OPTOELEKTRONISCHES HALBLEITERBAUELEMENT UND VERFAHREN ZUR

HERSTELLUNG EINES OPTOELEKTRONISCHEN HALBLEITERBAUELEMENTS

Es werden ein optoelektronisches Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements angegeben.

Ein Verfahren zur Herstellung strahlungsemittierender Halbleiterbauelemente und strahlungsemittierende Halbleiterbauelemente sind beispielsweise in der Druckschrift DE 102017110073 Al beschrieben.

Vorliegend kann es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterbauelement um ein sogenanntes „Chip Scale Package" handeln, das in seinen lateralen Abmessungen im Wesentlichen den lateralen Abmessungen eines für das Halbleiterbauelement verwendeten Halbleiterchips entspricht und damit relativ kompakt ausgebildet ist. Die mechanische Stabilität eines solchen kompakten Halbleiterbauelements kann jedoch an Materialgrenzen, zum Beispiel an der Grenze zwischen einer Metallstruktur und einem Kunststoff, beeinträchtigt sein, so dass mechanische Belastungen des Halbleiterbauelements entlang dieser Grenze zum Bruch führen.

Es soll ein optoelektronisches Halbleiterbauelement mit erhöhter Bruchstabilität angegeben werden. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen optoelektronischen Halbleiterbauelements angegeben werden. Insbesondere werden diese Aufgaben durch ein optoelektronisches

Halbleiterbauelement beziehungsweise ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst dieses einen optoelektronischen Halbleiterchip mit einer ersten Hauptfläche und einer der ersten Hauptfläche gegenüberliegenden zweiten Hauptfläche. Insbesondere begrenzen die erste Hauptfläche und die zweite Hauptfläche den Halbleiterchip in vertikalen Richtungen. Weiterhin umfasst das Halbleiterbauelement einen ersten Kontaktbereich und einen zweiten Kontaktbereich, die an der zweiten Hauptfläche des Halbleiterchips angeordnet sind und jeweils zumindest eine quer zur zweiten Hauptfläche angeordnete Seitenfläche aufweisen, wobei zumindest eine der Seitenflächen eine Verzahnungsstruktur aufweist. „Quer" bedeutet hierbei insbesondere, dass eine Flächennormale der Seitenfläche zumindest im Wesentlichen parallel zu der zweiten Hauptfläche angeordnet ist. Die Verzahnungsstruktur verleiht dem zugehörigen Kontaktbereich an der Seitenfläche eine raue Oberfläche. Vorzugsweise sind der erste und zweite Kontaktbereich an ihren Seitenflächen jeweils mit einer Verzahnungsstruktur versehen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des

Halbleiterbauelements bildet die Verzahnungsstruktur ein Interferenzmuster nach, das in einer zur Herstellung des ersten und/oder zweiten Kontaktbereichs verwendeten fotoempfindlichen Beschichtung durch Belichtung derselben erzeugt wird. Dabei kann die Verzahnungsstruktur in Bereichen von Intensitätsmaxima des Interferenzmusters Vertiefungen und in Bereichen von Intensitätsminima des Interferenzmusters Erhebungen aufweisen. Alternativ kann die Verzahnungsstruktur in Bereichen von Intensitätsmaxima des Interferenzmusters Erhebungen und in Bereichen von Intensitätsminima des Interferenzmusters Vertiefungen aufweisen. Vorzugsweise handelt es sich bei der Verzahnungsstruktur um eine im physikalischen Sinne mikroskopische Struktur.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterchip einen Halbleiterkörper, der eine erste Halbleiterschicht und eine zweite Halbleiterschicht aufweist. Ferner weist der Halbleiterkörper eine erste Hauptfläche und eine der ersten Hauptfläche gegenüberliegende zweite Hauptfläche auf, die jeweils zumindest bereichsweise und im Rahmen typischer Herstellungstoleranzen parallel zu der ersten und zweiten Hauptfläche des Halbleiterchips angeordnet sind.

Die erste Halbleiterschicht kann eine erste Leitfähigkeit und die zweite Halbleiterschicht eine zweite Leitfähigkeit aufweisen. Vorzugsweise handelt es sich bei der ersten Halbleiterschicht um eine p-leitende Schicht. Weiterhin handelt es sich bei der zweiten Halbleiterschicht insbesondere um eine n-leitende Schicht. Der Halbleiterkörper kann zwischen der ersten und zweiten Halbleiterschicht weitere Halbleiterschichten aufweisen. Insbesondere weist der Halbleiterkörper zwischen der ersten und zweiten Halbleiterschicht eine aktive Zone auf, die zur Strahlungserzeugung oder zur Strahlungsdetektion geeignet ist. Die aktive Zone kann dabei als eine Schicht oder als eine Schichtenfolge mehrerer Schichten ausgebildet sein. Beispielsweise emittiert die aktive Zone im Betrieb des Halbleiterbauelements elektromagnetische Strahlung, etwa im sichtbaren, ultravioletten oder infraroten Spektralbereich. Alternativ kann die aktive Zone im Betrieb des Halbleiterbauelements elektromagnetische Strahlung, etwa aus dem sichtbaren, ultravioletten oder infraroten Spektralbereich, absorbieren, wobei diese in elektrische Signale oder elektrische Energie umgewandelt wird.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung bildet die erste Hauptfläche des Halbleiterchips im Falle eines Strahlung emittierenden Halbleiterbauelements die Strahlungsaustrittsfläche und im Falle eines Strahlung detektierenden Halbleiterbauelements die Strahlungseintrittsfläche .

