形成微型LED阵列的方法技术

本发明专利技术描述了一种制造微型器件和微型器件阵列并向接收衬底转移的方法。在一个实施例中，利用图案化牺牲层形成自对准金属化堆栈并在蚀刻p‑n二极管层期间将图案化牺牲层用作蚀刻停止层以形成多个微型p‑n二极管。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】形成具有自对准金属化堆栈的微型LED器件的方法
本专利技术涉及微型器件。更具体地，本专利技术的实施例涉及形成诸如发光二极管（LED) 的微型器件阵列并转移到不同衬底的方法。
技术介绍
预计基于氮化镓（GaN)的发光二极管（LED)会用于将来的高效率照明应用中，替 代白炽光和荧光照明灯。当前基于GaN的LED器件是通过异质衬底材料上的异质外延生长 技术制备的。典型的晶圆级LED器件结构可以包括在蓝宝石生长衬底上形成的下部η掺杂 GaN层、单量子阱（SQW)或多量子阱（MWQ)以及上部ρ掺杂GaN层。 在一种具体实施中，通过蚀刻透过上部ρ掺杂GaN层、量子阱层，并蚀刻到η掺杂 GaN层中，将晶圆级LED器件结构图案化为蓝宝石生长衬底上的台面阵列。上部ρ电极形成 于台面阵列的顶部P掺杂GaN表面上，η电极形成于与台面阵列接触的η掺杂GaN层的一 部分上。在最终产品中，台面LED器件保持在蓝宝石生长衬底上。 在另一种具体实施中，将晶圆级LED器件结构从生长衬底转移到受体衬底，诸如 硅，这样做的优点是比GaN/蓝宝石复合结构更容易切割形成个体芯片。在这种具体实施 中，利用永久性键合层将晶圆级LED器件结构永久性地键合到受体（硅）衬底。例如，可以 利用永久性键合层将台面阵列的P掺杂GaN表面上形成的ρ电极键合到受体（硅）衬底。 接着去除蓝宝石生长衬底以暴露倒转的晶圆级LED器件结构，然后将其减薄以暴露台面阵 列。然后与暴露的η掺杂GaN形成η接触，在与ρ电极电接触的硅表面上形成ρ接触。在 最终产品中，台面LED器件保持在受体衬底上。也可以将GaN/硅复合物切割以形成单个芯 片。
技术实现思路
本专利技术描述了一种微型发光二极管（LED)和一种形成微型LED阵列以转移到接收 衬底的方法。例如，接收衬底可为但不限于显示衬底、照明衬底、具有诸如晶体管或集成电 路（IC)的功能器件的衬底、或者具有金属配电线路的衬底。在一个实施例中，微型LED器 件包括微型p-n二极管和微型p-n二极管底表面下方的金属化堆栈，其中金属化堆栈包括 微型p-n二极管底表面上的电极层和覆盖电极层底表面和侧壁的阻隔层。微型p-n二极管 的底表面可以比金属化堆栈宽。保形电介质阻隔层可以跨越微型P-n二极管的侧壁并部分 跨越微型P-n二极管的底表面。金属化堆栈可以介于微型p-n二极管和衬底上形成的键合 层之间。在一个实施例中，键合7层具有约350°C或更低，更具体地，约200°C或更低的液相 线温度。在实施例中，键合层为合金键合层。 在一个实施例中，一种形成微型LED阵列的方法包括在形成于p-n二极管层上的 图案化牺牲层中对应的多个开口内，形成多个横向分离的自对准金属化堆栈。利用键合层 将包括多个分离的自对准金属化堆栈、图案化牺牲层和P-n二极管层的第一衬底堆栈键合 到第二衬底。蚀刻透过P-n二极管层以在多个分离的金属化堆栈上方形成多个微型p-n二 极管，并暴露多个分离的金属化堆栈横向之间的图案化牺牲层。然后去除图案化牺牲层。 在一个实施例中，在形成于p-n二极管层上的图案化牺牲层中对应的多个开口 内，形成多个横向分离的自对准金属化堆栈包括在p-n二极管层上方沉积牺牲层，以及在 牺牲层上方形成图案化掩模层，其中图案化掩模层包括暴露牺牲层的多个开口。