CN108417523B - Led衬底的剥离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种LED衬底的剥离方法，所述LED衬底的剥离方法包括以下步骤：提供一衬底；对所述衬底进行刻蚀，以在所述衬底的表面形成缝隙；加热所述衬底至晶粒生长温度，并于所述衬底的表面生长LED晶粒；冷却所述衬底和所述LED晶粒，并于所述缝隙中加入第一气体发生试剂和第二气体发生试剂，以使所述第一气体发生试剂与所述第二气体发生试剂反应生成气体，并保持所述缝隙内的气压；激光照射，从所述衬底的表面将所述LED晶粒剥离。本发明的技术方案能够减少LED晶粒与衬底剥离过程中激光照射的时间，提高衬底的剥离效率。
Description
技术领域
本发明涉及LED技术领域，特别涉及一种LED衬底的剥离方法。
背景技术
随着技术的发展与进步，MicroLED已经展现出了超越OLED的许多优势。例如，MicroLED的LED晶粒更小、寿命更长，并且，MicroLED在模组厚度、功耗、亮度、屏幕响应时间、解析度、显示效果等方面都远超OLED。因此，MicroLED是一项极具竞争力的技术。可是，在MicroLED的制造过程中，却存在着需要将LED晶粒与衬底相剥离的难题。目前，为解决这样的难题，普遍的做法是直接对LED晶粒和衬底进行激光照射，以将LED晶粒与衬底相剥离。但是，这样的方式，激光照射的时间过长，效率低下。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种LED衬底的剥离方法，旨在减少LED晶粒与衬底剥离过程中激光照射的时间，提高衬底的剥离效率。
为实现上述目的，本发明提出的LED衬底的剥离方法，包括以下步骤：
提供一衬底；
对所述衬底进行刻蚀，以在所述衬底的表面形成缝隙；
加热所述衬底至晶粒生长温度，并于所述衬底的表面生长LED晶粒；
冷却所述衬底和所述LED晶粒，并于所述缝隙中加入第一气体发生试剂和第二气体发生试剂，以使所述第一气体发生试剂与所述第二气体发生试剂反应生成气体，并保持所述缝隙内的气压；
激光照射，从所述衬底的表面将所述LED晶粒剥离。
可选地，所述衬底为氧化锌衬底、氧化铝衬底、氮化铝衬底、或碳化硅衬底。
可选地，所述刻蚀过程为微纳刻蚀。
可选地，所述缝隙的宽度为100μm～1000μm。
可选地，所述冷却过程的降温速率为5℃/min～50℃/min。
可选地，所述第一气体发生试剂为酸性试剂，所述第二气体发生试剂为碱性试剂。
可选地，所述第一气体发生试剂为盐酸溶液，所述第二气体发生试剂为碳酸钠溶液。
可选地，所述“保持所述缝隙内的气压”的步骤中的保压时间为10min～60min。
可选地，所述晶粒生长温度为900℃～1200℃。
可选地，所述“激光照射，从所述衬底的表面将所述LED晶粒剥离”的步骤之后，还包括：
对所述LED晶粒的表面进行平坦化处理。
本发明的LED衬底的剥离方法，首先，选定一衬底；之后，利用刻蚀工艺在该衬底的表面刻蚀形成缝隙(例如若干条相互连通的缝隙)；接着，将衬底加热至晶粒生长温度，此时，衬底的表面由于受热膨胀、若干缝隙弥合形成平整表面，LED晶粒在该平整表面得以生长。之后，将衬底和LED晶粒一同冷却至室温，此过程中，由于LED晶粒和衬底的热膨胀系数不同(衬底的热膨胀系数大于LED晶粒的热膨胀系数)，衬底的收缩率也会大于LED晶粒的收缩率，此时，LED晶粒和衬底之间便存在剪切力的作用，使得LED晶粒和衬底之间出现微缝；并且，冷却的过程中，衬底的表面由于受冷收缩、缝隙重新出现。接着，向衬底的缝隙中注入能够相互反应生成气体的第一气体发生试剂和第二气体发生试剂，并保压。