Für die Schichten des Halbleiterkörpers kommen vorzugsweise auf Nitrid- oder Phosphid-Verbindungshalbleitern basierende Materialien in Betracht. "Auf Nitrid-Verbindungshalbleitern basierend" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass zumindest eine Schicht des Halbleiterkörpers ein Nitrid- III/V-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise Al _n Ga _m In _{1-n- m} N, umfasst, wobei 0 < n < 1, 0 < m < 1 und n+m < 1. Entsprechend bedeutet „auf Phosphid-Verbindungshalbleitern basierend", dass zumindest eine Schicht des Halbleiterkörpers Al _n Ga _m In _1-n-m P umfasst, wobei 0 < n < 1, 0 < m < 1 und n+m < 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, die die charakteristischen physikalischen Eigenschaften des Al _n Ga _m In _1-n-m N- oder Al _n Ga _m Ini- _n-m P ^_ Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können. Weiterhin kommen insbesondere für den langwelligeren Spektralbereich auf Arsenid- oder Antimonid basierende Verbindungshalbleiter in Frage. Darüber hinaus kann das Strahlung detektierende Halbleiterbauelement auf der Basis von Silizium gebildet sein.

Beispielsweise ist der Halbleiterchip ein sogenannter Dünnfilm-Halbleiterchip, bei dem ein zum Aufwachsen der Halbleiterschichten verwendetes Aufwachssubstrat entfernt oder zumindest stark gedünnt ist. Weiterhin handelt es sich bei dem Halbleiterchip vorzugsweise um einen Oberflächenstrahler, der einen wesentlichen Anteil der erzeugten Strahlung an der ersten Hauptfläche aussendet.

Weiterhin umfasst der Halbleiterchip eine erste Chipkontaktstruktur, die zur elektrischen Kontaktierung der ersten Halbleiterschicht vorgesehen ist, sowie eine zweite Chipkontaktstruktur, die zur elektrischen Kontaktierung der zweiten Halbleiterschicht vorgesehen ist. Vorzugsweise sind die erste und zweite Chipkontaktstruktur zumindest bereichsweise an der zweiten Hauptfläche angeordnet.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind der erste Kontaktbereich mittels der ersten Chipkontaktstruktur mit der ersten Halbleiterschicht und der zweite Kontaktbereich mittels der zweiten Chipkontaktstruktur mit der zweiten Halbleiterschicht elektrisch leitend verbunden. Insbesondere sind der erste und zweite Kontaktbereich dafür vorgesehen, das Halbleiterbauelement von außen elektrisch zu kontaktieren .

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind der erste und zweite Kontaktbereich aus einem Metall oder einer Metallverbindung gebildet. Als Materialien kommen für die Kontaktbereiche zum Beispiel Au, Zn, Al, Sn, Ni und Cu oder Verbindungen dieser Materialien wie beispielsweise AuSn und NiAu und darüber hinaus NiPdAu in Frage. Die Kontaktbereiche können also mindestens eines dieser Materialien enthalten oder aus einem dieser Materialien bestehen. Beispielsweise können die Kontaktbereiche mehrschichtig ausgebildet sein.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem ersten und zweiten Kontaktbereich um dreidimensionale Bereiche, deren Abmessungen gegenüber den Abmessungen des Halbleiterkörpers nicht vernachlässigbar klein sind. Insbesondere bilden der erste und zweite Kontaktbereich Teile eines Trägers des Halbleiterbauelements .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Halbleiterbauelement einen Formkörper auf, der den ersten und/oder zweiten Kontaktbereich lateral umschließt und in die Verzahnungsstruktur hineinragt. Insbesondere werden beide Kontaktbereiche von dem Formkörper lateral umschlossen.

Auch der Formkörper kann Teil des Trägers sein, auf dem der Halbleiterchip angeordnet ist. Vorzugsweise erstrecken sich der erste und der zweite Kontaktbereich von der zweiten Hauptfläche des Halbleiterchips durch den Formkörper hindurch bis zu einer dem Halbleiterchip abgewandten Oberfläche des Formkörpers .

Der Formkörper kann zum Beispiel durch ein Gießverfahren ausgebildet sein. Insbesondere wird der Formkörper aus einem gießbaren Kunststoff, etwa einem Polymer wie Harz, Epoxid oder Silikon, hergestellt. Unter einem Gießverfahren wird allgemein ein Verfahren verstanden, mit dem eine Formmasse bevorzugt unter Druckeinwirkung gemäß einer vorgegebenen Form ausgestaltet und erforderlichenfalls ausgehärtet wird. Insbesondere umfasst der Begriff "Gießverfahren" Gießen (molding), folienassistiertes Gießen (film assisted molding), Spritzgießen (injection molding), Spritzpressen (transfer molding) und Formpressen (compression molding).

