DE20220258U1 - Production of a semiconductor component used in the production of substrate-less luminescent diodes comprises separating a semiconductor layer from a substrate by irradiating with a laser beam having a plateau-shaped spatial beam profile - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Halbleiterchip, der eine auf einem Substrat aufgewachsene Halbleiterschicht umfasst, die von dem Substrat durch Bestrahlen mit einem gepulsten Laserstrahl getrennt und mit ihrer von dem Substrat abgewandten Seite auf einen Träger aufgebracht ist.The invention relates to a semiconductor chip that comprises a semiconductor layer grown on a substrate, that of the substrate by irradiation with a pulsed laser beam separated and with their side facing away from the substrate onto one carrier is applied.
Ein derartiger Halbleiterchip kommt beispielsweise bei substratlosen Lumineszenzdioden auf der Basis von GaN zum Einsatz. Bei der Herstellung eines solchen Halbleiterchips wird zunächst eine Halbleiterschicht oder eine Halbleiterschichtfolge auf einem geeigneten Substrat aufgewachsen. Die Halbleiterschicht wird mit einem Träger verbunden und dann durch Laserbeschuß vom Substrat abgelöst. Nach dem Zerteilen des Trägers mit der darauf aufgebrachten Halbleiterschicht entstehen die vereinzelten Chips. Ein Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, daß der Träger entsprechend seiner mechanischen, elektrischen, thermischen und optischen Eigenschaften unabhängig von den Anforderungen an das Wachstumssubstrat für d e Halbleiterschicht gewählt werden kann.Such a semiconductor chip is coming for example in the case of substrate-free luminescent diodes from GaN. In the manufacture of such a semiconductor chip first becomes one Semiconductor layer or a semiconductor layer sequence on a suitable Substrate grown up. The semiconductor layer is connected to a carrier and then by laser bombardment from Detached substrate. After cutting the carrier with the semiconductor layer applied to them, the isolated ones arise Crisps. An advantage of this procedure is that the carrier is made accordingly its mechanical, electrical, thermal and optical properties independently be selected from the requirements for the growth substrate for the semiconductor layer can.
Die Trennung der Halbleiterschicht von dem Substrat kann beispielsweise durch Laserablösen, wie in der Druckschrift WO 98/14986 beschrieben, erfolgen. Dabei wird die für die Ablösung von GaN- und GaInN-Schichten von einem Saphirsubstrat die frequenzverdreifachte Strahlung eines Q-switch Nd:YAG-Lasers bei 355 nm verwendet. Das Saphirsubstrat ist für Strahlung dieser Wellenlänge transparent. Die Strahlungsenergie wird in einer etwa 100 nm dicken Grenzschicht am Übergang zwischen dem Saphirsubstrat und der GaN-Halbleiterschicht absorbiert. Bei Pulsenergien oberhalb von 200 mJ/cm2 werden an der Grenzfläche Temperaturen von mehr als 850 °C erreicht. Die GaN-Grenzschicht zersetzt sich bei dieser Temperatur un ter Freisetzung von Stickstoff, die Bindung zwischen der Halbleiterschicht und dem Substrat wird getrennt.The semiconductor layer can be separated from the substrate, for example, by laser detachment, as described in the publication WO 98/14986. The frequency-tripled radiation of a Q-switch Nd: YAG laser at 355 nm is used to detach GaN and GaInN layers from a sapphire substrate. The sapphire substrate is transparent to radiation of this wavelength. The radiation energy is absorbed in an approximately 100 nm thick boundary layer at the transition between the sapphire substrate and the GaN semiconductor layer. With pulse energies above 200 mJ / cm 2 , temperatures of more than 850 ° C are reached at the interface. The GaN boundary layer decomposes at this temperature with the release of nitrogen, the bond between the semiconductor layer and the substrate is broken.
Der Träger dient zur Stabilisierung der dünnen Halbleiterschicht nach der Trennung vom Wachstumssubstrat, da die Schichtdicke der Halbleiterschicht in der Regel so gering ist, daß ansonsten die Gefahr einer Beschädigung der Halbleiterschicht besteht.The carrier is used for stabilization the thin Semiconductor layer after the separation from the growth substrate, since the Layer thickness of the semiconductor layer is usually so small that the Risk of damage the semiconductor layer exists.
