(57)【要約】  本発明はオプトエレクトロニクス素子（１００）に関する。このオプトエレクトロニクス素子（１００）は、放射を送出可能な少なくとも１つのオプトエレクトロニクス半導体チップ（１）と、少なくとも１つの金属反射表面（６）と、この金属反射表面（６）とは異なる部品表面（７０）を備えた少なくとも１つの機能部品（７）と、少なくとも１つの金属反射表面（６）にも部品表面（７０）にも配置された、腐食性媒体から保護するためのバリア積層体（８）とを備えている。この場合、バリア積層体（８）は、少なくとも１つの無機の酸化層、酸窒化層または窒化層（８１）と、少なくとも１つのプラズマ重合シロキサン層（８２）とを備えている。
2019525493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オプトエレクトロニクス素子（１００）であって、
放射を送出可能な少なくとも１つのオプトエレクトロニクス半導体チップ（１）と、
少なくとも１つの金属反射表面（６）と、
前記金属反射表面（６）とは異なる部品表面（７０）を備えた少なくとも１つの機能部品（７）と、
少なくとも１つの前記金属反射表面（６）にも前記部品表面（７０）にも配置された、腐食性ガスから保護するためのバリア積層体（８）と
を備えており、
前記バリア積層体（８）は、少なくとも１つの無機の酸化層、酸窒化層または窒化層（８１）と、少なくとも１つのプラズマ重合シロキサン層（８２）とを備えている、
オプトエレクトロニクス素子（１００）。
【請求項２】
さらに別のプラズマ重合シロキサン層（８３）が、少なくとも１つの前記金属反射表面（６）にも前記部品表面（７０）にも直接的に続いて配置されており、前記無機の酸化層、酸窒化層または窒化層（８１）が、前記さらに別のプラズマ重合シロキサン層（８３）に続いて配置されている、
請求項１記載のオプトエレクトロニクス素子（１００）。
【請求項３】
前記無機の酸化層、酸窒化層または窒化層（８１）に続いて、前記プラズマ重合シロキサン層（８２）が配置されている、
請求項２記載のオプトエレクトロニクス素子（１００）。
【請求項４】
前記部品表面（７０）は非金属である、
請求項１から３までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子（１００）。
【請求項５】
前記機能部品（７）は、前記半導体チップ（１）、ボンディングワイヤ（５）、支持体（４）、リードフレーム（４）、前記半導体チップ（１）を固定するための接着剤、ＥＳＰ半導体チップおよび／またはプラスチックハウジング（３）である、
請求項１から４までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子（１００）。
【請求項６】
前記無機の酸化層、酸窒化層または窒化層（８１）は、
ケイ素、アルミニウム、チタン、亜鉛、インジウム、スズ、ニオブ、タンタル、ハフニウム、ジルコン、イットリウム、ゲルマニウム、
のグループのうちの１つまたは複数の元素に由来する酸化物、酸窒化物または窒化物を有する、
請求項１から５までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子（１００）。
【請求項７】
前記プラズマ重合シロキサン層（８２）は、
ヘキサメチルジシロキサン、テトラメチルジシロキサン、ジビニルテトラメチルジシロキサン
のグループから選択された前駆体により製造されている、
請求項１から６までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子（１００）。
【請求項８】
前記金属反射表面（６）は銀または銀含有合金から成る、
請求項１から７までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子（１００）。
【請求項９】
前記無機の酸化層、酸窒化層または窒化層（８１）は、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下の層厚を有する、
請求項１から８までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子（１００）。
【請求項１０】
前記プラズマ重合シロキサン層（８２）は、５ｎｍ以上２μｍ以下の層厚を有する、
請求項１から９までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子（１００）。
【請求項１１】
前記バリア積層体（８）は、半導体チップ（１）、接触部（１０）および前記ハウジング（３）の表面を少なくとも部分的に覆っている、
請求項１から１０までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子（１００）。
【請求項１２】
前記無機の酸化層、酸窒化層または窒化層（８１）は、少なくとも１つの前記金属反射表面（６）にも前記部品表面（７０）にも直接的に続いて配置されており、前記プラズマ重合シロキサン層（８２）は、前記無機の酸化層、酸窒化層または窒化層（８１）に続いて配置されている、
請求項１から１１までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子（１００）。
【請求項１３】
前記プラズマ重合シロキサン層（８２）は、前記バリア積層体（８）の最終層を成している、