Beispielsweise kann der Formkörper ein Matrixmaterial und darin eingebettete Füllstoffe aufweisen. Dabei ist das Matrixmaterial vorzugsweise ein organisches Material, insbesondere ein Kunststoff, während die Füllstoffe aus einem anorganischen Material, beispielsweise einem reflektierenden Material wie Si02 oder Ti02, oder einem organischen Material, etwa einem strahlungsabsorbierenden Material wie Ruß, gebildet sein können.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Verzahnungsstruktur zumindest annähernd, das heißt im Rahmen üblicher Fertigungstoleranzen, regelmäßig angeordnete Strukturelemente auf, die in einer Richtung quer zur zweiten Hauptfläche, insbesondere senkrecht dazu, das heißt in vertikaler Richtung, aufeinanderfolgen. Vorzugsweise erstreckt sich dabei jedes Strukturelement entlang eines Umfangs des jeweiligen Kontaktbereichs, so dass der Kontaktbereich von jedem Strukturelement umfangsseitig umschlossen ist. Insbesondere handelt es sich bei den Strukturelementen um Erhebungen an der zumindest einen Seitenfläche des zumindest einen Kontaktbereichs.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ragt der Formkörper in zwischen den Strukturelementen angeordnete Zwischenräume hinein. Durch das Hineinragen des Formkörpers in die Verzahnungsstruktur des zumindest einen Kontaktbereichs wird dieser mit dem Formkörper verzahnt. Dadurch weist das Halbleiterbauelement gegenüber einem herkömmlichen Halbleiterbauelement mit glattem Kontaktbereich eine erhöhte Bruchstabilität auf. Insbesondere handelt es sich bei den Zwischenräumen um Vertiefungen an der zumindest einen Seitenfläche des zumindest einen Kontaktbereichs.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Strukturelemente in regelmäßigen, insbesondere gleich bleibenden Abständen angeordnet. Dabei weisen zwei benachbarte Strukturelemente einen Abstand zueinander auf, der vorzugsweise von einer Wellenlänge der für die Belichtung verwendeten Strahlung abhängt. Insbesondere ergibt sich der Abstand aus folgender Formel: a = λ/2*n, wobei a den Abstand, λ die Wellenlänge der für die Belichtung verwendeten Strahlung und n den Brechungsindex einer bei der Belichtung verwendeten fotoempfindlichen Beschichtung bezeichnet. Beispielsweise liegt die Wellenlänge im ultravioletten bis violetten Spektralbereich, das heißt insbesondere zwischen einschließlich 150 Nanometern und einschließlich 450 Nanometern. Bei Verwendung einer Quecksilber-Lichtquelle für die Belichtung kann die Wellenlänge aufgrund der g- Linie oder i- Linie des Quecksilbers 436 nm beziehungsweise 365 nm, im Falle einer Kryptonfluorid-Laserlichtquelle 248 nm und im Falle einer Argonfluorid-Laserlichtquelle 193 nm betragen. Weiterhin beträgt der Brechungsindex vorzugsweise zwischen einschließlich 1.2 und einschließlich 1.8.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Strukturelemente im Rahmen üblicher Fertigungstoleranzen in Form und/oder Größe gleich ausgebildet. Beispielsweise sind die Strukturelemente im Querschnitt parabelförmig ausgebildet. Weiterhin können auch die Zwischenräume im Querschnitt parabelförmig ausgebildet sein. Insgesamt kann die Verzahnungsstruktur im Querschnitt sinusförmig ausgebildet sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements, insbesondere eines wie oben beschriebenen

Halbleiterbauelements, wird zumindest ein optoelektronischer Halbleiterchip mit einer ersten Hauptfläche und einer zweiten Hauptfläche bereitgestellt. Weiterhin wird eine fotoempfindliche Beschichtung auf die zweite Hauptfläche aufgebracht. Ferner werden durch Belichtung der fotoempfindlichen Beschichtung ein erster und zweiter Öffnungsbereich definiert, wobei an einem Rand des ersten und/oder zweiten Öffnungsbereichs ein Interferenzmuster erzeugt wird. In dem ersten und zweiten Öffnungsbereich wird die fotoempfindliche Beschichtung entfernt, wobei am Rand des ersten und/oder zweiten Öffnungsbereichs eine dem Interferenzmuster entsprechende Verzahnungsstruktur in der fotoempfindlichen Beschichtung ausgebildet wird. In dem ersten Öffnungsbereich wird zumindest ein Teil eines ersten Kontaktbereichs, der zumindest eine Seitenfläche aufweist, und in dem zweiten Öffnungsbereich wird zumindest ein Teil eines zweiten Kontaktbereichs, der zumindest eine Seitenfläche aufweist, ausgebildet, derart, dass die Verzahnungsstruktur zumindest einer der Seitenflächen aufgeprägt wird. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Kontaktbereiche in den Öffnungsbereichen in direktem Kontakt mit der fotoempfindlichen Beschichtung angeordnet werden. Bevorzugt erfolgt die Herstellung des ersten und zweiten Kontaktbereichs gleichzeitig.

Vorzugsweise wird für die Belichtung eine schmalbandige Lichtquelle verwendet, die Strahlung mit einer Wellenlänge im ultravioletten bis violetten Spektralbereich, das heißt insbesondere zwischen einschließlich 150 Nanometern und einschließlich 450 Nanometern, emittiert. Bevorzugte Werte ergeben sich aus den Emissionsspektren der für die Belichtung verwendeten weiter oben erwähnten Lichtquellen.

