DE102004016697B4 - A method for producing semiconductor chips, comprising a connection method comprising soldering with a solder, and semiconductor chip - Google Patents
A method for producing semiconductor chips, comprising a connection method comprising soldering with a solder, and semiconductor chip Download PDFInfo
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Abstract
Verfahren zum Herstellen von Halbleiterchips, bei dem eine Halbleiterschichtenfolge mittels eines Verbindungsverfahrens, das Löten mit einem Lot umfasst, mit einem Träger verbunden wird und bei dem die Halbleiterschichtenfolge mit dem Träger in Durchtrennungsbereichen für ein Vereinzeln einer Vielzahl von Halbleiterchips durchtrennt wird, wobei das Verbindungsverfahren derart erfolgt, dass die Durchtrennungsbereiche nachfolgend frei von dem Lot sind, indem die Halbleiterschichtenfolge und/oder der Träger zumindest in den Durchtrennungsbereichen ein lotabweisendes Material aufweist und das lotabweisende Material mindestens eines der Materialien TiW, WN, TiN, TaN, Mo und durch Plasma oxidiertes SiC aufweist.method for producing semiconductor chips, in which a semiconductor layer sequence by means of a bonding method comprising soldering with a solder, with a carrier is connected and wherein the semiconductor layer sequence with the carrier in transection areas for separating a plurality of semiconductor chips is cut, wherein the bonding process is such that the severing areas are subsequently free of the solder, by the semiconductor layer sequence and / or the carrier at least in the Durchtrennungsbereichen a solder-repellent material and the solder repellent material at least one of the materials TiW, WN, TiN, TaN, Mo and plasma oxidized SiC.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Halbleiterchips umfassend ein Verbindungsverfahren, das Löten mit einem Lot beinhaltet, sowie einen Halbleiterchip.The The invention relates to a method for producing semiconductor chips comprising a bonding method involving soldering with a solder, and a semiconductor chip.
Ein Verfahren dieser Art ist beispielsweise die Dünnfilmtechnik zur Herstellung von Dünnfilm-Leuchtdioden. Bei dieser wird eine Halbleiterschichtenfolge epitaktisch auf einem Aufwachssubstrat aufgewachsen und nachfolgend mit der von dem Aufwachssubstrat abgewandten Seite mittels einem Verbindungsverfahren, das Löten umfasst, mit einem Trägersubstrat verbunden. Dabei wird eine Lotschicht in der Regel ganzflächig aufgebracht, so dass sie bei einem Vereinzeln der Halbleiterschichtenfolge mit dem Träger zu Halbleiterchips ebenso wie die Halbleiterschichtenfolge und der Träger durchtrennt werden muss.One Process of this kind is, for example, the thin-film technique for the production of thin film light emitting diodes. In this, a semiconductor layer sequence epitaxially on a Growth substrate grown and subsequently with that of the growth substrate opposite side by means of a bonding method that includes soldering, with a carrier substrate connected. In this case, a layer of solder is generally applied over the entire surface, so that when separating the semiconductor layer sequence with the carrier to semiconductor chips as well as the semiconductor layer sequence and the carrier must be severed.
Bei diesem Durchtrennen kann es vorkommen, dass das Lot beispielsweise in Form von feinen Spänen an eine Außenflanke der Halbleiterschichtenfolge gelangt und dort zu einem Kurzschluss mehrerer Halbleiterschichten führt.at this cutting it can happen that the lot, for example in the form of fine chips on an outer flank the semiconductor layer sequence passes and there to a short circuit leads to multiple semiconductor layers.
