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Title:
METHOD FOR PRODUCING A SEMICONDUCTOR COMPONENT, AND SEMICONDUCTOR COMPONENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/158416
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing a semiconductor component (10), wherein a semiconductor layer sequence (2) is produced on an epitaxial substrate (1) and a silicon oxide layer (3) is applied to the semiconductor layer sequence (2). The method comprises the applying of a first metal layer (4a) made of gold, platinum, copper or silver to the silicon oxide layer (3), providing a silicon substrate (5) and applying a second metal layer (4b), which is formed from the same material as the first metal layer (4a), to the silicon substrate (5), connecting the semiconductor layer sequence (5) to the silicon substrate (5) by direct bonding of the first metal layer to the second metal layer at a temperature in the range between 150 °C und 400 °C, and removing the epitaxial substrate (1) from the semiconductor layer sequence (2). The invention further relates to a semiconductor component (10) which can be produced by means of the method.

Inventors:
KATZ SIMEON (DE)
HUPPMANN SOPHIA (DE)
Application Number:
EP2019/052890
Publication Date:
August 22, 2019
Filing Date:
February 06, 2019
Export Citation:
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Assignee:
OSRAM OPTO SEMICONDUCTORS GMBH (DE)
International Classes:
H01L33/00
Domestic Patent References:
WO2012164431A12012-12-06
Foreign References:
US20140014990A12014-01-16
US20140273318A12014-09-18
DE102018103169A2018-02-13
Attorney, Agent or Firm:
EPPING HERMANN FISCHER PATENTANWALTSGESELLSCHAFT MBH (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements (10) ,

umfassend die Schritte:

- Herstellen einer Halbleiterschichtenfolge (2) auf einem Aufwachssubstrat (1),

- Aufbringen einer Siliziumoxidschicht (3) auf die vom Aufwachssubstrat (1) abgewandte Oberfläche der

Halbleiterschichtenfolge (2),

- Aufbringen einer ersten Metallschicht (4a) auf die Siliziumoxidschicht (3) , wobei die erste Metallschicht Gold, Platin, Kupfer oder Silber aufweist,

- Bereitstellen eines Siliziumsubstrats (5) und

Aufbringen einer zweiten Metallschicht (4b) , die aus dem gleichen Material wie die erste Metallschicht (4a) gebildet ist, auf das Siliziumsubstrat (5) ,

- Verbinden der Halbleiterschichtenfolge (2) mit dem Siliziumsubstrat (5) durch direktes Bonden der ersten Metallschicht an die zweite Metallschicht, wobei die erste Metallschicht (4a) und die zweite Metallschicht (4b) bei einer Temperatur im Bereich zwischen 150 °C und 400 °C in Kontakt gebracht werden, so dass sie eine Metall-Verbindungsschicht (4) ausbilden, und

- Ablösen des Aufwachssubstrats (1) von der

Halbleiterschichtenfolge (2).

2. Verfahren nach Anspruch 1,

wobei das direkte Bonden bei einer Temperatur im Bereich von 200 °C bis 400 °C erfolgt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei die erste Metallschicht (4a) und die zweite Metallschicht (4b) Goldschichten sind.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei vor dem Aufbringen der ersten Metallschicht (4a) und/oder der zweiten Metallschicht (4b) eine Haftschicht (4c) aufgebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4,

wobei die Haftschicht (4c) eine Titanschicht ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei die Halbleiterschichtenfolge (2) eine erste

Kontaktschicht (11) und eine zweite Kontaktschicht (12) an einer vom Aufwachssubstrat (1) abgewandten Oberfläche aufweist, und wobei in einem weiteren Schritt

Durchgangslöcher (21, 22) erzeugt werden, die sich durch das Siliziumsubstrat (5) , durch die Metall- Verbindungsschicht (4) und durch die Siliziumoxidschicht (3) zu der ersten Kontaktschicht (11) und zweiten

Kontaktschicht (12) erstrecken.

7. Verfahren nach Anspruch 6,

wobei in einem weiteren Schritt eine

Passivierungsschicht (6) auf Wände der Durchgangslöcher (21, 22) aufgebracht wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei die erste Metallschicht (4a) und die zweite

Metallschicht (4b) jeweils nicht mehr als 20 nm dick sind .

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei die Siliziumoxidschicht (3) vor dem Aufbringen der ersten Metallschicht (4a) durch chemisch-mechanisches Polieren geglättet wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei die Halbleiterschichtenfolge (2) auf einem

Nitridverbindungshalbleiter basiert und das

Aufwachssubstrat (1) ein Saphirsubstrat ist.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei das Halbleiterbauelement (10) ein

optoelektronisches Halbleiterbauelement ist.

12. Halbleiterbauelement, umfassend:

- eine Halbleiterschichtenfolge (2), die auf einem

Siliziumsubstrat (5) angeordnet ist, wobei die

Halbleiterschichtenfolge (2) eine erste Kontaktschicht (11) und eine zweite Kontaktschicht (12) an einer dem Siliziumsubstrat (5) zugewandten Oberfläche aufweist,

- eine Siliziumoxidschicht (3) an der dem

Siliziumsubstrat (5) zugewandten Oberfläche der

Halbleiterschichtenfolge (2), und

- eine Metall-Verbindungsschicht (4) zwischen dem

Siliziumsubstrat (5) und der Siliziumoxidschicht (3) , wobei die Metall-Verbindungsschicht (4) Gold, Platin, Kupfer oder Silber aufweist.