Das erzeugte Interferenzmuster weist mit Vorteil abwechselnd angeordnete Intensitätsmaxima und Intensitätsminima auf, die klar unterscheidbar sind. Dies wird dadurch bewirkt, dass die aus der Wellennatur der Strahlung herrührenden Intensitätsschwankungen gezielt maximiert werden.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist zwischen dem optoelektronischen Halbleiterchip und der fotoempfindlichen Beschichtung eine reflektierende Grenzfläche angeordnet. Bei der Belichtung der fotoempfindlichen Beschichtung kann mittels der reflektierenden Grenzfläche einfallende Strahlung zurückreflektiert werden und damit ein gewünschtes Interferenzmuster gezielt erzeugt werden.

Eine Möglichkeit zur Realisierung der reflektierenden Grenzfläche besteht darin, die zweite Hauptfläche des Halbleiterkörpers möglichst glatt auszubilden oder abzuschließen, um streuende Reflexionen möglichst gering zu halten. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die zweite Chipkontaktstruktur an der zweiten Hauptfläche des Halbleiterchips spiegelnd auszubilden. Dies kann beispielsweise durch eine metallische Beschichtung, etwa gebildet aus Ag, Al oder Rh, realisiert werden.

Weiterhin kann zwischen dem Halbleiterchip und der fotoempfindlichen Beschichtung eine Spiegelschicht angeordnet sein. Für die Spiegelschicht eignen sich eine oder mehrere dielektrische Schichten mit vergleichsweise geringem Brechungsindex. Zum Beispiel kann die Spiegelschicht Si02 oder MgF2 enthalten oder daraus gebildet sein. Es kann jedoch auch eine Schichtenfolge aus Schichten mit abwechselnd hohem Brechungsindex, zum Beispiel Ta205, und niedrigem Brechungsindex verwendet werden. Die Spiegelschicht kann zumindest teilweise im fertigen Halbleiterbauelement verbleiben.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird bei der Belichtung in zumindest einem der Öffnungsbereiche eine stehende Welle zwischen einer der zweiten Hauptfläche zugewandten Oberfläche und einer der zweiten Hauptfläche abgewandten Oberfläche der fotoempfindlichen Beschichtung erzeugt. Dies führt zu einer periodisch schwankenden Intensität in vertikaler Richtung. Beim weiteren Prozessieren führt die periodische Schwankung in vertikaler Richtung zu einem periodisch schwankenden Querschnitt des jeweiligen Öffnungsbereichs. Eine vertikale Ausdehnung beziehungsweise Dicke der fotoempfindlichen Beschichtung wird dabei unter Berücksichtigung ihres Brechungsverhaltens auf die Wellenlänge der verwendeten Strahlung so abgestimmt, dass eine stehende Welle ausgebildet wird.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird in einem weiteren Schritt, der nach dem Entfernen der fotoempfindlichen Beschichtung in den Öffnungsbereichen erfolgt, die fotoempfindliche Beschichtung nicht oder nur relativ schwach ausgeheizt, so dass die Verzahnungsstruktur erhalten bleibt. Ein Verfließen der Verzahnungsstruktur aufgrund zu hoher Temperaturen kann damit verhindert werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird für die fotoempfindliche Beschichtung ein Fotolack verwendet, wobei sowohl Positiv- als auch Negativlacke für die fotoempfindliche Beschichtung in Frage kommen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens werden der erste und zweite Kontaktbereich zumindest teilweise galvanisch abgeschieden. Hier und im Folgenden ist mit dem Begriff „galvanisches Abscheiden" ein galvanisches Abscheiden unter Stromfluss gemeint, während mit dem Begriff „stromloses galvanisches Abscheiden" ein galvanisches Abscheiden ohne Stromfluss gemeint ist. Bei dem stromlosen galvanischen Abscheiden handelt es sich in der Regel um eine Fällungsreaktion von Metallionen aus Flüssigkeit auf eine zu beschichtende Oberfläche.

Bei dem galvanischen Abscheiden handelt es sich um die Abscheidung von Metallionen auf einer zu beschichtenden Oberfläche aus einem flüssigen Elektrolyten unter Anlegen einer äußeren Spannung, wobei sich ein elektrischer Strom in dem flüssigen Elektrolyten ausbildet. Bevorzugt wird beim galvanischen Abscheiden, eine metallische Keimschicht auf die zweite Hauptfläche des Halbleiterchips aufgebracht. Besonders bevorzugt wird die Keimschicht bereits vor dem Aufbringen der fotoempfindlichen Beschichtung auf die zweite Hauptfläche des Halbleiterchips aufgebracht.

Die Keimschicht kann beispielsweise eines der folgenden Materialien aufweisen oder aus einem der folgenden Materialien bestehen: Au, Ti, Cu, Al, Ag, Sn, Rh, Pt. Die Keimschicht kann mit einem der folgenden Verfahren abgeschieden werden: stromloses galvanisches Abscheiden, Aufdampfen, PVD (kurz für „Physical Vapor Deposition"), PVD (kurz für „Physical Vapor Deposition") CVD (kurz für „Chemical Vapor Deposition"), PVD (kurz für „Physical Vapor Deposition"), PECVD (kurz für ,,Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition"), Sputtern. Die Keimschicht weist beispielsweise eine Dicke zwischen einschließlich 20 Nanometern und einschließlich 5 Mikrometern auf. Die Keimschicht kann weiterhin als eine Schichtenfolge aus Einzelschichten aufgebaut sein. Beispielsweise kann die Keimschicht aus einer Titanschicht und einer Goldschicht oder aus einer Titanschicht und einer Kupferschicht gebildet sein.