In der WO 02/13281 A1 ist beispielsweise ein Verfahren zum Vereinzeln von Dünnfilm-Leuchtdiodenchips offenbart, mittels dem ein derartiger Kurzschluss vermieden werden kann. Hierbei wird zunächst die Halbleiterschichtenfolge mittels Ätzen durchtrennt und die dabei entstehenden Flanken der Halbleiterschichtenfolge z.B. mit einer Passivierungsschicht verse hen. Dadurch kann ein Kurzschluss durch Lotspäne, die nachfolgend bei einem Durchtrennen des Trägersubstrats beispielsweise mittels Sägen entstehen können, wirkungsvoll vermieden werden. Ein Nachteil eines derartigen Verfahrens zum Vereinzeln von Halbleiterchips ist jedoch, dass es relativ aufwendig ist und somit zu erhöhten Herstellungskosten führen kann.In WO 02/13281 A1, for example, a method for separating of thin-film LED chips discloses, by means of which such a short circuit can be avoided can. This will be first the semiconductor layer sequence is severed by etching and thereby resulting edges of the semiconductor layer sequence, e.g. with a Passivation layer verse hen. This can cause a short circuit Lotspäne, the following in a cutting of the carrier substrate, for example by means of Saws arise can, be effectively avoided. A disadvantage of such a method however, for dicing semiconductor chips, it is relatively expensive is and therefore increased Lead manufacturing costs can.
Aus
der
In
der
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein einfacheres Verfahren der eingangs genannten Art zur Herstellung von Halbleiterchips bereitzustellen, mit dem Kurzschlüsse aufgrund von Lotspänen weitestgehend vermieden werden können. Eine weitere Aufgabe ist das Bereitstellen eines derart hergestellten Halbleiterchips, der bei einer geringeren Ausfallrate aufgrund von Kurzschlüssen mit verringerten Kosten herstellbar ist.A The object of the present invention is a simpler process of the type mentioned above for the production of semiconductor chips, with the short circuits due to solder chips as far as possible can be avoided. Another object is to provide such a manufactured Semiconductor chips, which at a lower failure rate due to short circuits can be produced at a reduced cost.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. durch einen Halbleiterchip gemäß Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.These The object is achieved by a method according to claim 1 or by a Semiconductor chip according to claim 11 solved. Advantageous embodiments and preferred embodiments of the invention are the subject of dependent Claims.
Erfindungsgemäß erfolgt bereits das Verbindungsverfahren zum Verbinden der Halbleiterschichtenfolge mit dem Träger derart, dass die Durchtrennungsbereiche nachfolgend lotfrei, d.h. frei von dem Lot sind, mittels dem die Halbleiterschichtenfolge mit dem Träger verbunden wird. Dadurch kommt es beim Durchtrennen der Halbleiterschichtenfolge und des Trägers nicht oder nur in einem stark verringerten Maße zu einer Bildung von Lotspänen, wodurch das Risiko eines Kurzschließens von Schichten der Halbleiterschichtenfolge mittels Lotspänen bereits ohne aufwendige zusätzliche Maßnahmen während oder nach dem Durchtrennen erheblich verringert ist.According to the invention already the connection method for connecting the semiconductor layer sequence with the carrier such that the severing areas are subsequently solder-free, i. are free from the solder, by means of which the semiconductor layer sequence with the carrier is connected. This occurs when cutting through the semiconductor layer sequence and the vehicle not or only to a greatly reduced extent to a formation of solder chips, which the risk of short-circuiting of layers of the semiconductor layer sequence by means of solder chips already without complicated additional activities while or significantly reduced after severing.
