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WO2020079159A1 - Herstellungsverfahren für ein elektronisches bauelement mit dem ein halbleiterchip justiert auf einen anschlussträger gesetzt wird, entsprechendes elektronisches bauelement, sowie entsprechender halbleiterchip und herstellungverfahren dafür - Google Patents

Herstellungsverfahren für ein elektronisches bauelement mit dem ein halbleiterchip justiert auf einen anschlussträger gesetzt wird, entsprechendes elektronisches bauelement, sowie entsprechender halbleiterchip und herstellungverfahren dafür Download PDF

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Publication number
WO2020079159A1
WO2020079159A1 PCT/EP2019/078233 EP2019078233W WO2020079159A1 WO 2020079159 A1 WO2020079159 A1 WO 2020079159A1 EP 2019078233 W EP2019078233 W EP 2019078233W WO 2020079159 A1 WO2020079159 A1 WO 2020079159A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
contact
contact pins
adjustment
semiconductor chip
adjustment pin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2019/078233
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mathias Wendt
Simeon Katz
Pascal Porten
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority to US17/284,739 priority Critical patent/US11842980B2/en
Priority to CN201980067647.7A priority patent/CN113169078B/zh
Publication of WO2020079159A1 publication Critical patent/WO2020079159A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/011—Manufacture or treatment of image sensors covered by group H10F39/12
    • H10W72/20—
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/01—Manufacture or treatment
    • H10H20/036—Manufacture or treatment of packages
    • H10H20/0364—Manufacture or treatment of packages of interconnections
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/857—Interconnections, e.g. lead-frames, bond wires or solder balls
    • H10W72/012—
    • H10W72/01204—
    • H10W72/01215—
    • H10W72/01235—
    • H10W72/01251—
    • H10W72/01253—
    • H10W72/0198—
    • H10W72/072—
    • H10W72/07207—
    • H10W72/07227—
    • H10W72/07236—
    • H10W72/07252—
    • H10W72/221—
    • H10W72/227—
    • H10W72/232—
    • H10W72/234—
    • H10W72/248—
    • H10W72/252—
    • H10W72/255—
    • H10W72/267—
    • H10W72/285—
    • H10W72/29—
    • H10W72/9415—
    • H10W72/952—
    • H10W90/00—
    • H10W90/722—
    • H10W90/724—

Definitions

  • a method for producing an electronic component is specified.
  • a method for producing an electronic component is specified.
  • One object to be achieved is to specify a method for producing an electronic component with which a semiconductor chip is placed on a connection carrier in an adjusted manner.
  • Other tasks to be solved are a semiconductor chip for such a method and an electronic component using this method
  • Another problem to be solved is to specify a method for producing such a semiconductor chip.
  • the component is preferably an optoelectronic component.
  • the method for producing an electronic component comprises one
  • Step A) in which a semiconductor chip is provided.
  • the semiconductor chip comprises an underside, a plurality of contact pins and at least one adjustment pin.
  • the contact pins and the adjustment pin protrude from the bottom.
  • the contact pins are set up to make electrical contact with the semiconductor chip.
  • the semiconductor chip comprises, for example, at least four or at least 16 or at least 36 or at least 64 or
  • the contact pins serve
  • the contact pins are preferably metallic.
  • they include or exist
  • the contact pins are preferably in one piece or in one piece
  • the semiconductor chip comprises at least one, preferably
  • the adjustment pin is preferably not used for contacting the semiconductor chip and is, for example, electrically insulated from the semiconductor material of the semiconductor chip.
  • the adjustment pin can be made of metal.
  • the adjustment pen comprises or consists of one or more of the
  • the adjustment pin is preferably formed in one piece or in one piece.
  • the contact pins and / or the adjustment pin protrude from the underside, for example, at least 1 ⁇ m or at least 2 ⁇ m or at least 5 ⁇ m.
  • the contact pins and / or the adjustment pin can protrude from the underside by a maximum of 30 ⁇ m or a maximum of 15 ⁇ m or a maximum of 10 ⁇ m.
  • a diameter of the contact pins and / or the adjustment pin, measured parallel to the underside, is, for example, at least 1 ⁇ m or at least 2 ⁇ m or at least 5 ⁇ m.
  • the adjustment pin is preferably formed in one piece or in one piece.
  • the contact pins and / or the adjustment pin protrude from the underside, for example, at least 1 ⁇ m or at least 2 ⁇ m or at least 5 ⁇ m.
  • the contact pins and / or the adjustment pin measured parallel to the underside, is, for example, at least 1 ⁇ m or at
  • Diameter of the contact pins and / or the adjustment pin may be at most 30 ⁇ m or at most 15 ⁇ m or at most 10 ⁇ m.
  • the contact pins are, for example, cylindrical or cuboid. In the one from the bottom
  • the contact pins can also have
  • An extension of the contact pins perpendicular to the underside is preferably greater than parallel to the underside.
  • the adjustment pin narrows towards the bottom. That is, a diameter of the adjustment pin decreases at least in the area protruding from the bottom in the direction away from the bottom. For example, the adjustment pin narrows monotonously within the manufacturing tolerance.
  • a diameter of the adjustment pin at the narrowest point is, for example, at most half as large or at most 1/3 as large or at most 1/10 as large as at the widest point. For example is the
  • Adjustment pin in the area protruding from the bottom cone-shaped or truncated cone-shaped or pyramid-shaped or truncated pyramid-shaped.
  • the adjustment pin protrudes further from the bottom than the contact pins, especially further than anyone
  • a height of the adjustment pin measured starting from the underside and measured in a direction perpendicular away from the underside, is greater, for example at least 1.5 times as large or at least twice as large or at least three times as large as the height the
  • the diameter of the adjustment pin at the widest point can be at least 1.5 times as large or
  • the semiconductor chip is preferably an optoelectronic
  • the semiconductor chip comprises in particular a semiconductor body with an active layer for generating or for absorbing electromagnetic
  • the semiconductor body is based, for example, on a III-V compound semiconductor material.
  • semiconductor material is a
  • Nitride compound semiconductor material such as Al n In ] __ nm Ga m N, or a phosphide compound semiconductor material, such as
  • Compound semiconductor material such as Al n In ] __ nm Ga m As or
  • the semiconductor body can have dopants and additional constituents. For the sake of simplicity, however, only the essential components of the semiconductor body
  • Crystal lattice of the semiconductor body ie Al, As, Ga, In, N or P, specified, even if this is partly due to low Amounts of other substances can be replaced and / or supplemented.
  • the semiconductor body is preferably based on AlInGaN.
  • the active layer of the semiconductor body includes
  • At least one pn junction and / or at least one quantum well structure in particular at least one pn junction and / or at least one quantum well structure and can, for example, in
  • the semiconductor chip preferably comprises one, in particular exactly one,
  • the active layer can also be segmented.
  • a semiconductor chip is understood here and below to mean an element which can be handled and electrically contacted separately.
  • a semiconductor chip is created, in particular, by singulation from a wafer composite. For example, side surfaces of such a semiconductor chip then have traces from the dicing process of the wafer assembly.
  • Semiconductor chip preferably comprises exactly one originally contiguous area of the semiconductor body grown in the wafer composite.
  • the semiconductor body of the semiconductor chip is preferably designed to be coherent.
  • the main direction of extension of the active layer is
  • the semiconductor chip also comprises, for example, a growth substrate on which the entire semiconductor body has grown.
  • a top side of the semiconductor chip opposite the underside of the semiconductor chip is, for example, as
  • Radiation side trained. For example, at least 50% of the radiation that is coupled out of the semiconductor chip or that is coupled into the semiconductor chip is coupled in or out via the radiation side.
  • the method comprises a step B), in which a connection carrier with a
  • Top is provided. Several contact recesses and at least one adjustment recess are made in the top.
  • connection carrier is in particular an electronic connection carrier for the electronic one
  • connection carrier is a semiconductor carrier, such as a silicon carrier, with an integrated electronic circuit.
  • the connection carrier can also be a printed circuit board or a carrier based on ceramic.
  • connection carrier preferably comprises an adjustment recess for each adjustment pin. All the information given below on one adjustment well can apply accordingly to all other adjustment wells.
  • the contact recesses and the adjustment recess are made in the top of the connection carrier. This means that the depressions each extend from the top into the connection carrier. For example, they have
  • Contact recesses and / or the adjustment recess each have a depth, measured perpendicular to the top, of at least 2 ym or at least 5 ym.
  • the contact recesses and / or the adjustment recess can each have a depth of at most 30 ⁇ m or at most 15 ⁇ m or at most 10 ⁇ m.
  • the different depressions are preferably separated from one another. That is, the
  • Recesses are not connected to one another by trenches made in the upper side.
  • Contact recesses are at least partially filled with a solder material.
  • the solder material fills the contact recesses to at least 50% or at least 60% or at least 70%.
  • the solder material can fill the contact depressions to a maximum of 90% or a maximum of 80%.
  • the soldering material is preferably a metal, in particular a metal alloy, particularly preferably a eutectic.
  • the solder material includes gallium, indium,
  • the soldering material includes, for example, Galinstan (GalnSn), Galn, Biln, SnAgCu, SnCu, AuSn, InSn, Agln, SnZn, AgSn, AuBi, AgBi.
  • soldering materials preferably hang differently
  • solder material in one contact recess is therefore separated from the solder material in the other contact recesses. In particular, they are
  • the diameters of the contact recesses are preferably selected so that one contact pin fits into each. This means, the diameter of the contact recesses are larger than the diameter of the contact pins. The diameter of one
  • Indentation is measured parallel to the upper side or parallel to a main extension plane of the connection carrier. For example, the contact wells redirect you
  • the diameter of the contact recesses can be at most 100% or at most 75% or at most 50% larger than the diameter of the contact pins.
  • Contact recesses are, for example, cylindrical or cuboid recesses in the connection carrier.
  • a diameter of the adjustment recess is preferably selected such that at least a section of the adjustment pin facing away from the underside fits into the adjustment recess.
  • the entire area of the adjustment pin protruding from the underside preferably fits completely into the
  • the adjustment recess is, for example, a cylindrical or cuboid or conical or frustoconical or pyramidal or
  • connection carrier truncated pyramid-shaped recess in the connection carrier.
  • the method comprises a step C), in which the solder material in the
  • Contact recesses is heated to a joining temperature at which the solder material is at least partially, preferably
  • the joining temperature is therefore above the solidus temperature, preferably above that
  • the method comprises a step D), in which the semiconductor chip is placed on the
  • connection carrier is placed, the contact pins are inserted into a contact recess and the adjustment pin into the adjustment recess.
  • the contact pins are immersed in the melted solder material.
  • Each contact pin is preferred to a contact recess
  • Adjustment recess in the top of the connection carrier is therefore in particular the arrangement of the contact pins and the adjustment pin on the underside of the semiconductor chip
  • each contact pin is one
  • Adjustment pin can be inserted into the adjustment recess.
  • each adjustment pin can preferably be inserted into a specially assigned adjustment recess.
  • the contact pins on the underside of the semiconductor chip are at regular intervals, for example on the grid points of a rectangular grid or one
  • the adjustment pin or pins are arranged, for example, on the edge of the bottom.