Auf der Keimschicht werden ein metallischer Volumenbereich des ersten Kontaktbereichs und ein metallischer Volumenbereich des zweiten elektrischen Kontaktbereichs galvanisch abgeschieden. Der erste und zweite Kontaktbereich können jeweils aus der Keimschicht und dem metallischen Volumenbereich gebildet sein, wobei die Verzahnungsstruktur insbesondere Seitenflächen der metallischen Volumenbereiche aufgeprägt wird. Die metallischen Volumenbereiche können zum Beispiel Au, Zn, Al, Sn, Ni und Cu oder Verbindungen dieser Materialien wie beispielsweise AuSn und NiAu und darüber hinaus NiPdAu aufweisen. Die metallischen Volumenbereiche können aus einer oder mehreren Metallschichten bestehen. Beispielsweise können eine relativ dünne Schicht aus Ni und eine massive Schicht aus Cu für die Volumenbereiche verwendet werden. Vorzugsweise werden die beiden metallischen Volumenbereiche aus demselben Material gebildet.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung werden der erste und zweite Kontaktbereich auf den metallischen Volumenbereichen jeweils mit einer Montageschicht versehen, die vorzugsweise für eine spätere Weiterverarbeitung des Halbleiterbauelements in einem Oberflächenmontageverfahren vorgesehen ist. Die Montageschicht kann zum Beispiel eine Lotschicht aus Sn oder eine Sn-Legierung, etwa mit Beimengungen aus Ag und Cu, und/oder Schichtenfolgen wie Ni/Pd/Au, Ni/Au, Ni:P/Au, Ni/Ag, Ni:P/Ag oder Cu aufweisen. Insbesondere werden die Montageschichten nach dem Erzeugen des Formkörpers aufgebracht .

Beispielsweise werden der erste und zweite Kontaktbereich mit einer vertikalen Ausdehnung zwischen einschließlich 5 Mikrometern und einschließlich 300 Mikrometern hergestellt. Die zur Herstellung der Kontaktbereiche verwendete fotoempfindliche Beschichtung kann eine entsprechende vertikale Ausdehnung, insbesondere zwischen einschließlich 5 Mikrometern und einschließlich 300 Mikrometern, aufweisen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Kontaktbereiche in den Formkörper eingebettet, wobei der Formkörper vorzugsweise mittels eines Gießverfahrens wie oben beschrieben erzeugt wird.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem Verfahren um ein Verfahren, das im Waferverbund durchgeführt wird. Hierbei werden mit Vorteil mehrere Halbleiterchips gleichzeitig bereitgestellt, die von einem gemeinsamen Wafer umfasst sind. Diese Halbleiterchips werden dann gleichzeitig gemäß den beschriebenen Verfahrensschritten prozessiert. So werden mit Vorteil mehrere optoelektronische Halbleiterbauelemente parallel erzeugt.

Das hier beschriebene Verfahren ist insbesondere dazu geeignet, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement wie eingangs beschrieben zu erzeugen. Alle Merkmale, die in Verbindung mit dem Verfahren beschrieben sind, können daher auch bei dem optoelektronischen Halbleiterbauelement verwirklicht sein und umgekehrt. Das hier beschriebene Halbleiterbauelement kann in Lichtquellen und Leuchtanzeigen zum Einsatz kommen. Aufgrund der kompakten Bauweise können mehrere Halbleiterbauelemente zu einer Matrix zusammengesetzt werden. Durch die Verwendung von rot, grün und blau leuchtenden Halbleiterbauelementen kann eine spektral durchstimmbare Lichtquelle realisiert werden. Alternativ können die Halbleiterbauelemente kompakte Photodetektoren oder kleine Solarzellen bilden. Insbesondere die Photodetektoren können dabei auf Basis von Silizium gebildet sein.

Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen .

Es zeigen:

Figuren 1 bis 4 schematische Querschnittsansichten von Schritten eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel und

Figur 4 eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Figur 5 eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel . In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht notwendigerweise als maßstabsgerecht anzusehen; vielmehr können einzelne Elemente zur besseren

Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.

Bei dem in Verbindung mit den Figuren 1 bis 4 beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 (vergleiche Figur 4) wird zunächst ein optoelektronischer Halbleiterchip 2 mit einer ersten Hauptfläche 2A und einer der ersten Hauptfläche 2A gegenüber liegenden zweiten Hauptfläche 2B bereitgestellt. Der Halbleiterchip 2 umfasst einen Halbleiterkörper 3, der eine erste, insbesondere p-leitende Halbleiterschicht 4, eine zweite, insbesondere n-leitende Halbleiterschicht 6 und eine zwischen der ersten und zweiten Halbleiterschicht 4, 6 angeordnete aktive Zone 5, die vorzugsweise zur Strahlungsemission vorgesehen ist, aufweist. Für die Schichten 4, 5, 6 des Halbleiterkörpers 3 kommen vorzugsweise auf Nitrid- , Phosphid- , Arsenid- oder Antimonid- Verbindungshalbleitern basierende Materialien wie weiter oben näher beschrieben in Betracht.

