具有钝化层的发光二极管的制作方法
【技术领域】
[0001]提出一种光电子半导体芯片和一种用于制造光电子半导体芯片的方法。光电子半导体芯片具有:载体衬底；半导体本体，所述半导体本体具有用于产生辐射的有源区；和连接结构，所述连接结构具有至少一个贯通孔。在此描述的方法尤其设置用于制造在此描述的光电子半导体芯片，使得全部针对所述方法所描述的特征也针对光电子和半导体芯片公开并且反之亦然。
【发明内容】
[0002]本发明的目的在于:提出一种用于改进的光电子半导体芯片的解决方案。
[0003]光电半导体芯片的可行的制造包括:在初始衬底上构成半导体层序列，所述半导体层序列具有带有不同的传导类型的两个半导体区域和设置在其之间的用于产生光辐射的有源区；和在半导体层序列的具有贯通孔的区域中构成连接结构，使得不同的半导体区域能够彼此分开地接触。接下来，将这种设置转移到载体衬底上，其方式是，连接结构以键合工艺与载体衬底连接。
[0004]紧接着，移除初始衬底，并且以湿法化学的刻蚀工艺对半导体层序列结构化。由此，构成呈台面状的隆起部形式的半导体结构，所述隆起部在半导体芯片中用作为用于输出光辐射的半导体本体。该半导体本体也称作为台面。为了保护半导体本体，在半导体本体的环绕的侧表面和前侧的表面上大面积地构成钝化层。钝化层由一种或多种介电材料并且在光辐射吸收小的方面构成。为了制成半导体芯片，执行其他的工艺，例如侧向地在半导体本体旁构成适合于引线键合的接触面。
[0005]在上文中所描述的、例如在制造所谓的UX:3芯片(欧司朗的产品名称)时能够应用的工艺流中，能够在半导体本体的侧表面的区域中产生污染，由此损坏半导体芯片的运行。半导体层序列的结构化，这在转移到载体衬底上并且移除初始衬底之后执行，会由于上述工艺进而由于存在于载体衬底上的材料和层引起:颗粒、例如银颗粒，或者层在不同的半导体区域之间的过渡区域或pn结的区域中堆积在半导体本体的侧表面上。台面棱边的这种污染会引起制成的半导体芯片中的电分流。对于执行耗费的清洁过程的情况而言甚至也会出现堆积。
[0006]根据一个方面，提出一种用于制造光电子半导体芯片的方法。所述方法包括:在初始衬底上构成半导体层序列，所述半导体层序列具有第一和第二半导体区域和设置在其之间的用于产生辐射的有源区；和对半导体层序列结构化，其中半导体结构以具有环绕的侧表面的隆起部的形式构成。在结构化时，在包围(待制造的)半导体结构的区域中移除半导体层序列的材料至少至如下深度，使得露出环绕的侧表面上的有源区。所述方法还包括:构成钝化层，其中钝化层(至少)设置在半导体结构的环绕的侧表面上；并且在构成钝化层之后，在半导体结构的区域中构成连接结构。连接结构具有能传导的第一和第二连接层，所述第一和第二连接层彼此分开。第一连接层与第一半导体区域电连接，并且第二连接层经由至少一个贯通孔与第二半导体区域电连接。所述方法还包括:将连接结构与载体衬底连接；和移除初始衬底。移除初始衬底能够在将连接结构与承载衬底连接之后进行。
[0007]在制造方法中，对半导体层序列结构化以构成半导体结构，并且还在初始衬底上构成具有绝缘材料的钝化层，即在转移到载体衬底上之前并且还在构成连接结构之前构成。在这个早期的方法阶段中，仅数量受限的材料和层存在于初始衬底上。这引起:减少半导体结构的侧表面的可能的污染源。通过随后构成的、当前呈包围半导体结构和设置在环绕的侧表面上的钝化层的形式的钝化部，在颗粒或其他不期望的层堆积之前，保护半导体结构的、尤其在第一和第二半导体区域之间的过渡区域中或有源区的区域中的侧表面。以这种方式，能够以高的可靠性避免出现电分流。
[0008]在此使用的表述“侧表面”与通过结构化产生的半导体结构的环绕的边缘区域和环绕的边棱面同义。侧表面由半导体结构的全部的侧沿或侧壁组成。
