CN111373541B - 用于转移发光结构的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于将发光结构(100)转移到容纳基板(400)的被称为接纳侧(400a)的一侧上的方法。接纳侧进一步设置有互连构件(510),该互连构件旨在对这些结构中的每一结构单独地寻址。这些发光结构最初被形成在支撑基板上,并经由路径分隔开。由此,在本发明中提出与路径对准地形成反射壁,反射壁包括支撑聚合物(第二聚合物),该支撑聚合物在其侧面支撑金属膜。反射壁的这种布置使得有可能降低在根据本发明的转移方法期间在所述发光结构上施加的应力。此外,根据本发明,反射壁可以被形成在搁置在支撑基板上的所有电致发光结构上。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于转移电致发光结构的方法。具体来说,本发明涉及一种用于转移电致发光结构的方法,该方法包括预先形成反射壁,这些反射壁旨在使电致发光结构彼此光学隔离。
现有技术
现有技术中已知的一种用于转移形成在支撑基板的所谓的正面上并经由轨道彼此分隔开的电致发光结构的方法包括以下步骤:
a)在轨道的正上方形成金属壁,尤其是具有反射表面的厚金属壁,的步骤,所述金属壁使电致发光结构彼此定界;
b)组装支撑基板与临时基板的步骤;
c)至少部分地减薄支撑基板的步骤;
d)将电致发光结构转移到容纳基板上的步骤,所述基板包括互连构件,该互连结构旨在对电致发光结构中的每一电致发光结构单独地寻址。
在步骤d)结束时,电致发光结构通过其被称为背面的一个面与互连构件接触。
电致发光结构可以包括诸发光二极管,这些发光二极管能够通过其被称为自由面并且与背面相对的一个面发射光辐射。
发光二极管可以是2D发光二极管,即平面发光二极管,并且因此包括半导体薄膜的叠层。
替代地,发光二极管可以是各自包括垂直于自由面的多个电致发光奈米线的3D发光二极管。
然而,此种现有技术的已知制造方法并不令人满意。
这是因为金属壁的形成通常涉及例如通过电沉积来沉积厚的金属物质层,这会产生高应力,该高应力可导致电致发光结构的劣化或甚至破坏。
例如,电致发光结构的劣化可能导致在例如其自由面处出现裂缝。
因此,本发明的一个目的是提出一种用于转移由金属壁定界的电致发光结构的方法,所述金属壁的形成使得易于使所述结构劣化的应力很少或没有。
本发明的另一目的是提出一种用来转移电致发光结构的方法,在转移所述结构之前,并且因此有利地在设置有多个电致发光结构的基板上,为电致发光结构产生金属壁。
本发明的公开
本发明的目的至少部分地利用一种用于转移电致发光结构的方法来实现,所述电致发光结构形成在支撑基板的被称为正面的面上并且经由轨道彼此分隔开,该方法包括以下连续步骤:
a)形成设有第一区域的中间层,所述第一区域由第一材料制成,其覆盖所述电致发光结构的被称为电致发光面的面,并且反射壁被形成在沟槽中,所述沟槽在轨道上方并且将所述第一区域分隔开,所述壁包括覆盖所述沟槽的至少侧面的金属膜以及覆盖金属膜并填充在所述沟槽中的第二材料;
b)组装所述中间层与临时基板的被称为临时面的面;
c)至少部分地移除所述支撑基板;
d)将所述电致发光结构转移至所述容纳基板的被称为容纳面的面上,
第一及第二中的一者或另一者旨在提供中间层与临时面之间的粘合。
根据一个实施例,第二材料的热膨胀系数与支撑基板的热膨胀系数之间的相对差小于20%。
根据一个实施例,第一材料和第二材料中的一种材料或另一种材料包括热塑性聚合物,该热塑性聚合物旨在提供中间层与临时面之间的粘合。
根据一个实施例,第一材料和第二材料中的另一种材料包括热固性聚合物。
根据一个实施例,第一材料和第二材料是聚酰亚胺。
根据一个实施例,第一材料核第二材料的玻璃转变温度在150℃与450℃之间,有利地在250℃与450℃之间。
根据一个实施例,步骤b)包括以下步骤:
b1)使中间层与临时面接触,
b2)以低于500℃,有利地低于300℃的温度,对由此形成的组装件进行热处理。
根据一个实施例,步骤a)包括以下步骤:
a1)形成第一区域,
