CN111933634B - 一种Micro-LED芯片的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及Micro‑LED芯片技术领域，提供了一种Micro‑LED芯片的制备方法，制备方法包括：将蓝光外延片制作成Micro‑LED晶粒；将Micro‑LED晶粒的表面镀上一层第一DLC薄膜层；将Micro‑LED晶粒的表面沉积一层金属层；将Micro‑LED晶粒顶部出光区的表面沉积上一层滤光层；将Micro‑LED晶粒顶部出光区制作量子点层；将Micro‑LED晶粒的表面沉积上一层第二DLC薄膜层；将Micro‑LED晶圆贴合到基板上，并将Micro‑LED晶圆底部进行工艺处理至N型GaN层；将Micro‑LED晶圆上相邻的两Micro‑LED晶粒的N型GaN层进行Micro‑LED晶粒隔离；将Micro‑LED晶粒的N型GaN层的表面进行N电极沉积；将Micro‑LED晶圆与驱动电路晶圆键合；将Micro‑LED晶圆上贴合的基板去除。本发明解决了目前Micro‑LED芯片应用过程中的的散热和巨量转移问题，使其转移效率提高，成本降低，芯片可靠性提高。

Description

一种Micro-LED芯片的制备方法
技术领域
本发明涉及Micro-LED芯片技术领域，尤其涉及一种Micro-LED芯片的制备方法。
背景技术
Micro-LED是将LED结构进行薄膜化、微小化、阵列化，尺寸缩小到1-10μm左右，通过批量式转移到基板上，之后进行封装完成Micro-LED的显示。
Micro-LED显示技术是将传统的无机 LED 阵列微小化，每个尺寸在 10 微米尺寸的 LED 像素点均可以被独立的定址、点亮。简单的讲，可以看作是小间距 LED 的尺寸进一步缩小至 10 微米量级，Micro-LED 的显示方式十分直接，将10微米尺度的 LED 芯片连接到 TFT 驱动基板上，从而实现对每个芯片放光亮度的精确控制，进而实现图像显示。
相较于LCD与OLED，Micro-LED功耗优势明显，与LCD和AMOLED相比，Micro-LED 的功耗将更低，LCD 被动发光的特点带来大量的能量损耗，由于 OLED 材料自身的特点，决定了其发光效率要远小于传统的III-V 族半导体材料，约为传统 LED 的一半，在相同的使用情况下，由于发光效率的提高，Micro-LED 的耗电量将为 AMOLED 的一半，也就是LCD的20-40%，致使各大厂商也在积极布局 Micro-LED 市场的空间。
目前，Micro-LED 芯粒需转移到电路板上才能跟电路连接使用，但Micro-LED 尺寸相比传统LED芯片极大缩小，在相同的显示面积上，需更多的芯粒，以当前大尺寸LED芯粒转移方式，效率极低，成本高，散热性不好，而且巨量转移技术，还有很多技术瓶颈需要克服，从而使Micro-LED 的大规模应用受到了阻碍，同时，目前的Micro-LED 芯粒的外延生长不均匀，波长波动大，存在发光均匀性不好等问题。
因此，开发一种Micro-LED芯片的制备方法，不但具有迫切的研究价值，也具有良好的经济效益和应用潜力，这正是本发明得以完成的动力所在和基础。
发明内容
为了克服上述所指出的现有技术的缺陷，本发明人对此进行了深入研究，在付出了大量创造性劳动后，从而完成了本发明。
具体而言，本发明所要解决的技术问题是：提供一种Micro-LED芯片的制备方法，以解决目前Micro-LED芯片应用过程中的的散热和巨量转移问题，使其转移效率提高，成本降低，芯片可靠性提高。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