Bei dem bekannten Verfahren des Laserablösens dünnen Halbleiterschichten besteht die Gefahr, daß bei der Ablösung der Halbleiterschicht aufgrund unvollständiger Materialzersetzung Reste des Substratmaterials an der Halbleiterschicht haften bleiben. So wurden Saphirkörner mit einem Durchmesser zwischen 5 μm und 100 μm auf GaN-Schichten gefunden, die in der beschriebenen Weise von Saphirsubraten abgelöst wurden. Diese Rückstände müssen für die weitere Verarbeitung der GaN-Schichten aufwendig entfernt werden, oder es wird nur ein Teil der GaN-Schicht für die Prozessierung von Chips verwendet.In the known method of laser stripping thin semiconductor layers there is a risk that at the detachment residues in the semiconductor layer due to incomplete material decomposition of the substrate material adhere to the semiconductor layer. So became sapphire grains with a diameter between 5 μm and 100 μm found on GaN layers in the manner described by sapphire subrates superseded were. These residues must be used for further Processing of the GaN layers can be removed at great expense, or only part of the GaN layer for the Processing of chips used.
Hier setzt die Erfindung an. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Halbleiterchip anzugeben, der eine auf einem Substrat aufgewachsene Halbleiterschicht umfasst, die auf einen Träger aufgebracht wurde und von dem Substrat durch Bestrahlen mit einem gepulsten Laserstrahl getrennt wurde.This is where the invention comes in. The Invention as set out in the claims is characterized, the task is based on an improved Specify semiconductor chip, the one grown on a substrate Includes semiconductor layer which has been applied to a carrier and from separated from the substrate by irradiation with a pulsed laser beam has been.
Diese Aufgabe wird durch den Halbleiterchip nach Schutzanspruch 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 23.This task is accomplished by the semiconductor chip Protection claim 1 solved. Further refinements of the invention result from subclaims 2 to 23rd
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der thermische Ausdehnungskoeffizient des Trägers aT abgestimmt auf das Strahlungsprofil und die Pulslänge der Laserstrahlpulse und auf den thermischen Aus dehnungskoeffizienten der Halbleiterschicht aHL und den thermischen Ausdehnungskoeffizienten as des Substrats gewählt wird. Dadurch können Verspannungen zwischen Substrat, Halbleiterschicht und Träger während der Herstellung deutlich reduziert werden. Die Gefahr von Rißbildungen im Träger oder in der Halbleiterschicht wird damit stark herabgesetzt.According to the invention it is provided that the thermal expansion coefficient of the carrier a T is matched to the radiation profile and the pulse length of the laser beam pulses and to the thermal expansion coefficient from the semiconductor layer a HL and the thermal expansion coefficient a s of the substrate is selected. This significantly reduces tension between the substrate, semiconductor layer and carrier during manufacture. The risk of cracks forming in the carrier or in the semiconductor layer is thus greatly reduced.
Die Erfindung baut dabei auf der Beobachtung der gegenwärtigen Erfinder auf, dass sich die Spotprofile der zur Ablösung der Halbleiterschichten verwendeten Laserpulse oft nach dem Laserbeschuß auf der Halbleiteroberfläche erkennen lassen. Im Fall der Ablösung von GaN-Halbleiterschichten bleibt etwa nach der Dissoziation des GaN metallisches Gallium auf der Oberfläche zurück. Untersuchungen der Erfinder ergaben weiter, daß an den Rändern der Laserspots Risse im GaN-Material entstehen, die bei einer weiteren Prozessierung des Materials zum lokalen Abplatzen der Halbleiterschicht von dem darunterliegenden Träger führen.The invention builds on the Observation of the current Inventor on that the spot profiles to replace the Semiconductor layers often used laser pulses after laser bombardment on the Semiconductor surface reveal. In the event of detachment of GaN semiconductor layers remains after the dissociation of the GaN metallic gallium on the surface. Investigations by the inventors revealed that the edges of the laser spots cracks occur in the GaN material, which in another Processing of the material for local chipping of the semiconductor layer from the underlying carrier to lead.
Es wurde nun gefunden, daß hierfür vor allem thermische Effekte verantwortlich sind. Um etwa bei einer GaN-Halbleiterschicht eine Dissoziation des GaN zu erreichen, müssen lokal Temperaturen von etwa 800 °C bis 1000 °C in der Halbleiterschicht erreicht werden. Fällt die Energiedichte am Rand des Laserspots stark ab, so können im Inneren des Laserspots die für die Ablösung erforderlichen Temperaturen erreicht werden, während das Halbleitermaterial in unmittelbarer Umgebung des Laserspots vergleichsweise kalt bleibt.It has now been found that above all thermal effects are responsible. For example, with a GaN semiconductor layer To achieve dissociation of the GaN, local temperatures of around 800 ° C to 1000 ° C can be achieved in the semiconductor layer. The energy density drops at the edge of the laser spot strongly, so can inside the laser spot the for the detachment required temperatures can be reached while the semiconductor material stays relatively cold in the immediate vicinity of the laser spot.