Darüber hinaus umfasst der Halbleiterchip 2 eine erste Chipkontaktstruktur 7 zur elektrischen Kontaktierung der ersten Halbleiterschicht 4 und eine zweite Chipkontaktstruktur 8 zur elektrischen Kontaktierung der zweiten Halbleiterschicht 6. Beide Chipkontaktstrukturen 7, 8 sind zumindest teilweise auf einer zweiten Hauptfläche 3B des Halbleiterkörpers 3 angeordnet, die einer ersten Hauptfläche 3A des Halbleiterkörpers 3 gegenüber liegend angeordnet ist.

Auf die zweite Hauptfläche 2B wird eine fotoempfindliche Beschichtung 13 aufgebracht. Vorzugsweise richtet sich eine vertikale Ausdehnung d der fotoempfindlichen Beschichtung 13 zum einen danach, dass sich unter Berücksichtigung ihres Brechungsverhaltens und der Wellenlänge einer zur Belichtung verwendeten Strahlung eine stehende Welle ausbildet und zum anderen nach der gewünschten vertikalen Ausdehnung d der zu erzeugenden Kontaktbereiche 9, 10 (vergleiche Figur 2). Insbesondere beträgt die vertikale Ausdehnung d der fotoempfindlichen Beschichtung 13 zwischen einschließlich 5 Mikrometern und einschließlich 300 Mikrometern. Für die fotoempfindliche Beschichtung 13 wird mit Vorteil ein Fotolack verwendet, wobei sowohl Positiv- als auch Negativlacke für die fotoempfindliche Beschichtung 13 in Frage kommen. Beispielsweise beträgt der Brechungsindex n der fotoempfindlichen Beschichtung 13 zwischen einschließlich 1.2 und einschließlich 1.8. Weiterhin kann die Wellenlänge λ im ultravioletten bis violetten Spektralbereich, das heißt insbesondere zwischen einschließlich 150 Nanometern und einschließlich 450 Nanometern, liegen.

Durch Belichtung (vergleiche Pfeil) der fotoempfindlichen Beschichtung 13 mit Strahlung der Wellenlänge λ werden ein erster und zweiter Öffnungsbereich 14, 15 definiert, wobei jeweils an Rändern des ersten und zweiten Öffnungsbereichs 14, 15 ein Interferenzmuster 16 erzeugt wird (vergleiche Figur 1), das deutlich unterscheidbare Intensitätsmaxima und Intensitätsminima aufweist. Insbesondere erfolgt die Belichtung mithilfe einer Maske (nicht dargestellt). Zwischen dem optoelektronischen Halbleiterchip 2 und der fotoempfindlichen Beschichtung 13 ist mit Vorteil eine reflektierende Grenzfläche 17 angeordnet, welche die einfallende Strahlung (vergleiche Pfeil) zurückreflektiert, so dass insbesondere eine stehende Welle in der fotoempfindlichen Beschichtung 13 beziehungsweise in den Öffnungsbereichen 14, 15 und zwar zwischen einer der zweiten

Hauptfläche 2B zugewandten Oberfläche und einer der zweiten Hauptfläche 2B abgewandten Oberfläche der fotoempfindlichen Beschichtung 13 ausgebildet und gezielt ein gewünschtes Interferenzmuster 16 erzeugt wird. Die reflektierende Grenzfläche 17 kann dadurch ausgebildet sein, dass die zweite Hauptfläche 3B besonders glatt ausgebildet ist und/oder die Chipkontaktstrukturen 7, 8 wie weiter oben erwähnt reflektierend sind und/oder eine Spiegelschicht wie oben erwähnt, die insbesondere zumindest eine dielektrische Schicht aufweist, an der zweiten Hauptfläche 2B angeordnet ist.

In einem weiteren Schritt wird die fotoempfindliche Beschichtung 13 in dem ersten und zweiten Öffnungsbereich 14, 15 entfernt. Zum Entfernen der fotoempfindlichen Beschichtung 13 kann, insbesondere wenn es sich bei der fotoempfindlichen Beschichtung 13 um einen Fotolack handelt, ein Fotolackentwickler etwa ein basisches Lösemittel auf der Basis von Tetramethylammoniumhydroxid verwendet werden.

Durch das Entfernen der fotoempfindlichen Beschichtung 13 wird an den Rändern des ersten und zweiten Öffnungsbereichs 14, 15 eine dem jeweiligen Interferenzmuster 16 entsprechende Verzahnungsstruktur 11 in der fotoempfindlichen Beschichtung 13 ausgebildet (vergleiche Figur 2). Nach dem Entfernen der fotoempfindlichen Beschichtung 13 in den Öffnungsbereichen 9, 10 wird die fotoempfindliche Beschichtung 13 nicht oder nur schwach ausgeheizt, so dass die Verzahnungsstrukturen 11 erhalten bleiben. Ein Verfließen der Verzahnungsstrukturen 11 aufgrund zu hoher Temperaturen kann damit verhindert werden.

