CN111276504A - 微型半导体元件结构 - Google Patents

Abstract

本发明实施例揭示微型半导体元件结构。在一些实施例中，微型半导体元件结构可包括基板、设置于基板上方的多个微型半导体元件以及设置于基板及微型半导体元件之间的多个第一支撑层。微型半导体元件各自具有一第一电极及一第二电极，其设置于该些微型半导体元件的下表面上，其中该下表面包含一区域，其中该区域在该第一电极与该第二电极之间。第一支撑层于该基板上的正投影至少与该区域于该基板上的正投影部分重叠。第一支撑层与区域直接接触。

Description

微型半导体元件结构

技术领域

本发明涉及半导体结构，尤其涉及微型半导体元件结构。

背景技术

随着光电科技的进步，许多光电元件的体积逐渐往小型化发展。近几年来由于发光二极管(Light Emitting Diode，LED)制作尺寸上的突破，目前将发光二极管以阵列排列制作的微型发光二极管(Micro LED)显示器在市场上逐渐受到重视。微型发光二极管显示器属于主动式微型半导体元件显示器，其除了相较于有机发光二极管(Organic Microsemiconductor Diode，OLED)显示器而言更为省电以外，也具备更佳优异的对比度表现，而可以在阳光下具有可视性。此外，由于微型发光二极管显示器采用无机材料，因此其相较于有机发光二极管显示器而言具备更佳优良的可靠性以及更长的使用寿命。

然而，微型发光二极管仍然具有一些缺点。例如在后续进行高温制程(例如共晶接合)时，微型发光二极管的一对电极可能变成熔融态而互相接触导致短路。此外，发光二极管经常透过支撑层来固持而使微型发光二极管较容易自载体基板上拾取并转移至接收基板上，且通过支撑层来巩固微型发光二极管，使微型发光二极管于转移时不会受到其他外因而影响品质。然而，在微型发光二极管转移至接收基板后，支撑层可能会残留在微型发光二极管上而影响后续制程，使微型发光二极管的效能降低。

因此，虽然现有的微型发光二极管已大致符合需求，但仍然存在许多问题，因此如何改善现有的微型发光二极管已成为目前业界相当重视的课题之一。

发明内容

本发明的一些实施例提供微型半导体元件结构，其中微型半导体元件结构可包括基板；设置于基板上方的多个微型半导体元件，微型半导体元件各自具有一第一电极及一第二电极，其设置于该些微型半导体元件的一下表面上，其中该下表面包含一区域；以及设置于基板及微型半导体元件之间的多个第一支撑层，其中第一支撑层于基板上的正投影至少与区域于基板上的正投影部分重叠，其中第一支撑层与区域直接接触。

本发明实施例的微型半导体元件结构具有设置于基板及微型半导体元件之间的第一支撑层，其可架高微型半导体元件以利拾取微型半导体元件。微型半导体元件结构可还包括设置于基板与第一支撑层之间的第二支撑层，以更稳固地支撑微型半导体元件。另外，第一支撑层及第二支撑层皆不占据微型半导体元件的侧壁旁的空间，使微型半导体元件能密集地排列在基板上。

在一些实施例中，第一支撑层于基板上的正投影完全位于区域于基板上的正投影内。在一些实施例中，第一支撑层的正投影由区域的正投影内朝第一方向延伸至区域的正投影外。在一些实施例中，第一支撑层于基板上的正投影由区域的正投影内朝第一方向向外延伸至相邻的微型半导体元件的区域的正投影内。在一些实施例中，在区域的正投影内，相邻的第一支撑层的正投影彼此不接触，形成多条不连续的第一支撑层。在一些实施例中，在区域的正投影内，相邻的第一支撑层的正投影彼此接触，形成连续结构。

在一实施例中，微型半导体元件结构，还包括：设置于基板与第一支撑层之间的多个第二支撑层。在一实施例中，第二支撑层于基板上的正投影位于区域的正投影内。在一实施例中，第二支撑层的正投影由区域的正投影内朝第二方向向外延伸，并横跨相邻的微型半导体元件的正投影，其中第二方向相异于第一方向。举例来说，第二方向垂直于第一方向。在一实施例中，第二支撑层的正投影位于相邻的微型半导体元件的正投影之间。在一实施例中，第一支撑层于基板上的正投影与电极于基板上的正投影不重叠。在一实施例中，第一支撑层与电极不接触。在一实施例中，第一支撑层的宽度与第一区域的宽度的比值为小于或等于1且大于或等于0.1。在一实施例中，第二支撑层与电极不接触。

在一实施例中，第一支撑层包括有机材料。在一实施例中，有机材料包括苯并环丁烯、酚醛树脂、环氧树脂、聚异戊二烯橡胶或其组合。在一实施例中，第二支撑层包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其组合。在一实施例中，第一支撑层或第二支撑层包括热变质材料。在一实施例中，热变质材料包括冷脆材料、热熔性材料、热挥发性材料或其组合。在一实施例中，第一支撑层的杨氏模量小于第二支撑层的杨氏模量。在一实施例中，任一个第一支撑层的厚度大于电极的厚度。在一实施例中，任一个第一支撑层的厚度加上任一个第二支撑层的厚度大于电极的厚度。在一实施例中，任一个第一支撑层的宽度大于任一个第二支撑层的宽度。在一实施例中，第一支撑层或第二支撑层具有上宽下窄的形状。

附图说明

通过以下的详细描述配合附图，可以更加理解本发明实施例的内容。需强调的是，根据产业上的标准惯例，许多部件(feature)并未按照比例绘制。事实上，为了能清楚地讨论，各种部件的尺寸可能被任意地增加或减少。

