CN115332400A - 基于临时键合技术的Micro-LED芯片结构的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于临时键合技术的Micro‑LED芯片结构的制备方法，包括以下步骤：步骤S1:在图形转移工艺前，将减薄后的蓝光/绿光外延片晶圆键合至临时衬底形成临时键合片；步骤S2:在临时键合片上制备独立的Micro‑LED芯片结构；步骤S3:在Micro‑LED芯片结构上设置结构保护层；步骤S4:剥离临时衬底，并清除减薄后的蓝光/绿光外延片衬底表面临时键合残留物；步骤S5:划裂减薄后的蓝光/绿光外延片为单颗Micro‑LED芯片，并剥离结构保护层。本发明有效的保护了Micro‑LED芯片结构的完整行，极大提升Micro‑LED芯片制备良率。
Description
技术领域
本发明涉及Micro-LED芯片制造领域，具体涉及一种基于临时键合技术的Micro-LED芯片结构的制备方法。
背景技术
Micro-LED是指将LED结构进行微小化、薄膜化和阵列化，具有响应速度快、功耗低和对比度高等众多优势有望取代液晶显示和有机发光二极管显示成为下一代主流的显示技术。现阶段，主流的Micro-LED芯片需要通过倒装芯片键合将Micro-LED芯片键合到驱动基板上，封装后实现Micro-LED显示技术。因此，单颗Micro-LED结构的完整性成为影响Micro-LED显示技术好坏的重要因素之一。传统蓝光/绿光Micro-LED芯片制备工艺是先在外延片上制备完整的Micro-LED芯片结构，再进行化学机械抛光（Chemical MechanicalPolishing，CMP）工艺进行减薄外延衬底方便衬底切割和剥离。此工艺的缺点在于，复杂的Micro-LED结构会在CMP工艺加工过程中受到损坏，且质地柔软的金属凸点会产生严重的形变，极大降低了Micro-LED芯片的制备良率和倒装芯片键合技术的成功率。因此，急需开发一种新的工艺方案来解决此问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于临时键合技术的Micro-LED芯片结构的制备方法，有效的保护了Micro-LED芯片结构的完整行，极大提升Micro-LED芯片制备良率。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于临时键合技术的Micro-LED芯片结构的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1:在图形转移工艺前，将减薄后的蓝光/绿光外延片晶圆键合至临时衬底形成临时键合片；
步骤S2:在临时键合片上制备独立的Micro-LED芯片结构；
步骤S3:在Micro-LED芯片结构上设置结构保护层；
步骤S4:剥离临时衬底，并清除减薄后的蓝光/绿光外延片衬底表面临时键合残留物；
步骤S5:划裂减薄后的蓝光/绿光外延片为单颗Micro-LED芯片，并剥离结构保护层。
进一步的，所述减薄后的蓝光/绿光外延片包括蓝宝石衬底外延生长GaN；所述临时衬底包括Si衬底、石英玻璃衬底、蓝宝石衬底和SiC衬底。
进一步的，所述晶圆键合包括阳极键合、玻璃浆料键合、粘合剂键合、金属共晶键合和金属热压扩散键合。
进一步的，所述步骤S2具体为：
1）在GaN外延层表面沉积一层ITO薄膜，并利用图形化光刻与ICP刻蚀工艺刻蚀出Micro-LED的MESA结构与阴极垫高结构；
2）在MESA结构与阴极垫高结构表面设置一层绝缘层，并利用图形化光刻与ICP刻蚀/湿法腐蚀工艺在MESA结构上方制备绝缘层开孔，露出ITO薄膜；
3）通过图形化光刻与金属沉积工艺在绝缘层开孔与阴极垫高结构上方设置打底金属层；
4）通过图形化光刻、金属沉积与高温回流工艺，在绝缘层开孔上方的打底金属成表面制备金属凸点，完成Micro-LED芯片结构制备。
进一步的，所述绝缘层材质包括SiO2、AlN、Al2O3和TiO中的一种或其组合；所述打底金属层材质包括Cr、Al、Cu、Ti、Pt和Au中的一种或其组合；所述金属凸点材质包括In、Sn、Au、Ag中的一种或其组合。