[0009]在所述方法的一个可行的实施方式中，在对半导体层序列结构化时移除半导体层序列的材料直至初始衬底。由此，通过结构化产生的半导体结构已经能够具有光电子半导体芯片的用于输出光辐射的半导体本体的形状，或者所述半导体结构能够是半导体本体。在半导体芯片运行中，能够在有源区中产生光辐射，并且经由半导体本体的前侧输出(光出射侧)。因为对半导体层序列结构化在转移到载体衬底上之前进行，所以半导体本体在该实施方式中能够具有沿着朝向前侧的方向至少部分扩宽的形状或横截面形状。该设计方案有助于离开半导体本体的光親合输出。
[0010]通过在对半导体层序列结构化时移除半导体层序列的材料直至初始衬底的方式，可行的是:在对半导体层序列结构化时完整地进行台面结构化。由此，尤其也可行的是:半导体本体的侧表面完全地由钝化层覆盖。随后钝化层能够延伸至第二半导体区域的背离载体衬底的上侧。
[0011]在另一个实施方式中，对半导体层序列结构化包括:执行干法化学刻蚀工艺。干法化学刻蚀工艺尤其能够考虑用于在上文中所描述的对半导体层序列结构化直至向下到初始衬底。在此，在初始衬底上能够停止刻蚀。干法化学刻蚀实现半导体表面、当前为半导体结构的侧表面的改型，使得在该区域中能够存在降低的导电能力或不再存在导电能力。由此能够附加地抑制分流的形成。
[0012]在所述方法中，在早期的方法阶段中使用绝缘的钝化层保护半导体结构的侧表面。如在常规的制造方法中那样执行的面状覆盖半导体本体在此不提出。由于空间受限的应用，在选择用于钝化层的材料的中存在大的自由度。可使用在光电子半导体芯片的光辐射的波长范围中具有较高的吸收的材料来代替例如氧化硅，所述材料具有改进的钝化特性。就此而言，根据另一个实施方式提出，钝化层具有氮化硅。
[0013]半导体层序列的第一和第二半导体区域具有不同的传导类型。半导体层序列例如能够在初始衬底上构成，使得第一半导体区域存在于半导体层序列的背离初始衬底的一侧上，并且第二半导体区域朝向初始衬底或者设置在初始衬底上。此外，例如可行的是，第一半导体区域是P型传导的半导体区域，并且第二半导体区域是η型传导的半导体区域。在将连接结构与载体衬底连接并且移除初始衬底之后，第二半导体区域能够具有露出的侧，所述侧能够形成设置用于输出光辐射的前侧或光出射侧。
[0014]在产生钝化层之后构成的连接结构能够除了能传导的第一和第二连接层还具有绝缘层，通过所述绝缘层使能传导的第一和第二连接层彼此分开。第一和第二连接层以及绝缘层能够局部地彼此叠加地设置，并且在制成的光电子半导体芯片中局部地设置在载体衬底和第一半导体区域之间。
[0015]钝化层不仅能够用于钝化半导体结构的侧表面。可行的是:钝化层附加地引起光电子半导体芯片的半导体本体的或半导体结构的第二半导体区域和第一连接层之间的分离。
[0016]光电子半导体芯片尤其能够是发光二极管芯片。半导体层序列例如能够基于II1-V族半导体材料体系、例如GaN。初始衬底例如能够是蓝宝石衬底。载体衬底例如能够是锗衬底。
[0017]连接结构与载体衬底的连接例如能够通过键合工艺进行。在键合工艺中，连接结构能够经由第二连接层与载体衬底连接。第二连接层为了该目的能够具有适合于键合的子层，所述子层能够以层堆的形式存在。
[0018]在另一个实施方式中，在对半导体层序列结构化时侧向地在半导体结构旁构成呈隆起部形式的另一个半导体结构，钝化层附加地构成在半导体结构和另一个半导体结构之间的沟槽的区域中。连接结构不仅在半导体结构的区域中构成，而且在另一个半导体结构的区域中和位于其之间的沟槽中构成。另一个半导体层结构的构成使得如下是可行的:将凹部或空腔在连接结构的设置用于与载体衬底连接的一侧上的存在保持得小。
[0019]在移除初始衬底之后，此外能够在另一个半导体结构的区域中使第一连接层露出。为了该目的，在该区域中例如能够产生延伸至第一连接层的开口，或者全部存在于该区域中的半导体材料或整个另一个半导体结构能够被移除。光电子半导体芯片的半导体本体或半导体结构的第一半导体区域能够经由第一连接层的露出的、位于半导体本体侧向的区域接触。
