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Es
wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils
angegeben.
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Die
Druckschrift
DE 103
067 79 A1 beschreibt ein Verfahren zum Aufrauen einer Oberfläche
eines Körpers und optoelektronischen Bauelements.
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Eine
zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Strukturierung
einer Waferoberfläche anzugeben, das zeitsparend und darüber
hinaus kostengünstig ist.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Verfahrens wird zunächst
ein erster Wafer, welcher eine strukturierte Oberfläche
aufweist, bereitgestellt. Darüber hinaus wird ein zweiter
Wafer bereitgestellt. Der erste Wafer und der zweite Wafer können
nach Art von Scheiben oder Platten ausgebildet sein.
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Der
erste Wafer weist eine strukturierte Oberfläche auf. „Strukturiert” heißt
in diesem Zusammenhang, dass sich auf der Oberfläche, zum
Beispiel an der Oberseite auf einer Deckfläche des ersten Werfers,
zumindest stellenweise Erhebungen befinden. Die strukturierte Oberfläche
kann zum Beispiel mit vorgefertigten, regelmäßigen
Strukturen, die kontrolliert in die Deckfläche eingebracht
sind, gebildet sein.
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Die
strukturierte Oberfläche ist zumindest stellenweise durch
Erhebungen erster und zweiter Höhe gebildet, wobei die
erste Höhe größer ist als die zweite
Höhe. Vorzugsweise ist die erste Höhe zumindest
um einen Faktor 1,5 höher als die zweite Höhe.
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„Höhe” heißt
in diesem Zusammenhang die maximale vertikale Ausdehnung einer Erhebung,
wobei „vertikal” die Richtung senkrecht zu einer
Haupterstreckungsebene des ersten Wafers bedeutet.
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Die
Erhebungen erster und zweiter Höhe können sich
dann in lateraler Richtung, also parallel zur Deckfläche
des ersten Wafers, beispielsweise periodisch gegenseitig ablösen,
voneinander getrennt und/oder in unterschiedlichen Gebieten des ersten
Wafers angeordnet sein.
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Ebenso
ist es möglich, dass sich die Erhebungen erster und zweiter
Höhe an allen Stellen der Deckfläche befinden.
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In
diesem Zusammenhang ist es ferner denkbar, dass die strukturierte
Oberfläche Erhebungen beispielsweise einer oder mehrerer
weiterer Höhen aufweist. Die Erhebungen erster Höhe
sind jedoch stets höher als Erhebungen jeder weiteren Höhe.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Verfahrens wird in einem nächsten
Schritt ein Fotolack auf die Außenflächen des
zweiten Wafers aufgebracht.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Verfahrens wird die dem zweiten
Wafer abgewandte Oberfläche des Fotolacks durch Abdrucken der
strukturierten Oberfläche des ersten Wafers in den Fotolack
strukturiert, wobei die Erhebungen als Gräben erster und
zweiter Tiefe in den Fotolack abgedruckt werden.
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Ist
die strukturierte Oberfläche des ersten Wafers der dem
zweiten Wafer abgewandten Oberfläche des Fotolacks zugewandt,
so können der erste Wafer und der zweite Wafer derart zusammengeführt und
beispielsweise zusammengepresst werden, dass sich die strukturierte
Oberfläche des ersten Wafers in die Oberfläche
des Fotolacks zumindest stellenweise abdruckt. „Abdrucken” heißt
diesbezüglich, dass an Stellen, an denen sich auf der Oberfläche des
ersten Wafers Erhebungen befinden, sich entsprechende Gräben
auf der Oberfläche des Fotolacks abbilden. Vorzugsweise
wird nach dem Abdrucken der erste Wafer von dem zweiten Wafer entfernt.
Die Dicke des Fotolacks ist bevorzugt derart bemessen, dass nach
dem Zusammenpressen an den Stellen des Fotolacks an denen sich Erhebungen erster
Höhe abgedruckt haben, der Fotolack nur noch eine Dicke
aufweist, die gegenüber den Höhenunterschieden
der Erhebungen des ersten Wafers vernachlässigbar ist.
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Bei
dem Fotolack handelt es sich um ein weiches Material, das sich während
des Zusammenpressens der beiden Wafer verformen lässt.