  • connection carrier comprises at least as many contact recesses or adjustment recesses as the semiconductor chip contact pins or adjustment pins.
  • the adjustment pin protruding further from the bottom penetrates into the adjustment recess. Due to the narrowing shape of the adjustment pin, the semiconductor chip is automatically aligned with respect to the connection carrier. The contact pins then penetrate into the assigned contact recesses. Each contact pin is preferably melted into
  • the contact pins When the contact pins are immersed in the soldering material, the contact pins are each wetted with the soldering material in an area facing the connection carrier. A region of the contact pins facing away from the connection carrier can remain free of the soldering material.
  • the solder material can be cooled so that it hardens.
  • the solder material it is also possible for the solder material to solidify isothermally as a result of a reaction with the contact pins.
  • Steps A) to D) are preferably carried out in the order given and in succession.
  • the method for producing an electronic component comprises a step A) in which a semiconductor chip with an underside, with a plurality of contact pins and with at least one
  • Adjustment pen is provided.
  • the contact pins and the Adjustment pins protrude from the bottom.
  • the contact pins are for electrical contacting of the
  • connection carrier with a
  • the contact recesses are at least partially filled with a solder material.
  • connection carrier Semiconductor chip placed on the connection carrier, the contact pins in each case in a contact recess and the
  • Adjustment pin are inserted into the adjustment recess.
  • the contact pins are immersed in the melted solder material.
  • the present invention is based in particular on the knowledge that, in the case of highly pixelated, optoelectronic semiconductor chips, for example with a pixel size of approximately 10 ⁇ m and a total dimension of approximately 20 mm ⁇ 20 mm, these semiconductor chips must be set with an adjustment tolerance of at most 10 ⁇ m. Boundary conditions such as the bending of the semiconductor chip and the reliability and mechanical stability of the
  • the semiconductor chip can be reliably applied even with very small distances between the contact pins.
  • Adjustment recess ensure correct alignment of the Semiconductor chips already during placement and before the contact pins in the associated contact recesses
  • Adjustment tolerance can be achieved with very thin contact pins, i.e. with a small diameter.
  • the height of the entire component can be varied via the height of the contact pins.
  • Adjustment recess a larger diameter than that
  • the diameter is the
  • Adjustment pen at the narrowest point preferably larger than the widest point.
  • the narrowest point preferably larger than the widest point.
  • Adjustment recess has a diameter that is at least 10% or at least 20% or at least 50% larger than the adjustment pin at the widest point.
  • the diameter of the adjustment recess is particularly preferably at most twice as large or 1.75 times as large or at most 1.5 times as large as the diameter of the adjustment pin at the widest point.
  • a depth of the adjustment recess is greater than the depth of the
  • Adjustment recess at least 1.5 times or at least twice or at least three times the depths the contact wells. Depths are measured perpendicular to the top of the connection carrier.
  • the soldering material and the material of the contact pins are selected such that the
  • step D) a reaction takes place between the solder material and the material of the contact pins, by means of which the solder material solidifies isothermally.
  • the joining temperature is chosen so that it is below the melting point of the
  • the solder material can be AuSn.
  • Contact pins can be made of platinum.
  • the melting temperature of the soldering material is then around 280 ° C.
  • AuSn reacts with platinum, which leads to isothermal solidification.
  • the melting temperature of the resulting compound is over 400 ° C.
  • Soldering materials are also suitable for Ni or Au-based
  • the joining temperature can advantageously be in the range between the melting temperature of the soldering material and the
  • Semiconductor layer sequence of the semiconductor chip can be set. In particular, if the semiconductor layer sequence of the semiconductor chip is arranged on a growth substrate, this can be severely strained. When putting on the This support can be counteracted by connecting carriers and by setting an appropriate joining temperature. The growth substrate can then be detached, for example.
  • the method makes the semiconductor chip on the connection carrier electrical
  • the contact pins are connected to corresponding contact elements of the connection carrier in an electrically conductive manner.
  • connection is mediated by the solder material.
  • the semiconductor chip can then be energized, for example, via the connection carrier and operated as intended.
  • the adjustment pen is used in
  • the semiconductor chip is a pixelated, optoelectronic semiconductor chip. That is, the semiconductor chip comprises a plurality of fields, English pixels, which are preferably individual and independent
  • the active layer of the semiconductor body can be any active layer of the semiconductor body.
  • each pixel can have a lateral dimension, measured parallel to the underside of the semiconductor chip, of at most 250 ⁇ m or at most 150 ⁇ m or at most 50 ⁇ m or at most 10 ⁇ m.
  • the pixels can each have a lateral extent of
  • Semiconductor chip comprises, for example, at least four or at least 16 or at least 36 or at least 64 or at least 100 such pixels.
  • a pixel or field is assigned to each contact pin, in particular uniquely assigned. However, several pixels can also be assigned to one contact pin.
  • Charge carriers via the contact pin can thus operate the assigned pixel or pixels, preferably exclusively the assigned pixel or pixels.
  • Connection carrier a plurality of electronic switches.
  • the electronic switches can be integrated in the connection carrier.
  • the switches are for example
  • Semiconductor chips are preferably each contact pin electrically connected to a switch.
  • the individual pixels of the pixelated semiconductor chip can be switched can be controlled and operated individually and independently of one another.
  • step D) the contact pins are immersed so far in the melted solder material that in each contact recess the volume of the displaced solder material is at least 10% or at least 15% or at least 20% or at least 30% or at least 50% or at least 70 % of the total volume of the solder material in the contact recess is.
  • the volume of the displaced solder material is at most 90% or at most 80% or at most 50% or at most 20% of the total volume of the solder material.
  • the amount of solder material, the shape of the contact recess and the shape of the contact pin are each chosen so that a lot of melted solder material comes into contact with the contact pin, which favors isothermal solidification.
  • the upper side of the connection carrier in the region outside the contact recesses and the adjustment recess is less wettable with the melted solder material than the contact pins.
  • the areas of the upper side outside the contact recesses and the adjustment recess are preferably not wettable with the melted solder material.
  • the distance between two adjacent contact pins is at least 1 ⁇ m or at least 2 ⁇ m or at least 5 ⁇ m.
  • the distance between two adjacent contact pins can be at most 50 ⁇ m or at most 20 ⁇ m or at most 10 ⁇ m. The distances are there
  • the distances between the centers of gravity of the contact pins are defined, for example, as the distances between the centers of gravity of the contact pins. Accordingly, the distances between the centers of gravity or centers of the
  • Adjustment pins for the closest contact pin can be in the areas mentioned.
  • a growth substrate of the semiconductor chip is detached before step D).
  • the semiconductor chip therefore also comprises a growth substrate, for example a sapphire substrate, on which the semiconductor layer sequence has been grown epitaxially.
  • a growth substrate for example a sapphire substrate
  • the semiconductor layer sequence has been grown epitaxially.
  • the growth substrate of the semiconductor chip is only detached after it has been placed and fastened on the connection carrier.
  • the semiconductor chip can be used, for example, as a semiconductor chip in the method described above. All in
  • Semiconductor chip a semiconductor body, a bottom, a plurality of contact pins and at least one adjustment pin.
  • the contact pins and the adjustment pin each protrude from the bottom.
  • the contact pins are set up to make electrical contact with the semiconductor body.
  • Adjustment pin narrows toward the away from the Bottom.
  • the adjustment pin protrudes further from the bottom than the contact pins.
  • the semiconductor chip can be a so-called volume emitter, in particular a flip chip.
  • the semiconductor chip preferably also comprises the growth substrate, which is formed, for example, from sapphire.
  • the semiconductor chip is preferably a surface emitter, in particular a so-called thin-film chip, in which the growth substrate is detached.
  • the adjustment pin is electrically insulated from the semiconductor body.
  • an electrically insulating layer is formed between the adjustment pin and the semiconductor body.
  • the electrically insulating layer can comprise or consist of, for example, silicon oxide or silicon nitride or aluminum oxide.
  • the electronic component comprises, for example, a semiconductor chip as described above. Furthermore, that
  • this comprises
  • the electronic component a semiconductor chip according to at least one of the previously described embodiments. Furthermore, the electronic component comprises a connection carrier with an upper side into which a plurality of contact recesses and at least one adjustment recess is introduced.
  • Contact recesses are at least partially filled with a solder material.
  • the semiconductor chip is face down on the
  • connection carrier Mounted on top of the connection carrier. Each contact pin is a contact recess and the adjustment pin
  • the contact pins each protrude into a contact recess.
  • the adjustment pin protrudes into the adjustment recess.
  • the contact pins are each integrally connected to the soldering material of the contact recesses.
  • the contact pins are preferably not completely arranged in the contact recesses, but are
  • connection carrier and towards the bottom of the semiconductor chip, the contact pins protrude the top of the
  • Connection carrier for example by at least 500 nm or at least 1 ym.
  • outside of the depressions are preferably free of the solder material.
  • the semiconductor chip is electrically connected to the connection carrier via the contact pins and via the solder material.
  • the method for producing a semiconductor chip comprises a step A) in which a base body with a semiconductor body and an underside is provided. There are several contact pins and at least one adjustment pin on the semiconductor body
  • the contact pins are for electrical contacting of the
  • the adjustment pin protrudes further from the bottom than the contact pins.
  • the diameter of the adjustment pin is essentially constant over the entire height of the adjustment pin.
  • a shaped body is formed on the semiconductor body in the area next to the adjustment pin, the shaped body being the
  • Adjustment pin formed on the side.
  • an etching process is carried out, an etchant being applied to the sides of the shaped body and the adjustment pin facing away from the semiconductor body.
  • the etchant attacks the molded body and the adjustment pin and points for the
  • Molded body has a higher etching rate than for the alignment pin.
  • the etching process is carried out until the shape of the adjustment pin has changed such that the
  • the adjustment pin has the shape of a cuboid or a cylinder, for example.
  • the height of the adjustment pin is the extension perpendicular to the underside.
  • the molded body can, for example, be a plastic, for example benzocyclobutene, or a photoresist, or a
  • the molded body preferably reshapes the adjustment pin in such a way that the molded body is directly adjacent to the adjustment pin and reshapes it.
  • the molded body can also laterally deform the contact pins.
  • a wet chemical etchant such as KOH or a mixture of H2O2 and H2SO4, is particularly suitable as the etchant in step C). But also dry chemical ones
  • the etching rate of the etchant for the molded body is
  • the etching rate for the shaped body is additionally at most 10 times or at most 5 times as large as for the adjustment pen. The consequence of this is that the etchant etches away the molded body faster than that
  • the base body can, for example, be separated into a plurality of semiconductor chips. This means that the base body is, for example, a wafer assembly during steps A) to C). Alternatively, it is also possible that the base body with the contact pins and the adjustment pins formed in step C) already has the
  • the etching process in step C) is carried out until the shaped body
  • the etching agent does not attack the underside of the base body, for example, so that the etching process automatically stops on the underside.
  • the adjustment pin is in a second
  • Electroplating process is preferably only increased the height of the adjustment pin, but not the contact pins. That is, the second electroplating process is not applied to the contact pins.
  • Embodiment of the method for producing an electronic component shown. 1A simultaneously shows an exemplary embodiment of the semiconductor chip 2 in FIG
  • the semiconductor chip 2 comprises a semiconductor body 26 and an electrically insulating layer 27 on the
  • Semiconductor body 26 The side of the electrically insulating layer 27 facing away from the semiconductor body 26 forms an underside 20 of the semiconductor chip 2.
