Gasphasenabscheidungsprozess aufgebracht wird, und wobei ein Tetraethylorthosilikat als Ausgangsmaterial zur Verfügung gestellt wird, um die Metalloxid Schicht auf zumindest dem Teilbereich der dem Trägersubstrat (5) abgewandten Oberfläche des Halbleiterwafers (1) abzuscheiden . Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, aufweisend die weiteren Schritte: - Bonden des wenigstens einen Halbleiterchips (2) durch die Metalloxid Schicht hindurch auf den Kontaktbereich (3) , - Vereinzeln des Halbleiterwafers (1). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Matrixmaterial (8) in einem Atomlagenabscheidungprozess auf zumindest dem Teilbereich der dem Trägersubstrat (5) abgewandten Oberfläche des Halbleiterwafers (1) abgeschieden wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 6, aufweisend die weiteren Schritte: - Abtragen des Matrixmaterials (8) zumindest im Bereich des wenigstens einen Kontaktbereichs (3) , - Bonden des wenigstens einen Halbleiterchips (2), - Vereinzeln des Halbleiterwafers (1). 8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Abtragen des Matrixmaterials (8) im Bereich des wenigstens einen Kontaktbereichs (3) durch reaktives Sputtern, durch einen Plasmaprozess , oder durch ein anisotropes Strukturierungsverfahren erfolgt. 9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Matrixmaterial (8) durch ein Aufschleudern oder ein Aufsprühen auf zumindest dem Teilbereich der dem Trägersubstrat (5) abgewandten Oberfläche des Halbleiterwafers (1) aufgebracht wird. 10. Verfahren nach Anspruch 9, aufweisend die weiteren Schritte : - Entfernen des Matrixmaterials (8) zumindest im Bereich des wenigstens einen Kontaktbereichs (3) , - Härten des auf der dem Trägersubstrat (5) abgewandten Oberfläche des Halbleiterwafers (1) verbliebenen Matrixmaterials (8), - Vereinzeln des Halbleiterwafers (1) . 11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Entfernen des Matrixmaterials (8) im Bereich des wenigstens einen Kontaktbereichs (3) durch nasschemisches Ätzen erfolgt. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Matrixmaterial (8) ein Spin-On-Glas oder ein Spin-On-Silicone aufweist. 13. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Material (7) der elektrophoretischen Schicht Partikel eines Leuchtstoffs oder Partikel eines reflektierenden Materials aufweist. 14. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Matrixmaterial (8) auf einer dem Halbleiterchip (2) abgewandten Oberfläche des elektrophoretisch abgeschiedenen Materials (7) abgetragen wird, so dass die Oberfläche frei von Matrixmaterial (8) ist. 15. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der Kontaktbereich (3) während des elektrophoretischen Abscheidens potentialfrei gehalten wird. 16. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement (1), aufweisend : - ein Trägersubstrat (5) , - wenigstens einen Halbleiterchip (2), wobei der Halbleiterchip (2) eine aktive Zone zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung aufweist, wobei der Halbleiterchip (2) auf dem Trägersubstrat (5) angeordnet ist, und wobei an einer dem Trägersubstrat (5) abgewandten Oberfläche (4) des Halbleiterchips (2) wenigstens einen Kontaktbereich (3) ausgebildet ist, - ein elektrophoretisch abgeschiedenes Material (7), wobei das Material (7) auf der dem Trägersubstrat (5) abgewandten Oberfläche (4) des Halbleiterchips (2) mit Ausnahme der Kontaktstelle (3) angeordnet ist, und - ein Matrixmaterial (8), das stellenweise an das elektrophoretisch abgeschiedene Material (7) grenzt, wobei eine dem Halbleiterchip (2) abgewandte Oberfläche des elektrophoretisch abgeschiedenen Materials (7) frei von Matrixmaterial (8) ist, und wobei die dem Halbleiterchip (2) abgewandte Oberfläche des elektrophoretisch abgeschiedenen Materials (7) Spuren eines Abtrageprozesses zur Abtragung des Matrixmaterials (8) aufweist. |
VERFAHREN ZUR FIXIERUNG EINER MATRIXFREIEN ELEKTROPHORETISCH ABGESCHIEDENEN SCHICHT AUF EINEM HALBLEITERCHIP FÜR DIE HERSTELLUNG EINES STRAHLUNGSEMITTIERENDEN HALBLEITERBAUELEMENTS UND STRAHLUNGSEMITTIERENDES HALBLEITERBAUELEMENT
Es wird ein Verfahren zur Fixierung einer matrixfreien elektrophoretisch abgeschiedenen Schicht auf einem
Halbleiterchip angegeben. Darüber hinaus wird ein
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement angegeben.
Es ist eine zu lösende Aufgabe der vorliegenden Anmeldung ein effektives Verfahren zur Fixierung einer matrixfreien
elektrophoretisch abgeschiedenen Schicht auf einem
Halbleiterchip anzugeben. Ferner ist es eine zu lösende
Aufgabe der vorliegenden Anmeldung ein
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement anzugeben, das besonders stabil und effizient ist. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch das Strahlungsemittierende
Halbleiterbauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst . Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur mechanischen
Stabilisierung bzw. Fixierung einer elektrophoretisch
abgeschiedenen Schicht, kurz elektrophoretischen Schicht, beschrieben. Die elektrophoretische Schicht wird dabei auf zumindest einem Halbleiterchip mechanisch stabilisiert bzw. fixiert. Mit Hilfe des im Folgenden beschriebenen Verfahrens wird ferner ein Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement hergestellt . Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
In einem ersten Schritt wird ein Halbleiterwafer
bereitgestellt. Der Halbleiterwafer weist wenigstens einen Halbleiterchip auf. Vorzugsweise weist der Halbleiterwafer eine Vielzahl von Halbleiterchips, beispielsweise wenigstens fünf oder wenigstens zehn Halbleiterchips, auf. Der
Halbleiterwafer kann beispielsweise bis zu 200000
Halbleiterchips aufweisen.
Bei dem jeweiligen Halbleiterchip handelt es sich
vorzugsweise um einen auf einem III-V-Halbleitermaterial basierenden Halbleiterchip. Vorzugsweise ist der
Halbleiterchip ein Leuchtdioden (LED) Chip. Der
Halbleiterchip ist zur Abstrahlung elektromagnetischer
Strahlung, insbesondere von Licht geeignet. Der
Halbleiterchip strahlt vorzugsweise farbiges Licht ab. Der Halbleiterchip kann aber auch ultraviolette (UV) Strahlung abstrahlen. Der Halbleiterchip weist eine aktive Zone zur Erzeugung der elektromagnetischen Strahlung auf.
Es können alle Halbleiterchips baugleich sein. Alternativ ist es möglich, dass verschiedenartige, insbesondere auf
verschiedenen Halbleitermaterialien basierende
Halbleiterchips bereitgestellt werden, die bevorzugt zur
Emission in verschiedenen Spektralbereichen ausgebildet sind. Bei dem Halbleiterwafer handelt es sich dann um einen
sogenannten Kunstwafer, bei dem vorsortierte Halbleiterchips auf ein Trägersubstrat aufgebracht sind.