Beispielsweise ist der Fotolack mit einem lichtempfindlichen Novolackharz
gebildet. Nach dem Entfernen des zweiten Wafers vom Fotolack behält
dann die strukturierte Oberfläche des Fotolacks ihre Oberflächenstruktur
bei. Mit anderen Worten ist der Abdruckvorgang ein Prozess, bei
dem die Oberfläche des Fotolacks dauerhaft strukturiert
wird. Ebenso ist es möglich, dass zusätzlich oder
statt des Fotolacks ein plastisch verformbares Material Verwendung
findet, welches, etwa nach einem sich anschließenden Aushärteprozess,
dauerhaft strukturiert ist. Bei dem Material kann es sich beispielsweise
um ein Material handeln, welches mit einem Siliziumoxid oder Siliziumdioxid
gebildet ist.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Strukturierungsverfahren
auf die strukturierte Oberfläche des Fotolacks angewandt,
wobei die auf den Fotolack aufgebrachte Struktur zumindest stellenweise
auf die Außenfläche des zweiten Wafers übertragen
wird. Bei der Außenfläche handelt es sich um die
dem Fotolack zugewandte Oberfläche des zweiten Wafers,
die vom Fotolack bedeckt ist. Das heißt, dass sich die
auf dem Fotolack befindliche Struktur unter Verwendung des Strukturierungsverfahrens
auf die Außenfläche des zweiten Halbleiterwafers
zumindest stellenweise überträgt.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform wird vor der Anwendung des Strukturierungsverfahrens
ein Aushärteprozess auf den Fotolack angewandt. Bei dem
Aushärteprozess kann es sich um Bestrahlung des Fotolacks
mit UV-Licht oder eine thermische Behandlung handeln. Vorzugsweise
wird der Aushärteprozess auf den Fotolack vor Entfernen des
ersten Wafers von dem zweiten Wafers angewandt. Ist der Fotolack
durch ein anderes strukturierbares Material ersetzt, so ist ebenso
denkbar, dass der Aushärteprozess auch auf dieses Material
angewandt wird.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Verfahrens wird zunächst
ein erster Wafer bereitgestellt, welcher eine strukturierte Oberfläche
aufweist, wobei die strukturierte Oberfläche zumindest stellenweise
durch Erhebungen erster und zweiter Höhe gebildet ist.
Die erste Höhe ist größer als die zweite
Höhe. Auf einen bereitgestellten zweiten Wafer wird ein
Fotolack auf die Außenflächen des zweiten Wafers
aufgebracht. In einem nächsten Schritt wird die dem zweiten Wafer
abgewandte Oberfläche des Fotolacks durch Abdrucken der
strukturierten Oberfläche des ersten Wafers in den Fotolack
strukturiert. Anschließend wird ein Strukturierungsverfahren
auf die strukturierte Oberfläche des Fotolacks angewandt,
wobei die auf den Fotolack aufgebrachte Struktur zumindest stellenweise
auf die Außenfläche des zweiten Wafers übertragen
wird.
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Das
hier beschriebene Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauteils beruht dabei unter anderem auf der Erkenntnis,
dass die Strukturierung einer Waferoberfläche, beispielsweise
eines Halbleiterchips, welche zwei oder mehr Strukturierungsprofile
unterschiedlicher Ätztiefe aufweist, mit großem
Aufwand verbunden sein kann und dabei gleichzeitig kostenintensiv
ist. Beispielsweise wird das Einbringen zweier unterschiedlicher
Strukturierungsprofile mit jeweils unterschiedlichen Ätztiefen in
zumindest zwei eigenständigen Prozessfolgen durchgeführt.
Jeder der Prozessfolgen besteht aus Vorbehandlung, Photolithographie, Ätzen,
Lackstrippen und Reinigung sowie einer abschließenden visuellen
Kontrolle. Eine Kombination der zwei Prozessfolgen ist dabei nicht
möglich. Ein Grund dafür ist, dass eine geeignete Ätzmaske
zur Schaffung eines entsprechenden Endprofils nicht realisiert werden kann.
