CN111725124A - 一种微型发光二极管的转移方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种微型发光二极管的转移方法，涉及微型发光二极管领域，本发明的转移方法包括以下步骤：在外延片上依次沉积金属电极材料层和键合材料层，外延片从下至上包括基板、缓冲层和外延层，金属电极材料层和键合材料层沉积在外延层上；在键合材料层上涂布第一光阻，采用湿刻对金属电极材料层和键合材料层刻蚀形成阵列分布的金属电极层和位于金属电极层上的键合层；对外延片的外延层干刻，形成阵列分布的微型发光二极管，并去除第一光阻；制作包括多个隔离柱和粘结柱的暂态基板；贴合外延片和暂态基板；激光剥除外延片的生长基板，之后干刻蚀掉外延片的缓冲层；微型发光二极管转移至驱动背板上进行键合。
Description
技术领域
本发明属于微型发光二极管领域，具体涉及微型发光二极管的转移方法。
技术背景
微型发光二极管(Micro LED)的巨量转移是微型LED显示技术发展的瓶颈，目前采用的Micro LED转移方案是先在暂态基板上涂布一层具有一定厚度和粘度的粘结层，暂态基板与外延层进行贴合，然后利用激光剥离技术去除外延层的生长基板，之后再对外延层进行干刻使其形成独立的Micro LED，最后利用静电转移、电磁力转移等转移技术把MicroLED从暂态基板上解胶并转移到驱动基板上，由于解胶后暂态基板上的黏附层仍具有一定的粘性，残留的粘性对于Micro LED的转移会产生较大的阻力，较难转移，且Micro LED是与粘合层直接接触，Micro LED表面会遭到污染对电学性能产生不良影响，因此，需要提供一种更好转移方法来实现巨量转移。
发明内容
本发明提供一种微型发光二极管的转移方法，通过形成具有隔离柱和粘结柱的暂态基板，使其与带有刻蚀成型的微型发光二极管的外延片进行贴合，先用激光剥离技术去除外延片上的生长基板，然后用干刻的方式刻蚀掉缓冲层完成最终微型发光二极管的制作，然后将微型发光二极管转移至驱动基板上进行键合。
本发明的技术方案如下：
本发明公开了一种微型发光二极管的转移方法，包括以下步骤：
S1：在外延片上依次沉积金属电极材料层和键合材料层，外延片从下至上依次包括生长基板、缓冲层和外延层，金属电极材料层和键合材料层依序沉积在外延层上；
S2：在键合材料层上涂布第一光阻，采用湿刻对金属电极材料层和键合材料层进行刻蚀形成阵列分布的金属电极层和位于金属电极层上的键合层；
S3：对外延片的外延层进行干刻，形成阵列分布的微型发光二极管，并去除第一光阻；
S4：制作包括多个隔离柱和粘结柱的暂态基板；
S5：贴合外延片和暂态基板；
S6：激光剥除外延片的基板，之后干刻蚀掉外延片的缓冲层；
S7：微型发光二极管转移至驱动背板上进行键合。
优选地，所述隔离柱的高度和粘结柱的高度相同且其高度大于等于微型发光二极管的高度。
优选地，步骤S4形成的暂态基板还包括有底部基板，多个隔离柱位于底部基板的中间，粘结柱位于底部基板的边缘，粘结柱在隔离柱的外围。
优选地，所述步骤S4具体包括以下步骤：
S41：在底部基板上涂布第二光阻，曝光显影后刻蚀底部基板形成隔离柱；
S42：去除第二光阻，形成位于底部基板边缘的粘结柱。
优选地，所述步骤S4具体包括以下步骤：
S41：在暂态基板上涂布第三光阻，第三光阻曝光显影固化后形成隔离柱；
S42：形成位于暂态基板边缘的粘结柱。
优选地，步骤S5的具体方法为：外延片的微型发光二极管位于相邻隔离柱之间，位于边缘的微型发光二极管位于粘结柱和与该粘结柱相邻的隔离柱之间。
优选地，所述外延层从上至下依次包括：P-GaN层、发光层以及N-GaN层。
优选地，所述金属电极层的制作材料为与外延层结合力强的金属。
优选地，所述键合层的制作材料为低熔点的金属。
优选地，所述步骤S1采用电子束蒸镀或磁控溅射技术沉积金属电极层和键合层。
本发明能够带来以下有益效果：
本发明通过使用暂态基板协助激光剥离外延层外侧的生长基板，避免了外延层出现在激光剥离中会开裂的情况，最终完成微型发光二极管的制作和转移。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本发明予以进一步说明。
图1是本发明微型发光二极管的转移方法步骤S1的示意图；
图2是本发明微型发光二极管的转移方法步骤S2的示意图；
图3是本发明微型发光二极管的转移方法步骤S3的示意图；
图4是本发明暂态基板的示意图；
图5是本发明微型发光二极管的转移方法步骤S4实施例一的示意图；
图6是本发明微型发光二极管的转移方法步骤S4实施例二的示意图；
图7是本发明微型发光二极管的转移方法步骤S5的示意图；
图8是本发明微型发光二极管的转移方法步骤S6的示意图；
图9是本发明微型发光二极管的转移方法步骤S7的示意图。
具体实施方式