請求項１から１２までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子（１００）。
【請求項１４】
オプトエレクトロニクス素子（１００）の製造方法であって、当該製造方法は以下のステップを有する、すなわち、
Ａ）放射を送出可能な少なくとも１つのオプトエレクトロニクス半導体チップ（１）と、少なくとも１つの金属反射表面（６）と、前記金属反射表面（６）とは異なる部品表面（７０）を備えた少なくとも１つの機能部品（７）とを用意するステップと、
Ｂ）腐食性ガスから保護するためのバリア積層体（８）を、少なくとも１つの前記金属反射表面（６）にも前記部品表面（７０）にも被着するステップと
を有しており、前記バリア積層体（８）を、少なくとも１つの無機の酸化層、酸窒化層または窒化層（８１）と、少なくとも１つのプラズマ重合シロキサン層（８２）とを形成することにより製造する、
オプトエレクトロニクス素子（１００）の製造方法。
【請求項１５】
前記プラズマ重合シロキサン層（８２）の堆積中、１つまたは複数の堆積パラメータを変化させて、前記プラズマ重合シロキサン層（８２）に勾配をもたせる、
請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記ステップＢ）の前に、プラズマを用いて前記金属反射表面（６）および前記部品表面（７０）の処理を行う、
請求項１４または１５記載の方法。
【請求項１７】
前記バリア積層体（８）を電気的接触部（１０）の形成後に生じさせる、
請求項１４から１６までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はオプトエレクトロニクス素子に関する。さらに本発明は、オプトエレクトロニクス素子の製造方法に関する。
【０００２】
オプトエレクトロニクス素子は通常、銀コーティングされた表面たとえば銀コーティングされた基板を有する。なぜならば、銀は可視スペクトル領域全体にわたって高い反射率を有するからである。ただし銀は非常に腐食しやすく、とりわけガス、液体、環境作用たとえば硫化水素などのような腐食性媒体に対して非常に腐食しやすい。銀の表面は、腐食性媒体と接触して暗い色に変色し、特に茶色ないしは黒色に変色する。これによって、光をあまり反射できなくなってしまう。しかも、たとえば茶色に変色したならば、反射は波長に左右されることになる。したがってオプトエレクトロニクス素子は、いっそう暗く別種の不所望な光色で照射することになる。オプトエレクトロニクス素子は、輝度安定性および色安定性に対し高い要求が課されるため、通常はシリコーンでカプセル化される。なぜならばシリコーンはエポキシ樹脂よりも光安定性が高く、かつ経年劣化が少ないからである。しかしながら、シリコーンのガス透過性は高く、そのためたとえば腐食性ガスなどの腐食性媒体が銀の表面まで容易に侵入する可能性がある、ということが判明した。よって、オプトエレクトロニクス素子の光安定性および色安定性はたしかに高まるけれども、この素子は、特に道路交通における動作において発生する腐食性ガスの影響を受けやすい。
【０００３】
したがって本発明の課題は、腐食性ガスに対し安定性のあるオプトエレクトロニクス素子を提供することにある。さらに本発明の課題は、安定した素子を生み出すオプトエレクトロニクス素子の製造方法を提供することにある。
【０００４】
この課題は、独立請求項１記載のオプトエレクトロニクス素子によって解決される。従属請求項には、本発明の有利な実施形態および発展形態が記載されている。さらに上記の課題は、独立請求項１４記載のオプトエレクトロニクス素子の製造方法によって解決される。従属請求項１５から１７には、本発明の有利な実施形態および発展形態が記載されている。
【０００５】
少なくとも１つの実施形態によれば、オプトエレクトロニクス素子はオプトエレクトロニクス半導体チップを備えている。オプトエレクトロニクス半導体チップは、放射を送出するように構成されている。この素子は、少なくとも１つの金属反射表面と、少なくとも１つの機能部品とを備えている。機能部品は少なくとも１つの部品表面を備えている。部品表面は金属反射表面とは異なる。この素子はバリア積層体を備えている。バリア積層体は、腐食性媒体または腐食性ガスから保護するように構成されている。バリア積層体は、少なくとも１つの金属反射表面にも部品表面にも配置されている。バリア積層体は、少なくとも１つの無機酸化層または無機酸窒化層または無機窒化層と、少なくとも１つのプラズマ重合シロキサン層とを備えている。
【０００６】
少なくとも１つの実施形態によれば、オプトエレクトロニクス素子は発光ダイオード略してＬＥＤである。オプトエレクトロニクス素子は好ましくは、黄色、青色、赤色、橙色、緑色または白色の光を送出するように構成されている。
【０００７】