Zwar fallen die an der GaN-Oberfläche erreichten Temperaturen über die Schichtdicke der Halbleiterschicht deutlich ab, doch werden an der Trägerseite der Halbleiterschicht im Bereich des Laserspots noch Temperaturen von bis zu 400 °C erreicht. Somit entstehen aufgrund der lokal unterschiedlichen Temperaturen im Laserspot und außerhalb des Spots sowohl in der Halbleiterschicht als auch im Träger aufgrund der im allgemeinen unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Halbleitermaterials und des Trägermaterials Zugverspannungen, die zur beobachteten Ausbildung von Rissen im Halbleitermaterial an den Laserspoträndern führen können.Although the temperatures reached on the GaN surface drop significantly over the layer thickness of the semiconductor layer, temperatures of up to 400 ° C. are still reached on the carrier side of the semiconductor layer in the region of the laser spot. Thus, due to the locally different temperatures in the laser spot and outside of the spot, tensile stresses occur both in the semiconductor layer and in the carrier due to the generally different thermal expansion coefficients of the semiconductor material and the carrier material, which lead to the observed formation of cracks in the semiconductor material at the laser spot edges.
Bei der weiteren Prozessierung von derartigen mit Rissen versehenen Halbleiterschichten entsteht beispielsweise das Problem, daß Säure entlang der Risse unter die Halbleiterschicht kriechen und dort etwa eine Bondmetallisierung zerstört.In the further processing of Such semiconductor layers provided with cracks are formed, for example the problem that acid along the Cracks creep under the semiconductor layer and there, for example, a bond metallization destroyed.
Nach der Erfindung werden nun spezielle, in ihren thermischen Eigenschaften adaptierte Trägermaterialien verwendet. Dabei werden für die Wahl des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Trägers aT insbesondere zwei Prozeßschritte in Betracht gezogen:According to the invention, special carrier materials adapted in their thermal properties are now used. In particular, two process steps are taken into account for the choice of the thermal expansion coefficient of the carrier a T :
1) Der Bondprozeß: Beim Bondprozeß wird das Substrat mit der darauf epitaxierten Halbleiterschicht zusammen mit dem Träger ganzflächig auf eine Temperatur von typischerweise etwa 400 °C aufgeheizt und anschließend wieder allmählich auf Zimmertemperatur abgekühlt. In diesem Schritt ist der Verspannungshaushalt des Schichtpakets Substrat/Halbleiterschicht/Träger im wesentlichen durch das Substrat und den Träger bestimmt. Weichen die thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Substrat und Träger, as und aT, zu stark voneinander ab, so kann sich das Schichtpaket beim Abkühlen verbiegen. Es können sich auch Risse im Träger bilden, so daß das entstehende Chip keine ausreichende Stabilität mehr aufweist.1) The bonding process: In the bonding process, the entire surface of the substrate with the semiconductor layer epitaxized thereon, together with the carrier, is heated to a temperature of typically about 400 ° C. and then gradually cooled again to room temperature. In this step, the stress balance of the layer package substrate / semiconductor layer / carrier is essentially determined by the substrate and the carrier. If the thermal expansion coefficients of substrate and carrier, a s and a T , differ too much from one another, the layer package can bend when it cools down. Cracks can also form in the carrier, so that the resulting chip no longer has sufficient stability.
Dieses Problem ist in der
2) Der Laserbeschuß: Bei diesem Prozeßschritt wird das Halbleitermaterial innerhalb des Laserspots lokal auf eine Temperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur des Halbleitermaterials aufgeheizt, während das Substratmaterial aufgrund seiner vernachlässigbaren Absorption der Laserstrahlung kalt bleibt. Da durch den Laserbeschuß die Bindung zwischen dem Halbleitermaterial und dem Substrat durch Dissoziation aufgehoben wird, bestimmt der Unterschied der thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Halbleiterschicht und Träger, aHL und aT, den Verspannungshaushalt im Schichtpaket. Bei großem Unterschied zwischen aHL und aT können Zugverspannungen entstehen, die zur Rissbildung im Halbleitermaterial an den Stellen der Spotränder führen können.2) Laser bombardment: In this process step, the semiconductor material within the laser spot is locally heated to a temperature above the decomposition temperature of the semiconductor material, while the substrate material remains cold due to its negligible absorption of the laser radiation. Since the laser bombardment breaks the bond between the semiconductor material and the substrate by dissociation, the difference in the thermal expansion coefficients of the semiconductor layer and carrier, a HL and a T , determines the stress balance in the layer package. If there is a large difference between a HL and a T , tensile stresses can occur, which can lead to the formation of cracks in the semiconductor material at the locations of the spot edges.