此时，第一气体发生试剂和第二气体发生试剂发生反应生成气体并充盈缝隙，并且，由于气体生成时压力较高，LED晶粒和衬底之间由于受冷(剪切作用)而出现微缝得以扩张和深化，从而可使得LED晶粒和衬底之间的结合力降低。并且，高压的气体沿着衬底上的缝隙扩散和充盈，对衬底表面的LED晶粒造成冲击，使得LED晶粒与衬底之间进一步产生微缝，加之冷却过程中LED晶粒与衬底之间产生的微缝，可使得LED晶粒与衬底之间的结合力进一步得以降低。最后，再通过激光照射工艺进行衬底的剥离时，由于LED晶粒和衬底之间结合力的降低，激光照射的时长得以有效缩短，即减少了LED晶粒与衬底剥离过程中激光照射的时间，提高了衬底的剥离效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明LED衬底的剥离方法一实施例的流程示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明，并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明提出一种LED衬底的剥离方法。
请参阅图1，在本发明LED衬底的剥离方法一实施例中，该LED衬底的剥离方法包括以下步骤：
步骤S100，提供一衬底。
步骤S200，对所述衬底进行刻蚀，以在所述衬底的表面形成缝隙。
具体地，刻蚀过程可通过气相腐蚀、等离子体腐蚀等方式得以实现。其优点是：各向异性好，选择比高，可控性、灵活性、重复性好，细线条操作安全，易实现自动化，无化学废液，处理过程未引入污染，洁净度高。
步骤S300，加热所述衬底至晶粒生长温度，并于所述衬底的表面生长LED晶粒。
具体地，将衬底加热至晶粒生长温度，此时，衬底的表面由于受热膨胀，缝隙弥合形成平整表面，LED晶粒可在该平整表面得以生长。所述晶粒生长温度为900℃～1200℃。
步骤S400，冷却所述衬底和所述LED晶粒，并于所述缝隙中加入第一气体发生试剂和第二气体发生试剂，以使所述第一气体发生试剂与所述第二气体发生试剂反应生成气体，并保持所述缝隙内的气压。
具体地，将衬底和LED晶粒一同冷却至室温，由于LED晶粒和衬底的热膨胀系数不同(衬底的热膨胀系数大于LED晶粒的热膨胀系数)，冷却过程中，衬底的收缩率也会大于LED晶粒的收缩率，此时，LED晶粒和衬底之间便存在剪切力的作用，使得LED晶粒和衬底之间出现多条微缝；与此同时，晶粒生长温度下弥合的缝隙于衬底重新显现。因此，可向该缝隙中注入两种反应试剂——第一气体发生试剂和第二气体发生试剂，此时，第一气体发生试剂和第二气体发生试剂发生反应，生成大量气体。并且，在保压状态下，生成的气体可迅速充盈衬底上的缝隙。此时，根据理想气体状态方程，可以算出：室温下，1mol的酸碱反应，瞬间产生的气体压力可达到20000Pa及以上，如此，高压的气体沿着衬底上的缝隙扩散和充盈，对衬底表面的LED晶粒造成冲击，使得LED晶粒与衬底之间进一步产生大量微缝，加之冷却过程中LED晶粒与衬底之间产生的微缝，可使得LED晶粒与衬底之间的结合力进一步得以降低。与此同时，高压的气体的膨胀作用，还可使得LED晶粒与衬底之间的微缝得以进一步扩张和深化，从而进一步降低LED晶粒与衬底之间的结合力。
步骤S500，激光照射，从所述衬底的表面将所述LED晶粒剥离。
具体地，由于前步步骤中，LED晶粒与衬底之间的结合力得以有效降低，相比于现有直接进行激光剥离过程的工艺而言，本步骤中的激光照射时间可明显缩短，LED晶粒与衬底的剥离更加容易实现。即，减少了LED晶粒与衬底剥离过程中激光照射的时间，提高了衬底的剥离效率。