  • the semiconductor body 26 is based, for example, on a nitride compound semiconductor material.
  • the semiconductor body 26 comprises, for example, an active layer for generating or for absorbing electromagnetic radiation.
  • Semiconductor chip 2 is, in particular, an optoelectronic semiconductor chip 2.
  • the semiconductor chip 2 has contact pins 21 which are
  • the contact pins 21 are made of nickel, for example.
  • the semiconductor chip 2 comprises two adjustment pins 25, which are also predominantly made of nickel, for example.
  • the contact pins 21 and the adjustment pins 25 protrude from the underside 20.
  • the adjustment pins 25 protrude further from the bottom than the contact pins 21.
  • the adjustment pins 25 each have the shape of a truncated cone or truncated pyramid, for example.
  • Adjustment pins 25 each comprise a cover element 250, for example made of platinum.
  • connection carrier 1 is additionally shown in FIG. 1A.
  • the connection carrier 1 is, for example, a silicon-based carrier with an integrated one Circuit.
  • the connection carrier 1 has an upper side 10, into which a contact recess 11 is made for each contact pin 21.
  • an adjustment recess 15 is made in the top 10 for each adjustment pin 25.
  • the adjustment recesses 15 are deeper than that
  • One of the adjustment recesses 15 is cylindrical or cuboid here.
  • the other adjustment recess 25 is pyramid-shaped or conical.
  • An electronic switch 13 is assigned to the contact recesses 11.
  • the switches 13 are, for example, transistors.
  • Each of the contact recesses 11 is partially with one
  • soldering material 12 filled.
  • the solder material 12 is, for example, AuSn.
  • the solder material 12 is
  • FIG. 1B shows a position in the method in which the semiconductor chip 2 with the contact pins 21 is placed on the top 10 of the connection carrier 1. Previously, the solder material 12 was at least partially melted in the contact recesses 11.
  • Narrowing shape of the adjustment pins 25 slide these when inserted over the adjoining the adjustment recesses 15 Edges of the upper side 10. This in turn leads to the semiconductor chip 2 automatically being laterally displaced and / or rotated and thereby adjusted with respect to the connection carrier 1 (see arrows). Then the penetrate
  • the semiconductor chip 2 is in its
  • connection carrier 1 placed on the connection carrier 1.
  • the contact pins 21 are cohesively connected to the solder material 12 in the contact depressions 11 and thus in an electrically conductive manner to the switches 13, for example by isothermal solidification.
  • the figure IC also shows a completed electronic component 100.
  • Embodiment for producing a semiconductor chip shown.
  • the semiconductor chip is
  • a base body for example a wafer composite.
  • the basic body includes one
  • electrically insulating layer 27 forms an underside 20 of the base body.
  • On the bottom 20 is a first
  • Mask layer 41 for example a photoresist layer
  • FIG. 2B shows a second position of the method in which the mask layer 41 is structured using a mask 5.
  • a mask 5 In the present case, a
  • Photolithography process used. By structuring holes in the mask layer 41 at the locations
  • FIG. 2C A third position of the method is shown in FIG. 2C.
  • the electrically insulating layer 27 is additionally provided with holes. Another lithography process was used, for example.
  • FIG. 2D A fourth position of the method is shown in FIG. 2D, in which the contact pins 21 and first sections of the adjustment pins 25 in the region of the holes of the first
  • Mask layer 41 are formed. The contact pins 21 and the first portions of the adjustment pins 25 are formed.
  • the contact pins 21 are electrically conductively connected to the semiconductor body 26.
  • a second mask layer 41 is applied to the first sections of the adjustment pins 25 and the contact pins 21 and these
  • FIG. 2E shows a fifth position of the method in which the second mask layer 42 is structured, for example again by means of a
  • FIG. 2F A sixth position of the method is shown in FIG. 2F, in which, for example, by means of a second
  • Electroplating process the adjustment pins 25 are completed.
  • the heights of the adjustment pins 25 have been increased so that the adjustment pins 25 now protrude further from the underside 20 than the contact pins 21.
  • the adjustment pins 25 have a substantially constant diameter over their entire height.
  • a cover element 250 for example made of platinum, is applied to the sides of the adjustment pins 25 facing away from the semiconductor body 26.
  • the cover elements 250 each have a smaller diameter than the adjustment pins 25.
  • FIG. 2H shows an eighth position in the method in which an etching process is carried out.
  • an etchant is applied to the sides of the adjustment pins 25 and the molded body 4 facing away from the semiconductor body 26
  • FIG. 21 shows a ninth position after the etchant has acted on the adjustment pins 25 and the shaped body 4 for a certain time.
  • the etchant is like that
  • Adjustment pins 25 The cover element 250 are selected such that they are not attacked by the etchant. Because the etchant attacks the molded body 4 more than that Adjustment pins 25, side surfaces of the adjustment pins 25 are partially exposed. It works on these side surfaces
  • FIG. 2J A tenth position is shown in FIG. 2J after the etchant has acted for a little longer.
  • FIG. 2K shows an eleventh position after the etchant has acted for an even longer time.
  • the etchant has completely dissolved the shaped body 4. Due to the different etching rates, the
  • Adjustment pins 25 one each in the direction away from the
  • FIG. 2J shows a completed semiconductor chip 2 at the same time. The base body was previously isolated.
  • FIG. 3 shows a position in the method which essentially corresponds to the position in FIG. 2J.
  • Shaped body 4 is not significantly larger than for the
  • Adjustment pins 25 so that they are almost needle-shaped

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Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements (100) umfasst einen Schritt A), in dem ein Halbleiterchip (2) (z.B. ein pixelierter, optoelektronischer Halbleiterchip (2)) mit einer Unterseite (20), mit einer Mehrzahl von Kontaktstiften (21) und mit zumindest einem Justagestift (25) bereitgestellt wird, die von der Unterseite (20) hervorstehen. Die Kontaktstifte (21) sind zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips (2) eingerichtet. Der Justagestift (25) verschmälert sich in Richtung weg von der Unterseite (20) und steht weiter von der Unterseite (20) hervor als die Kontaktstifte (21). In einem Schritt B) wird ein Anschlussträger (I) mit einer Oberseite (10), in die mehrere Kontaktvertiefungen (II) und zumindest eine Justagevertiefung (15) eingebracht sind, bereitgestellt. Die Kontaktvertiefungen (11) sind jeweils mit einem Lötmaterial (12) zumindest teilweise gefüllt. In einem Schritt C) wird das Lötmaterial (12) in den Kontaktvertiefungen (11) auf eine Fügetemperatur erhitzt, bei der das Lötmaterial (12) zumindest teilweise schmilzt. In einem Schritt D) wird der Halbleiterchip (2) auf den Anschlussträger (1) aufgesetzt, wobei die Kontaktstifte (21) jeweils in eine Kontaktvertiefung (11) und der Justagestift (25) in die Justagevertiefung (15) eingeführt werden. Die Kontaktstifte (21) werden dabei in das aufgeschmolzene Lötmaterial (12) eingetaucht. D as Lötmaterial (12) und das Material der Kontaktstifte (21) können so gewählt sein, dass im Schritt D) und bei der Fügetemperatur das Lötmaterial (12) und die Kontaktstifte (21) durch isotherme Erstarrung stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterchips (2) umfasst die Schritte: A) Bereitstellen eines Grundkörpers mit einem Halbleiterkörper (26) und einer Unterseite (20), wobei auf dem Halbleiterkörper (26) mehrere Kontaktstifte (21) und zumindest ein Justagestift (25) angeordnet sind, die jeweils von der Unterseite (20) hervorstehen, wobei die Kontaktstifte (21) zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterkörpers (26) eingerichtet sind, der Justagestift (25) weiter von der Unterseite (20) hervorsteht als die Kontaktstifte (21) und ein Durchmesser des Justagestifts (25) im Wesentlichen konstant über die gesamte Höhe des Justagestifts (25) ist; B) Ausbilden eines Formkörpers (4) auf dem Halbleiterkörper (26) im Bereich neben dem Justagestift (25), wobei der Formkörper (4) den Justagestift (25) seitlich umformt; C) Durchführen eines Ätzprozesses durch Aufbringen eines Ätzmittels auf die von dem Halbleiterkörper (26) abgewandten Seiten des Formkörpers (4) und des Justagestifts (25), wobei das Ätzmittel den Formkörper (4) und den Justagestift (25) angreift, das Ätzmittel eine höhere Ätz rate für den Formkörper (4) als für den Justagestift (25) aufweist und der Ätzprozess solange durchgeführt wird, bis sich die Form des Justagestifts (25) derart geändert hat, dass sich der Justagestift (25) in Richtung weg von der Unterseite (20) verschmälert. D er Ätzprozess im Schritt C) kann solange durchgeführt werden, bis der Formkörper (4) vollständig entfernt ist. Die Kontaktstifte (22) und der Justagestift (25) können vor dem Schritt A) galvanisch auf dem Halbleiterkörper (26) aufgebracht werden, wobei insbesondere die Kontaktstifte (21) und ein erster Abschnitt des Justagestifts (25) mittels eines ersten Galvanikprozesses gemeinsam hergestellt werden und anschließend der Justagestift (25) in einem zweiten Galvanikprozess fertiggestellt wird.

Description

Beschreibung
HERSTELLUNGSVERFAHREN FÜR EIN ELEKTRONISCHES BAUELEMENT MIT DEM EIN HALBLEITERCHIP JUSTIERT AUF EINEN ANSCHLUSSTRÄGER GESETZT WIRD, ENTSPRECHENDES ELEKTRONISCHES BAUELEMENT, SOWIE ENTSPRECHENDER HALBLEITERCHIP UND HERSTELLUNGVERFAHREN DAFÜR
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements angegeben. Darüber hinaus werden ein
elektronisches Bauelement, ein Halbleiterchip und ein
Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterchips angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements anzugeben, mit dem ein Halbleiterchip justiert auf einen Anschlussträger gesetzt wird. Weitere zu lösende Aufgaben bestehen darin, einen Halbleiterchip für ein solches Verfahren sowie ein elektronisches Bauelement, das mit diesem Verfahren
herstellbar ist, anzugeben. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiterchips anzugeben.
Diese Aufgaben werden unter anderem durch die Gegenstände und Verfahren der unabhängigen Patentansprüche sowie des
Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der übrigen abhängigen
Patentansprüche .
Zunächst wird ein Verfahren zur Herstellung eines
elektronischen Bauelements angegeben. Das elektronische
Bauelement ist bevorzugt ein optoelektronisches Bauelement.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements einen
Schritt A) , in dem ein Halbleiterchip bereitgestellt wird. Der Halbleiterchip umfasst eine Unterseite, eine Mehrzahl von Kontaktstiften und zumindest einen Justagestift. Die
Kontaktstifte und der Justagestift stehen von der Unterseite hervor. Die Kontaktstifte sind zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips eingerichtet. Der Justagestift
verschmälert sich in Richtung weg von der Unterseite und steht weiter von der Unterseite hervor als die Kontaktstifte .