Um Rissbildungen im Träger und in der Epischicht zu vermeiden, muß daher ein Trägermaterial gewählt werden, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient aT sich weder von dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Substrats as noch von dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Halbleiterschicht aHL zu stark unterscheidet. In die Wahl eines geeigneten thermischen Ausdehnungskoeffizienten aT geht auch, wie weiter unten ausführlich geschildert, das Strahlungsprofil und die Pulslänge der Laserstrahlung ein.In order to avoid crack formation in the carrier and in the epi layer, a carrier material must therefore be selected whose thermal expansion coefficient a T does not differ too much neither from the thermal expansion coefficient of the substrate a s nor from the thermal expansion coefficient of the semiconductor layer a HL . The selection of a suitable thermal expansion coefficient a T also includes the radiation profile and the pulse length of the laser radiation, as described in detail below.
Insbesondere ist in einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient des Trägers aT näher an dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Halbleiterschicht aHL als an dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten as des Substrats gewählt wird. Mit einer derartigen Wahl kann die Ausbildung von Rissen in der Halbleiterschicht wirkungsvoll reduziert oder ganz vermieden werden.In particular, it is provided in a preferred embodiment of the method according to the invention that the thermal expansion coefficient of the carrier a T is chosen closer to the thermal expansion coefficient of the semiconductor layer a HL than to the thermal expansion coefficient a s of the substrate. With such a choice, the formation of cracks in the semiconductor layer can be effectively reduced or avoided entirely.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn
sich der thermische Ausdehnungskoeffizient des Trägers aT um 45% oder weniger, bevorzugt um 40% oder
weniger von dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten as des
Substrats unterscheidet. Insbesondere ist für ein Saphirsubstrat mit
ein
Trägermaterial
bevorzugt, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient aT zwar
unterhalb von a (Al2O3)
liegt, aber größer als
4, 125 * 10-6 K-1,
insbesondere größer als
4, 5 * 10-6 K-1 ist.It is expedient if the thermal expansion coefficient of the carrier a T differs from the thermal expansion coefficient a s of the substrate by 45% or less, preferably by 40% or less. In particular, for a sapphire substrate
a carrier material is preferred, the thermal expansion coefficient a T of which is below a (Al 2 O 3 ), but is greater than 4.15 * 10 -6 K -1 , in particular greater than 4.5 * 10 -6 K -1 .
Mit Bezug auf die thermischen Eigenschaften
der Halbleiterschicht ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, wenn sich der
thermische Ausdehnungskoeffizient des Trägers aT um
35% oder weniger, bevorzugt von 25% oder weniger von dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten
aHL der Halbleiterschicht unterscheidet.
Insbesondere bei Ablösung
einer GaN-basierten Halbleiterschicht mit
ist
ein Trägermaterial
bevorzugt, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient aT zwar
oberhalb von a(GaN) liegt, aber kleiner als 5, 8 * 10-6 K-1, insbesondere kleiner als 5, 6 * 10-6 K-1 ist .With regard to the thermal properties of the semiconductor layer, it is advantageous according to the invention if the thermal expansion coefficient of the carrier a T differs from the thermal expansion coefficient a HL of the semiconductor layer by 35% or less, preferably 25% or less. Especially when a GaN-based semiconductor layer is detached
a carrier material is preferred, the thermal expansion coefficient a T of which is above a (GaN), but less than 5.8 * 10 -6 K -1 , in particular which is less than 5.6 * 10 -6 K -1 .
Für die Ablösung einer GaN- oder GaInN-Schicht von einem Saphirsubstrat ist somit ein Träger mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen 4, 125 * 10-6 K-1 und 5, 8 * 10-6 K-1, insbesondere zwischen 4, 5 * 10-6 K-1 und 5, 6 * 10-6 K-1 besonders gut geeignet.For the detachment of a GaN or GaInN layer from a sapphire substrate, a carrier with a thermal expansion coefficient between 4, 125 * 10 -6 K -1 and 5, 8 * 10 -6 K -1 , in particular between 4.5 * is therefore 10 -6 K -1 and 5, 6 * 10 -6 K -1 particularly well suited.