オプトエレクトロニクス素子の少なくとも１つの実施形態によれば、この素子は少なくとも１つのオプトエレクトロニクス半導体チップを含む。オプトエレクトロニクス半導体チップは半導体積層体を備えている。半導体チップの半導体積層体は、好ましくはＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体材料をベースにしている。半導体材料は好ましくは、窒化物系化合物半導体材料たとえばＡｌｎＩｎ１−ｎ−ｍＧａｍＮであり、またはリン化物系化合物半導体材料たとえばＡｌｎＩｎ１−ｎ−ｍＧａｍＰでもあり、ただしそれぞれ０≦ｎ≦１，０≦ｍ≦１かつｎ＋ｍ≦１である。同様に半導体材料をＡｌｘＧａ１−ｘＡｓとすることができ、ただし０≦ｘ≦１である。この場合、半導体積層体は、ドーピング材料および付加的な成分を有することができる。ただしわかりやすくするため、たとえ部分的に少量のさらに別の材料により置き換えおよび／または補足が可能であるにせよ、半導体積層体の結晶格子の基本成分すなわちＡｌ，Ａｓ，Ｇａ，Ｉｎ，ＮまたはＰだけが挙げられている。
【０００８】
半導体積層体には、少なくとも１つのｐｎ接合および／または１つまたは複数の量子井戸構造を備えた活性層が含まれている。半導体チップの動作中、活性層において電磁放射が生成される。放射の波長は好ましくは、紫外線、赤外線および／または可視のスペクトル領域にあり、特に４２０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下、たとえば４４０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の波長にある。
【０００９】
少なくとも１つの実施形態によれば、オプトエレクトロニクス素子は少なくとも１つの金属反射表面を備えている。金属反射表面は、好ましくは銀から形成されており、または銀から成り、または銀含有合金から成る。銀は、半導体チップに対する良好な電気的および熱的な接続のほか、可視スペクトル領域全体にわたり著しく高い反射率を有しており、したがってオプトエレクトロニクス素子の輝度および／または効率を高める。このことはとりわけ、接着されたボリューム発光素子半導体チップにより構成されたオプトエレクトロニクス素子において有利である。その理由は、半導体チップから送出される光または放射の大部分が金属反射表面に当射するからである。
【００１０】
少なくとも１つの実施形態によれば、金属反射表面は、スパッタリング、プラズマ支援化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）または原子層堆積（ＡＬＤ）を用いて被着される。
【００１１】
少なくとも１つの実施形態によれば、金属反射表面は、９０％よりも大きい反射率を有しており、好ましくは９５％よりも大きい反射率、特に好ましくは９９％よりも大きい反射率を有する。特に、金属反射表面は腐食性ガスの影響を受けやすい。換言すれば、金属反射表面は硫化水素のような腐食性ガスと反応して、金属反射表面とは異なる物理的および／または化学的な特性を有する化合物を生じさせる。たとえば銀と硫化水素とが以下の反応式に従って反応して硫化銀が発生し、これは暗く変色された状態にあり、銀の反射率を低下させる。
２Ａｇ＋Ｈ２Ｓ→Ａｇ２Ｓ＋２Ｈ＋＋２ｅ−
【００１２】
少なくとも１つの実施形態によれば、素子は機能部品を備えている。この機能部品は好ましくは以下のグループすなわち、半導体チップ、ＥＳＰ半導体チップ、ボンディングワイヤ、支持体、リードフレーム、プラスチックハウジング、ハウジング、半導体チップを固定するための接着剤（チップ接着剤）またはチップ相互接続部から、またはこれらによる組み合わせから、選択されたものである。プラズマ重合シロキサン層の主要な用途は目下のところ、チップ接着剤の領域における拡張された保護である（単一の薄い無機層は、たとえばシリコーンから成る柔らかいポリマーの下地の上ですぐに割れる）。一重の酸化層は基本的に、この層が損傷しないまま維持されているかぎりは、通常は十分な保護を提供する。したがってプラズマ重合シロキサン層は、層もしくは積層体の（本来の）透過性を向上させるために必ずしも設けられているわけではなく、特に（脆い）酸化層が機械的に損傷したときに、その「亀裂」をまだ途中で密閉するために設けられている。
【００１３】
機能部品は、少なくとも１つの部品表面を備えている。部品表面は、金属反射表面とは異なるものである。特に本明細書では、銀を含むかまたは銀から成るいかなる表面も金属反射表面と称される。特に、銀が存在しないいかなる表面も部品表面と称される。部品表面は非金属であってもよいし、または金属であってもよい。たとえば部品表面は、半導体チップの表面特に半導体チップの放射出射面または側面であり、チップ接着剤またはチップ相互接続部の表面、ボンディングワイヤの表面、支持体の表面、リードフレームの表面、および／またはプラスチックハウジングの表面である。
【００１４】
少なくとも１つの実施形態によれば、この素子はバリア積層体を備えている。バリア積層体は好ましくは、金属反射表面および／または部品表面を備えた機能部品を、腐食性媒体特に硫化水素から保護するように構成されている。別の選択肢として、またはこれに加えて、バリア積層体は、温度変化によるストレスおよび湿気といった環境作用から表面を保護することもできる。
【００１５】
バリア積層体は好ましくは、少なくとも１つの金属反射表面にも部品表面にも配置されている。この配置を、直接的にすなわち何も介在させずに行ってもよく、または間接的にすなわち何かを介在させて行ってもよい。ここで「直接的」とは、バリア積層体と表面との間に別の要素または層たとえば接着剤層などが存在しない、ということを意味する。また、ここで「間接的」とは、バリア積層体と表面との間にさらに別の要素または層が存在し得る、ということを意味する。
【００１６】