Der Halbleiterchip umfasst zum Beispiel zumindest vier oder zumindest 16 oder zumindest 36 oder zumindest 64 oder
zumindest 100 Kontaktstifte . Die Kontaktstifte dienen
insbesondere zur externen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips. Die Kontaktstifte sind bevorzugt metallisch ausgebildet. Zum Beispiel umfassen oder bestehen die
Kontaktstifte aus einem oder mehreren der folgenden
Materialien: Platin, Nickel oder Gold. Bevorzugt sind die Kontaktstifte einstückig beziehungsweise einteilig
ausgebildet .
Der Halbleiterchip umfasst zumindest einen, bevorzugt
mehrere, zum Beispiel zumindest zwei oder zumindest vier, Justagestifte. Alle im Folgenden gemachten Angaben bezüglich des einen Justagestifts können für alle anderen Justagestifte entsprechend gelten.
Der Justagestift dient bevorzugt nicht zur Kontaktierung des Halbleiterchips und ist beispielsweise vom Halbleitermaterial des Halbleiterchips elektrisch isoliert. Der Justagestift kann metallisch ausgebildet sein. Zum Beispiel umfasst oder besteht der Justagestift aus einem oder mehreren der
folgenden Materialien: Platin, Nickel oder Gold. Bevorzugt ist der Justagestift einstückig beziehungsweise einteilig ausgebildet . Die Kontaktstifte und/oder der Justagestift stehen von der Unterseite beispielsweise zumindest 1 ym oder zumindest 2 ym oder zumindest 5 ym hervor. Alternativ oder zusätzlich können die Kontaktstifte und/oder der Justagestift höchstens 30 ym oder höchstens 15 ym oder höchstens 10 ym von der Unterseite hervorstehen. Ein Durchmesser der Kontaktstifte und/oder des Justagestifts, gemessen parallel zur Unterseite, beträgt beispielsweise zumindest 1 ym oder zumindest 2 ym oder zumindest 5 ym. Alternativ oder zusätzlich kann der
Durchmesser der Kontaktstifte und/oder des Justagestifts höchstens 30 ym oder höchstens 15 ym oder höchstens 10 ym sein .
Die Kontaktstifte sind beispielsweise zylinderförmig oder quaderförmig ausgebildet. In dem von der Unterseite
hervorstehenden Bereich können die Kontaktstifte auch
pyramidenförmig oder pyramidenstumpfförmig oder kegelförmig oder kegelstumpfförmig ausgebildet sein. Bevorzugt ist eine Ausdehnung der Kontaktstifte senkrecht zur Unterseite größer als parallel zur Unterseite.
Der Justagestift verschmälert sich in Richtung weg von der Unterseite. Das heißt, ein Durchmesser des Justagestifts nimmt zumindest in dem von der Unterseite hervorstehenden Bereich in Richtung weg von der Unterseite ab. Zum Beispiel verschmälert sich der Justagestift monoton im Rahmen der Herstellungstoleranz . Ein Durchmesser des Justagestifts an der schmälsten Stelle ist beispielsweise höchstens halb so groß oder höchstens 1/3 so groß oder höchstens 1/10 so groß wie an der breitesten Stelle. Zum Beispiel ist der
Justagestift im von der Unterseite hervorstehenden Bereich kegelförmig oder kegelstumpfförmig oder pyramidenförmig oder pyramidenstumpfförmig geformt.
Der Justagestift steht weiter von der Unterseite hervor als die Kontaktstifte, insbesondere weiter als jeder
Kontaktstift . Das heißt, eine Höhe des Justagestifts, gemessen ausgehend von der Unterseite und gemessen in eine Richtung senkrecht weg von der Unterseite, ist größer, zum Beispiel zumindest 1,5-mal so groß oder zumindest doppelt so groß oder zumindest dreimal so groß wie die Höhe der
Kontaktstifte . Der Durchmesser des Justagestifts an der breitesten Stelle kann zumindest 1,5-mal so groß oder
zumindest doppelt so groß oder zumindest dreimal so groß wie der maximale Durchmesser der Kontaktstifte sein.
Der Halbleiterchip ist bevorzugt ein optoelektronischer
Halbleiterchip zur Emission oder Absorption
elektromagnetischer Strahlung. Der Halbleiterchip umfasst insbesondere einen Halbleiterkörper mit einer aktiven Schicht zur Erzeugung oder zur Absorption elektromagnetischer
Strahlung. Der Halbleiterkörper basiert zum Beispiel auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem
Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein
Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, wie AlnIn]__n-mGamN, oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial , wie
AlnIn]__n-mGamP, oder um ein Arsenid-
Verbindungshalbleitermaterial , wie AlnIn]__n-mGamAs oder
AlnIn]__n-mGamAsP, wobei jeweils 0 d n < 1, 0 d m < 1 und m + n < 1 ist. Dabei kann der Halbleiterkörper Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des
Kristallgitters des Halbleiterkörpers, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können. Bevorzugt basiert der Halbleiterkörper auf AlInGaN.
Die aktive Schicht des Halbleiterkörpers beinhaltet
insbesondere wenigstens einen pn-Übergang und/oder mindestens eine QuantentopfStruktur und kann zum Beispiel im
bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung im blauen oder grünen oder roten Spektralbereich oder im UV- Bereich erzeugen oder absorbieren. Bevorzugt umfasst der Halbleiterchip eine, insbesondere genau eine,
zusammenhängende, insbesondere einfach zusammenhängende, aktive Schicht. Alternativ kann die aktive Schicht auch segmentiert sein.
Unter einem Halbleiterchip wird hier und im Folgenden ein separat handhabbares und elektrisch kontaktierbares Element verstanden. Ein Halbleiterchip entsteht insbesondere durch Vereinzelung aus einem Waferverbund. Zum Beispiel weisen Seitenflächen eines solchen Halbleiterchips dann Spuren aus dem Vereinzelungsprozess des Waferverbunds auf. Ein
Halbleiterchip umfasst bevorzugt genau einen ursprünglich zusammenhängenden Bereich des im Waferverbund gewachsenen Halbleiterkörpers. Der Halbleiterkörper des Halbleiterchips ist bevorzugt zusammenhängend ausgebildet. Die laterale
Ausdehnung des Halbleiterchips, gemessen parallel zur
Haupterstreckungsrichtung der aktiven Schicht, ist
beispielsweise höchstens 1 % oder höchstens 5 % oder
höchstens 10 % größer als die laterale Ausdehnung der aktiven Schicht oder des Halbleiterkörpers.
Im Schritt A) umfasst der Halbleiterchip beispielsweise noch ein Aufwachssubstrat, auf dem der gesamte Halbleiterkörper gewachsen ist. Eine der Unterseite des Halbleiterchips gegenüberliegende Oberseite des Halbleiterchips ist zum Beispiel als
Strahlungsseite ausgebildet. Über die Strahlungsseite werden beispielsweise zumindest 50 % der aus dem Halbleiterchip ausgekoppelten oder der in den Halbleiterchip eingekoppelten Strahlung aus- oder eingekoppelt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt B) , in dem ein Anschlussträger mit einer
Oberseite bereitgestellt wird. In die Oberseite sind mehrere Kontaktvertiefungen und zumindest eine Justagevertiefung eingebracht .
Bei dem Anschlussträger handelt es sich insbesondere um einen elektronischen Anschlussträger zur elektronischen
Kontaktierung des Halbleiterchips. Beispielsweise ist der Anschlussträger ein Halbleiterträger, wie ein Siliziumträger, mit einer integrierten elektronischen Schaltung. Auch kann der Anschlussträger eine Leiterplatte oder ein auf Keramik basierender Träger sein.
Der Anschlussträger umfasst bevorzugt für jeden Justagestift eine Justagevertiefung. Alle im Folgenden gemachten Angaben zu der einen Justagevertiefung können entsprechend für alle anderen Justagevertiefungen gelten.
Die Kontaktvertiefungen und die Justagevertiefung sind in die Oberseite des Anschlussträgers eingebracht. Das heißt, die Vertiefungen erstrecken sich jeweils von der Oberseite hinein in den Anschlussträger . Beispielsweise haben die
Kontaktvertiefungen und/oder die Justagevertiefung jeweils eine Tiefe, gemessen senkrecht zur Oberseite, von zumindest 2 ym oder zumindest 5 ym. Alternativ oder zusätzlich können die Kontaktvertiefungen und/oder die Justagevertiefung jeweils eine Tiefe von höchstens 30 ym oder höchstens 15 ym oder höchstens 10 ym haben. Die unterschiedlichen Vertiefungen sind bevorzugt voneinander getrennt. Das heißt, die
Vertiefungen sind nicht durch in die Oberseite eingebrachte Gräben miteinander verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Kontaktvertiefungen jeweils mit einem Lötmaterial zumindest teilweise gefüllt. Beispielsweise füllt das Lötmaterial die Kontaktvertiefungen zu zumindest 50 % oder zumindest 60 % oder zumindest 70 %. Alternativ oder zusätzlich kann das Lötmaterial die Kontaktvertiefungen jeweils zu höchstens 90 % oder höchstens 80 % füllen. Die Justagevertiefung ist
bevorzugt frei von einem Lötmaterial.
Das Lötmaterial ist bevorzugt ein Metall, insbesondere eine Metalllegierung, besonders bevorzugt ein Eutektikum.
Beispielsweise umfasst das Lötmaterial Gallium, Indium,
Wismut, Silber, Kupfer, Gold, Zink, Blei oder Zinn oder besteht aus einem dieser Materialien. Das Lötmaterial umfasst zum Beispiel Galinstan (GalnSn) , Galn, Biln, SnAgCu, SnCu, AuSn, InSn, Agln, SnZn, AgSn, AuBi, AgBi oder besteht daraus.
Bevorzugt hängen die Lötmaterialien unterschiedlicher
Kontaktvertiefungen nicht zusammen. Das Lötmaterial in einer Kontaktvertiefung ist also von dem Lötmaterial in den anderen Kontaktvertiefungen getrennt. Insbesondere sind die
Lötmaterialien der verschiedenen Kontaktvertiefungen
elektrisch voneinander isoliert.
Die Durchmesser der Kontaktvertiefungen sind bevorzugt so gewählt, dass je ein Kontaktstift hinein passt. Das heißt, die Durchmesser der Kontaktvertiefungen sind größer als die Durchmesser der Kontaktstifte . Der Durchmesser einer
Vertiefung wird dabei parallel zur Oberseite oder parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Anschlussträgers gemessen. Zum Beispiel weisen die Kontaktvertiefungen einen um
zumindest 10 % oder zumindest 20 % oder zumindest 50 % größeren Durchmesser als die Kontaktstifte auf. Alternativ oder zusätzlich kann der Durchmesser der Kontaktvertiefungen höchstens 100 % oder höchstens 75 % oder höchstens 50 % größer als der Durchmesser der Kontaktstifte sein. Die
Kontaktvertiefungen sind beispielsweise zylindrische oder quaderförmige Ausnehmungen in dem Anschlussträger .
