專利名稱：薄層封裝、具有薄層封裝的光電子半導體本體和用于制造薄層封裝的方法
技術領域：
提出一種薄層封裝、一種具有薄層封裝的光電子半導體本體和一種用于制造薄層封裝的方法。
發明內容
本發明的目的在于提出一種尤其用于光電子半導體本體的薄層封裝，所述薄層封裝適合于良好地封裝具有形貌上不平坦部的表面。此外，應提出一種具有所述薄層封裝的光電子半導體本體以及一種用于制造所述薄層封裝的方法。所述目的通過具有權利要求1的特征的薄層封裝、通過具有權利要求12的特征的光電子半導體本體和具有權利要求15的步驟的方法來實現。有利的改進形式以及實施形式在從屬權利要求中提出。用于光電子半導體本體的薄層封裝尤其具有以下層:-借助于PVD(物理氣相沉積)法沉積的PVD層，和-借助于CVD(化學氣相沉積)法沉積的CVD層。在PVD法(“physical vapour deposition”,物理氣相沉積)中，將待覆層的表面在一定體積中、例如在容器中提供。此外，在所述體積中提供氣相的原材料。原材料直接地冷凝在表面上進而在表面上構成固態的PVD層。尤其熱蒸鍍以及濺鍍屬于PVD法，在熱蒸鍍中原材料通過施加溫度轉化成氣相，在濺鍍中原材料通過離子轟擊轉化成氣相。此外，電子束蒸鍍也是PVD法，其中原材料借助于電子束轉化成氣相。通常PVD層典型地表示出結晶界限，其中PVD層的擴散系數沿著結晶界限通常明顯高于在體積材料中。在CVD法(“chemical vapour d印osition”,化學氣相沉積)中，同樣在一定體積中提供待覆層的表面。此外，在所述體積中提供至少一種原材料，由所述原材料通過化學反應在待覆層的表面上沉積出固態的CVD層。通常，在所述體積中存在至少一種第二原材料，第一原材料與所述第二原材料在表面上形成固態的CVD層的情況下進行化學反應。因此，CVD法的特征在于待覆層的表面上的至少一種化學反應以用于形成CVD層。通常，化學反應在特定的反應溫度下發生。尤其優選地，待覆層的表面具有使用于形成固態的CVD層的化學反應發生的反應溫度。在化學氣相沉積中也能夠使用多于兩種的原材料。目前，尤其將CVD法理解成以下方法:PECVD法(“plasma enhanced chemicalvapour deposition”，等離子增強化學氣相沉積)，MOCVD 法(“metal organic chemicalvapour deposition”,金屬有機化學氣相沉積),ALD 法(“atomic layer deposition”,原子層沉積)和NLD法(“nano layer deposition”,納米層沉積)。在PECVD法中，通常在化學沉積時點燃在體積中的等離子，而在MOCVD法中，在使用至少一種金屬有機的原始化合物情況下進行化學沉積。
目前將原子層沉積(atomic layer deposition, ALD)稱作CVD法,其中將第一氣態的原材料輸入到體積中，在所述體積中提供待覆層的表面，使得第一氣態的原材料吸附在表面上。在用原材料的原子層或分子層將表面優選完全地或幾乎完全地覆蓋之后，沉積飽和并且不再沉積有另外的材料。隨后，第一原材料中仍氣態的或以還未吸附在表面上存在的部分通常再次從體積中移除并且輸入第二原材料。第二原材料設為用于與在表面上吸附的第一原始化合物在形成固態的ALD層的情況下進行化學反應。這兩種上述的工藝步驟多次重復，直至實現ALD層的期望的厚度。