图1A显示本发明的一实施例的微型半导体元件结构100a的俯视示意图；

图1B是沿图1A的A-A’剖线所示出的微型半导体元件结构100a的剖面示意图；

图1C是沿图1A的B-B’剖线所示出的微型半导体元件结构100a的剖面示意图；

图1D是图1A中的任一个微型半导体元件20的仰视示意图；

图1E为图1A至图1D的微型半导体元件20的一具体范例；

图2显示本发明的另一实施例的微型半导体元件结构100b的剖面示意图；

图3显示本发明的另一实施例的微型半导体元件结构100c的剖面示意图；

图4显示本发明的另一实施例的微型半导体元件结构100d的微型半导体元件20的仰视示意图；

图5A显示本发明的一实施例的微型半导体元件结构100e的俯视示意图；

图5B是沿图5A的B-B’剖线所示出的微型半导体元件结构100e的剖面示意图；

图5C是图5A中的任一个微型半导体元件20的仰视示意图；

图6A显示本发明的一实施例的微型半导体元件结构100f的俯视示意图；

图6B是图6A中的任一个微型半导体元件20的仰视示意图；

图7A显示本发明的一实施例的微型半导体元件结构100g的俯视示意图；

图7B是沿图7A的A-A’剖线所示出的微型半导体元件结构100g的剖面示意图；

图7C是图7A中的任一个微型半导体元件20的仰视示意图；

图8A显示本发明的一些实施例的微型半导体元件结构100h的俯视示意图；

图8B是沿图8A的B-B’剖线所示出的微型半导体元件结构100h的剖面示意图；

图8C是图8A中的任一个微型半导体元件20的仰视示意图；

图9显示本发明的一实施例的微型半导体元件结构100i的俯视示意图；

图10A显示本发明的一些实施例的微型半导体元件结构100j的俯视示意图；

图10B是沿图10A的A-A’剖线所示出的微型半导体元件结构100j的剖面示意图；

图10C是图10A中的任一个微型半导体元件20的仰视示意图；

图11A显示本发明的一些实施例的微型半导体元件结构100k的俯视示意图；

图11B是沿图11A的B-B’剖线所示出的微型半导体元件结构100k的剖面示意图；

图11C是图11A中的任一个微型半导体元件20的仰视示意图；

图12显示本发明的一些实施例的微型半导体元件结构100l的俯视示意图；

图13A显示本发明的一些实施例的微型半导体元件结构100m的俯视示意图；

图13B是沿图13A的A-A’剖线所示出的微型半导体元件结构100m的剖面示意图；

图13C是沿图13A的B-B’剖线所示出的微型半导体元件结构100m的剖面示意图；

图13D是沿图13A的C-C’剖线所示出的微型半导体元件结构100m的剖面示意图；

图14显示本发明的一些实施例的微型半导体元件结构100n的俯视示意图。

附图标记说明

10：基板；

20：微型半导体元件；

21：下表面；

22：第一半导体层；

24：第二半导体层

26：发光层；

28：绝缘层；

30a、30b、30c、30d、30e、30f、30g：第一支撑层；

40a：第一电极；

40b：第二电极；

50a、50b、50c：第二支撑层；

100a、100b、100c、100d、100e、100f、100g、100h、100i、100j、100k、100l、100m、100n：微型半导体元件结构；

A1：第一区域；

A2：第二区域；

A3：第三区域；

AA’、BB’、CC’：剖线

D1：第一方向；

D2：第二方向；

W1、W2：宽度。

具体实施方式

以下内容提供了很多不同的实施例或范例，用于实施本发明实施例的不同部件。组件和配置的具体范例描述如下，以简化本发明实施例。当然，这些仅仅是范例，并非用以限定本发明实施例。举例而言，叙述中若提及第一部件形成于第二部件上，可能包含第一和第二部件直接接触的实施例，也可能包含额外的部件形成于第一和第二部件之间，使得第一和第二部件不直接接触的实施例。另外，本发明实施例可能在许多范例中重复元件符号和/或字母。这些重复是为了简化和清楚的目的，其本身并非代表所讨论各种实施例和/或配置之间有特定的关系。

再者，此处可能使用空间上的相关用语，例如“在……之下”、“在……下方”、“下方的”、“在……上方”、“上方的”和其他类似的用语可用于此，以便描述如图所示的一元件或部件与其他元件或部件之间的关系。此空间上的相关用语除了包含附图示出的方位外，也包含使用或操作中的装置的不同方位。当装置被转至其他方位时(旋转90度或其他方位)，则在此所使用的空间相对描述可同样依旋转后的方位来解读。

请先参照图1A，以下本发明的实施例描述可用于在基板10上的微型半导体元件20(例如微型发光二极管(Micro LED)和微晶片)的结构，上述基板10例如是承载基板(carrier substrate)，且后续可将微型半导体元件20转移到接收基板(receivingsubstrate)。在此所用“微型”半导体元件20意指可具有1μm至100μm的尺寸。在一些实施例中，微型半导体元件20可具有20μm、10μm或5μm的最大宽度。在一些实施例中，微型半导体元件20可具有小于10μm或5μm的最大高度。然应理解本发明的实施例不必限于此，某些实施例的实施方式当可应用到更大与也许更小的尺度。