a2)形成金属膜,包括沉积金属层,该金属层覆盖第一区域以及沟槽的底部及侧面,
a3)用第二材料填充沟槽。
根据一个实施例,步骤a1)包括形成由第一材料制成的第一层,接着在该层中限定第一区域,有利地,限定第一区域包括光刻步骤。
根据一个实施例,步骤a3)包含形成第二层,该第二层由第二材料制成,其覆盖第一区域并填充沟槽。
根据一个实施例,步骤c)包含通过磨蚀执行的机械减薄。
根据一个实施例,步骤c)之后是在电致发光结构上形成金属触点的步骤c1),该容纳面进一步包括互连构件,该互连构件旨在与金属触点配合,并由此对这些电致发光结构中的每一每一电致发光结构单独地寻址。
根据一个实施例,转移步骤d)包含以下步骤:
d1)形成包含容纳基板及临时基板之组装件,电致发光结构插入在所述基板之间;
d2)有利地通过机械减薄或通过激光分离来移除临时基板。
根据一个实施例,该方法包含部分移除第二层及金属层的步骤a4),部分移除步骤被执行以保留反射壁。
根据一个实施例,第二材料是热塑性聚合物,并且步骤a4)在步骤b)之前或者步骤d)之后执行。
根据一个实施例,第二材料是热固性聚合物,并且步骤a4)在步骤b)之前进行。
根据一个实施例,电致发光结构各自包括插入在第一半导体层与第二半导体层之间的活性层。
根据一个实施例,每个电致发光结构都包括与电致发光面垂直的多个奈米线。
根据一个实施例,电致发光结构以矩阵方式布置。
根据一个实施例,步骤d)之后是移除第一区域并保留反射壁的步骤e),步骤e)旨在使电致发光面裸露。
附图简述
其他特征及优点将从以下参考附图以非限制性示例的方式给出的根据本发明的用于转移电致发光结构的方法的描述中得出,在所述附图中:
-图1a至1j是根据本发明的第一实施例的用于转移电致发光结构的方法的沿着垂直于支撑基板的正面的截面的示意表示,
-图2a至2i是根据本发明的第二实施例的用于转移电致发光结构的方法的沿着垂直于支撑基板的正面的截面的示意表示。
具体实施例的详细公开
下面详细描述的本发明实施一种用于将电致发光结构转移至容纳基板的被称为容纳面的面上的方法。此外,该容纳面设置有互连构件,该互连构件旨在对所述结构中的每一结构单独地寻址。所述电致发光结构最初被形成在支撑基板上并经由轨道分隔开。
接着在本发明中提出在轨道的竖直上方形成反射壁,这些反射壁包括支撑聚合物(第二聚合物),支撑聚合物在其侧面上支撑金属膜。这种反射壁结构降低了在根据本发明的转移方法期间在所述电致发光结构上施加的应力。
此外,在本发明的含义内,反射壁可以在搁置在支撑基板上的所有电致发光结构上产生。
在图1a至图1j及图2a至图2i中,可以看到用于将各电致发光结构100转移至容纳基板500上的方法的实施实例。
“电致发光结构”通常指一旦其有电流通过就发射光辐射的结构。
在这方面,电致发光结构100能够通过其电致发光面100a发射光辐射(图1a及图2a)。
“光辐射”意指例如在可见域中的波长范围内,例如在位于400μm与700μm之间的波长范围内的辐射。
电致发光结构100被形成在支撑基板110的被称为正面110a的面上,并且经由轨道130彼此分隔开(图1b及图2b)。
“轨道”意指具有预定宽度(例如在1μm与50μm之间,有利地在5μm与10μm之间)并且对电致发光结构100进行定界的带。
电致发光结构100包含与电致发光面100a相对并且被称为背面100b的面(图1a及图2a)。
电致发光结构100经由其背面100b搁置在支撑结构110的正面上。
根据第一替代方案,电致发光结构100可以包括插入在第一半导体层与第二半导体层之间的活性层。
第一半导体层可以包括n型GaN(n型意指掺杂有电子供体物质)。
第二半导体层可以包括p型GaN(p型意指掺杂有电洞供体物质)。
活性层可以包括选自以下的材料中之至少一种:GaN、GaAs、InGaN、InGaAlP。
活性层、第一半导体层及第二半导体层可以采用通过磊晶法在支撑基板110的正面110a上沉积膜的技术形成。
所述层之形成使用本领域技术人员公知的技术,且因此在本发明中不再详细描述。
根据第二替代方案,电致发光结构100可以包含垂直于电致发光面100a的奈米线。