Bei einer derartigen Wahl des thermischen Ausdehnungskoeffizienten aT kann für die Trennung der Halbleiterschicht von dem Substrat eine große Pulslänge der Laserstrahlpulse, insbesondere eine Pulslänge größer als 15 ns gewählt werden, ohne dass sich eine Rißbildung in der Halbleiterschicht ergibt.With such a choice of the thermal expansion coefficient a T , a large pulse length of the laser beam pulses, in particular a pulse length greater than 15 ns, can be selected for the separation of the semiconductor layer from the substrate without crack formation in the semiconductor layer.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
umfaßt
der Träger
Molybdän.
Molybdän
weist mit
einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten
auf, der deutlich näher
an a(GaN) liegt, als etwa GaAs mit a(GaAs) = 6,4 * 10-6 K-1. Bei dem Waferpaket Molybdän-Bondwafer/GaN-Halbleiterschicht/Saphir-Substrat
ist die vorgenannte Problematik der Rißbildung beim Laserbeschuß deutlich
reduziert. Molybdän
ist zudem stabil genug, so daß beim
Bonden oder beim Abkühlen
von der Bondtemperatur auf Zimmertemperatur keine Risse entstehen.In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, the carrier comprises molybdenum. Molybdenum has
has a coefficient of thermal expansion that is significantly closer to a (GaN) than GaAs with a (GaAs) = 6.4 * 10 -6 K -1 . With the wafer package molybdenum bond wafer / GaN semiconductor layer / sapphire substrate, the aforementioned problem of crack formation during laser bombardment is significantly reduced. Molybdenum is also stable enough so that no cracks occur when bonding or when cooling from the bonding temperature to room temperature.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der
Erfindung umfaßt
der Träger
eine Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung, die mit
ebenfalls
einen günstigen
thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist. Auch Wolfram, mit
hat
sich als vorteilhaftes Material für den Träger herausgestellt. Dabei sind
die metallischen Trägermaterialien
aufgrund ihrer Zähigkeit
während
des Bondprozesses und während
des Abkühlens
auf Zimmertemperatur kaum rißempfindlich.In a further preferred embodiment of the invention, the carrier comprises an iron-nickel-cobalt alloy, which with
also has a favorable coefficient of thermal expansion. Wolfram too, with
has proven to be an advantageous material for the wearer. The metallic carrier materials are hardly susceptible to cracking due to their toughness during the bonding process and during cooling to room temperature.
Es ist im Rahmen der Erfindung auch möglich, bei der Auswahl des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Trägers eine größere Toleranz bezogen auf den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Halbleiterschicht zuzulassen, wenn kürzere Laserpulse verwendet werden. So kann sich nach der Erfindung der thermische Ausdehnungskoeffizient des Trägers aT um 35% oder mehr von dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten aHL der Halbleiterschicht unterscheiden, wenn für die Trennung der Halbleiterschicht von dem Substrat eine kleine Pulslänge der Laserstrahlpulse, insbesondere eine Pulslänge kleiner als etwa 15 ns gewählt wird. Dies gestattet insbesondere die Verwendung eines GaAs-Bondwafers mit a (GaAs) = 6, 4 * 10-6 K-1 bei kurzen Pulsdauern.It is also possible within the scope of the invention to allow a greater tolerance in relation to the thermal expansion coefficient of the semiconductor layer in the selection of the thermal expansion coefficient of the carrier if shorter laser pulses are used. Thus, according to the invention, the thermal expansion coefficient of the carrier a T can differ by 35% or more from the thermal expansion coefficient a HL of the semiconductor layer if, for the separation of the semiconductor layer from the substrate, a small pulse length of the laser beam pulses, in particular a pulse length less than about 15 ns is selected. This allows in particular the use of a GaAs bond wafer with a (GaAs) = 6.4 * 10 -6 K -1 with short pulse durations.
In einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Laserstahlpulse ein planes räumliches Strahlungsprofil, insbesondere ein rechteckartiges oder trapezartiges räumliches Strahlungsprofil mit einem zentralen Plateau aufweisen. Dabei ist unter einem planen räumlichen Strahlungsprofil eine Intensitätsverteilung des Laserstrahls zu verstehen, bei der sich an einen zentralen Bereich mit im wesentlichen konstanter Intensität jeweils steile Flanken mit rasch abfallender Intensität anschließen. Die relative Schwankung der Strahlintensität im zentralen Bereich ist vorzugsweise geringer als 5 Prozent. Durch ein solches Strahl profil wird die Anzahl der Substratrückstände gegenüber herkömmlichen Ablöseverfahren deutlich verringert.In a preferred further development the invention provides that the laser steel pulses a plan spatial Radiation profile, especially a rectangular or trapezoidal spatial radiation profile with a central plateau. Doing is planning under one spatial Radiation profile an intensity distribution to understand the laser beam, in which a central area with with essentially constant intensity each with steep flanks rapidly decreasing intensity connect. The relative fluctuation of the beam intensity in the central area is preferably less than 5 percent. By such a beam profile the number of substrate residues compared to conventional transfer process significantly reduced.
Es versteht sich, daß bei der Erfindung Maßnahmen zur Verbesserung der Strahlqualität, wie etwa ein nachgeschalteter Strahlhomogenisierer vorgesehen sein können.It is understood that the Invention measures to improve the beam quality, such as a downstream one Beam homogenizers can be provided.
Werden Laserpulse mit einem Strahlprofil verwendet, das an den Rändern einen weniger abrupten Abfall der Intensität aufweist, können weniger strenge Anforderungen an die thermischen Eigenschaften des Trägermaterials gestellt werden, da die Verspannungskräfte im Schichtpaket dann geringer ausfallen.If laser pulses with a beam profile are used, that on the edges having a less abrupt drop in intensity can be less severe Requirements for the thermal properties of the carrier material be set, since the tension forces in the layer package are then lower.
Bevorzugt wird bei der Erfindung zur Erzeugung der Laserstahlpulse ein Excimer-Laser, insbesondere mit XeF, XeBr, XeCl, KrCl oder KrF als laseraktivem Medium eingesetzt. Excimerlaser weisen aufgrund der hohen Verstärkung und der Resonatorgeometrie ein für die Erfindung gut geeignetes planes Strahlungsprofil auf. Auch ist die Emissionswellenlänge zwischen 200 nm und 400 nm für die Ablösung von Nitrid-Verbindungshalbleitern gut geeignet.Is preferred in the invention an excimer laser for generating the laser steel pulses, in particular with XeF, XeBr, XeCl, KrCl or KrF used as laser active medium. Excimer lasers have high amplification and resonator geometry one for plan radiation profile well suited to the invention. Is too the emission wavelength between 200 nm and 400 nm for the replacement of Nitride compound semiconductors well suited.
Bei Halbleiterschichten mit größerer lateraler Ausdehnung kann es vorteilhaft sein, zur Trennung der Halbleiterschicht von dem Substrat mehrere Einzelbereiche der Halbleiterschicht nacheinander mit Laserpulsen zu bestrahlen. Dadurch kann eine zu große Aufweitung des Laserstrahls vermieden werden, die die Energiedichte unterhalb die Zersetzungsschwelle für das Halbleitermaterial sinken lassen könnte. Es versteht sich, daß sich die Einzelbereiche mit Vorteil teilweise überlappen und zusammen die gesamte abzulösende Fläche abdecken.For semiconductor layers with a larger lateral extent it may be advantageous to separate the semiconductor layer from the substrate several individual areas of the semiconductor layer in succession to be irradiated with laser pulses. This can lead to an excessive expansion of the laser beam can be avoided, the energy density below the decomposition threshold for could lower the semiconductor material. It is understood that the Individual areas with advantage partially overlap and together the entire peelable area cover.
Die Erfindung eignet sich besonders gut für Halbleiterschichten, die mindestens einen Nitrid-Verbindungshalbleiter enthalten. Nitrid-Verbindungshalbleiter sind beispielsweise Nitridverbindungen von Elementen der dritten und/oder fünften Hauptgruppe des Periodensystems wie GaN, AlGaN, InGaN, AlIn-GaN, AlN oder InN. Die Halbleiterschicht kann dabei. auch eine Mehrzahl von Einzelschichten umfassen.The invention is particularly suitable good for semiconductor layers, which contain at least one nitride compound semiconductor. Nitride compound semiconductor are, for example, nitride compounds of elements of the third and / or fifth main group of the Periodic table such as GaN, AlGaN, InGaN, AlIn-GaN, AlN or InN. The semiconductor layer can do it. also include a plurality of individual layers.