此外，上述接收基板可例如为显示基板、发光基板、具薄膜晶体管或集成电路(ICs)等功能元件的基板或其他类型的电路基板，但不以此为限。虽然本发明的一些实施例特定于描述包含p-n二极管的微型半导体元件20，但应理解本发明的实施例不限于此，某些实施例也可应用到其他微型半导体元件20，其包括可控制执行预定电子功能的微型半导体元件20(例如二极管、晶体管、集成电路)或具光子功能的微型半导体元件20(例如发光二极管、激光二极管、光电二极管)。本发明的其他实施例某些实施例也可应用到包括电路的微晶片，例如以硅或绝缘体上的半导体(semiconductor-on-insulator，SOI)晶圆为材料且用于逻辑或存储应用微晶片，或以砷化镓(GaAs)晶圆为材料且用于RF通信应用的微晶片。

图1A显示本发明的一实施例的微型半导体元件结构100a的俯视示意图。图1B是沿图1A的A-A’剖线所示出的微型半导体元件结构100a的剖面示意图。图1C是沿图1A的B-B’剖线所示出的微型半导体元件结构100a的剖面示意图。图1D是图1A中的任一个微型半导体元件20的仰视示意图(未示出基板10)。

请先参照图1A至图1C，本实施例的微型半导体元件结构100a包括基板10、多个微型半导体元件20以及多个第一支撑层30a。微型半导体元件20设置于基板10上方，且微型半导体元件20各自具有第一电极40a与第二电极40b，其设置于微型半导体元件20的下表面21上，其中第一电极40a与第二电极40b具有相反的电性。第一支撑层30a设置于基板10及微型半导体元件20之间，且设置于第一电极40a及第二电极40b之间。在一些实施例中，基板10包括承载基板。承载基板例如是塑胶基板、玻璃基板、蓝宝石基板或其他无线路的基板。第一支撑层30a可包括有机材料(例如苯并环丁烯(benzocyclobutene)、酚醛树脂(phenolformaldehyde resin)、环氧树脂(epoxy)、聚异戊二烯橡胶(polyisoprene rubber)、无机材料(例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、或其组合)、或其他热变质材料(例如冷脆材料、热熔性材料、光致抗蚀剂材料、或其组合)或其组合。在一些实施例中，第一支撑层30a的杨氏模量小于基板10的杨氏模量，也小于微型半导体元件20，因此可以作为制程缓冲用。

请参照图1B及图1D，微型半导体元件20的下表面21上包含第一区域A1及第二区域A2，其中第一区域A1在第一电极40a及第二电极40b之间，且第一电极40a及第二电极40b与下表面21接触的区域系定义为第二区域A2，且第一区域A1及第二区域A2共同定义为第三区域A3。

在一些实施例中，可以先将第一支撑层30a形成及固定于微型半导体元件20的下表面21上，接着将第一支撑层30a连同微型半导体元件20放置于基板10上，以形成微型半导体元件结构100a。之后，可通过将基板10固定于第一支撑层30a的下表面21上，使微型半导体元件20能稳固地连接于基板10上。

在另一些实施例中，可以先将第一支撑层30a形成及固定于基板10上，接着将微型半导体元件20的下表面21朝向基板10而放置于基板10及第一支撑层30a上，以形成微型半导体元件结构100a。之后，可通过将第一支撑层30a固定于微型半导体元件20的下表面21上，使微型半导体元件20能稳固地连接于基板10上。

此外，通过将微型半导体元件20放置于基板10上，能使微型半导体元件20之间保持一定的间距，其能避免后续进行转移制程时，因为微型半导体元件20之间的间距不适当而造成损伤。另外，可通过上述转移制程来拾取基板10上的微型半导体元件20，并且将微型半导体元件20转移至接收基板，以形成半导体装置。举例而言，微型半导体元件20可为微型发光半导体元件，基板10可为显示基板，将微型半导体元件20转移至基板10可以形成半导体装置，此半导体装置可为微型发光二极管显示器(Micro LED display)。

在本实施例中，第一支撑层30a的厚度大于第一电极40a的厚度、以及第一支撑层30a的厚度大于第二电极40b的厚度，且第一支撑层30a与第一区域A1直接接触，如此可以架高微型半导体元件20，使第一电极40a及第二电极40b不接触基板10，以避免基板10碰触第一电极40a及第二电极40b造成损伤，且在转移至接收基板时也能够更容易拾取架高的微型半导体元件20。其中，第一支撑层30a与第一区域A1接触面的面积与第一区域A1的比值介于0.1至0.8之间。小于0.1可能会使支撑力不够，大于0.8可能增加转移拾取时所需克服的拾取力。在转移微型半导体元件20时，第一支撑层30a可随着微型半导体元件20完全脱离或部分脱离基板10，或者第一支撑层30a可完全保留在基板10上。在一实施例中，第一支撑层30a随着微型半导体元件20一并被拾取，且第一支撑层30a的厚度大于第一电极40a及第二电极40b的厚度，则此时第一支撑层30a可以当成是缓冲结构，使微型半导体元件20转移至接收基板时，第一支撑层30a先接触接收基板达到缓冲的作用，以避免第一电极40a及第二电极40b直接碰撞接收基板产生损伤。

在一些实施例中，第一支撑层30a于基板10上的正投影至少与第一区域A1于基板10上的正投影部分重叠，如此在转移微型半导体元件20时，第一支撑层30a随着微型半导体元件20完全脱离或部分脱离基板10的状况下进行后续的高温制程(例如共晶接合)，第一支撑层30a也能在第一电极40a及第二电极40b之间当作阻挡结构以避免变成熔融态的第一电极40a及第二电极40b彼此接触造成短路。

在本实施例中，第一支撑层30a于基板10上的正投影与第一电极40a及第二电极40b于基板10上的正投影不重叠，也就是说，第一支撑层30a于基板10上的正投影完全位于第一区域A1于基板10上的正投影内。相较于支撑层超出微型半导体元件20的下表面21的情况，这样的实施方式能避免支撑层占据微型半导体元件20的侧旁的空间，使微型半导体元件20能密集地排列在基板10上。