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，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。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获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
下面以具体实施例详细介绍本发明的技术方案。
本发明提供一种微型发光二极管的转移方法，包括以下步骤：
S1：如图1所示，在外延片10的外延层13上依次沉积金属电极材料层14和键合材料层15。
其中，外延片10从下至上依次包括生长基板11、缓冲层12和外延层13。所述外延层13从上至下依次包括：P-GaN层13a、发光层13b以及N-GaN层13c，金属电极材料层14和键合材料层15依序沉积在外延层13的P-GaN层13a上。
在沉积金属电极材料层14和键合材料层15之前，需对外延片10进行清洗。首先，将外延片10放入酸性溶液中浸泡，然后清水洗净继续放入丙酮和异丙醇溶液中浸泡，期间可以使用超声进行辅助清洁。
在清洁好的外延层13上，利用物理气相沉积成膜技术在其上依次沉积金属电极材料层14和键合材料层15，所述沉积成膜技术可以是电子束蒸镀技术或磁控溅射等其它技术。
其中，所述金属电极材料层14的制作材料需采用与外延层结合力强的金属，如Ti等金属；所述键合材料层15的制作材料需采用低熔点的金属，如铟和锡等金属。
S2：如图2所示，在键合材料层15上涂布第一光阻16，采用湿刻对金属电极材料层14和键合材料层15进行图案化刻蚀形成阵列分布的金属电极层141和位于金属电极层141上的键合层151。
在键合材料层15上涂布一层具有一定厚度的第一光阻16，第一光阻16经过曝光、显影后形成阵列状的图案，该图案应为外延层13制作微型发光二极管131所需图案；之后使用湿刻对金属电极材料层14和键合材料层15进行图案化刻蚀形成阵列排布的凸台，即图案化后的金属电极层141和位于金属电极层141上的键合层151，金属电极层141和键合层151可作为后续外延层13刻蚀时的图案化模板。
S3：如图3所示，对外延片10的外延层13进行干刻，形成阵列分布的微型发光二极管131，并去除第一光阻16。
在步骤S2的基础上利用等离子耦合设备(ICP)对外延层13进行图案化刻蚀使外延层13形成阵列排布的多个微型发光二极管131。
参照外延层13的结构，整个干刻过程是先从P-GaN层开始刻蚀，直至刻蚀N-GaN层结束。最终形成的微型发光二极管131为垂直型结构，从上至下依次包括：P-GaN层13a、发光层13b以及N-GaN层13c。
刻蚀完成后需要去除位于键合层151上方的第一光阻16。
S4：制作暂态基板20，暂态基板20如图4所示，所述暂态基板20包括有底部基板21、位于底部基板21上的多个隔离柱22和多个粘结柱23，隔离柱22位于底部基板21的中间，粘结柱23位于底部基板21的边缘且在隔离柱22的外围。其中，隔离柱22用于放置在相邻微型发光二极管131之间起隔离微型发光二极管131的作用，粘结柱23用于粘结外延片10以防止基板的移动。
优选地，隔离柱22的高度和粘结柱23的高度相同，隔离柱22和粘结柱23的高度要大于等于微型发光二极管131的高度，这样便于后续暂态基板20和外延片10的贴合。
需要注意的是，对于暂态基板20的制作可以有多个实施例，本发明具体提到了两个实施例。
步骤S4的实施例一，通过刻蚀底部基板21形成隔离柱22。如图5所示，所述步骤S4具体包括以下步骤：
S41：在底部基板21上涂布第二光阻17，曝光显影后刻蚀底部基板21形成阵列设置的多个隔离柱22；
S42：去除第二光阻17，形成位于底部基板21边缘的粘结柱23。
实施例一形成的隔离柱22是由底部基板21刻蚀形成，所以后续在干刻掉缓冲层12时不会对隔离柱22造成影响，因此实施例一形成的暂态基板20可以在转移过程中多次利用。
步骤S4的实施例二，通过光阻固化形成隔离柱22。如图6所示，所述步骤S4具体包括以下步骤：
S41：在底部基板21上涂布第三光阻18，第三光阻18曝光显影固化后形成阵列设置的多个隔离柱22；
S42：形成位于底部基板21边缘的粘结柱23。
实施例二形成的隔离柱22因由第三光阻18固化形成，所以后续在干刻掉缓冲层12的同时也会干刻掉第三光阻18，因此实施例二形成的暂态基板20每完成一次微型发光二极管131的转移即需进行一次第三光阻18固化制作暂态基板20的过程。
不论是实施例一还是实施例二，在使用底部基板21前，都需对其进行浸泡清洗，首先，将底部基板21放入酸性溶液中浸泡，然后清水洗净继续放入丙酮和异丙醇溶液中浸泡，期间可以使用超声进行辅助清洁。清洁完成后才可进入后续暂态基板20的制作。
此外，对于粘结柱23的形成，可以采用点胶工艺形成。
S5：如图7所示，真空贴合外延片10和暂态基板20，外延片10的微型发光二极管131位于相邻隔离柱22之间，位于边缘的微型发光二极管131位于粘结柱23和与该粘结柱23相邻的隔离柱22之间。
