(57)【要約】  本発明は、複数の半導体チップ（１０）を製造するための方法に関しており、この方法は、サファイアによって形成された成長面（１ａ）を有する成長基板（１）を提供するステップと、マスク材料（２）を、前記成長基板（１）の前記成長面（１ａ）上に被着するステップと、前記マスク材料（２）を、当該マスク材料（２）内に複数の開口部（２２）を設けることにより、多重に連結するマスク層（２１）に構造化するステップであって、前記複数の開口部（２２）のうちの少なくとも多数の底部（２３）で、前記成長面（１ａ）が露出されるステップと、半導体積層体（３）を、前記複数の開口部内および前記マスク層（２１）上に被着するステップと、少なくとも前記半導体積層体（３）を、前記複数の半導体チップ（１０）に分離するステップとを含み、前記各半導体チップ（１０）は、横方向寸法（Ｌ）を有しており、該横方向寸法（Ｌ）は、前記複数の開口部（２２）の、最も近い開口部との平均間隔（Ａ）よりも大きい。
2017532784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体チップ（１０）を製造するための方法であって、
サファイアによって形成された成長面（１ａ）を有する成長基板（１）を提供するステップと、
マスク材料（２）を、前記成長基板（１）の前記成長面（１ａ）上に被着するステップと、
前記マスク材料（２）を、当該マスク材料（２）内に複数の開口部（２２）を設けることにより、多重に連結するマスク層（２１）に構造化するステップであって、前記複数の開口部（２２）のうちの少なくとも多数の底部（２３）で、前記成長面（１ａ）が露出されるステップと、
半導体積層体（３）を、前記マスク層（２１）上および前記成長面（１ａ）上に被着するステップと、
少なくとも前記半導体積層体（３）を、前記複数の半導体チップ（１０）に分離するステップと、を含み、
前記各半導体チップ（１０）は、横方向寸法（Ｌ）を有しており、該横方向寸法（Ｌ）は、前記複数の開口部（２２）の、最も近い開口部との平均間隔（Ａ）よりも大きいことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記分離の際に、前記半導体積層体（３）、前記マスク層（２１）および前記成長基板（１）を多重にカットする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記分離の前後で、前記マスク層（２１）が少なくとも部分的に除去される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記分離の前後で、前記成長基板（１）が前記半導体積層体（３）から除去される、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記マスク材料（２）は、酸化ケイ素を含むかまたは酸化ケイ素からなっている、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記複数の開口部（２２）のうちの少なくとも多数において、最も近い開口部（２２）との間の間隔（Ａ）は、少なくとも０．５μｍから最大で１５μｍの間である、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記複数の開口部（２２）は、製造誤差の範囲内で、規則的な格子の複数の格子点に配置されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記複数の開口部（２２）のうちの少なくとも多数において、最大の横方向の開口部寸法は、少なくとも０．３μｍから最大で２．０μｍの間である、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記マスク層（２１）の厚さは、少なくとも０．２μｍから最大で１０μｍの間である、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記半導体積層体（３）は、前記マスク層（２１）を完全に覆うように形成される、請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
半導体チップであって、
サファイアによって形成された成長面（１ａ）を有する成長基板（１）と、
マスク層（２１）を完全に貫通する複数の開口部（２２）を有する、多重に連結するマスク層（２１）と、
前記複数の開口部（２２）の領域において、少なくともところどころで前記成長面（１ａ）と直接接触し、かつ少なくともところどころで前記マスク層（２１）と直接接触する半導体積層体（３）と、を備え、
前記半導体積層体（３）は、前記マスク層（２１）を完全に覆うように形成され、
前記マスク層（２１）は、光透過性材料によって形成されており、
前記光透過性材料は、光に対して、前記成長基板（１）の屈折率よりも小さく、かつ前記半導体積層体（３）の屈折率よりも小さい光学的屈折率を有していることを特徴とする半導体チップ。
【請求項１２】
前記半導体積層体（３）は、光を発生するために設けられた活性領域（３ａ）を含んでいる、請求項１１記載の半導体チップ。
【請求項１３】