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Um
nun auf eine separate Abfolge einzelner Prozessfolgen zur Schaffung
von Strukturierungsprofilen jeweils unterschiedlicher Tiefe verzichten
zu können und damit ein zeitsparendes und kostengünstiges
Verfahren zur Strukturierung einer Waferoberfläche zu schaffen,
macht das hier beschriebene Verfahren von der Idee Gebrauch, zunächst
einen ersten Wafer, welcher eine strukturierte Oberfläche aufweist,
bereitzustellen. Die strukturierte Oberfläche ist zumindest
stellenweise durch Erhebungen erster und zweiter Höhe gebildet,
wobei eine erste Höhe größer ist als
eine zweite Höhe. Die strukturierte Oberfläche
des ersten Wafers dient im folgenden Verfahren als eine Schablone
innerhalb des Herstellungsprozesses. Die Erhebungen erster Tiefe
sind also beispielsweise die schablonenartige Vorlage für ein
erstes Strukturierungsprofil. Entsprechendes gilt für die
Erhebungen zweiter Tiefe, die eine schablonenartige Vorlage für
ein zweites Strukturierungsprofil sein können. Ziel des
Verfahrens ist es nun, Strukturierungen einer Waferoberfläche
mit unterschiedlichen Ätztiefen in einer einzigen Prozessfolge
zu schaffen. Dazu wird beispielsweise ein zweiter Wafer bereitgestellt,
auf dem ein Fotolack aufgebracht ist. Nach Abdrucken der strukturierten
Oberfläche des ersten Wafers in den Fotolack lässt
sich nach Anwendung eines Strukturierungsverfahrens die strukturierte
Oberfläche des Fotolacks zumindest stellenweise in die
Außenfläche des zweiten Wafers übertragen. Bei
dem vorgeschlagenen Verfahren können also Strukturierungen
mit unterschiedlichen Ätztiefen in einer Prozessfolge kombiniert
werden. Diese Kombination ermöglicht eine Einsparung separater
Prozessfolgen zur Schaffung einzelner Strukturierungsprofile.
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Durch
die Tatsache, dass die strukturierte Oberfläche des ersten
Wafers als Schablone mehrfach verwendet werden kann, kann der Vorgang
wiederholt werden und so eine Vielzahl von weiteren Wafern mit einer
aufgebrachten Struktur auf deren jeweiligen Außenflächen
erzeugt werden.
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Die
Möglichkeit der Schaffung einer strukturierten Oberfläche,
die aus einer Kombination von unterschiedlichen Strukturierungsprofilen
besteht, in einer Prozessfolge und die Wiederverwendung des ersten
Wafers als Schablone führt daher nicht nur zu einer Kostenersparnis
im Herstellungsverfahren, sondern ermöglicht ebenso eine
schnelle und zeitsparende Herstellung.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Verfahrens ist das Strukturierungsverfahren
ein einziger trockenchemischer Ätzprozess. In Betracht kommen
beispielsweise Verfahren wie reaktives Ionenätzen (RIE
= Reactive Ion Etching), Ionenstrahlätzen (IBE = Ion Beam
Etching) sowie chemisch unterstütztes Ionenstrahlätzen
(CAIBE = Chemical Assistant Ion Beam Etching). Beispielsweise kommt
es auch in Betracht, als Trockenätzverfahren ein Verfahren
unter Verwendung eines Hochdichteplasmas, wie zum Beispiel ein induktiv
gekoppeltes Plasmaätzverfahren (ICP = Inductive Coupled
Plasma), ECR-Plasma (ECR = Electron Cyclotron Resonance) oder ein
Helikonplasma zu verwenden. Trockenätzverfahren haben bei
dem vorliegenden Verfahren den Vorteil, eine Vorzugsrichtung beim Ätzen (Anisotropie)
aufzuweisen. Aufgrund der Anisotropie können gute Aspektverhältnisse,
das heißt sehr steile Strukturen in dem zu ätzenden
Körper erzeugt werden.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Verfahrens wird vor der Anwendung
des Strukturierungsverfahrens der Fotolack an den Stellen von den
Außenflächen des zweiten Wafers entfernt, an denen
die Gräben erster Tiefe in den Fotolack abgedruckt sind.
Das Entfernen des Fotolacks kann beispielsweise mit „Abblasen” oder „Polieren” geschehen.
Vorzugsweise wird der Fotolack mittels eines Plasmaätzprozesses
enfernt, wobei weiter bevorzugt der Fotolack so weit abgetragen
wird, dass er nur an Stellen, an denen die Gräben erster
Tiefe in den Fotolack abgedruckt sind, entfernt wird. Nach dem Entfernen
sind die vom Fotolack befreiten Stellen der Außenfläche
des zweiten Wafers freiliegend. Mit anderen Worten ist die Außenfläche
an diesen Stellen von keinem Material bedeckt und für einen
externen Betrachter frei einsehbar.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Verfahrens besteht das Strukturierungsverfahren aus
zumindest einem trocken- und einem nasschemischen Ätzprozess. „Nass-chemisch” bedeutet
in diesem Zusammenhang, dass ätzende Flüssigkeiten auf
die strukturierte Oberfläche des Fotolacks aufgebracht
werden und der Fotolack über eine chemische Reaktion weggeätzt
wird. Gelangt die ätzende Flüssigkeit auf die
Außenfläche des zweiten Wafers, so entstehen auch
in diesem zweiten Wafer eingeätzte Strukturen, die je nach
Wahl der zu ätzenden Flüssigkeit und je nach Konzentration
der ätzenden Bestandteile in der Ätzflüssigkeit
eingestellt und gestaltet werden können. Beispielsweise
handelt es sich bei dem nasschemischen Ätzprozess um einen Ätzprozess
mittels Kaliumhydroxid, Salzsäure und/oder aus Mischungen
aus Schwefelsäure/Peroxiden/Wasser.