Hierbei werden die Halbleiterschichtenfolge und der Träger während des Verbindungsverfahrens auf miteinander zu verbindenden Seiten derart mit einem Material versehen, dass Bereiche einer Oberfläche dieser Seiten, die für die Durchtrennungsbereiche vorgesehen sind, nachfolgend lotabweisend sind. Hierbei ist es möglich, dass die Bereiche der Oberfläche, die für die Durchtrennungsbereiche vorgesehen sind, entweder mit einem lotabweisenden Material versehen werden oder selbst bereits lotabweisend sind und bei dem Verbindungsverfahren entsprechend frei von lotbenetzbarem Material gelassen werden. Eine weitere Möglichkeit ist, dass diese Bereiche der Oberfläche des Trägers oder der Halbleiterschichtenfolge oberflächenbehandelt werden, so dass sie lotabweisend werden oder eine lotabweisende Eigenschaft noch weiter verstärkt wird.in this connection become the semiconductor layer sequence and the carrier during the connection process on provided with a material to be joined together sides, that areas of a surface these pages for the Durchtrennungsbereiche are provided, are subsequently solder repellent. Here it is possible that the areas of the surface, the for the severing areas are provided, either with a solder repellent material be provided or themselves are already lotabweisend and in the Connection method according to free of solder wettable material to be left. One more way is that these areas of the surface of the carrier or the semiconductor layer sequence surface treated so that they become solder resistant or a solder resistant Property further reinforced becomes.
Das Lot kann bei dieser Ausführungsform ganzflächig aufgebracht werden. Beim Löten zieht sich das aufgeschmolzene Lot dann aufgrund der lotabweisenden Oberfläche in den Durchtrennungsbereichen aus den Durchtrennungsbereichen zurück.The Lot can be applied over the entire surface in this embodiment become. When soldering The molten solder then pulls due to the solder-repellent surface in the transection areas from the transection areas back.
Der Begriff "lotabweisend" bezieht sich im Zusammenhang mit der Erfindung auf die Eigenschaft eines Materials, das Lot in verflüssigter Form abzuweisen. Ein derartiges Material lässt sich also nicht oder nur sehr schlecht mit dem Lot in aufgeschmolzenem Zustand benetzen. Analog zu dem Begriff „lotfrei" bezieht sich der Begriff zudem auf das Lot, mittels dem die Halbleiterschichtenfolge mit dem Träger verbunden wird.Of the The term "solder resistant" refers to context with the invention on the property of a material, the solder in liquefied Reject form. Such a material can not be or only very badly wet with the solder in a molten state. Analogous to the term "lot-free" refers to the Term also refers to the solder, by means of which the semiconductor layer sequence with the carrier is connected.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird eine mit dem Träger zu verbindende Seite der Halbleiterschichtenfolge während des Verbindungsverfahrens außerhalb der vorgesehenen Durchtrennungsbereiche mit einem elektrischen Kontaktmaterial versehen, wobei diese Seite zumindest in den Durchtrennungsbereichen ein lotabweisendes Material aufweist. Dieses Material bleibt mit Vorteil in den Durchtrennungsbereichen frei von dem elektrischen Kontaktmaterial.In a particularly preferred embodiment In the embodiment of the method, a side of the semiconductor layer sequence to be connected to the carrier is provided with an electrical contact material outside the intended severance regions during the connection process, this side having a solder-repellent material at least in the transection regions. This material advantageously remains free of the electrical contact material in the transection areas.
Alternativ oder zusätzlich wird analog eine mit der Halbleiterschichtenfolge zu verbindende Seite des Trägers außerhalb der vorgesehenen Durchtrennungsbereiche mit einem elektrischen Kontaktmaterial versehen, wobei diese Seite entsprechend zumindest in den Durchtrennungsbereichen ein lotabweisendes Material aufweist.alternative or additionally is analogous to be connected to the semiconductor layer sequence Side of the carrier outside the intended Durchtrennungsbereiche with an electrical contact material provided, said side corresponding at least in the Durchtrennungsbereichen having a solder repellent material.
Wenn die Seite der Halbleiterschichtenfolge oder des Trägers selbst bereits in den Durchtrennungsbereichen ein lotabweisendes Material aufweist, ist es vorteilhafterweise nicht notwendig, in diesen Bereichen ein zusätzliches Material aufzubringen, das lotabweisend ist, wodurch das Verfahren vereinfacht ist.If the side of the semiconductor layer sequence or the carrier itself already in the transection areas a solder-repellent material Advantageously, it is not necessary in these areas an additional Apply material that is solder resistant, which simplifies the process is.