13. Halbleiterbauelement nach Anspruch 12,

wobei die Metall-Verbindungsschicht (4) eine Goldschicht umfasst .

14. Halbleiterbauelement nach Anspruch 12 oder 13,

wobei in dem Siliziumsubstrat (5) Durchgangslöcher (21, 22) ausgebildet sind, die sich durch das Siliziumsubstrat (5) , durch die Metall-

Verbindungsschicht (4) und durch die Siliziumoxidschicht (3) zu der ersten Kontaktschicht (11) und zweiten

Kontaktschicht (12) erstrecken, und wobei Wände der Durchgangslöcher (21, 22) mit einer Passivierungsschicht

(6) versehen sind.

15. Halbleiterbauelement nach Anspruch 14,

wobei die Durchgangslöcher (21, 22) mit einem elektrisch leitfähigen Material gefüllt sind, welches die erste

Kontaktschicht (11) und die zweite Kontaktschicht (12) jeweils mit einer Anschlussschicht (41, 42) auf einem Trägerkörper (7) verbindet.

Description:
Beschreibung

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES HALBLEITERBAUELEMENTS UND

HALBLEITERBAUELEMENT

Die Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements, insbesondere eines auf einem

Nitridverbindungshalbleiter basierenden

Halbleiterbauelements, das mit einem Siliziumsubstrat

verbunden wird. Weiterhin betrifft die Anmeldung ein mit dem Verfahren herstellbares Halbleiterbauelement.

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2018 103 169.6, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Halbleiterbauelemente, die auf einem

Nitridverbindungshalbleiter basieren, werden in der Regel durch epitaktisches Aufwachsen einer Halbleiterschichtenfolge auf ein geeignetes Aufwachssubstrat, wie zum Beispiel Saphir, hergestellt. Da zum Aufwachsen von

Nitridverbindungshalbleitern geeignete Aufwachssubstrate in der Regel vergleichsweise teuer sind, kann es zweckmäßig sein, den Halbleiterkörper auf ein vergleichsweise günstiges Trägersubstrat, wie zum Beispiel ein Siliziumsubstrat, zu übertragen und das Aufwachssubstrat abzulösen. Eine

Verbindung zwischen dem Halbleiterkörper und dem neuen

Trägersubstrat kann durch eine Verbindungsschicht, wie zum Beispiel eine Lotschicht, oder durch direktes Bonden

hergestellt werden.

Direktes Bonden ist eine Technik zum Waferbonden, bei der keine haftvermittelnden Zwischenschichten eingesetzt werden. Ein direktes Bonden ist beispielsweise möglich, wenn die beiden zu verbindenden Oberflächen jeweils Siliziumoxid

(Si02) aufweisen. Die Siliziumoxidschichten können

beispielsweise vor dem direkten Bonden auf den

Halbleiterkörper und das Trägersubstrat aufgebracht werden.

Es hat sich herausgestellt, dass beim Verbinden eines

Halbleiterkörpers, der auf einem

Nitridverbindungshalbleitermaterial basiert, mit einem

Siliziumsubstrat durch direktes Bonden, insbesondere mittels Siliziumoxidschichten, aufgrund der unterschiedlichen

thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Galliumnitrid und Silizium eine vergleichsweise große Verspannung auftritt.

Dies kann dazu führen, dass das Siliziumsubstrat nach dem Verbinden mit dem Halbleiterkörper und Ablösen des

Aufwachssubstrats eine Durchbiegung aufweist.

Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements anzugeben, bei dem eine Halbleiterschichtenfolge mit einem Siliziumsubstrat verbunden wird. Weiterhin soll ein mit dem Verfahren herstellbares Halbleiterbauelement angegeben werden, dass sich wobei eine gute Haftung der

Halbleiterschichtenfolge an dem Siliziumsubstrat und eine nur geringe Durchbiegung des Siliziumsubstrats auszeichnet.

Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren und ein

Halbleiterbauelement gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Gemäß zumindest einer Ausgestaltung des Verfahrens wird zuerst eine Halbleiterschichtenfolge auf einem Aufwachssubstrat hergestellt. Die Halbleiterschichtenfolge kann insbesondere epitaktisch auf das Aufwachssubstrat aufgewachsen werden. Die Halbleiterschichtenfolge kann insbesondere die Halbleiterschichtenfolge eines

elektronischen oder optoelektronischen Bauelements sein. Im Fall eines optoelektronischen Bauelements kann die

Halbleiterschichtenfolge insbesondere die funktionelle

Schichtenfolge einer Leuchtdiode oder einer Laserdiode sein. Die Halbleiterschichtenfolge kann insbesondere auf einem Nitridverbindungshalbleiter basieren. Das Aufwachssubstrat des Halbleiterkörpers kann insbesondere ein Saphirsubstrat sein .

Gemäß zumindest einer Ausgestaltung des Verfahrens wird eine Siliziumoxidschicht auf die vom Aufwachssubstrat abgewandte Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht. Die Siliziumoxidschicht ist insbesondere eine Si02 _ Schicht . Die Siliziumoxidschicht kann beispielsweise durch ein CVD- Verfahren aufgebracht werden. Die Dicke der

Siliziumoxidschicht beträgt beispielsweise zwischen 300 nm und 3 ym.