[0020]为了改进接触，还能够靠考虑的是:在露出的第一连接层上构成适合于引线键合的且用作为前侧接触部的接触面。为了该目的，能够将附加的能传导的层或金属化部施加到露出的第一连接层上。
[0021]在另一个实施方式中，第一连接层构成为，使得第一连接层具有侧向包围半导体结构和设置在钝化层上的子区域。以这种方式可行的是:关于将连接机构与载体衬底的连接将空腔保持得小。
[0022]钝化层不仅能够设置在半导体结构的环绕的侧表面上，而且例如够为，使得钝化层附加地延伸到半导体结构的背离初始衬底的一侧或上侧上，并且覆盖该侧的边缘区域。还可行的是:在半导体结构的背离初始衬底的一侧上设置有一个层或多个层的设置。在此，钝化层能够以延伸至所述层或层设置或者在边缘处延伸到所述层或层设置上的方式构成。在下文中描述这种层的可行的实例。
[0023]在另一个实施方式中，在对半导体层序列结构化之前在半导体层序列上构成能传导的镜层。稍后产生的第一连接层经由镜层与半导体结构的第一半导体区域电连接。镜层提供如下可行性:在光电子半导体芯片运行时将从有源区沿着朝向半导体芯片的后侧的方向输出的光辐射反射至前侧或光出射侧。镜层能够构成有与半导体结构和(多个)贯通孔配合的形状。
[0024]在另一个实施方式中，至少在镜层上构成附加的能传导的层，使得第一连接层经由该能传导的层和镜层与第一半导体区域电连接。附加的能传导的层能够在对半导体层序列结构化之前构成，以便作为保护层在对半导体层序列结构化期间防止镜层损坏。
[0025]在另一个实施方式中，至少一个贯通孔通过延伸穿过第一连接层、第一半导体区域和有源区进入到第二半导体区域中的穿通口形成，所述穿通口在边缘处绝缘。在穿通口之内设置有接触第二半导体区域的接触层和第二连接层的接触接触层的子区域。由此，第二连接层和第二半导体区域之间的可靠的电连接是可行的。穿通口的边缘处的电绝缘能够通过上述绝缘层实现，第一和第二连接层通过所述绝缘层彼此分开。
[0026]光电子半导体芯片或连接结构不仅能够构成有唯一的贯通孔，而且能够构成有多个彼此并排设置的贯通孔。
[0027]在光电子半导体芯片中，半导体本体或半导体结构的第二半导体区域能够经由载体衬底、第二连接层和(多个)贯通孔接触。载体衬底为了该目的能够具有能传导的衬底材料、例如掺杂的锗。载体衬底还能够借助用作为后侧接触部的能传导的层在背离连接结构的一侧或后侧上构成。在构成后侧接触部之前，还能够执行载体衬底的后侧打薄。
[0028]可行的是:将多个光电子半导体芯片共同地在复合件中制造，并且在制造方法结束时分割。所述分割能够在上文中所描述的构成后侧接触部之后执行。
[0029]在另一个实施方式中，在侧向地包围半导体结构的区域中和/或至少一个贯通孔的区域中构成镜层。以这种方式可行的是:实现在光电子半导体芯片运行中产生的光辐射沿着朝向前侧或光出射侧的方向的改进的反射。
[0030]在另一个实施方式中，在构成钝化层之后，用绝缘材料填充侧向地包围半导体结构的区域。为了该目的，能够将绝缘层材料施加到初始衬底的具有半导体结构的一侧上并且随后将其平坦化，例如通过后侧磨削或抛光。以这种方式可行的是:避免关于将连接结构与载体衬底连接的空腔。
[0031]在另一个实施方式中，在移除初始衬底之后对半导体结构或半导体本体的通过移除而露出的侧粗糙化。能够由第二半导体区域形成的该侧是上面提及的前侧或光出射侧。所述粗糙化，这能够在适当的刻蚀工艺中进行，实现光辐射离开半导体本体的改进的耦合输出。当通过粗糙化构成具有棱锥形的结构元件的耦合输出结构时，这尤其是这种情况。
[0032]在另一个实施方式中，在移除初始衬底之后构成另一个钝化层，所述另一个钝化层设置在光电子半导体芯片的前侧上。另一个钝化层与用于钝化环绕的侧表面的钝化层相比，能够具有带有(较)小的辐射吸收的绝缘材料、例如氧化硅。能够至少设置在光电子半导体芯片的半导体结