“微米线”或“奈米线”意指在特许方向上的细长形状的三维结构,其至少两个尺寸(被称为次要尺寸)在5nm与2.5μm之间,较佳地在50nm与2.5μm之间,第三尺寸(被称为主要尺寸)至少等于次要尺寸中的较大的尺寸的1倍,较佳地至少5倍,且更佳地至少10倍。在一些实施例中,次要尺寸可小于或等于约1μm,较佳地在100nm与1μm之间,更佳地在100nm与300nm之间。在一些实施例中,每个微米线或奈米线的高度可以大于或等于500nm,较佳地在1μm与50μm之间。
每个奈米线可以非限制性地包含由InGaN-n区、主动区及GaN-p或InGaN-p区形成的叠层。
在这方面,本领域的技术人员可以查阅在说明书末尾引用的专利申请[1],且更具体地,查阅第19页第24行至第20页第10行。
电致发光结构100的所有奈米线有利地搁置在支撑基板110的正面110a上。
多个发光结构100可以例如以矩阵形式布置。
“矩阵形式”意指具有N个列及M个行的网格。
接着将每个电致发光结构100设置在网格的某一列与某一行的交叉处。
根据本发明的方法接着包括在支撑基板110的正面110a上形成中间层300(图1e及图2d)的步骤a)。换言之,形成中间层300以便覆盖电致发光结构100及轨道130。
中间层300包含由第一材料制成的诸第一区域310,这些第一区域310覆盖电致发光面100a并由沟槽320分隔开,沟槽320在轨道130的竖直上方(图1b及图2b)并且其中形成有反射壁。沟槽320的宽度小于或等于轨道130的宽度。
第一区域310的厚度可在2μm与20μm之间,有利地在5μm与15μm之间。
沟槽320包含底部130a及侧面130b。
反射壁包含覆盖沟槽320的至少侧面,并且有利地覆盖其底部130a的金属膜320a(图1c及图2c)。
反射壁还包含覆盖金属膜320a并填充在沟槽中的第二材料320b(图1d、图1e及图2d)。
金属膜320a的厚度可以在50nm与2μm之间,较佳在100nm与300nm之间。
第一材料和第二材料中的一种材料或另一种材料或两种材料旨在在说明书中稍后描述的组装步骤b)结束时提供中间层300与临时基板400的一个面(被称为临时面400a)之间的粘合。
“提供粘合”意指粘合能量大于0.5J.cm-2的组装。
粘合能量通常利用在说明书末尾引用的文献[2]中阐述的Maszara技术量测。
热塑性材料旨在在说明书中稍后描述的组装步骤b)结束时,提供中间层300与临时基板400的所谓的临时面400a之间的粘合。
由于第一材料及第二材料中的至少一种材料旨在提供中间层300与临时面400a之间的粘合,因此将理解在组装步骤b)结束时后者与该临时面400接触。
有利地,第二材料的热膨胀系数可与支撑基板的热膨胀系数相差不超过20%。
取决于本发明的各种实施例,尤其在步骤a)中,第一材料和第二材料中的一种材料或另一种材料可包含热塑性聚合物。
第一材料和第二材料中的另一种材料可以按互补的方式包括热固性聚合物。
“热塑性聚合物”意指由具有很少或没有支化基或侧基的线性聚合物链构成的材料。结果为,当这些链被加热至高于其玻璃转变温度Tg时,这些链可以相对于彼此容易地滑动,而不会损坏聚合物。
“热固性聚合物”意指当其最初被加热及硬化为形成三维交联晶格时经历化学反应的材料。这些材料一旦交联,就具有固定的结构,即使将其加热至高于其玻璃转变温度的温度也不能改变该结构。
有利地,热塑性聚合物及热固性聚合物可包括聚酰亚胺。
热固性聚酰亚胺可包括选自以下的至少一种聚合物:PI2611、PIQL-100。
旨在提供中间层300与临时面400a之间的粘合的聚酰亚胺(也称为粘合剂聚酰亚胺)可包括选自以下的至少一种聚合物:HD3007、HD-7010。
热塑性聚合物可以例如包含来自日立化学杜邦微系统(Hitachi ChemicalDuPont Microsystems)公司的HD7010或HD3007类型的胶粘剂。此聚合物具有感光的优点,且因此允许根据光刻方法来限定图案。
热固性聚合物可以例如包括来自日立化学杜邦微系统公司的化合物PI2611。
