專利名稱：用于以薄膜技術(shù)制造光電子器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將光電子器件的薄膜結(jié)構(gòu)、尤其是薄膜LED結(jié)構(gòu)從外延襯底 轉(zhuǎn)移到支承體上的方法。
背景技術(shù)：
在制造薄膜LED(以薄膜技術(shù)制造的發(fā)射光的二極管或者發(fā)光二極管)時，外延 地在外延襯底上制造對此設(shè)置的層結(jié)構(gòu)。外延襯底例如是藍寶石，但是也可以是(針對 AlGaInN層結(jié)構(gòu)的生長的)GaN、SiC、硅、AlN或者對應(yīng)物，可以是(針對AlGaInP層結(jié)構(gòu)或者 AlGaAs層結(jié)構(gòu)的生長的)GaAs、Ge或者對應(yīng)物或者(針對InGaAsP層結(jié)構(gòu)的生長的)InP。 薄膜LED結(jié)構(gòu)被轉(zhuǎn)移到支承體上(例如由鍺構(gòu)成的支承體)，其方式是LED結(jié)構(gòu)的通常通過 由Ti/Pt/Au構(gòu)成的層形成的連接接觸面被焊在支承體的相對應(yīng)的接觸面上。外延襯底接 著可以被去除。薄膜LED接著持久地被固定在支承體上并且由此形成器件，該器件以所設(shè) 置的方式例如可以被安裝在殼體中。在外延襯底上制造多個單個的LED。薄膜LED的層結(jié)構(gòu)因而必須被再分成多個單 個LED。為此目的，溝被刻蝕到外延層中，使得保留所謂的臺地，這些臺地分別與要制造的 LED相關(guān)聯(lián)。為了將臺地的連接接觸面與支承體的上側(cè)相連，通常將焊接層整面地涂敷到支 承體上。在這樣的焊接工藝中，焊接材料基本上被涂敷在兩個彼此待連接的接觸面上。在焊接期間，支承體和外延襯底用朝向彼此的接觸面向彼此擠壓。在此，焊料以不 希望的方式侵入臺地之間的溝中并且在那里形成不規(guī)則的隆起部。制造中的不規(guī)則性造成 在高效的器件的產(chǎn)出方面的損失并且造成提高在控制臺地制造中的開銷，這提高了制造成 本。這些困難例如可以通過臺地在與支承體相連之后才被刻蝕來避免。代替于此也可能的 是，根據(jù)LED臺地來結(jié)構(gòu)化支承體并且以這種方式無焊劑地保持臺地之間的溝；然而這要 求對外延襯底上的支承體的精確校準。適于電子部件的焊接的、等溫凝結(jié)的材料和方法在R. Y.Lin等人(eds.)的 “Design Fundamentals of High Temperature Composites， Intermetallics， and Metal-Ceramics Systems，，(The Minerals，Metals&Materials Society, 1995 年， 第 75 至 98 頁)中的 RainerSchmid-Fetzer 的文章,Fundamentals of Bonding by IsothermalSolidification for High Temperature SemiconductorApplications，，中進行 了詳細描述。在DE 10 2007 030 129中說明了一種用于制造多個光電子器件的方法。該方法 包括提供連接支承體復(fù)合結(jié)構(gòu)以及半導(dǎo)體本體支承體，該連接支承體復(fù)合結(jié)構(gòu)具有多個器 件區(qū)域，在所述器件區(qū)域中分別設(shè)置有至少一個電連接區(qū)域，在該半導(dǎo)體本體支承體上布 置有多個分開的并且與該半導(dǎo)體本體支承體相連的半導(dǎo)體本體，其中半導(dǎo)體本體分別具有帶有有源區(qū)的半導(dǎo)體層序列。該連接支承體復(fù)合結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體本體支承體相對于彼此對 齊，使得半導(dǎo)體本體朝向所述器件區(qū)域。多個半導(dǎo)體本體與連接支承體復(fù)合結(jié)構(gòu)在與相應(yīng) 的半導(dǎo)體本體相關(guān)聯(lián)的器件區(qū)域的安裝區(qū)域中以機械方式相連，并且相應(yīng)的半導(dǎo)體本體與 同該半導(dǎo)體本體相關(guān)聯(lián)的器件區(qū)域的連接區(qū)域?qū)щ姷叵噙B。