Dass eine Schicht oder ein Element „auf" oder „über" einer anderen Schicht oder einem anderen Element angeordnet oder aufgebracht ist, kann hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar in direktem mechanischem und/oder elektrischem Kontakt auf der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Weiterhin kann es auch bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element mittelbar auf beziehungsweise über der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Dabei können dann weitere Schichten und/oder Elemente zwischen der einen und der anderen Schicht beziehungsweise zwischen dem einen und dem anderen Element angeordnet sein.

Gemäß zumindest einer Ausgestaltung des Verfahrens wird in einem weiteren Schritt eine erste Metallschicht auf die

Siliziumoxidschicht aufgebracht. Dies kann beispielsweise durch Sputtern erfolgen. Die erste Metallschicht weist eines der Metalle Au, Pt, Ag oder Cu auf oder besteht daraus.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Siliziumsubstrat bereitgestellt und eine zweite Metallschicht auf das Siliziumsubstrat aufgebracht. Dies kann

beispielsweise durch Sputtern erfolgen. Die zweite

Metallschicht ist aus dem gleichen Metall wie die erste

Metallschicht gebildet. Insbesondere weist die zweite

Metallschicht eines der Metalle Au, Pt, Ag oder Cu auf oder besteht daraus.

Gemäß zumindest einer Ausgestaltung des Verfahrens wird in einem weiteren Schritt die Halbleiterschichtenfolge durch direktes Bonden der ersten Metallschicht an die zweite

Metallschicht mit dem Siliziumsubstrat verbunden. Bei diesem Schritt werden die erste Metallschicht und die zweite

Metallschicht bei einer Temperatur im Bereich zwischen 150 °C und 400 °C in Kontakt gebracht, sodass sie eine Metall- Verbindungsschicht ausbilden. Nach diesem Schritt ist die Halbleiterschichtenfolge an einer dem Aufwachssubstrat gegenüberliegenden Oberfläche mit dem Siliziumsubstrat verbunden, das nun als Trägersubstrat fungieren kann.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt in einem weiteren Schritt das Ablösen des Aufwachssubstrats von der Halbleiterschichtenfolge. Dies kann beispielsweise durch ein Laser-Lift-off-Verfahren erfolgen.

Das Verfahren kann gemäß einer Ausgestaltung die folgenden Schritte, insbesondere in der genannten Reihenfolge, umfassen :

- Herstellen einer Halbleiterschichtenfolge auf einem

AufwachsSubstrat,

- Aufbringen einer Siliziumoxidschicht auf die vom

Aufwachssubstrat abgewandte Oberfläche der

Halbleiterschichtenfolge,

- Aufbringen einer ersten Metallschicht auf die

Siliziumoxidschicht, wobei die erste Metallschicht Gold, Platin, Kupfer oder Silber aufweist,

- Bereitstellen eines Siliziumsubstrats und Aufbringen einer zweiten Metallschicht, die aus dem gleichen Material wie die erste Metallschicht gebildet ist, auf das Siliziumsubstrat,

- Verbinden der Halbleiterschichtenfolge mit dem

Siliziumsubstrat durch direktes Bonden der ersten

Metallschicht an die zweite Metallschicht, wobei die erste Metallschicht und die zweite Metallschicht bei einer

Temperatur im Bereich zwischen 150 °C und 400 °C in Kontakt gebracht werden, so dass sie eine Metall-Verbindungsschicht ausbilden, und

- Ablösen des Aufwachssubstrats von der

Halbleiterschichtenfolge .

Das Verfahren hat insbesondere den Vorteil, dass durch das direkte Bonden der ersten Metallschicht und der zweiten Metallschicht eine besonders feste Verbindung erzielt wird. Insbesondere wird beim direkten Bonden der Metallschichten, vorzugsweise Goldschichten, eine bessere Haftung als beim direkten Bonden von zwei Si0 2 -Schichten erzielt. Das direkte Bonden der Metallschichten erfordert außerdem keine Plasmaaktivierung. Weiterhin hat das Verfahren im Vergleich zum direkten Bonden von zwei SiCg-Schichten den Vorteil, dass das direkte Bonden der ersten und zweiten Metallschicht bei einer höheren Temperatur, insbesondere im Temperaturbereich zwischen 150 °C und 400 °C, erfolgen kann.

Beim direkten Bonden von Siliziumoxidschichten sind OH- Gruppen an der Oberfläche erforderlich, die bei erhöhten Temperaturen von über 100 °C nicht mehr vorhanden sind. Das hierin vorgeschlagene Prinzip, wonach das direkte Bonden mit Metallschichten erfolgt, nutzt insbesondere die Erkenntnis aus, das in diesem Fall das Bonden bei einer höheren

Temperatur, insbesondere bei mindestens 150 °C erfolgen kann. Dadurch wird eine thermisch induzierte Verspannung zwischen dem Halbleiterkörper, der insbesondere auf einem

Nitridverbindungshalbleitermaterial basieren kann, und dem Siliziumsubstrat, vorteilhaft vermindert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das direkte Bonden der ersten Metallschicht an die zweite Metallschicht im Temperaturbereich zwischen 200 °C und 400 °C, besonders bevorzugt zwischen 300 °C und 400 °C. Es hat sich

herausgestellt, dass die Spannung in der

Halbleiterschichtenfolge nach dem Ablösen des

Aufwachssubstrats besonders gering ist, wenn das direkte Bonden in diesem Temperaturbereich erfolgt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die erste

Metallschicht und die zweite Metallschicht Goldschichten.

