WO2010012257A1 - Method for producing optoelectronic components and optoelectronic component - Google Patents

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WO2010012257A1
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substrate wafer
optoelectronic
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Magnus Ahlstedt
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L33/647Heat extraction or cooling elements the elements conducting electric current to or from the semiconductor body

Definitions

  • the present invention relates to a method for the wafer-based production of a plurality of optoelectronic components and to an optoelectronic component.
  • So-called High Brightness LEDs require a housing structure that ensures good heat dissipation from the LED chip.
  • other optical components such as lenses, in a simple manner be integrated into such a housing structure.
  • An object of the present invention is to specify a method for producing an optoelectronic component which is wafer-based and comprises a few, as simple as possible process steps. Furthermore, a should Optoelectronic device can be provided, which is produced in a simple manner wafer-based.
  • a method according to the invention may comprise the following steps:
  • a lens enclosing the semiconductor body can take place, for example, by means of a transfer molding process or another casting, spraying or pressing technique. It is also possible that the lens is applied by dispensing. Furthermore, a method according to the invention may also comprise the following steps:
  • the application of the optoelectronic semiconductor body to the substrate wafer preferably takes place after the thinning of the substrate wafer.
  • the steps can be executed in a different order from the given order. However, the order given is preferred.
  • the application of the optoelectronic semiconductor body to the substrate wafer preferably takes place after the thinning of the substrate wafer.
  • Metallic feedthroughs are formed in a substrate wafer, which are exposed both on its front side, that is to say its first main surface, and on its rear side, that is to say its second main surface.
  • the substrate wafer consists of an electrically conductive material, preferably of silicon or of a silicon-based material, and the inner surfaces of the
  • the encapsulation is preferably applied to the substrate wafer by means of a transfer molding process and preferably consists of a silicone material.
  • the encapsulation can be technically very easily formed as a lens in this way.
  • the method allows the production of a flat design with a very stable connection between chip carrier and lens.
  • a silicon substrate provides a very good surface for subsequent application of a silicone lens by transfer molding. There are only a few process steps required, which enables cost-effective production.
  • the recesses are advantageously produced by applying a mask to the first main surface of the substrate wafer and then etching the substrate material.
  • the inner surfaces of the recesses are first provided with a metal layer and subsequently the recesses are at least partially filled with metallic material, for example by means of chemical or physical vapor deposition (CVD, PVD, PECVD).
  • CVD chemical or physical vapor deposition
  • the filling of the recesses with metallic material takes place by means of screen printing of a metal paste and subsequent sintering of the metal paste.
  • the structure resolution of a screen printing process is sufficient.
  • This embodiment has a low complexity in the process management. It requires no subsequent, for example, lithographic structuring of a metal layer on the substrate, so that in this way a simple and inexpensive production of the optoelectronic component is possible.
  • metallic material is introduced into the recesses by means of a galvanic deposition method.
  • the metallic material is, for example, deposited by means of a lithographically produced mask only in the wells.
  • Material on the side of the wells conform, that is deposited over the entire surface of the substrate wafer and subsequently removed outside the wells again from the substrate wafer.
  • the latter is again accomplished, for example, by means of a lithographically produced mask and an etching process or by means of a chemical-mechanical polishing step.
  • the mask is preferably formed by forming a mask layer on the substrate
  • a mask layer made of silicon oxide can, for example, by means of thermal oxidation of the surface of the
  • Silicon substrate wafer or by CVD Chemical Vapor Deposition
  • Etched silicon substrate wafer for example by means of KOH or a similar etchant or by means of a dry etching.
  • the wells in the silicon substrate wafer by means of a laser beam.
  • the inner surfaces of the recesses are provided with an electrically insulating layer, for example by means of thermal or CVD passivation, followed by applying a seed layer for the metallic material for filling the recesses.
  • An additional mask layer is applied to the seed layer and subsequently lithographically structured such that windows are located above the depressions through which the metallic material for filling the depressions is then introduced.
  • a metal paste is screen printed into the recesses and subsequently sintered before being plated with a metal layer for reinforcement.
  • Photolithography is a standard technique of semiconductor manufacturing and advantageously allows a high yield in already established process control.
  • metals are deposited on the surface of a semiconductor wafer with high efficiency by a sputtering method.
  • the resulting conformal coverage of the semiconductor wafer may be patterned by means of suitable resist masks to remove the metal (s) outside the pits.
  • the resist is, for example, a resist or a photoresist. Since the pattern of the pits is complementary to that of the mask for the pits, preferably the same photomask can be used, resulting in a reduction of the production cost.
  • suitable metals are, for example, gold, copper, palladium or any other combination of galvanic or otherwise depositable metals with sufficiently high thermal and / or electrical conductivity.
  • the exposing of the bushings on the second main surface, that is to say on the rear side of the substrate wafer, takes place in an advantageous embodiment of the method by means of a chemical-mechanical polishing method.
  • optoelectronic semiconductor bodies are applied to the substrate wafer, preferably each connected to one of the electrical feedthroughs, and the electrical contacts of the semiconductor body, each with an electrical feedthrough, before the encapsulations are then applied to the semiconductor body and finally the substrate wafer is severed between the encapsulations.
  • a combination of a silicon substrate with a silicone lens is used as the encapsulation for the semiconductor body. Silicon and silicone adhere well to each other and therefore form an interface with high density.
  • An optoelectronic component comprises a chip carrier substrate having a first main area, wherein at least two electrically separated feedthroughs are provided in the chip carrier substrate at least two electrically separated.
  • An optoelectronic semiconductor body with at least two electrical contacts is applied to the chip carrier substrate and the electrical contacts are in each case electrically connected to one of the feedthroughs.
  • the chip carrier substrate is finally with a - S -
  • Semiconductor body surrounding encapsulation which is preferably formed as a lens provided.
  • the optoelectronic component can be produced by a method described here. That is, the features disclosed for the method are disclosed for the device and vice versa.
  • one of the electrical contacts overlaps with one of the bushings at least partially, preferably completely.
  • the chip carrier substrate is preferably made of silicon or of a silicon-based material, which allows a cost-effective wafer-based production of optoelectronic components according to the invention.
  • Figure 1 shows an embodiment of an optoelectronic
  • FIGS. 2A to 2E show an exemplary embodiment of a method for producing an optoelectronic component in schematic sectional views.
  • the optoelectronic component 5 comprises a chip carrier substrate 100, which preferably consists essentially of silicon or of a silicon-based material. Such substrates are collectively referred to herein as silicon substrates.
  • gallium arsenide or germanium are not excluded.
  • the chip carrier substrate 100 has a first main surface 120 and a second main surface 120 'opposite thereto. At least two metal feedthroughs 24, 25 are formed in the chip carrier substrate 100.
  • the metallic feedthroughs 24, 25 are electrically insulated from the adjacent material of the chip carrier substrate 100 by an electrically insulating layer 20 between substrate material and the electrical feedthroughs 24, 25, for example in the form of a passivation layer on the substrate material.
  • An optoelectronic semiconductor body 30 with two electrical contacts 31, 32 on opposite sides of the semiconductor body 30, for example an LED (Light Emitting diode) chip is applied to one of the two bushings 24 with one of its electrical contacts 31, for example by means of a conductive adhesive.
  • the other electrical contact 32 is electrically connected by means of a bonding wire 33 as an electrically conductive connection with the other of the two bushings 25.
  • the metallic leadthrough 24 may, for example, cover the back side of the LED chip, as shown in FIG. But it is also conceivable that the implementation 24 is smaller than the back of the LED chip is formed.
  • a silicone lens 40 is pressed onto the optoelectronic semiconductor body 30, which encloses the semiconductor body 30 including the bonding wire 33.