本明細書では、少なくとも１つの無機酸化層および／または無機酸窒化層および／または無機窒化層と、少なくとも１つのプラズマ重合シロキサン層とから成る積層体が、バリア積層体と称される。換言すれば、バリア積層体は多重階層構造または多層構造を備えている。好ましくはバリア積層体は、可視スペクトル領域において高い透過性を備えている。「透過性」とはここでは、および以下では、可視スペクトル領域において少なくとも８０％、特に少なくとも９０％、特に好ましくは少なくとも９５％の透過率であることを意味する。
【００１７】
少なくとも１つの実施形態によれば、無機の酸化層、酸窒化層または窒化層は、以下のグループすなわち、ケイ素、アルミニウム、チタン、亜鉛、インジウム、スズ、ニオブ、タンタル、ハフニウム、ジルコン、イットリウム、ゲルマニウム、のうちの１つまたは複数の元素に由来する酸化物、酸窒化物または窒化物を有する。しかも無機の酸化層、酸窒化層または窒化層を、可視スペクトル領域において可能なかぎり透明な他の酸化物、酸窒化物または窒化物から形成することができる。
【００１８】
少なくとも１つの実施形態によれば、無機酸化層は、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化ハフニウム、酸化ジルコンまたは酸化イットリウムから形成されており、またはこれらを含む。少なくとも１つの実施形態によれば、無機窒化層は、窒化ケイ素、窒化アルミニウムまたは窒化ゲルマニウムから形成されており、またはこれらを含む。
【００１９】
少なくとも１つの実施形態によれば、無機の酸化層、酸窒化層または窒化層は、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下の層厚を有しており、特に好ましくは１５ｎｍ以上６５ｎｍ以下の層厚たとえば４０ｎｍの層厚を有する。つまり無機の酸化層、酸窒化層または窒化層は極めて薄く成形されていて脆くなっている可能性があり、よって、たとえば素子をさらに処理している最中にまたは後で行われる装着プロセス時に発生するかもしれないような機械的作用に対し、非常に影響を受けやすくなっている可能性があり、それによって無機の酸化層、酸窒化層または窒化層において亀裂またはその他の欠陥が発生するおそれがある。無機の酸化層、酸窒化層または窒化層は、硫化水素または他の有害ガスのような腐食性媒体に対し、高いバリア作用を有する。無機の酸化層、酸窒化層または窒化層を、物理気相成長（ＰＶＤ）または化学気相成長たとえばＰＥＣＶＤまたは原子層堆積（ＡＬＤ）を用いて被着することができる。
【００２０】
少なくとも１つの実施形態によれば、バリア積層体はプラズマ重合シロキサン層を有する。プラズマ重合シロキサン層は、本明細書ではプラズマ重合によって生成された層のことであり、これによれば堆積中に有機前駆体が供給される。プラズマ重合は、化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）のプラズマ活性による特別なバリエーションである。プラズマ重合の場合、蒸気の形態の有機の前駆体化合物つまり前駆体材料が、最初にプラズマによって処理室に向けて活性化される。活性化によりイオン分子が発生し、すでに気相において最初の分子フラグメントがクラスタまたは鎖の形態で形成される。その後、このフラグメントが対応する表面に引き続き凝縮することによって、温度、電子衝撃およびイオン衝撃の作用のもとで重合が引き起こされ、したがってプラズマ重合シロキサン層の形成が引き起こされる。好ましくは、プラズマ重合は真空において、または雰囲気圧力下で実施される。前駆体を以下のグループすなわち、ヘキサメチルジシロキサン、テトラメチルジシロキサン、ジビニルテトラメチルジシロキサン、から選択することができる。プラズマ重合シロキサン層は、好ましくは重合されたＳｉ−Ｏ単位を有する。
【００２１】
無機の酸化層、酸窒化層または窒化層は比較的脆いのに対し、プラズマ重合シロキサン層は依然として、有機材料の残留含有物もしくは炭素または炭化水素鎖を有しており、したがってあまり脆くはなく、いくらか柔らかく成形されている。
【００２２】
少なくとも１つの実施形態によれば、プラズマ重合シロキサン層は、５ｎｍ以上２μｍ以下の層厚を有しており、好ましくは２５ｎｍ以上５００ｎｍ以下の層厚たとえば２５０ｎｍの層厚を有する。換言すれば、好ましくはプラズマ重合シロキサン層は、無機の酸化層、酸窒化層または窒化層よりも厚く成形されている。プラズマ重合シロキサン層は、無機酸化層に比べて亀裂が形成しにくい傾向にある。腐食性媒体の種類によっては、プラズマ重合シロキサン層は、無機の酸化層、酸窒化層または窒化層と組み合わせないと、いくらか不十分なバリア保護を成すことになる。プラズマ重合シロキサン層は、酸化層、酸窒化層または窒化層に比べて高い機械的安定性を有する。それというのもプラズマ重合シロキサン層は、いっそうフレキシブルでありかついっそう延性があり、亀裂が形成しにくい傾向にあるからである。熱膨張係数は、コーティングすべき表面の熱膨張係数にいっそう類似しており、したがって温度が跳躍的に変化したときに発生する機械的応力は、無機の酸化層、酸窒化層または窒化層に比べて小さい。
【００２３】