步骤一，将蓝光外延片通过光刻工艺和刻蚀工艺制作成若干Micro-LED晶粒的台面；
步骤二，将步骤一制得的所述Micro-LED晶粒的表面镀上一层第一DLC薄膜层，并将所述Micro-LED晶粒的台面顶部的所述第一DLC薄膜层去除掉，制作成P型欧姆接触区和出光区；
步骤三，将步骤二制得的所述Micro-LED晶粒的表面沉积上一层金属层，所述金属层作为P电极，所述金属层覆盖于所述第一DLC薄膜层的外侧，并将所述Micro-LED晶粒顶部出光区的所述金属层去除掉；
步骤四，将步骤三制得的所述Micro-LED晶粒顶部出光区的表面沉积上一层用于调节出光波长的滤光层；
步骤五，将步骤四制得的所述Micro-LED晶粒顶部出光区制作量子点层；
步骤六，将步骤五制得的所述Micro-LED晶粒的表面沉积上一层第二DLC薄膜层，并通过光刻和刻蚀工艺制作P电极电联通开窗区；
步骤七，将经过步骤一至步骤六制作好P电极的Micro-LED晶圆通过粘合层贴合到基板上，并将Micro-LED晶圆的底部进行工艺处理至N型GaN层；
步骤八，将步骤七制得的所述 Micro-LED晶圆上相邻的两所述Micro-LED晶粒的N型GaN层进行晶粒隔离；
步骤九，将步骤八制得的所述Micro-LED晶圆的N型GaN层的表面进行N电极沉积；
步骤十，将步骤九制得的带有N电极一侧的所述Micro-LED晶圆与驱动电路的晶圆键合，并使所述Micro-LED晶粒的N电极与所述驱动电路的N电极连接；
步骤十一，将步骤十制得的所述Micro-LED晶圆上贴合的基板去除。
作为一种改进的方案，所述第一DLC薄膜层和所述第二DLC薄膜层的厚度尺寸为0.005微米至3微米。
作为一种改进的方案，所述滤光层采用的是DBR滤光层。
作为一种改进的方案，所述量子点层包括绿光量子点层和红光量子点层，且所述绿光量子点层和红光量子点层分别位于所述Micro-LED晶圆上周期性排列设置。
作为一种改进的方案，步骤七中的工艺处理包括研磨、减薄和抛光。
作为一种改进的方案，所述晶粒隔离包括通过光刻工艺和刻蚀工艺于N型GaN层刻蚀出第一凹槽，所述第一凹槽将相邻两所述Micro-LED晶粒的N型GaN层分离开。
作为一种改进的方案，所述第一凹槽内填充有绝缘材料，且所述第一凹槽内填充的绝缘材料的端面与所述Micro-LED晶粒的N型GaN层齐平。
作为一种改进的方案，所述绝缘材料为聚酰亚胺，所述绝缘材料通过旋涂方法填充至所述第一凹槽内。
作为一种改进的方案，所述N电极沉积包括在所述Micro-LED晶粒的N型GaN层的表面沉积一层第三DLC薄膜层，并通过光刻工艺和刻蚀工艺将所述第三DLC薄膜层刻蚀出用于镀N电极的第二凹槽，通过Lift-off 工艺于所述第二凹槽内制作出N电极。
采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：
通过设置第一DLC薄膜层和第二DLC薄膜层，DLC薄膜层又称为类金刚石薄膜，具有绝缘和导热的作用，可以改善芯片的散热性能，第二DLC薄膜层又同时起到保护功能区的作用；
通过在Micro-LED晶粒表面镀上金属层，金属层作为P电极，仅Micro-LED晶粒顶部出光区去除掉，其余部分均保留，有利于增大散热面积，增强散热性和导电性；
通过在Micro-LED晶粒顶部出光区沉积DBR滤光层，通过DBR滤光层可以调节出光波长的一致性，进而改善芯片的发光均匀性问题；
通过在Micro-LED晶粒出光区制作量子点层，使不同的晶粒分别发出不同的光，便于色彩的调配；