前記マスク層（２１）は、４つ以上の開口部（２２）を含んでいる、請求項１１または１２記載の半導体チップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
米国特許出願公開第２００５／０００３５７２号明細書（ＵＳ２００５／０００３５７２Ａ１）には、複数の半導体チップを製造するための方法が記載されている。
【０００２】
本発明が解決しようとする課題は、特に柔軟に使用可能である、複数の半導体チップを製造するための方法を提供することである。さらに本発明が解決しようとする課題は、特に安価に製造可能である半導体チップを提供することにある。
【０００３】
本明細書では、複数の半導体チップを製造するための方法が提供される。さらに本明細書では、半導体チップが提供される。本明細書に記載する半導体チップは、この場合特に、本明細書に記載する複数の半導体チップを製造するための方法によって製造されてもよい。すなわち、複数の半導体チップを製造するための方法に対して開示された全ての特徴は、半導体チップに対しても開示されており、さらにその逆も当て嵌まる。
【０００４】
複数の半導体チップを製造するための方法の少なくとも１つの実施形態によれば、サファイアで形成された成長面を有している成長基板が提供される。この成長基板は、例えば、完全にサファイアからなるサファイア基板であってもよい。さらにこの成長基板は、基板の一部だけがサファイアで形成された成長面を含む複合基板であってもよい。
【０００５】
成長基板の成長面は、例えばその上に半導体材料がエピタキシャル堆積するように設けられる。成長基板の成長面は、本願では特に構造化されない。すなわち、製造誤差の枠内において、成長基板の成長面は、平滑におよび／または平坦に形成され、特に意図的に形成された構造部は有していない。
【０００６】
特に本願では、成長基板は、特にＧａＮ系の層の成長のために使用することができる、いわゆる予め構造化されたサファイア基板（pre-structured sapphire substrate）ではない。
【０００７】
この方法の少なくとも１つの実施形態によれば、マスク材料が、成長基板の成長面上に被着される。このマスク材料は、成長面を可及的に完全に覆うことが可能である。すなわちこのマスク材料は、成長基板の成長面の少なくとも９０％を覆い、特に少なくとも９５％、例えば１００％を覆う。このマスク材料は、スピンコーティング、蒸着またはスパッタリングのような方法により、成長面上に被着可能である。マスク材料は、例えば直接成長基板の成長面に接している。マスク材料は、例えば半導体酸化物、半導体窒化物、金属酸化物または金属窒化物によって形成されている。ここでのマスク材料は、特に、マスク材料上に後から被着される半導体材料の成長が、成長基板の成長面上よりも悪くなるように選択される。さらにマスク材料は、好ましくはエッチング、例えば湿式化学エッチングにより、それ以外は同じ条件のもとで、成長面の材料よりも、つまりサファイアよりも、そして後から被着される半導体材料よりも迅速に分解するように選択される。マスク材料の成長基板とは反対側の面は、製造誤差の範囲内で平滑に形成されていてもよい。さらにマスク材料の成長基板とは反対側の面は、所期のような粗化も可能である。
【０００８】
この方法の少なくとも１つの実施形態によれば、マスク材料を、多重に連結するマスク層に構造化することは、マスク材料内に複数の開口部を設けることによって行われる。すなわちマスク材料内に、例えば光化学的方法を用いて、複数の開口部が設けられ、これらの開口部は、マスク材料を、多重に連結するように実施されるマスク層に構造化するように実施される。これらの開口部は、マスク材料内の複数の開口部のうちの少なくとも多数の底部で、特に複数の開口部のうちの少なくとも９０％の底部で、好ましくは全ての開口部の底部で、成長面が露出するように、少なくともところどころで完全に貫通している。
【０００９】
このマスク層を形成するためのマスク材料の完全な貫通に基づいて、当該マスク層は、複数の開口部の形成後に、単純にではなく、多重に連結する。
【００１０】
この場合複数の開口部は、好ましくは相互に次のような間隔で生成される。すなわちそれらが、相互に貫通せず、かつ相互に重ならないように生成される。すなわち複数の開口部の大半は、特に複数の開口部の少なくとも９０％は、好ましくは全ての開口部は、成長面に平行に延在する方向の横方向において、完全にマスク材料によって取り囲まれる。従ってつまり隣接している複数の開口部の間には、マスク材料によって形成されたマスク層のそれぞれ１つの領域が存在している。
【００１１】
この方法の少なくとも１つの実施形態によれば、半導体積層体のマスク層上および成長面上への被着が行われる。この半導体積層体は、例えば半導体材料としてエピタキシャル堆積される。このマスク材料は、特に半導体材料が、マスク層上で成長するというよりも、むしろ成長基板の成長面上で、つまり複数の開口部の底部で成長するように選択されている。それにより、複数の開口部内に最初に半導体材料の島状部（以下では単にアイランドとも称する）が形成され、それらが、マスク層の過剰成長後に半導体積層体に合体する。このようにして半導体積層体は、マスク材料の複数の開口部内のそれらの核が成長面上にある複数の半導体アイランドから一体となる。