  • one of the two feedthroughs 24 is provided as a thermal connection for the optoelectronic semiconductor body 30, so that heat generated during operation in the semiconductor body from the interior of the component housing formed from the encapsulation 40 and the chip carrier substrate 100 via this feedthrough 24 can be directed to the outside.
  • FIGS. 2A to 2E embodiments of a method for wafer-based production of a plurality of optoelectronic components 5 according to FIG. 1 are described below.
  • FIG. 2A shows the starting point of the method.
  • a substrate wafer 10 for example a silicon wafer, with a first main surface 12 and one of these opposite second main surface 12 'provided.
  • First and second main surfaces are referred to below as front side 12 and back side 12 'of substrate wafer 10, respectively.
  • a mask 14 is produced on the front side 12 of the substrate wafer 10.
  • a silicon dioxide layer produced on the front side 12 may be used, for example as a thermal oxide or via a vapor phase deposition method on the first
  • Main surface 12 is formed. For structuring the mask
  • a lithographic process is used in which a silicon dioxide layer is provided with windows 15 by means of a photomask and spin-on resist.
  • an anisotropic etching process can be used, such as, for example, reactive ion etching (dry etching) or wet chemical etching with potassium hydroxide (KOH). Other etching methods are not excluded.
  • the mask 14 is removed from the substrate wafer 10.
  • a passivation layer 20 is then formed, which also lines the trenches 16 (see FIG. 2C).
  • the passivation layer 20 may be made of, for example, silicon dioxide, either by thermal oxidation of the substrate wafer material or by means of deposition from the gas phase is formed.
  • the trenches 16 are filled by conformal deposition of a metal layer, that is to say surface-wide deposition of a metal layer, and the metal layer outside the trenches 16 is removed again.
  • a metal layer is applied to the front side 12, including inner surfaces of the trenches 16 of the substrate wafer 10, whose thickness corresponds, for example, to the depth of the trenches 16.
  • the metal applied next to the trenches 16 on the substrate wafer 10 is subsequently removed, for example, by means of a further lithographic process section (cf. FIG. 2C).
  • the removal of the metal layer outside of the trenches 16 can also take place by means of chemical-mechanical polishing, in which the metal layer is removed to the front side of the substrate wafer.
  • a so-called metallic seed layer 22 is applied to the passivation layer 20, this is provided outside the trenches by means of a mask 14 'and then the trenches 16 with metallic
  • the removal of the metallic seed layer 22 and the passivation layer 20 outside the trenches 16 is accomplished, for example, by means of chemical mechanical polishing performed in which the layers are removed to the front side 12 of the substrate wafer 10.
  • the passages 24 are formed by screen printing of a metal paste and subsequent sintering of the metal paste.
  • seed layer metallic seed layer 22
  • Suitable metals for the bushings are, for example, gold, copper and palladium and any other combination of galvanically or otherwise depositable metals with a sufficiently high thermal and / or electrical
  • the passages 24, 25 are now exposed at the bottom of the trenches 16, that is to say from the rear side 12 'of the substrate wafer 10 (see FIG. 2D). This is done, for example, by means of a chemical-mechanical polishing step.
  • An optoelectronic semiconductor body 30 is subsequently applied to a feedthrough 24 of a pair of feedthroughs 24, 25 of an optoelectronic component, such that one of its electrical contacts rests on the leadthrough 24 and is electrically and thermally conductively connected thereto, for example by means of a conductive adhesive.
  • a second electrical contact of the semiconductor body 30 then becomes by means of a bonding wire 33 with the other passage 25 is electrically connected, see Figure 2E.
  • a plurality of lenses 40 for example made of silicone material, which in each case surrounds at least one of the optoelectronic semiconductor bodies 30 including the bonding wire 32, are applied to the substrate wafer 10. This is done for example by means of a transfer molding process.
  • the substrate wafer is severed between the encapsulations, for example by means of sawing.
  • electrical and / or thermal feedthroughs are formed in a substrate wafer, which are exposed on both sides of the substrate wafer.
  • depressions are formed in the substrate wafer, into which subsequently electrically and / or thermally conductive material is filled.
  • the depressions are produced, for example, by means of a wet and / or dry chemical etching process. Also conceivable is the use of a mechanical method, such as milling. Furthermore, it is possible to form the recesses in the substrate wafer by means of a laser beam. A combination of the above-mentioned methods is also conceivable.
  • a depression can be formed, which is subsequently widened with an etching process.
  • bushings with a sufficiently large cross-sectional area can be realized in a technically simple manner for good heat dissipation from the semiconductor body.
  • Such a method advantageously allows the production of very flat designs for optoelectronic components, in particular LEDs.

Abstract

The invention relates to a method for the wafer-based production of a plurality of optoelectronic components (40, 100), which each include at least one semiconductor body (30) and a component housing, wherein a plurality of optoelectronic semiconductor bodies are provided, each having a first electrical contact (31) and a second electrical contact (32) and a substrate wafer (10, 100) with a first primary surface (120) and a second primary surface (120').

Description

Beschreibungdescription
Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Bauelementen und optoelektronisches BauelementProcess for the production of optoelectronic components and optoelectronic component
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur waferbasierten Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Bauelementen und ein optoelektronisches Bauelement .The present invention relates to a method for the wafer-based production of a plurality of optoelectronic components and to an optoelectronic component.
Optoelektronische Bauelemente verdrängen zunehmend aufgrund ihres hohen Wirkungsgrades, ihrer langen Lebensdauer und ihrer Robustheit in zahlreichen Anwendungsgebieten klassische Glüh- und Entladungslampen. Dabei spielen oberflächenmontierbare Ausführungen eine bedeutende Rolle. Sie können auf einfache Weise in verschiedenste Anwendungen integriert werden.Due to their high efficiency, their long service life and their robustness, optoelectronic components are increasingly replacing classical incandescent and discharge lamps in numerous fields of application. Surface-mountable designs play an important role here. They can be easily integrated into a wide variety of applications.
Eine neuere Technologie zur Herstellung von hellen oberflächenmontierbaren Leuchtdioden ist in T. Murphy und J. Kuhmann, „Silicon wafer packaging for HB-LEDs", Technology White Paper, Hymite GmbH, September 2007 beschrieben.A recent technology for producing light surface mount LEDs is described in T. Murphy and J. Kuhmann, "Silicon wafer packaging for HB-LEDs", Technology White Paper, Hymite GmbH, September 2007.