通过Micro-LED晶圆与驱动电路的晶圆集成键合的方式，实现单个Micro-LED定址控制和单独驱动，使晶圆即为模组，规避巨量转移和封装环节，提升制造效率，降低Micro-LED的生产和使用成本，同时散热性能良好，提高了器件的可靠度，便于实现Micro-LED的商业化应用。
综上，本发明解决了目前Micro-LED芯片应用过程中的的散热和巨量转移问题，使其转移效率提高，成本降低，芯片可靠性提高。
附图说明
图1是本发明步骤一的剖面结构示意图；
图2是本发明步骤一的俯视结构示意图；
图3是本发明步骤二的剖面结构示意图；
图4是本发明步骤三的剖面结构示意图；
图5是本发明步骤四的剖面结构示意图；
图6是本发明步骤五和步骤六的Micro-LED晶粒剖面结构示意图；
图7是本发明步骤五和步骤六的Micro-LED晶圆俯视结构示意图；
图8是本发明步骤七的剖面结构示意图；
图9是本发明步骤八的剖面结构示意图；
图10是本发明步骤九中制作第二凹槽的剖面结构示意图；
图11是本发明步骤九中制作N电极的剖面结构示意图；
图12是本发明步骤十的剖面结构示意图；
图13是本发明步骤十一的剖面结构示意图；
其中，在图中，各个数字标号分别指代如下的具体含义、元件和/或部件。
图中：1、Micro-LED晶圆，101、Micro-LED晶粒，2、第一DLC薄膜层，3、出光区，4、金属层，5、量子点层，501、绿光量子点层，502、红光量子点层，6、第二DLC薄膜层，7、粘合层，8、基板，9、驱动电路的晶圆，10、Micro-LED晶粒的N电极，11、DBR滤光层，12、第一凹槽，13、绝缘材料，14、第三DLC薄膜层，15、第二凹槽，16、P型GaN层，17、多量子阱层，18、N型GaN层，19、U型GaN层，20、蓝宝石层，21、驱动电路的N电极，22、驱动芯片，23、P型欧姆接触区，24、P电极电联通开窗区。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明进一步说明。但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本发明的保护范围局限于此。
如图1-图13所示，一种Micro-LED芯片的制备方法，制备方法包括以下步骤：
步骤一，将蓝光外延片通过光刻工艺和刻蚀工艺制作成若干Micro-LED晶粒101的台面，任意Micro-LED晶粒101的台面由台面顶部到底部依次包括P型GaN层16、多量子阱层17、N型GaN层18、U型GaN层19和蓝宝石层20，具体结合图1和图2所示；
步骤二，将步骤一制得的Micro-LED晶粒101的表面通过真空镀膜技术镀上一层第一DLC薄膜层2，DLC薄膜层又称为类金刚石薄膜，具有绝缘和导热的作用，可以改善芯片的散热性能，并将Micro-LED晶粒101台面顶部的第一DLC薄膜层2去除掉，制作成P型欧姆接触区23和出光区3，具体结合图3和图4所示；
其中，真空镀膜技术为日常生活所常见的，且属于本技术领域内技术人员公知常识，在此不再赘述；
步骤三，将步骤二制得的Micro-LED晶粒101的表面通过真空镀膜技术镀上一层金属层4，金属层4作为P电极，金属层4位于第一DLC薄膜层2的外侧，并将Micro-LED晶粒101顶部出光区3的金属层去除掉，以便于出光，其余部分均保留，有利于增大散热面积，增强散热性和导电连通性，具体结合图4所示；
步骤四，将步骤三制得的Micro-LED晶粒101顶部出光区3的表面通过真空镀膜技术沉积上一层用于调节出光波长的滤光层11，滤光层11采用的是DBR滤光层11，通过DBR滤光层11可以调节出光波长的一致性，进而改善芯片的发光均匀性问题，同时为了改善散热性能，通过光刻工艺和刻蚀工艺把Micro-LED晶粒101顶部出光区3以外的滤光层11去掉，具体结合图5所示；