Der Halbleiterwafer weist ferner ein Trägersubstrat auf. Der Halbleiterchip bzw. die Vielzahl von Halbleiterchips sind auf dem Trägersubstrat angeordnet. Das Trägersubstrat dient zur mechanischen Stabilisierung der Halbleiterchips. Bei dem Trägersubstrat kann es sich um eine Aufwachssubstrat für die Schichten der Halbleiterchips handeln Das Trägersubstrat weist dann beispielsweise Silizium oder Saphir auf.
Insbesondere im Falle eines Kunstwafers kann das
Trägersubstrat auch Materialien wie Glas, Kunststoff oder Metall umfassen.
Das Trägersubstrat weist vorzugsweise Trenngräben oder
Sägegräben auf. Die Trenngräben sind auf einer den
Halbleiterchips zugewandten Oberfläche des Trägersubstrats angeordnet. Die Trenngräben stellen Vertiefungen bzw.
Einfurchungen in der Oberfläche des Trägersubstrats dar. Die einzelnen Halbleiterchips sind durch die Trenngräben räumlich voneinander separiert. Die Trenngräben dienen dazu den
Halbleiterwafer in einem späteren Verfahrensschritt zu vereinzeln zur Herstellung von einzelnen
Strahlungsemittierenden Bauelementen . Der jeweilige Halbleiterchip weist wenigstens eine
Kontaktstelle, zum Beispiel ein so genanntes Bondpad auf. Die Kontaktstelle dient zur elektrischen Kontaktierung des
Halbleiterchips. Die Kontaktstelle ist an einer dem
Trägersubstrat abgewandten Oberfläche des Halbleiterchips, insbesondere in einem Teilbereich dieser Oberfläche,
ausgebildet. Über die Kontaktstelle kann der Halbleiterchip zum Beispiel mittels eines Kontaktdrahts, zum Beispiel über Drahtbonden, kontaktiert werden In einem nächsten Schritt wird ein Material auf der dem
Trägersubstrat abgewandten Oberfläche des jeweiligen
Halbleiterchips elektrophoretisch abgeschieden, um die elektrophoretische Schicht auszubilden. Das Material kann beispielsweise Partikel eines Leuchtstoffs oder Partikel eines reflektierenden Materials aufweisen oder aus Partikeln eines Leuchtstoffs oder Partikel eines reflektierenden
Materials gebildet sein. Als reflektierendes Material wird bevorzugt Titanoxid oder Aluminiumoxid verwendet.
Das Material dient vorzugsweise dazu die vom Halbleitchip emittierte Primärstrahlung zumindest teilweise in eine elektromagnetische Sekundärstrahlung umzuwandeln.
Beispielsweise weist das Material Phosphorpartikel auf. Das Material ist vorzugsweise ein
Wellenlängenkonversionsmaterial. Demnach ist die
elektrophoretische Schicht vorzugsweise eine
Wellenlängenkonversions- oder LeuchtstoffSchicht .
Die elektrophoretische Schicht ist matrixfrei. Das heißt, die Partikel der elektrophoretischen Schicht sind nicht in einem Matrixmaterial, wie beispielsweise Kunststoff, Glas oder Keramik eingebettet. Vielmehr wird die elektrophoretische Schicht alleine durch die Partikel gebildet. Die
elektrophoretische Schicht kann herstellungsbedingt aber auch abgeschiedene Salze aus einer Suspension aufweisen, wie weiter unter beschrieben ist. Der Prozess des elektrophoretischen Abscheiden des Materials ist beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen DE 10 2012 105 691.9 beschrieben, deren
Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Insbesondere erfolgt das elektrophoretische Abscheiden in den folgenden Schritten: Auf das Trägersubstrat wird zumindest teilweise eine
elektrisch leitende Schicht aufgebracht, beispielsweise durch thermisches Aufdampfen oder Sputtern auf das Trägersubstrat. Die elektrisch leitende Schicht kann eines der folgenden Materialien aufweisen oder besteht aus einem der folgenden Materialien: Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium, Beryllium, Calcium, Magnesium, Strontium, Barium, Scandium, Titan, Aluminium, Silizium, Gallium, Zinn, Zirkonium,
Zinkoxid, Zinksulfid, Zinkselenid, Zinktellurid, Zinnoxid.
Die elektrisch leitende Schicht ist dazu geeignet, mit einem protischen Reaktionspartner zumindest teilweise ein Salz auszubilden. Der protische Reaktionspartner kann in einer Flüssigkeit oder einem Gas enthalten sein oder als
Flüssigkeit oder als Gas vorliegen. Beispielsweise ist der protische Reaktionspartner Wasser, ein Alkohol, eine
Carbonsäure, eine Mineralsäure, ein Amin, ein Amid oder eine Mischung mindestens zweier solcher Materialien. Auf die elektrisch leitende Schicht wird in einem weiteren Schritt die elektrophoretische Schicht in einem
Elektrophoresebad abgeschieden. Das Elektrophoresebad kann als organisches Lösungsmittel einen der folgenden Stoffe aufweisen: Alkohol, Keton, Aromat, Aldehyd. Diese Materialien reagieren in der Regel mit Vorteil nicht oder nur in sehr geringem Maße mit einem Metall, einer Metalllegierung, einem Halbmetall oder einem Halbleitermaterial, also dem
bevorzugten Material für die elektrisch leitende Schicht. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an das
Elektrophoresebad wandert das abzuscheidende Material, also vorzugsweise das Wellenlängenkonversionsmaterial, in dem Elektrophoresebad zu dem beschichteten Trägersubstrat und lagert sich auf der elektrisch leitenden Schicht ab, so dass die elektrophoretisch abgeschiedene Schicht entsteht. Nach der elektrophoretischen Abscheidung wird das beschichtete Trägersubstrat wieder aus dem Elektrophoresebad
herausgenommen.
Nach dem elektrophoretischen Abscheiden der
elektrophoretischen Schicht wird dann zumindest die
elektrisch leitende Schicht in den protischen
Reaktionspartner eingebracht, so dass die elektrisch leitende Schicht zumindest teilweise ein Salz mit einem Bestandteil des protischen Reaktionspartners ausbildet.
In einem nächsten Schritt wird das gebildete Salz mit einem Lösungsmittel zumindest teilweise herausgewaschen,
beispielsweise nasschemisch herausgelöst. So wird eine matrixfreie elektrophoretisch abgeschiedene Schicht,
insbesondere eine matrixfreie Wellenlängenkonversionsschicht, auf der dem Trägersubstrat abgewandten Oberfläche des
Halbleiterwafers erhalten.
Vorzugsweise wird die elektrisch leitende Schicht
strukturiert auf das Trägersubstrat aufgebracht. Die Bereiche des Trägersubstrats, die nicht mit der elektrisch leitenden Schicht versehen werden sollen, können beim Abscheiden der elektrisch leitenden Schicht beispielsweise mittels
Schattenmasken oder einer Fotolackschicht geschützt werden. Die Strukturierung der elektrisch leitenden Schicht kann aber auch mittels Ritzen oder durch einen Laser erfolgen.