【００１２】
半導体積層体は、例えば窒化物半導体を用いて形成されている。すなわち半導体積層体は、窒化物系化合物半導体材料に基づいている。このことは、本願との関係において、半導体積層体または少なくともその一部が、窒化物系化合物半導体材料、好ましくはＡｌｎＧａｍＩｎ１−ｎ−ｍＮ、但し０≦ｎ≦１，０≦ｍ≦１およびｎ＋ｍ≦１、を含むかまたはそれからなることを意味している。ここでのこの材料は、必ずしも上記式に従った数学的に正確な組成を有していなくてもよい。それどころか、例えば１つ以上のドーパント並びに付加的な構成成分を含んでいてもよい。しかしながら簡単にするために、上記式は、それらが部分的に少量のさらに別の物質によって置換および／または補充可能な場合であっても、結晶格子の主な構成成分（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｎ）だけは含有する。
【００１３】
この方法の少なくとも１つの実施形態によれば、少なくとも半導体積層体を、複数の半導体チップに分離することが行われ、その場合各半導体チップは、横方向寸法を有している。半導体チップの横方向寸法とは、例えばそのエッジ長である。ここでは、半導体チップの大半の横方向寸法、特に半導体チップの少なくとも９０％の横方向寸法、好ましくは全ての半導体チップの横方向寸法は、マスク層内の複数の開口部の、マスク層内の最も近い開口部との平均間隔よりも大きい。すなわちマスク層内の各開口部は、そこからの間隔が、マスク層内の他の複数の開口部からの間隔よりも小さい、最も近い開口部を有している。複数の開口部の大半に対する、特に複数の開口部の少なくとも９０％に対する、好ましくはこれらの全ての開口部に対するこれらの間隔の平均値は、半導体チップの横方向寸法よりも小さい。
【００１４】
換言すれば、マスク層によって、マスク材料内の各開口部に、後からの半導体チップが一義的に対応付けられるようなパターニングが設定されるのではなく、後からの半導体チップが、複数の開口部に亘って延在し、それによって各半導体チップに、４つ以上の開口部が対応付け可能である。例えば各半導体チップには、１０００以上の開口部が対応付け可能である。
【００１５】
本明細書に記載する、複数の半導体チップを製造するための方法の少なくとも１つの実施形態によれば、この方法が、以下のステップ、すなわち、
サファイアによって形成された成長面を有する成長基板を提供するステップと、
マスク材料を、成長基板の成長面上に被着するステップと、
マスク材料を、当該マスク材料内に複数の開口部を設けることにより、多重に連結するマスク層に構造化するステップであって、複数の開口部のうちの少なくとも多数の底部で、成長面が露出されるステップと、
半導体積層体を、マスク層上および成長面上に被着するステップと、
少なくとも半導体積層体を、複数の半導体チップに分離するステップと、を含み、
この場合各半導体チップは、横方向寸法を有しており、該横方向寸法は、複数の開口部の、最も近い開口部との平均間隔よりも大きい。
【００１６】
この方法は、ここでは特に記載された順序で実施可能である。
【００１７】
本明細書に記載するこの方法は、特にオプトエレクトロニクス半導体チップの製造のために使用され得る。オプトエレクトロニクス半導体チップとは、例えば光を放射する半導体チップであり、これは動作中に、紫外線ビームから赤外線ビームまでのスペクトル範囲の電磁ビームを放射する。サファイア基板が半導体積層体に残る（いわゆるサファイアチップの）オプトエレクトロニクス半導体チップからの光抽出を向上させるために、チップ全体に対する光出射のための確率を高めることで光抽出を向上させる構造に予め構造化されたサファイア基板を使用することは可能である。
【００１８】
さらに、予め構造化されたサファイア基板は、後続の半導体材料の成長に関しても有利であることがわかっている。
【００１９】
しかしながらここでは、特にエピタキシャル成長中にサファイア基板の平坦な面と構造化された面との間の成長の選択性が僅かになるという問題が生じる。それに対して本願の方法によれば、サファイア基板の成長面の構造化を省くことが可能になる。その代わりに、マスク材料によって形成されたマスク層が使用され、このマスク材料上では、半導体積層体の半導体材料の成長が、成長基板のサファイア面上よりも、すなわち成長面上よりも悪くなる。このようにして、エピタキシャル堆積中の高められた成長の選択性が達成される。
【００２０】
驚くべきことに、マスク層は、それが完成された半導体チップ内に、光抽出の向上のために残すことができるように、あるいは、それの除去後に半導体積層体の光抽出を向上させる構造化が達成されるように、選択可能であることが見出されている。さらにマスク層は、半導体層積層体を、基板から剥離すべきケースに対して、サファイア基板の剥離を容易にすることができる。すなわち、本明細書に記載する方法は、サファイアチップの製造にも、成長基板を含まない薄膜チップの製造にも、同様に適している。このことは、サファイアチップおよび薄膜チップの製造のための基板およびエピタキシャル処理の規格統一を可能にさせる。さらにこのことは、オプトエレクトロニクス半導体チップの製造全般を容易にかつ安価にさせる。従って、本明細書に記載するこの方法は、とりわけ多岐に亘る使用が可能である。