然后相对 于掩模层选择性地蚀刻牺牲层，以去除多个开口之内的暴露牺牲层并去除图案化掩模层下 方的一部分牺牲层。然后在图案化掩模层和P-n二极管层上方沉积金属化堆栈层。然后可 以利用剥离技术剥离图案化掩模层，在P-n二极管层上方留下多个金属化堆栈和图案化牺 牲层。 在一个实施例中，利用具有液相线温度约为350°C或更低，或更具体地约为200°C 或更低的键合层将第一衬底堆键合到第二衬底。例如，键合层可以包括铟（In)。在一个实 施例中，将第一衬底堆栈上的第一键合层与第二衬底上的键合层键合。例如，键合可以包括 第一和第二键合层由不同材料形成的合金键合，或第一和第二键合层由相同材料形成的熔 融键合。 在一个实施例中，多个自对准金属化堆栈包括电极层和阻隔层。阻隔层可以覆盖 电极层的升高表面和侧壁，其也可以是反射性的。例如，电极层可以包括选自银和镍组的材 料，其对于可见光谱是反射性的。在一个实施例中，可以通过以比电极层更高的功率和/或 更低的压力来沉积阻隔层来形成阻隔层以覆盖电极层的升高表面和侧壁。例如，在利用蒸 发或溅射技术沉积时，更高的功率和/或更低的压力允许进一步迁移图案化掩模层下方的 沉积材料并使得沉积的阻隔层能够覆盖电极层的侧壁。 在一个实施例中，图案化牺牲层比多个横向分离的自对准金属化堆栈厚。例如，图 案化牺牲层可以是多个横向自对准金属化堆栈的约两倍厚度。图案化牺牲层也可以由非金 属材料，诸如二氧化硅（SiO2)形成。非金属材料可以具有与P-n二极管层不同的蚀刻特性。 在一个实施例中，对P-n二极管层进行等离子体蚀刻以形成多个微型p-n二极管，且牺牲层 充当蚀刻停止层。去除牺牲层可能导致暴露微型P-n二极管底表面的一部分。在一个实施 例中，然后在多个微型P-n二极管的每个的侧表面和底表面一部分上沉积保形电介质阻隔 层。 在一个实施例中，一种将一个或多个微型LED转移到接收衬底的方法包括在具有 设置于其上的微型LED器件阵列的承载衬底上方定位转移头。每个微型LED器件包括微型 P-n二极管、微型P-n二极管和承载衬底上的键合层之间的反射金属化堆栈。执行操作以在 用于微型LED器件的至少一个的键合层中产生相变。例如，该操作可以包括将键合层加热 到键合层液相线温度以上，液相线温度为350°C或更低，或更具体地，200°C或更低。键合层 也可以是合金键合层，诸如Ag-In合金键合层，或烙融键合层，诸如In-In键合层。 利用转移头拾取微型p-n二极管和反射金属化堆栈。在一些实施例中，还拾取键 合层的大部分，诸如约一半厚度。在一些实施例中，还拾取跨越微型P-n二极管侧壁以及底 表面一部分的保形电介质阻隔层。然后将已经利用转移头拾取的微型LED器件放置到接收 衬底上。转移头可以根据多种原理工作，包括转移头根据静电原理在微型LED器件上施加 拾取压力。也可以从多种源向键合层施加热量以产生相变，包括局部热传递、通过承载衬底 热传递和通过转移头热传递，以及它们的组合。 【附图说明】 图IA是根据本专利技术的一个实施例形成于本体LED衬底上的牺牲层的横截面侧视 图图示。 图IB是根据本专利技术的一个实施例的图案化掩模层的横截面侧视图图示。 图IC是根据本专利技术的一个实施例的图案化牺牲层的横截面侧视图图示。 图ID是根据本专利技术的一个实施例的沉积金属化堆栈层的横截面侧视图图示。 图IE包括根据本专利技术的一个实施例横向介于多个分离的金属化堆栈之间的图案 化牺牲层的顶视图和横截面侧视图图示。 图IF是根据本专利技术的一个实施例在横向图案化牺牲层和多个分离的金属化堆栈 上方形成的键合层的横截面侧视图图示。 