発明者が認識した点は、無機の酸化層、酸窒化層または窒化層とプラズマ重合シロキサン層とから成る組み合わせを有するバリア積層体を適用すれば、腐食性媒体および他の環境作用に対し素子における表面を保護することができる、ということである。したがって銀表面にも銀不含表面にも、好ましくはバリア積層体の被着中に自由に接近可能なすべての表面に、バリア積層体がコーティングされる。このようにすれば、表面ごとに区別する必要なく、比較的簡単にバリア作用を生じさせることができる。これに比べると、無機の酸化層、酸窒化層または窒化層による慣用のバリア層は、これらの層において亀裂が頻繁に見られる。そのような亀裂は、たとえばオプトエレクトロニクスパーツまたはさらに別の部品をはんだ付けする際に、または温度変動または他の環境作用によって、以降の動作中に発生する可能性がある。このケースでは、金属反射表面および部品表面に、特に銀の金属反射表面に、腐食性媒体が到達する可能性があり、その結果、その領域において亀裂の周囲に腐食が発生する。
【００２４】
少なくとも１つの実施形態によれば、バリア積層体は、１つの無機の酸化層、酸窒化層または窒化層と１つのプラズマ重合シロキサン層とから成る少なくとも１つの層構造を有する。好ましくは、複数の酸化層、酸窒化層または窒化層と複数のプラズマ重合シロキサン層とによっても、バリア積層体を形成することができる。
【００２５】
少なくとも１つの実施形態によれば、プラズマ重合シロキサン層が、少なくとも１つの金属反射表面にも部品表面にも直接的に続いて配置されており、無機の酸化層、酸窒化層または窒化層が、このプラズマ重合シロキサン層に続いて配置されている。換言すれば、バリア積層体は、プラズマ重合シロキサン層そして無機の酸化層、酸窒化層または窒化層という順序で少なくとも２つの層を含む層構造を備えている。
【００２６】
少なくとも１つの実施形態によれば、プラズマ重合シロキサン層またはさらに別のプラズマ重合シロキサン層が、少なくとも１つの金属反射表面にも部品表面にも直接的に続いて配置されており、無機の酸化層、酸窒化層または窒化層が、プラズマ重合シロキサン層またはさらに別のプラズマ重合シロキサン層に続いて配置されている。これに加え、無機の酸化層、酸窒化層または窒化層に続いて、さらに別のプラズマ重合シロキサン層またはプラズマ重合シロキサン層が配置されている。換言すれば、バリア積層体は、プラズマ重合シロキサン層、無機の酸化層、酸窒化層または窒化層そしてさらに別のプラズマ重合シロキサン層という順序で、あるいはさらに別のプラズマ重合シロキサン層、無機の酸化層、酸窒化層または窒化層そしてプラズマ重合シロキサン層という順序で、少なくとも３つの層を含む層構造を備えている。さらに別のプラズマ重合シロキサン層は、プラズマ重合シロキサン層の既述の材料および仕様を有することができる。
【００２７】
少なくとも１つの実施形態によれば、バリア積層体は少なくとも部分的に、好ましくは完全に、半導体チップ表面、接触部表面および／またはハウジング表面を覆っている。換言すれば、製造中、半導体チップ、接触部およびハウジングを用意することができ、次いで露出しているすべての表面にバリア積層体を被着することができる。つまりバリア積層体を金属反射表面に必ず選択的に被着しなくてもよくなり、他の機能部品にも面全体にわたり被着させることができる。このようにすれば、プロセスステップと時間とを節約することができる。
【００２８】
少なくとも１つの実施形態によれば、無機の酸化層、酸窒化層または窒化層は、少なくとも１つの金属反射表面にも部品表面にも直接的に続いて配置されており、プラズマ重合シロキサン層は、無機の酸化層、酸窒化層または窒化層に続いて配置されている。換言すれば、バリア積層体は、表面から離れる方向で無機層そしてプラズマ重合シロキサン層という順序を有する。
【００２９】
少なくとも１つの実施形態によれば、プラズマ重合シロキサン層またはさらに別のプラズマ重合シロキサン層は、バリア積層体の最終層を成している。これが有利である理由は、堆積条件を介して表面特性を所期のように調整できるからであり、このようにしてたとえば後で用いられるモールド材料の付着に関して整合させることができるからである。
【００３０】
プラズマ重合シロキサン層の堆積を、前駆体の選択つまりモノマー組成の選択を介して、かつ正確なプロセス管理を介して、特にプラズマ電力および前駆体と酸素との比を介して、所期のように変化させて調整することができる。特に、バリアの作用、ガスの拡散、光学的透過性、付着、たとえば膨張係数および表面エネルギーなどのような機械的特性を、プロセスパラメータによって調整することができる。これらのパラメータを、堆積中に変更することもできる。
【００３１】
少なくとも１つの実施形態によれば、バリア積層体は、無機の酸化層、酸窒化層または窒化層とプラズマ重合シロキサン層とから成るただ１つの組み合わせを備えている。このようにした場合には、オプトエレクトロニクス素子のための相応のプロセスフローは、以下のようになるであろう。最初に、半導体チップを取り付けることができる。これに続いて接触を行うことができる。次いで、無機の酸化層、酸窒化層または窒化層を堆積させることができる。その後、プラズマ重合シロキサン層を堆積させることができる。さらに素子をモールドし、次いで個別化することができる。別の選択肢として、積層体における順序を逆にすることも考えられ、つまり最初にプラズマ重合シロキサン層を被着し、次いで無機の酸化層、酸窒化層または窒化層を被着することも考えられる。この場合には、種々の基板材料の境界面における機械的応力を、比較的僅かな度合いで脆い無機の酸化層、酸窒化層または窒化層に整合させることができ、それによって亀裂形成を低減させることができる。ただし、無機の酸化層、酸窒化層または窒化層にそれにもかかわらず発生する亀裂を通して侵入する可能性のある腐食性媒体を、基板近くのプラズマ重合シロキサン層において場合によってはますます伝播させてしまい、いっそう広い面に腐食が作用する可能性がある。