目前將NLD法稱作CVD法，其中在達到層厚的預設值之后，中斷CVD層的層生長。所述預設值優選位于0.5nm和5nm之間，其中包括邊界值。在下一步驟中，對所述層進行等離子處理。通常，通過等離子處理，有利地將氣態的原材料中沒有完全反應掉的剩余物移除，所述剩余物通常是有機性質的。這通常正面地影響層特性。多次重復CVD沉積和等離子處理，直至達到NLD層的期望的層厚。不同于ALD法，借助于NLD法沉積厚度超出原子層的CVD層在工藝步驟中是可能的。目前此外尤其也應將CVD法理解成下述方法，其中在體積中，除了待覆層的表面之外，僅提供唯一的氣態原材料，所述唯一的氣態原材料為了形成固態的CVD層與待覆層的表面的化學基團進行化學反應。例如，能夠在體積中提供氣態的六甲基二硅烷(HMDS)作為原材料，所述原材料與表面上的、例如半導體表面上的OH基團形成作為CVD層的固態的HMDS 層。在形貌上不平坦部的結構薄弱部位能夠在PVD法期間在PVD層中例如通過原材料傾斜地射入到待覆層的表面上、通過由于自身形成的PVD層引起的遮蔽或被沉積的原材料的不足的表面移動性形成。中心思想在于，借助于第二層來封閉PVD層的結構薄弱部位，所述結構薄弱部位尤其能夠存在于待覆層的表面的形貌上的不平坦部。結構薄弱部位通常具有高的縱橫比。由于高的包覆，CVD法尤其適合于進行封閉。有利地，在此描述的薄層封裝通常是相對于侵蝕性液體嚴密密封的，例如將所述薄層封裝用在半導體技術中的濕法化學工藝中。此外，薄層封裝優選基本上是氣密的并且通常阻止原子或離子、例如金屬離子的擴散。尤其優選地，在此描述的具有CVD層和PVD層的薄層封裝適合于能夠相對于環境影響、尤其相對于液體來嚴密密封地封裝具有不平坦部的表面，所述不平坦部具有大于20:1的縱橫比。但是，薄層封裝也適合于可靠地封裝具有較小的縱橫比的結構化的表面。尤其優選地，PVD層和CVD層構成共同的邊界面，也就是說，PVD層和CVD層彼此直接地接觸。根據薄層封裝的一個實施形式，PVD層構成為是導電的。因此，尤其可能的是，產生導電的薄層封裝，經由所述薄層封裝能夠有利地電接觸待封裝的半導體本體。PVD層的厚度優選地位于50nm和400nm之間，其中包括邊界值。根據薄層封裝的一個實施形式，PVD層具有下述材料中的至少一種或由下述材料中的至少一種制成:鈦、鎢、鈦鎢、氮化鈦、氮化鎢、鈦鎢氮化物、鉬、鎳、金、鉭。具有所述材料中的一種或由所述材料中的一種制成的PVD層通常構成為是導電的。
CVD層的厚度優選地位于2nm和20nm之間，其中包括邊界值。根據一個實施形式，CVD層具有下述材料中的一種或由下述材料中的一種制成:硅、氧化硅、氮化硅、氮化鈦。具有硅、氧化硅或氮化硅或由上述材料中的一種制成的CVD層通常構成為是電絕緣的。根據薄層封裝的一個實施形式，CVD層具有電絕緣的材料或由所述材料中的一種制成。有利地，與例如為氮化鈦的導電的材料相比，電絕緣的材料通常能夠明顯成本更低地且以更小的操作耗費借助于CVD法沉積。此外，也可能的是，薄層封裝由多個交替設置的CVD層和PVD層構成。在此，不是必需的是，PVD層和CVD層具有相同的材料和/或相同的厚度。根據一個實施形式，將CVD層以直接接觸的方式施加到PVD層上并且對CVD層進行回蝕，使得CVD層僅填充PVD層中的結構薄弱部位。以這種方式和方法，有利地，當將能導電的材料用于PVD層時，也能夠與具有絕緣材料的CVD層實現能導電的薄層封裝。尤其優選地，PVD層在該實施形式中與待封裝的半導體本體的表面直接地接觸。