图2A-图2E是根据本专利技术的一个实施例具有键合层的承载衬底的横截面侧视图 图示。 图3A-图3B是据本专利技术的一个实施例将生长衬底和承载衬底键本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成微型LED阵列的方法，包括：在形成于p‑n二极管层上的图案化牺牲层中的对应的多个开口内，形成多个横向分离的自对准金属化堆栈；利用键合层将包括所述多个横向分离的自对准金属化堆栈、所述图案化牺牲层和所述p‑n二极管层的第一衬底堆栈键合到第二衬底；蚀刻透过所述p‑n二极管层以在所述多个分离的金属化堆栈上方形成多个微型p‑n二极管，并暴露横向位于所述多个分离的金属化堆栈之间的所述图案化牺牲层；以及去除所述图案化牺牲层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.27 US 13/458,9321. 一种形成微型LED阵列的方法，包括： 在形成于P_n二极管层上的图案化牺牲层中的对应的多个开口内，形成多个横向分离 的自对准金属化堆栈； 利用键合层将包括所述多个横向分离的自对准金属化堆栈、所述图案化牺牲层和所述 p-n二极管层的第一衬底堆栈键合到第二衬底； 蚀刻透过所述P_n二极管层以在所述多个分离的金属化堆栈上方形成多个微型p-n二 极管，并暴露横向位于所述多个分离的金属化堆栈之间的所述图案化牺牲层；以及 去除所述图案化牺牲层。2. 根据权利要求1所述的方法，其中在形成于所述p-n二极管层上的所述图案化牺牲 层中的所述对应的多个开口内形成所述多个横向分离的自对准金属化堆栈包括： 在所述P-n二极管层上方沉积所述牺牲层； 在所述牺牲层上方形成图案化掩模层，所述图案化掩模层包括暴露所述牺牲层的所述 多个开口； 相对于所述掩模层选择性地蚀刻所述牺牲层，以去除所述多个开口内的所述暴露牺牲 层并去除在所述图案化掩模层下方的所述牺牲层的一部分； 在所述图案化掩模层和P-n二极管层上方沉积金属化堆栈层； 剥离所述图案化掩模层以在所述P-n二极管层上方留下所述多个金属化堆栈和所述 图案化牺牲层。3. 根据权利要求1所述的方法，其中蚀刻透过所述p-n二极管层包括等离子体蚀刻。4. 根据权利要求1所述的方法，其中所述多个自对准金属化堆栈包括电极层和阻隔 层。5. 根据权利要求4所述的方法，其中所述阻隔层覆盖所述电极层的升高表面和侧壁。6. 根据权利要求5所述的方法，其中所述电极层是反射性的。7. 根据权利要求6所述的方法，其中所述电极层包括选自银和镍的材料。8. 根据权利要求5所述的方法，其中形成所述多个横向分离的自对准金属化堆栈包括 以比所述电极层更高的功率或以比所述电极层更低的压力来沉积所述阻隔层。9. 根据权利要求1所述的方法，其中所述图案化牺牲层是非金属层。10. 根据权利要求9所述的方法，其中所述图案化牺牲层包括Si02。11. 根据权利要求4所述的方法，其中所述图案化牺牲层比所述多个横向分离的自对 准金属化堆栈厚。12. 根据权利要求11所述的方法，其中所述图案化牺牲层是所述多个横向分离的自对 准金属化堆栈的约两倍厚。13. 根据权利要求4所述的方法，其中形成所述多个自对准金属化堆栈包括选自蒸发 和溉射的技术。14. 根据权利要求1所述的方法，还包括在所述多个微型p-n二极管中的每一个的侧表 面和底表面的一部分上沉积保形电介质阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡馨华，A·拜布尔，
申请(专利权)人：勒克斯维科技公司，
类型：发明
国别省市：美国;US