仍然有利地,热塑性聚合物及热固性聚合物的玻璃转变温度可以在150℃与450℃之间,有利地在250℃与450℃之间。
因此,根据步骤a)的第一实施例(图1b至图1e),形成第一区域的第一材料旨在提供中间层300与临时面400a之间的粘合。因此,在形成中间层300的步骤a)结束时,第一区域310具有暴露于外部环境的一个面(图1e)。
有利地,第一材料可包含热塑性聚合物。
仍然根据该第一实施例,可以包括热固性材料的第二材料320b覆盖金属膜320a并填充在沟槽320中。具体地,为了允许第一区域310与临时面400a之间的粘合,可以理解的是,第二材料适配为相对于由诸第一区域310的暴露于外部环境的面所形成的平面齐平或甚至凹陷。
根据步骤a)的第二实施例,第二材料旨在提供中间层300与临时面400a之间的粘合。
在这个方面,第二材料可包含热塑性聚合物。
第一区域310可以由热固性聚合物制成。
此外,金属膜320a形成还覆盖第一区域310的连续膜(图2c及图2d)。
仍然根据该第二实施例,第二材料320b还形成覆盖金属膜320a的连续膜。
无论所考虑的实施例如何,形成中间层300的步骤a)都可包括以下步骤:
a1)形成第一区域310(图1b及图2b),
a2)形成金属膜,包括沉积金属层,该金属层覆盖第一区域310以及沟槽的底部及侧面(图1c及图2c),
a3)用第二材料320b填充沟槽(图1d、图1e及图2d)。
步骤a1)包括例如形成由第一材料制成的第一层,接着在该层中限定第一区域310。第一层可以例如通过借助于例如旋转涂膜机将液体形式的第一材料散布在支撑基板110的正面110a上来形成。
如果第一材料是感光的,则可以利用光刻步骤来执行对第一区域的限定。
具体来说,光刻步骤可包括通过第一层的光刻掩模暴露于光辐射(例如紫外辐射)的步骤,随后为旨在露出沟槽320的显影步骤。
替代地,对第一区域310的限定可包含蚀刻步骤,例如通过掩模(被称为硬掩模)进行等离子蚀刻(尤其用O2等离子体)。
硬掩模可以例如包含SiO2层,尤其100nm厚的SiO2层。
在步骤a2)形成的金属层可以包括选自以下的金属物质中之至少一种:铝、银或钌,其因其良好的光学反射率而被选择。
步骤a2)可以通过蒸发或通过轰击金属靶来执行。
紧接在步骤a2)之后为对金属膜进行蚀刻的步骤a2bis),该步骤适于仅在沟槽的侧面上保持所述金属层。该蚀刻步骤可以在实施步骤a3)之前通过定向等离子体来执行。
步骤a3)可以包括形成第二层,该第二层由覆盖第一区域310并填充在沟槽320中的第二材料制成。
根据第一实施例,步骤a)之后可以是部分移除第二层及金属层的步骤a4)(图1e),部分移除步骤被执行以保留沟槽320中的第二材料320b及金属膜320a。步骤a4)可以例如通过化学机械平面化(CMP)来执行。
替代地,步骤a4)可包括通过在金属层上停止的化学机械平面化来移除第二层的步骤。接着,通过干法蚀刻(例如通过等离子体)或者通过湿法蚀刻来蚀刻覆盖第一区域的金属层。
以与此替代方案互补的方式,形成覆盖金属层的平面化停止层。
接着,在形成中间层300的步骤a)之后是组装正面110a与临时基板400的被称为临时面400a的面的步骤b)(图1f及图2e)。换言之,组装步骤包括使中间层300与临时面400a接触。此接触可以伴随施加在支撑基板110及临时基板400中的每一者上的力,以便迫使中间层300与临时面400a之间粘合。
此外,步骤b)也可包括以低于500℃,有利地以低于400℃的温度执行的热处理步骤,以加强中间层在临时面400a上之粘合。
临时基板400可以有利地包括选自以下的材料中的至少一种:玻璃、硅、陶瓷。
步骤b)之后是至少部分地移除或减薄支撑基板110的步骤c)(图1g及图2f)。
步骤c)可以通过机械磨蚀(研磨)及/或通过液体蚀刻(例如使用KOH或TMAH溶液)和/或通过干法蚀刻(例如使用SF6等离子体)来执行。
在步骤c)之后还可以是在电致发光结构100的背面上(“在这些结构的背面上”意指在与电致发光面相对的面上)形成金属触点(120)的步骤c1)(图1h及图2g)。