【００２１】
さらにマスク材料は、その光学特性に関して、反射、全反射および／または光の屈折によるオプトエレクトロニクス半導体チップの光学特性が、例えば光抽出および放射特性の改善によって向上するように選択可能である。
【００２２】
本明細書に記載する方法では、製造された半導体チップの各々は、横方向寸法、例えば半導体チップの最大エッジ長を有し、かつこの横方向寸法が、複数の開口部の、最も近い開口部との平均間隔よりも大きくなるようにすることが可能である。ここでの最大エッジ長は、例えば少なくとも２００μｍ、少なくとも５００μｍまたは少なくとも１０００μｍであり得る。それに伴い半導体チップの横方向寸法は、好ましくは少なくとも１０倍、または少なくとも５０倍、または少なくとも１００倍、または少なくとも１０００倍だけ、平均間隔よりも大きい。
【００２３】
この方法の少なくとも１つの実施形態によれば、半導体積層体の分離の際に、マスク層および成長基板が多重にカットされる。このケースでは、特に成長基板とマスク層とを、完成された半導体チップ内に残すことが可能である。つまり製造された半導体チップとはサファイアチップである。このように製造されたサファイアチップでは、半導体積層体は、複数の開口部の領域において、ところどころで直接成長基板に接しており、それに対して他の領域においては、マスク層は、半導体積層体と成長基板との間に配置されている。光の出射は、例えばサファイア基板を貫通して行うことが可能である。このケースでは、マスク層は、好ましくは半導体チップ内で発生した光に対して透過的にまたは透明に選択可能である。さらに、光の出射を、半導体積層体のサファイア基板とは反対側に想定することも可能である。このケースでは、マスク層は反射器として用いられる。
【００２４】
この方法の少なくとも１つの実施形態によれば、分離の前後で、マスク層が少なくとも部分的に除去される。このケースでは、成長基板を、半導体積層体から剥離するか、または半導体積層体に残すことが可能である。成長基板が半導体積層体に残される場合には、例えばガスが充填された空洞が、半導体積層体と成長基板との間の以前にマスク層があったところに配置される。このガスが充填された中空空間または窪みでは、光の屈折および／または反射が起こり得る。
【００２５】
この方法の少なくとも１つの実施形態によれば、分離の前後で、成長基板が、半導体積層体から除去される。成長基板の除去は、例えばレーザビームが成長基板、半導体積層体およびマスク層の間の境界面に吸収されるレーザ剥離処理（いわゆるレーザリフトオフ法）を介して行うことが可能である。その後マスク層は、半導体積層体に残すかまたは引き続き除去することができる。マスク層を除去した後は、半導体積層体は、マスク層の開口部に応じて構造化され、つまり半導体積層体は例えば複数の隆起と凹みを有し、このことは、半導体チップの動作中の光のための出射確率を高める。さらにマスク層を除去した後で、成長基板を剥離することが可能である。ここでは驚くべきことに、その後の基板からの半導体積層体の剥離は、サファイア基板と、半導体積層体の例えば窒化物系化合物半導体材料との間の張力に基づいて既に単独で自動的に行うことができるか、または、半導体積層体の僅かなエッチングによって若しくは僅かな機械的作用によって行うことができることが示された。複雑なレーザ剥離法は、このケースでは省くことができる。このことは、本願では特に、マスク層を、複数の開口部の間にマスク材料領域が配置されている多重に連結する層として形成することによって可能となる。
【００２６】
この方法の少なくとも１つの実施形態によれば、マスク材料は、酸化ケイ素を含むか、または酸化ケイ素からなっている。例えばマスク材料は二酸化ケイ素である。酸化ケイ素で形成されるマスク材料は、特に次のことによって優れている。すなわち、オプトエレクトロニクス半導体チップ内で生成された電磁ビームに対して、すなわち特に可視光に対して、透過性および／または全く若しくはほとんど吸収しない特性を有し、かつ成長基板の屈折率、例えばサファイアの屈折率よりも小さい屈折率を有し、かつ半導体積層体の例えば半導体積層体に亘って平均化された光学的屈折率よりも小さい屈折率を有していることによって優れている。さらに、酸化ケイ素によって形成されたマスク層は、湿式化学法によって構造化可能であり、さらに溶解の際には成長基板と半導体積層体とを過度に損ねることなしに溶解可能である。酸化ケイ素、例えば二酸化ケイ素から形成された層は、半導体積層体およびサファイアよりも低いその屈折率に基づいて、全反射をもたらすことができ、それに伴い反射層としても非常に良好に適している。
【００２７】
この方法の少なくとも１つの実施形態によれば、複数の開口部のうちの少なくとも多数に対する、特に複数の開口部の大半に対する、例えば少なくとも９０％に対する、または好ましくは全ての開口部に対する、マスク材料内の最も近い開口部との間の間隔は、少なくとも０．５μｍから最大で１５μｍの間である。最も近い複数の開口部の間の間隔に対するこの範囲は、良好な結晶品質の半導体積層体を得るためにも、後からの構成部材におけるマスク層の可能な光学的使用に関しても、特に好適であることがわかっている。
【００２８】