此夕卜，優選地，薄層封裝在該實施形式中具有僅一個CVD層和僅一個PVD層。尤其優選地，薄層封裝在該實施形式中由唯一的CVD層和唯一的PVD層構成。在面中對CVD層進行回蝕優選地借助于定向的刻蝕法、例如借助于回濺(Ruecksputtern)進行。定向的方法在此能夠理解成,刻蝕以定向的方式和方法進行,這意味著，將材料以各向異性的方式從被刻蝕的表面移除。優選進行回蝕，使得在被覆層的表面上的、不具有形貌上的不平坦部和/或裂縫的部分上的CVD層再次被可靠地移除，反之，CVD層的材料在結構薄弱部位中保留下來。有利地，在所述解決方案中，對CVD材料存在很大的選擇。因此，尤其能夠對CVD層使用例如為氮化硅的絕緣材料，其中盡管如此仍能夠實現導電的薄層封裝。根據另一個實施形式，在回蝕的CVD層上設置有另一 PVD層，所述另一 PVD層同樣借助于CVD法沉積。根據一個實施形式，將CVD層直接地沉積在待覆層的半導體本體上。在CVD層上設置PVD層，所述PVD層優選地與CVD層直接地接觸。在此，PVD層用于保護CVD層免受機械的和/或化學的侵蝕。薄層封裝尤其適合于用在光電子的、優選為發射輻射的半導體本體中。尤其優選地，薄層封裝對半導體本體的例如為電接觸部或反射層的金屬元件相對于環境影響進行封裝。在此，薄層封裝通常集成到半導體本體中。尤其優選地，將薄層封裝以直接接觸的方式施加到待封裝的元件上。此外，薄層封裝適合于密封地封裝研磨過的表面，例如研磨過的晶圓表面，所述研磨過的表面通常由于磨痕而強烈地裂開。根據光電子半導體本體的一個實施形式，金屬元件具有下述材料中的至少一種或由下述材料中的至少一種制成:銀、鋁、金、鈦、鎳。反射的金屬層例如能夠設為用于反射在半導體本體的外延的半導體層序列的有源區中產生的電磁輻射。金屬層的厚度優選地位于50nm和250nm之間，其中包括邊界值。優選地，反射的金屬層沒有完全地覆蓋外延的半導體層序列，而是在側向至少空出外延的半導體層序列的子區域。因此，在半導體層序列-金屬層的表面上出現棱，所述棱是形貌上的不平坦部。尤其地，金屬層例如在制造半導體本體時對濕法化學工藝是敏感的。對此，必須至少針對液體來可靠地封裝金屬層。對此，尤其地，如同在上文中描述的薄層封裝是適合的。光電子半導體本體例如能夠為發光二極管或尤其優選為薄膜發光二極管。薄膜發光二極管目前理解成下述發光二極管，在所述發光二極管中將用于外延的半導體層序列的外延生長的生長襯底從外延的半導體層序列移除或打薄，使得生長襯底本身不再適合于使外延的半導體層序列機械地穩定。對此，在薄膜發光二極管中設有單獨施加的支承體，所述支承體設置在金屬層上或上方。用于制造薄層封裝的方法，尤其包括以下步驟:-借助于PVD法沉積PVD層，并且-借助于CVD法沉積CVD層。此外，在上文中結合薄層封裝描述的特征也能夠為制造方法的一部分。
本發明的其他的有利實施形式和改進方案接下來從結合附圖描述的實施例中得出。圖1A至IC示出在用于制造根據一個實施例的薄層封裝的不同方法階段期間的光電子半導體本體的示意剖面圖，圖2示出具有根據另一實施例的薄層封裝的光電子半導體本體的示意剖面圖，圖3A、3B和3C示出在制造根據另一實施例的薄層封裝時在不同的方法階段期間的光電子半導體本體的示意剖面圖，圖4示出具有根據另一實施例的薄層封裝的半導體本體的示意剖面圖。圖5A、5B和5C示出在其中制造根據另一實施例的薄層封裝的生產步驟期間的半導體本體的示意剖面圖。