Ein Durchmesser der Justagevertiefung ist bevorzugt so gewählt, dass zumindest ein von der Unterseite abgewandter Abschnitt des Justagestifts in die Justagevertiefung passt. Bevorzugt passt der gesamte von der Unterseite hervorstehende Bereich des Justagestifts vollständig in die
Justagevertiefung. Die Justagevertiefung ist beispielsweise eine zylindrische oder quaderförmige oder kegelförmige oder kegelstumpfförmige oder pyramidenförmige oder
pyramidenstumpfförmige Ausnehmung in dem Anschlussträger .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt C) , in dem das Lötmaterial in den
Kontaktvertiefungen auf eine Fügetemperatur erhitzt wird, bei der das Lötmaterial zumindest teilweise, bevorzugt
vollständig, schmilzt. Die Fügetemperatur liegt also oberhalb der Solidustemperatur, bevorzugt oberhalb der
Liquidustemperatur, des Lötmaterials. Zum Beispiel liegt die Fügetemperatur zwischen einschließlich 100 °C und 400 °C. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt D) , in dem der Halbleiterchip auf den
Anschlussträger aufgesetzt wird, wobei die Kontaktstifte jeweils in eine Kontaktvertiefung und der Justagestift in die Justagevertiefung eingeführt werden. Die Kontaktstifte werden dabei in das aufgeschmolzene Lötmaterial eingetaucht. Jeder Kontaktstift wird einer Kontaktvertiefung bevorzugt
eineindeutig zugeordnet.
Die Anordnung der Kontaktvertiefungen und der
Justagevertiefung in der Oberseite des Anschlussträgers ist also insbesondere an die Anordnung der Kontaktstifte und des Justagestifts auf der Unterseite des Halbleiterchips
angepasst, sodass bei einem Aufsetzen des Halbleiterchips auf den Anschlussträger jeder Kontaktstift einer
Kontaktvertiefung und der Justagestift der Justagevertiefung zugeordnet werden kann. Anders ausgedrückt, sind die
Kontaktvertiefungen und die Justagevertiefung so angeordnet, dass beim Aufsetzen des Halbleiterchips jeder Kontaktstift in eine eigens zugeordnete Kontaktvertiefung und der
Justagestift in die Justagevertiefung eingeführt werden kann. Bei mehreren Justagestiften und mehreren Justagevertiefungen kann bevorzugt jeder Justagestift in eine eigens zugeordnete Justagevertiefung eingeführt werden.
Zum Beispiel sind die Kontaktstifte auf der Unterseite des Halbleiterchips in regelmäßigen Abständen, zum Beispiel auf den Gitterpunkten eines Rechteckgitters oder eines
hexagonalen Gitters, angeordnet. Der oder die Justagestifte sind zum Beispiel am Rand der Unterseite angeordnet.
Entsprechend sind dann die Kontaktvertiefungen in dem
Anschlussträger mit den gleichen Abständen und in dem
gleichen regelmäßigen Muster angeordnet. Insbesondere umfasst der Anschlussträger zumindest so viele Kontaktvertiefungen beziehungsweise Justagevertiefungen wie der Halbleiterchip Kontaktstifte beziehungsweise Justagestifte umfasst.
Beim Aufsetzen dringt zunächst der weiter von der Unterseite hervorstehende Justagestift in die Justagevertiefung ein. Durch die sich verschmälernde Form des Justagestifts erfolgt dabei eine automatische Ausrichtung des Halbleiterchips bezüglich des Anschlussträgers . Anschließend dringen die Kontaktstifte in die zugeordneten Kontaktvertiefungen ein. Bevorzugt wird jeder Kontaktstift in aufgeschmolzenes
Lötmaterial eingetaucht und kommt dabei in direkten
mechanischen Kontakt mit dem Lötmaterial.
Beim Eintauchen der Kontaktstifte in das Lötmaterial werden die Kontaktstifte jeweils in einem dem Anschlussträger zugewandten Bereich mit dem Lötmaterial benetzt. Ein dem Anschlussträger abgewandter Bereich der Kontaktstifte kann frei von dem Lötmaterial bleiben.
Nach dem Aufbringen des Halbleiterchips kann das Lötmaterial abgekühlt werden, so dass es aushärtet. Alternativ ist es auch möglich, dass durch eine Reaktion mit den Kontaktstiften eine isotherme Erstarrung des Lötmaterials stattfindet.
Bevorzugt werden die Schritte A) bis D) in der angegebenen Reihenfolge und nacheinander ausgeführt.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements einen Schritt A) , in dem ein Halbleiterchip mit einer Unterseite, mit einer Mehrzahl von Kontaktstiften und mit zumindest einem
Justagestift bereitgestellt wird. Die Kontaktstifte und der Justagestift stehen von der Unterseite hervor. Die Kontaktstifte sind zur elektrischen Kontaktierung des
Halbleiterchips eingerichtet. Der Justagestift verschmälert sich in Richtung weg von der Unterseite. Der Justagestift steht weiter von der Unterseite hervor als die Kontaktstifte . In einem Schritt B) wird ein Anschlussträger mit einer
Oberseite, in die mehrere Kontaktvertiefungen und zumindest eine Justagevertiefung eingebracht sind, bereitgestellt. Die Kontaktvertiefungen sind jeweils mit einem Lötmaterial zumindest teilweise gefüllt. In einem Schritt C) wird das Lötmaterial in den Kontaktvertiefungen auf eine
Fügetemperatur erhitzt, bei der das Lötmaterial zumindest teilweise schmilzt. In einem Schritt D) wird der
Halbleiterchip auf den Anschlussträger aufgesetzt, wobei die Kontaktstifte jeweils in eine Kontaktvertiefung und der
Justagestift in die Justagevertiefung eingeführt werden. Die Kontaktstifte werden dabei in das aufgeschmolzene Lötmaterial eingetaucht .
Der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zu Grunde, dass bei hoch pixelierten, optoelektronischen Halbleiterchips, beispielsweise mit einer Pixelgröße von zirka 10 ym und einer Gesamtabmessung von zirka 20 mm x 20 mm, diese Halbleiterchips mit einer Justagetoleranz von höchstens 10 ym gesetzt werden müssen. Dabei sollen auch Randbedingungen, wie die Verbiegung des Halbleiterchips sowie die Zuverlässigkeit und mechanische Stabilität der
elektrischen Kontakte, berücksichtigt werden.
Mit dem vorliegenden Verfahren kann der Halbleiterchip auch bei sehr geringen Abständen der Kontaktstifte zuverlässig aufgebracht werden. Der Justagestift und die
Justagevertiefung sorgen für eine korrekte Ausrichtung des Halbleiterchips bereits während dem Aufsetzen und bevor die Kontaktstifte in die zugehörigen Kontaktvertiefungen
eingeführt werden. Auf eine aufwändige Planarisierung, wie beim Hybrid-Direktbonden, kann verzichtet werden. Innerhalb der Justagetoleranz, die durch die Hälfte der Differenz zwischen dem Durchmesser der Kontaktvertiefungen und dem Durchmesser der Kontaktstifte gegeben ist, kann eine stabile Fixierung erreicht werden. Eine besonders hohe
Justagetoleranz ist bei sehr dünnen Kontaktstiften, also mit einem kleinen Durchmesser, erreichbar. Über die Höhe der Kontaktstifte kann die Höhe des gesamten Bauelements variiert werden .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Justagevertiefung einen größeren Durchmesser als der
Justagestift auf. Insbesondere ist der Durchmesser der
Justagevertiefung größer als der Durchmesser des
Justagestifts an der schmälsten Stelle, bevorzugt größer als an der breitesten Stelle. Zum Beispiel weist die
Justagevertiefung einen um zumindest 10 % oder zumindest 20 % oder zumindest 50 % größeren Durchmesser als der Justagestift an der breitesten Stelle auf. Besonders bevorzugt ist der Durchmesser der Justagevertiefung höchstens doppelt so groß oder 1,75-mal so groß oder höchstens 1,5-mal so groß wie der Durchmesser des Justagestifts an der breitesten Stelle.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine Tiefe der Justagevertiefung größer als die Tiefen der
Kontaktvertiefungen, insbesondere als die Tiefe jeder
Kontaktvertiefung. Zum Beispiel ist die Tiefe der
Justagevertiefung zumindest 1,5-mal so groß oder zumindest doppelt so groß oder zumindest dreimal so groß wie die Tiefen der Kontaktvertiefungen. Tiefen werden dabei senkrecht zur Oberseite des Anschlussträgers gemessen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind das Lötmaterial und das Material der Kontaktstifte so gewählt, dass im
Schritt D) und bei der Fügetemperatur das Lötmaterial und die Kontaktstifte durch isotherme Erstarrung Stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Im Schritt D) findet also zwischen dem Lötmaterial und dem Material der Kontaktstifte eine Reaktion statt, durch die das Lötmaterial isotherm erstarrt. Die Fügetemperatur ist in diesem Fall so gewählt, dass sie unterhalb der Schmelztemperatur der bei der
isothermen Erstarrung entstehenden Verbindung liegt.
Beispielsweise kann das Lötmaterial AuSn sein. Die
Kontaktstifte können aus Platin sein. Die Schmelztemperatur des Lötmaterials liegt dann bei zirka 280 °C. AuSn reagiert mit Platin, wodurch es zu einer isothermen Erstarrung kommt. Die Schmelztemperatur der dabei entstehenden Verbindung liegt bei über 400 °C. Bei Zinn- oder Indium-basierten
Lötmaterialien eignen sich auch Ni- oder Au-basierte
Kontaktstifte, um eine isotherme Erstarrung zu erzielen.
Vorteilhaft kann bei dem Aufbringen des Halbleiterchips auf dem Anschlussträger die Fügetemperatur im Bereich zwischen der Schmelztemperatur des Lötmaterials und der
Schmelztemperatur der bei der isothermen Erstarrung
entstehenden Verbindung frei gewählt werden, so dass
Verspannungen beziehungsweise Entspannungen in der
Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips eingestellt werden können. Insbesondere wenn die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips auf einem Aufwachssubstrat angeordnet ist, kann diese stark verspannt sein. Beim Aufsetzen auf den Anschlussträger und durch Einstellung einer entsprechenden Fügetemperatur kann dieser Verspannung entgegengewirkt werden. Danach kann das Aufwachssubstrat beispielsweise abgelöst werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird mit dem Verfahren der Halbleiterchip auf dem Anschlussträger elektrisch
angeschlossen. Anders ausgedrückt werden die Kontaktstifte mit entsprechenden Kontaktelementen des Anschlussträgers elektrisch leitend verbunden. Die elektrisch leitende
Verbindung wird dabei durch das Lötmaterial vermittelt. Nach dem Schritt D) kann der Halbleiterchip dann beispielsweise über den Anschlussträger bestromt und bestimmungsgemäß betrieben werden. Der Justagestift dient im
bestimmungsgemäßen Betrieb zum Beispiel nicht zur
elektrischen Kontaktierung zwischen dem Halbleiterchip und dem Anschlussträger . Beispielsweise fließt im
bestimmungsgemäßen Betrieb kein Strom durch den Justagestift.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Halbleiterchip ein pixelierter, optoelektronischer Halbleiterchip. Das heißt, der Halbleiterchip umfasst eine Mehrzahl von Feldern, Englisch Pixel, die bevorzugt einzeln und unabhängig
voneinander ansteuerbar sind und so einzeln und unabhängig voneinander elektromagnetische Strahlung emittieren oder absorbieren können.
