用于获得在载体基板上重构的发光二极管的方法技术

本发明专利技术涉及发光二极管(LED)器件，尤其是微型LED(μLED)器件的技术领域。在该领域中，本发明专利技术具体提出了一种用于获得在载体基板上重构的一个或多个LED器件的方法。该方法包括：提供硅基半导体基板作为载体基板，为一个或多个LED器件的每一者提供包括LED层的化合物半导体堆叠，分别将SiCN层施加到堆叠和基板；将堆叠粘合到基板，其中被施加到堆叠的SiCN层和被施加到基板的SiCN层相接触；以及在粘合之后，以等于或高于用于从堆叠完成LED器件的处理温度的温度对经粘合的堆叠和基板进行退火，其中所述温度为至少400℃。

A method for obtaining light emitting diodes reconstructed on a substrate

【技术实现步骤摘要】
用于获得在载体基板上重构的发光二极管的方法
本专利技术涉及发光二极管(LED)器件，尤其是微型LED(μLED)器件的
在该
中，本专利技术提出了一种用于获得在载体基板上重构的一个或多个LED器件的方法。例如，被重构在300mm硅基载体晶片上的一个或多个GaNLED器件。所提出的方法尤其包括将一个或多个化合物半导体堆叠粘合到载体基板上，其中可以接着从经粘合的化合物半导体堆叠完成LED器件。该方法尤其在用于制造适于μLED显示器的μLED器件的工艺中适用。
技术介绍
在器件的制造过程中，首先将材料堆叠或材料层(尤其是半导体材料)粘合到载体基板上可能是有益的。所获得的在载体基板上重构的材料堆叠可接着被更高效或更容易地处理以完成器件。例如，在US2017/0301646A1中描述了用于将材料堆叠或层如此粘合到载体基板的传统方法。粘合方法包括以400-450℃之间的温度的预粘合(pre-bond)退火步骤和以在250℃或更低温度的后粘合(post-bond)退火步骤。该方法被描述用于创建硅到硅(silicon-to-silicon)粘合，并且尤其适于粘合包括线前端(FEOL)和/或线后端(BEOL)层的两个硅晶片。同样，在包括LED阵列，尤其是具有非常紧密间隔的LED的μLED阵列的LED器件的制造过程中，将多个化合物半导体堆叠首先粘合到硅基载体基板上以便将每个粘合的堆叠加工成一个这样的LED器件将是有益的。然而，由于(例如，由III-V或II-VI半导体材料制成的)化合物半导体堆叠在该情形中被粘合至硅基载体基板，因此存在经粘合部分的材料不匹配。如果将经粘合的堆叠进一步加工成LED器件需要高温处理步骤，则这可能导致问题。作为示例，为了获得在硅晶片上重构的GaN基LED器件，通常需要p型接触形成到被粘合到晶片上的GaN基堆叠上。在该接触形成过程期间施加的温度通常高达550℃。由于经粘合部分的材料不匹配以及因此不同的热膨胀系数，化合物半导体堆叠与硅基载体基板之间所创建的粘合可能在高温处理步骤期间劣化。具体而言，不同的热膨胀系数导致大的热应力，这可能削弱或甚至破坏堆叠与载体基板之间的粘合。值得注意的是，对于这样的LED器件制造工艺，因为经历了在高温处理之后严重的粘合可靠性问题，US2017/0301646A1中所描述的粘合方法是不合适的。
技术实现思路
鉴于上面提到的问题，本专利技术的各实施例旨在改进制造LED器件，尤其是获得在硅基载体基板上重构的一个或多个LED器件的传统工艺。具体地，一个目的是提供一种在一个或多个化合物半导体堆叠与硅基载体基板之间创建粘合的粘合方法，该粘合足够强以承受随后的高温处理步骤，该高温处理步骤可被用来为每个堆叠制造LED器件。通过所附独立权利要求中提供的本专利技术的各实施例来实现本专利技术的目的。这些实施例的有利实现在从属权利要求中被定义。具体而言，本专利技术的各实施例基于以下假设：随后的处理温度和相关联的热应力越高，在载体基板与一个或多个化合物半导体堆叠之间的粘合的粘合强度就必须越高，以便对抗热应力。此外，本专利技术的各实施例基于对制造LED器件的特定应用场景的认识，其中从其制造LED器件的化合物半导体堆叠不包括FEOL和/或BEOL结构。此外，其中硅基载体基板可以是空白的非结构化基板。本专利技术的各实施例所提供的解决方案通常是使用具有最大粘合强度的粘合材料，尤其是SiCN，并且在堆叠和载体基板的粘合之后以一定温度执行后粘合退火，该温度在随后所需的处理的最高温度的范围内，例如至少与上面提到的接触形成所需的温度一样高。本专利技术的第一方面涉及一种用于获得在载体基板上重构的一个或多个LED器件的方法，该方法包括：提供硅基半导体基板作为载体基板，为一个或多个LED器件的每一者提供包括LED层的化合物半导体堆叠，分别将氮化碳化硅SiCN层施加到堆叠和基板，将堆叠粘合到基板，其中被施加到堆叠的SiCN层和被施加到基板的SiCN层相接触，在粘合之后，以等于或高于用于从堆叠完成LED器件的处理温度的温度对经粘合的堆叠和基板进行退火，其中所述温度为至少400℃。LED器件可以包括一个或多个LED，但是也可以包括一个或多个LED阵列。由此，LED阵列可以是μLED阵列。由于对粘合材料(SiCN)的选择以及对至少400℃的高后粘合退火温度的应用，因此在化合物半导体堆叠与硅基载体基板之间实现了非常高的粘合强度。因而，粘合将不太可能在随后LED器件从堆叠的完成(其以高温被执行－但不高于后粘合退火)期间劣化。因而，可以更可靠地获得在载体基板上重构的一个或多个LED器件，并且用于制造LED器件(尤其是各自包括μLED阵列的LED器件)的工艺导致显著更高的成品率。值得注意的是，在第一方面的方法中应用的高温后粘合退火步骤是很可能的，因为其上粘合有化合物半导体堆叠的硅基载体基板可能－在特定的制造LED器件的工艺中－仅仅是不带任何有源结构(例如，晶体管、BEOL)的临时载体。此外，因为所使用的化合物半导体堆叠(其包括LED层)在它们被加工成LED器件之前仍可以是不带任何结构的空白管芯。任何此类结构或结构化都将严重限制可用于后粘合退火的温度，因为它们将被破坏或至少受到损害。例如，在US2017/0301646A1的应用场景中，第一方面的粘合方法将是不可能的，由于已在那将经结构化的组件粘合在一起，故对此而言，与所选的250℃相比更高的后粘合退火温度将导致这些器件的严重退化和/或Cu扩散。在该方法的一实现形式中，在粘合之后，退火以等于或高于550℃的温度被执行。高于该温度对经粘合的结构进行退火导致特别高的粘合强度。此外，在该情形中，后粘合退火温度等于或甚至高于在化合物半导体堆叠上制造接触所需的温度。在该方法的一实现形式中，在粘合之后，退火被执行达30分钟和5小时之间的历时。具体而言，可以以400-550℃之间的温度进行退火达2小时。在该方法的一实现形式中，用于从堆叠完成LED器件的处理温度等于或低于550℃。在该方法的一实现形式中，从堆叠完成LED器件包括在堆叠上形成顶部接触，尤其是p接触，以接触LED层。该方法还可以包括形成底部接触，尤其是n接触，其也可以以高达400℃的温度被完成。然而，仅顶部接触可以以400℃或更高的温度被退火。在该方法的一实现形式中，硅基半导体基板为300mm晶片的形式。具体而言，硅基300mm晶片是非结构化的载体晶片，其尚不包括任何FEOL/BEOL层。载体晶片允许获得非常高的数目的经重构的LED器件。在该方法的一实现形式中，化合物半导体堆叠包括III-V半导体材料化合物、II-VI半导体材料化合物、或金属氮化物化合物。在该方法的一实现形式中，化合物半导体堆叠包括GaN基LED层。在该方法的一实现形式中，施加SiCN层包括：分别在堆叠和基板上形成SiN层或经抛光的电介质，以及在相应的SiN层或经抛光的电介质上形成SiCN层。以此方式，在一个或多个化合物半本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于获得在载体基板(20)上重构的一个或多个发光二极管LED器件的方法(10)，所述方法(10)包括：/n提供(11)硅基半导体基板作为载体基板(20)，/n为所述一个或多个LED器件的每一者提供(12)包括LED层(31)的化合物半导体堆叠(30)，/n将氮化碳化硅SiCN层(32、21)分别施加(13)到所述堆叠(30)和所述基板(20)，/n将所述堆叠(30)粘合(14)到所述基板(20)，其中被施加到所述堆叠(30)的所述SiCN层(32)和被施加到所述基板(20)的所述SiCN层(21)相接触，/n在粘合(14)之后，以等于或高于用于从所述堆叠(30)完成所述LED器件的处理温度的温度对经粘合的堆叠(30)和基板(20)进行退火(15)，其中所述温度为至少400℃。/n