在一些实施例中，第一支撑层30a的宽度与第一区域A1的宽度的比值为小于1且大于或等于0.1。当第一支撑层30a的宽度与第一区域A1的宽度的比值小于1时，能使第一支撑层30a与第一电极40a及第二电极40b不接触以避免第一支撑层30a挤压第一电极40a及第二电极40b造成伤害。另一方面，当第一支撑层30a的宽度与第一区域A1的宽度的比值大于或等于0.1时，则能确保第一支撑层30a稳固地支撑住微型半导体元件20。

在一些实施例中，第一支撑层30a包括热变质材料。热变质材料包括冷脆材料、热熔性材料、热挥发性材料或其组合。当第一支撑层30a为冷脆材料时，在拾取微型半导体元件20并转移至接收基板前，可以对第一支撑层30a进行冷却制程，使第一支撑层30a脆化，以确保拾取微型半导体元件20时第一支撑层30a能断裂，使拾取及转移微型半导体元件20的过程更佳流畅且增加拾取及转移的成功率，其中冷却制程的温度可视冷脆材料的冷脆温度而定。冷却制程的温度例如为约-300℃至约0℃，或者例如为约-100℃至约-10℃。

当第一支撑层30a为热熔性材料或热挥性材料时，在将微型半导体元件20转移至接收基板前，可以对第一支撑层30a进行加温制程，使第一支撑层30a熔融化或挥发，以确保拾取微型半导体元件20时第一支撑层30a能断裂，使拾取及转移微型半导体元件20的过程更佳流畅且增加拾取及转移的成功率，其中加温制程的温度可视热熔性材料的熔点而定。加温制程的温度例如为约40℃至约300℃，或者例如为约50℃至约180℃。

图1E为图1A至图1D的微型半导体元件20的一具体范例。在此范例中，微型半导体元件20包括第一半导体层22、第二半导体层24、发光层26、绝缘层28、第一电极40a、及第二电极40b。第二半导体层24配置于第一半导体层22下方，发光层26配置于第一半导体层22与第二半导体层24之间。第一电极40a穿过发光层26及第二半导体层24至第一半导体层22，并与第一半导体层22电性连结。第二电极40b配置于第二半导体层24上，并与第二半导体层24电性连结。绝缘层28配置于第二半导体层24的下表面及第一半导体层22、发光层26和第二半导体层24的侧壁上并裸露出第一电极40a及第二电极40b的下表面。根据本公开实施例，绝缘层28可进一步覆盖微型半导体元件20第一电极40a及第二电极40b的侧壁。图1E仅为本发明的微型半导体元件20的一范例，并不旨在限制微型半导体元件20的种类，本发明的微型半导体元件20可为任何适合的微型半导体元件。此外，虽然图1E所示的微型半导体元件20为上宽下窄的倒梯形，但本发明不限于此，微型半导体元件20也可为上窄下宽的正梯形、矩形或其他适合的形状。第一电极40a及第二电极40b在此也仅示出各一个，但也可以包括多个第一电极及第二电极，本发明不限于此。

图2显示本发明的另一实施例的微型半导体元件结构100b的剖面示意图。请同时参照图2及图1B，图2的实施例的微型半导体元件结构100b与图1B的微型半导体元件结构100a相似，两者的差异在于：图2示出的实施例中，第一支撑层30b从第一电极40a及第二电极40b之间朝第二方向D2延伸至第一电极40a及第二电极40b之下，使第一支撑层30b于基板10上的正投影由第一区域A1于基板10上的正投影内向外延伸至第二区域A2于基板10上的正投影内。相较于图1B所示的微型半导体元件结构100a，图2所示的微型半导体元件结构100b的第一支撑层30b的底部的宽度较大，因此第一支撑层30b与基板10接触面积较大，能更稳固地支撑微型半导体元件20。在本实施例中，第一支撑层30b不接触第一电极40a及第二电极40b，避免对第一电极40a及第二电极40b造成压损。

图3显示本发明的另一实施例的微型半导体元件结构100c的剖面示意图。请同时参照图3及图1B，图3的实施例的微型半导体元件结构100c与图1B的微型半导体元件结构100a相似，两者的差异在于：图3示出的实施例中，第一支撑层30c具有上宽下窄的形状。相较于图1B所示的微型半导体元件结构100a，图3所示的微型半导体元件结构100c的第一支撑层30c的底部的宽度较小，造成第一支撑层30c与基板10接触面积较小，所以当拾取并转移微型半导体元件20时，第一支撑层30c与基板10之间所需克服的拾取力减低。此外，虽然图3所示的第一支撑层30c为上宽下窄的倒梯形，但本发明不限于此，第一支撑层30c也可为T字形或者其他适合的形状。

图4显示本发明的另一实施例的微型半导体元件结构100d的微型半导体元件20的仰视示意图(未示出基板10)。请同时参照图4及图1D，图4的实施例的微型半导体元件结构100d与图1D的微型半导体元件结构100a相似，两者的差异在于：第一支撑层30d于基板10上的正投影由第一区域A1的正投影内朝第一方向D1向外延伸至第一区域A1的正投影外，其中第一方向D1相异于第二方向D2，第一方向D1可例如是垂直于第二方向D2。相较于图1D的微型半导体元件结构100a，图4的实施例的微型半导体元件结构100d的微型半导体元件20的下表面21与第一支撑层30d及基板10之间的接触面积较大，第一支撑层30d能够给予微型半导体元件20较大的支撑力，且能更稳固地支撑微型半导体元件20。