Für das epitaktische Aufwachsen von Nitrid-Verbindungshalbleiter-Schichten eignet sich als Substrat insbesondere Silizium, Siliziumkarbid oder Aluminiumoxid. Saphirsubstrate sind für die UV-Strahlung des Excimerlasers durchlässig, so daß die Halbleiterschichten dann vorteilhaft durch Bestrahlung durch das Saphirsubstrat hindurch abgelöst werden können.For the epitaxial growth of nitride compound semiconductor layers is suitable silicon, silicon carbide or aluminum oxide. Sapphire substrates are for the UV radiation of the excimer laser transmissive, so that the semiconductor layers then advantageously by irradiation through the sapphire substrate superseded can be.
Die Halbleiterschicht wird beispielsweise mittels eines Gold-Zinn-Lots mit einem hohen Goldanteil von 65 bis 85 Gew-% oder mit einem Palladium-Indium-Lot auf den Träger gelötet.The semiconductor layer is, for example, by means of a gold-tin solder with a high gold content from 65 to 85% by weight or soldered to the carrier with a palladium-indium solder.
Vor dem Aufbringen der Halbleiterschicht auf den Träger kann bei der Erfindung auf die dem Substrat abgewandte Seite der Halbleiterschicht eine Metallisierung aufgebracht werden. Die Metallisierung enthält dabei bevorzugt Gold und/oder Platin.Before applying the semiconductor layer on the carrier can in the invention on the side facing away from the substrate Semiconductor layer a metallization can be applied. The metallization contains gold and / or platinum are preferred.
Ein erfindungsgemäßer Halbleiterchip kann mit Vorteil als Dünnschichtchip ausgebildet sein, der typischerweise eine Dicke unterhalb von etwa 50 μm aufweist. Der Halbleiterchip kann beispielsweise ein optoelektronischer Chip, insbesondere ein strahlungserzeugender Chip wie eine Lumineszenzdiodenchip sein.A semiconductor chip according to the invention can with Advantage as a thin-film chip be formed, typically a thickness below about 50 μm. The semiconductor chip can, for example, be an optoelectronic chip, in particular a radiation-generating chip such as a luminescence diode chip his.
Als weiterer Vorteil der Erfindung hat sich herausgestellt, daß durch die Verwendung thermisch angepaßter Träger auch das Problem der unzureichenden Haftung zwischen Halbleiterschicht und Träger gelöst wird, das in der Vergangenheit beispielsweise bei GaN-Epischichten auf GaAs-Bondwafern beobachtet wurde. Die Kontrolle des Verspannungshaushaltes im gesamten Waferpaket nach der vorliegenden Erfindung schließt auch die Bondmetallisierung mit ein und schafft dadurch hinsichtlich der genannten Haftungsproblematik wirkungsvoll Abhilfe.Another advantage of the invention it has been found that through the use of thermally adapted carrier also the problem of insufficient adhesion between the semiconductor layer and carrier solved in the past, for example with GaN epi layers was observed on GaAs bond wafers. The control of the tension household in the entire wafer package according to the present invention also includes the bond metallization and thereby creates in terms of effective remedy.
Wie weiter oben bereits kurz erwähnt eignet sich die Erfindung besonders bevorzugt für die Herstellung von strahlungsemittierenden und/oder strahlungsdetektierenden Chips auf Basis von Nitrid-III-V-Verbindungshalbleitermaterial, die insbesondere auf Saphir- oder SiC-Substraten aufgewachsen werden.As mentioned briefly above, is suitable the invention is particularly preferred for the production of radiation-emitting and / or radiation-detecting chips based on nitride III-V compound semiconductor material, which are grown in particular on sapphire or SiC substrates.