因此，可以理解的，本发明的LED衬底的剥离方法，首先，选定一衬底；之后，利用刻蚀工艺在该衬底的表面刻蚀形成缝隙(例如若干条相互连通的缝隙)；接着，将衬底加热至晶粒生长温度，此时，衬底的表面由于受热膨胀、若干缝隙弥合形成平整表面，LED晶粒在该平整表面得以生长。之后，将衬底和LED晶粒一同冷却至室温，此过程中，由于LED晶粒和衬底的热膨胀系数不同(衬底的热膨胀系数大于LED晶粒的热膨胀系数)，衬底的收缩率也会大于LED晶粒的收缩率，此时，LED晶粒和衬底之间便存在剪切力的作用，使得LED晶粒和衬底之间出现微缝；并且，冷却的过程中，衬底的表面由于受冷收缩、缝隙重新出现。接着，向衬底的缝隙中注入能够相互反应生成气体的第一气体发生试剂和第二气体发生试剂，并保压。此时，第一气体发生试剂和第二气体发生试剂发生反应生成气体并充盈缝隙，并且，由于气体生成时压力较高，LED晶粒和衬底之间由于受冷(剪切作用)而出现微缝得以扩张和深化，从而可使得LED晶粒和衬底之间的结合力降低。并且，高压的气体沿着衬底上的缝隙扩散和充盈，对衬底表面的LED晶粒造成冲击，使得LED晶粒与衬底之间进一步产生微缝，加之冷却过程中LED晶粒与衬底之间产生的微缝，可使得LED晶粒与衬底之间的结合力进一步得以降低。最后，再通过激光照射工艺进行衬底的剥离时，由于LED晶粒和衬底之间结合力的降低，激光照射的时长得以有效缩短，即减少了LED晶粒与衬底剥离过程中激光照射的时间，提高了衬底的剥离效率。
进一步地，所述衬底为氧化锌衬底、氧化铝衬底、氮化铝衬底、或碳化硅衬底。
这样，衬底的材质经过了特殊的选择，其热膨胀系数可达到LED晶粒的热膨胀系数的3倍～10倍，如此，在将衬底和LED晶粒一同冷却至室温的过程中，衬底相对于LED晶粒的收缩比率将得以增大，衬底和LED晶粒之间的剪切作用将得以增强，从而可使得衬底和LED晶粒之间产生更多的微缝，使得衬底和LED晶粒之间的结合力进一步得以降低。同时，衬底和LED晶粒之间微缝的增多，还可有利于步骤S400中气体的扩散和充盈，使得气体对微缝的扩张和深化进行得更加充分，从而使得衬底和LED晶粒之间的结合力进一步得以降低，以有利于激光剥离过程的进行。
进一步地，所述刻蚀过程为微纳刻蚀。即，利用激光对衬底的表面进行刻蚀，以在衬底的表面形成缝隙。并且，通过控制激光的波长和照射时间，可以得到不同宽度要求的缝隙，以满足不同材质的衬底其缝隙弥合的宽度要求。这样，工艺简单、操作方便、缝隙宽度易于控制，从而可使得LED晶粒与衬底剥离过程进行得更加顺利，耗时更短，效率更高。同时，微纳刻蚀还具有各向异性好，选择比高，可控性、灵活性、重复性好，细线条操作安全，易实现自动化，无化学废液，处理过程未引入污染，洁净度高等优点。
当然，可以理解的，刻蚀过程还可采用其他一些合理的方式得以实现，例如，溅射与离子束铣蚀，等离子刻蚀，高压等离子刻蚀，高密度等离子体刻蚀，反应离子刻蚀等。
进一步地，所述缝隙的宽度为100μm～1000μm。如此，既可避免缝隙过宽导致的LED晶粒生长时缝隙弥合不严、LED晶粒漏入缝隙，也可避免缝隙过窄、晶粒生长温度下缝隙弥合过严导致的衬底表面因缝隙侧壁挤压凸起而影响LED晶粒的生长，即可使得LED晶粒的生长更加顺利，以得到高品质的LED晶粒。
进一步地，所述冷却过程的降温速率为5℃/min～50℃/min。如此，既可降低因降温速率过快、衬底和LED晶粒收缩过快而导致的LED晶粒结构被破坏的可能，保证LED晶粒的结构完整性，保证LED晶粒的高品质，还可避免降温速率过慢带来的耗时过长、效率低下等问题，即不仅可有效保障LED晶粒的结构完整性和高品质，而且还可提高相关过程进行的效率。
进一步地，所述“保持所述缝隙内的气压”的步骤中的保压时间为10min～60min。如此，可使得第一气体发生试剂和第二气体发生试剂之间的反应进行得更加充分，并且有效避免气体泄漏，保障气压，从而使得衬底表面的缝隙中的气体更加充盈，使得气体对衬底与LED晶粒之间的微缝的扩张和深化进行得更加充分，从而使得衬底和LED晶粒之间的结合力进一步得以降低，以有利于激光剥离过程的进行。