图5A显示本发明的一实施例的微型半导体元件结构100e的俯视示意图；图5B是沿图5A的B-B’剖线所示出的微型半导体元件结构100e的剖面示意图；以及，图5C显示本发明图5A实施例的微型半导体元件结构100e的微型半导体元件20的仰视示意图(未示出基板10)。

图5A的微型半导体元件结构100e与图1A的微型半导体元件结构100a相似，两者的差异在于：在图5A的实施例中，第一支撑层30e于基板10上的正投影由第一区域A1的正投影内朝第一方向D1向外延伸至相邻的微型半导体元件20的第一区域A1的正投影内；以及，在第一区域A1的正投影内，相邻的第一支撑层30e的正投影彼此不接触，形成多条不连续的第一支撑层30e，如图5C所示。

在本实施例中，如图5B所示，第一支撑层30e在第一方向D1上仅延伸于相邻的微型半导体元件20下方的空间，但并未占据相邻的微型半导体元件20的侧壁旁的空间，使微型半导体元件20能密集地排列在基板10上。在本实施例中，通过两个相邻的第一支撑层30e来支撑一个微型半导体元件20，如此便能更牢固地支撑微型半导体元件20。此外，由于微型半导体元件20的力量平均分配在两个相邻的第一支撑层30e上，因此可以避免力量集中在单一个第一支撑层30e而造成第一支撑层30e崩坏，进而引响制程良率。

图6A显示本发明的一实施例的微型半导体元件结构100f的俯视示意图，以及图6B显示本发明图6A实施例的微型半导体元件结构100f的微型半导体元件20的仰视示意图(未示出基板10)。图6A的微型半导体元件结构100f与图5A的微型半导体元件结构100e相似，两者的差异在于：在图6A的实施例中，在第一区域A1的正投影内，如图6B所示，相邻的第一支撑层30f的正投影彼此接触，形成连续结构。在本实施例中，由于连续结构(第一支撑层30f)是横跨整个微型半导体元件20来支撑微型半导体元件20，因此微型半导体元件20的下表面21与第一支撑层30f之间的接触面积较大，且微型半导体元件20的负重系由多个第一支撑层30f连接而成的连续结构共同支撑，因此，第一支撑层30f能更稳定地支撑微型半导体元件20。

图7A显示本发明的一实施例的微型半导体元件结构100g的俯视示意图；图7B是沿图7A的A-A’剖线所示出的微型半导体元件结构100g的剖面示意图；以及，图7C是图7A中的任一个微型半导体元件20的仰视示意图(未示出基板10)。

图7A的微型半导体元件结构100g与图1A的微型半导体元件结构100a相似，两者的差异在于：图7A的微型半导体元件结构100g还包括多个第二支撑层50a，如图7B所示，其设置于基板10与第一支撑层30a之间。此外，第一支撑层30a及第二支撑层50a于基板10上的正投影位于第一区域A1于基板10上的正投影内，如图7C所示。第二支撑层50a可以是或包括有机材料(例如苯并环丁烯(benzocyclobutene)、酚醛树脂(phenol formaldehyde resin)、环氧树脂(epoxy)、聚异戊二烯橡胶(polyisoprene rubber)、无机材料(例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、或其组合)、或其他热变质材料(例如冷脆材料、热熔性材料、光致抗蚀剂材料、或其组合)或其组合。

在一些实施例中，可以先将第一支撑层30a形成及固定于微型半导体元件20的下表面21上，然后将第二支撑层50a形成及固定于第一支撑层30a之下，接着将微型半导体元件20、第一支撑层30a及第二支撑层50a一并放置于基板10上，以形成微型半导体元件结构100g。之后，可通过将基板10固定于第二支撑层50a之下，使微型半导体元件20能稳固地连接于基板10上。

在另一些实施例中，可以先分别将第一支撑层30a形成及固定于微型半导体元件20的下表面21上，以及将第二支撑层50a形成及固定于基板10上，接着将微型半导体元件20的下表面21及第一支撑层30a朝向基板10而一并放置于基板10及第二支撑层50a上，以形成微型半导体元件结构100g。之后，可通过将第二支撑层50a固定于第一支撑层30a之下，使微型半导体元件20能稳固地连接于基板10上。

在另一些实施例中，可以先将第二支撑层50a形成及固定于基板10上，然后将第一支撑层30a形成及固定于第二支撑层50a之上，接着将微型半导体元件20的下表面21朝向基板10而放置于基板10上，以形成微型半导体元件结构100g。之后，可通过将第一支撑层30a固定于微型半导体元件20之下表面21上，使微型半导体元件20能稳固地连接于基板10上。

在本实施例中，第二支撑层50a于基板10上的正投影完全位于第三区域A3的正投影内，其能避免占据微型半导体元件20的侧面的空间，使微型半导体元件20能密集地排列在基板10上。更具体地说，本实施例的第二支撑层50a完全位于第一区域A1的正投影内，且第二支撑层50a与第一电极40a及第二电极40b不接触，以避免挤压第一电极40a及第二电极40b造成伤害。

在本实施例中，第一支撑层30a的厚度加上第二支撑层50a的厚度大于第一电极40a及第二电极40b的厚度，如此第一支撑层30a与第二支撑层50a可以共同架高微型半导体元件20，使第一电极40a及第二电极40b不接触基板10，如此可以避免基板10碰触第一电极40a及第二电极40b造成损伤，且架高的微型半导体元件20也能够在转移至接收基板的过程中达到更好拾取的效果。