Die aktive Schicht des Halbleiterkörpers kann dabei
zusammenhängend ausgebildet sein und sich über alle Pixel erstrecken. Alternativ kann die aktive Schicht aber auch in einzelne Segmente unterteilt sein, wobei jedes Segment einem Pixel eineindeutig zugeordnet ist. Jedes Pixel kann beispielsweise eine laterale Ausdehnung, gemessen parallel zur Unterseite des Halbleiterchips, von höchstens 250 ym oder höchstens 150 ym oder höchstens 50 ym oder höchstens 10 ym aufweisen. Alternativ oder zusätzlich können die Pixel jeweils eine laterale Ausdehnung von
mindestens 2 ym oder mindestens 5 ym aufweisen. Der
Halbleiterchip umfasst beispielsweise zumindest vier oder zumindest 16 oder zumindest 36 oder zumindest 64 oder zumindest 100 solcher Pixel.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist jedem Kontaktstift ein Pixel beziehungsweise Feld zugeordnet, insbesondere eineindeutig zugeordnet. Es können einem Kontaktstift aber auch mehrere Pixel zugeordnet sein. Durch Zuführung von
Ladungsträgern über den Kontaktstift können also das oder die zugeordneten Pixel, bevorzugt ausschließlich das oder die zugeordneten Pixel, betrieben werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
Anschlussträger eine Mehrzahl von elektronischen Schaltern. Die elektronischen Schalter können in dem Anschlussträger integriert sein. Die Schalter sind beispielsweise
Transistoren. Insbesondere handelt es sich bei dem
Anschlussträger um einen Si-Träger mit integrierter
Schaltung .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist jeder
Kontaktvertiefung ein Schalter zugeordnet, insbesondere eineindeutig zugeordnet. Nach dem Aufbringen des
Halbleiterchips ist bevorzugt jeder Kontaktstift elektrisch leitend mit einem Schalter verbunden. Über die Schalter können die einzelnen Pixel des pixelierten Halbleiterchips einzeln und unabhängig voneinander angesteuert und betrieben werden .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden im Schritt D) die Kontaktstifte so weit in das aufgeschmolzene Lötmaterial eingetaucht, dass in jeder Kontaktvertiefung das Volumen des verdrängten Lötmaterials zumindest 10 % oder zumindest 15 % oder zumindest 20 % oder zumindest 30 % oder zumindest 50 % oder zumindest 70 % des Gesamtvolumens des Lötmaterials in der Kontaktvertiefung beträgt. Alternativ oder zusätzlich beträgt das Volumen des verdrängten Lötmaterials jeweils höchstens 90 % oder höchstens 80 % oder höchstens 50 % oder höchstens 20 % des Gesamtvolumens des Lötmaterials.
Insbesondere ist also die Menge des Lötmaterials, die Form der Kontaktvertiefung und die Form des Kontaktstifts jeweils so gewählt, dass viel aufgeschmolzenes Lötmaterial mit dem Kontaktstift in Kontakt tritt, was die isotherme Erstarrung begünstigt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Oberseite des Anschlussträgers im Bereich außerhalb der Kontaktvertiefungen und der Justagevertiefung schlechter mit dem aufgeschmolzenen Lötmaterial benetzbar als die Kontaktstifte . Bevorzugt sind die Bereiche der Oberseite außerhalb der Kontaktvertiefungen und der Justagevertiefung nicht mit dem aufgeschmolzenen Lötmaterial benetzbar. Beim Aufbringen des Halbleiterchips ist damit die Gefahr reduziert, dass sich die Lötmaterialien benachbarter Kontaktvertiefungen miteinander verbinden und so ein Kurzschluss entsteht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt der Abstand zwischen jeweils zwei benachbarten Kontaktstiften zumindest 1 ym oder zumindest 2 ym oder zumindest 5 ym. Alternativ oder zusätzlich kann der Abstand zwischen je zwei benachbarten Kontaktstiften höchstens 50 ym oder höchstens 20 ym oder höchstens 10 ym betragen. Die Abstände werden dabei
beispielsweise als die Abstände zwischen den Schwerpunkten der Kontaktstifte definiert. Entsprechend können die Abstände zwischen Schwerpunkten oder Mittelpunkten der
Kontaktvertiefungen gewählt sein. Auch der Abstand des
Justagestifts zu dem nächstliegenden Kontaktstift kann in den genannten Bereichen liegen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird vor dem Schritt D) ein Aufwachssubstrat des Halbleiterchips abgelöst. Der
Halbleiterchip umfasst also beispielsweise im Schritt A) noch ein Aufwachssubstrat, beispielsweise ein Saphirsubstrat, auf dem die Halbleiterschichtenfolge epitaktisch gewachsen wurde. Alternativ ist es aber auch denkbar, dass das
Aufwachssubstrat des Halbleiterchips erst nach dem Aufsetzen und Befestigen auf dem Anschlussträger abgelöst wird.
Als nächstes wird ein Halbleiterchip angegeben. Der
Halbleiterchip kann beispielsweise als Halbleiterchip in dem zuvor beschriebenen Verfahren verwendet werden. Alle im
Zusammenhang mit dem zuvor beschriebenen Verfahren
offenbarten Merkmale sind daher auch für den Halbleiterchip offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
Halbleiterchip einen Halbleiterkörper, eine Unterseite, eine Mehrzahl von Kontaktstiften und zumindest einen Justagestift. Die Kontaktstifte und der Justagestift stehen jeweils von der Unterseite hervor. Die Kontaktstifte sind zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterkörpers eingerichtet. Der
Justagestift verschmälert sich in Richtung weg von der Unterseite. Der Justagestift steht weiter von der Unterseite hervor als die Kontaktstifte .
Der Halbleiterchip kann ein so genannter Volumenemitter, insbesondere ein Flip-Chip, sein. In diesem Fall umfasst der Halbleiterchip bevorzugt noch das Aufwachssubstrat, das beispielsweise aus Saphir gebildet ist. Bevorzugt ist der Halbleiterchip jedoch ein Oberflächenemitter, insbesondere ein so genannter Dünnfilm-Chip, bei dem das Aufwachssubstrat abgelöst ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Justagestift vom Halbleiterkörper elektrisch isoliert. Beispielsweise ist zwischen dem Justagestift und dem Halbleiterkörper eine elektrisch isolierende Schicht ausgebildet. Die elektrisch isolierende Schicht kann beispielsweise Siliziumoxid oder Siliziumnitrid oder Aluminiumoxid umfassen oder daraus bestehen .
Als nächstes wird ein elektronisches Bauelement angegeben.
Das elektronische Bauelement umfasst beispielsweise einen wie zuvor beschriebenen Halbleiterchip. Ferner kann das
elektronische Bauelement mit dem zuvor beschriebenen
Verfahren hergestellt werden. Alle im Zusammenhang mit dem Halbleiterchip und dem zuvor beschriebenen Verfahren
offenbarten Merkmale sind daher auch für das elektronische Bauelement offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
elektronische Bauelement einen Halbleiterchip gemäß zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Ferner umfasst das elektronische Bauelement einen Anschlussträger mit einer Oberseite, in die mehrere Kontaktvertiefungen und zumindest eine Justagevertiefung eingebracht sind. Die
Kontaktvertiefungen sind jeweils mit einem Lötmaterial zumindest teilweise gefüllt. Die Lötmaterialien
unterschiedlicher Kontaktvertiefungen hängen nicht zusammen. Der Halbleiterchip ist mit der Unterseite voran auf der
Oberseite des Anschlussträgers montiert. Jedem Kontaktstift ist eine Kontaktvertiefung und dem Justagestift die
Justagevertiefung zugeordnet. Die Kontaktstifte ragen jeweils in eine Kontaktvertiefung hinein. Der Justagestift ragt in die Justagevertiefung hinein. Die Kontaktstifte sind jeweils mit dem Lötmaterial der Kontaktvertiefungen Stoffschlüssig verbunden .
Bevorzugt sind die Kontaktstifte aber nicht vollständig in den Kontaktvertiefungen angeordnet, sondern sind
bereichsweise außerhalb der Kontaktvertiefungen angeordnet. Das heißt, in eine Richtung weg von der Oberseite des
Anschlussträgers und hin zur Unterseite des Halbleiterchips überragen die Kontaktstifte die Oberseite des
Anschlussträgers , beispielsweise um zumindest 500 nm oder zumindest 1 ym.
Beispielsweise sind untere Bereiche der Kontaktstifte, die innerhalb der Vertiefungen angeordnet sind, mit dem
Lötmaterial benetzt. Obere Bereiche der Kontaktstifte, die dem Anschlussträger abgewandt sind und beispielsweise
außerhalb der Vertiefungen liegen, sind bevorzugt frei von dem Lötmaterial.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Halbleiterchip über die Kontaktstifte und über das Lötmaterial elektrisch an den Anschlussträger angeschlossen. Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung eines
Halbleiterchips angegeben. Das Verfahren eignet sich
insbesondere, um einen wie oben beschriebenen Halbleiterchip herzustellen. Alle im Zusammenhang mit dem oben beschriebenen Halbleiterchip offenbarten Merkmale sind daher auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterchips einen Schritt A) , in dem ein Grundkörper mit einem Halbleiterkörper und einer Unterseite bereitgestellt wird. Auf dem Halbleiterkörper sind mehrere Kontaktstifte und zumindest ein Justagestift
angeordnet, die jeweils von der Unterseite hervorstehen. Die Kontaktstifte sind zur elektrischen Kontaktierung des
Halbleiterkörpers eingerichtet, beispielsweise elektrisch leitend mit diesem verbunden. Der Justagestift steht weiter von der Unterseite hervor als die Kontaktstifte . Ein
Durchmesser des Justagestifts ist im Wesentlichen konstant über die gesamte Höhe des Justagestifts. In einem Schritt B) wird ein Formkörper auf dem Halbleiterkörper im Bereich neben dem Justagestift ausgebildet, wobei der Formkörper den
Justagestift seitlich umformt. In einem Schritt C) wird ein Ätzprozess durchgeführt, wobei ein Ätzmittel auf die von dem Halbleiterkörper abgewandten Seiten des Formkörpers und des Justagestifts aufgebracht wird. Das Ätzmittel greift den Formkörper und den Justagestift an und weist für den
Formkörper eine höhere Ätzrate als für den Justagestift auf. Der Ätzprozess wird so lange durchgeführt, bis sich die Form des Justagestifts derart geändert hat, dass sich der
Justagestift in Richtung weg von der Unterseite verschmälert.
Dass ein Durchmesser des Justagestifts im Wesentlichen konstant über die gesamte Höhe des Justagestifts ist, meint insbesondere, dass der Justagestift im von der Unterseite hervorstehenden Bereich im Rahmen der Herstellungstoleranz einen konstanten Durchmesser aufweist. Im Schritt A) hat der Justagestift beispielsweise die Form eines Quaders oder eines Zylinders. Die Höhe des Justagestifts ist die Ausdehnung senkrecht zur Unterseite.
Der Formkörper kann beispielsweise einen Kunststoff, zum Beispiel Benzocyclobuten, oder einen Fotolack, oder ein
Silikon oder ein Epoxid aufweisen oder daraus bestehen. Der Formkörper umformt den Justagestift bevorzugt derart, dass der Formkörper direkt an den Justagestift angrenzt und diesen nachformt. Ebenso kann der Formkörper die Kontaktstifte seitlich umformen.