Sogenannte High Brightness LEDs erfordern einen Gehäuseaufbau, der eine gute Wärmeableitung vom LED-Chip gewährleistet. Zudem sollen weitere optische Komponenten, wie zum Beispiel Linsen, auf einfache Weise in einen solchen Gehäuseaufbau integrierbar sein.So-called High Brightness LEDs require a housing structure that ensures good heat dissipation from the LED chip. In addition, other optical components, such as lenses, in a simple manner be integrated into such a housing structure.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements anzugeben, das waferbasiert ist und wenige, möglichst einfache Prozess-Schritte umfasst. Weiterhin soll ein optoelektronisches Bauelement bereitgestellt werden, das auf einfache Weise waferbasiert herstellbar ist. Ein Verfahren nach der Erfindung kann folgende Schritte umfassen:An object of the present invention is to specify a method for producing an optoelectronic component which is wafer-based and comprises a few, as simple as possible process steps. Furthermore, a should Optoelectronic device can be provided, which is produced in a simple manner wafer-based. A method according to the invention may comprise the following steps:
Bereitstellen eines Substratwafers mit einer ersten und einer der ersten gegenüberliegenden zweiten Hauptfläche, Aufbringen einer mit Öffnungen versehenen Maskenschicht auf die erste Hauptfläche, - Bilden von Gräben in dem Substrat im Bereich der Maskenöffnungen, Entfernen der Maskenschicht,Providing a substrate wafer having a first and one of the first opposing second major surfaces, applying an apertured mask layer to the first major surface, - forming trenches in the substrate in the region of the mask openings, removing the mask layer,
Ausbilden einer PassivierungsSchicht, die die Gräben auskleidet, - zumindest teilweises Füllen der Gräben mit metallischem Material,Forming a passivation layer lining the trenches, at least partially filling the trenches with metallic material,
Entfernen von Substratmaterial von der zweiten Hauptfläche her, derart, dass das metallische Material auf der von der ersten Hauptfläche abgewandten Seite des Substratwafers freigelegt wird und dadurch metallische Durchführungen durch den Substratwafer gebildet werden, Aufbringen eines optoelektronischen Halbleiterkörpers auf eine der metallischen Durchführungen, und elektrisches Verbinden von elektrischen Kontakten des Halbleiterkörpers mit metallischen Durchführung des Substratwafers .Removing substrate material from the second major surface such that the metallic material is exposed on the side of the substrate wafer remote from the first major surface and thereby forming metallic feedthroughs through the substrate wafer, depositing an optoelectronic semiconductor body onto one of the metal feedthroughs, and electrically connecting of electrical contacts of the semiconductor body with metallic passage of the substrate wafer.
Die Ausbildung einer den Halbleiterkörper umhüllenden Linse kann zum Beispiel mittels eines Spritzpressverfahrens oder einer anderen Guss-, Spritz- oder Presstechnik erfolgen. Ferner ist es möglich, dass die Linse mittels Dispensen aufgebracht wird. Ferner kann ein Verfahren nach der Erfindung auch die folgenden Schritte umfassen:The formation of a lens enclosing the semiconductor body can take place, for example, by means of a transfer molding process or another casting, spraying or pressing technique. It is also possible that the lens is applied by dispensing. Furthermore, a method according to the invention may also comprise the following steps:
Bereitstellen einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterkörpern mit jeweils einem ersten elektrischen" Kontakt und einem zweiten elektrischen Kontakt, Bereitstellen eines Substratwafers mit einer ersten Hauptfläche und einer zweiten Hauptfläche, Ausbilden von mindestens zwei einen Abstand voneinander aufweisenden Vertiefungen im Substratwafer von der ersten Hauptfläche her,Providing a plurality of optoelectronic semiconductor bodies, each having a first electrical contact and a second electrical contact, providing a substrate wafer having a first major surface and a second major surface, forming at least two spaced depressions in the substrate wafer from the first major surface,
Einbringen von elektrisch leitfähigem Material in die Vertiefungen, Dünnen des Substratwafers, derart, dass das elektrisch leitfähige Material im Bereich der Vertiefungen elektrisch leitende Durchführungen durch das Substrat bildet,Introducing electrically conductive material into the depressions, thinning the substrate wafer such that the electrically conductive material in the region of the depressions forms electrically conductive passages through the substrate,
Aufbringen der optoelektronischen Halbleiterkörper auf den Substratwafer, - Ausbilden von elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den elektrischen Kontakten der Halbleiterkörper und diesen jeweils zugeordneten Durchführungen, Aufbringen einer Mehrzahl von jeweils mindestens einen Halbleiterkörper umhüllenden Verkapselungen auf den Substratwafer, undApplying the optoelectronic semiconductor body to the substrate wafer, - Forming electrically conductive connections between the electrical contacts of the semiconductor body and the respective associated feedthroughs, applying a plurality of encapsulating each at least one semiconductor body encapsulations on the substrate wafer, and
Zerteilen des Substratwafers zwischen den Verkapselungen, derart, dass voneinander getrennte optoelektronische Bauelemente entstehen.Dicing the substrate wafer between the encapsulations, such that separate optoelectronic components are formed.
Bei Zerteilen des Substratwafers ist es dabei auch möglich, dass durch die Verkapseiungen vereinzelt wird. Die fertigen Bauelemente weisen dann an den Seitenflächen der Verkapselungen Vereinzelungsspuren wie zum Beispiel Sägerillen auf .When dividing the substrate wafer, it is also possible that is separated by the Verkapseiungen. The finished components then have on the side surfaces of the Encapsulation singling traces such as sawing on.
Das Aufbringen der optoelektronischen Halbleiterkörper auf den Substratwafer erfolgt dabei vorzugsweise nach dem Dünnen des Substratwafers .The application of the optoelectronic semiconductor body to the substrate wafer preferably takes place after the thinning of the substrate wafer.
Die Schritte können dabei in einer von der angegeben Reihenfolge abweichenden Reihenfolge ausgeführt werden. Die angegebene Reihenfolge ist jedoch bevorzugt. Insbesondere erfolgt das Aufbringen der optoelektronischen Halbleiterkörper auf den Substratwafer vorzugsweise nach dem Dünnen des Substratwafers .The steps can be executed in a different order from the given order. However, the order given is preferred. In particular, the application of the optoelectronic semiconductor body to the substrate wafer preferably takes place after the thinning of the substrate wafer.
Es werden metallische Durchführungen in einem Substratwafer gebildet, die sowohl auf der dessen Vorderseite, das heißt dessen erster Hauptfläche, als auch auf dessen Rückseite, das heißt dessen zweiter Hauptfläche, freigelegt sind. Zur Strukturierung der Gräben kann ein nasschemisches Ätzverfahren oder ein Trockenätzverfahren oder eineMetallic feedthroughs are formed in a substrate wafer, which are exposed both on its front side, that is to say its first main surface, and on its rear side, that is to say its second main surface. For structuring the trenches, a wet-chemical etching method or a dry etching method or a
Kombination solcher Verfahren eingesetzt werden. Auf diese Weise können Durchführungen mit großer Querschnittsfläche hergestellt werden, die im Betrieb des optoelektronischen Bauelements eine gute Wärmeableitung vom Halbleiterkörper aus dem Bauelementgehäuse heraus ermöglichen.Combination of such methods can be used. In this way, bushings with a large cross-sectional area can be produced, which enable good heat dissipation from the semiconductor body out of the component housing during operation of the optoelectronic component.
In einer vorteilhaften Ausführungsform besteht der Substratwafer aus einem elektrisch leitfähigen Material, bevorzugt aus Silizium oder aus einem auf Silizium basierenden Material, und werden die Innenflächen derIn an advantageous embodiment, the substrate wafer consists of an electrically conductive material, preferably of silicon or of a silicon-based material, and the inner surfaces of the
Vertiefungen vor dem Einbringen des elektrisch leitfähigen Materials mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen. Die Verkapselung wird vorzugsweise mittels eines Spritzpressverfahrens auf den Substratwafer aufgebracht und besteht bevorzugt aus einem Silikonmaterial. Die Verkapselung kann auf diese Weise technisch sehr einfach als Linse ausgebildet werden.Wells provided before introducing the electrically conductive material with an electrically insulating layer. The encapsulation is preferably applied to the substrate wafer by means of a transfer molding process and preferably consists of a silicone material. The encapsulation can be technically very easily formed as a lens in this way.
Das Verfahren erlaubt die Herstellung einer flachen Bauform mit einer sehr stabilen Verbindung zwischen Chipträger und Linse. Ein Siliziumsubstrat bietet eine sehr gute Oberfläche für ein nachfolgendes Aufbringen einer Silikonlinse mittels Spritzpressen an. Es sind nur wenige Prozessschritte nötig, was eine kostengünstige Produktion ermöglicht.The method allows the production of a flat design with a very stable connection between chip carrier and lens. A silicon substrate provides a very good surface for subsequent application of a silicone lens by transfer molding. There are only a few process steps required, which enables cost-effective production.