與該連接支承體復(fù)合結(jié)構(gòu)相連 的半導(dǎo)體本體與半導(dǎo)體本體支承體分離，并且連接支承體復(fù)合結(jié)構(gòu)被劃分成多個分開的光 電子器件，所述多個分開的光電子器件分別具有連接支承體以及被布置在連接支承體上的 并且與連接區(qū)域?qū)щ娺B接的半導(dǎo)體本體，該連接支承體具有器件區(qū)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是給出一種用于將被設(shè)置用于薄膜LED或者其它以薄膜技術(shù)制造 的光電子器件的外延層轉(zhuǎn)移到支承體上的改進的方法。該任務(wù)利用具有權(quán)利要求1的特征的方法來解決。改進方案由從屬權(quán)利要求得 到。在該制造方法中，由一種或者更多種焊接材料構(gòu)成的焊劑被涂敷在器件(例如 LED)的臺地結(jié)構(gòu)上并且接觸涂層被涂敷在支承體上。在焊接材料和接觸涂層的材料之間建 立焊接連接之后將臺地結(jié)構(gòu)持久地并且必要時導(dǎo)電地固定在支承體的連接接觸面上，使得 器件被轉(zhuǎn)移到支承體上。在這種情況下，焊接材料被理解為如下材料該材料在對于半導(dǎo)體 材料尚允許的上邊界溫度以下可以熔融并且可以合鑄(einlegieren)到熔點較高(即在較 高的溫度下熔融)的接觸材料中。 在所述焊接工藝中，低熔點的組成部分被用作焊接材料而高熔點的組成部分被用 作接觸涂層。焊接可以是無需提高接合過程之后的熔點的共晶鍵合或者是等溫凝結(jié)。在借 助等溫凝結(jié)進行焊接之后，這樣制造的合金比焊接連接的組成部分具有更高的熔點。作為 低熔點的組成部分例如可以考慮純的錫、純的銦或者純的鎵，但是也可以考慮共晶混合物、 譬如重量百分比為80 20的金和錫。利用材料的共晶化合實現(xiàn)了熔融溫度的明顯降低， 使得工藝溫度可以盡可能遠地保持在各個組成部分的熔融溫度之下。焊接材料的氣相淀積(PVD，物理氣相淀積(physical vapordeposition))允許應(yīng) 用剝離(Lift-Off)工藝來結(jié)構(gòu)化在LED的臺地上的焊接層，而所使用的漆的溶解性不受過 高的工藝溫度影響。因此，也可以良好質(zhì)量來結(jié)構(gòu)化含有鉬的層。作為焊接材料可以代替 均勻的合金優(yōu)選地涂敷如下層序列該層序列在焊接工藝期間形成材料的混合物。


以下是參照所附的附圖對該方法的例子的更為詳細的說明。圖1以橫截面示出了具有涂敷到其上的層的支承體和外延襯底的裝置。圖2以橫截面示出了根據(jù)圖1的在組成部分并合在一起之后的裝置；圖3以橫截面示出了根據(jù)圖1的針對另一實施例的裝置。圖4示出了根據(jù)圖3的在剝離所焊的器件的一部分之后的橫截面。圖5示出了根據(jù)圖4的具有另一支承體的裝置的橫截面。
具體實施例方式圖1以橫截面示出了襯底1，該襯底1具有以薄膜技術(shù)制造的光電子半導(dǎo)體器件 (諸如薄膜LED、薄膜IRED或者薄膜激光二極管)的在該襯底1上產(chǎn)生的、特別是外延生長 的層，因此襯底1以下被稱作外延襯底以區(qū)分支承體。外延襯底1例如是藍寶石、GaN、SiC、 硅、A1N、GaAs, Ge或者InP。在該襯底上存在半導(dǎo)體層5，該半導(dǎo)體層5形成器件的主要半 導(dǎo)體部分并且例如是GaN，其尤其是被用于發(fā)射藍色光的薄膜LED。通常設(shè)置有反射層6，以 便在為耦合輸出而設(shè)置的方向上反射所產(chǎn)生的光，并且可以是金屬的(并且例如包括Ag、 Al或者Au)，是介電的(例如SiOx、SiNx等等)，是金屬且介電的(組合地并且例如配備有 橫向的結(jié)構(gòu)化部)或者也以TCO(透明導(dǎo)電氧化物(transparentconductive oxide))來制 造。其上應(yīng)涂敷阻擋層7，該阻擋層7防止層堆疊的垂直混合(Durchmischimg)并且例如 可以是Ti/Pt/Au或者可以包含鉬、TiN、TiW(N)等等。該層結(jié)構(gòu)通過溝被結(jié)構(gòu)化為多個臺 地，其中每個臺地形成一個器件，在該例子中形成薄膜LED。在圖1中示出了兩個臺地的左 邊和右邊的部分。在臺地之間存在中間空間4，所述中間空間4通過所刻蝕的溝形成。臺地 的邊緣可以配備有鈍化層8、例如由SiNx構(gòu)成的鈍化層。