进一步地，所述第一气体发生试剂为酸性试剂，所述第二气体发生试剂为碱性试剂。如此，利用酸碱中和的反应特性，反应后的产物对LED晶粒的腐蚀极小，从而可得到高品质的LED晶粒，进而提升下游LED产品的质量。
进一步地，所述第一气体发生试剂为盐酸溶液，所述第二气体发生试剂为碳酸钠溶液。二者均是成本低廉的无机化学试剂，反应程度高、气体量大，对衬底与LED晶粒之间的微缝的扩张和深化更加有利，可使得衬底和LED晶粒之间的结合力进一步得以降低，以有利于激光剥离过程的进行。并且，盐酸溶液、碳酸钠溶液对应的酸性、碱性均较弱，对LED晶粒的腐蚀极小，可得到高品质的LED晶粒，进而有利于提高下游LED产品的质量。
当然，可以理解的，第一气体发生试剂还可选择硫酸溶液或硝酸溶液，第二气体发生试剂还可选择碳酸氢钠溶液、碳酸钾溶液、或碳酸氢钾溶液。
进一步地，请再次参阅图1，本发明LED衬底的剥离方法在步骤S500之后，还包括：
步骤S600，对所述LED晶粒的表面进行平坦化处理。
可以理解的，在LED晶粒的生长过程中，由于衬底的表面无法达到绝对的平整，因此，LED晶粒生长后，其面向衬底的表面亦会出现不平整的问题。所以，对LED晶粒的与衬底结合的表面进行平坦化处理，可确保LED晶粒表面平整光滑，从而使得LED晶粒表面的阴极键合过程可以进行得更加顺利，使得下游LED产品的性能更加优异。
此外，优选地，在步骤S500之前，可先将残留在衬底和LED晶粒上的试剂洗去，之后干燥，以保证激光剥离过程的顺利进行。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种LED衬底的剥离方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一衬底；
对所述衬底进行刻蚀，以在所述衬底的表面形成缝隙；
加热所述衬底至晶粒生长温度，并于所述衬底的表面生长LED晶粒；
冷却所述衬底和所述LED晶粒，并于所述缝隙中加入第一气体发生试剂和第二气体发生试剂，以使所述第一气体发生试剂与所述第二气体发生试剂反应生成气体，并保持所述缝隙内的气压；
激光照射，从所述衬底的表面将所述LED晶粒剥离。
2.如权利要求1所述的剥离方法，其特征在于，所述衬底为氧化锌衬底、氧化铝衬底、氮化铝衬底、或碳化硅衬底。
3.如权利要求1所述的剥离方法，其特征在于，所述刻蚀过程为微纳刻蚀。
4.如权利要求1所述的剥离方法，其特征在于，所述缝隙的宽度为100μm～1000μm。
5.如权利要求1所述的剥离方法，其特征在于，所述冷却过程的降温速率为5℃/min～50℃/min。
6.如权利要求1所述的剥离方法，其特征在于，所述第一气体发生试剂为酸性试剂，所述第二气体发生试剂为碱性试剂。
7.如权利要求6所述的剥离方法，其特征在于，所述第一气体发生试剂为盐酸溶液，所述第二气体发生试剂为碳酸钠溶液。
8.如权利要求1所述的剥离方法，其特征在于，所述“保持所述缝隙内的气压”的步骤中的保压时间为10min～60min。
9.如权利要求1所述的剥离方法，其特征在于，所述晶粒生长温度为900℃～1200℃。
10.如权利要求1至9中任一项所述的剥离方法，其特征在于，所述“激光照射，从所述衬底的表面将所述LED晶粒剥离”的步骤之后，还包括：
对所述LED晶粒的表面进行平坦化处理。
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- 2018-04-16 CN CN201810340675.9A patent/CN108417523B/zh active Active
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