CN110491895A - NP电极共平面倒装Micro-LED微显示阵列及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了NP电极共平面倒装Micro‑LED微显示阵列及制作方法，包括电致发光阵列、倒装结合层、阵列倒装基板；电致发光阵列包括：像素单元、像素单元隔离槽、衬底；像素单元包括：N型半导体、有源区、P型半导体、绝缘层、N型电极、P型电极；阵列倒装基板包括：基板衬底、P电极互连线，N电极互连线、绝缘层。对外延材料进行干法刻蚀至N型半导体得到电极沟槽，并将像素单元隔离成两部分，然后生长绝缘层对电极沟槽侧壁进行保护，再溅射电极。使用干法刻蚀至衬底得到像素隔离槽，实现相邻像素电隔离。本发明采用倒装加共晶焊\回流焊方式可以提高芯片金属电极与下基板接触面积，从而提高热传导效率和机械强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种倒装微显示阵列芯片的结构和制作流程，属于Micro-LED微显示阵列技术领域，尤其涉及NP电极共平面倒装Micro-LED微显示阵列及制作方法。
背景技术
LED(Light emitting diode)在显示领域有着不可替代的作用。相比于传统CTR、LCD甚至如今市场火爆的OLED显示技术，以Micro-LED微显示阵列技术为基础的微显示技术有着响应速度快，有源发光，对比度高，使用寿命长等优势。阵列结构分为主动和被动驱动，相比与主动结构，被动驱动以行列扫描方式来显示图像，外部驱动简单，但由于内部互联电极需要直接淀积在Micro-LED微显示阵列上，涉及跨越隔离槽，这使得互联电极可靠性差。若某点出现断路，则整行/列不能点亮，且不易定位。
而且，Micro-LED微显示阵列散热是一个问题，在阵列中热量不易散出，积聚在芯片内部，从而降低芯片的性能和可靠性。
本发明通过将被动驱动的Micro-LED微显示阵列内部互连线制备在倒装基板上，再通过倒装方式将阵列芯片和基板结合，从而解决互连线跨越深隔离槽带来的可靠性差问题。并且采用倒装与共晶焊\回流焊方式可以提高芯片金属电极与下基板接触面积，从而提高热传导效率和机械强度。
因此需要一种的可靠性高的新型共平面倒装Micro-LED微显示来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种NP电极共平面倒装Micro-LED微显示阵列以及对应的倒装基板的结构和制作方法，用以提高器件的可靠性。
为实现上述目的，本发明采用的方案如下：
NP电极共平面倒装Micro-LED微显示阵列，包括：电致发光阵列1、倒装结合层17、倒装基板15。
其中电致发光阵列1包括多个发光二极管像素单元13、像素单元隔离槽8和衬底2，像素单元隔离槽8设置在各个发光二极管像素单元13之间。每个所述的发光二极管像素单元13包含N型半导体3、N型电极7、有源区4、P型半导体5、P型电极6、电极沟槽9和绝缘层12。通过MOCVD方法将N型半导体3制作在衬底2上面，量子阱有源区4制作在N型半导体3上面，P型半导体制作在量子阱有源区4上面；通过ICP干法刻蚀形成电极沟槽9；通过PECVD制作绝缘层12包覆住电极沟槽9，并腐蚀掉位于电极沟槽9底部的绝缘层12，露出N型半导体3；通过溅射/蒸镀方法制作N型电极7、P型电极6。
其中所述N型电极7包括三部分：
位于电极沟槽9底部与N型半导体接触的部分；
位于侧壁上的部分，所述部分仅覆盖外侧侧壁，并通过绝缘层12与侧壁隔离；
位于台面上的部分，并通过绝缘层12与台面隔离；位于台面上的部分用于和倒装基板N互联电极10焊接。