この方法の少なくとも１つの実施形態によれば、マスク材料内の複数の開口部は、製造誤差の範囲内で、規則的な格子の複数の格子点に配置されている。この規則的な格子は、例えば六方格子または立方格子であってもよい。
【００２９】
この方法の少なくとも１つの実施形態によれば、複数の開口部のうちの少なくとも多数に対する最大の横方向の開口部寸法は、少なくとも０．３μｍから最大で２．０μｍの間である。複数の開口部のこの大きさに基づいて、これらの開口部内に、半導体積層体からの光出射のための確率を高めるために特に良好に適している、半導体積層体の領域が生じる。
【００３０】
少なくとも１つの実施形態によれば、マスク材料内の複数の開口部は、それぞれ１つの三次元形態を有している。これらの開口部の三次元形態は、対称的に、例えば、旋回対称若しくは回転対称に形成されていてもよい。例えばこれらの開口部の三次元形態は、さかさまの台状回転体若しくは台状多面体、概ね逆円錐台若しくは逆角錐台と同様か、これらの形態で形成可能である。相応にこれらの開口部内で生成された、半導体積層体の複数の隆起も、対称的な例えば回転対称若しくは旋回対称である三次元形態を有し得る。特にこの三次元形態は、台状回転体若しくは台状多面体、概ね円錐台若しくは角錐台と同様である。ここでのこれらの隆起の高さは、マスク層の厚さに依存する。
【００３１】
少なくとも１つの実施形態によれば、マスク層は、例えば成長基板の成長面に垂直な方向で測定される厚さを有している。このマスク層の厚さおよび／または複数の隆起の高さは、この場合特に少なくとも０．２μｍから最大で１０μｍの間である。マスク層の厚さは、半導体積層体の複数の隆起の高さを決定しており、それに対して、マスク層内の複数の開口部は、いわば１つの型枠である。
【００３２】
この方法の少なくとも１つの実施形態によれば、半導体積層体はマスク層を完全に覆うように形成される。すなわち、半導体積層体は、自身がマスク層よりも厚くなるように形成され、そのためマスク層は、自身の成長基板とは反対側から少なくとも半導体積層体の中央領域まで半導体積層体によって完全に覆われている。半導体積層体の縁部領域では、マスク層は、半導体積層体を超えて側方に突出可能である。
【００３３】
マスク層内の複数の開口部並びにそこから結果として生じた、半導体積層体の複数の隆起は、一方の側が成長面によって画定され、他方の側は半導体積層体によって画定された側面を有し得る。特に、複数の開口部と隆起は、横方向で少なくとも１つの側面によって画定される。断面図においては、この側面は、成長面と＜９０°の角度を形成し得る。例えばこの側面は、成長面と少なくとも４５°の角度から最大で９０°の角度を形成する。とりわけこの角度は、少なくとも５５°から最大で８５°の間で選択されていてもよい。
【００３４】
さらに、本明細書に記載する方法によって製造可能な半導体チップが示される。
【００３５】
半導体チップの少なくとも１つの実施形態によれば、この半導体チップは、サファイアによって形成された成長面を有する成長基板と、マスク層を完全に貫通する複数の開口部を有する、多重に連結するマスク層と、複数の開口部の領域において、少なくともところどころで成長面と直接接触し、かつ少なくともところどころでマスク層と直接接触する半導体積層体とを含み、この場合半導体積層体は、マスク層を完全に覆うように形成され、さらにこのマスク層は、光透過性材料によって形成されており、この光透過性材料は、光に対して、成長基板の屈折率よりも小さく、かつ半導体積層体の屈折率よりも小さい光学的屈折率を有している。
【００３６】
つまりこの半導体チップは、サファイアチップであり、このサファイアチップでは、半導体積層体と、例えばサファイアからなり得る成長基板との間に、光透過性でかつ直接隣接する材料よりも低屈折率の材料からなるマスク層を配置することができる。ここでのこのマスク層は、多重に連結するように形成され、複数の開口部を有しており、これらの開口部内では、半導体積層体が、成長基板の成長面に直接接している。ここでのこの半導体チップは、低屈折率のマスク層に基づいて特に高い光抽出によって優れている。
【００３７】
半導体チップは、半導体積層体の内部に、光を発生する少なくとも１つの活性領域を有しており、この活性領域は、半導体チップの動作中に光を発生するために設けられている。例えば半導体チップの動作中にこの活性領域では、紫外線ビームから赤外線ビームまでのスペクトル範囲からの電磁ビームが生成可能である。
【００３８】
マスク層の構造化サイズは、例えば上述したように選択されており、そのため半導体チップ内のマスク層は、４つ以上の開口部、例えば１０００以上の開口部を含む。この半導体チップでは、光出射は、成長基板を貫通して行うことが可能である。さらにこの半導体チップは、自身の半導体積層体とは反対側の成長基板の側における所定の箇所に取り付けることが可能であり、この場合の取り付け面は、反射的に形成可能である。このケースでも、マスク層が特に有利であることがわかった。なぜなら例えば全反射による、マスク層と半導体積層体との間の屈折率の急激な変化に基づいて、１つの反射をサファイア基板から離れる方向に配向させることができ、これによって、半導体チップまたは半導体チップを所定の箇所に固定している接続材料の、所定の箇所における反射材料の例えば経年劣化の影響が低減可能になる。