Die Vertiefungen werden vorteilhafterweise mittels Aufbringen einer Maske auf die erste Hauptfläche des Substratwafers und nachfolgendem Ätzen des Substratmaterials hergestellt.The recesses are advantageously produced by applying a mask to the first main surface of the substrate wafer and then etching the substrate material.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform werden die Innenflächen der Vertiefungen zunächst mit einer Metallschicht versehen und nachfolgend die Vertiefungen zumindest teilweise mit metallischem Material gefüllt, beispielsweise mittels chemischer oder physikalischer Gasphasenabscheidung (CVD, PVD, PECVD) .In an advantageous embodiment, the inner surfaces of the recesses are first provided with a metal layer and subsequently the recesses are at least partially filled with metallic material, for example by means of chemical or physical vapor deposition (CVD, PVD, PECVD).
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Füllen der Vertiefungen mit metallischem Material mittels Siebdruck einer Metallpaste und nachfolgendem Sintern der Metallpaste. Insbesondere bei Durchführungen mit größerem Durchmesser ist die Strukturauflösung eines Siebdruckverfahrens ausreichend. Diese Ausführungsform weist eine geringe Komplexität in der Prozessführung auf. Sie erfordert keine nachträgliche beispielsweise lithographische Strukturierung einer Metallschicht auf dem Substrat, so dass auf diese Weise eine einfache und kostengünstige Herstellung des optoelektronischen Bauelements möglich ist.In an advantageous embodiment, the filling of the recesses with metallic material takes place by means of screen printing of a metal paste and subsequent sintering of the metal paste. Especially with bushings with a larger diameter, the structure resolution of a screen printing process is sufficient. This embodiment has a low complexity in the process management. It requires no subsequent, for example, lithographic structuring of a metal layer on the substrate, so that in this way a simple and inexpensive production of the optoelectronic component is possible.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform wird mittels eines galvanischen Abscheideverfahrens metallisches Material in die Vertiefungen eingebracht. Das metallische Material wird dazu beispielsweise vermittels einer lithographisch hergestellten Maske nur in den Vertiefungen abgeschieden.In another advantageous embodiment, metallic material is introduced into the recesses by means of a galvanic deposition method. The metallic material is, for example, deposited by means of a lithographically produced mask only in the wells.
Bei einer vorteilhaften Variante wird das metallischeIn an advantageous variant, the metallic
Material auf der Seite der Vertiefungen konform, das heißt ganzflächig auf den Substratwafer abgeschieden und nachfolgend außerhalb der Vertiefungen wieder vom Substratwafer entfernt. Letzteres wird beispielsweise wiederum mittels einer lithographisch hergestellten Maske und eines Ätzprozesses oder mittels eines chemisch-mechanischen Polierschrittes bewerkstelligt.Material on the side of the wells conform, that is deposited over the entire surface of the substrate wafer and subsequently removed outside the wells again from the substrate wafer. The latter is again accomplished, for example, by means of a lithographically produced mask and an etching process or by means of a chemical-mechanical polishing step.
Bei Verwendung eines Siliziumsubstratwafers wird die Maske vorzugsweise mittels Ausbilden einer Maskenschicht auf demWhen using a silicon substrate wafer, the mask is preferably formed by forming a mask layer on the substrate
Substratwafer und nachfolgendem lithographischen Strukturieren der Maskenschicht, derart, dass an Stellen, an denen die Vertiefungen vorgesehen sind, in der Maskenschicht Fenster ausgebildet werden, hergestellt. Eine Maskenschicht aus Siliziumoxid kann dabei beispielsweise mittels thermischer Oxidation der Oberfläche desSubstrate wafer and subsequent lithographic patterning of the mask layer, such that at the locations where the recesses are provided, in the mask layer windows are formed, made. A mask layer made of silicon oxide can, for example, by means of thermal oxidation of the surface of the
Siliziumsubstratwafers oder mittels CVD (Chemical Vapor Deposition) ausgebildet werden. Nach dem lithographischen Strukturieren der Maskenschicht werden dann nachfolgend in den Fenstern der Maske die Vertiefungen in denSilicon substrate wafer or by CVD (Chemical Vapor Deposition) are formed. After the lithographic patterning of the mask layer, the depressions are subsequently inserted into the windows of the mask
Siliziumsubstratwafer geätzt, beispielsweise mittels KOH oder eines ähnlichen Ätzmittels oder mittels eines Trockenätzverfahrens. Ebenso ist es möglich, die Vertiefungen in dem Siliziumsubstratwafer mittels eines Laserstrahls zu bilden. Nachfolgend werden die Innenflächen der Vertiefungen mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen, beispielsweise mittels thermischer oder CVD-Passivierung, gefolgt vom Aufbringen einer Keimschicht für das metallische Material zum Füllen der Vertiefungen. Auf die Keimschicht wird eine weitere Maskenschicht aufgebracht und nachfolgend lithographisch strukturiert, derart, dass sich über den Vertiefungen Fenster befinden, durch die dann das metallische Material zum Füllen der Vertiefungen eingebracht wird. Bei einer alternativen Methode wird mittels Siebdruck eine Metallpaste in die Vertiefungen gedrückt und nachfolgend gesintert, bevor diese dann zur Verstärkung mit einer Metallschicht plattiert wird.Etched silicon substrate wafer, for example by means of KOH or a similar etchant or by means of a dry etching. Likewise, it is possible the wells in the silicon substrate wafer by means of a laser beam. Subsequently, the inner surfaces of the recesses are provided with an electrically insulating layer, for example by means of thermal or CVD passivation, followed by applying a seed layer for the metallic material for filling the recesses. An additional mask layer is applied to the seed layer and subsequently lithographically structured such that windows are located above the depressions through which the metallic material for filling the depressions is then introduced. In an alternative method, a metal paste is screen printed into the recesses and subsequently sintered before being plated with a metal layer for reinforcement.
Photolithographie ist eine Standardtechnik der Halbleiterherstellung und ermöglicht vorteilhafterweise eine hohe Ausbeute bei bereits etablierten Prozessführungen.Photolithography is a standard technique of semiconductor manufacturing and advantageously allows a high yield in already established process control.
Metalle werden beispielsweise mittels eines Sputterverfahrens mit hoher Effizienz auf die Oberfläche eines Halbleiterwafers aufgebracht . Die dadurch entstehende konforme Bedeckung des Halbleiterwafers kann mittels geeigneter Resistmasken strukturiert werden, um das/die Metall/e außerhalb der Vertiefungen zu entfernen. Bei dem Resist handelt es sich zum Beispiel um einen Abdecklack oder einen Photolack. Da das Muster der Vertiefungen zu dem der Maske für die Vertiefungen komplementär ist, kann vorzugsweise dieselbe Photomaske eingesetzt werden, was zu einer Reduzierung der Produktionskosten führt.For example, metals are deposited on the surface of a semiconductor wafer with high efficiency by a sputtering method. The resulting conformal coverage of the semiconductor wafer may be patterned by means of suitable resist masks to remove the metal (s) outside the pits. The resist is, for example, a resist or a photoresist. Since the pattern of the pits is complementary to that of the mask for the pits, preferably the same photomask can be used, resulting in a reduction of the production cost.
Vorliegend geeignete Metalle sind beispielsweise Gold, Kupfer, Palladium oder jede andere Kombination von galvanisch oder anderweitig abscheidbaren Metallen mit hinreichend hoher thermischer und/oder elektrischer Leitfähigkeit .Presently suitable metals are, for example, gold, copper, palladium or any other combination of galvanic or otherwise depositable metals with sufficiently high thermal and / or electrical conductivity.