进一步的，所述所述外延片减薄至100-500um；所述临时衬底厚度为100-500um；所述ITO薄膜厚度50-150nm；所述MESA结构间距为3-20um，MESA结构与阴极垫高结构高度一致，为1.1-1.6um；所述绝缘层厚度为30-300nm；所述打底金属层厚度为100-500nm；所述金属凸点高度为1-10um；所述结构保护层厚度为3-15um。
进一步的，所述结构保护层包括光刻胶、PI胶和石蜡。
进一步的，所述剥离临时衬底工艺采用激光剥离或湿法腐蚀。
进一步的，所述外延片衬底表面临时键合残留物清除工艺包括溶液清洗法、RIE刻蚀或ICP刻蚀。
进一步的，所述剥离结构保护层采用丙酮超声剥离、剥离液超声剥离或有机溶剂清洗法。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明可以有效保护Micro-LED芯片结构和金属凸点，提高Micro-LED芯片制备良率和倒装芯片键合的成功率；
2、本发明临时键合技术可以有效克服在衬底减薄后，外延片中的热失配在失去足够强度的刚性衬底支撑下引起的晶片翘曲；
3、本发明设置了结构保护层可以有效保护Micro-LED芯片结构和功能在衬底划裂过程中免受损伤。
附图说明
图1是本发明技术方案流程图；
图2是本发明具体实施过程示意图；
附图标记说明：201、GaN外延层，202、蓝宝石衬底， 203、临时衬底，204、键合介质，205、ITO薄膜，206、MESA结构，207、阴极垫高结构，208、绝缘层，209、打底金属层，210、金属凸点，211，结构保护层。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
请参照图1，本发明提供一种基于临时键合技术的Micro-LED芯片结构的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1:在图形转移工艺前，将减薄后的蓝光/绿光外延片晶圆键合至临时衬底形成临时键合片；
步骤S2:在临时键合片上制备独立的Micro-LED芯片结构；
步骤S3:在Micro-LED芯片结构上设置结构保护层；
步骤S4:剥离临时衬底，并清除减薄后的蓝光/绿光外延片衬底表面临时键合残留物；
步骤S5:划裂减薄后的蓝光/绿光外延片为单颗Micro-LED芯片，并剥离结构保护层。
为了让一般技术人员更好的理解本发明的技术方案，以下结合附图对本发明进行详细介绍。
如图2所示，本发明具体实施例中，基于临时键合技术的Micro-LED芯片结构的制备方法，包括以下步骤：
S1、实施具体图形转移工艺前，将减薄后的蓝宝石衬底202晶圆键合至临时衬底203形成临时键合片；
本实施例优选蓝宝石衬底作为临时衬底，苯丙环丁烯作为键合介质204。首先通过CMP工艺将蓝光/绿光外延片的蓝宝石衬底和临时衬底分别减薄至减薄至300um的目标厚度，然后在临时衬底抛光面均匀旋涂苯丙环丁烯，通过晶圆键合设备将蓝光外延片衬底抛光面与临时衬底抛光面进行键合形成临时键合片，具体结合图2中(a)所示。
S2、在所述临时键合片上，制备独立的Micro-LED发光像素点；
优选的，具体包括：
1）在GaN外延层201表面沉积一层ITO薄膜205，并利用图形化光刻与ICP刻蚀工艺刻蚀出Micro-LED的MESA结构206与阴极垫高结构207；
2）在所述MESA结构与阴极垫高结构表面设置一层绝缘层208，并利用图形化光刻与ICP刻蚀/湿法腐蚀工艺在所述MESA结构上方制备绝缘层开孔，露出ITO薄膜；
3）通过图形化光刻与金属沉积工艺在所述绝缘层开孔与阴极垫高结构上方设置打底金属层209；
4）通过图形化光刻、金属沉积与高温回流工艺，在绝缘层开孔上方的打底金属成表面制备金属凸点210，完成Micro-LED芯片结构制备。
本实施例中优选磁控溅射工艺在GaN外延层表面溅射一层75nm厚的ITO薄膜；优选ICP刻蚀工艺刻蚀出间距8um、深度1.3um的MESA结构和深度为1.3um的阴极垫高结构；优选原子层沉积工艺沉积一层厚度为90nm的SiO2绝缘层；优选湿法腐蚀工艺制备绝缘层开孔；优选磁控溅射工艺依次溅射30nm的Cr、60nm的AlCu和100nm的Ti作为打底金属层；优选热蒸镀和高温回流工艺制备高度为2.5um的AuSn凸点，具体参考图2中(b)所示。
S3、在所述Micro-LED芯片结构上设置结构保护层211；
本实施例优选采用光刻胶作为Micro-LED芯片结构保护层，通过旋涂的方法在Micro-LED芯片结构上设置一层厚度为5um的光刻胶，具体参考图2中(c)所示。