Als Ätzmittel im Schritt C) eignet sich insbesondere ein nasschemisches Ätzmittel, wie zum Beispiel KOH oder eine Mischung aus H2O2 und H2SO4. Aber auch trockenchemische
Ätzverfahren sind denkbar.
Die Ätzrate des Ätzmittels für den Formkörper ist
beispielsweise zumindest 1,5-mal so hoch oder zumindest doppelt so hoch oder zumindest dreimal so hoch wie für den Justagestift. Zum Beispiel ist die Ätzrate für den Formkörper zusätzlich höchstens 10-mal oder höchstens 5-mal so groß wie für den Justagestift. Die Konsequenz daraus ist, dass das Ätzmittel den Formkörper schneller wegätzt als den
Justagestift. Im Bereich des weggeätzten Formkörpers ragt der Justagestift dann aus dem Formkörper hinaus. Dadurch greift das Ätzmittel den Justagestift auch seitlich an. Als Folge dessen entwickelt sich die Form des Justagestifts zu einer Form mit einem in Richtung weg von der Unterseite kleiner werdenden Durchmesser. Nach dem Schritt C) kann der Grundkörper beispielsweise in eine Mehrzahl von Halbleiterchips vereinzelt werden. Das heißt, der Grundkörper ist während der Schritte A) bis C) beispielsweise ein Waferverbund. Alternativ ist es aber auch möglich, dass der Grundkörper mit den Kontaktstiften und den im Schritt C) geformten Justagestiften bereits den
Halbleiterchip bildet, ohne dass dieser weiter vereinzelt wird .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Ätzprozess im Schritt C) so lange durchgeführt, bis der Formkörper
vollständig entfernt ist. Die Unterseite des Grundkörpers wird beispielsweise von dem Ätzmittel nicht angegriffen, so dass der Ätzprozess automatisch an der Unterseite stoppt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die
Kontaktstifte und der Justagestift vor dem Schritt A)
galvanisch auf dem Halbleiterkörper aufgebracht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die
Kontaktstifte und ein erster Abschnitt des Justagestifts mittels eines ersten Galvanikprozesses gemeinsam hergestellt. Höhen des ersten Abschnitts des Justagestifts und der
Kontaktstifte, gemessen senkrecht zur Unterseite, sind nach dem ersten Galvanikprozess dann im Rahmen der
Herstellungstoleranz gleich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird nach dem ersten Galvanikprozess der Justagestift in einem zweiten
Galvanikprozess fertig gestellt. Bei dem zweiten
Galvanikprozess wird bevorzugt nur die Höhe des Justagestifts vergrößert, nicht aber der Kontaktstifte . Das heißt, der zweite Galvanikprozess wird nicht auf die Kontaktstifte angewendet .
Nachfolgend werden ein hier beschriebenes Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements, ein hier beschriebener Halbleiterchip, ein hier beschriebenes
elektronisches Bauelement und ein hier beschriebenes
Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterchips unter
Bezugnahme auf Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
Figuren 1A bis IC verschiedene Positionen in einem
Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung eines elektronischen Bauelements sowie ein Ausführungsbeispiel eines elektronischen Bauelements und ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterchips,
Figuren 2A bis 2K und 3 verschiedene Positionen in einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiterchips und ein Ausführungsbeispiel eines
Halbleiterchips .
In der Figur 1A ist eine erste Position in einem
Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung eines elektronischen Bauelements gezeigt. Gleichzeitig zeigt Figur 1A ein Ausführungsbeispiel des Halbleiterchips 2 in
Querschnittsansicht . Der Halbleiterchip 2 umfasst einen Halbleiterkörper 26 und eine elektrisch isolierende Schicht 27 auf dem
Halbleiterkörper 26. Die vom Halbleiterkörper 26 abgewandte Seite der elektrisch isolierenden Schicht 27 bildet eine Unterseite 20 des Halbleiterchips 2. Der Halbleiterkörper 26 basiert beispielsweise auf einem Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial. Der Halbleiterkörper 26 umfasst zum Beispiel eine aktive Schicht zur Erzeugung oder zur Absorption elektromagnetischer Strahlung. Bei dem
Halbleiterchip 2 handelt es sich insbesondere um einen optoelektronischen Halbleiterchip 2.
Der Halbleiterchip 2 weist Kontaktstifte 21 auf, die
elektrisch leitend mit dem Halbleiterkörper 26 verbunden sind. Die Kontaktstifte 21 sind beispielsweise aus Nickel. Ferner umfasst der Halbleiterchip 2 zwei Justagestifte 25, die zum Beispiel ebenfalls überwiegend aus Nickel gebildet sind. Die Kontaktstifte 21 und die Justagestifte 25 stehen von der Unterseite 20 hervor. Dabei stehen die Justagestifte 25 weiter von der Unterseite hervor als die Kontaktstifte 21.
Die Justagestifte 25, und vorliegend auch die Kontaktstifte 21, verschmälern sich jeweils in Richtung weg von der
Unterseite 20. Die Justagestifte 25 haben beispielsweise jeweils die Form eines Kegelstumpfes oder Pyramidenstumpfes. An einer von der Unterseite 20 abgewandten Seite der
Justagestifte 25 umfassen diese jeweils ein Deckelement 250, zum Beispiel aus Platin.
In der Figur 1A ist zusätzlich ein Anschlussträger 1 gezeigt. Bei dem Anschlussträger 1 handelt es sich zum Beispiel um einen siliziumbasierten Träger mit einer integrierten Schaltung. Der Anschlussträger 1 weist eine Oberseite 10 auf, in die für jeden Kontaktstift 21 eine Kontaktvertiefung 11 eingebracht ist. Ferner ist in die Oberseite 10 für jeden Justagestift 25 eine Justagevertiefung 15 eingebracht. Die Justagevertiefungen 15 sind dabei tiefer als die
Kontaktvertiefungen 11. Eine der Justagevertiefungen 15 ist hier zylinderförmig oder quaderförmig ausgebildet. Die andere Justagevertiefung 25 ist pyramidenförmig oder kegelförmig ausgebildet. Den Kontaktvertiefungen 11 ist jeweils ein elektronischer Schalter 13 zugeordnet. Bei den Schaltern 13 handelt es sich beispielsweise um Transistoren.
Jede der Kontaktvertiefungen 11 ist teilweise mit einem
Lötmaterial 12 gefüllt. Bei dem Lötmaterial 12 handelt es sich beispielsweise um AuSn. Das Lötmaterial 12 ist
elektrisch leitend mit den Schaltern 13 verbunden. Zu
erkennen ist, dass die Lötmaterialien 12 aus
unterschiedlichen Kontaktvertiefungen 11 nicht miteinander Zusammenhängen und elektrisch voneinander isoliert sind.
Insbesondere sind die Bereiche der Oberseite 10 des
Anschlussträgers 1 außerhalb der Kontaktvertiefungen 11 frei von dem Lötmaterial 12.
In der Figur 1B ist eine Position in dem Verfahren gezeigt, in der der Halbleiterchip 2 mit den Kontaktstiften 21 voran auf die Oberseite 10 des Anschlussträgers 1 aufgesetzt wird. Zuvor wurde das Lötmaterial 12 in den Kontaktvertiefungen 11 zumindest teilweise aufgeschmolzen .
Beim Aufsetzen werden zunächst die Justagestifte 25 in die Justagevertiefungen 15 eingeführt. Durch die sich
verschmälernde Form der Justagestifte 25 rutschen diese beim Einführen über die an die Justagevertiefungen 15 grenzenden Kanten der Oberseite 10. Dies wiederum führt dazu, dass der Halbleiterchip 2 automatisch lateral verschoben und/oder gedreht und dadurch bezüglich des Anschlussträgers 1 justiert wird (siehe Pfeile) . Anschließend dringen dann die
Kontaktstifte 21 in die Kontaktvertiefungen 11 ein und werden dabei von dem aufgeschmolzenen Lötmaterial 12 benetzt.
In der Figur IC ist der Halbleiterchip 2 in seiner
endgültigen Position bezüglich des Anschlussträgers 1 auf dem Anschlussträger 1 aufgesetzt. Die Kontaktstifte 21 sind hier zum Beispiel durch isotherme Erstarrung Stoffschlüssig mit dem Lötmaterial 12 in den Kontaktvertiefungen 11 und somit elektrisch leitend mit den Schaltern 13 verbunden. Die Figur IC zeigt gleichzeitig ein fertiggestelltes elektronisches Bauelement 100.
In der Figur 2A ist eine erste Position in einem
Ausführungsbeispiel zur Herstellung eines Halbleiterchips gezeigt. Bei dem Halbleiterchip handelt es sich
beispielsweise um den Halbleiterchip der Figuren 1A bis IC. Zunächst ist ein Grundkörper, zum Beispiel ein Waferverbund, bereitgestellt. Der Grundkörper umfasst einen
Halbleiterkörper 26 sowie eine elektrisch isolierende Schicht 27. Die dem Halbleiterkörper 26 abgewandte Seite der
elektrisch isolierenden Schicht 27 bildet eine Unterseite 20 des Grundkörpers. Auf die Unterseite 20 ist eine erste
Maskenschicht 41, zum Beispiel eine Fotolackschicht,
aufgebracht .
In der Figur 2B ist eine zweite Position des Verfahrens gezeigt, in der mithilfe einer Maske 5 die Maskenschicht 41 strukturiert wird. Vorliegend wird dazu ein
Fotolithographieverfahren verwendet. Durch die Strukturierung werden Löcher in die Maskenschicht 41 an den Stellen
eingebracht, an denen die Kontaktstifte und die Justagestifte entstehen sollen.
In der Figur 2C ist eine dritte Position des Verfahrens gezeigt. Im Bereich, wo die Kontaktstifte entstehen sollen, ist zusätzlich die elektrisch isolierende Schicht 27 mit Löchern versehen. Dazu wurde beispielsweise ein weiteres Lithographieverfahren angewendet .
In der Figur 2D ist eine vierte Position des Verfahrens gezeigt, bei der die Kontaktstifte 21 und erste Abschnitte der Justagestifte 25 im Bereich der Löcher der ersten
Maskenschicht 41 ausgebildet sind. Die Kontaktstifte 21 und die ersten Abschnitte der Justagestifte 25 sind
beispielsweise über einen gemeinsamen ersten Galvanikprozess aufgebracht. Die Höhen der Kontaktstifte 21 und der ersten Abschnitte der Justagestifte 25, gemessen senkrecht zur
Unterseite 20, sind im Rahmen der Herstellungstoleranz gleich. Die Kontaktstifte 21 sind mit dem Halbleiterkörper 26 elektrisch leitend verbunden.
Außerdem ist in der Figur 2D zu erkennen, dass eine zweite Maskenschicht 41 auf die ersten Abschnitte der Justagestifte 25 und die Kontaktstifte 21 aufgebracht ist und diese
überdeckt .