【００３２】
したがって保護作用をさらに改善する目的で、付加的な層を堆積させることができ、たとえばプラズマ重合シロキサン層と、無機の酸化層、酸窒化層または窒化層と、さらに別のプラズマ重合シロキサン層とによる組み合わせを堆積させることができ、この場合にはプラズマ重合シロキサン層が同時に最終層を成す。上述の問題に関してこのバリア積層体の場合には有利なことに、腐食性媒体に対しこのバリア積層体が格別に安定している、ということが判明した。
【００３３】
少なくとも１つの実施形態によれば、金属反射表面と部品表面とを、バリア積層体の被着前に前処理することができ、もしくは洗浄することができる。たとえばプラズマ処理によって、洗浄を行うことができる。しかもプロセス管理の制御によって、特に酸素分圧の制御によって、プラズマ重合シロキサン層の表面エネルギーもしくは界面化学を所期のように調整することができる。これにより表面エネルギーも広い範囲にわたって調整することができ、ひいてはたとえばシリコーンから形成されるカプセル化部のための材料に合わせて、最適な特性という点に関して整合させることができる。
【００３４】
少なくとも１つの実施形態によれば、カプセル化部の付着をさらに改善する目的で、最終的な表面機能化をたとえばプラズマ処理によって行うことができる。
【００３５】
本発明はさらに、オプトエレクトロニクス素子の製造方法に関する。好ましくは、本明細書で述べる方法によって、本明細書で述べるオプトエレクトロニクス素子が形成される。特に、オプトエレクトロニクス素子についてなされたすべての説明は、方法についても素子についても当てはまる。
【００３６】
少なくとも１つの実施形態によれば、この方法は以下のステップを有する、すなわち、
Ａ）放射を送出可能な少なくとも１つのオプトエレクトロニクス半導体チップと、少なくとも１つの金属反射表面と、金属反射表面とは異なる部品表面を備えた少なくとも１つの機能部品とを用意するステップと、
Ｂ）腐食性媒体から保護するためのバリア積層体を、少なくとも１つの金属反射表面にも部品表面にも被着するステップと
を有しており、バリア積層体を、少なくとも１つの無機の酸化層、酸窒化層または窒化層とプラズマ重合シロキサン層とを形成することにより製造する。
【００３７】
少なくとも１つの実施形態によれば、プラズマ重合シロキサン層の堆積中に、１つまたは複数の堆積パラメータたとえばガス流またはプラズマ電力を変化させ、それによってプラズマ重合シロキサン層に勾配をもたせることができ、たとえば酸素含有量または光学特性において勾配をもたせることができる。
【００３８】
少なくとも１つの実施形態によれば、酸素勾配を有するプラズマ重合シロキサン層が形成される。特にプラズマ重合シロキサン層の被着は、処理開始当初は酸素を供給せずに行われるのに対し、特定の層厚たとえば５０ｎｍに達したときに酸素勾配が連続的にまたは離散的に高められる。
【００３９】
少なくとも１つの実施形態によれば、ステップＢ）の前に、プラズマを用いて金属反射表面および／または部品表面の処理が行われる。このステップを表面洗浄のために行うことができ、これによってバリア積層体の付着を強めることができる。
【００４０】
少なくとも１つの実施形態によれば、電気的接触部の形成後にバリア積層体の被着が行われる。このことを、リードフレームベースの構造またはセラミック基板ベースの構造において行うことができる。
【００４１】
以下で図面を参照しながら説明する実施例から、その他の利点、有利な実施形態および発展形態が明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１Ａおよび図１Ｂはそれぞれ、１つの実施形態によるオプトエレクトロニクス素子の概略断面図である。
【図２】図２Ａから図２Ｃはそれぞれ、１つの実施形態によるバリア積層体の概略断面図である。
【図３】１つの実施形態による反射効率を示す図である。
【図４】図４Ａから図４Ｅは腐食テストを示す図である。
【００４３】
実施例および図面において、同じ要素、同種の要素または同じ働きをする要素には、それぞれ同じ参照符号を付している場合もある。図示の要素およびそれら相互間の大きさの比率は、縮尺どおりであるとみなされるべきものではない。見やすくするために、かつ／または理解しやすくするために、個々の要素たとえば層、部品、素子および領域がむしろ誇張した大きさで描かれる場合もある。
【００４４】