【００３９】
以下では、本明細書に記載する方法並びに本明細書に記載する半導体チップを、実施形態および関連する図面に基づいてより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１Ａ】本明細書に記載する方法の方法ステップをより詳細に説明するための図
【図１Ｂ】本明細書に記載する方法の方法ステップをより詳細に説明するための図
【図１Ｃ】本明細書に記載する方法の方法ステップをより詳細に説明するための図
【図１Ｄ】本明細書に記載する方法の方法ステップをより詳細に説明するための図
【図２Ａ】本明細書に記載する方法の方法ステップをより詳細に説明するための図
【図２Ｂ】本明細書に記載する方法の方法ステップをより詳細に説明するための図
【図２Ｃ】本明細書に記載する方法の方法ステップをより詳細に説明するための図
【図３Ａ】本明細書に記載する方法の方法ステップをより詳細に説明するための図
【図３Ｂ】本明細書に記載する方法の方法ステップをより詳細に説明するための図
【図３Ｃ】本明細書に記載する方法の方法ステップをより詳細に説明するための図
【図４Ａ】本明細書に記載する方法の方法ステップをより詳細に説明するための図
【図４Ｂ】本明細書に記載する方法の方法ステップをより詳細に説明するための図
【図４Ｃ】本明細書に記載する方法の方法ステップをより詳細に説明するための図
【図５Ａ】本明細書に記載する方法の方法ステップ並びに本明細書に記載する半導体チップの実施形態をより詳細に説明するための図
【図５Ｂ】本明細書に記載する方法の方法ステップ並びに本明細書に記載する半導体チップの実施形態をより詳細に説明するための図
【図５Ｃ】本明細書に記載する方法の方法ステップ並びに本明細書に記載する半導体チップの実施形態をより詳細に説明するための図
【図６Ａ】本明細書に記載する方法の方法ステップ並びに本明細書に記載する半導体チップの実施形態をより詳細に説明するための図
【図６Ｂ】本明細書に記載する方法の方法ステップ並びに本明細書に記載する半導体チップの実施形態をより詳細に説明するための図
【図６Ｃ】本明細書に記載する方法の方法ステップ並びに本明細書に記載する半導体チップの実施形態をより詳細に説明するための図
【図６Ｄ】本明細書に記載する方法の方法ステップ並びに本明細書に記載する半導体チップの実施形態をより詳細に説明するための図
【図６Ｅ】本明細書に記載する方法の方法ステップ並びに本明細書に記載する半導体チップの実施形態をより詳細に説明するための図
【図６Ｆ】本明細書に記載する方法の方法ステップ並びに本明細書に記載する半導体チップの実施形態をより詳細に説明するための図
【００４１】
これらの図面中において、同一の、類似の、または同じ機能の要素には、同じ参照符号が付されている。これらの図面および、図中に示された要素相互間のサイズ比は、縮尺通りとしてみなすべきではない。むしろ、個々の要素は、より良好な表示可能性および／またはより良好な理解のために、誇張的に拡大表示されていてもよい。
【００４２】
図１Ａから図１Ｄには、複数の半導体チップを製造するための本明細書に記載する方法の実施形態の方法ステップが概略的断面図で示されている。
【００４３】
この方法のために、最初に成長基板１が提供される。この成長基板１は、サファイアで形成された成長面１ａ（図１Ｂ参照）を有している。例えばこの成長基板は、そのためにサファイアからなる。
【００４４】
成長基板１ａの成長面には、例えば酸化物または窒化物によって形成されてもよいマスク材料２が被着される。本願の実施形態では、マスク材料２は、酸化ケイ素からなっている。
【００４５】
図１Ｂのさらなる方法ステップでは、複数の開口部２２がマスク材料２内に形成される。このことは、図１Ｃおよび図１Ｄとも併せて概略的な平面図でより詳細に説明する。複数の開口部２２は、当該平面図において、マスク材料によって完全に取り囲まれており、そのためマスク層２１は、多重に連結するように構成されている。複数の開口部２２は、例えば角錐台若しくは円錐台の形態を有している。底部２３には好ましくは各開口部２２に、成長基板１が露出しており、そのためそこではサファイア成長面１ａが露出している。
【００４６】
図２Ａ、図２Ｂおよび図２Ｃの概略的平面図と併せて、複数の開口部２２とそれに伴うマスク層２１の異なる構成をより詳細に説明する。この場合図１Ｂに示された断面は、図２ＡにおけるラインＲ１に沿った断面に相応している。
【００４７】
図２Ａから明らかなように、複数の開口部は、平面図において円形の外縁を有し、この場合これらの開口部は、横方向に離間して、相互に間隔Ａを空けて、規則的な格子の格子点に配置されている。すなわち複数の開口部２２は、平面図において、相互に接続を持たない別個の領域である。例えば直接隣接する開口部間の間隔Ａは、少なくとも０．５μｍから最大で１５μｍである。これらの開口部の横方向の開口部寸法ＢおよびＥは、例えば少なくとも０．３μｍから最大で２μｍであり得る。
【００４８】
図２Ｂおよび図２Ｃの概略的平面図では、複数の開口部２２の外縁に対して可能なさらなる形態が当該平面図に示されている。例えばこれらの外縁は卵形または楕円形（図２Ｂ参照）、あるいは、規則的な多面体、例えば規則的な多角形の形態、例えば規則的な六角形の形態で実施されていてもよい（図３Ｃ参照）。