In der Figur 2E ist eine fünfte Position des Verfahrens gezeigt, bei der die zweite Maskenschicht 42 strukturiert ist, beispielsweise wiederum mittels eines
Lithographieverfahrens. Dabei sind die ersten Abschnitte der Justagestifte 25 freigelegt. Die Kontaktstifte 21 sind weiterhin von der zweiten Maskenschicht 42 überdeckt. In der Figur 2F ist eine sechste Position des Verfahrens gezeigt, in der beispielsweise mittels eines zweiten
Galvanikprozesses die Justagestifte 25 fertiggestellt sind. Dabei wurden die Höhen der Justagestifte 25 vergrößert, so dass die Justagestifte 25 nun weiter von der Unterseite 20 hervorstehen als die Kontaktstifte 21.
Die erste Maskenschicht 41 und die zweite Maskenschicht 42 zusammen bilden nun einen Formkörper 4, der die Justagestifte 25 seitlich umformt. Die Justagestifte 25 haben über ihre gesamte Höhe im Wesentlichen einen konstanten Durchmesser.
In einer siebten Position des Verfahrens, gezeigt in der Figur 2G, ist auf die dem Halbleiterkörper 26 abgewandten Seiten der Justagestifte 25 jeweils ein Deckelement 250, zum Beispiel aus Platin, aufgebracht. Die Deckelemente 250 weisen jeweils einen kleineren Durchmesser als die Justagestifte 25 auf .
In der Figur 2H ist eine achte Position in dem Verfahren gezeigt, in der ein Ätzprozess durchgeführt wird. Dabei wird ein Ätzmittel auf die dem Halbleiterkörper 26 abgewandten Seiten der Justagestifte 25 und des Formkörpers 4
aufgebracht .
In der Figur 21 ist eine neunte Position gezeigt, nachdem das Ätzmittel eine gewisse Zeit lang auf die Justagestifte 25 und den Formkörper 4 eingewirkt hat. Das Ätzmittel ist so
gewählt, dass es den Formkörper 4 stärker ätzt als die
Justagestifte 25. Die Deckelement 250 sind so gewählt, dass sie von dem Ätzmittel nicht angegriffen werden. Dadurch dass das Ätzmittel den Formkörper 4 stärker angreift als die Justagestifte 25, sind Seitenflächen der Justagestifte 25 teilweise freigelegt. Auf diese Seitenflächen wirkt das
Ätzmittel dann ebenfalls ein.
In der Figur 2J ist eine zehnte Position gezeigt, nachdem das Ätzmittel noch etwas länger eingewirkt hat.
In der Figur 2K ist eine elfte Position gezeigt, nachdem das Ätzmittel für eine noch längere Zeit eingewirkt hat. Das Ätzmittel hat den Formkörper 4 vollständig aufgelöst. Durch die unterschiedlichen Ätzraten bedingt weisen nun die
Justagestifte 25 jeweils einen in Richtung weg von der
Unterseite 20 kleiner werdenden Durchmesser auf. Selbiges trifft auf die Kontaktstifte 21 zu, die ebenfalls seitlich zum Teil von dem Formkörper 4 umformt waren. Die Figur 2J zeigt gleichzeitig einen fertig gestellten Halbleiterchip 2. Zuvor wurde der Grundkörper noch vereinzelt.
In der Figur 3 ist eine Position in dem Verfahren gezeigt, die im Wesentlichen der Position der Figur 2J entspricht.
Hier ist allerdings die Ätzrate des Ätzmittels für den
Formkörper 4 nicht Wesentlich größer als für die
Justagestifte 25, sodass sich nahezu nadelförmige
Justagestifte 25 bilden.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2018 125 901.8, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn diese Merkmale oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste
1 Anschlussträger
2 Halbleiterchip
4 Formkörper
5 Maske
10 Oberseite
11 Kontaktvertiefung
12 Lötmaterial
13 Schalter
15 Justagevertiefung
20 Unterseite
21 Kontaktstift
25 Justagestift
26 Halbleiterkörper
27 elektrisch isolierende Schicht
41 erste Maskenschicht
42 zweite Maskenschicht
100 elektronisches Bauelement 250 Deckelement

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements (100), umfassend die Schritte:
A) Bereitstellen eines Halbleiterchips (2) mit einer
Unterseite (20), mit einer Mehrzahl von Kontaktstiften (21) und mit zumindest einem Justagestift (25) , wobei
- die Kontaktstifte (21) und der Justagestift (25) jeweils von der Unterseite (20) hervorstehen,
- die Kontaktstifte (21) zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips (2) eingerichtet sind,
- der Justagestift (25) sich in Richtung weg von der
Unterseite (20) verschmälert,
- der Justagestift (25) weiter von der Unterseite (20) hervorsteht als die Kontaktstifte (21);
B) Bereitstellen eines Anschlussträgers (1) mit einer
Oberseite (10), in die mehrere Kontaktvertiefungen (11) und zumindest eine Justagevertiefung (15) eingebracht sind, wobei
- die Kontaktvertiefungen (11) jeweils mit einem Lötmaterial (12) zumindest teilweise gefüllt sind;
C) Erhitzen des Lötmaterials (12) in den Kontaktvertiefungen (11) auf eine Fügetemperatur, bei der das Lötmaterial (12) zumindest teilweise schmilzt;
D) Aufsetzen des Halbleiterchips (2) auf den Anschlussträger
( I ) , wobei
- die Kontaktstifte (21) jeweils in eine Kontaktvertiefung
(II) und der Justagestift (25) in die Justagevertiefung (15) eingeführt werden und
- die Kontaktstifte (21) in das aufgeschmolzene Lötmaterial (12) eingetaucht werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei - die Justagevertiefung (15) einen größeren Durchmesser als der Justagestift (25) aufweist,
- der Durchmesser der Justagevertiefung (15) höchstens doppelt so groß wie der Durchmesser des Justagestifts (25) an der breitesten Stelle ist,
- eine Tiefe der Justagevertiefung (15) größer als Tiefen der Kontaktvertiefungen (11) ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
wobei das Lötmaterial (12) und das Material der Kontaktstifte (21) so gewählt sind, dass im Schritt D) und bei der
Fügetemperatur das Lötmaterial (12) und die Kontaktstifte (21) durch isotherme Erstarrung Stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mit dem Verfahren der Halbleiterchip (2) auf dem
Anschlussträger (1) elektrisch angeschlossen wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- der Halbleiterchip (1) ein pixelierter, optoelektronischer Halbleiterchip (1) ist,
- jedem Kontaktstift (21) ein oder mehrere Pixel (22) des pixelierten Halbleiterchips (1) zugeordnet sind.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- der Anschlussträger (1) eine Mehrzahl von elektronischen Schaltern (13) umfasst,
- jeder Kontaktvertiefung (11) ein Schalter (13) zugeordnet ist .
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Schritt D) die Kontaktstifte (21) soweit in das aufgeschmolzene Lötmaterial (12) eingetaucht werden, dass in jeder Kontaktvertiefung (11) das Volumen des verdrängten Lötmaterials (12) zumindest 10 % des Gesamtvolumens des Lötmaterials (12) in der Kontaktvertiefung (11) beträgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberseite (10) des Anschlussträgers (1) im Bereich außerhalb der Kontaktvertiefungen (11) und der
Justagevertiefung (15) schlechter mit dem aufgeschmolzenen Lötmaterial (12) benetzbar ist als die Kontaktstifte (21).
9. Elektronisches Bauelement (100), umfassend:
- einen Halbleiterchip (2) mit einem Halbleiterkörper (26), einer Unterseite (20), einer Mehrzahl von Kontaktstiften (21) und zumindest einem Justagestift (25),
- einen Anschlussträger (1) mit einer Oberseite (10), in die mehrere Kontaktvertiefungen (11) und zumindest eine
Justagevertiefung (15) eingebracht sind, wobei
- die Kontaktstifte (21) und der Justagestift (25) jeweils von der Unterseite (20) hervorstehen,
- die Kontaktstifte (21) zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterkörpers (26) eingerichtet sind,
- der Justagestift (25) sich in Richtung weg von der
Unterseite (20) verschmälert,
- der Justagestift (25) weiter von der Unterseite (20) hervorsteht als die Kontaktstifte (21),
- die Kontaktvertiefungen (11) jeweils mit einem Lötmaterial (12) zumindest teilweise gefüllt sind,
- die Lötmaterialien (12) unterschiedlicher
Kontaktvertiefungen (11) nicht Zusammenhängen,
- der Halbleiterchip (2) mit der Unterseite (20) voran auf der Oberseite (10) des Anschlussträgers (1) montiert ist, - jedem Kontaktstift (21) eine Kontaktvertiefung (11) und dem Justagestift (25) die Justagevertiefung (15) zugeordnet ist,
- die Kontaktstifte (21) jeweils in eine Kontaktvertiefung (11) hineinragen,
- der Justagestift (25) in die Justagevertiefung (15) hineinragt,
- die Kontaktstifte (21) jeweils mit dem Lötmaterial (12) der Kontaktvertiefungen (11) Stoffschlüssig verbunden sind.
10. Elektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 9,
wobei der Justagestift (25) vom Halbleiterkörper (26) elektrisch isoliert ist.
11. Elektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Halbleiterchip (2) über die Kontaktstifte (21) und das Lötmaterial (12) elektrisch an den Anschlussträger (1) angeschlossen ist.
12. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterchips (2), umfassend die Schritte:
A) Bereitstellen eines Grundkörpers mit einem
Halbleiterkörper (26) und einer Unterseite (20), wobei
- auf dem Halbleiterkörper (26) mehrere Kontaktstifte (21) und zumindest ein Justagestift (25) angeordnet sind, die jeweils von der Unterseite (20) hervorstehen,
- die Kontaktstifte (21) zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterkörpers (26) eingerichtet sind,
- der Justagestift (25) weiter von der Unterseite (20) hervorsteht als die Kontaktstifte (21),
- ein Durchmesser des Justagestifts (25) im Wesentlichen konstant über die gesamte Höhe des Justagestifts (25) ist; B) Ausbilden eines Formkörpers (4) auf dem Halbleiterkörper (26) im Bereich neben dem Justagestift (25), wobei der
Formkörper (4) den Justagestift (25) seitlich umformt;
C) Durchführen eines Ätzprozesses durch Aufbringen eines Ätzmittels auf die von dem Halbleiterkörper (26) abgewandten Seiten des Formkörpers (4) und des Justagestifts (25), wobei
- das Ätzmittel den Formkörper (4) und den Justagestift (25) angreift,
- das Ätzmittel eine höhere Ätzrate für den Formkörper (4) als für den Justagestift (25) aufweist,
- der Ätzprozess solange durchgeführt wird, bis sich die Form des Justagestifts (25) derart geändert hat, dass sich der Justagestift (25) in Richtung weg von der Unterseite (20) verschmälert .
13. Verfahren nach Anspruch 12,
wobei der Ätzprozess im Schritt C) solange durchgeführt wird, bis der Formkörper (4) vollständig entfernt ist.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,
wobei die Kontaktstifte (22) und der Justagestift (25) vor dem Schritt A) galvanisch auf dem Halbleiterkörper (26) aufgebracht werden.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei
- die Kontaktstifte (21) und ein erster Abschnitt des
Justagestifts (25) mittels eines ersten Galvanikprozesses gemeinsam hergestellt werden,
- anschließend der Justagestift (25) in einem zweiten
Galvanikprozess fertiggestellt wird.
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