金属触点120的形成对于本领域技术人员而言是已知的,并且因此在本发明中不再进一步详细描述。
接着,在步骤c)之后是将电致发光结构100转移至容纳基板500的被称为容纳面500a的面上的步骤d)(图1i、图1j、图2h及图2i)。
“电致发光结构的转移”指将电致发光结构粘合至容纳基板的一个面上并将所述结构与临时基板断开的步骤。
换言之,在步骤d)结束时,电致发光结构100搁置在容纳基板500上。
容纳面500a可以进一步包含互连构件510,互连构件510旨在与金属触点配合,以便对电致发光结构100中的每一电致发光结构单独地寻址。
互连构件510可以包含金属焊盘,例如由与铜、锡及银柱相关联的钛、镍及金的叠层制成的金属焊盘。
步骤d)具体包括形成包括容纳基板500和临时基板400的组装件的步骤d1),电致发光结构插入在所述基板之间。
接着,步骤d1)之后是移除临时基板的步骤d2)。
步骤d2)可以通过机械减薄,例如通过磨蚀来执行,接着为化学机械平面化步骤和/或利用液体方法和/或利用干法的移除。
替代地,一旦临时基板400是透明的,该临时基板400就可以借助于激光辐射与中间层300断开(或分离)。
在步骤d)结束时,电致发光结构100因此搁置在容纳基板500的容纳面500a上。
接着,步骤d)之后可以是移除第一区域,保留反射壁的步骤e),该步骤旨在使电致发光面裸露。
步骤e)尤其保留将电致发光结构彼此光学定界的反射壁。
因此,一旦根据第一实施例形成中间层,步骤e)就包含移除第一区域。
移除第一区域可以包含对第一区域进行蚀刻,例如湿法蚀刻。具体地,蚀刻步骤之前可以是对反射壁进行掩模,以便在所述蚀刻步骤期间对反射壁进行保护的步骤。
一旦根据第二实施例形成了中间层,步骤e)就包括减薄第二层。
移除第二层可以通过蚀刻,例如通过等离子蚀刻(尤其分子氧等离子体)来执行。
步骤e)还包括在电致发光结构的竖直上方移除金属层。在为铝层的情况下,可以用包括例如BCl3或Cl2的等离子体来执行金属层的移除。
最后,步骤e)包括移除第一区域,例如用CF4或CHF3等离子体来移除。
本发明,尤其反射壁的形成,不需要沉积厚金属层,厚金属层易于引起可能损坏或甚至破坏电致发光结构的应力。
此外,使用第一聚合物和第二聚合物使得有可能调节中间层的热膨胀系数,并且还限制在转移方法的执行期间产生应力。
由此提出的转移方法限制了对电致发光结构的损害。
根据本发明的反射壁包括金属膜,该金属膜设置在由第二材料形成的支撑体的侧面上,并且仅需要沉积小厚度的金属。
参考文献
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[2]Maszara等人,“Bonding of silicon wafers for silicon-on-insulator(绝缘体上硅的硅晶片键合)”,J.Appl.Phys.(应用物理学杂志)64(1 0),1988年11月15日。
Claims (20)
1.一种用于转移电致发光结构的方法,所述电致发光结构形成在支撑基板的被称为正面的面上并且经由轨道彼此分隔开,所述方法包括以下连续步骤:
a)形成设有第一区域的中间层,所述第一区域由第一材料制成,其覆盖所述电致发光结构的被称为电致发光面的面,并且反射壁被形成在沟槽中,所述沟槽在所述轨道上方并且将所述第一区域分隔开,所述反射壁包括覆盖所述沟槽的至少侧面的金属膜以及覆盖所述金属膜并填充在所述沟槽中的第二材料;
b)组装所述中间层与临时基板的被称为临时面的面;
c)至少部分地移除所述支撑基板;
d)将所述电致发光结构转移至容纳基板的被称为容纳面的面上,
所述第一材料和第二材料中的至少一种材料旨在提供所述中间层与所述临时面之间的粘合。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述第二材料的热膨胀系数与所述支撑基板的热膨胀系数之间的相对差小于20%。
3.根据权利要求1所述的方法,其中,所述第一材料和第二材料中的一种材料或另一种材料包括热塑性聚合物,所述热塑性聚合物旨在提供所述中间层与所述临时面之间的粘合。