Beispielsweise werden die Kontaktstelle sowie weitere
Bereiche, auf denen keine elektrophoretische Abscheidung gewünscht ist, mit Lack bedeckt, beispielsweise mittels Photolithographie. Der Lack wird nach dem Aufbringen der elektrisch leitenden Schicht wieder unter der elektrisch leitenden Schicht herausgelöst, so dass die elektrisch leitende Schicht vorzugsweise nur auf der dem Trägersubstrat abgewandten Oberfläche des Halbleiterchips vorhanden ist und insbesondere die Kontaktstelle keine elektrisch leitende Schicht aufweist. Alternativ kann die elektrisch leitende Schicht zusammen mit dem Lack entfernt und dadurch
strukturiert werden (so genannter Lift-off) . Weiterhin kann die Kontaktstelle während des elektrophoretischen Abscheidens potentialfrei gehalten werden. In anderen Worten wird die Kontaktstelle bei der elektrophoretischen Abscheidung
vorzugsweise nicht elektrisch kontaktiert, so dass auf der Kontaktstelle keine elektrophoretische Schicht abgeschieden wird.
Unter Verwendung eines elektrisch isolierenden
Trägersubstrats wird auf diese Art und Weise die
elektrophoretische Schicht gezielt nur auf Teilbereichen des Trägersubstrats, nämlich auf denen, die mit der elektrisch leitenden Schicht versehen sind, abgeschieden.
Mit Hilfe von Lack bzw. einer Maske kann auch ein Abscheiden der elektrophoretischen Schicht auf den Trenngräben
verhindert werden. Alternativ dazu kann auf diese Weise eine elektrisch leitende Schicht auf die Trenngräben aufgebracht werden, die dünner ist, als die elektrisch leitende Schicht auf der dem Trägersubstrat abgewandten Oberfläche des
Halbleiterchips, um einen elektrischen Kontakt zwischen
Metallisierungen der aktiven Zonen mehrerer Halbleiterchips herzustellen . Durch das Verwenden einer Maske oder von Lack wird zusammenfassend ein Abscheiden des Materials bzw. der elektrophoretischen Schicht auf dem wenigstens einen
Kontaktbereich des Halbleiterchips verhindert. Mit anderen Worten, das elektrophoretische Abscheiden erfolgt derart, dass der Kontaktbereich des Halbleiterchips frei von dem Material bzw. der elektrophoretischen Schicht bleibt. Auch die Trenngräben bleiben demnach zumindest überwiegend frei von dem Material.
In einem weiteren Schritt wird ein Matrixmaterial auf wenigstens einen Teilbereich der dem Trägersubstrat
abgewandten Oberfläche des Halbleiterwafers
aufgebracht. Das Matrixmaterial wird zumindest auf der dem Trägersubstrat abgewandten Oberfläche des Halbleiterchips aufgebracht. Mit anderen Worten, das Matrixmaterial wird zumindest auf der elektrophoretisch abgeschiedenen Schicht sowie auf der Kontaktstelle aufgebracht. Das Matrixmaterial umgibt das Material der elektrophoretischen Schicht
vorzugsweise vollständig, insbesondere in Form einer Schicht aus Matrixmaterial.
Vorzugsweise wird das Matrixmaterial auf der kompletten, dem Trägersubstrat abgewandten, Oberfläche des Halbleiterwafers aufgebracht. Mit anderen Worten, die dem Trägersubstrat abgewandte Oberfläche des Halbleiterwafers wird vorzugsweise vollständig mit dem Matrixmaterial bzw. der Schicht aus Matrixmaterial bedeckt. Das Matrixmaterial kann dabei auch i: Zwischenräume zwischen den Partikeln der elektrophoretisch abgeschiedenen Schicht eindringen.
Das Matrixmaterial ist anorganisch. Durch die Verwendung eines anorganischen Materials können beispielsweise erforderliche Nachfolgeprozesse in Fertigungslinien mit einem Verbot von silikonbasierten Materialien weiterhin
durchgeführt werden. Das Matrixmaterial dient zur Fixierung bzw. Stabilisierung des elektrophoretisch abgeschiedenen Materials bzw. der elektrophoretischen Schicht auf dem Halbleiterchip. Durch das Matrixmaterial werden die Partikel der elektrophoretischen Schicht effektiv umformt und damit stabilisiert bzw. fixiert. Die Schicht aus Matrixmaterial ist um die elektrophoretische Schicht herum ausgebildet. Dadurch wird eine hohe mechanische Stabilität der elektrophoretischen Schicht erreicht.
Die elektrophoretische Schicht und damit auch der
Halbleiterchip sind durch das Matrixmaterial effektiv vor äußeren Einflüssen geschützt. Auch eine Beschädigung oder gar Zerstörung der elektrophoretischen Schicht durch weitere Produktionsschritte, wie beispielsweise Vereinzeln des
Halbleiterwafers , Klebe- oder Reinigungsschritte für die einzelnen im weiteren Verfahren hergestellten
Halbleiterbauelemente, kann durch das Matrixmaterial
verhindert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt das Aufbringen des Matrixmaterials durch Auslösen wenigstens einer
chemischen Reaktion. Die wenigstens eine chemische Reaktion wird zumindest in dem Teilbereich der dem Trägersubstrat abgewandten Oberfläche des Halbleiterwafers ausgelöst.
Vorzugsweise erfolgt die chemische Reaktion auf der
kompletten, dem Trägersubstrat abgewandten, Oberfläche des Halbleiterwafers . Durch die chemische Reaktion wird das anorganische Matrixmaterial zumindest auf einem Teil der dem
Trägersubstrat abgewandten Oberfläche des Halbleiterwafers abgeschieden, und damit die elektrophoretische Schicht mechanisch stabilisiert und auf dem Halbleiterchip fixiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird bei der chemischen Reaktion eine Metalloxid Schicht zumindest auf dem
Teilbereich der dem Trägersubstrat abgewandten Oberfläche des Halbleiterwafers als Matrixmaterial ausgebildet. Die
Metalloxid Schicht kann beispielsweise Siliziumdioxid (Si0 2 ) , Aluminiumdioxid (AI2O3) , Titandioxid (Ti0 2 ) , Zirkoniumdioxid (Zr02) oder Hafniumdioxid (Hf0 2 ) aufweisen. Eine Metalloxid Schicht zeichnet sich besonders durch ihre Festigkeit aus. Dadurch kann eine effektive Stabilisierung der
elektrophoretischen Schicht erreicht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann die Metalloxid Schicht in einem plasmaunterstützten
Gasphasenabscheidungsprozess (plasma enhanced chemical vapour deposition, PECVD) auf die dem Trägersubstrat abgewandte Oberfläche des Halbleiterwafers oder auf Teile der Oberfläche aufgebracht werden. Bei diesem Verfahren wird die dem Trägersubstrat abgewandte Oberfläche des Halbleiterwafers (also die zu beschichtende Oberfläche) in ein Volumen eingebracht. In diesem Volumen wird weiterhin zumindest ein Ausgangsmaterial, vorzugsweise ein gasförmiges Ausgangsmaterial, zur Verfügung gestellt, aus dem durch die oben beschriebene chemische Reaktion an der Oberfläche die Metalloxid Schicht abgeschieden wird. Vorliegend wird vorzugsweise ein Tetraethylorthosilikat
(TEOS, Si(OC 2 H 5 ) 4 ) als Ausgangsmaterial zur Verfügung
gestellt, um die Metalloxid Schicht auf zumindest dem
Teilbereich der dem Trägersubstrat abgewandten Oberfläche des Halbleiterwafers abzuscheiden. Aber auch andere
Ausgangsmaterialien, wie beispielsweise Siliciumtetrachlorid (SiCl 4 ) , Monosilan (SiH 4 ) und/oder Stickstoffmonoxid (NO) sind vorstellbar. In der Regel befindet sich in dem Volumen zumindest ein zweites gasförmiges Ausgangsmaterial, beispielsweise
Sauerstoff (0 2 ) , Stickstoff (N 2 ) , Wasser (H 2 0) und/oder
Wasserstoff (H 2 ) , mit dem das erste Ausgangsmaterial
(vorzugsweise TEOS) unter Bildung der festen Metalloxid
Schicht an der Oberfläche chemisch reagiert. Es können aber auch mehr als zwei Ausgangsmaterialien zum Einsatz kommen.