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Beispielsweise
besteht das Strukturierungsverfahren aus genau einem trocken- und
einem nasschemischen Ätzprozess. Ist dann an den Stellen,
an denen sich die Gräben erster Tiefe in den Fotolack abgebildet
haben, der Fotolack entfernt, so können mittels des trockenchemischen Ätzprozesses
zunächst in den zweiten Wafer Gräben erster Tiefe
eingebracht werden.
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In
einem weiteren Schritt kann dann der nasschemische Ätzprozess
zur Abbildung der Gräben zweiter Tiefe in den zweiten Wafer
auf die freiliegenden Stellen des Fotolacks angewandt werden.
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Eine
Selektivität des Ätzprozesses, bezüglich
der Materialien des Fotolacks und des zweiten Wafers, wird bevorzugt
zu 1:1 eingestellt, so dass die Oberflächenstrukturierung
des Fotolacks möglichst genau in die Außenfläche
des zweiten Wafers übertragen wird.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Verfahrens ist der erste Wafer
ein Halbleiterwafer. Der erste Wafer ist dann jeweils mit zumindest
einem Halbleitermaterial gebildet.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Verfahrens ist der erste Wafer
aus einem Kunststoffmaterial gebildet. Das heißt, dass
der erste Wafer dann mit einem „leicht strukturierbaren” Material gebildet
ist. Beispielsweise ist das Kunststoffmaterial mit einem Polydimethylsiloxane-Resist
(PDMS) gebildet. Vorteilhaft ermöglicht dies eine kostengünstige Massenfertigung.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Verfahrens ist der zweite Wafer
ein Halbleiterwafer. Der zweite Wafer ist dann jeweils mit zumindest einem
Halbleitermaterial gebildet. Vorzugsweise ist der zweite Wafer dann
mit einem nitrid-, phosphid- oder arsenidbasierten Verbindungshalbleitermaterial gebildet.
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Verbindungshalbleitermaterialien,
wie Nitrid-, Phosphid- und Arsenid-Verbindungshalbleiter, sind zur
Ausbildung einer Halbleiterschichtenfolge für effiziente
Halbleiterchips, insbesondere von aktiven Bereichen/Schichten hoher
Quanteneffizienz, besonders geeignet.
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Ferner
kann zumindest stellenweise sowohl auf dem ersten als auch auf dem
zweiten Wafer eine oder mehrere Schichten aus einem Halbleitermaterial
epitaktisch abgeschieden sein.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform weist der zweite Wafer zumindest
eine aktive Zone auf, welche zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung
geeignet ist. Beispielsweise weist der zweite Wafer mehrere aktive
Zonen auf.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Verfahrens weicht der erste Wafer
in seinem maximalen Durchmesser um höchstens 20%, bevorzugt um
höchstens 10%, ganz besonders bevorzugt um höchstens
5% vom maximalen Durchmesser des zweiten Wafers ab. Das heißt,
dass die beiden Wafer lateral ungefähr die gleichen oder
gleiche Abmessung haben. „Lateral” bedeutet in
diesem Zusammenhang in Richtungen parallel zur Haupterstreckungsebene
des ersten oder des zweiten Wafers. Ebenso ist denkbar, dass der
erste Wafer in seinem maximalen Durchmesser kleiner ist als der
maximale Durchmesser des zweiten Wafers, so dass der Fotolack beispielsweise
durch mehrmaliges Wiederholen des Abdruckvorgangs strukturiert wird
(„step and repeat” Verfahren)
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Beispielsweise
können die beiden Wafer kreisförmige oder kreisartige
Scheiben sein. Vorteilhaft wird so gewährleistet, dass
der erste Wafer und der zweite Wafer beim Zusammenführen
möglichst deckgleich sind und so Bereiche sowohl auf dem
ersten Wafer als auch auf dem zweiten Wafer minimiert werden, die
nicht zum Strukturierungsprozess gehören oder beitragen.