在一些实施例中，第一支撑层30a及第二支撑层50a两者于基板10上的正投影皆与第一区域A1的正投影至少部分重叠，如此在转移微型半导体元件20后保留第一支撑层30a及第二支撑层50a的状况下进行后续的高温制程(例如焊接)，第一支撑层30a及第二支撑层50a能在第一电极40a及第二电极40b之间共同作为阻挡结构，以避免变成熔融态的第一电极40a及第二电极40b彼此接触造成短路。

在一些实施例中，在转移过程中保留第一支撑层30a及第二支撑层50a，且第一支撑层30a的厚度加上第二支撑层50a的厚度大于第一电极40a及第二电极40b的厚度时，则第一支撑层30a与第二支撑层50a可以当成是缓冲结构，使微型半导体元件20转移至接收基板时，第二支撑层50a先接触接收基板而冲击力由第一支撑层30a与第二支撑层50a共同吸收，避免第一电极40a及第二电极40b直接碰撞接收基板产生损伤。

在一些实施例中，第二支撑层50a于基板10上的正投影位于第一支撑层30a于基板10上的正投影，因此第一支撑层30a与微型半导体元件20的接触面积较大，使第一支撑层30a能较稳固地支撑住微型半导体元件20。另一方面，由于第二支撑层50a与基板10接触面积较小，可减低拾取微型半导体元件20时第二支撑层50a与基板10之间所需克服的力量。在此，第一支撑层30a的宽度W1大于第二支撑层50a的宽度W2，如图7B所示。由于一支撑层30a的宽度W1较大，第一支撑层30a与微型半导体元件20的接触面积较大，使第一支撑层30a能较稳固地支撑住微型半导体元件20。另一方面，由于第二支撑层50a的宽度W2较小，使第二支撑层50a与基板10接触面积较小，以减低拾取微型半导体元件20时第二支撑层50a与基板10之间所需克服的力量。在一些实施例中，第二支撑层50a的宽度W2与第一支撑层30a的宽度W1的比值大于或等于0.5且小于或等于1，可兼具第一支撑层30a与微型半导体元件20固定力以及降低拾取半导体元件20时第二支撑层50a与基板10之间所需克服的力量。

在一些实施例中，第二支撑层50a包括热变质材料。热变质材料包括冷脆材料、热熔性材料、热挥发性材料或其组合。当第二支撑层50a为冷脆材料时，在拾取微型半导体元件20以转移至接收基板前，可以对第二支撑层50a进行冷却制程，使第二支撑层50a脆化，以确保拾取微型半导体元件20时第二支撑层50a会断裂，使拾取及转移微型半导体元件20的过程更佳流畅且增加拾取及转移的成功率，其中冷却制程的温度可视冷脆材料的冷脆温度而定。冷却制程的温度例如为约-300℃至约0℃，或者例如为约-100℃至约-10℃。

当第二支撑层50a为热熔性材料时，在拾取微型半导体元件20以转移至接收基板前，可以对第二支撑层50a进行加温制程，使第二支撑层50a熔融化，以确保拾取微型半导体元件20时第二支撑层50a会断裂，使拾取及转移微型半导体元件20的过程更佳流畅且增加拾取及转移的成功率，其中加温制程的温度可视热熔性材料的熔点而定。加温制程的温度例如为约40℃至约300℃，或者例如为约50℃至约180℃。

在本实施例中，由于第二支撑层50a的宽度小于第一支撑层30a的宽度，因此相较于选择第一支撑层30a为热变质材料，可选择第二支撑层50a包括热变质材料，在经过加温或冷却制程后，第二支撑层50a更容易断裂。也就是说，可以将第二支撑层50a选定为热变质材料(例如苯并环丁烯)，第一支撑层30a选定为不受温度影响的非热变质材料(例如氧化硅)，如此先经过加温或冷却制程后，就可以在转移微型半导体元件20时，确保第二支撑层50a断裂，避免第二支撑层50a干扰第一电极40a及第二电极40b的电性，并且保留在第一电极40a及第二电极40b之间的第一支撑层30a，以作为后续接合时的阻挡结构，但本发明不限于此。

在另一些实施例中，第一支撑层30a可选定为热变质材料(例如苯并环丁烯)，而第二支撑层50a可选定为非热变质材料(例如氧化硅)，如此先经过加温或冷却制程后，就可以在转移微型半导体元件20时，确保第一支撑层30a断裂达到一并移除至少部分第一支撑层30a及其下方的第二支撑层50a的效果。在另一实施例中，第一支撑层30a及第二支撑层50a两者皆为热变质材料。

在本实施例中，第一支撑层30a的杨氏模量小于第二支撑层50a的杨氏模量，因此第一支撑层30a的刚性小于第二支撑层50a的刚性，而第一支撑层30a的韧性大于第二支撑层50a的韧性。当第一支撑层30a具有较大的韧性，可以有效地在微型半导体元件20及第二支撑层50a之间提供良好的缓冲能力，以防止第一支撑层30a在固定与支撑微型半导体元件20的情况下受外力影响而导致第一支撑层30a脆裂。当微型半导体元件20具有较大的刚性时，则可以有效地固定与支撑微型半导体元件20。在本实施例中，可透过由第一支撑层30a及第二支撑层50a形成的复合式结构，以提供良好的固定与支撑的效果，且避免发生脆裂，以利于微型半导体元件20于不同基板之间的转移。

图8A显示本发明的一些实施例的微型半导体元件结构100h的俯视示意图；图8B是沿图8A的B-B’剖线所示出的微型半导体元件结构100h的剖面示意图；以及，图8C是图8A中的任一个微型半导体元件20的仰视示意图(未示出基板10)。