【００４９】
複数の開口部の構成、それらの位置付けおよびそれらの相互間隔は、この場合製造誤差の範囲内で理解されたい。すなわち製造方法に基づいて、これらの図面中に理想的に示された形態からの偏差が生じ得る。
【００５０】
図３Ａから図３Ｃに基づいて、複数の開口部２２に対する異なる配置構成の可能性をより詳細に説明する。例えばこれらの開口部は、六方格子の格子点（これについては図３Ａ参照）または立方格子の格子点（これについては図４Ｂ参照）に配置されていてもよい。さらにこれらの開口部は、それらの配置構成において任意の他の規則的なパターンで行うことが可能であり、その場合は格子が変換によって横方向の拡張方向Ｒ１，Ｒ２に沿って拡張される。
【００５１】
図４Ａから図４Ｃまでの概略的断面図と併せて、マスク層２１の複数の開口部２２における半導体材料３０からの成長をより詳細に説明する。これらの開口部２２の底部２３では、成長基板１のサファイア成長面１ａが露出している。マスク層２１の材料、つまりマスク材料２は、半導体積層体３を形成するための半導体材料３０の成長が、マスク材料２１に比べて、有利には成長面１ａで成長するように選択されている。
【００５２】
それ故半導体材料３０によるシーディングは、好ましくは最初に複数の開口部２２の領域における成長面１ａ上のそれらの底面２３において行われる。成長の継続のもとで、これらの開口部２２は、成長面１ａから出発して、半導体材料３０で充填される（図４Ｃ参照）。さらなる成長のもとでは、半導体材料３０の個々の成長領域の間のギャップが閉じ、これらの半導体領域は、半導体積層体に合体する。
【００５３】
このことは、例えば図５Ａおよび図５Ｃと併せてより詳細に示される。
【００５４】
そこでは、半導体積層体３が、マスク層２１を完全に覆うように形成され、マスク層の上方で１つの閉じられた半導体積層体に一緒に成長していることが示されている。この半導体積層体は、電磁ビーム、特に光を発生するための活性領域３ａを有し得る。
【００５５】
図５Ｃと併せて、分離の後では、半導体積層体３上への半導体チップをｎ側とｐ側に接触接続させるコンタクト要素３１の被着が行われ得ることが示されている。半導体チップのこの実施形態では、サファイアを含む成長基板１が半導体チップ内に残される。直接隣接する複数の開口部２２間の間隔Ａは、半導体チップの横方向拡張または横方向寸法Ｌよりも小さい。換言すれば、半導体積層体３の半導体材料によって充填された複数の開口部２２が、半導体チップ内に存在している。半導体積層体３と成長基板との間には、マスク層２１が配置されている。
【００５６】
図６Ａ，図６Ｂ，図６Ｃ，図６Ｄ，図６Ｅおよび図６Ｆの概略的断面図と併せて、本明細書に記載する方法のさらなる実施形態をより詳細に説明する。この方法では、最初に、サファイアを含む成長面１ａを有する成長基板１が再び提供され、該基板１上に、マスク層を完全に貫通する複数の開口部２２を有するマスク層２１が被着される。この実施形態では、ビーム不透過の金属酸化物または半導体酸化物または金属窒化物または半導体窒化物を有するマスク２１を形成することが可能である。例えばマスク層は、酸化ケイ素または窒化ケイ素からなり得る。
【００５７】
それに続いて半導体積層体が、最初は複数の開口部２２内で生成され、その後でこれを越えて生成される（図６Ｂ）。
【００５８】
次の方法ステップにおいて、半導体積層体は、その成長基板１とは反対側の表面でもって支持体４上に固定され得る。この支持体４は、例えば銅、ドープされたゲルマニウムまたはドープされたケイ素のような導電性材料によって形成されていてもよい。さらにこの支持体４は、端子支持体、例えばプリント基板であってもよい。
【００５９】
図６Ｄには、支持体４、半導体積層体３、マスク層２１および成長基板１からなるこの組み合わせが、エッチング液５１で満たされたエッチング槽５に浸されることが示されている。このエッチング液５１内では、マスク材料２１が選択的に溶解される（図６Ｅ参照）。マスク材料は、本明細書に記載する方法の実施形態では、完成された半導体チップ内には残らないので、半導体積層体３の材料並びに成長基板１の材料に対するその選択的エッチング性に関連して選択可能である。
【００６０】
図６Ｆには、分離後の完成された半導体チップが示される。マスク層２１の領域において、そこには今では凹部６が存在し、半導体積層体３は、その支持体４とは反対側に、半導体チップ内で発せられた光の外面における全反射の確率が低減される構造化部を有している。そのため光出射に対する確率が全体的に高まっている。マスク材料２内の複数の開口部２２の形態は、ここでは半導体積層体３の外面における構造部の形態を設定しており、そのため複数の開口部の形態の選択によって、半導体積層体の当該構造部の成形が可能となる。
【００６１】
本発明は、実施形態に基づく説明によってこれらの実施形態に限定されるものではない。むしろ、本発明は、あらゆる新規の特徴並びにそれらの特徴のあらゆる組み合わせを包含するものであり、このことは特に、当該特徴若しくは当該組み合わせ自体が特許請求の範囲または実施形態に明示的に示されていない場合であっても、特許請求の範囲における特徴のあらゆる組み合わせが含まれることを意味する。