Das lotabweisende Material der Halbleiterschichtenfolge und alternativ oder zusätzlich des Trägers weist mindestens eines der Materialien TiW, WN, TiN, TaN, Mo und SiC, insbesondere durch Plasma oxidiertes SiC, auf. Diese Materialien können zumindest für ein zinnhaltiges Lot abweisend sein, so dass das Lot zweckmäßigerweise Sn aufweist.The solder-repellent material of the semiconductor layer sequence and alternatively or additionally of the carrier has at least one of the materials TiW, WN, TiN, TaN, Mo and SiC, in particular plasma-oxidized SiC on. These materials can at least for a tin-containing solder repellent, so that the solder expediently Sn has.
Die lotabweisende Eigenschaft, insbesondere von den vorangehend genannten Materialien, kann zumindest in einigen Fällen noch verstärkt werden, indem diese oxidiert werden. Entsprechend wird bei dem Verfahren bevorzugt eine Oberfläche des lotabweisenden Materials der Halbleiterschichtenfolge und/oder des Trägers vor dem Löten oxidiert, wobei das Oxidieren bevorzugt mittels eines Plasmas erfolgt, das besonders bevorzugt N2O aufweist.The solder repelling property, in particular of the aforementioned materials, can at least in some cases be enhanced by being oxidized. Accordingly, in the method, preferably, a surface of the solder-repellent material of the semiconductor layer sequence and / or of the carrier is oxidized before soldering, wherein the oxidation preferably takes place by means of a plasma, which particularly preferably has N 2 O.
Mit Vorteil wird die Halbleiterschichtenfolge und/oder insbesondere der Träger zumindest teilweise mittels Sägen vereinzelt, was ein einfaches, standardisiertes sowie kostengünstiges Verfahren ist.With The advantage is the semiconductor layer sequence and / or in particular the carrier at least partially by sawing isolated, which is a simple, standardized and cost-effective Method is.
Besonders bevorzugt wird die Halbleiterschichtenfolge mittels eines Dünnfilmverfahrens hergestellt, in dem zumindest ein Teil der Halbleiterschichtenfolge epitaktisch auf einem Aufwachssubstrat aufgewachsen wird und das Aufwachssubstrat nachfolgend zumindest teilweise entfernt wird. Hierbei ist eine von der Seite des Aufwachssubstrates abgewandte Seite der Halbleiterschichtenfolge die mit dem Träger zu verbindende Seite.Especially the semiconductor layer sequence is preferred by means of a thin-film method in which at least a part of the semiconductor layer sequence is epitaxially grown on a growth substrate and the Wax substrate is subsequently at least partially removed. Here, one is facing away from the side of the growth substrate Side of the semiconductor layer sequence to be connected to the carrier Page.
Bei dem Halbleiterchip der eingangs genannten Art ist das Lot erfindungsgemäß von den Chipflanken zurückgezogen.at the semiconductor chip of the type mentioned is the solder according to the invention of the chip edges withdrawn.
Materialfreie Bereiche zwischen dem Lot und den Chipflanken werden in einer bevorzugten Ausführungsform des Halbleiter chips weit gehend durch Oberflächen begrenzt, die durch ein für das Lot abweisendes Material gebildet sind.material Free Areas between the solder and the chip edges are in a preferred embodiment of the semiconductor chip is largely limited by surfaces passing through a for the Lot repellent material are formed.
Der Halbleiterchip ist bevorzugt ein Dünnfilm-Diodenchip und besonders bevorzugt ein Leuchtdiodenchip wie z.B. ein Dünnfilm-Leuchtdiodenchip.Of the Semiconductor chip is preferably a thin-film diode chip and especially preferably a light-emitting diode chip such as a thin film LED chip.