Das Freilegen der Durchführungen an der zweiten Hauptfläche, sprich an der Rückseite des Substratwafers, erfolgt bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens mittels einer chemisch-mechanischen Poliermethode .The exposing of the bushings on the second main surface, that is to say on the rear side of the substrate wafer, takes place in an advantageous embodiment of the method by means of a chemical-mechanical polishing method.
Nachfolgend werden optoelektronische Halbleiterkörper auf den Substratwafer aufgebracht, vorzugsweise jeweils auf eine der elektrischen Durchführungen, und die elektrischen Kontakte des Halbleiterkörpers mit jeweils einer elektrischen Durchführung verbunden, bevor dann die Verkapselungen auf die Halbleiterkörper aufgebracht werden und schließlich der Substratwafer zwischen den Verkapseiungen durchtrennt wird.Subsequently, optoelectronic semiconductor bodies are applied to the substrate wafer, preferably each connected to one of the electrical feedthroughs, and the electrical contacts of the semiconductor body, each with an electrical feedthrough, before the encapsulations are then applied to the semiconductor body and finally the substrate wafer is severed between the encapsulations.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird eine Kombination aus einem Siliziumsubstrat mit einer Silikonlinse als Verkapselung für den Halbleiterkörper verwendet. Silizium und Silikon haften gut aneinander und bilden daher eine Grenzfläche mit hoher Dichtigkeit.In a particularly advantageous embodiment of the method, a combination of a silicon substrate with a silicone lens is used as the encapsulation for the semiconductor body. Silicon and silicone adhere well to each other and therefore form an interface with high density.
Ein optoelektronisches Bauelement gemäß der Erfindung umfasst ein Chipträgersubstrat mit einer ersten Hauptfläche, wobei im Chipträgersubstrat wenigstens zwei elektrisch voneinander getrennte, elektrisch leitende Durchführungen vorgesehen sind. Auf das Chipträgersubstrat ist ein optoelektronischer Halbleiterkörper mit wenigstens zwei elektrischen Kontakten aufgebracht und die elektrischen Kontakte sind jeweils mit einer der Durchführungen elektrisch verbunden. Das Chipträgersubstrat ist schließlich mit einer den - S -An optoelectronic component according to the invention comprises a chip carrier substrate having a first main area, wherein at least two electrically separated feedthroughs are provided in the chip carrier substrate at least two electrically separated. An optoelectronic semiconductor body with at least two electrical contacts is applied to the chip carrier substrate and the electrical contacts are in each case electrically connected to one of the feedthroughs. The chip carrier substrate is finally with a - S -
Halbleiterkörper umgebenden Verkapselung, die bevorzugt als Linse geformt ist, versehen.Semiconductor body surrounding encapsulation, which is preferably formed as a lens provided.
Vorzugsweise ist das optoelektronische Bauelement mit einem hier beschriebenen Verfahren herstellbar. Das heißt, die für das Verfahren offenbarten Merkmale sind für das Bauelement offenbart und umgekehrt .Preferably, the optoelectronic component can be produced by a method described here. That is, the features disclosed for the method are disclosed for the device and vice versa.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform überlappt einer der elektrischen Kontakte mit einer der Durchführungen zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig. Dadurch ist im Betrieb des Bauelements über diese Durchführung eine gute Wärmeableitung vom Halbleiterchip zur Rückseite des Bauelements hin gewährleistet.In an advantageous embodiment, one of the electrical contacts overlaps with one of the bushings at least partially, preferably completely. As a result, good heat dissipation from the semiconductor chip to the rear side of the component is ensured in the operation of the component via this implementation.
Das Chipträgersubstrat besteht vorzugsweise aus Silizium oder aus einem auf Silizium basierenden Material, was eine kostengünstige waferbasierte Produktion von erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelementen erlaubt .The chip carrier substrate is preferably made of silicon or of a silicon-based material, which allows a cost-effective wafer-based production of optoelectronic components according to the invention.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend in Verbindung mit den Figuren 1 bis 2E beschriebenen Ausführungsbeispielen. Dabei sind funktions- beziehungsweise wirkungsgleiche Elemente, Bereiche undFurther advantages, advantageous embodiments and developments of the invention will become apparent from the embodiments described below in conjunction with FIGS. 1 to 2E. Here are function or effect same elements, areas and
Strukturen mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Insoweit sich Elemente, Bereiche oder Strukturen in ihrer Funktion entsprechen, wird deren Beschreibung nicht zu jedem der Ausführungsbeispiele wiederholt. Es zeigen :Structures provided with the same reference numerals. Insofar as elements, regions or structures correspond in their function, their description is not repeated for each of the exemplary embodiments. Show it :
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischenFigure 1 shows an embodiment of an optoelectronic
Halbleiterbauelernents in einer schematischen Schnittansicht, undHalbleitererbauelernents in a schematic sectional view, and
Figuren 2A bis 2E ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements in schematischen Schnittansichten.FIGS. 2A to 2E show an exemplary embodiment of a method for producing an optoelectronic component in schematic sectional views.
Das optoelektronische Bauelement 5 gemäß Figur 1 umfasst ein Chipträgersubstrat 100, das vorzugsweise im Wesentlichen aus Silizium oder aus einem auf Silizium basierenden Material besteht. Solche Substrate werden vorliegend zusammenfassend als Siliziumsubstrate bezeichnet.The optoelectronic component 5 according to FIG. 1 comprises a chip carrier substrate 100, which preferably consists essentially of silicon or of a silicon-based material. Such substrates are collectively referred to herein as silicon substrates.
Andere Materialien, wie beispielsweise Galliumarsenid oder Germanium, sind jedoch nicht ausgeschlossen.However, other materials such as gallium arsenide or germanium are not excluded.
Das Chipträgersubstrat 100 weist eine erste Hauptfläche 120 und eine dieser gegenüberliegende zweite Hauptfläche 120' auf. In dem Chipträgersubstrat 100 sind wenigstens zwei metallische Durchführungen 24, 25 ausgebildet. Die metallischen Durchführungen 24, 25 sind durch eine elektrisch isolierende Schicht 20 zwischen Substratmaterial und den elektrischen Durchführungen 24, 25, beispielsweise in Form einer Passivierungsschicht auf dem Substratmaterial, elektrisch von dem benachbarten Material des Chipträgersubstrats 100 isoliert.The chip carrier substrate 100 has a first main surface 120 and a second main surface 120 'opposite thereto. At least two metal feedthroughs 24, 25 are formed in the chip carrier substrate 100. The metallic feedthroughs 24, 25 are electrically insulated from the adjacent material of the chip carrier substrate 100 by an electrically insulating layer 20 between substrate material and the electrical feedthroughs 24, 25, for example in the form of a passivation layer on the substrate material.
Ein optoelektronischer Halbleiterkörper 30 mit zwei elektrischen Kontakten 31, 32 auf gegenüberliegenden Seiten des Halbleiterkörpers 30, beispielsweise ein LED (Light Emitting Diode) -Chip, ist mit einem seiner elektrischen Kontakte 31, beispielsweise mittels eines Leitklebers, auf einer der beiden Durchführungen 24 aufgebracht. Der andere elektrische Kontakt 32 ist mittels eines Bonddrahtes 33 als elektrisch leitende Verbindung mit der anderen der beiden Durchführungen 25 elektrisch verbunden. Die metallische Durchführung 24 kann beispielsweise die Rückseite des LED- Chips bedecken, wie in Figur 1 gezeigt. Es ist aber auch denkbar, dass die Durchführung 24 kleiner als die Rückseite des LED-Chips gebildet ist.An optoelectronic semiconductor body 30 with two electrical contacts 31, 32 on opposite sides of the semiconductor body 30, for example an LED (Light Emitting diode) chip is applied to one of the two bushings 24 with one of its electrical contacts 31, for example by means of a conductive adhesive. The other electrical contact 32 is electrically connected by means of a bonding wire 33 as an electrically conductive connection with the other of the two bushings 25. The metallic leadthrough 24 may, for example, cover the back side of the LED chip, as shown in FIG. But it is also conceivable that the implementation 24 is smaller than the back of the LED chip is formed.