Unter die Gruppe von strahlungsemittierenden und/oder strahlungsdetektierenden Chips auf Basis von Nitrid-III-V-Verbindungshalbleitermaterial fallen vorliegend insbesondere solche Chips, bei denen die epitaktisch hergestellte Halbleiterschicht, die in der Regel eine Schichtfolge aus unterschiedlichen Einzelschichten aufweist, mindestens eine Einzelschicht enthält, die ein Material aus dem Nitrid-III-V-Verbindungshalbleitermaterial-System InxAlyGa1-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1 aufweist. Die Halbleiterschicht kann beispielsweise einen herkömmlichen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopfstruktur (SQW-Struktur) oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW-Strukur) aufweisen. Solche Strukturen sind dem Fachmann bekannt und werden von daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.In the present case, the group of radiation-emitting and / or radiation-detecting chips based on nitride III-V compound semiconductor material includes those chips in which the epitaxially produced semiconductor layer, which generally has a layer sequence of different individual layers, contains at least one individual layer has a material from the nitride III-V compound semiconductor material system In x Al y Ga 1-xy N with 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 and x + y ≤ 1. The semiconductor layer can have, for example, a conventional pn junction, a double heterostructure, a single quantum well structure (SQW structure) or a multiple quantum well structure (MQW structure). Such structures are known to the person skilled in the art and are therefore not explained in more detail here.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung des Ausführungsbeispiels und den Zeichnungen.Further advantageous configurations, Features and details of the invention emerge from the dependent claims Description of the embodiment and the drawings.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es sind jeweils nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente dargestellt. Es zeigtThe invention is based on the following of an embodiment are explained in more detail in connection with the drawings. They are only the for the understanding elements of the invention shown. It shows
Die thermischen Ausdehnungskoeffizienten des
Bondwafers a(Mo) = 5, 21 * l0-6 K-1 und des Saphirsubstrats a (Al2O3) = 7, 5 * 10-6 K-1 liegen relativ nahe beieinander. Darüber hinaus
ist Molybdän
zäh genug,
so daß beim
Bonden und beim Abkühlen
von der Bondtemperatur auf Zimmertemperatur keine Risse im Molybdänwafer
In einem nachfolgenden Schritt wird
die Grenzfläche
von Halbleiterschicht
Nachdem die gesamte Oberfläche der
Halbleiterschicht
Um eine möglichst rückstandsfreie Abtrennung des
Saphirsubstrats
Die Strahlungsintensität des Laserstrahls weist sowohl in x-, als auch in y-Richtung ein im wesentlichen konstantes Plateau auf, an das sich jeweils Flanken schnell abfallender Intensität anschließen. Der im Ausführungsbeispiel verwendete XeF-Excimer-Laser ist aufgrund der hohen Verstärkung und der Resonatorgeometrie für die Erzeugung eines solchen planen Laserspotprofils ausgezeichnet geeignet.The radiation intensity of the laser beam points an essentially constant one in both the x and y directions Plateau on which flanks of rapidly falling intensity are connected. The in the embodiment used XeF excimer laser is due to the high gain and the resonator geometry for the generation of such a plan laser spot profile is excellently suited.
Durch die kissenartigen Laserspots
kann in der GaInN-Halbleiterschicht
beim Laserbeschuß im inneren
Bereich des Laserspots eine homogene, über der Zersetzungstemperatur
liegende Temperatur erreicht werden. Zwischen aufeinanderfolgenden Laserpulsen
wird der Laserstrahl relativ zur Oberfläche der Halbleiterschicht
Beim Laserbeschuß werden auf der dem Substrat
abgewandten Seite der Halbleiterschicht
Aufgrund der aufeinander abgestimmten, nahe beieinander liegenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Bondwafers a (Mo) = 5, 21 * 10-6 K-1 und der Halbleiterschicht a (GaN) = 4, 3 * 10-6 K-1, treten jedoch keine durch diese Temperaturdifferenzen verursachten Risse im Halbleitermaterial auf.Because of the matched, closely spaced thermal expansion coefficient of the bond wafer a (Mo) = 5, 21 * 10 -6 K -1 and the semiconductor layer a (GaN) = 4, 3 * 10 -6 K -1, but not pass through these temperature differences caused cracks in the semiconductor material.
Während die Erfindung insbesondere mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsbeispiele gezeigt und beschrieben worden ist, ver steht sich für den Fachmann, dass Änderungen in Gestalt und Einzelheiten gemacht werden können, ohne von dem Gedanken und Umfang der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend soll die Offenbarung der vorliegenden Erfindung nicht einschränkend sein. Statt dessen soll die Offenbarung der vorliegenden Erfindung den Umfang der Erfindung veranschaulichen, der in den nachfolgenden Ansprüchen dargelegt ist.While the invention in particular with reference to preferred embodiments has been shown and described, is understood by those skilled in the art, that changes in shape and details can be made without the thought and scope of the invention. Accordingly, the revelation is intended of the present invention are not limiting. Instead it should the disclosure of the present invention includes the scope of the invention illustrate, which is set out in the following claims.
Claims (23)
Priority Applications (3)
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-
2002
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---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |
Effective date: 20040325 |
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|
R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01L0033000000 Ipc: H01L0029020000 |
|
R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |
Effective date: 20101202 |
|
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R071 | Expiry of right |