Gold eignet sich besonders gut für das direkte Bonden gemäß dem hierin vorgeschlagenen Prinzip, weil Gold besonders glatte Schichten ausbildet und besonders resistent gegen Oxidation ist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird vor dem Aufbringen der ersten Metallschicht und/oder der zweiten Metallschicht eine Haftschicht aufgebracht. Insbesondere kann vor dem

Aufbringen der ersten Metallschicht eine Haftschicht auf die Siliziumoxidschicht aufgebracht werden. Weiterhin kann vorteilhaft vor dem Aufbringen der zweiten Metallschicht eine Haftschicht auf das Siliziumsubstrat aufgebracht werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Haftschicht eine Titanschicht. Eine Titanschicht eignet sich insbesondere gut als Haftschicht für eine Goldschicht. Die Haftschicht ist insbesondere eine sehr dünne Schicht. Die Dicke der

Haftschicht beträgt vorzugsweise zwischen 0,5 nm und 5 nm, beispielsweise etwa 1 nm.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die

Halbleiterschichtenfolge eine erste Kontaktschicht und eine zweite Kontaktschicht an einer vom Aufwachssubstrat

abgewandten Oberfläche auf. Die erste Kontaktschicht und die zweite Kontaktschicht sind insbesondere lateral versetzt voneinander angeordnet. Die erste Kontaktschicht kann

beispielsweise mit einem p-Typ-Halbleiterbereich der

Halbleiterschichtenfolge und die zweite Kontaktschicht mit einem n-Typ-Halbleiterbereich der Halbleiterschichtenfolge verbunden sein.

Gemäß zumindest einer Ausgestaltung werden in einem weiteren Schritt des Verfahrens Durchgangslöcher erzeugt, die sich durch das Siliziumsubstrat, durch die Metall- Verbindungsschicht und durch die Siliziumoxidschicht zu der ersten Kontaktschicht und der zweiten Kontaktschicht

erstrecken. Die Durchgangslöcher sind insbesondere als

Durchkontakte durch das Siliziumsubstrat (TSV, Through

Silicon Vias) vorgesehen, um die erste Kontaktschicht und die zweite Kontaktschicht jeweils durch das Trägersubstrat hindurch elektrisch anzuschließen. Das Herstellen der

Durchgangslöcher kann insbesondere durch reaktives

Ionentiefätzen (DRIE - Deep Reactive Ion Etching) erfolgen.

Gemäß zumindest einer Ausgestaltung wird in einem weiteren Schritt des Verfahrens eine Passivierungsschicht auf Wände der Durchgangslöcher aufgebracht. Die Passivierungsschicht kann insbesondere eine Si02 _ Schicht sein. Die

Passivierungsschicht bedeckt insbesondere die Metall- Verbindungsschicht, die in den Durchgangslöchern freiliegt. Auf diese Weise wird ein Kurzschluss vermieden, wenn die Durchgangslöcher zur Kontaktierung der ersten Kontaktschicht und der zweiten Kontaktschicht mit einem elektrisch

leitfähigen Material gefüllt werden.

Gemäß zumindest einer Ausgestaltung sind die erste

Metallschicht und die zweite Metallschicht jeweils nicht mehr als 20 nm dick. Die erste Metallschicht und die zweite

Metallschicht können insbesondere zwischen 4 nm und 20 nm dick sein. Eine vergleichsweise geringe Dicke der

Metallschicht erleichtert insbesondere das Durchtrennen der Metallschichten beim Erzeugen der Durchgangslöcher zur

Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zu den Kontaktschichten der Halbleiterschichtenfolge.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die

Siliziumoxidschicht vor dem Aufbringen der ersten

Metallschicht durch chemisch-mechanisches Polieren geglättet. Auf diese Weise wird vorteilhaft erreicht, dass die

vergleichsweise dünne Metallschicht eine sehr glatte

Oberfläche ausbildet, die vorteilhaft für das direkte Bonden ist .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens basiert die Halbleiterschichtenfolge auf einem

Nitridverbindungshalbleiter. „Auf einem

Nitridverbindungshalbleiter basierend" bedeutet im

vorliegenden Zusammenhang, dass die Halbleiterschichtenfolge oder zumindest eine Schicht davon ein III-Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial , vorzugsweise In x Al y Gai- x-y N umfasst, wobei 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x + y < 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte

Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche

Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (In, Al, Ga, N) , auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.