Auf der ersten Hauptfläche 120 des Chipträgersubstrats 100 ist eine Silikonlinse 40 auf den optoelektronischen Halbleiterkörper 30 aufgepresst, die den Halbleiterkörper 30 einschließlich Bonddraht 33 umhüllt.On the first main surface 120 of the chip carrier substrate 100, a silicone lens 40 is pressed onto the optoelectronic semiconductor body 30, which encloses the semiconductor body 30 including the bonding wire 33.
Beim vorstehend beschriebenen optoelektronischen Bauelement 5 ist die eine der beiden Durchführungen 24 als thermischer Anschluss für den optoelektronischen Halbleiterkörper 30 vorgesehen, so dass über diese Durchführung 24 während des Betriebs im Halbleiterkörper erzeugte Wärme aus dem Inneren des aus der Verkapselung 40 und dem Chipträgersubstrat 100 gebildeten Bauelementgehäuses nach außen geleitet werden kann.In the case of the above-described optoelectronic component 5, one of the two feedthroughs 24 is provided as a thermal connection for the optoelectronic semiconductor body 30, so that heat generated during operation in the semiconductor body from the interior of the component housing formed from the encapsulation 40 and the chip carrier substrate 100 via this feedthrough 24 can be directed to the outside.
Unter Bezugnahme auf die Figuren 2A bis 2E werden im Folgenden Ausführungsbeispiele eines Verfahrens zur waferbasierten Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Bauelementen 5 gemäß Figur 1 beschrieben.With reference to FIGS. 2A to 2E, embodiments of a method for wafer-based production of a plurality of optoelectronic components 5 according to FIG. 1 are described below.
In Figur 2A ist der Ausgangspunkt des Verfahrens gezeigt. Es wird ein Substratwafer 10, beispielsweise ein Siliziumwafer, mit einer ersten Hauptfläche 12 und einer dieser gegenüberliegenden zweiten Hauptflache 12' bereitgestellt. Erste und zweite Hauptfläche werden im Folgenden als Vorderseite 12 beziehungsweise als Rückseite 12 ' des Substratwafers 10 bezeichnet.FIG. 2A shows the starting point of the method. There is a substrate wafer 10, for example a silicon wafer, with a first main surface 12 and one of these opposite second main surface 12 'provided. First and second main surfaces are referred to below as front side 12 and back side 12 'of substrate wafer 10, respectively.
Auf der Vorderseite 12 des Substratwafers 10 wird eine Maske 14 erzeugt. Als Ausgangspunkt kann beispielsweise eine auf der Vorderseite 12 erzeugte Siliziumdioxidschicht verwendet werden, die beispielsweise als thermisches Oxid oder über ein Abscheidungsverfahren aus der Gasphase auf der erstenOn the front side 12 of the substrate wafer 10, a mask 14 is produced. As a starting point, for example, a silicon dioxide layer produced on the front side 12 may be used, for example as a thermal oxide or via a vapor phase deposition method on the first
Hauptfläche 12 ausgebildet wird. Zur Strukturierung der MaskeMain surface 12 is formed. For structuring the mask
14 wird beispielsweise ein lithographischer Prozess verwendet, bei dem eine Siliziumdioxidschicht mittels Photomaske und aufgeschleudertem Resist mit Fenstern 15 versehen wird.14, for example, a lithographic process is used in which a silicon dioxide layer is provided with windows 15 by means of a photomask and spin-on resist.
Nachfolgend werden, wie ebenfalls in Figur 2A veranschaulicht, im Substratwafer 10 im Bereich der FensterSubsequently, as also illustrated in FIG. 2A, in the substrate wafer 10 in the region of the windows
15 von der Vorderseite her mehrere voneinander beabstandete Vertiefungen 16 in Form von Gräben gebildet. Dazu kann beispielsweise ein anisotroper Ätzprozess verwendet werden, wie zum Beispiel reaktives Ionenätzen (Trockenätzen) oder nasschemisches Atzen mit Kaliumhydroxid (KOH) . Andere Ätzverfahren sind nicht ausgeschlossen.15 formed from the front side a plurality of spaced recesses 16 in the form of trenches. For this purpose, for example, an anisotropic etching process can be used, such as, for example, reactive ion etching (dry etching) or wet chemical etching with potassium hydroxide (KOH). Other etching methods are not excluded.
Nach dem Ätzen der Gräben 16 wird die Maske 14 vom Substratwafer 10 entfernt.After etching the trenches 16, the mask 14 is removed from the substrate wafer 10.
Auf der Vorderseite 12 einschließlich der Gräben 16 des Substratwafers 10 wird danach eine Passivierungsschicht 20 ausgebildet, die auch die Gräben 16 auskleidet (siehe Figur 2C) . Die Passivierungsschicht 20 kann beispielsweise aus Siliziumdioxid hergestellt werden, das entweder durch thermische Oxidation des Substratwafermaterials oder mittels Abscheiden aus der Gasphase gebildet wird.On the front side 12, including the trenches 16 of the substrate wafer 10, a passivation layer 20 is then formed, which also lines the trenches 16 (see FIG. 2C). The passivation layer 20 may be made of, for example, silicon dioxide, either by thermal oxidation of the substrate wafer material or by means of deposition from the gas phase is formed.
In einer ersten Variante des Verfahrens werden die Gräben 16 durch konformes Abscheiden einer Metallschicht, das heißt flächendeckendes Abscheiden einer Metallschicht gefüllt und wird die Metallschicht außerhalb der Gräben 16 wieder entfernt . Dazu wird beispielsweise mittels eines Sputterverfahrens eine Metallschicht auf die Vorderseite 12 einschließlich Innenflächen der Gräben 16 des Substratwafers 10 aufgebracht, deren Dicke beispielsweise der Tiefe der Gräben 16 entspricht. Das neben den Gräben 16 auf den Substratwafer 10 aufgebrachte Metall wird nachfolgend beispielsweise mittels eines weiteren lithographischen Verfahrensabschnittes entfernt (vergleiche Figur 2C) .In a first variant of the method, the trenches 16 are filled by conformal deposition of a metal layer, that is to say surface-wide deposition of a metal layer, and the metal layer outside the trenches 16 is removed again. For this purpose, for example by means of a sputtering method, a metal layer is applied to the front side 12, including inner surfaces of the trenches 16 of the substrate wafer 10, whose thickness corresponds, for example, to the depth of the trenches 16. The metal applied next to the trenches 16 on the substrate wafer 10 is subsequently removed, for example, by means of a further lithographic process section (cf. FIG. 2C).
Das Entfernen der Metallschicht außerhalb der Gräben 16 kann auch mittels chemisch-mechanischem Polieren erfolgen, bei dem die Metallschicht bis zur Vorderseite des Substratwafers abgetragen wird.The removal of the metal layer outside of the trenches 16 can also take place by means of chemical-mechanical polishing, in which the metal layer is removed to the front side of the substrate wafer.