図１Ａには、１つの実施形態によるオプトエレクトロニクス素子１００の概略断面図が示されている。オプトエレクトロニクス素子１００は支持体４を備えている。支持体４をリードフレームとしてもよい。さらに素子１００は、ハウジング３および半導体チップ１を備えている。半導体チップ１は好ましくは、青色、緑色または赤色のスペクトル領域からの放射を送出するように構成されている。半導体チップ１は、チップ接着剤を介して支持体４に取り付けられている。半導体チップ１はボンディングワイヤ５によって、リードフレームまたは支持体４と電気的に接触させられている。素子１００は、部品表面７０を備えている（この図には示されていない）。部品表面は、モールド前に接近可能であり金属反射表面６ではなくつまり好ましくは銀表面ではない、部品７のすべての表面である。たとえばバリア積層体８が、ハウジング表面、ボンディングワイヤ表面、放射出射面、および半導体チップ１の側面および／または支持体４の表面に被着されている。バリア積層体８は好ましくは、少なくとも１つの無機の酸化層、酸窒化層または窒化層と、プラズマ重合シロキサン層とから成る多層積層体であって、このバリア積層体８は自由に接近可能な表面に、つまりは部品表面７０と、好ましくは銀から形成された金属反射表面６とに、被着されている。このようにすることでバリア積層体８によって、特に金属反射表面６を腐食性ガスのような環境作用から保護することができる。半導体チップ１をカプセル化することができる。カプセル化部９を、たとえばシリコーンによって形成することができる。カプセル化部９は、たとえばＹＡＧ発光材料のような変換材料を含むことができる。
【００４５】
好ましくはバリア積層体８は、接触後すなわちボンディングワイヤ取り付け後に被着される。バリア積層体８を、無機層とプラズマによって重合されたシロキサン層とから形成することができる。金属反射表面６として、たとえば銀または銀合金を設けることができる。半導体チップ１を、接着剤層２によって支持体４に取り付けることができる。ボンディングワイヤ５を、金、銀またはそれらの合金から形成することができる。リードフレームまたは支持体４を銀から形成することができる。
【００４６】
図１Ｂには、１つの実施形態によるオプトエレクトロニクス素子の概略断面図が示されている。図１Ｂの素子１００は、事前に製造されたハウジングもしくはキャビティ３をこの素子は備えていないという点で特に、図１Ａの素子とは相違している。半導体チップ１は、接着剤層２を介して接触部または金属化部１０に取り付けられている。金属化部１０を、支持体４たとえばセラミックから成る支持体４に配置することができる。バリア積層体８は、自由に接近可能なすべての表面を覆うことができる。好ましくはバリア積層体８は、ボンディングワイヤの表面も半導体チップおよび金属化部または接触部１０の表面も覆っている。
【００４７】
図２Ａから図２Ｃには、１つの実施形態によるバリア積層体がそれぞれ示されている。図２Ａから図２Ｃには、支持体４またはリードフレーム４が用意された状態が示されているが、これを省略してもよい。図２Ａから図２Ｃには、金属反射表面および部品表面６，７０が用意された状態がそれぞれ示されている。この金属表面６および部品表面７０の上に、バリア積層体８を形成することができる。バリア積層体８は、種々の構成を有することができる。支持体が銀を含むケースであれば、支持体表面が金属反射表面である。
【００４８】
図２Ａには、バリア積層体８が、無機の酸化層、酸窒化層または窒化層８１と、この層に直接的に続いて配置されたプラズマ重合シロキサン層８２とを備えていることが示されている。プラズマ重合シロキサン層８２を、図２Ａに示されているように酸素勾配を伴って形成することができ、または酸素勾配なしで形成することができ、これについては図２Ｂを参照されたい。
【００４９】
図２Ｃは、バリア積層体８が３つの層を備えている点で特に、図２Ａおよび図２Ｂとは相違している。表面６，７０に続いて、さらに別のプラズマ重合シロキサン層８３が配置されている。さらに別のプラズマ重合シロキサン層８３は、たとえば前駆体としてヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）を用いて、酸素勾配なしで形成されている。プラズマ重合シロキサン層８３に続いて、無機の酸化層、酸窒化層または窒化層８１が配置されている。無機の酸化層、酸窒化層または窒化層８１に続いて、プラズマ重合シロキサン層８２が配置されている。プラズマ重合シロキサン層８２を、前駆体としてＨＤＭＳＯを用いて、酸素勾配なしで形成することができる。別の選択肢として、プラズマ重合シロキサン層８２，８３を、酸素勾配を用いて形成することもできる。
【００５０】
無機の酸化層、酸窒化層または窒化層としてたとえば、酸化ケイ素、酸化アルミニウムといった材料、あるいは物理気相成長（ＰＶＤ）、化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）または原子層堆積（ＡＬＤ）を用いて形成される他の材料を使用することができる。
【００５１】
なお、本明細書で説明した実施例つまりバリア積層体８の多層コーティングに限定されるものではない。別の選択肢として、４つ以上の層によってもバリア積層体８を形成することができる。
【００５２】
図３には、銀表面の反射効率Ｒが任意単位ａ．Ｕ．で、湿度ストレスが加えられた気候サイクル数Ｎに依存して示されている。これらの結果から、他の腐食性媒体についても推定を行うことができる。つまりこの場合には、腐食性の周囲または環境作用におけるバリア積層体の有効性がテストされる。曲線３−１は、バリア積層体または他の保護層を備えていない銀の反射効率を示す。参照符号３−２が付された曲線は、もっぱら比較的薄い１つの無機酸化層のみから成るバリア積層体を備えた銀の反射効率を示す。参照符号３−３が付された曲線は、もっぱら比較的厚い１つのプラズマ重合シロキサン層のみから形成されたバリア積層体の反射効率を示す。参照符号３−４が付された曲線は、ここでは本発明によるバリア積層体８を示し、この場合には無機酸化層とプラズマ重合シロキサン層との組み合わせから成るバリア積層体を示す。これらの曲線からわかるように、無機の酸化層、酸窒化層または窒化層をプラズマ重合シロキサン層と組み合わせることによって、０．９を超える安定した高い反射率をもたらすことができ、これは気候サイクル数Ｎに左右されない。