In der Regel findet die chemische Reaktion bei einer
bestimmten Reaktionstemperatur statt. Besonders bevorzugt weist die zu beschichtende Oberfläche die Reaktionstemperatur auf, bei der die chemische Reaktion zur Bildung der festen Metalloxid Schicht stattfindet. Bei dem PECVD-Verfahren wird hierfür in der Regel ein Plasma in dem Volumen bei der chemischen Abscheidung gezündet.
Auf Grund einer hohen Oberflächenmobilität der TEOS Moleküle, die als erstes Ausgangsmaterial vorzugsweise eingesetzt werden, werden die Partikel der elektrophoretischen Schicht optimal von dem Matrixmaterial, insbesondere der Metalloxid Schicht, umformt. Somit wird auf einfache und effektive Weise eine mechanische Stabilisierung der elektrophoretischen
Schicht erreicht. Bei der Abscheidung der Metalloxid Schicht kann eine
Schattenmaske verwendet werden, so dass die Metalloxid
Schicht nur auf der elektrophoretischen Schicht selbst abgeschieden wird. Mit anderen Worten, in diesem Fall wird die Metalloxid Schicht nicht auf den Kontaktstellen und dem Trägersubstrat abgeschieden. Alternativ dazu kann die
Metalloxid Schicht auch auf der kompletten dem Trägersubstrat abgewandten Oberfläche des Halbleiterwafers abgeschieden werden, also auf dem Halbleiterchip, der Kontaktstelle, den Trenngräben und den verbleibenden Teilen der Oberfläche des Trägersubstrats. In diesem Fall ist die Verwendung einer Maske überflüssig.
Die durch das PEVCD Verfahren abgeschiedene Schicht aus
Matrixmaterial weist vorzugsweise eine Dicke zwischen 50 nm und 500 nm, beispielsweise 200 nm, auf.
Beträgt die Dicke der Schicht 200 nm oder weniger, dann kann in einem anschließenden Schritt ein Bonden des wenigstens einen Halbleiterchips durch die Metalloxid Schicht hindurch auf den Kontaktbereich erfolgen. Mit anderen Worten, bei einer nur geringen Dicke der Metalloxid Schicht (z.B. 50 nm bis 200 nm) kann durch die Metalloxid Schicht hindurch ein Bonddraht mit dem Kontaktbereich verbunden werden.
Bei einer größeren Dicke der Metalloxid Schicht (z.B. 250 nm, 300 nm, oder mehr) kann in einem weiteren Schritt, der vor oder nach einem Vereinzeln des Halbleiterwafers ausgeführt werden kann, ein Abtragen des Matrixmaterials, insbesondere der Metalloxid Schicht, im Bereich des wenigstens einen
Kontaktbereichs erfolgen. Durch das Abtragen wird das auf der restlichen Oberfläche des Halbleiterchips abgeschiedene
Matrixmaterial nicht entfernt, so dass die auf der Oberfläche aufgebrachte elektrophoretische Schicht auch weiterhin von dem Matrixmaterial umhüllt ist.
Das Abtragen geschieht beispielsweise durch reaktives
Sputtern oder durch einen Plasmaprozess , beispielsweise
Plasmaätzen. Nach dem Abtragen der Metalloxid Schicht im Bereich des Kontaktbereichs kann dann ein Bonden des
Halbleiterchips erfolgen. Erfolgt das Abtragen vor dem
Vereinzeln, dann kann in diesem Schritt auch das
Matrixmaterial im Bereich der Trenngräben des Trägersubstrats entfernt werden, um ein späteres Vereinzeln des
Halbleiterwafers zu erleichtern.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann das
Matrixmaterial, insbesondere die Metalloxid Schicht, aber auch in einem zyklischen Gasphasenabscheidungsprozess
aufgebracht werden. Insbesondere kann das matrixmaterial in einem Atomlagenabscheidungprozess (atomic layer deposition, ALD) auf zumindest dem Teilbereich der dem Trägersubstrat abgewandten Oberfläche des Halbleiterwafers , vorzugsweise auf der kompletten Oberfläche, abgeschieden werden.
Auch bei diesem Verfahren wird die dem Trägersubstrat
abgewandte Oberfläche des Halbleiterwafers (also die zu beschichtende Oberfläche) in ein Volumen eingebracht. In das Volumen wird zumindest ein erstes gasförmige
Ausgangsmaterial, z.B. Trimethylaluminium (TMAT, C 3 H 9 AI) oder Tantalpentachlorid (TaCls) zugeführt, so dass das erste gasförmige Ausgangsmaterial auf der zu beschichtenden
Oberfläche adsorbiert.
Nach einer bevorzugt vollständigen oder nahezu vollständigen Bedeckung der dem Trägersubstrat abgewandten Oberfläche des Halbleiterwafers mit dem ersten Ausgangsmaterial wird der Teil des ersten Ausgangsmaterial, der noch gasförmig bzw. nicht auf der Oberfläche adsorbiert vorliegt, in der Regel wieder aus dem Volumen entfernt. Danach wird ein zweites Ausgangsmaterial, beispielsweise 0 2 , zugeführt. Das zweite Ausgangsmaterial ist dafür vorgesehen, mit der an der
Oberfläche adsorbierten, ersten Ausgangsverbindung unter Bildung der festen Metalloxid chemisch zu reagieren. Da bei diesem Verfahren die Partikel der elektrophoretischen Schicht besonders optimal umformt werden, genügt bereits eine dünne Schicht des Matrixmaterials zur Fixierung bzw.