【技术特征摘要】
20181210 EP 18211326.61.一种用于获得在载体基板(20)上重构的一个或多个发光二极管LED器件的方法(10)，所述方法(10)包括：
提供(11)硅基半导体基板作为载体基板(20)，
为所述一个或多个LED器件的每一者提供(12)包括LED层(31)的化合物半导体堆叠(30)，
将氮化碳化硅SiCN层(32、21)分别施加(13)到所述堆叠(30)和所述基板(20)，
将所述堆叠(30)粘合(14)到所述基板(20)，其中被施加到所述堆叠(30)的所述SiCN层(32)和被施加到所述基板(20)的所述SiCN层(21)相接触，
在粘合(14)之后，以等于或高于用于从所述堆叠(30)完成所述LED器件的处理温度的温度对经粘合的堆叠(30)和基板(20)进行退火(15)，其中所述温度为至少400℃。


2.根据权利要求1所述的方法(10)，其特征在于：
所述退火(15)在粘合(14)之后以等于或高于550℃的温度被执行。


3.根据权利要求1至2中的一项所述的方法(10)，其特征在于：
所述退火(15)在粘合(14)之后被执行达30分钟和5小时之间的历时。


4.根据权利要求1至3中的一项所述的方法(10)，其特征在于：
用于从所述堆叠(30)完成所述LED器件的所述处理温度等于或低于550℃。


5.根据权利要求1至4中的一项所述的方法(10)，其特征在于：
从所述堆叠(30)完成所述LED器件包括在所述堆叠(30)上形成顶部接触(51)，尤其是接触形成，以接触所述LED层(31)。


6.根据权利要求1至5中的一项所述的方法(10)，其特征在于：
所述硅基半导体基板(20)为300mm晶片的形式。


7.根据权利要求1至6中的一项所述的方法(10)，其特征在于：
所述化合物半导体堆叠(30)包括III-V半导体材料化合物、II-VI半导体材料化合物、或金...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·米特雅辛，S·斯台德，
申请(专利权)人：IMEC非营利协会，
类型：发明
国别省市：比利时;BE