Das Aufwachssubstrat ist im Fall einer auf

Halbleiterschichtenfolge, die auf einem

Nitridverbindungshalbleiter basiert, vorzugweise ein

Saphirsubstrat, welches vorteilhaft zum epitaktischen

Aufwachsen von Nitridverbindungshalbleitern geeignet ist. Da Saphirsubstrate vergleichsweise teuer sind, ist es

vorteilhaft, dass das Aufwachssubstrat bei dem Verfahren von dem Halbleiterkörper abgelöst wird, sodass es wiederverwendet werden kann. Das Verfahren ist für Halbleiterkörper mit einer Halbleiterschichtenfolge aus einem

Nitridverbindungshalbleiter besonders vorteilhaft, da der Schritt des direkten Bondens der Metallschichten bei einer Temperatur von mehr als 200 °C, insbesondere im

Temperaturbereich von etwa 200 °C bis etwa 400 °C und

bevorzugt im Temperaturbereich von etwa 300 °C bis etwa

400 °C, durchgeführt werden kann, da bei einer derart hohen Temperatur die Verspannung zwischen dem

Nitridverbindungshalbleitermaterial und dem Siliziumsubstrat vergleichsweise gering ist. Eine derart hohe Temperatur wäre beim direkten Bonden von Si02 _ Schichten nicht möglich, da die

Bindungsenergie für diese Materialkombination bereits oberhalb von einer Temperatur von etwa 100 °C signifikant abnimmt .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist das Halbleiterbauelement ein optoelektronisches

Halbleiterbauelement. Das Halbleiterbauelement kann

insbesondere ein strahlungsemittierendes optoelektronisches Halbleiterbauelement sein, beispielsweise eine Leuchtdiode oder eine Laserdiode.

Es wird weiterhin ein mit dem Verfahren herstellbares

Halbleiterbauelement angegeben. Gemäß zumindest einer

Ausgestaltung umfasst das Halbleiterbauelement eine

Halbleiterschichtenfolge, die auf einem Siliziumsubstrat angeordnet ist. Die Halbleiterschichtenfolge weist eine erste Kontaktschicht und eine zweite Kontaktschicht an einer dem Siliziumsubstrat zugewandten Oberfläche auf. Weiterhin weist die Halbleiterschichtenfolge eine Siliziumoxidschicht an der dem Siliziumsubstrat zugewandten Oberfläche auf. Weiterhin weist das Halbleiterbauelement eine Metall-Verbindungsschicht zwischen dem Siliziumsubstrat und der Siliziumoxidschicht auf, wobei die Metall-Verbindungsschicht Gold, Silber, Platin oder Kupfer aufweist. Die Metall-Verbindungsschicht

ermöglicht vorteilhaft eine besonders gute Haftung zwischen der Halbleiterschichtenfolge und dem Siliziumsubstrat.

Die Metall-Verbindungsschicht ist vorzugsweise eine

Goldschicht oder umfasst eine Goldschicht. Es ist möglich, dass zwischen der Siliziumoxidschicht und der Metall- Verbindungsschicht und/oder zwischen dem Siliziumsubstrat und der Metall-Verbindungsschicht eine Haftschicht wie zum

Beispiel eine Titanschicht angeordnet ist.

Das Halbleiterbauelement kann insbesondere ein sogenanntes Dünnfilm-Halbleiterbauelement sein, bei dem das zum

Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge verwendete

Aufwachssubstrat von der Halbleiterschichtenfolge abgelöst ist. Das Siliziumsubstrat, das mit der Metall- Verbindungsschicht mit dem Halbleiterkörper verbunden ist, fungiert in diesem Fall als Trägersubstrat des

Halbleiterbauelements .

Bei einer Ausgestaltung des Halbleiterbauelements sind in dem Siliziumsubstrat Durchgangslöcher ausgebildet, die sich durch das Siliziumsubstrat, durch die Metall-Verbindungsschicht und durch die Siliziumoxidschicht zu der ersten Kontaktschicht und zweiten Kontaktschicht erstrecken. In diesem Fall sind Wände der Durchgangslöcher vorteilhaft mit einer

Passivierungsschicht versehen. Die Passivierungsschicht ist eine elektrisch isolierende Schicht, wie zum Beispiel eine Siliziumoxidschicht, die verhindert, dass ein elektrisch leitfähiges Material in den Durchgangslöchern in elektrischen Kontakt mit der Metall-Verbindungsschicht kommt.

Gemäß zumindest einer Ausgestaltung des Halbleiterbauelements sind die Durchgangslöcher mit einem elektrisch leitfähigen Material gefüllt, welches die erste Kontaktschicht und die zweite Kontaktschicht jeweils mit einem Anschlusskontakt auf einem Trägerkörper verbindet. Das elektrisch leitfähige

Material kann insbesondere Kupfer sein. Der Trägerkörper kann beispielsweise eine Leiterplatte sein, auf der das

Halbleiterbauelement angeordnet ist. Es ist auch möglich, dass der Trägerkörper ein Halbleiterchip ist, der zum

Beispiel eine Treiberschaltung für das Halbleiterbauelement umfasst .

Das Halbleiterbauelement kann insbesondere ein

strahlungsemittierendes optoelektronisches

Halbleiterbauelement sein, wobei eine

Strahlungsaustrittsfläche eine vom Siliziumsubstrat

abgewandte Oberfläche des Halbleiterkörpers ist. Insbesondere sind die erste Kontaktschicht und die zweite Kontaktschicht der Halbleiterschichtenfolge dem als Trägersubstrat

fungierenden Siliziumsubstrat zugewandt. Das

Halbleiterbauelement weist somit eine sogenannte Flip-Chip- Konfiguration auf.