贴合过后，外延片10上的缓冲层12作为与暂态基板20粘合的粘合区，粘结柱23粘结固定住外延片10上的缓冲层12，暂态基板20上的隔离柱22填充进相邻微型发光二极管131之间的空隙中，微型发光二极管131外层的键合层151正对着暂态基板20底部的基板21。
S6：如图8所示，在步骤S5的基础上，利用激光剥离技术剥除外延片10的生长基板11，然后干刻蚀掉位于微型发光二极管131外层的缓冲层12，刻蚀完成后，即形成完整的单颗微型发光二极管131置于暂态基板20上相邻的隔离柱22之间。
由于暂态基板20事先通过粘结柱22固定住外延片10，所以在激光剥除基板11或刻蚀缓冲层12的过程中，可以避免激光或干刻带来的晃动对外延层13造成的影响。
S7：如图9所示，微型发光二极管131转移至驱动背板30上进行键合。
在此步骤中，可以使用转移头19拾取暂态基板20上的微型发光二极管131，并将微型发光二极管131转移放置至驱动背板30的驱动电极31上方进行键合，此时，微型发光二极管131外层的键合层151是朝下方位可直接放置在驱动背板30上与其键合。其中，转移头转移的方式不做限定，可以是静电吸附，也可以是粘性吸附或电磁吸附等其他方式。
本发明通过形成具有隔离柱和粘结柱的暂态基板，使其与带有刻蚀成型的微型发光二极管的外延片进行贴合，先用激光剥离技术去除外延片上的生长基板，然后用干刻的方式刻蚀掉缓冲层完成最终微型发光二极管的制作，然后将微型发光二极管转移至驱动基板上进行键合。与现有技术不同的是，本发明通过使用暂态基板协助激光剥离外延层外侧的基板，避免了外延层出现在激光剥离中会开裂的情况，最终完成微型发光二极管的制作和转移。
应当说明的是，以上所述仅是本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在本发明的技术构思范围内，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些改进、润饰和等同变换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种微型发光二极管的转移方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在外延片上依次沉积金属电极材料层和键合材料层，外延片从下至上依次包括生长基板、缓冲层和外延层，金属电极材料层和键合材料层依序沉积在外延层上；
S2：在键合材料层上涂布第一光阻，采用湿刻对金属电极材料层和键合材料层进行刻蚀形成阵列分布的金属电极层和位于金属电极层上的键合层；
S3：对外延片的外延层进行干刻，形成阵列分布的微型发光二极管，并去除第一光阻；
S4：制作包括多个隔离柱和粘结柱的暂态基板；
S5：贴合外延片和暂态基板；
S6：激光剥除外延片的生长基板，之后干刻蚀掉外延片的缓冲层；
S7：微型发光二极管转移至驱动背板上进行键合。
2.根据权利要求1所述的微型发光二极管的转移方法，其特征在于，所述隔离柱的高度和粘结柱的高度相同且其高度大于等于微型发光二极管的高度。
3.根据权利要求1所述的微型发光二极管的转移方法，其特征在于，步骤S4形成的暂态基板还包括有底部基板，多个隔离柱位于底部基板的中间，粘结柱位于底部基板的边缘，粘结柱在隔离柱的外围。
4.根据权利要求1所述的微型发光二极管的转移方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括以下步骤：
S41：在底部基板上涂布第二光阻，曝光显影后刻蚀底部基板形成隔离柱；
S42：去除第二光阻，形成位于底部基板边缘的粘结柱。
5.根据权利要求1所述的微型发光二极管的转移方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括以下步骤：
S41：在暂态基板上涂布第三光阻，第三光阻曝光显影固化后形成隔离柱；
S42：形成位于暂态基板边缘的粘结柱。
6.根据权利要求1所述的微型发光二极管的转移方法，其特征在于，
步骤S5的具体方法为：外延片的微型发光二极管位于相邻隔离柱之间，位于边缘的微型发光二极管位于粘结柱和与该粘结柱相邻的隔离柱之间。
7.根据权利要求1所述的微型发光二极管的转移方法，其特征在于，所述外延层从上至下依次包括：P-GaN层、发光层以及N-GaN层。
8.根据权利要求1所述的微型发光二极管的转移方法，其特征在于，所述金属电极层的制作材料为与外延层结合力强的金属。
9.根据权利要求1所述的微型发光二极管的转移方法，其特征在于，所述键合层的制作材料为低熔点的金属。
10.根据权利要求1所述的微型发光二极管的转移方法，其特征在于，所述步骤S1采用电子束蒸镀或磁控溅射技术沉积金属电极层和键合层。
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