所述绝缘层12包括两部分：
位于电极沟槽9外侧壁表面，用于隔离N型电极7与P型半导体5、有源区4；
位于电极沟槽9内侧壁表面，用于保护N型半导体3，有源区4。
倒装基板15从下至上分别是基板衬底18、在基板衬底18表面上的P电极互联线11、开有电极窗口14的绝缘层12、N电极互联线10。倒装结合层17设置在N电极互联线10和P电极互联线11上；
其中所述的P电极互联线11包括三部分：
位于四周的压焊焊盘16部分；
位于电极窗口14中央，用于倒装连接P型电极6的圆形焊盘部分；
连接焊盘16和圆形焊盘的部分；
所述的N电极互联线10包括三部分：
位于四周的压焊焊盘16部分；
位于电极窗口14四周，用于倒装连接N型电极7的圆环形焊盘部分，其中电极窗口14的直径大于圆形焊盘直径，小于圆环形焊盘内径；
连接焊盘16和圆环形焊盘的部分；
将制作好的电致发光阵列1整片或者沿隔离槽8切割后的发光二极管像素单元13通过倒装方式，转移至倒装基板15上；
N电极互联线10和P电极互联线11的交叉点为像素单元；
优选地，P电极使用高反射率和欧姆接触更好的Cr/Pt/Au等合金，来降低P电极对光的吸收，提高出光效率；
优选地，电致发光阵列1采用蓝宝石衬底2GaN外延材料；所述GaN外延材料至少包含依次形成在所述蓝宝石衬底上的N型半导体3、量子阱有源区4、P型半导体5；
优选地，绝缘层12使用SiO2、SiNx、聚酰亚胺等绝缘导电层；
优选地，基板衬底18采用导热性良好的材料，如AlN，Cu、Al等材料。
优选地，倒装结合层17选用导电胶、In、AuSn、AuSi或AuGe等材料。
附图说明
结合下图做进一步说明。
图1是制作好的3×3NP电极共平面倒装Micro-LED微显示阵列芯片的俯视图；
图2是图1A-A截面图；
图3是倒装基板的3D结构图；
图4是3×3NP电极共平面倒装Micro-LED微显示阵列倒装到基板后的截面图；
图5是制作好的m×n共平面LED阵列芯片的俯视图；
图6是图5A-A截面图；
图7是m×n的NP电极共平面倒装Micro-LED微显示阵列与倒装基板键合后的示意图；
图8是外部驱动Micro-LED微显示阵列结构示意图；
图中，1、电致发光阵列；2、衬底；3、N型半导体；4、有源区；5、P型半导体；6、P型电极；7、N型电极；8、像素隔离槽；9、电极沟槽；10、N电极互连线；11、P电极互连线；12、绝缘层；13、发光二极管像素单元；14、电极窗口；15、倒装基板；。16、压焊焊盘；17、倒装结合层；18、基板衬底。
具体实施方式
参考图1，图2一种NP电极共平面倒装Micro-LED微显示阵列，包括：
衬底2；
N型半导体3，其制作在衬底2上面；
有源区4，制作在N型半导体3上面；
P型半导体5，制作在有源区4上面；
NP电极沟槽9，通过刻蚀外延材料至N型半导体形成；
P电极6，制作在P型半导体上面；N电极7，制作在绝缘层12上面，并在电极沟槽9底部外侧壁延伸至台阶上面；
像素隔离槽8，通过刻蚀外延材料至衬底形成，使LED像素单元电隔离；
参考图3一种共平面倒装基板15，包括：
基板衬底18；
P电极互连线11，制作在基板衬底18上面；
开有电极窗口14的绝缘层12，制作在P电极互连线11上面，用于隔离P电极互联线和N电极互联线；
焊盘16；用于键合金丝，连接外部驱动器；
结合图1，本发明提供一种NP电极共平面倒装Micro-LED微显示阵列的制作方法，包含如下步骤：
步骤1：在外延材料上刻蚀至N型半导体3内，形成NP电极沟槽9；
步骤2：在完成步骤1的外延材料上制备一层绝缘层12，腐蚀位于电极沟槽9底部绝缘层12并露出N型半导体3；腐蚀掉P型半导体上面的绝缘层12并露出P型半导体5；