Alternativ wird beispielsweise zunächst eine so genannte metallische Keimschicht 22 auf die Passivierungsschicht 20 aufgebracht, diese außerhalb der Gräben mittels einer Maske 14' versehen und danach die Gräben 16 mit metallischemAlternatively, for example, first a so-called metallic seed layer 22 is applied to the passivation layer 20, this is provided outside the trenches by means of a mask 14 'and then the trenches 16 with metallic
Material 23 gefüllt, bevor dann die Maske 14' einschließlich metallischer Keimschicht 22 und Passivierungsschicht 20 neben den gefüllten Gräben 16 wieder entfernt wird (vergleiche Figur 2B) .Material 23 filled before then the mask 14 'including metallic seed layer 22 and passivation layer 20 next to the filled trenches 16 is removed again (see Figure 2B).
Das Entfernen der metallischen Keimschicht 22 und der Passivierungsschicht 20 außerhalb der Gräben 16 wird beispielsweise mittels chemisch-mechanischem Polieren durchgeführt, bei dem die Schichten bis zur Vorderseite 12 des Substratwafers 10 abgetragen werden.The removal of the metallic seed layer 22 and the passivation layer 20 outside the trenches 16 is accomplished, for example, by means of chemical mechanical polishing performed in which the layers are removed to the front side 12 of the substrate wafer 10.
In einer weiteren Variante des Verfahrens werden die Durchführungen 24 mittels Siebdruck einer Metallpaste und nachfolgendem Sintern der Metallpaste gebildet. Um eine gute Bedeckung zu erreichen, ist es denkbar, nach Aufbringen der Passivierungsschicht in den Gräben 16 zunächst eine so genannte metallische Keimschicht 22 (englisch „seed layer") abzuscheiden.In a further variant of the method, the passages 24 are formed by screen printing of a metal paste and subsequent sintering of the metal paste. In order to achieve a good coverage, it is conceivable, after application of the passivation layer in the trenches 16, first to deposit a so-called metallic seed layer 22 ("seed layer").
Geeignete Metalle für die Durchführungen sind beispielsweise Gold, Kupfer und Palladium und jede andere Kombination von galvanisch oder anderweitig abscheidbaren Metallen mit hinreichend hoher thermischer und/oder elektrischerSuitable metals for the bushings are, for example, gold, copper and palladium and any other combination of galvanically or otherwise depositable metals with a sufficiently high thermal and / or electrical
Leitfähigkeit. Andere Metalle oder Legierungen von Metallen sind nicht ausgeschlossen.Conductivity. Other metals or alloys of metals are not excluded.
In einem weiteren Schritt erfolgt nun das Freilegen der Durchführungen 24, 25 am Boden der Gräben 16, das heißt von der Rückseite 12' des Substratwafers 10 her (siehe Figur 2D) . Dies erfolgt beispielsweise mittels eines chemischmechanischen Polierschrittes .In a further step, the passages 24, 25 are now exposed at the bottom of the trenches 16, that is to say from the rear side 12 'of the substrate wafer 10 (see FIG. 2D). This is done, for example, by means of a chemical-mechanical polishing step.
Jeweils auf eine Durchführung 24 eines zusammengehörigen Paares von Durchführungen 24, 25 eines optoelektronischen Bauelements wird nachfolgend ein optoelektronischer Halbleiterkörper 30 aufgebracht, derart, dass einer seiner elektrischen Kontakte auf der Durchführung 24 aufliegt und mit dieser beispielsweise mittels eines Leitklebers elektrisch und thermisch leitend verbunden ist. Ein zweiter elektrischer Kontakt des Halbleiterkörpers 30 wird dann mittels eines Bonddrahtes 33 mit der anderen Durchführung 25 elektrisch verbunden, siehe Figur 2E.An optoelectronic semiconductor body 30 is subsequently applied to a feedthrough 24 of a pair of feedthroughs 24, 25 of an optoelectronic component, such that one of its electrical contacts rests on the leadthrough 24 and is electrically and thermally conductively connected thereto, for example by means of a conductive adhesive. A second electrical contact of the semiconductor body 30 then becomes by means of a bonding wire 33 with the other passage 25 is electrically connected, see Figure 2E.
Nachfolgend wird eine Mehrzahl von Linsen 40, beispielsweise aus Silikonmaterial, die jeweils mindestens einen der optoelektronischen Halbleiterkörper 30 einschließlich Bondraht 32 umschließt, auf den Substratwafer 10 aufgebracht. Dies erfolgt beispielsweise mittels eines Spritzpressverfahrens .Subsequently, a plurality of lenses 40, for example made of silicone material, which in each case surrounds at least one of the optoelectronic semiconductor bodies 30 including the bonding wire 32, are applied to the substrate wafer 10. This is done for example by means of a transfer molding process.
Zum Vereinzeln des Substratwafers mit den darauf aufgebrachten Halbleiterkörpern und Verkapselungen in voneinander getrennte optoelektronische Bauelemente wird der Substratwafer zwischen den Verkapseiungen beispielsweise mittels Sägen durchtrennt .For separating the substrate wafer with the semiconductor bodies and encapsulations applied thereto into optoelectronic components which are separate from one another, the substrate wafer is severed between the encapsulations, for example by means of sawing.
Bei einem Verfahren gemäß der Erfindung werden elektrische und/oder thermische Durchführungen in einem Substratwafer gebildet, die auf beiden Seiten des Substratwafers freigelegt werden. Zum Herstellen der Durchführungen werden Vertiefungen im Substratwafer ausgebildet, in die nachfolgend elektrisch und/oder thermisch leitendes Material gefüllt wird. Die Vertiefungen werden beispielsweise mittels eines nass- und/oder trockenchemischen Ätzverfahrens hergestellt. Denkbar ist auch die Verwendung eines mechanischen Verfahrens, wie zum Beispiel Fräsen. Des Weiteren ist es möglich, die Vertiefungen in dem Substratwafer mittels eines Laserstrahls zu bilden. Eine Kombination oben genannter Verfahren ist ebenso denkbar. So kann beispielsweise mittels eines Laserstrahls eine Vertiefung gebildet werden, die nachfolgend mit einem Ätzverfahren geweitet wird. Mit dem Verfahren können auf technisch einfache Weise Durchführungen mit hinreichend großer Querschnittsfläche für eine gute Wärmeableitung vom Halbleiterkörper realisiert werden.In a method according to the invention, electrical and / or thermal feedthroughs are formed in a substrate wafer, which are exposed on both sides of the substrate wafer. For the production of the passages depressions are formed in the substrate wafer, into which subsequently electrically and / or thermally conductive material is filled. The depressions are produced, for example, by means of a wet and / or dry chemical etching process. Also conceivable is the use of a mechanical method, such as milling. Furthermore, it is possible to form the recesses in the substrate wafer by means of a laser beam. A combination of the above-mentioned methods is also conceivable. Thus, for example, by means of a laser beam, a depression can be formed, which is subsequently widened with an etching process. With the method, bushings with a sufficiently large cross-sectional area can be realized in a technically simple manner for good heat dissipation from the semiconductor body.