【００６２】
本願は、独国特許出願第１０２０１４１１４１０９．１号の優先権を主張するものであり、この主張により、その出願の開示内容を、本願明細書に明示的に援用する。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年5月29日(2017.5.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体チップ（１０）を製造するための方法であって、
サファイアによって形成された成長面（１ａ）を有する成長基板（１）を提供するステップと、
マスク材料（２）を、前記成長基板（１）の前記成長面（１ａ）上に被着するステップと、
前記マスク材料（２）を、当該マスク材料（２）内に複数の開口部（２２）を設けることにより、多重に連結するマスク層（２１）に構造化するステップであって、前記複数の開口部（２２）のうちの少なくとも多数の底部（２３）で、前記成長面（１ａ）が露出されるステップと、
半導体積層体（３）を、前記マスク層（２１）上および前記成長面（１ａ）上に被着するステップと、
少なくとも前記半導体積層体（３）を、前記複数の半導体チップ（１０）に分離するステップと、を含み、
前記各半導体チップ（１０）は、横方向寸法（Ｌ）を有しており、該横方向寸法（Ｌ）は、前記複数の開口部（２２）の、最も近い開口部との平均間隔（Ａ）よりも大きく、
前記複数の開口部（２２）のうちの少なくとも多数において、最も近い開口部（２２）との間の間隔（Ａ）は、少なくとも０．５μｍから最大で１５μｍの間であることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記分離の際に、前記半導体積層体（３）、前記マスク層（２１）および前記成長基板（１）を多重にカットする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記分離の前後で、前記マスク層（２１）が少なくとも部分的に除去される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記分離の前後で、前記成長基板（１）が前記半導体積層体（３）から除去される、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記マスク材料（２）は、酸化ケイ素を含むかまたは酸化ケイ素からなっている、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記マスク層（２１）は、前記半導体チップ（１０）内で発生した光に対して透過的または透明である、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記複数の開口部（２２）は、製造誤差の範囲内で、規則的な格子の複数の格子点に配置されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記複数の開口部（２２）のうちの少なくとも多数において、最大の横方向の開口部寸法は、少なくとも０．３μｍから最大で２．０μｍの間である、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記マスク層（２１）の厚さは、少なくとも０．２μｍから最大で１０μｍの間である、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記半導体積層体（３）は、前記マスク層（２１）を完全に覆うように形成される、請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
半導体チップであって、
サファイアによって形成された成長面（１ａ）を有する成長基板（１）と、
マスク層（２１）を完全に貫通する複数の開口部（２２）を有する、多重に連結するマスク層（２１）と、
前記複数の開口部（２２）の領域において、少なくともところどころで前記成長面（１ａ）と直接接触し、かつ少なくともところどころで前記マスク層（２１）と直接接触する半導体積層体（３）と、を備え、
前記半導体積層体（３）は、前記マスク層（２１）を完全に覆うように形成され、
前記マスク層（２１）は、光透過性材料によって形成されており、
前記光透過性材料は、光に対して、前記成長基板（１）の屈折率よりも小さく、かつ前記半導体積層体（３）の屈折率よりも小さい光学的屈折率を有しており、
前記マスク層（２１）は、前記半導体チップ（１０）内で発生した光に対して透過的または透明であり、
前記複数の開口部（２２）のうちの少なくとも多数において、最も近い開口部（２２）との間の間隔（Ａ）は、少なくとも０．５μｍから最大で１５μｍの間であることを特徴とする半導体チップ。
【請求項１２】
前記半導体積層体（３）は、光を発生するために設けられた活性領域（３ａ）を含んでいる、請求項１１記載の半導体チップ。
【請求項１３】
前記マスク層（２１）は、４つ以上の開口部（２２）を含んでいる、請求項１１または１２記載の半導体チップ。
【国際調査報告】
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