In dem ersten Öffnungsbereich 14 wird ein Teil beziehungsweise metallischer Volumenbereich 19 eines ersten Kontaktbereichs 9, der zumindest eine Seitenfläche 9A aufweist, ausgebildet, und in dem zweiten Öffnungsbereich 15 wird ein Teil beziehungsweise metallischer Volumenbereich 19 eines zweiten Kontaktbereichs 10 ausgebildet, der zumindest eine Seitenfläche 10A aufweist. Die Öffnungsbereiche 14, 15 und entsprechend die Kontaktbereiche 9, 10 können jeweils zumindest annähernd die Form eines Prismas, insbesondere eines Quaders, oder Zylinders aufweisen.

Die Kontaktbereiche 9, 10 in den Öffnungsbereichen 14, 15 werden insbesondere in direktem Kontakt mit der jeweiligen Verzahnungsstruktur 11 der fotoempfindlichen Beschichtung 13 ausgebildet, so dass die Verzahnungsstrukturen 11 den Seitenflächen 9A, 10A aufgeprägt werden.

Der erste und zweite Kontaktbereich 9, 10 können zumindest teilweise galvanisch abgeschieden werden. Hierbei wird zunächst, insbesondere bereits vor dem Aufbringen der fotoempfindlichen Beschichtung 13, eine metallische Keimschicht 18 auf die zweite Hauptfläche 2B des Halbleiterchips 2 aufgebracht. Die Keimschicht 18 kann wie bereits oben erwähnt eines der folgenden Materialien aufweisen oder aus einem der folgenden Materialien bestehen: Au, Ti, Cu, Al, Ag, Sn, Rh, Pt. Die Keimschicht 18 kann mit einem der folgenden Verfahren abgeschieden werden: stromloses galvanisches Abscheiden, Aufdampfen, PVD (kurz für „Physical Vapor Deposition"), PVD (kurz für ,,Physical Vapor Deposition") CVD (kurz für ,,Chemical Vapor Deposition"), PVD (kurz für ,,Physical Vapor Deposition"), PECVD (kurz für ,,Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition"), Sputtern. Die Keimschicht 18 weist beispielsweise eine vertikale Ausdehnung d zwischen einschließlich 20 Nanometern und einschließlich 5 Mikrometern auf. Die Keimschicht 18 kann weiterhin als eine Schichtenfolge aus Einzelschichten aufgebaut sein. Beispielsweise kann die Keimschicht 18 aus einer Titanschicht und einer Goldschicht oder aus einer Titanschicht und einer Kupferschicht gebildet sein.

Auf der Keimschicht 18 werden der metallische Volumenbereich 19 des ersten Kontaktbereichs 9 und der metallische Volumenbereich 19 des zweiten Kontaktbereichs 10 galvanisch abgeschieden. Die metallischen Volumenbereiche 19 können zum Beispiel Au, Zn, Al, Sn, Ni und Cu oder Verbindungen dieser Materialien wie beispielsweise AuSn und NiAu und darüber hinaus NiPdAu aufweisen. Die metallischen Volumenbereiche 19 können aus einer oder mehreren Metallschichten bestehen. Beispielsweise können eine relativ dünne Schicht aus Ni und eine massive Schicht aus Cu für die Volumenbereiche verwendet werden. Vorzugsweise werden die beiden metallischen Volumenbereiche 19 aus demselben Material und mit derselben vertikalen Ausdehnung d gebildet. Vorzugsweise beträgt die vertikale Ausdehnung d der Kontaktbereiche 9, 10 zwischen einschließlich 5 Mikrometern und einschließlich 300

Mikrometern . Nach der Herstellung der Kontaktbereiche 9, 10 wird die fotoempfindliche Beschichtung 13 vorzugsweise restlos entfernt (vergleiche Figur 3).

Wie beispielsweise aus der Figur 3 hervorgeht, weisen die Verzahnungsstrukturen 11 zumindest annähernd, das heißt im Rahmen üblicher Fertigungstoleranzen, regelmäßig angeordnete Strukturelemente 11A auf, die in einer Richtung quer zur zweiten Hauptfläche 2B, insbesondere senkrecht dazu, das heißt in vertikaler Richtung V, aufeinanderfolgen. Dabei erstreckt sich jedes Strukturelement 11A entlang eines Umfangs des jeweiligen Kontaktbereichs 9, 10 derart, dass die Kontaktbereiche 9, 10 von jedem Strukturelement 11A umfangsseitig insbesondere vollständig umschlossen sind. Die Strukturelemente 11A bilden Erhebungen an den Seitenflächen der Kontaktbereiche 9, 10.

Die Strukturelemente 11A sind in regelmäßigen, insbesondere gleich bleibenden Abständen a angeordnet. Dabei weisen zwei benachbarte Strukturelemente 11A einen Abstand zueinander auf, der von der Wellenlänge λ der für die Belichtung verwendeten Strahlung abhängt. Insbesondere ergibt sich der Abstand aus folgender Formel: a = λ/2*n, wobei a den Abstand, λ die Wellenlänge der für die Belichtung verwendeten Strahlung und n den Brechungsindex der fotoempfindlichen Beschichtung 13 bezeichnet. Mit den oben genannten Wertebereichen für die Wellenlänge λ und den Brechungsindex n ergibt sich für den Abstand a ein Wertebereich zwischen etwa 70 nm und 200 nm. Die Größe der Strukturelemente 11A, das heißt sowohl deren Ausdehnung in vertikaler Richtung V als auch senkrecht dazu, bewegt sich vorzugsweise ebenfalls in diesem Wertebereich. Die Strukturelemente 11A sind im Rahmen üblicher Fertigungstoleranzen in Form und/oder Größe gleich ausgebildet. Beispielsweise sind die Strukturelemente 11A im Querschnitt parabelförmig ausgebildet. Weiterhin können auch zwischen den Strukturelementen 11A angeordnete Zwischenräume 11B im Querschnitt parabelförmig ausgebildet sein. Insgesamt sind die Verzahnungsstrukturen 11 im Querschnitt beispielsweise sinusförmig ausgebildet. Die periodische Schwankung der Verzahnungsstrukturen 11 führt in vertikaler Richtung V zu einem periodisch schwankenden Querschnitt der Kontaktbereiche 9, 10.