步骤3：在绝缘层12和P型半导体5上部制备N电极7、P电极6，其中N电极7从电极沟槽9底部延电极沟槽9外侧壁延伸至台阶上，P电极在P型半导体上面；
步骤4：刻蚀完成步骤3的外延材料至衬底2，形成像素单元隔离槽8；
结合图3，一种倒装基板的制作方法，包含如下步骤：
步骤5：在平整、干净的、绝缘的基板衬底18上通过溅射/蒸镀方法制备P电极互连线11；
步骤6：在完成步骤5的P电极互联线11上面，通过PECVD方法制备绝缘层12；
步骤7：通过湿法腐蚀方法腐蚀绝缘层12，形成电极窗口14；
步骤8：在完成步骤7的绝缘层12上面制备N电极互连线10；
下面结合图2，图3详细阐述NP电极共平面倒装Micro-LED微显示阵列及倒装基板的制作，方法如下：
S1.清洗蓝宝石衬底GaN外延材料；
S2.在外延材料上使用光刻胶做为掩膜，保护不需要刻蚀的区域，通过ICP干法刻蚀外延片至N型半导体，形成台阶隔离槽9；
S3.通过PECVD，在外延材料上制备一层绝缘层12，然后旋涂光刻胶，曝光显影将需要腐蚀掉的区域光刻胶去掉，再通过湿法腐蚀将不需要的绝缘层腐蚀掉，留下绝缘层12；
S4.旋涂光刻胶，曝光显影将需要制备电极的区域光刻胶去掉，再通过溅射/蒸镀并剥离方法，制备N型电极7，P型电极6；快速热退火形成良好欧姆接触。
S5.使用光刻胶或SiO2作为掩膜，ICP干法刻蚀外延材料至衬底，形成隔离槽8；
S6.在基板衬底18上制备P电极互连线11方法同S4；
S7.在P电极互联线11上制备绝缘层12，并腐蚀出电极窗口14，方法同S3；
S8.在绝缘层12上制备N电极互联线10，步骤同S4；
S9.电致发光阵列1通过倒装结合层17与倒装基板15进行结合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，以上结构和实施例只用于帮助理解本发明方法和核心思想。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明核心思想的前提下，还可以对本发明进行改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权力要求的保护范围内。
Claims (10)
1.NP电极共平面倒装Micro-LED微显示阵列，其特征在于：包括，电致发光阵列(1)、倒装结合层(17)、倒装基板(15)；
其中电致发光阵列(1)包括多个发光二极管像素单元(13)、像素单元隔离槽(8)和衬底(2)，像素单元隔离槽(8)设置在各个发光二极管像素单元(13)之间；每个所述的发光二极管像素单元(13)包含N型半导体(3)、N型电极(7)、有源区(4)、P型半导体(5)、P型电极(6)、电极沟槽(9)和绝缘层(12)；通过MOCVD方法将N型半导体(3)制作在衬底(2)上面，量子阱有源区(4)制作在N型半导体(3)上面，P型半导体制作在量子阱有源区(4)上面；通过ICP干法刻蚀形成电极沟槽(9)；通过PECVD制作绝缘层(12)包覆住电极沟槽(9)，并腐蚀掉位于电极沟槽(9)底部的绝缘层(12)，露出N型半导体(3)；通过溅射/蒸镀方法制作N型电极(7)、P型电极(6)；
倒装基板(15)从下至上分别是基板衬底(18)、在基板衬底(18)表面上的X电极互联线(11)、开有电极窗口(14)的绝缘层(12)、Y电极互联线(10)；倒装结合层(17)设置在Y电极互联线(10)和X电极互联线(11)上。
2.根据权利要求1所述的NP电极共平面倒装Micro-LED微显示阵列，其特征在于：所述N型电极(7)包括三部分：