Stabilisierung der elektrophoretischen Schicht. Die durch das ALD Verfahren abgeschiedene Schicht weist vorzugsweise eine Dicke zwischen 50 nm und 200 nm auf. Diese Schicht ist auf Grund ihrer nur geringen Dicke nicht eben, sondern nimmt die Konturen der darunter angeordneten Partikel der elektrophoretischen Schicht an.
Durch das ALD Verfahren wird vorzugsweise Matrixmaterial nicht nur auf der Oberfläche der elektrophoretischen Schicht abgeschieden. Vielmehr wird durch das ALD Verfahren auch unter und zwischen die Partikel der elektrophoretischen
Schicht Matrixmaterial eingebracht. Dadurch erfolgt eine besonders effiziente Fixierung bzw. Stabilisierung der elektrophoretischen Schicht. Zudem ergibt sich dadurch eine besonders gute Wärmeleitfähigkeit auch zwischen den Partikeln der elektrophoretischen Schicht.
In einem weiteren Schritt, der auch nach dem Vereinzeln des Halbleiterwafers erfolgen kann, kann ein Bonden des wenigstens einen Halbleiterchips beispielsweise durch die Metalloxid Schicht hindurch auf den Kontaktbereich erfolgen.
Alternativ dazu und bevorzugt kann das Matrixmaterial, insbesondere die Metalloxid Schicht, zumindest teilweise, vorzugsweise im Bereich des Kontaktbereichs, wieder
abgetragen werden. Dieser Schritt kann vor oder nach dem Vereinzeln des Halbleiterwafers erfolgen. Das Abtragen erfolgt dabei beispielsweise in einem anisotropischen
Strukturierungsverfahren, beispielsweise in einem
Trockenätzverfahren. Bei diesem Schritt kann auch das
Matrixmaterial im Bereich der Trenngräben des Trägersubstrats entfernt werden, um ein späteres Vereinzeln des
Halbleiterwafers zu erleichtern.
Nach dem Abtragen der Metalloxid Schicht im Kontaktbereich kann der Kontaktbereich mit einem Bonddraht verbunden werden zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips.
Beispielsweise wird der Bonddraht auf den Kontaktbereich angelötet.
Durch das Abtragen wird auch das Matrixmaterial, das auf der Oberfläche der elektrophoretischen Schicht ausgebildet wurde, zumindest teilweise entfernt. Nach dem Abtragen ist die dem Halbleiterchips abgewandte Oberfläche der elektrophoretischen Schicht vorzugsweise frei von Matrixmaterial. Auf diese Weise verbleibt das Matrixmaterial lediglich innerhalb der
elektrophoretischen Schicht, d.h. zwischen und unter den Partikeln der elektrophoretischen Schicht sowie an den
Seitenflächen der elektrophoretischen Schicht, um eine
Stabilisierung der Schicht durch eine Wechselwirkung der Partikel mit dem Matrixmaterial sicherzustellen. Die dem Halbleiterchip abgewandte Oberfläche der elektrophoretischen Schicht kann Spuren des Abtragprozesses zur Entfernung des Matrixmaterials, also beispielsweise Spuren des
Trockenätzverfahrens, aufweisen. Beispielsweise kann die Oberfläche aufgeraut oder gefurcht sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann das Matrixmaterial durch ein Aufschleudern oder ein Aufsprühen (spin casting oder spin coating) auf zumindest dem Teilbereich der dem Trägersubstrat abgewandten Oberfläche des Halbleiterwafers aufgebracht werden.
Vorzugsweise weist das Matrixmaterial ein Spin-On-Glas oder ein Spin-On-Silicone auf. Das Spin-On-Glas wird
beispielsweise als Sol-Gel-Material im gelösten Zustand auf die dem Trägersubstrat abgewandte Oberfläche des
Halbleiterwafers aufgebracht. Somit wird eine effiziente Abdeckung der elektrophoretischen Schicht mit dem
Matrixmaterial erwirkt. In einem weiteren Schritt wird das Matrixmaterial dann zumindest im Bereich des wenigstens einen Kontaktbereichs entfernt. Ein späteres Bonden des Halbleiterchips wird somit erleichtert und eine effektive Fixierung der
elektrophoretischen Schicht wird gewährleistet. Bei diesem Schritt wird das auf der restlichen Oberfläche des
Halbleiterchips abgeschiedene Matrixmaterial nicht entfernt, so dass die auf der Oberfläche aufgebrachte
elektrophoretische Schicht auch weiterhin von dem
Matrixmaterial umhüllt ist.
Das Entfernen des Matrixmaterials kann beispielsweise durch nasschemisches Ätzen erfolgen. In diesem Schritt kann auch das Matrixmaterial im Bereich der Trenngräben des Trägersubstrats entfernt werden, um ein späteres Vereinzeln des Halbleiterwafers zu erleichtern. Vorzugsweise verbleibt nach diesem Schritt Matrixmaterial lediglich auf der
elektrophoretischen Schicht, so dass die elektrophoretische Schicht komplett von dem Matrixmaterial umhüllt ist.
In einem weiteren Schritt wird das verbliebene Matrixmaterial gehärtet bzw. getrocknet. Dies kann beispielsweise durch Belichten des Matrixmaterials erfolgen. Durch das Trocknen werden flüchtige Bestandteile aus dem Spin-On-Glas oder Spin- On-Silicone entfernt. Beispielsweise geht das Sol-Gel- Material bei dem Antrocknen in einen Gel-artigen Zustand über . Weiterhin wird der von dem Matrixmaterial befreite
Kontaktbereich mit einem Bonddraht verbunden zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt in einem weiteren Schritt ein Vereinzeln des Halbleiterwafers . Das
Vereinzeln erfolgt beispielsweise mittels Lasertrennung des Trägersubstrats an der Position der Trenngräben. Aber auch Sägeprozesse, Brechen oder Ritzen können zur Vereinzelung des Halbleiterwafers verwendet werden. Durch das Vereinzeln des Halbleiterwafers entsteht eine Vielzahl von
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen .
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement, kurz Bauelement, angegeben. Das
Bauelement emittiert elektromagnetische Strahlung,
vorzugsweise Licht. Das Bauelement wird vorzugsweise mit Hilfe des oben
beschriebenen Verfahrens hergestellt. Sämtliche für das
Verfahren offenbarten Merkmale sind demnach auch für das Bauelement offenbart und umgekehrt.
Das Bauelement weist wenigstens ein Trägersubstrat,
vorzugsweise das oben beschriebene Trägersubstrat, auf.
Das Bauelement weist ferner wenigstens einen Halbleiterchip, vorzugsweise den oben beschriebenen Halbleiterchip auf. Der Halbleiterchip weist eine aktive Zone zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung, vorzugsweise von farbigem Licht, auf. Der Halbleiterchip ist auf dem Trägersubstrat angeordnet. Der Halbleiterchip ist auf dem Trägersubstrat befestigt. Die Befestigung des Halbleiterchips kann beispielsweise durch Löten, Silbersintern, in einem Direktbond-Verfahren oder mittels einer Kontaktierung durch Kontakterhebungen (Bumps) erfolgen. Das Trägersubstrat dient der mechanischen
Stabilisierung des Halbleiterchips.