Das Halbleiterbauelement kann gemäß einer Ausführungsform insbesondere eine Leuchtdiode oder ein Halbleiterlaser sein.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des

Halbleiterbauelements ergeben sich aus der Beschreibung des Verfahrens und umgekehrt.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von

Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 12 näher erläutert. Es zeigen:

Figuren 1 bis 11 eine schematische Darstellung von

Zwischenschritten des Verfahrens bei einem

Ausführungsbeispiel, und

Figur 12 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Halbleiterbauelement gemäß einem

Ausführungsbeispiel .

Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die

dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Bestandteile zur

Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt sein.

Bei dem in Figur 1 dargestellten Zwischenschritt des

Verfahrens ist eine Halbleiterschichtenfolge 2 auf ein

Aufwachssubstrat 1 aufgebracht worden. Die

Halbleiterschichtenfolge 2 kann insbesondere die funktionelle Schichtenfolge eines elektronischen oder optoelektronischen Bauelements sein. Die Halbleiterschichtenfolge 2 kann eine Vielzahl von Einzelschichten aufweisen, die hier zur

Vereinfachung nicht einzeln dargestellt sind.

Im Fall eines optoelektronischen Bauelements kann die

Halbleiterschichtenfolge 2 beispielsweise einen p-Typ- Halbleiterbereich, einen n-Typ-Halbleiterbereich und eine zwischen dem p-Typ-Halbleiterbereich und dem n-Typ- Halbleiterbereich angeordnete aktive Schicht aufweisen. Die Halbleiterschichtenfolge 2 kann in diesem Fall insbesondere eine Leuchtdiodenschichtenfolge sein. Die Halbleiterschichtenfolge 2 kann insbesondere auf einem Nitridverbindungshalbleiter basieren. In diesem Fall kann das Aufwachssubstrat 1 insbesondere ein Saphirsubstrat sein.

Bei dem in Figur 2 dargestellten Zwischenschritt des

Verfahrens sind eine erste Kontaktschicht 11 und eine zweite Kontaktschicht 12 auf die vom Aufwachssubstrat 1 abgewandte Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge 2 aufgebracht worden. Die erste Kontaktschicht 11 und die zweite Kontaktschicht 12 können beispielsweise eine oder mehrere Metallschichten umfassen. Die erste Kontaktschicht 11 und die zweite

Kontaktschicht 12 dienen insbesondere zur elektrischen

Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge 2 und sind

beispielsweise mit Bereichen unterschiedlicher Polarität der Halbleiterschichtenfolge 2 verbunden. Zum Beispiel ist die erste Kontaktschicht 11 mit einem p-Typ-Halbleiterbereich der Halbleiterschichtenfolge 2 und die zweite Kontaktschicht 12 mit einem n-Typ-Halbleiterbereich der

Halbleiterschichtenfolge 2 verbunden.

Um die Kontaktierung der verschiedenen Halbleiterbereiche zu ermöglichen, kann die Halbleiterschichtenfolge 2 eine

geeignete laterale Strukturierung aufweisen, die hier zur Vereinfachung nicht dargestellt ist. Wenn beispielsweise die Halbleiterschichtenfolge 2 einen n-Typ-Halbleiterbereich, eine aktive Schicht und einen p-Typ-Halbleiterbereich

aufweist, die in dieser Reihenfolge übereinander abgeschieden werden, können ein Teil des p-Typ-Halbleiterbereichs und der aktiven Schicht abgetragen werden, um das Aufbringen der zweiten Kontaktschicht 12 auf den n-Typ-Halbleiterbereich zu ermöglichen. Hierzu geeignete Strukturierungsverfahren, wie beispielsweise Ätzprozesse, sind dem Fachmann bekannt und werden deshalb an dieser Stelle nicht näher erläutert.

Bei dem in Figur 3 dargestellten Zwischenschritt ist eine Siliziumoxidschicht 3, insbesondere eine SiCg-Schicht, auf eine vom Aufwachssubstrat 1 abgewandte Oberfläche der

Halbleiterschichtenfolge 2 aufgebracht worden. Das Aufbringen der Siliziumoxidschicht erfolgt vorzugsweise mittels eines CVD-Verfahrens . Es ist möglich, dass die Siliziumoxidschicht 3 nach diesem Zwischenschritt die erste Kontaktschicht 11 und die zweite Kontaktschicht 12 überdeckt. Es ist deshalb möglich, dass die Oberfläche der Siliziumoxidschicht 3 nach dem Aufbringen nicht vollständig planar ist.

Bei dem in Figur 4 dargestellten Zwischenschritt ist die Oberfläche der Siliziumoxidschicht 3 planarisiert worden. Das Planarisieren der Siliziumoxidschicht 3 kann insbesondere durch chemisch-mechanisches Polieren (CMP) erfolgen.