Ein Dünnfilm-Leuchtdiodenchip zeichnet sich insbesondere durch folgende charakteristische Merkmale aus:
- – an einer zu einem Trägerelement hin gewandten ersten Hauptfläche einer strahlungserzeugenden Epitaxieschichtenfolge ist eine reflektierende Schicht aufgebracht oder ausgebildet, die zumindest einen Teil der in der Epitaxieschichtenfolge erzeugten elektromagnetischen Strahlung in diese zurückreflektiert;
- – die Epitaxieschichtenfolge weist eine Dicke im Bereich von 20μm oder weniger, insbesondere im Bereich von 10 μm auf; und
- – die Epitaxieschichtenfolge enthält mindestens eine Halbleiterschicht mit zumindest einer Fläche, die eine Durchmischungsstruktur aufweist, die im Idealfall zu einer annähernd ergodischen Verteilung des Lichtes in der epitaktischen Epitaxieschichtenfolge führt, d.h. sie weist ein möglichst ergodisch stochastisches Streuverhalten auf.
- On a first main surface of a radiation-generating epitaxial layer sequence which faces toward a carrier element, a reflective layer is applied or formed which reflects back at least part of the electromagnetic radiation generated in the epitaxial layer sequence;
- - The epitaxial layer sequence has a thickness in the range of 20 microns or less, in particular in the range of 10 microns; and
- The epitaxial layer sequence contains at least one semiconductor layer having at least one surface which has a thorough mixing structure which ideally leads to an approximately ergodic distribution of the light in the epitaxial epitaxial layer sequence, ie it has as ergodically stochastic scattering behavior as possible.
Ein Grundprinzip eines Dünnschicht-Leuchtdiodenchips ist beispielsweise in I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16), 18. Oktober 1993, 2174 – 2176 beschrieben.One Basic principle of a thin-film LED chip For example, see I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16), 18 October 1993, 2174-2176 described.
Im übrigen gelten alle im Zusammenhang mit dem Verfahren genannten gegenständlichen Ausführungsformen und Vorteile in gleichem Maße für den Halbleiterchip.Otherwise apply all of the subject matter mentioned in connection with the procedure embodiments and benefits to the same extent for the semiconductor chip.
Weitere
Merkmale, Vorteile und Zweckmäßigkeiten
der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit
den
In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Elemente der Figuren, insbesondere die Dicken von dargestellten Schichten, sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können sie zum besseren Verständnis teilweise übertrieben groß dargestellt sein.In the embodiments and figures are the same or equivalent components each with provide the same reference numerals. The illustrated elements the figures, in particular the thicknesses of layers shown, are not to scale to watch. Rather, you can for a better understanding partially exaggerated shown big be.
Bei
einem Ausführungsbeispiel
des Verfahrens, von dem in den
Hierzu
wird zunächst
eine Schicht Kontaktmaterial
Nachfolgend
wird das elektrische Kontaktmaterial
Ein
Material der Halbleiterschichtenfolge
Um die lotabweisende Wirkung dieses Materials zu verstärken, wird dessen Oberfläche beispielsweise oxidiert. Dies kann z.B. mittels eines herkömmlichen thermischen Oxidationsprozess mittels N2 und O2 erfolgen. Bevorzugt wird die Oberfläche jedoch mittels einem Plasma oxidiert das O2, N2O und C aufweist.For example, to enhance the solder repellency of this material, its surface is oxidized. This can be done, for example, by means of a conventional thermal oxidation process using N 2 and O 2 . Preferably, however, the surface is oxidized by means of a plasma comprising O 2 , N 2 O and C.
Analog
zu der Halbleiterschichtenfolge
Nachfolgend
wird während
des Verbindungsverfahrens entweder auf die Halbleiterschichtenfolge
Wie
in
Nachfolgend
wird die Halbleiterschichtenfolge
Wie
in
In
Der
Halbleiterchip
In
Dort,
wo in dem in
Die Entnetzung kann weiterhin verbessert werden, indem die lotabweisende Eigenschaft der Oberfläche aus TiW:N beispielsweise durch Oxidieren weiter erhöht wird. The Dewetting can be further improved by the solder repellent Property of the surface TiW: N is further increased by oxidation, for example.