【００５３】
図４Ａから図４Ｅには腐食テストが示されている。ここでは半導体チップ１が用意された。この場合、バリア積層体は、酸化アルミニウムから成る無機酸化層と、ＨＤＭＳＯから成るプラズマ重合シロキサン層とを備えている。図４Ａには腐食テストの結果が示されており、その際にバリア積層体は、プラズマ重合シロキサン層と、酸化アルミニウムから成る無機酸化層と、ＨＤＭＳＯから成るさらに別のプラズマ重合シロキサン層とによって形成されている。この場合、腐食を認めることはできず、したがってバリア積層体は良好なバリア作用を有する。境界面特にチップ接着剤との境界面に、腐食を認めることはできない。
【００５４】
これとの比較として図４Ｂには、アルミニウムから成るただ１つの無機バリア層のみを備えたオプトエレクトロニクス素子１００が示されている。無機バリア層は、スパッタリングにより被着される。この図からわかるように、これは良好なバリア機能を備えているけれども、境界面に亀裂が形成されており、そこにはチップ接着剤の領域に広がった腐食が示されている。
【００５５】
図４Ｃには、ＨＤＭＳＯから成るただ１つのプラズマ重合シロキサン層のみをバリア層として備えたオプトエレクトロニクス素子１００が示されている。ここでは不十分なバリア作用を認めることができる。図４Ｄおよび図４Ｅには、さらに別の腐食テストが示されている。図４Ｄには腐食テスト適用前のオプトエレクトロニクス素子が示されており、図４Ｅには腐食テスト適用後のオプトエレクトロニクス素子が示されている。図４Ｄおよび図４Ｅの素子はバリア層を備えていない。これらの図面からわかるように、本明細書で説明したバリア積層体は、他のバリア積層体に比べて特に有効な腐食耐性を備えている。
【００５６】
本明細書で説明したオプトエレクトロニクス素子によれば、２５℃および７５％の相対空気湿度において１５ｐｐｍの硫化水素中で５００時間経過後、当初の輝度の少なくとも９０％であることを求めることができた。この種のバリア積層体８を用いれば、金属反射表面特に銀表面をオプトエレクトロニクス素子のために格別良好に使用することができる。銀によるコーティングは、たとえば金によるコーティングに比べて著しく低コストであり、とりわけ可視スペクトル領域全体にわたり反射率がいっそう高くなることから、著しく効率が高められたオプトエレクトロニクス素子が得られるようになる。このように反射率が高められることから、ボリューム発光素子半導体チップの使用が可能となり、これによってさらにコストおよび効率の利点がもたらされるようになる。しかも金属反射表面のほか、たとえばボンディングワイヤなどのような他の部品表面もコーティングすることができる。しかも本明細書で挙げたバリア積層体によって、たとえばボンディングワイヤまたは基板の銀表面などのような金属反射表面を変色から保護することができ、これはたとえばカプセル化のために高フェニル化シリコーンもしくはＨＲＩシリコーンを使用した場合に該当する。後者によれば、オプトエレクトロニクス素子の輝度が高められるようになり、もしくはオプトエレクトロニクス素子の効率が高められるようになる。
【００５７】
図面を参照しながら説明してきた実施例およびそれらの特徴を、さらに別の実施例に従い互いに組み合わせることも可能であり、このことは、たとえかかる組み合わせが明示的に図面に記載されていないまたは示されていない場合であっても可能である。さらに図面を参照しながら説明してきた実施例は、概要説明個所の記述に従い付加的または択一的な特徴を有することができる。
【００５８】
実施例に基づく説明によって、本発明がそれらの実施例に限定されてしまうものではない。むしろ本発明は、あらゆる新たな特徴ならびに特徴のあらゆる組み合わせを含むものであり、そのような組み合わせには特に、特許請求の範囲に記載された特徴のあらゆる組み合わせが含まれ、このことは、それらの特徴またはそれらの組み合わせ自体が特許請求の範囲あるいは実施例に明示的には挙げられていない場合であっても、当てはまるものである。
【００５９】
本願は、独国特許出願第１０２０１６１１５９２１．２号の優先権を主張するものであり、ここで上記特許出願を参照したことにより、その開示内容が本願に取り込まれるものとする。
【符号の説明】
【００６０】
１００  オプトエレクトロニクス素子
１  半導体チップ
２  接着剤
３  ハウジング
４  リードフレーム、支持体
５  ボンディングワイヤ
６  金属反射表面
７  部品
７０  部品表面
８  バリア積層体
８１  無機の酸化層、酸窒化層または窒化層
８２  プラズマ重合シロキサン層
８３  さらに別のプラズマ重合シロキサン層
９  カプセル化部
１０  接触部、金属化部
【図１Ａ】
2019525493.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【国際調査報告】
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