Bei dem in Figur 5 dargestellten Zwischenschritt des

Verfahrens ist eine erste Metallschicht 4a auf die

Siliziumoxidschicht 3 aufgebracht worden. Bevorzugt ist die erste Metallschicht 4a eine Goldschicht. Die erste

Metallschicht 4a kann beispielsweise zwischen 4 nm und 20 nm dick sein. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung wird vor dem Aufbringen der ersten Metallschicht 4a eine Haftschicht 4c auf die Siliziumoxidschicht 3 aufgebracht. Die Haftschicht 4c kann insbesondere eine Titanschicht sein. Die Haftschicht 4c ist vorzugsweise eine dünne Schicht, deren Dicke nur etwa 0,5 nm bis 5 nm beträgt. Das Aufbringen der ersten Metallschicht 4a und/oder der Haftschicht 4c kann insbesondere durch

Sputtern erfolgen. Bei dem in Figur 6 dargestellten Zwischenschritt ist ein Siliziumsubstrat 5 bereitgestellt worden, das im fertigen Halbleiterbauelement als Trägersubstrat für die

Halbleiterschichtenfolge dienen soll. Das Siliziumsubstrat 5 wird vorzugsweise mittels NH 3 und/oder Ultraschall gereinigt. Auf das Siliziumsubtrat 5 wird eine zweite Metallschicht 4b aufgebracht, die aus dem gleichen Metall wie die erste

Metallschicht 4a besteht. Vorzugsweise sind die erste

Metallschicht 4a und die zweite Metallschicht 4b jeweils Goldschichten. Die zweite Metallschicht 4b kann wie die erste Metallschicht 4a beispielsweise eine Dicke zwischen 4 nm und 20 nm aufweisen. Vor dem Aufbringen der zweiten Metallschicht 4b kann, wie im Fall der ersten Metallschicht 4a, vorteilhaft eine Haftschicht 4c auf das Siliziumsubstrat 5 aufgebracht werden. Die Haftschicht 4c kann insbesondere eine

Titanschicht sein, die vorzugsweise eine Dicke von 0,5 nm bis 5 nm aufweist. Das Aufbringen der zweiten Metallschicht 4b und/oder der Haftschicht 4c erfolgt insbesondere durch

Sputtern .

Bei dem in Figur 7 dargestellten weiteren Zwischenschritt werden die erste Metallschicht 4a und die zweite

Metallschicht 4b direkt miteinander in Kontakt gebracht und auf diese Weise durch direktes Bonden miteinander verbunden. Bevor die erste Metallschicht 4a und die zweite Metallschicht 4b direkt miteinander in Kontakt gebracht werden, wird die Temperatur T auf mindestens 150° C, vorzugsweise auf eine Temperatur T im Bereich von 200 °C bis 400 °C, erhöht. Das direkte Bonden erfolgt insbesondere nicht bei Raumtemperatur. Beim direkten Bonden verbinden sich die erste Metallschicht 4a und die zweite Metallschicht 4b an ihrer Grenzfläche miteinander und bilden so eine Metall-Verbindungsschicht 4 aus. Das direkte Bonden bei einer Temperatur zwischen 150 °C und 400 °C, bevorzugt zwischen 200 °C und 400 °C, hat den Vorteil, dass die Verspannung zwischen dem Siliziumsubstrat 5 und dem Material der Halbleiterschichtenfolge 2, insbesondere einem Nitridverbindungshalbleitermaterial, nach dem Ablösen des Aufwachssubstrats 1 vorteilhaft gering ist.

Wie in Figur 8 dargestellt, ist die Halbleiterschichtenfolge 2 nun durch die Metall-Verbindungsschicht 4 mit dem

Siliziumsubstrat 5 verbunden. Das Siliziumsubstrat 5 fungiert nun als Trägersubstrat für die Halbleiterschichtenfolge 2.

Bei dem Zwischenschritt der Figur 8 ist das Aufwachssubstrat 1 von der Halbleiterschichtenfolge 2 abgelöst worden. Das Ablösen des Aufwachssubstrats kann beispielsweise durch einen Laser-Lift-off-Prozess erfolgen.

Bei dem in Figur 9 dargestellten Zwischenschritt sind

Durchgangslöcher 21, 22 in dem Siliziumsubstrat 5 erzeugt worden, die sich auch durch die Metall-Verbindungsschicht 4 und die Siliziumoxidschicht 3 hindurch zu der ersten

Kontaktschicht 11 und der zweiten Kontaktschicht 12 hin erstrecken. Das Herstellen der Durchgangslöcher 21, 22 in dem Siliziumsubstrat 5 sowie der Metall-Verbindungsschicht 4 und ggf. den Haftschichten 4c kann beispielsweise durch reaktives Ionentiefätzen (DRIE) erfolgen. Für das Herstellen der

Durchgangslöcher in dem Siliziumsubstrat 5 mittels DRIE ist es vorteilhaft, dass die Metall-Verbindungsschicht 4 zwischen der Siliziumoxidschicht 3 und dem Siliziumsubstrat 5

angeordnet ist. Die elektrische Leitfähigkeit der Metall- Verbindungsschicht 4 ermöglicht das Abfließen von Ionen, wenn die Ätztiefe die Dicke des Siliziumsubstrat 5 erreicht hat. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich der Ätzprozess in Seitwärtsrichtung fortsetzt (notching effect) , wenn ein elektrisch isolierendes Material erreicht wird. Dies wäre der Fall, wenn das Siliziumsubstrat unmittelbar an die Siliziumoxidschicht angrenzen würde.

Bei dem Herstellen der Durchgangslöcher 21, 22 wird auch die Siliziumoxidschicht 3 durchtrennt. Zum Durchtrennen der Siliziumoxidschicht 3 kann ein zusätzlicher Prozessschritt erforderlich sein. Die Durchgangslöcher 21, 22 können im Bereich der Siliziumoxidschicht 3 beispielsweise durch einen Plasmaätzprozess, insbesondere mit einem auf Fluor

basierenden Ätzmittel wie zum Beispiel SF ß oder CIF 3 ,

hergestellt werden.