Wie in Figur 4 dargestellt, können die Kontaktbereiche 9, 10 in einen Formkörper 12 eingebettet werden, wobei der Formkörper 12 vorzugsweise mittels eines Gießverfahrens wie oben beschrieben erzeugt wird. Als Materialien kommen für den Formkörper 12 beziehungsweise für das Matrixmaterial insbesondere Kunststoffmaterialien in Betracht.

Figur 4 zeigt außerdem ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 1, das gemäß einem Verfahren wie im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 4 beschrieben hergestellt werden kann. Insofern können alle in Verbindung mit dem Verfahren beschriebenen Merkmale auch bei dem Halbleiterbauelement 1 verwirklicht sein und umgekehrt.

Bevorzugt handelt es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterbauelement 1 um ein sogenanntes „Chip Scale Package". Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterbauelement 1 um ein Strahlung emittierendes Dünnfilm-Halbleiterbauelement, das einen wesentlichen Anteil der erzeugten Strahlung an der ersten Hauptfläche 2A emittiert und damit als Oberflächenemitter bezeichnet werden kann. Insbesondere ist das Strahlung emittierende Halbleiterbauelement 1 dafür geeignet, im Betrieb Strahlung im sichtbaren, ultravioletten oder infraroten Spektralbereich auszusenden.

Das Halbleiterbauelement 1 weist einen Träger auf, der den Formkörper 12 und den ersten und zweiten Kontaktbereich 9, 10 umfasst. Auf dem Träger ist der Halbleiterchip 2 angeordnet. Der Formkörper 12 umschließt den ersten und zweiten jeweils Kontaktbereich 9, 10 lateral und ragt in die zwischen den Strukturelementen 11A angeordneten Zwischenräume 11B hinein. Durch das Hineinragen des Formkörpers 12 in die Verzahnungsstrukturen 11 der Kontaktbereiche 9, 10 werden diese mit dem Formkörper 12 verzahnt. Dadurch weist das Halbleiterbauelement 1 gegenüber einem herkömmlichen Halbleiterbauelement mit glatten Kontaktbereichen eine erhöhte Bruchstabilität auf.

Der erste Kontaktbereich 9 ist mittels der ersten Chipkontaktstruktur 7 mit der ersten Halbleiterschicht 4, und der zweite Kontaktbereich 10 ist mittels der zweiten Chipkontaktstruktur 8 mit der zweiten Halbleiterschicht 6 elektrisch leitend verbunden. Insbesondere sind der erste und zweite Kontaktbereich 9, 10 dafür vorgesehen, das

Halbleiterbauelement 1 von außen elektrisch zu kontaktieren.

Bei dem in Figur 5 dargestellten Halbleiterbauelement 1 handelt es sich um ein Strahlung empfangendes Halbleiterbauelement, das mit einem Verfahren wie in Verbindung mit den Figuren 1 bis 4 beschrieben hergestellt werden kann. Der Halbleiterchip 2 des Halbleiterbauelements 1 ist vorzugsweise auf der Basis von Silizium gebildet. Auf der ersten Hauptfläche 2A des Halbleiterchips 2 ist eine Filterschicht 20 angeordnet, welche den zur Detektion geeigneten Strahlungsanteil aus der auftreffenden Strahlung filtert. Weiterhin ist auf dem Halbleiterchip 2 eine Passivierung 21 angeordnet, welche auf der ersten Hauptfläche 2A an die Filterschicht 20 angrenzt und Seitenflächen des Halbleiterchips 2 bedeckt.

Der Halbleiterchip 2 ist auf dem Formkörper 12 angeordnet, in welchen die Kontaktbereiche 9, 10 eingebettet sind. Die Kontaktbereiche 9, 10 weisen auf einer dem Halbleiterchip 2 abgewandten Seite jeweils eine Montageschicht 22 auf, die vorzugsweise für eine spätere Weiterverarbeitung des Halbleiterbauelements 1 in einem Oberflächenmontageverfahren vorgesehen ist. Die Montageschicht 22 kann zum Beispiel eine Lotschicht aus Sn oder eine Sn-Legierung, etwa mit Beimengungen aus Ag und Cu, und/oder Schichtenfolgen wie Ni/Pd/Au, Ni/Au, Ni:P/Au, Ni/Ag, Ni:P/Ag oder Cu aufweisen. Insbesondere werden die Montageschichten 22 nach dem Erzeugen des Formkörpers 12 aufgebracht.

Auch das in Figur 4 dargestellte Halbleiterbauelement 1 kann derartige Montageschichten 22 aufweisen.

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. Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102019127130.4, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Bezugs zeichenliste