具體實施例方式相同的、相同類型的或起相同作用的元件在圖中設有相同的附圖標記。附圖和在附圖中示出的元件彼此間的大小比例不能視作是按照比例的。相反地，為了更好的可視性和/或為了更好的理解，能夠夸大地示出各個元件，尤其是層厚。根據圖1A的實施例的光電子半導體本體具有外延的半導體層序列1，所述外延的半導體層序列具有用于產生輻射的有源區2。有源區2優選地包括的pn結、雙異質結構、單量子阱或尤其優選多量子阱結構(MQW)，以用于產生輻射。術語量子阱結構在此不包含關于量子化的維數的說明。因此，所述量子阱結構還包括量子阱、量子線和量子點以及所述結構的任意組合。外延的半導體層序列I在生長襯底3上外延地生長。將金屬層4作為金屬元件以直接接觸的方式施加到外延的半導體層序列I的與生長襯底3對置的側上，所述金屬層適合于反射有源區2的輻射。金屬層4在此優選地由銀形成或者具有銀。金屬層4的厚度通常位于50nm和250nm之間，其中包括邊界值。金屬層4設為用于將在有源區2中產生的輻射朝半導體本體的發射輻射的前側5反射。金屬層4目前沒有在外延的半導體層序列I的整個表面上施加，而是僅覆蓋外延的半導體層序列I的表面的子區域。在金屬層4的側向，外延的半導體層序列I的表面的各個子區域沒有金屬層4。目前,在金屬層4上和在外延的半導體層序列I的側向露出的表面上設置有PVD層6，所述PVD層借助于PVD法沉積。PVD層6與金屬層4并且與外延的半導體層序列I的表面直接接觸。PVD層6優選地具有50nm和400nm之間的厚度，其中包括邊界值。PVD層6目前構成為是導電的。所述PVD層例如具有鈦鎢氮化物。替選地，PVD層6也能夠具有下述材料中的一種或由下述材料中的一種制成:鈦、鎢、鈦鎢、氮化鈦、氮化鎢、鈦鎢氮化物、鉬、鎳、金、鉭。PVD層6由于其制造工藝而具有結晶界限7。由于金屬層4的厚度，在半導體本體的表面中，在從金屬層4到外延的半導體層序列I的過渡部上分別存在棱8。由于通過兩個棱8形成的形貌上的不平坦部，PVD層6在所述位置上具有裂縫9。為了填充PVD層6內的裂縫9，現在在下一方法步驟中將CVD層10借助于CVD法以直接接觸的方式沉積到PVD層6上(圖1B)。PVD層6和CVD層10目前構成薄層封裝11。如果能實現導電的薄層封裝11，例如以便能夠通過薄層封裝11電接觸外延的半導體層序列1，那么CVD層10由導電的原材料、例如由氮化鈦形成。CVD層10的厚度優選地位于2nm和20nm之間，其中包括邊界值。CVD層10填充位于其下方的PVD層6中的裂縫9并且也密封結晶界限7。以所述方式和方法，薄層封裝11可靠地尤其相對于液體密封敏感的金屬層4。在下一個步驟中，將支承體12設置在薄層封裝11上或上方并且移除或打薄生長襯底3，使得所述生長襯底不再單獨地使外延的半導體層序列I足夠地機械穩定。替代生長襯底3，支承體12使外延的半導體層序列I機械地穩定(圖1C)。與根據圖1C的實施例的光電子半導體本體不同地，根據圖2的實施例的光電子半導體本體具有下述薄層封裝11，在所述薄層封裝中，CVD層10直接接觸金屬層4。此外，CVD層10也在金屬層4側向設置在外延的半導體層序列I的表面上。此外，將PVD層6以直接接觸的方式設置到CVD層10上。PVD層6在此用于保護CVD層10免受機械的和化學的侵蝕。在根據圖3A的實施例的光電子半導體本體中，不同于根據圖1B的方法階段，CVD層10構成為電絕緣的。