第一連接層2涂敷到該結(jié)構(gòu)上，該第一連接層2在根據(jù)本發(fā)明的方法中包括一種 或者更多種焊接材料。例如可以是鍺的支承體10整面地配備有第二連接層3。第二連接層 3被設(shè)置為焊接接觸涂層并且例如可以是Ti/Pt/Au。外延襯底1和支承體10以所示的方 式彼此對齊，使得第一連接層2和第二連接層3彼此對置地布置。這些連接層接著被向彼 此擠壓并且通過建立焊接連接而持久地且必要時導(dǎo)電地相互連接。為此目的，連接層的材 料可以選擇為是導(dǎo)電的，此外這些材料優(yōu)選地應(yīng)是導(dǎo)熱的。圖2示出了根據(jù)圖1的在第一連接層2和第二連接層3連接之后的裝置。在臺地 之上的區(qū)域中，由第一連接層2的焊接材料和第二連接層3的接觸材料分別形成第三連接 層31，而在中間空間4上剩余第二連接層3的剩余部分32。在第三連接層31中，第一連接 層2的焊接材料被合鑄到第二連接層3的接觸材料中。外延襯底1接著可以被去除，并且 LED可以被隔離而且以常用的方式被進一步處理。以下是對一系列實施例的進一步描述。第一連接層2的實施形式設(shè)置有層序列，該層序列在阻擋層上相繼地包括材料 鈦、鉬、錫、鈦和金。第二連接層3在該例子中是Ti/Pt/Au。優(yōu)選地，金和錫的比例被選擇為 使得在焊接工藝中形成由ζ-(Au5Sn)+δ-AuSn構(gòu)成的80/20共晶體(Au和Sn約按80 20 的重量百分比的比例)。為此目的，例如50nm的鈦、IOOnm的鉬、IOOOnm的錫、IOnm的鈦并 且接著是IOOnm的金被涂敷到阻擋層7上，并且通過刻蝕或者以剝離技術(shù)(lift-off)根據(jù) LED臺地被結(jié)構(gòu)化。在該實施形式中，因而例如在圖1中用陰影線繪制的、第一連接層2的 部分9被去除。作為第二連接層3，例如IOOnm的鈦、IOOnm的鉬和接著1400nm的金被涂敷 在支承體10上。該例子的主要部分(即在LED結(jié)構(gòu)上的錫和支承體上的金)在焊接工藝 中形成所設(shè)置的共晶體，該共晶體比其組成部分具有明顯更低的熔點。代替金和錫構(gòu)成的 (優(yōu)選為共晶的)混合物也可以設(shè)置由鉛和錫構(gòu)成的混合物、鉍和錫構(gòu)成的混合物、銦和錫 構(gòu)成的混合物或者連同錫一起的其它金屬構(gòu)成的混合物。為了實現(xiàn)在反射層6的金屬和第一連接層2的金屬之間的足夠良好的阻擋，例如 在阻擋層7中附加地可以設(shè)置鉬，其與金和錫一同形成三元相平衡。代替于此，可以在阻擋層7中設(shè)置由Ti:N、TiW:N等等構(gòu)成的阻擋。在所描述的實施例中，錫被用作焊接材料的主 要成分。但是，本發(fā)明并不限于使用含有錫的連接層，如以下所描述的實施例表明的那樣。另一實施例將鉍層用作第一連接層2，該鉍層以薄的Ti/Au層或者Au層來覆蓋。鉍 可以通過以熱硫酸或者5%的硝酸銀溶液進行刻蝕來結(jié)構(gòu)化?？赡艿膶咏Y(jié)構(gòu)例如是IOOnm 的鈦/IOOOnm的鉍/IOOnm的金作為第一連接層2，而50nm的鉬/200nm的TiW:N/1000nm的 金作為第二連接層3。在另一實施例中，涂敷由金構(gòu)成的足夠厚的第一連接層2，并且為了構(gòu)造金-鍺共 晶體而使用帶有由金構(gòu)成的薄的第二連接層3的、由鍺構(gòu)成的支承體10。支承體10可以是 鍺晶片或者也可以僅包括由鍺構(gòu)成的層。代替鍺可以使用硅。在這種情況下也可能的是， 將硅晶片用作支承體10或者使用帶有足夠厚的硅層的支承體。在使用鍺的情況下，作為第 一連接層2例如會涂敷由IOOnm的鈦、IOOnm的鉬和IOOOnm的金構(gòu)成的層序列。在支承體 上的第二連接層3例如會是50nm的金的層。在硅支承體的情況下，例如會將約IOOnm的 金涂敷在硅上作為第二連接層3，并且作為第一連接層2制造由IOOnm的鈦、IOOnm的鉬和 2000nm的金構(gòu)成的層序列。當該方法例如如下改變時，可以省去用于根據(jù)LED臺地結(jié)構(gòu)化第一連接層2的剝 離技術(shù)。作為阻擋層7例如會設(shè)置有由TiW:N、鉬和金構(gòu)成的層序列。其上優(yōu)選地可以涂敷 有合適的潤濕層，該潤濕層包括例如50nm的鉬并且其上包括50nm的金。接著，中間空間4被 刻蝕為溝，以便構(gòu)造LED的臺地。臺地邊緣被配備有鈍化層8、例如由SiNx構(gòu)成的鈍化層8。