Bei dem in Figur 10 dargestellten weiteren Zwischenschritt des Verfahrens ist eine Passivierungsschicht 6 auf die Wände der Durchgangslöcher 21, 22 aufgebracht worden. Die

Passivierungsschicht 6 ist vorzugsweise eine

Siliziumoxidschicht, insbesondere eine Si02 _ Schicht . Die Passivierungsschicht 6 bedeckt vorteilhaft nicht nur die Durchgangslöcher 21, 22, sondern auch die von der

Halbleiterschichtenfolge 2 abgewandte Oberfläche des

Siliziumsubstrats 5. Die Passivierungsschicht 6 wird

vorzugsweise mit einem CVD-Prozess hergestellt.

Bei dem in Figur 11 dargestellten weiteren Zwischenschritt des Verfahrens sind die Durchgangslöcher 21, 22 zur

Ausbildung eines ersten Durchkontakts 31 und eines zweiten Durchkontakts 32 mit einem elektrisch leitfähigen Material aufgefüllt worden. Der erste Durchkontakt 31 ist an die erste Kontaktschicht 11 der Halbleiterschichtenfolge 2

angeschlossen, und der zweite Durchkontakt 32 ist an die zweite Kontaktschicht 12 der Halbleiterschichtenfolge 2 angeschlossen. Die Durchkontakte 31, 32 können beispielsweise jeweils Kupfer aufweisen oder daraus bestehen. Die Durchkontakte 31, 32 weisen an der von der

Halbleiterschichtenfolge 2 abgewandten Oberfläche des

Siliziumsubstrats 5 vorteilhaft jeweils eine Kontaktflache auf, an denen das so fertiggestellte Ausführungsbeispiel des Halbleiterbauelements 10 elektrisch leitend angeschlossen werden kann. Die Halbleiterschichtenfolge 2 kann

beispielsweise eine Leuchtdiodenschichtenfolge sein, die Strahlung 9 durch die Strahlungsaustrittsfläche 8 emittiert. Da die elektrische Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge 2 mittels der Durchkontakte 31, 32 von einer der

Strahlungsaustrittsfläche 8 gegenüberliegenden Seite her erfolgt, kann die Strahlungsaustrittsfläche 8 vorteilhaft frei von elektrischen Kontakten sein. Dies ist vorteilhaft, um die Strahlungsausbeute zu erhöhen.

Figur 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel des

Halbleiterbauelements 10, bei dem das Halbleiterbauelement 10 auf einem Trägerkörper 7 angeordnet ist. Der Trägerkörper 7 weist beispielsweise eine erste Anschlussschicht 41 auf, die mit dem ersten Durchkontakt 31 verbunden ist. Weiterhin weist der Trägerkörper 7 eine zweite Anschlussschicht 42 auf, die mit dem zweiten Durchkontakt 32 verbunden ist. Das

Halbleiterbauelement 10 ist ein sogenanntes Flip-Chip- Halbleiterbauelement, bei dem die Halbleiterschichtenfolge 2 gegenüber der ursprünglichen Aufwachsrichtung um 180° gedreht ist. Die Strahlungsaustrittsfläche 8 des

Halbleiterbauelements 10 kann somit vorteilhaft frei von elektrischen Kontakten sein.

Der Trägerkörper 7 kann bei einer Ausgestaltung ein

integrierter Schaltkreis sein, der zur Ansteuerung des

Halbleiterbauelements 10 dienen kann. Das Halbleiterbauelement 10 und der Trägerkörper 7 sind hier und in der Beschreibung des Verfahrens beispielhaft mit nur jeweils zwei Kontaktschichten 11, 12 bzw. Anschlussschichten

41, 42 dargestellt. Das Verfahren ist aber insbesondere auch dazu geeignet, ein pixeliertes Halbleiterbauelement mit einer Vielzahl von Kontaktschichten herzustellen, das mit einem Trägerkörper mit einer Vielzahl von Anschlussschichten verbunden wird.

Das Halbleiterbauelement 10 zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Metall-Verbindungsschicht 4 eine gute Haftung zwischen dem Siliziumsubstrat 5 und der auf der

Halbleiterschichtenfolge 2 angeordneten Siliziumoxidschicht 3 vermittelt. Weiterhin ist die Durchbiegung des

Siliziumsubstrats 5 aufgrund der hohen Temperatur beim direkten Bonden vorteilhaft gering im Vergleich zu direkten Si02-Si02-Direktbonds oder Silizium-Silizium-Direktbonds .

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die

Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von

Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den

Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Bezugszeichenliste

1 Aufwachssubstrat

2 Halbleiterschichtenfolge

3 Siliziumoxidschicht

4 Metall-Verbindungsschicht

4a erste Metallschicht

4b zweite Metallschicht

4c Haftschicht

5 Siliziumsubstrat

6 Passivierungsschicht

7 Trägerkörper

8 Strahlungsaustrittsfläche

9 Strahlung

10 Halbleiterbauelement

11 erste Kontaktschicht

12 zweite Kontaktschicht

21 erstes Durchgangsloch

22 zweites Durchgangsloch

31 erster Durchkontakt

32 zweiter Durchkontakt

41 erste Anschlussschicht

42 zweite Anschlussschicht