對此，CVD層10優選包括氮化硅或由氮化硅制成。在下一個方法步驟中，如同在圖3B中可見，借助于定向的方法、例如借助于濺鍍對電絕緣的CVD層10進行回蝕。在回蝕時，PVD層6的表面中的、不具有由于位于所述PVD層下方的棱8而產生的薄弱部位的部分被完全地露出。僅分別在金屬層4側向的裂縫9還由CVD層6的材料嚴密密封地填充，其中所述裂縫由于金屬層4和外延的半導體層序列I之間的高度差而在PVD層6中產生。在下一方法步驟中，另一 PVD層13借助于PVD法沉積(圖3C)。所述另一 PVD層13在第一 PVD層6的空出的表面上與所述第一 PVD層直接地接觸。所述另一 PVD層13例如能夠如同第一 PVD層6來構造。在根據圖4的實施例的半導體本體中的薄層封裝11具有PVD層6，所述PVD層以直接接觸的方式借助于PVD法沉積到金屬層4上。PVD層6例如具有約為IOOnm的厚度并且由鈦鎢氮化物形成。將CVD層10借助于CVD法以直接接觸的方式沉積到PVD層6上。CVD層10例如具有約為IOnm的厚度并且由氮化鈦形成。將另一 PVD層13借助于PVD法以直接接觸的方式沉積到CVD層10上。所述另一 PVD層13在當前實施例中如同第一 PVD層6地構成。替選地，也可能的是，所述另一 PVD層13在材料組分和/或厚度方面不同于PVD層6。薄層封裝11目前通過第一 PVD層6、CVD層10和另一 PVD層13形成。因為第一 PVD層6、CVD層10和另一 PVD層13由導電的材料形成，薄層封裝11也構成為是導電的。在根據圖5A至5C的實施例的方法中制造的光電子半導體本體包括帶有有源區2的半導體層序列1，所述有源區2適合于產生電磁輻射。半導體層序列I在生長襯底3上外延地生長。半導體層序列I具有階梯形的凹陷部，所述凹陷部穿透有源區2并且在先前的方法步驟中例如通過干法刻蝕制造。在階梯形的凹陷部側向，將第一電接觸部14設置到半導體層序列I上，所述第一電接觸部也能夠環形地圍繞整個半導體本體設置。第一電接觸部14例如能夠為P型接觸部。此外，在P型接觸部上施加絕緣層15，所述絕緣層例如包括氧化硅或由氧化硅形成。在絕緣層15上施加光刻膠層16，所述光刻膠層空出階梯形凹陷部的中央凹部17。在階梯形凹陷部的中央凹部17中，在圖5A的方法步驟期間，沉積用于形成例如為η型接觸部的第二電接觸部19的金屬材料18。金屬材料18的沉積例如能夠通過電子束蒸鍍或熱蒸鍍進行。如同在圖5Α中通過箭頭表明，能夠在此略微傾斜地進行材料涂覆。因此，在中央凹部17的側面上形成沒有金屬材料18的區域，而在另一側面上聚集過量的材料。以所述方式和方法，在中央凹部17的側面上構成形貌上的不平坦部。通過在中央凹部17中沉積金屬材料18而形成的第二電接觸部19是例如具有下述材料中的一種或由下述材料中的一種制成的金屬元件:銀、鋁、金、鈦、鎳。在下一沒有示出的方法步驟中移除光刻膠層16。在下一方法步驟中，為了封裝第二電接觸部19，如同在圖5Β中示出，在半導體本體上沉積PVD層6。PVD層6以直接接觸的方式設置到第二金屬接觸部上。在形貌上的不平坦部上能夠構成PVD層6中的薄弱部位。在下一方法步驟中，如同在圖5C中示出，因此將CVD層10以直接接觸的方式沉積到PVD層6上，所述CVD層嚴密地封閉存在的薄弱部位。目前，薄層封裝11由PVD層6和CVD層10導電地構成，使得能夠通過薄層封裝11電接觸有源區2。