An einer dem Trägersubstrat abgewandten Oberfläche des
Halbleiterchips ist wenigstens einen Kontaktbereich,
beispielsweise ein Bondpad, ausgebildet.
Das Bauelement weist ferner ein elektrophoretisch
abgeschiedenes Material, vorzugsweise das oben beschriebene Material auf. Das Material kann beispielsweise Partikel eines Leuchtstoffs, beispielsweise Phosphorpartikel, oder Partikel eines reflektierenden Materials aufweisen oder aus Partikeln eines Leuchtstoffs oder Partikel eines reflektierenden
Materials gebildet sein. Das Material dient vorzugsweise dazu die vom Halbleiterchip emittierte Primärstrahlung zumindest teilweise in eine elektromagnetische Sekundärstrahlung umzuwandeln. Das
Material ist demnach vorzugsweise ein
Wellenlängenkonversionsmaterial .
Das Material ist auf der dem Trägersubstrat abgewandten
Oberfläche des Halbleiterchips angeordnet. Die Kontaktstelle ist jedoch frei von dem Material. Das Material ist in Form einer Schicht, insbesondere einer elektrophoretischen
Schicht, auf der dem Trägersubstrat abgewandten Oberfläche des Halbleiterchips mit Ausnahme der Kontaktstelle
abgeschieden. Das Material bzw. die elektrophoretische
Schicht bedeckt die dem Trägersubstrat abgewandte Oberfläche des Halbleiterchips mit Ausnahme der Kontaktstelle.
Das Bauelement weist ferner ein Matrixmaterial auf. Das
Matrixmaterial weist vorzugsweise ein Metalloxid auf. Das Matrixmaterial grenzt stellenweise an das elektrophoretisch abgeschiedene Material an. Das elektrophoretisch
abgeschiedene Material ist an der dem Halbleiterchip
abgewandten Oberfläche vorzugsweise frei von dem
Matrixmaterial. Vielmehr ist lediglich innerhalb des
elektrophoretisch abgeschiedenen Materials, also zwischen und unter den einzelnen Partikeln der elektrophoretischen
Schicht, Matrixmaterial, das beispielsweise in einem ALD Prozess abgeschieden wurde, ausgebildet.
Die dem Halbleiterchip abgewandte Oberfläche des
elektrophoretisch abgeschiedenen Materials weist Spuren eines Abtrageprozesses auf. Beispielsweise ist die Oberfläche aufgeraut oder gefurcht. Bei dem Abtrageprozess wurde
vorzugsweise Matrixmaterial, das ursprünglich auf der dem Trägersubstrat abgewandten Oberfläche der elektrophoretischen Schicht vorhanden war, von der Oberfläche abgetragen,
beispielsweise mittels eines Trockenätzverfahrens. Durch das zwischen den Partikeln der elektrophoretisch abgeschiedenen Schicht bzw. des elektrophoretisch
abgeschiedenen Materials ausgebildete Matrixmaterial wird eine besonders effiziente Fixierung bzw. Stabilisierung der elektrophoretisch abgeschiedenen Schicht sichergestellt.
Insbesondere erfolgt die Fixierung durch die Wechselwirkung der einzelnen Partikel innerhalb der elektrophoretischen Schicht mit dem Matrixmaterial. Das Bauelement ist folglich besonders stabil. Durch das zwischen den Partikeln der elektrophoretischen Schicht ausgebildete Matrixmaterial weist die
elektrophoretische Schicht eine besonders hohe
Wärmeleitfähigkeit auf und ist damit folglich sehr effizient. Ferner wirken sich die Spuren des Abtrageprozesses
vorteilhaft auf die Abstrahlcharakteristik des Bauelements aus. Insbesondere kann durch die aufgeraute Oberfläche des elektrophoretisch abgeschiedenen Materials bzw. der
elektrophoretischen Schicht eine Streuung und/oder Reflexion der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung erzielt werden. Die Streuung und/oder Reflexion erfolgt auf Grund der Oberflächenbeschaffenheit insbesondere diffus, d.h. in mehrere Richtungen. Weitere Komponenten beispielsweise eine Linse, sind somit nicht erforderlich, um eine Streuung der vom Halbleiterchip emittierten Strahlung zu erwirken. Das Bauelement ist demnach besonders kostengünstig und einfach aufgebaut . Im Folgenden werden das Verfahren und das Bauelement an Hand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert . Die Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf einen Halbleiterwafer vor dem Aufbringen der elektrophoretischen Schicht,
Die Figur 2 zeigt einen Ausschnitt des Halbleiterwafers aus
Figur 1 nach dem Aufbringen der elektrophoretischen Schicht,
Die Figur 3 zeigt einen Querschnitt des Halbleiterwafers aus
Figur 2 nach dem Aufbringen des Matrixmaterials, Die Figur 4 zeigt einen Querschnitt eines
strahlungsemittierenden Bauelements ,
Die Figur 5A zeigt einen Querschnitt eines Teils des
Halbleiterwafers aus Figur 2 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
Die Figur 5B zeigt den Querschnitt aus Figur 5A nach einem weiteren Prozessschritt, Die Figur 6 zeigt einen Querschnitt des Halbleiterwafers aus
Figur 2 nach dem Aufbringen des Matrixmaterials gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
Die Figuren 7A und 7B zeigen ein Ausführungsbeispiel eines
Strahlungsemittierenden Bauelements.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren
dargestellten Elemente untereinander sind nicht als
maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere
Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Die Figur 1 zeigt einen Halbleiterwafer 1. Der
Halbleiterwafer 1 weist ein Trägersubstrat 5 und neun
Halbleiterchips 2 auf. Der Halbleiterwafer 1, kurz Wafer 1, kann aber auch mehr als neun Halbleiterchips 2 aufweisen. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann der Wafer 1 auch weniger als neun Halbleiterchips 2 aufweisen, beispielsweise 6 Halbleiterchips oder einen Halbleiterchip 2. Die Halbleiterchips 2 sind zur Abstrahlung von
elektromagnetischer Strahlung, vorzugsweise Licht, geeignet. Die Halbleiterchips 2 sind auf dem Trägersubstrat 5
angeordnet und befestigt, z.B. angelötet. Das Trägersubstrat 5 dient zur mechanischen Stabilisierung der Halbleiterchips 2.
Das Trägersubstrat 5 weist Trenngräben 6 auf. Die Trenngräben stellen Vertiefungen bzw. Ausfurchungen der Oberfläche des Trägersubstrats 5 dar, welche den Halbleiterchips 2 zugewandt ist. Die Halbleiterchips 2 sind durch die Trenngräben 6 voneinander separiert. Die Trenngräben 6 dienen zur
Erleichterung der Vereinzelung des Wafers 1 in einzelne
Strahlungsemittierende Bauelemente (siehe beispielsweise Figur 4 ) .