Ebenso ist es möglich, dass die beiden Wafer rechteckförmige
oder beliebig davon abweichende Scheiben sind.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Verfahrens reichen die in den
zweiten Wafer eingebrachten Gräben erster Tiefe zumindest
bis zur aktiven Zone. Das heißt, dass die Gräben
erster Tiefe zumindest zwischen der aktiven Zone und der Außenfläche
des zweiten Wafers verlaufen und an diesen Stellen die dazwischen
liegenden Materialschichten durchbrechen.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Verfahrens durchbrechen die Gräben
erster Tiefe die zumindest eine aktive Zone des zweiten Wafers. An
den Stellen, an denen die Gräben erster Tiefe verlaufen,
wird dann die zumindest eine aktive Zone „unterteilt”.
Weist der zweite Wafer mehrere aktive Zonen auf, so können
die Gräben erster Tiefe auch alle aktiven Zonen durchbrechen.
Vorzugsweise weisen die Gräben erster Tiefe eine maximale
Tiefe von 3 bis 8 μm, bevorzugt von 4 bis 7 μm,
ganz, besonders bevorzugt von 6 μm auf. Beispielsweise
sind die Gräben erster Tiefe „U-” oder „V”-förmig
ausgebildet.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform umranden die Gräben erster
Tiefe die Gräben zweiter Tiefe seitlich. Beispielsweise
umschließen die Gräben erster Tiefe in einer Draufsicht
ein kreisförmiges, rechteckiges oder andersartig ausgebildetes
Gebiet. Das durch die Gräben erster Tiefe umschlossene
Gebiet weist dann die Gräben zweiter Tiefe auf.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Verfahrens bilden die Gräben
zweiter Tiefe eine Auskoppelstruktur. Vorzugsweise sind dann die
Gräben zweiter Tiefe jeweils in einem Gebiet angeordnet,
wobei die Gebiete jeweils durch zumindest einen Graben erster Tiefe
voneinander getrennt sind. Vorzugsweise weisen die Gräben
zweiter Tiefe dann eine maximale Tiefe von 0,5 bis 3 μm,
ganz besonders bevorzugt eine maximale Tiefe von 1 bis 2 μm auf. „Auskoppelstruktur
heißt dann in diesem Zusammenhang, dass die Gräben
zweiter Tiefe jeweils eine Strahlungsauskoppelfläche eines
Halbleiterchips bilden. Die Strahlungsauskoppelfläche eines
Halbeiterchips bildet die Oberfläche, durch die die vom
Halbleiterchip erzeugte elektromagnetische Strahlung ausgekoppelt
wird. Die Auskoppelstruktur erhöht dann die Auskoppeleffizienz
eines Halbleiterchips. „Auskoppeleffizienz” ist
das Verhältnis von tatsächlich aus dem Halbleiterchip
ausgekoppelter Leuchtenergie zu der primär innerhalb des
Halbleiterchips erzeugten Leuchtenergie.
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Beispielsweise
sind die auch Gräben zweiter Tiefe „U-” oder „V”-förmig
ausgebildet. Sind die Gräben „V”-förmig
ausgebildet, so ist denkbar, dass sich jeweils zwischen den Gräben
pyramidenartige Erhebungen ausbilden.
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Jede
pyramidenartige Erhebung ist ein Polyeder und wird durch eine Mantel-,
eine Boden- und eine Deckfläche begrenzt. Die Mantelfläche
weist zumindest drei Seitenflächen auf, die zusammenlaufen und
die Deckfläche seitlich begrenzen. Die Bodenfläche
ist durch die Seitenflächen der pyramidenartigen Erhebung
seitlich begrenzt. Die Seitenflächen der pyramidenartigen
Erhebung enden in den zweiten Wafer und bilden dort die Bodenfläche
aus. Boden- und Deckfläche der pyramidenartigen Erhebung
stehen sich also gegenüber und sind über die Seitenflächen miteinander
verbunden. In einem seitlichen Schnitt durch eine solche pyramidenartige
Erhebung weist die pyramidenartige Erhebung zumindest zwei Seitenflächen,
eine Deck- und eine Bodenfläche auf. Vorzugsweise sind
Deck- und Bodenfläche hexagonal ausgebildet. Vorzugsweise
ist das Verhältnis des Flächeninhalts von Deck-
zu Bodenfläche 1/5 oder kleiner.