步骤五，将步骤四制得的Micro-LED晶粒101顶部出光区3制作上量子点层5，量子点层5包括绿光量子点层501和红光量子点层502，且绿光量子点层501和红光量子点层502分别位于Micro-LED晶圆1上周期性排列设置，通过在Micro-LED晶粒101出光区3制作量子点层5，使不同的Micro-LED晶粒101分别发出不同的光，便于色彩的调配，具体结合图6和图7所示；
步骤六，将步骤五制得的Micro-LED晶粒101的表面通过真空镀膜技术沉积上一层第二DLC薄膜层6，第二DLC薄膜层6起到保护LED功能区的作用，并通过光刻和刻蚀工艺制作P电极电联通开窗区24，通过P电极电联通开窗区24便于P电极电联通，具体结合图6和图7所示；
步骤七，将经过步骤一至步骤六制作好P电极的Micro-LED晶圆1通过粘合层7贴合到基板8上，Micro-LED晶圆1包括若干个Micro-LED晶粒101，并将Micro-LED晶圆1的底部进行工艺处理至N型GaN层18，其中工艺处理包括研磨、减薄和抛光，具体结合图8所示；
步骤八，将步骤七制得的Micro-LED晶圆1上相邻的两Micro-LED晶粒101的N型GaN层18进行晶粒隔离；
晶粒隔离包括通过光刻工艺和刻蚀工艺于N型GaN层18刻蚀出第一凹槽12，第一凹槽12将相邻两Micro-LED晶粒101的N型GaN层18分离开；
之后，在第一凹槽12内通过旋涂方法把光敏性、绝缘及耐高温的绝缘材料13填充至第一凹槽12内，并通过光刻工艺把不需要保留绝缘材料13的区域通过曝光显影去除，使第一凹槽12内填充的绝缘材料13的端面与Micro-LED晶粒101的N型GaN层18齐平，具体结合图9所示；
其中绝缘材料13采用的是聚酰亚胺，旋涂方法为日常生活所常见的，且属于本技术领域内技术人员公知常识，在此不再赘述；
步骤九，将步骤八制得的Micro-LED晶粒101的N型GaN层18的表面进行N电极沉积，其中，N电极沉积包括在Micro-LED晶粒101的N型GaN层18的表面通过真空镀膜技术沉积一层第三DLC薄膜层14，第三DLC薄膜层14也起到绝缘和导热作用，并通过光刻工艺和刻蚀工艺将第三DLC薄膜层14刻蚀出用于镀N电极的第二凹槽15，通过Lift-off 工艺于第二凹槽15内制作出Micro-LED晶粒的N电极10，其中，Lift-off 工艺是一种集成电路工艺，为日常生活所常见的，且属于本技术领域内技术人员公知常识，在此不再赘述，具体结合图10和图11所示；
步骤十，将步骤九制得的带有N电极一侧的Micro-LED晶圆1与驱动电路的晶圆9键合，并使Micro-LED晶粒的N电极10与驱动电路的N电极21连接，驱动电路由驱动芯片22控制，通过Micro-LED晶圆1与驱动电路的晶圆9集成键合的方式，实现单个Micro-LED定址控制和单独驱动，使晶圆即为模组，规避巨量转移和封装环节，提升制造效率，降低Micro-LED的生产和使用成本，同时散热性能良好，提高了器件的可靠度，便于实现Micro-LED的商业化应用，具体结合图12所示；
步骤十一，将步骤十制得的Micro-LED晶圆1上贴合的基板8通过加热方式去除掉，即完成整个Micro-LED芯片的制作，具体结合图13所示。
除此之外，虽然Micro-LED芯片在制作上仍有少数Micro-LED晶粒101不符合要求，但毕竟是少数，可以通过修复技术进行弥补，但这引起的时间成本、使用成本、技术难度相对可控。
本实施例中，结合图3和图6所示，第一DLC薄膜层2和第二DLC薄膜层6的厚度尺寸为0.005微米至3微米。