Im
Rahmen der Erfindung ist z.B. auch möglich, dass das Lot zunächst nicht
ganzflächig,
sondern nur außerhalb
von Durchtrennungsbereichen
Der
Schutzumfang der Erfindung ist selbstverständlich nicht durch die Beschreibung
der Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele
auf diese beschränkt.
Beispielsweise kann das auf die Halbleiterschichtenfolge
Die Halbleiterchips basieren beispielsweise auf Phosphid-Verbindungshalbleitern, was bedeutet, dass zumindest ein Teil der Halbleiterschichtenfolge AlnGamInl-n-mP umfasst, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die physikalischen Eigenschaften des Materials im Wesentlichen nicht ändern.The semiconductor chips are based, for example, on phosphide compound semiconductors, which means that at least part of the semiconductor layer sequence comprises Al n Ga m In lnm P, where 0 ≦ n ≦ 1, 0 ≦ m ≦ 1 and n + m ≦ 1 not necessarily have a mathematically exact composition according to the above formula. Rather, it may include one or more dopants as well as additional ingredients that do not substantially alter the physical properties of the material.
Die
Erfindung ist jedoch keineswegs auf ein bestimmtes Materialsystem
der Halbleiterchips beschränkt.
Alternativ ist es insbesondere auch möglich, dass diese auf Nitrid-Verbindungshalbleitermaterialien
basieren, was Verbindungshalbleitermaterialien sind, die Stickstoff
enthalten, wie Materialien aus dem System InxAlyGal-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x +
y ≤ 1. Darunter
fallen vorliegend insbesondere solche Halbleiterchips, bei denen
die epitaktisch hergestellte Halbleiterschichtenfolge mindestens eine
Einzelschicht enthält,
die ein Material aus dem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial-System
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.
Beispiele für
solche MQW-Strukturen sind in den Druckschriften WO 01/39282 A2,
WO 98/31055 A1,
Wie
bereits im allgemeinen Teil der Beschreibung erwähnt, kann die Oberfläche der
Halbleiterschichtenfolge
Es gibt auch alternative Methoden zur Vermeidung von Lot in den Durchtrennungsbereichen. Beispielsweise ist es generell auch möglich, das Lot nach dem Verbindungsverfahren etwa mittels Ätzen in den Durchtrennungsbereichen wieder zu entfernen. Eine weitere prinzipiell mögliche Alternative ist z.B., die Lotschicht vor dem Löten zu strukturieren, d.h. vor dem Löten in den Durchtrennungsbereichen z.B. mittels Ätzen durch Fenster einer Lackmaske zu entfernen.It There are also alternative methods for avoiding solder in the transection areas. For example is it also possible in general the solder according to the bonding method, for example by means of etching in remove the severing areas again. Another principle possible An alternative is, for example, to pattern the solder layer before soldering, i. before soldering in the transection areas e.g. by etching through windows of a resist mask to remove.
Das Verfahren ist für die Herstellung aller möglichen Arten von Halbleiterchips geeignet. Neben Leuchtdiodenchips lassen sich beispielsweise insbesondere auch Dünnfilm-Scheibenlaser mit dem Verfahren mit besonderem Vorteil herstellen.The Procedure is for the production of all possible Types of semiconductor chips suitable. Leave beside LED chips For example, in particular also thin-film disk laser with the Produce process with particular advantage.
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Non-Patent Citations (2)
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I. Schnitzer et al.: 30% external quantum effi- ciency from surface textured, thin-film light- emitting diodes. In: Appl. Phys. Lett. 63 (16), 1993, S. 2174-2176 |
I. Schnitzer et al.: 30% external quantum efficiency from surface textured, thin-film lightemitting diodes. In: Appl. Phys. Lett. 63 (16), 1993, S. 2174-2176 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE102004016697A1 (en) | 2005-09-22 |
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