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Es
kann gezeigt werden, dass eine pyramidenartig ausgebildete Strahlungsauskoppelfläche
eines Halbleiterchips eine erhöhte Auskoppeleffizienz im
Vergleich zu einer andersartig ausgebildeten Struktur der Strahlungsauskoppelfläche
aufweist.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform wird der zweite Wafer im Bereich
der Gräben erster Tiefe in einzelne strahlungsemittierende
Halbleiterchips vereinzelt. Vorzugsweise erfolgt das Vereinzeln an
den Stellen des zweiten Wafers, an denen die Gräben erster
Tiefe verlaufen. Vorteilhaft können die Gräben
erster Tiefe dann beispielsweise als „Sollbruchstellen” benutzt
werden, an denen der zweite Wafer in einzelne Halbleiterchips vereinzelt
wird. Ebenso ist es möglich, dass an den Stellen der Gräben
erster Tiefe mittels Sägen, Schneiden oder hochenenergetischen
Laserlichts der zweite Wafer in einzelne Halbleiterchips vereinzelt
wird.
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Im
Folgenden werden das hier beschriebene Verfahren anhand von Ausführungsbeispielen
und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.
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Die 1 und 2 zeigen
einzelne Fertigungsschritte zur Herstellung gemäß von
Ausführungsbeispielen eines hier beschriebenen Verfahrens.
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In
den Ausführungsbeispielen und den Figuren sind gleiche
oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen
versehen. Die dargestellten Elemente sind nicht als maßstabsgerecht
anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren
Verständnis übertrieben groß dargestellt
sein.
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Die 1 zeigt
einzelne Fertigungsschritte zur Herstellung einer strukturierten
Oberfläche 33 eines Wafers 3.
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Ziel
des Verfahrens ist es, eine strukturierte Oberfläche des
Wafers 3 zu schaffen, die zumindest stellenweise mit zwei
unterschiedlichen Strukturierungsprofilen unterschiedlicher Tiefe
gebildet ist. Das heißt, dass die strukturierte Oberfläche
des Wafers 3 nach Anwendung des Herstellungsverfahren Gräben erster
Tiefe G1 und eine Auskoppelstruktur AS, gebildet durch Gräben
zweiter Tiefe G2, aufweist. Vorliegend handelt es sich bei dem Wafer 3 um
einen Halbleiterwafer 13 welcher phosphid- und/oder arsenidbasierte
Verbindungshalbleitermaterialien enthält. Ebenso ist es
möglich, dass der Wafer 3 nitridbasierte Verbindungshalbleitermaterialien
enthält. Der Halbleiterwafer 13 weist eine epitaktisch
gewachsene Halbleiterschichtenfolge auf, die zumindest eine zur
Strahlungserzeugung geeignete aktive Zone A umfasst.
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Zunächst
wird ein Wafer 1 bereitgestellt. Der Wafer 1 kann
mit einem Halbleitermaterial oder einem Kunststoffmaterial gebildet
sein. Auf einer Außenfläche 30 des Wafers 3 ist
ein Fotolack 2 in Form einer Schicht aufgebracht. Beispielsweise
ist der Fotolack 2 mit einem lichtempfindlichen Novolackharz gebildet.
Sowohl der Wafer 1 als auch der Wafer 3 sind nach
Art von Scheiben ausgebildet, die in einer Draufsicht jeweils eine
kreisförmige Fläche bilden und dabei den Durchmesser
D aufweisen.
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Der
Wafer 1 weist nun eine strukturierte Oberfläche 11 auf,
die durch Erhebungen E1 und E2 gebildet ist. Vorliegend sind die
Erhebungen E2 in dem Gebiet 31 angeordnet und werden jeweils
von den Erhebungen E1 räumlich getrennt. Ferner werden
die Erhebungen E2 durch jeweils eine zusammenhängende Erhebung
E1 umschlossen. Die Erhebungen E1 weisen eine maximale Höhe
H1 von 6 μm auf und sind gemäß der 1 „U”-förmig
ausgebildet. Das heißt, sie weisen eine ebene Deckfläche
auf und bilden zum Beispiel Pyramidenstümpfe. Die Erhebungen
E2 weisen eine maximale Höhe H2 von 1,5 μm auf.
Der Fotolack 2 weist eine Dicke DF von mehr als 6 μm
auf, sodass beim Abdrucken die Erhebungen E1 vollständig
von dem Fotolack 2 umschlossen sind.