4.根据权利要求3所述的方法,其中,所述第一材料和第二材料中的另一种材料包括热固性聚合物。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其中,所述第一材料和第二材料是聚酰亚胺。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其中,所述第一材料和第二材料的玻璃转变温度在150℃与450℃之间,有利地在250℃与450℃之间。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其中,步骤b)包括以下步骤:
b1)使所述中间层与所述临时面接触,
b2)以低于500℃,有利地低于300℃的温度,对由此形成的组装件进行热处理。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其中,步骤a)包括以下步骤:
a1)形成所述第一区域,
a2)形成所述金属膜,包括沉积金属层,所述金属层覆盖所述第一区域以及所述沟槽的至少侧面,
a3)用所述第二材料填充所述沟槽。
9.根据权利要求8所述的方法,其中,步骤a1)包括形成由所述第一材料制成的第一层,接着在所述第一层中限定所述第一区域,有利地限定所述第一区域包括光刻步骤。
10.根据权利要求8所述的方法,其中,步骤a3)包括形成第二层,所述第二层由第二材料制成,其覆盖所述第一区域并填充所述沟槽。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其中,步骤c)包括通过磨蚀执行的机械减薄。
12.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其中,步骤c)之后是在所述电致发光结构的与所述电致发光面相对的面上形成金属触点的步骤c1),所述容纳面进一步包括互连构件,所述互连构件旨在与所述金属触点配合,并由此对所述电致发光结构中的每一电致发光结构单独地寻址。
13.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其中,步骤d)包括以下步骤:
d1)形成包含所述容纳基板及所述临时基板的组装件,所述电致发光结构插入在所述基板之间;
d2)有利地通过机械减薄或通过激光分离来移除所述临时基板。
14.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其中,步骤a)包括以下步骤:
a1)形成所述第一区域,
a2)形成所述金属膜,包括沉积金属层,所述金属层覆盖所述第一区域以及所述沟槽的至少侧面,
a3)用所述第二材料填充所述沟槽,
a4)部分移除所述第二材料以及所述金属层,所述部分移除步骤被执行以保留所述反射壁。
15.根据权利要求14所述的方法,其中,所述第二材料是热塑性聚合物,并且步骤a4)在步骤b)之前或者在步骤d)之后执行。
16.根据权利要求15所述的方法,其中,所述第二材料是热固性聚合物,并且步骤a4)在步骤b)之前执行。
17.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其中,所述电致发光结构各自都包括插入在第一半导体层与第二半导体层之间的活性层。
18.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其中,每个电致发光结构都包括与所述电致发光面垂直的多个奈米线。
19.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其中,所述电致发光结构以矩阵方式布置。
20.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其中,步骤d)之后是移除所述第一区域并保留所述反射壁的步骤e),所述步骤e)旨在使所述电致发光面裸露。
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