Die Halbleiterchips 2 weisen eine dem Trägersubstrat 5 abgewandte Oberfläche 4 auf. Auf der Oberfläche 4 weist der jeweilige Halbleiterchip 2 eine Kontaktstelle 3 oder Bondpad zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips 2 auf.
Zur Herstellung von einzelnen Strahlungsemittierenden
Bauelementen wird nach dem Befestigen der Halbleiterchips 2 auf dem Trägersubstrat 5 zunächst ein Material 7 in Form einer elektrophoretischen Schicht auf der dem Trägersubstrat 5 abgewandten Oberfläche 4 des jeweiligen Halbleiterchips 2 abgeschieden (siehe Figur 2) .
Das Material 7 kann Partikel eines Leuchtstoffs z.B.
Phosphorpartikel, oder Partikel eines reflektierenden
Materials aufweisen. Das Material 7 dient vorliegend dazu die vom jeweiligen Halbleitchip 2 emittierte Primärstrahlung zumindest teilweise in eine elektromagnetische
Sekundärstrahlung umzuwandeln. Das Material 7 ist im
vorliegenden Ausführungsbeispiel ein
Wellenlängenkonversionsmaterial . Das Aufbringen des Wellenlängenkonversionsmaterials erfolgt durch Elektrophorese. Durch die Elektrophorese wird eine Schicht aus dem Wellenlängenkonversionsmaterial, also eine Wellenlängenkonversionsschicht, auf einem Teil der Oberfläche 4 des Halbleiterchips 2, die von dem Trägersubstrat 5 abgewandt ist, aufgebracht bzw. elektrophoretisch
abgeschieden. Die jeweilige Kontaktstelle 3 des
Halbleiterchips 2 bleibt insbesondere frei von
Wellenlängenkonversionsmaterial. Diese Vorgehensweise ist ausführlich in der vorher bereits erwähnten deutschen
Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2012 105 691.9 beschrieben . Bei der elekrophoretischen Abscheidung des
Wellenlängenkonversionsmaterials kann auch der Bereich der Trenngräben 6 zumindest teilweise ausgespart werden,
beispielsweise durch eine Maske, so dass nur eine dünne oder gar keine Wellenlängenkonversionsschicht bzw.
elektrophoretisch abgeschiedene Schicht im Bereich der
Trenngräben 6 aufgebracht wird (siehe beispielsweise Figuren 2 und 3) . Die Wellenlängenkonversionsschicht ist frei von einem
Matrixmaterial, z.B. Glas oder Keramik. Insbesondere besteht die Wellenlängenkonversionsschicht in diesem
Ausführungsbeispiel ausschließlich aus den Partikeln des Leuchtstoffs .
In einem nächsten Schritt wird ein Matrixmaterial 8 zumindest auf einem Teil der Oberfläche des Wafers 1 aufgebracht, die von dem Trägersubstrat 5 abgewandt ist (siehe beispielsweise Figur 3) , um die Wellenlängenkonversionsschicht zu fixieren bzw. mechanisch zu stabilisieren.
Das Aufbringen des Matrixmaterials 8 kann auf verschiedene Arten erfolgen, die im Folgenden näher erläutert werden: In einem ersten Ausführungsbeispiel (siehe Figuren 3 und 4) erfolgt das Aufbringen des Matrixmaterials 8 durch ein PECVD Verfahren. Mit Hilfe von TEOS als Ausgangsmaterial, wird in diesem Verfahren eine Metalloxid Schicht (z.B. Si0 2 ) auf der dem Trägersubstrat 5 abgewandten Oberfläche des Wafers 1 abgeschieden. Bei diesem Verfahren wächst das S1O 2 an der Oberfläche des Wafers 1 reaktiv auf und umformt die
Wellenlängenkonversionsschicht, so dass diese durch das Matrixmaterial 8 geschützt und fixiert ist. Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel bedeckt die Schicht aus Matrixmaterial 8 die gesamte Oberfläche des Wafers 1 (siehe beispielsweise Figur 3) . Alternativ dazu (nicht explizit dargestellt) , kann das Matrixmaterial 8 aber auch nur auf der Wellenlängenkonversionsschicht abgeschieden werden, so dass die Wellenlängenkonversionsschicht
vollständig von dem Matrixmaterial umhüllt ist. Dies kann mit Hilfe einer Schattenmaske erzielt werden, welche nur den Bereich der Wellenlängenkonversionsschicht zur Abscheidung frei belässt.
Die durch das PECVD Verfahren abgeschiedene Schicht aus Matrixmaterial 8 weist eine Dicke von 50 nm bis 500 nm, beispielsweise 200 nm auf. Abhängig von der Dicke der
Schicht, beispielsweise für eine Dicke von mehr als 200 nm, erfolgt in einem weiteren Schritt ein Abtragen des
Matrixmaterials 8 im Kontaktbereich 3 (nicht explizit
dargestellt), um ein späteres Bonden des jeweiligen
Halbleiterchips 2 sicherzustellen. Das Abtragen des
Matrixmaterials 8 kann vor oder nach dem Vereinzeln des Halbleiterwafers 1, welches später im Detail beschrieben wird, erfolgen.
Das Abtragen erfolgt beispielsweise durch reaktives Sputtern oder durch einen Plasmaprozess . Dabei kann auch das
Matrixmaterial 8 im Bereich der Trenngräben 6 abgetragen werden, sofern das Vereinzeln des Wafers 1 zu einem späteren Zeitpunkt erfolgt (nicht explizit dargestellt) . Nach dem Abtragen ist die Wellenlängenkonversionsschicht weiterhin vollständig von dem Matrixmaterial 8 umhüllt.
Ist die Schicht aus Matrixmaterial 8 hingegen sehr dünn, beträgt die Dicke beispielsweise 200 nm oder weniger, dann kann das Bonden des Halbleiterchips 2 durch die Schicht aus Matrixmaterial 8 hindurch auf den Kontaktbereich 3 erfolgen, wie später beschrieben wird (siehe Figur 7B) . Ein Abtragen von Matrixmaterial 8 ist in diesem Fall nicht erforderlich.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel (siehe Figuren 5A und 5B) erfolgt das Aufbringen des Matrixmaterials 8 durch ein ALD Verfahren. Mit Hilfe eines gasförmigen Ausgangsmaterials wird in diesem Verfahren eine dünne Metalloxid Schicht (z.B. Si0 2 , A1 2 0 3 , Ti0 2 , Zr0 2 , Hf0 2 ) auf der dem Trägersubstrat 5 abgewandten Oberfläche des Wafers 1 abgeschieden.
Das Metalloxid umformt das Wellenlängenkonversionsmaterial und insbesondere die einzelnen Partikel der
Wellenlängenkonversionsschicht vollständig. Bei diesem
Verfahren wird das Matrixmaterial 8 demnach auch zwischen und unter die einzelnen Partikel der
Wellenlängenkonversionsschicht eingebracht. Ferner wird die Oberfläche der Wellenlängenkonversionsschicht mit der
Metalloxid Schicht umformt (siehe beispielsweise Figur 5A) .