接著構(gòu)造第一連接層2，其方式是整面地涂敷厚度通常為約SOOnm的錫。該層以 IOnm的鈦和其上IOOnm的金作為對錫的氧化和擴散的保護物被覆蓋。支承體例如可以是 鍺，該鍺優(yōu)選地在上側(cè)被配備有阻擋層。作為第二連接層3涂敷金，例如以約lOeOnm的通 常的厚度來涂敷金。在焊接時，錫層熔融并且從鈍化層8的表面退回到含Au/Pt的層上或者在鈍化層8 上構(gòu)成珠狀物，這些珠狀物稍后例如可以利用FeCl3溶液或者利用HN03/C2H50H(1 49)被 刻蝕掉。由此，引起第一連接層2在阻擋層7上的一種自校準(Selbst justage)，使得可以 省去對在圖1中用陰影線突出的部分9的去除。作為鈍化層8也可以考慮其它含有硅的化合物，諸如Si0x、SiN0x、SiC等等。鈍化 層8的材料對于該實施例被選擇為使得其不被錫或者含有錫的熔融物潤濕。反應(yīng)性的焊接 工藝(如在本例具有錫、金和鉬的焊接工藝)能夠?qū)崿F(xiàn)關(guān)于已進行化學反應(yīng)的焊接材料方 面選擇性地刻蝕掉在鈍化層8上形成的焊接珠狀物。焊接材料的組成部分與層厚度的所說明的關(guān)系在本發(fā)明的范圍中可以變化。尤 其是，二元共晶體的形成可以變化，這樣例如在金和錫的體系中可以變化，其方式是例如 C-(Au5Sn)相被設(shè)置為焊劑的主要成分。在本實施例中，會選擇較大的Au Sn比例并且 在支承體上的金層的厚度例如通常被選擇為大約2900nm。不必的是相同地為所有存在的臺地配備有用于第一連接層的焊接材料。代替于 此也可能的是，逐步地分別僅將選擇的臺地通過焊接轉(zhuǎn)移到支承體上，例如在每個臺地串 中僅僅每兩個臺地被轉(zhuǎn)移。所涉及的器件的層在對支承體再分之后從外延襯底被剝離，而 剩余的器件還作為外延層構(gòu)成的臺地保留在外延襯底上。接著，使用帶有另外的第二連接 層的另一支承體并且再次執(zhí)行焊接工藝，使得進一步選擇的器件(例如已將所有剩余的器件)從外延襯底轉(zhuǎn)移到支承體上。轉(zhuǎn)移的過程必要時可以在使用多個支承體的情況下以多 個步驟執(zhí)行，其中始終僅轉(zhuǎn)移器件的確定的部分。臺地從外延襯底的剝離例如可以借助激 光輻射來進行，所述激光輻射尤其是在制造GaN 二極管時能夠?qū)崿F(xiàn)將GaN層從外延襯底局 部受限地剝離。在該方法步驟中，可以類似地采用開頭所說明的現(xiàn)有技術(shù)中的制造方法。參照圖3至圖5描述了這種方法的實施例，在這些附圖中以橫截面圖分別示出了 根據(jù)圖1和圖2的改變過的裝置。在圖3中示出了外延襯底1上的通過臺地中的中間空間 4再分的半導(dǎo)體層5的裝置。在該橫截面中可看到的臺地串的每兩個臺地被配備有由一種 或者更多種焊接材料構(gòu)成的第一連接層2。這些臺地與支承體上的第二連接層3焊接在一 起。半導(dǎo)體層5例如可以被設(shè)置用于制造UV發(fā)光二極管(UV-LED)并且可以是AlGaN，在 AlN構(gòu)成的襯底1上外延地生長。在涂上電接觸涂層和光學反射涂層之后，涂敷阻擋層，這 可以如在傳統(tǒng)方法中進行的那樣并且在圖3中未示出。臺地的再分可以通過光刻技術(shù)來進 行；中間空間4可以通過溝刻蝕來制造。相對低熔點的第一連接層2此處例如可以是50nm 的Ti/2000nm的Bi/150nm的Au，而由較高熔點的接觸材料構(gòu)成的第二連接層3可以整面地 是例如400nm的TiW/2000nm的Au。在焊接之后，支承體10在圖3中通過點劃線的切割線 11標記的部位上被再分，并且所焊的器件從外延襯底1剝離。這可以借助選擇性的激光剝 離方法來進行，利用該激光剝離方法分別將所涉及的器件的半導(dǎo)體層5從外延襯底1剝離。圖4示出了在剝離所焊接的器件12之后的裝置。在該橫截面中可以看到的是，尚 未焊接的器件作為臺地保留在外延襯底1上并且這樣與外延襯底1保持復(fù)合。剩余的臺地 在其它的方法步驟中同樣可以被轉(zhuǎn)移到支承體上。圖5示出了由帶有半導(dǎo)體層5的剩余部分的外延襯底1構(gòu)成的裝置，半導(dǎo)體層5 的這些剩余部分現(xiàn)在被配備有由熔點相對低的焊接材料構(gòu)成的另外的第一連接層2。也為 了轉(zhuǎn)移這些器件，使用另一支承體10a，該另一支承體IOa帶有由熔點較高的接觸材料構(gòu)成 的另外的第二連接層3a。從這里開始，其余的方法步驟對應(yīng)于前面所描述的實施例。