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In
einem nächsten Verfahrensschritt wird die strukturierte
Oberfläche 11 des Wafers 1 in den Fotolack 2 derart
beispielsweise aufgepresst, dass die strukturierte Oberfläche 11 des
ersten Wafers 1 in die dem zweiten Wafer 3 abgewandte
Oberfläche des Fotolacks 2 vollständig
abgedruckt ist. Auf der dem zweiten Wafer 3 abgewandten
Oberfläche des Fotolacks 2 wird also die Negativform
der strukturierten Oberfläche 11 des ersten Wafers 1 aufgebracht. Nach
dem Abdrucken der Struktur wird der Wafer 1 vom Fotolack 2 entfernt
und es verbleibt eine strukturierte Oberfläche 21.
Die Oberfläche 21 ist also die Negativform der
Oberfläche 11, wobei die Erhebungen E1 und E2
des ersten Wafers jeweils als Gräben G1 und G2 in den Fotolack 2 abgebildet
sind.
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Die
strukturierte Oberfläche 11 des ersten Wafers 1 dient
also als Schablone für die in die Oberfläche des
Fotolacks 2 abgedruckten Strukturen.
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Vorteilhaft
kann der Wafer 1 zur Strukturierung weiterer Fotolackschichten
vielfach wiederverwendet werden, was nicht nur zu einer erheblichen Zeitersparnis
im Fertigungsprozess führt, sondern sich auch auf den ganzen
Herstellungsprozess Kosten sparend auswirkt.
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In
einem weiteren Schritt ist die Anwendung eines Strukturierungsverfahrens 6 auf
die strukturierte Oberfläche 21 des Fotolacks 2 gezeigt.
Vorliegend handelt es sich bei dem Strukturierungsverfahren 6 um
einen trockenchemischen Ätzprozess 61. Beispielsweise
kann es sich dabei um reaktives Ionenätzen (RIE = Reactive
Ion Etching) oder Ionenstrahlätzen (IBE = Ion Beam Etching)
handeln. Vorzugsweise handelt es sich bei dem trockenchemischen Ätzprozess 61 um
einen Plasmaätzprozess.
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An
Stellen des zweiten Wafers 3, an denen der Fotolack 2 sehr
dünn ist, wird der Fotolack 2 schnell weggeätzt.
Bereits nach kurzer Ätzdauer ist an den dünn beschichteten
Stellen der Fotolack 2 abgetragen, während an
anderen, dicker mit Fotolack 2 beschichteten Stellen des
zweiten Wafers 3 noch Reste des Fotolacks 2 vorhanden
sind. An Stellen jedoch, an denen der Fotolack 2 dicker
ist, wird eine sehr geringe Ätztiefe in den zweiten Wafer 3 erreicht. Das
heißt, dass nach einer bestimmten Ätzdauer an den
dünn mit Fotolack 2 beschichteten Stellen bereits in
den zweiten Wafer 3 eingeätzt wird, während
an den dicker beschichteten Stellen zumindest stellenweise noch
der Fotolack 2 vorhanden ist und weggeätzt wird.
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Ist
nun eine gewünschte und vorgebbare Struktur der Oberfläche 33 des
zweiten Wafers 3 erreicht, so kann der Ätzprozess
gestoppt werden. Weiter kann der Ätzprozess durch eine
vorgebbare Selektivität bezüglich der Materialien
des Fotolacks 2 und des zweiten Wafers 3 eingestellt
werden. Vorliegend wurde in Bezug auf das Ätzverfahren
eine Selektivität von 1:1 gewählt. Das heißt,
dass das Ätzverfahren, beispielsweise im Hinblick auf seine Ätzrate, die
gleiche Ätzrate sowohl beim Ätzen des Fotolacks 2 als
auch beim Ätzendes Wafers 3 aufweist. Dies kann
zu einer identischen oder fast identischen Abbildung der Gräben
erster und zweiter Tiefe von der strukturierten Fotolackschicht 21 auf
die Oberfläche des zweiten Wafers 3 führen.
Die Gräben erster Tiefe sind in ihrer Tiefe T1 derart beschaffen,
dass sie die aktive Schicht A in vertikaler Richtung unterbrechen. „Vertikal” bedeutet
dann senkrecht in einer Richtung zu einer Haupterstreckungsebene
des zweiten Wafers 3. Vorliegend weisen die Gräben
erster Tiefe ein maximale Tiefe T1 von 6 μm auf. Ferner
weisen die Gräben zweiter Tiefe eine maximale Tiefe T2
von 1,5 μm auf und unterbrechen die aktive Schicht A nicht. Ferner
bilden die Gräben zweiter Tiefe G2 eine Auskoppelstruktur
AS aus.