Die durch das ALD Verfahren abgeschiedene Schicht aus
Matrixmaterial 8 weist eine Dicke von 50 nm bis 200 nm, beispielsweise 150 nm auf. Insbesondere ist die durch das ALD Verfahren abgeschiedene Schicht aus Matrixmaterial 8 im
Wesentlichen dünner als die durch das PECVD Verfahren
abgeschiedene Schicht aus Matrixmaterial 8. Die Schicht aus Matrixmaterial 8 ist auf Grund ihrer nur geringen Dicke nicht eben, sondern nimmt die Konturen der darunter angeordneten Partikel der Wellenlängenkonversionsschicht an (siehe Figur 5A) . Um ein späteres Bonden des jeweiligen Halbleiterchips 2 zu ermöglichen, muss in einem weiteren Schritt das
Matrixmaterial 8 im Kontaktbereich 3 abgetragen werden (siehe Figur 5B) . Das Abtragen kann vor oder nach dem Vereinzeln des Wafers 1 erfolgen. Das Abtragen erfolgt dabei beispielsweise in einem anisotropischen Strukturierungsverfahren,
beispielsweise in einem Trockenätzverfahren. Dabei kann auch das Matrixmaterial 8 im Bereich der Trenngräben 6 abgetragen werden (nicht explizit dargestellt) .
Ferner wird in diesem Schritt auch das Matrixmaterial 8 abgetragen, welches durch das ALD Verfahren auf der dem
Halbleiterchip 2 abgewandten Oberfläche der
Wellenlängenkonversionsschicht abgeschieden worden ist. Es verbleibt damit nur noch Matrixmaterial 8 zwischen und unter den Partikeln der Wellenlängenkonversionsschicht, d.h.
innerhalb des Wellenlängenkonversionsmaterials, wie in Figur 5B dargestellt ist. Ferner verleibt Matrixmaterial 8 an den Seitenflächen der Wellenlängenkonversionsschicht. Mit anderen Worten, das am Ende des Prozesses zur Verfügung stehende Bauelement weist eine Wellenlängenkonversionsschicht auf, deren von dem Halbleiterchip 2 abgewandte Oberfläche frei von Matrixmaterial 8 ist. Die dem Halbleiterchip abgewandte Oberfläche der
Wellenlängenkonversionsschicht weist Spuren des
anisotropischen Strukturierungsverfahrens , beispielsweise des Trockenätzverfahrens, auf. Beispielsweise ist die Oberfläche aufgeraut oder gefurcht (nicht explizit dargestellt) .
In einem dritten Ausführungsbeispiel (siehe Figur 6)
kann das Matrixmaterial 8 auch durch Aufschleudern oder
Aufsprühen aufgebracht werden. Das hierbei verwendete Matrixmaterial kann ein Spin-On-Glas oder ein Spin-On- Silicone aufweisen.
Wiederum ist es möglich, dass dabei die gesamte dem
Trägersubstrat 5 abgewandte Oberfläche durch das
Matrixmaterial 8 bedeckt wird (nicht explizit dargestellt) . Alternativ dazu kann, beispielsweise durch den Einsatz einer Maske, auch nur der Halbleiterchip 2 durch das Matrixmaterial 8 bedeckt werden, wie in Figur 6 angedeutet ist. Insbesondere kann durch den Einsatz einer Maske der Bereich der
Trenngräben 6 von Matrixmaterial 8 frei gehalten werden.
Das Spin-On-Glas oder Spin-On-Silicone aufweisende
Matrixmaterial 8 wird danach im Kontaktbereich 3 des
Halbleiterchips 2 wieder entfernt (nicht explizit
dargestellt) . Das Entfernen kann beispielsweise durch
nasschemisches Ätzen erfolgen. Dabei kann auch das
Matrixmaterial 8 im Bereich der Trenngräben 6 des
Trägersubstrats 5 entfernt werden, sofern keine Maske
eingesetzt wurde (nicht explizit dargestellt) . Nach diesem Schritt ist Matrixmaterial 8 vorzugsweise nur noch auf der dem Trägersubstrat 5 angewandten Oberfläche 4 des
Halbleiterchips 2 mit Ausnahme der Kontaktstelle 3
verblieben. Nach dem Abtragen ist die
Wellenlängenkonversionsschicht weiterhin vollständig von dem Matrixmaterial 8 umhüllt.
Danach wird das auf der Oberfläche 4 des Halbleiterchips 2 verbliebene Matrixmaterial 8 gehärtet, beispielsweise durch Belichten des Matrixmaterials 8.
Nach dem Aufbringen des Matrixmaterials 8 gemäß einem der drei Ausführungsbeispiele erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel das Vereinzeln des Wafers 1 (siehe beispielsweise Figur 4). Insbesondere wird das Trägersubstrat 5, beispielsweise mit Hilfe eines Lasers, an der Stelle der Trenngräben 6 zertrennt. Dadurch erhält man eine Vielzahl von Bauelementen, wobei jedes Bauelement ein Stück des
Trägersubstrats 5, und einen Halbleiterchip 2 mit der oben beschriebenen Wellenlängenkonversionsschicht und dem
Matrixmaterial 8 aufweist. In einem weiteren Schritt wird das Bauelement und
insbesondere der jeweilige Halbleiterchip 2 elektrisch kontaktiert. Hierbei wird ein Bonddraht 10 (siehe Figur 7B) mit der Kontaktstelle 3 des Halbleiterchips 2 verbunden. Der Bonddraht 10 wird beispielsweise auf die Kontaktstelle 3 gelötet. Bei einer sehr dünnen Schicht aus Matrixmaterial 8, beispielsweise 200 nm oder weniger, kann das Kontaktieren dabei durch das Matrixmaterial 8 hindurch erfolgen, wie in Figur 7B dargestellt ist. In einem weiteren Schritt wird das jeweilige Bauelement in ein Gehäuse 9 eingebracht (siehe Figur 7A) und insbesondere auf einem Boden des Gehäuses 9 befestigt, beispielsweise angelötet . Das Gehäuse 9 kann ferner mit einem Vergussmaterial 11, beispielsweise Silikon, aufgefüllt werden (siehe Figur 7B) . Das Vergussmaterial 11 dient dem Schutz des Bauelements.
Durch die kovalente Verknüpfung der Partikel der
Wellenlängenkonversionsschicht mit dem darauf abgeschiedenen Matrixmaterial 8 kann insbesondere im Fall des ersten
Ausführungsbeispiels (PECVD Verfahren) und des dritten
Ausführungsbeispiels (spin casting oder spin coating) ein Benetzen der einzelnen Partikel der
Wellenlängenkonversionsschicht mit dem Vergussmaterial 11 verhindert werden. Somit bleibt ein optimaler Wärmeaustausch zwischen den Partikeln der Wellenlängenkonversionsschicht sichergestellt.
Alternativ oder zusätzlich kann in einem weiteren Schritt (nicht explizit dargestellt) dem Bauelement ein
strahlformendes Element, z.B. eine Linse, nachgeordnet werden.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese 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. Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102012108704.0, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.