位于电极沟槽(9)底部与N型半导体接触的部分；
位于侧壁上的部分，所述部分仅覆盖外侧侧壁，并通过绝缘层(12)与侧壁隔离；
位于台面上的部分，并通过绝缘层(12)与台面隔离；位于台面上的部分用于和倒装基板Y电极互联线(10)焊接。
3.根据权利要求1所述的NP电极共平面倒装Micro-LED微显示阵列，其特征在于：所述绝缘层(12)包括两部分：
位于电极沟槽(9)外侧壁表面，用于隔离N型电极(7)与P型半导体(5)、有源区(4)；
位于电极沟槽(9)内侧壁表面，用于保护N型半导体(3)，有源区(4)。
4.根据权利要求1所述的NP电极共平面倒装Micro-LED微显示阵列，其特征在于：所述的X电极互联线(11)包括三部分：
位于四周的压焊焊盘(16)部分；
位于电极窗口(14)中央，用于倒装连接P型电极(6)的圆形焊盘部分；
连接焊盘16和圆形焊盘的部分。
5.根据权利要求1所述的NP电极共平面倒装Micro-LED微显示阵列，其特征在于：Y电极互联线(10)包括三部分：
位于四周的压焊焊盘(16)部分；
位于电极窗口(14)四周，用于倒装连接N型电极(7)的圆环形焊盘部分，其中电极窗口(14)的直径大于圆形焊盘直径，小于圆环形焊盘内径；
连接压焊焊盘(16)和圆环形焊盘的部分。
6.根据权利要求1所述的NP电极共平面倒装Micro-LED微显示阵列，其特征在于：将制作好的电致发光阵列(1)整片或者沿隔离槽(8)切割后的发光二极管像素单元(13)通过倒装方式，转移至倒装基板(15)上。
7.根据权利要求1所述的NP电极共平面倒装Micro-LED微显示阵列，其特征在于：Y电极互联线(10)和X电极互联线(11)的交叉点为像素单元。
8.根据权利要求1所述的NP电极共平面倒装Micro-LED微显示阵列，其特征在于：P电极使用Cr/Pt/Au合金；
电致发光阵列(1)采用蓝宝石衬底(2)GaN外延材料，所述GaN外延材料至少包含依次形成在所述蓝宝石衬底上的N型半导体(3)、量子阱有源区(4)P型半导体(5)；
绝缘层(12)使用SiO2、SiNx、聚酰亚胺绝缘导电层。
9.根据权利要求1所述的NP电极共平面倒装Micro-LED微显示阵列，其特征在于：基板衬底(18)采用AlN、Cu或Al材料；
倒装结合层(17)选用导电胶、In、AuSn、AuSi或AuGe材料。
10.NP电极共平面倒装Micro-LED微显示阵列的制作方法，其特征在于：
S1.清洗蓝宝石衬底GaN外延材料；
S2.在外延材料上使用光刻胶做为掩膜，保护不需要刻蚀的区域，通过ICP干法刻蚀电致发光面板至N型半导体，形成电极沟槽(9)；
S3.通过PECVD，在外延材料上制备一层绝缘层(12)，然后旋涂光刻胶，曝光显影将需要腐蚀掉的区域光刻胶去掉，再通过湿法腐蚀将不需要的绝缘层腐蚀掉，留下绝缘层(12)；
S4.旋涂光刻胶，曝光显影将需要制备电极的区域光刻胶去掉，再通过溅射/蒸镀并剥离方法，制备N型电极(7)，P型电极(6)；快速热退火形成良好欧姆接触；
S5.使用光刻胶或SiO2作为掩膜，ICP干法刻蚀外延材料至衬底，形成像素单元隔离槽(8)；
S6.在基板衬底(18)上制备X电极互连线11方法同S4；
S7.在X电极互联线(11)上制备绝缘层(12)，并腐蚀出电极窗口(14)，方法同S3；
S8.在绝缘层(12)上制备Y电极互联线(10)，步骤同S4；
S9.电致发光阵列(1)通过倒装结合层(17)与倒装基板(15)进行结合。
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