S4、剥离所述临时衬底，并清除所述外延片衬底表面临时键合残留物；
本实施例优选激光剥离的方式使键合界面的苯丙环丁烯粘合剂炭化实现剥离临时衬底的目的，优选ICP刻蚀工艺清除残余的BCB粘合剂，具体参考图2中(d)和(e)所示。
S5、划裂所述外延片为单科Micro-LED芯片，并剥离所述结构保护层；
本实施例优选激光隐切和机械劈裂的工艺将整片外延片划裂获得特定尺寸的Micro-LED芯片；优选丙酮超声剥离工艺剥离结构保护层，具体参考图2中(f)所示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种基于临时键合技术的Micro-LED芯片结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1:在图形转移工艺前，将减薄后的蓝光/绿光外延片晶圆键合至临时衬底形成临时键合片；
步骤S2:在临时键合片上制备独立的Micro-LED芯片结构；
步骤S3:在Micro-LED芯片结构上设置结构保护层；
步骤S4:剥离临时衬底，并清除减薄后的蓝光/绿光外延片衬底表面临时键合残留物；
步骤S5:划裂减薄后的蓝光/绿光外延片为单颗Micro-LED芯片，并剥离结构保护层。
2.根据权利要求1所述的基于临时键合技术的Micro-LED芯片结构的制备方法，其特征在于，所述减薄后的蓝光/绿光外延片包括蓝宝石衬底外延生长GaN；所述临时衬底包括Si衬底、石英玻璃衬底、蓝宝石衬底和SiC衬底。
3.根据权利要求1所述的基于临时键合技术的Micro-LED芯片结构的制备方法，其特征在于，所述晶圆键合包括阳极键合、玻璃浆料键合、粘合剂键合、金属共晶键合和金属热压扩散键合。
4.根据权利要求1所述的基于临时键合技术的Micro-LED芯片结构的制备方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：
在GaN外延层表面沉积一层ITO薄膜，并利用图形化光刻与ICP刻蚀工艺刻蚀出Micro-LED的MESA结构与阴极垫高结构；
在MESA结构与阴极垫高结构表面设置一层绝缘层，并利用图形化光刻与ICP刻蚀/湿法腐蚀工艺在MESA结构上方制备绝缘层开孔，露出ITO薄膜；
通过图形化光刻与金属沉积工艺在绝缘层开孔与阴极垫高结构上方设置打底金属层；
通过图形化光刻、金属沉积与高温回流工艺，在绝缘层开孔上方的打底金属成表面制备金属凸点，完成Micro-LED芯片结构制备。
5.根据权利要求4所述的基于临时键合技术的Micro-LED芯片结构的制备方法，其特征在于，所述绝缘层材质包括SiO2、AlN、Al2O3和TiO中的一种或其组合；所述打底金属层材质包括Cr、Al、Cu、Ti、Pt和Au中的一种或其组合；所述金属凸点材质包括In、Sn、Au、Ag中的一种或其组合。
6.根据权利要求1所述的基于临时键合技术的Micro-LED芯片结构的制备方法，其特征在于，所述所述外延片减薄至100-500um；所述临时衬底厚度为100-500um；所述ITO薄膜厚度50-150nm；所述MESA结构间距为3-20um，MESA结构与阴极垫高结构高度一致，为1.1-1.6um；所述绝缘层厚度为30-300nm；所述打底金属层厚度为100-500nm；所述金属凸点高度为1-10um；所述结构保护层厚度为3-15um。
7.根据权利要求1所述的基于临时键合技术的Micro-LED芯片结构的制备方法，其特征在于，所述结构保护层包括光刻胶、PI胶和石蜡。
8.根据权利要求1所述的基于临时键合技术的Micro-LED芯片结构的制备方法，其特征在于，所述剥离临时衬底工艺采用激光剥离或湿法腐蚀。
9.根据权利要求1所述的基于临时键合技术的Micro-LED芯片结构的制备方法，其特征在于，所述外延片衬底表面临时键合残留物清除工艺包括溶液清洗法、RIE刻蚀或ICP刻蚀。
10.根据权利要求1所述的基于临时键合技术的Micro-LED芯片结构的制备方法，其特征在于，所述剥离结构保护层采用丙酮超声剥离、剥离液超声剥离或有机溶剂清洗法。
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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