综上可得，本发明解决了目前Micro-LED芯片应用过程中的的散热和巨量转移问题，使其转移效率提高，成本降低，芯片可靠性提高。
应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种Micro-LED芯片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
步骤一，将蓝光外延片通过光刻工艺和刻蚀工艺制作成若干Micro-LED晶粒的台面；
步骤二，将步骤一制得的所述Micro-LED晶粒的表面镀上一层第一DLC薄膜层，并将所述Micro-LED晶粒的台面顶部的所述第一DLC薄膜层去除掉，制作成P型欧姆接触区和出光区；
步骤三，将步骤二制得的所述Micro-LED晶粒的表面沉积上一层金属层，所述金属层作为P电极，所述金属层覆盖于所述第一DLC薄膜层的外侧，并将所述Micro-LED晶粒顶部出光区的所述金属层去除掉；
步骤四，将步骤三制得的所述Micro-LED晶粒顶部出光区的表面沉积上一层用于调节出光波长的滤光层；
步骤五，将步骤四制得的所述Micro-LED晶粒顶部出光区制作量子点层；
步骤六，将步骤五制得的所述Micro-LED晶粒的表面沉积上一层第二DLC薄膜层，并通过光刻和刻蚀工艺制作P电极电联通开窗区；
步骤七，将经过步骤一至步骤六制作好P电极的Micro-LED晶圆通过粘合层贴合到基板上，并将Micro-LED晶圆的底部进行工艺处理至N型GaN层；
步骤八，将步骤七制得的所述 Micro-LED晶圆上相邻的两所述Micro-LED晶粒的N型GaN层进行晶粒隔离；
步骤九，将步骤八制得的所述Micro-LED晶圆的N型GaN层的表面进行N电极沉积，所述N电极沉积包括在所述Micro-LED晶粒的N型GaN层的表面沉积一层第三DLC薄膜层，并通过光刻工艺和刻蚀工艺将所述第三DLC薄膜层刻蚀出用于镀N电极的第二凹槽，通过Lift-off工艺于所述第二凹槽内制作出N电极；
步骤十，将步骤九制得的带有N电极一侧的所述Micro-LED晶圆与驱动电路的晶圆键合，并使所述Micro-LED晶粒的N电极与所述驱动电路的N电极连接；
步骤十一，将步骤十制得的所述Micro-LED晶圆上贴合的基板去除。
2.如权利要求1所述的一种Micro-LED芯片的制备方法，其特征在于：所述第一DLC薄膜层和所述第二DLC薄膜层的厚度尺寸为0.005微米至3微米。
3.如权利要求1所述的一种Micro-LED芯片的制备方法，其特征在于：所述滤光层采用的是DBR滤光层。
4.如权利要求1所述的一种Micro-LED芯片的制备方法，其特征在于：所述量子点层包括绿光量子点层和红光量子点层，且所述绿光量子点层和红光量子点层分别位于所述Micro-LED晶圆上周期性排列设置。
5.如权利要求1所述的一种Micro-LED芯片的制备方法，其特征在于：步骤七中的工艺处理包括研磨、减薄和抛光。
6.如权利要求1所述的一种Micro-LED芯片的制备方法，其特征在于：所述晶粒隔离包括通过光刻工艺和刻蚀工艺于N型GaN层刻蚀出第一凹槽，所述第一凹槽将相邻两所述Micro-LED晶粒的N型GaN层分离开。
7.如权利要求6所述的一种Micro-LED芯片的制备方法，其特征在于：所述第一凹槽内填充有绝缘材料，且所述第一凹槽内填充的绝缘材料的端面与所述Micro-LED晶粒的N型GaN层齐平。
8.如权利要求7所述的一种Micro-LED芯片的制备方法，其特征在于：所述绝缘材料为聚酰亚胺，所述绝缘材料通过旋涂方法填充至所述第一凹槽内。
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