在下一目前沒有示出的方法步驟中，通常在背側將例如由鍺或硅制成的支承體施加到CVD層10上。支承體通常借助于合適的焊料與CVD層10連接。最終，將生長襯底3從外延的半導體層序列I移除。半導體本體的由此露出的側通常設作為輻射出射面。本申請要求德國專利申請DE102010044738.2的優先權，其公開內容在此通過引用并入本文。本發明不局限于根據實施例進行的描述。相反地，本發明包括每個新特征以及特征的任意的組合，這尤其是包含在權利要求中的特征的任意的組合，即使所述特征或所述組合自身沒有明確地在權利要求中或實施例中說明時也如此。
權利要求
1.用于光電子半導體本體的薄層封裝(11)，具有: -借助于PVD法沉積的PVD層(6 )，和 -借助于CVD法沉積的CVD層(10)。
2.根據上一項權利要求所述的薄層封裝(11)，其中所述PVD層(6)和所述CVD層(10)構成共同的邊界面。
3.根據上一項權利要求所述的薄層封裝(11)，其中所述PVD層(6)構成為是導電的。
4.根據上述權利要求之一所述的薄層封裝(11)，其中所述PVD層(6)的厚度位于50nm和400nm之間，其中包括邊界值。
5.根據上述權利要求之一所述的薄層封裝(11)，其中所述PVD層(6)具有下述材料中的一種:鈦、鎢、鈦鎢、氮化鈦、氮化鎢、鈦鎢氮化物、鉬、鎳、金、鉭。
6.根據上述權利要求之一所述的薄層封裝(11)，其中所述CVD層(10)的厚度位于2nm和20nm之間，其中包括邊界值。
7.根據上述權利要求之一所述的薄層封裝(11)，其中所述CVD層(10)具有下述材料中的一種:娃、氧化娃、氮化娃、氮化鈦。
8.根據上述權利要求之一所述的薄層封裝(11)，所述薄層封裝具有多個交替設置的CVD 層(10)和 PVD 層(6，13)。
9.根據上述權利要求之一所述的薄層封裝(11)，其中 -所述CVD層(10 )直接地施加在所述PVD層(6 )上，并且 -對所述CVD層(10)進行回蝕，使得所述CVD層(10)僅填充在所述PVD層(6)中的薄弱部位。
10.根據上一項權利要求所述的薄層封裝(11)，其中在回蝕的所述CVD層(10)上設置借助于PVD法沉積的另一 PVD層(13 )。
11.根據權利要求9至10之一所述的薄層封裝(11)，其中所述CVD層(10)具有電絕緣的材料。
12.具有根據上述權利要求之一所述的薄層封裝(11)的光電子半導體本體，所述薄層封裝對所述半導體本體的金屬元件進行封裝。
13.根據上一項權利要求所述的光電子半導體本體，其中所述金屬元件是電接觸部或反射層(4)。
14.根據權利要求12至13之一所述的光電子半導體本體，其中所述金屬元件具有下述材料中的一種:銀、招、金、欽、鎮。
15.用于制造薄層封裝(11)的方法，具有以下步驟: -借助于PVD法沉積PVD層(6 )，和 -借助于CVD法沉積CVD層(10)。
全文摘要
提出一種用于光電子半導體本體的薄層封裝(11)，所述薄層封裝具有借助于PVD法沉積的PVD層(6)和借助于CVD法沉積的CVD層(10)。此外，提出一種具有薄層封裝的光電子半導體本體和一種用于制造薄層封裝的方法。
文檔編號H01L33/40GK103109384SQ201180043513
公開日2013年5月15日 申請日期2011年8月16日 優先權日2010年9月8日
發明者弗朗茨·埃伯哈德, 塞巴斯蒂安·特格爾, 科比尼安·佩爾茨爾邁爾 申請人:歐司朗光電半導體有限公司