Ein solches Verfahren ermöglicht vorteilhafterweise die Herstellung sehr flacher Bauformen für optoelektronische Bauelemente, insbesondere LEDs.Such a method advantageously allows the production of very flat designs for optoelectronic components, in particular LEDs.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102008035901.7, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.This patent application claims the priority of German Patent Application 102008035901.7, the disclosure of which is hereby incorporated by reference.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst dieThe invention is not limited by the description with reference to the embodiments. Rather, the includes
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. Invention, each novel feature and any combination of features, which includes in particular any combination of features in the claims, even if this feature or this combination is not even explicitly stated in the claims or exemplary embodiments.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur waferbasierten Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Bauelementen (5) mit jeweils mindestens einem Halbleiterkörper (30) und einem1. A method for wafer-based production of a plurality of optoelectronic components (5) each having at least one semiconductor body (30) and a
Bauelementgehäuse (40, 100) mit folgendenComponent housing (40, 100) with the following
Verfahrensschritten:Steps:
Bereitstellen einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterkörpern (30) mit jeweils einem ersten elektrischen Kontakt (31) und einem zweiten elektrischen Kontakt (32) ,Providing a plurality of optoelectronic semiconductor bodies (30) each having a first electrical contact (31) and a second electrical contact (32),
Bereitstellen eines Substratwafers (10) mit einer ersten Hauptfläche (12) und einer zweiten Hauptfläche (12'), Ausbilden von mindestens zwei einen Abstand voneinander aufweisenden Vertiefungen (16) im Substratwafer (10) von der ersten Hauptfläche (12) her,Providing a substrate wafer (10) having a first major surface (12) and a second major surface (12 '), forming at least two spaced recesses (16) in the substrate wafer (10) from the first major surface (12);
Einbringen von elektrisch leitfähigem Material (23) in die Vertiefungen (16) ,Introducing electrically conductive material (23) into the depressions (16),
Dünnen des Substratwafers (10) , derart, dass das elektrisch leitfähige Material (23) im Bereich derThinning the substrate wafer (10) such that the electrically conductive material (23) is in the region of
Vertiefungen (16) elektrisch leitende Durchführungen (24, 25) durch das Substrat (10) bildet, Aufbringen der optoelektronischen Halbleiterkörper (30) auf den Substratwafer (10) nach dem Dünnen des Substratwafers (10) ,Depressions (16) forms electrically conductive feedthroughs (24, 25) through the substrate (10), applying the optoelectronic semiconductor bodies (30) to the substrate wafer (10) after thinning the substrate wafer (10),
Ausbilden von elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den elektrischen Kontakten (31, 32) der Halbleiterkörper (30) und diesen jeweils zugeordneten Durchführungen (24, 25) , - Aufbringen einer Mehrzahl von jeweils mindestens einen Halbleiterkörper (30) umhüllenden Verkapselungen (40) auf den Substratwafer (10) , und Zerteilen des Substratwafers (10) zwischen den Verkapselungen (40) , derart, dass voneinander getrennte optoelektronische Bauelemente (5) entstehen.Forming of electrically conductive connections between the electrical contacts (31, 32) of the semiconductor body (30) and each associated bushings (24, 25), - applying a plurality of at least one semiconductor body (30) enveloping encapsulants (40) on the substrate wafer (10), and Dividing the substrate wafer (10) between the encapsulations (40) such that separate optoelectronic components (5) are formed.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem der Substratwafer (10) aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht, und die Innenflächen der Vertiefungen (16) vor dem Einbringen des elektrisch leitfähigen Materials (23) mit einer elektrisch isolierenden Schicht (20) versehen werden .2. The method of claim 1, wherein the substrate wafer (10) consists of an electrically conductive material, and the inner surfaces of the recesses (16) before introducing the electrically conductive material (23) with an electrically insulating layer (20) are provided.
3. Verfahren nach Anspruch 2 , bei dem der Substratwafer (10) aus Silizium oder aus einem auf Silizium basierenden Material besteht.3. The method of claim 2, wherein the substrate wafer (10) consists of silicon or of a silicon-based material.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Verkapseiungen (40) mittels eines Spritzpressverfahrens hergestellt werden.4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the Verkapseiungen (40) are produced by means of a transfer molding process.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Verkapselungen (40) als Linsen geformt werden.5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the encapsulants (40) are formed as lenses.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Verkapselungen (40) aus einem Silikonmaterial hergestellt werden.6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the encapsulants (40) are made of a silicone material.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Vertiefungen (16) mittels Aufbringen einer Maske (14) auf die erste Hauptfläche (12) des Substratwafers (10) und nachfolgendem Ätzen des Substratmaterials hergestellt werden.7. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the recesses (16) by means of applying a mask (14) on the first main surface (12) of the Substrate wafers (10) and subsequent etching of the substrate material can be produced.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , bei dem beim Einbringen von elektrisch leitfähigem8. The method according to any one of claims 1 to 7, wherein in the introduction of electrically conductive
Material (23) in die Vertiefungen (16) die Innenflächen der Vertiefungen (16) zunächst mit einer Metallschicht (22) versehen werden und nachfolgend die Vertiefungen (16) zumindest teilweise mit metallischem Material (23) gefüllt werden.Material (23) in the recesses (16), the inner surfaces of the recesses (16) are first provided with a metal layer (22) and subsequently the recesses (16) are at least partially filled with metallic material (23).
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , bei dem beim Einbringen von elektrisch leitfähigem Material (23) in die Vertiefungen (16) diese mittels Siebdruck zumindest teilweise mit Metallpaste gefüllt werden und nachfolgend die Metallpaste gesintert wird.9. The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the introduction of electrically conductive material (23) in the recesses (16) they are at least partially filled with screen paste by metal paste and subsequently the metal paste is sintered.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem beim Einbringen von elektrisch leitfähigem Material (23) in die Vertiefungen diese mittels eines galvanischen Abscheideverfahrens zumindest teilweise mit metallischem Material (23) gefüllt werden.10. The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the introduction of electrically conductive material (23) in the wells, these are at least partially filled with metallic material (23) by means of a galvanic deposition.
11. Optoelektronisches Bauelement, umfassend ein Chipträgersubstrat (100) mit einer ersten Hauptfläche11. An optoelectronic component, comprising a chip carrier substrate (100) having a first main surface
(120) , wobei im Chipträgersubstrat (100) wenigstens zwei elektrisch voneinander getrennte, elektrisch leitende Durchführungen (24, 25) vorgesehen sind, ein optoelektronischer Halbleiterkörper (30) mit wenigstens zwei elektrischen Kontakten (31, 32) auf das Chipträgersubstrat (100) aufgebracht ist, die elektrischen Kontakte (31, 32) jeweils mit einer der Durchführungen (24, 25) elektrisch verbunden sind und das Chipträgersubstrat (100) mit einer den Halbleiterkörper (30) umgebenden Verkapselung (40) versehen ist.(120), wherein in the chip carrier substrate (100) at least two electrically isolated from each other, electrically conductive bushings (24, 25) are provided, an optoelectronic semiconductor body (30) with at least two electrical contacts (31, 32) applied to the chip carrier substrate (100) is, the electrical contacts (31, 32) are each electrically connected to one of the bushings (24, 25) and the chip carrier substrate (100) is provided with an encapsulation (40) surrounding the semiconductor body (30).
12. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 11, bei dem einer der elektrischen Kontakte (31) mit einer der Durchführungen zumindest teilweise überlappt.12. The optoelectronic component according to claim 11, wherein one of the electrical contacts (31) overlaps at least partially with one of the bushings.
13. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 11 oder 12, bei dem das Chipträgersubstrat (100) aus Silizium oder aus einem auf Silizium basierenden Material besteht.13. The optoelectronic component according to any one of claims 11 or 12, wherein the chip carrier substrate (100) consists of silicon or of a silicon-based material.
14. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem die Verkapselung (40) als Linse ausgebildet ist,14. Optoelectronic component according to one of claims 11 to 13, wherein the encapsulation (40) is formed as a lens,
15. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei dem zumindest eine der Durchführungen (24) als15. Optoelectronic component according to one of claims 11 to 14, wherein at least one of the bushings (24) as
Wärmeleitanschluss zum Abführen der thermischen Energie vom Halbleiterkörper (30) vorgesehen ist. Wärmeleitanschluss is provided for dissipating the thermal energy from the semiconductor body (30).
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