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In
einem weiteren Schritt kann dann der zweite Wafer 3 in
einzelne Halbleiterchips HLC vereinzelt werden. Vorteilhaft dienen
dazu die Gräben erster Tiefe als „Sollbruchstellen”,
an denen der zweite Wafer 3 in einzelne Halbleiterchips
HLC gebrochen werden kann. Ebenso ist es möglich, dass
an den Stellen der Gräben erster Tiefe mittels Sägen, Schneiden
oder hochenenergetischen Laserlichts der zweite Wafer in einzelne
Halbleiterchips vereinzelt wird.
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Das
in der 1 beschriebene Verfahren ermöglicht es,
so vorteilhaft die beiden Strukturierungsprofile der Auskoppelstruktur
AS und der Gräben erster Tiefe in einer Prozessfolge in
den Wafer 3 einzubringen. In der Prozessfolge bedarf es
lediglich einer einzigen Beschichtung des Wafers 1 mit
Fotolack. Das vorliegende Verfahren erspart so zumindest wiederholtes
zeit- und kostenaufwendiges Belichten, Beschichten mit Fotolack
und Ätzen.
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Ferner
bietet vorliegendes Verfahren den Vorteil, den Wafer 1 als
Schablone für eine Vielzahl von weiteren Strukturierungsverfahren
wiederzuverwenden, was zu zusätzlichen Kosteneinsparungen führt.
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Die 2 zeigt
eine weitere Ausführungsform einzelner Fertigungsschritte
zur Herstellung der strukturierten Oberfläche 33 des
Wafers 3.
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Im
Unterschied zum Herstellungsverfahren gemäß der 1 besteht
hierbei das Strukturierungsverfahren 6 aus genau einem
trocken- und einem nasschemischen Ätzprozess 62 und 61.
Dazu wird zunächst der Fotolack 2 derart dünn
auf den Wafer 3 aufgebracht, dass der Fotolack 2 nach
dem Abdrucken an den Gebieten 32 nur noch eine im Vergleich
zum außerhalb der Gebieten 32 vorhandenen Fotolack 2 vernachlässigbare
Schichtdicke aufweist. Vor Anwendung des trockenchemischen Ätzprozesses 61 an
Gebieten 32 wird vorzugsweise der restlich nach dem Abdrucken
auf der Oberfläche 21 verbliebene Fotolack 2 entfernt.
Das Entfernen geschieht vorzugsweise mittels eines Plasmaätzprozesses. Ebenso
kann der Fotolack 2 beispielsweise mittel Blasen oder Polieren
entfernt werden.
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In
einem weiteren Schritt wird dann zumindest auf das vom Fotolack
freiliegende Gebiet 32 der trockenchemische Ätzprozess 61 angewandt.
Mittels des Ätzprozesses 61 werden die Gräben
erster Tiefe in den zweiten Wafer 3 eingebracht. Ist eine
gewünschte Ätztiefe und/oder Form der Gräben
erster Tiefe erreicht, wird der trockenchemische Ätzprozess 61 abgebrochen.
Vorliegend weisen die Gräben erster Tiefe die gleichen
geometrischen Merkmale in Bezug auf Formgebung und Tiefe wie die
in der 1 gezeigten Gräben auf. Vorzugsweise
ist der Fotolack 2 gegenüber dem trockenchemischen Ätzprozess 61 „unempfindlich”. „Unempfindlich” heißt
in diesem Zusammenhang, dass der Ätzprozess eine ganz besonders
große Selektivität zwischen dem Fotolack 2 und dem
Material des zweiten Wafers 3 aufweist, sodass die Ätzrate
im Fotolack gegenüber derjenigen im zweiten Wafer 3 vernachlässigt
werden kann. Vorteilhaft kann so der Ätzprozess 61 ohne
selektive Maßnahmen auf die gesamte strukturierte Oberfläche 21 des
Fotolacks 2 angewandt werden.
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In
einem weiteren Schritt wird auf die strukturierte Oberfläche 21 des
Fotolacks 2 der nasschemische Ätzprozess 62 angewandt.
Analog zu dem in 2 beschriebenen Verfahren bildet
sich eine Auskoppelstruktur AS aus. Auch hierbei entspricht die Auskoppelstruktur
AS der Auskoppelstruktur wie in der 1 gezeigt.
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In
einem weiteren Schritt kann dann der zweite Wafer 3 wiederum
in einzelne Halbleiterchips HLC, wie bereits beim Herstellungsverfahren
gemäß der 1 beschrieben,
vereinzelt werden.
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Die
Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand des Ausführungsbeispiels
beschränkt. Vielmehr erfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie
die 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 dem Ausführungsbeispiel
angegeben ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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