图8A的微型半导体元件结构100h与图7A的微型半导体元件结构100g类似，差异在于：图8A的实施例的第二支撑层50b具有上宽下窄的形状，且第一支撑层30g的厚度小于第一电极40a及第二电极40b的厚度，如图8B所示；以及，第二支撑层50b在第一区域A1的正投影内，相邻的第一支撑层30g的正投影彼此不接触，形成多条不连续的第一支撑层30e，如图8C所示。

虽然在本实施例的第一支撑层30g的厚度小于第一电极40a及第二电极40b的厚度，但由于第一支撑层30g的厚度加上第二支撑层50b的厚度仍大于第一电极40a及第二电极40b的厚度，因此第一支撑层30g与第二支撑层50b仍可以共同架高微型半导体元件20，使第一电极40a及第二电极40b不接触基板10，以避免基板10碰触第一电极40a及第二电极40b造成损伤，而架高的微型半导体元件20也能够在转移至接收基板的过程中达到更好拾取的效果。

在本实施例中，由于第二支撑层50b具有上宽下窄的形状，使第二支撑层50b的顶表面相较于下表面具有较大的面积，其能较稳固地支撑住第一支撑层30g，且第二支撑层50b与基板10接触面积相较于顶表面的面积小，其减低转移微型半导体元件20时所需的拾取力。

图9显示本发明的一实施例的微型半导体元件结构100i的俯视示意图。

图9的实施例的微型半导体元件结构100i类似于将图7A的第二支撑层50a设置于图6A的实施例的第一支撑层30f及基板10之间。在本实施例中，多个第一支撑层30f为连续结构，因此第一支撑层30f可有效固定与支撑微型半导体元件20，并于后续拾取时较易自第二支撑层50a分离，如此便能达到提升制程效率及良率的功效。

图10A显示本发明的一些实施例的微型半导体元件结构100j的俯视示意图；图10B是沿图10A的A-A’剖线所示出的微型半导体元件结构100j的剖面示意图；以及，图10C是图10A中的任一个微型半导体元件20的仰视示意图(未示出基板10)。

图10A的微型半导体元件结构100j与图7A本实施例的微型半导体元件结构100g相似，两者的差异在于：图10A的实施例的第二支撑层50c的正投影由第三区域A3的正投影内朝第二方向D2向外延伸，并横跨相邻的微型半导体元件20的正投影，形成在第二方向D2上的连续结构，如图10B及图10C所示。

在本实施例中，第二支撑层50c为横跨相邻的微型半导体元件20的连续结构，因此第二支撑层50c可有效固定与支撑微型半导体元件20，并于后续拾取时较易自第一支撑层30a脱离，如此便能达到提升制程效率及良率的功效。

在本实施例中，第二支撑层50c在第二方向D2上仅延伸于相邻的微型半导体元件20下方的空间，但并未占据相邻的微型半导体元件20的侧旁的空间，使微型半导体元件20能密集地排列在基板10上。

图11A显示本发明的一些实施例的微型半导体元件结构100k的俯视示意图；图11B是沿图11A的B-B’剖线所示出的微型半导体元件结构100k的剖面示意图；以及，图11C是图11A中的任一个微型半导体元件20的仰视示意图(未示出基板10)。

图11A的实施例的微型半导体元件结构100k类似于将图10A的第二支撑层50c设置于图5A的实施例的第一支撑层30e及基板10之间。

相较于图5A及图10A的实施例，图11A的实施例的第一支撑层30e的正投影及第二支撑层50c的正投影皆由第三区域A3的正投影内向外延伸至第三区域A3的正投影外，如图11B及图11C所示。更具体地说，第一支撑层30e为连接相邻的微型半导体元件20的多条不连续结构，而第二支撑层50c为横跨多个微型半导体元件20的连续结构，因此相较于图5A及图10A的实施例，第一支撑层30e与第二支撑层50c不同向的相错配置，因此第一支撑层30e与第二支撑层50c还可稳固的支撑和固定将微型半导体元件20于基板10上，如此便能达到提升制程效率及良率的功效。

图12显示本发明的一些实施例的微型半导体元件结构100l的俯视示意图。

图12的微型半导体元件结构100l类似于将图10A的第二支撑层50c设置于图6A的实施例的第一支撑层30f及基板10之间。

在本实施例中，由于第一支撑层30f及第二支撑层50c皆为横跨多个微型半导体元件20的连续结构且不同向的相错配置，因此第一支撑层30f与第二支撑层50c还可稳固的支撑和固定将微型半导体元件20于基板10上，便能达到提升制程效率及良率的功效。

图13A显示本发明的一些实施例的微型半导体元件结构100m的俯视示意图；图13B是沿图13A的A-A’剖线所示出的微型半导体元件结构100m的剖面示意图；图13C是沿图13A的B-B’剖线所示出的微型半导体元件结构100m的剖面示意图；以及，图13D是沿图13A的C-C’剖线所示出的微型半导体元件结构100m的剖面示意图。图13A的微型半导体元件结构100m与图8A本实施例的微型半导体元件结构100h相似，两者的差异在于：图13A的实施例的第二支撑层50b并未设置于微型半导体元件20的正下方，而是设置于相邻的微型半导体元件20之间，因此第二支撑层50b的正投影位于相邻的微型半导体元件20的正投影之间。

图14显示本发明的一些实施例的微型半导体元件结构100n的俯视示意图。图14的微型半导体元件结构100n与图13A本实施例的微型半导体元件结构100m相似，两者的差异在于：图14的实施例的第一支撑层50h为横跨多个微型半导体元件20的连续结构，还可稳固的支撑和固定将微型半导体元件20于基板10上。