權(quán)利要求
一種以薄膜技術(shù)制造光電子器件的方法，其中， 在外延襯底(1)上制造針對光電子器件所設(shè)置的層結(jié)構(gòu)(5，6，7)， 根據(jù)所設(shè)置的將臺地劃分成單個器件來結(jié)構(gòu)化層結(jié)構(gòu)(5，6，7)， 第一連接層(2)被涂敷到臺地的上側(cè)上， 第二連接層(3)被涂敷在支承體(10)上， 第一連接層(2)和第二連接層(3)彼此接觸并且持久地彼此相連，以及 外延襯底(1)被去除，其特征在于， 第一連接層(2)包括一種焊接材料或者更多種焊接材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，第二連接層(3)包括與焊接材料相比熔點更高的 材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，焊接材料是共晶混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其中，第一連接層(2)借助剝離技術(shù)根據(jù)臺地 被結(jié)構(gòu)化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其中，第一連接層(2)包含錫。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，第一連接層(2)包含金和錫。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其中，第一連接層(2)包括金和鉍。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其中，支承體(10)是鍺，并且第一連接層(2) 和第二連接層(3)包括金。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其中，支承體(10)是硅，并且第一連接層(2) 和第二連接層(3)包括金。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9之一所述的方法，其中，第一連接層(2)被涂敷在阻擋層(7) 上，并且該阻擋層(7)包含Ti或者TiW。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10之一所述的方法，其中，第二連接層(3)包括Ti/Pt/Au。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11之一所述的方法，其中，臺地的邊緣用含有硅的鈍化層(8)來 覆蓋。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12之一所述的方法，其中，第一連接層(2)僅僅在選擇的臺地上 被制造并且在將第一連接層(2)和第二連接層(3)彼此連接之后僅僅將這樣連接的臺地從 外延襯底(1)去除。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，保留在外延襯底(1)上的臺地的整體或者保留 在外延襯底(1)上的進一步選擇的臺地事后被配備有第一連接層(2)并且被轉(zhuǎn)移到配備有 另外的第二連接層(3a)的另外的支承體(10a)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的方法，其中，轉(zhuǎn)移到支承體(10，10a)上的臺地借助激 光剝離方法從外延襯底(1)被剝離。
全文摘要
在外延襯底(1)上制造對于發(fā)光二極管或者其它光電子器件以薄膜技術(shù)設(shè)置的層結(jié)構(gòu)(5，6，7)，并且該層結(jié)構(gòu)(5，6，7)被配備有第一連接層(2)，該第一連接層(2)包括一種或者更多種焊接材料。在支承體(10)上整面地涂敷第二連接層(3)，并且該第二連接層(3)通過焊接工藝持久地與第一連接層(2)相連。
文檔編號H01L33/00GK101904021SQ200880121612
公開日2010年12月1日 申請日期2008年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月20日
發(fā)明者A·普洛斯爾, V·格羅利爾 申請人:奧斯蘭姆奧普托半導(dǎo)體有限責任公司