根据本发明的实施例描述的微型半导体元件20，其后续可以转移并被整合及组装到多种照明或显示应用的异质整合装置系统，例如微型发光二极管显示器。取决于其应用，微型发光二极管显示器可包含其他组件。此等其他组件包含(但不限于)：存储器、触控屏幕控制器及电池。在其他实施方案中，微型发光二极管显示器可为电视机、平板电脑、电话、膝上型电脑、电脑监视器、独立式终端机服务台、数码相机、手持游戏控制台、媒体显示器、电子书显示器、车用显示器或大面积电子看板显示器。

此外，与一般的发光二极管技术相比，微型半导体元件20从毫米级降至微米级，因此将本发明的微型半导体元件20转移并被整合及组装后所得的微型发光二极管显示器能达高解析度，并能够降低显示的电力消耗，更具节能、机构简单、薄型等优势。

综上所述，本发明实施例的微型半导体元件结构具有设置于基板及微型半导体元件之间的第一支撑层，其可架高微型半导体元件以利拾取微型半导体元件。微型半导体元件结构可还包括设置于基板与第一支撑层之间的第二支撑层，以更稳固地支撑微型半导体元件。另外，第一支撑层及第二支撑层皆不占据微型半导体元件的侧壁旁的空间，使微型半导体元件能密集地排列在基板上。

此外，将微型半导体元件转移至接收基板时，第一支撑层或第二支撑层能够缓冲接收基板对电极产生的冲击力，并且在进行后续的高温制程时(例如焊接)，第一支撑层或第二支撑层也能在电极之间当作阻挡结构以避免变成熔融态的电极彼此接触造成短路。

以上概述数个实施例的部件，以便在本发明所属技术领域中技术人员可以更加理解本发明实施例的观点。在本发明所属技术领域中技术人员应理解，他们能轻易地以本发明实施例为基础，设计或修改其他制程和结构，以达到与在此介绍的实施例相同的目的和/或优势。在本发明所属技术领域中技术人员也应理解，此类等效的结构并无悖离本发明的精神与范围，且他们能在不违背本发明的精神和范围下，做各式各样的改变、取代和替换。因此，本发明的保护范围当视权利要求所界定为准。

Claims (18)

1.一种微型半导体元件结构，包括：

基板；

多个微型半导体元件，设置于所述基板上方，所述多个微型半导体元件各自具有第一电极及第二电极，其设置于所述多个微型半导体元件的下表面上，其中所述下表面包含区域，其中所述区域在所述第一电极与所述第二电极之间；以及

多个第一支撑层，设置于所述基板及所述多个微型半导体元件之间，其中所述多个第一支撑层于所述基板上的正投影至少与所述区域于所述基板上的正投影部分重叠，其中所述多个第一支撑层与所述区域直接接触。

2.根据权利要求1所述的微型半导体元件结构，其中所述多个第一支撑层于所述基板上的正投影位于所述区域于所述基板上的正投影内。

3.根据权利要求1所述的微型半导体元件结构，其中所述多个第一支撑层的正投影由所述区域的正投影内朝第一方向延伸至所述区域的正投影外。

4.根据权利要求3所述的微型半导体元件结构，其中所述多个第一支撑层于所述基板上的正投影由所述区域的正投影内朝所述第一方向向外延伸至相邻的所述多个微型半导体元件的所述区域的正投影内。

5.根据权利要求4所述的微型半导体元件结构，其中在所述区域的正投影内，相邻的所述多个第一支撑层的正投影彼此不接触，形成多条不连续的所述多个第一支撑层。

6.根据权利要求4所述的微型半导体元件结构，其中在所述区域的正投影内，相邻的所述多个第一支撑层的正投影彼此接触，形成连续结构。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的微型半导体元件结构，还包括：

多个第二支撑层，设置于所述基板与所述多个第一支撑层之间。

8.根据权利要求7所述的微型半导体元件结构，其中所述多个第二支撑层于所述基板上的正投影位于所述区域的正投影内。

9.根据权利要求7所述的微型半导体元件结构，其中所述多个第二支撑层的正投影由所述区域的正投影内朝第二方向向外延伸，并横跨相邻的所述多个微型半导体元件的正投影，其中所述第二方向相异于所述第一方向。

10.根据权利要求7所述的微型半导体元件结构，其中所述多个第二支撑层的正投影位于相邻的所述多个微型半导体元件的正投影之间。

11.根据权利要求1所述的微型半导体元件结构，其中所述多个第一支撑层于所述基板上的正投影与所述第一电极及所述第二电极于所述基板上的正投影不重叠。

12.根据权利要求11所述的微型半导体元件结构，其中所述多个第一支撑层的宽度与所述区域的宽度的比值为小于1且大于或等于0.1。

13.根据权利要求7所述的微型半导体元件结构，其中所述多个第二支撑层于所述基板上的正投影与所述第一电极及所述第二电极于所述基板上的正投影不重叠。

14.根据权利要求7所述的微型半导体元件结构，其中所述多个第一支撑层的杨氏模量小于所述多个第二支撑层的杨氏模量。

15.根据权利要求1所述的微型半导体元件结构，其中任一个所述多个第一支撑层的厚度大于所述第一电极及所述第二电极的厚度。

16.根据权利要求7所述的微型半导体元件结构，其中任一个所述多个第一支撑层的厚度加上任一个所述多个第二支撑层的厚度大于所述第一电极及所述第二电极的厚度。

17.根据权利要求1所述的微型半导体元件结构，其中所述多个第一支撑层及所述区域直接接触的面积与所述区域的面积的比值系大于或等于0.1且小于或等于0.8。

18.根据权利要求7所述的微型半导体元件结构，其中任一个所述多个第二支撑层于所述基板上的正投影位于任一个所述多个第一支撑层于所述基板的正投影内。

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