CN116504882A - 一种车用Micro LED光投射芯片的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车用Micro LED光投射芯片的制造方法，在晶圆的衬底远离金属电极的一面按照预设阵列图形基于衬底制作一体式透镜，使得芯片能够集成透镜，而不需要使用外加的透镜或者光学组件；并且切割晶圆能够得到集成式芯片，通过集成式芯片上的多个子像素能够得到高集成度、高像素密度和小体积的芯片；芯片上的每一个像素与驱动基底相对应，便于通过驱动设计实现分辨率可调以及像素自由分区的效果。
Description
本案是以申请号为202210473461.5，申请日为2022年4月29日，名称为《一种MicroLED光投射芯片及其制造方法》的专利申请为母案的分案申请。
技术领域
本发明涉及半导体电子技术领域，特别涉及一种车用Micro LED光投射芯片的制造方法。
背景技术
目前Micro LED具备以下三大优势：1、高亮度；2、高寿命、高可靠性、高环境耐受能力。但是，目前还没有Micro LED应用于车用投影显示的案例，并且现有的汽车用投影光源多使用单点大尺寸LED，其集成度很低，像素密度差，占用体积大，需要配备较多的透镜等光学组件。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种车用Micro LED光投射芯片的制造方法，能够减少光投射芯片对光学组件的需求并提高车用投影的分辨率。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种车用Micro LED光投射芯片的制造方法，包括步骤：
按照预设阵列图形在晶圆上依次制备导电层、保护层并蒸镀金属电极；
在所述晶圆的衬底远离所述金属电极的一面，按照预设阵列图形将所述衬底制作成透镜；
将刻蚀后的所述晶圆进行切割，得到带透镜的集成式芯片；
通过焊接材料将所述集成式芯片的电极与驱动基底焊接，得到光投射芯片。
为了解决上述技术问题，本发明采用的另一技术方案为：
一种车用Micro LED光投射芯片，包括集成式芯片、焊接材料和驱动基底；
所述集成式芯片包括衬底以及位于所述衬底表面的多个子像素；
所述衬底远离所述子像素的一面为按照预设阵列图形刻蚀的透镜形状；
所述子像素按照预设阵列图形排列，所述衬底表面每一个子像素的位置上设置有焊接焊盘；
所述焊接焊盘通过焊接材料与驱动基底连接。
本发明的有益效果在于：在晶圆的衬底远离金属电极的一面按照预设阵列图形将衬底制作成透镜，使得芯片能够集成透镜，而不需要使用外加的透镜或者光学组件；并且切割晶圆能够得到集成式芯片，通过集成式芯片上的多个子像素能够得到高集成度、高像素密度和小体积的芯片；芯片上的每一个像素与驱动基底相对应，便于通过驱动设计实现分辨率可调以及像素自由分区的效果。
附图说明
图1为本发明实施例的一种车用Micro LED光投射芯片的制造方法的流程图；
图2为本发明实施例的一种车用Micro LED光投射芯片的使用衬底制作成透镜的结构图；
图3为本发明实施例的一种车用Micro LED光投射芯片的对衬底制作的透镜进行形貌调整的结构图；
图4为本发明实施例的一种车用Micro LED光投射芯片的使用衬底和氧化硅层制作透镜；
图5为本发明实施例的一种车用Micro LED光投射芯片的应用场景图；
图6为本发明实施例的一种车用Micro LED光投射芯片的驱动效果图；
标号说明：
1、像素阵列；2、焊盘；3、子像素；4、衬底；5、透镜；6、集成式芯片；7、焊接材料；8、驱动基底；9、光投射芯片安装位置；10、投射区域、11、氧化硅层。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
请参照图1，本发明实施例提供了一种车用Micro LED光投射芯片的制造方法，包括步骤：
按照预设阵列图形在晶圆上依次制备导电层、保护层并蒸镀金属电极；
在所述晶圆的衬底远离所述金属电极的一面，按照预设阵列图形将所述衬底制作成透镜；
将刻蚀后的所述晶圆进行切割，得到带透镜的集成式芯片；
通过焊接材料将所述集成式芯片的电极与驱动基底焊接，得到光投射芯片。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：在晶圆的衬底远离金属电极的一面按照预设阵列图形将衬底制作成透镜，使得芯片能够集成透镜，而不需要使用外加的透镜或者光学组件；并且切割晶圆能够得到集成式芯片，通过集成式芯片上的多个子像素能够得到高集成度、高像素密度和小体积的芯片；芯片上的每一个像素与驱动基底相对应，便于通过驱动设计实现分辨率可调以及像素自由分区的效果。
进一步地，所述按照预设阵列图形在晶圆上依次制备导电层、保护层并蒸镀金属电极之前包括：
根据驱动基底的排列在晶圆上设置芯片的像素阵列，将多个LED自发光像素按照所述像素阵列的预设阵列图形集成在晶圆的芯片内。
由上述描述可知，在晶圆上直接集成像素阵列，能够将多个高亮度LED自发光像素集成在一个芯片内，能够在提高像素密度和集成度的同时不需要对每一个芯片进行单独焊接。
进一步地，在所述晶圆的衬底远离所述金属电极的一面，按照预设阵列图形将所述衬底制作成透镜包括：
在所述晶圆的衬底远离所述金属电极的一面进行研磨抛光，并按照预设阵列图形对所述衬底进行刻蚀，将所述衬底制作成透镜。
由上述描述可知，利用衬底制作透镜，能够使得芯片集成透镜，而不是外加透镜或者光学组件，从而减少多余的连接线路，同时使用衬底制作透镜也能够提高透镜的耐腐蚀和耐酸碱的能力。
进一步地，将所述衬底制作成透镜，之后还包括：
在所述透镜上沉积氧化硅层，并对所述氧化硅层进行刻蚀并调整透镜的形貌。
由上述描述可知，对透镜进行二次沉积和二次刻蚀，能够调整透镜的形貌，使其调整为预期的长宽比和尖端角度。
进一步地，在所述晶圆的衬底远离所述金属电极的一面，按照预设阵列图形将所述衬底制作成透镜还包括：
在所述晶圆的衬底远离所述金属电极的一面沉积氧化硅层，并按照预设阵列图形对所述衬底和所述氧化硅层进行刻蚀，基于所述衬底和所述氧化硅层制作成透镜。
由上述描述可知，在衬底上沉积氧化硅层，并且同时对衬底和氧化硅层进行图形化刻蚀，能够得到复合衬底制作而成的透镜，从而强化芯片的投射结构。
请参照图2，本发明另一实施例提供了一种车用Micro LED光投射芯片，包括集成式芯片、焊接材料和驱动基底；
所述集成式芯片包括衬底以及位于所述衬底表面的多个子像素；
所述衬底远离所述子像素的一面为按照预设阵列图形刻蚀的透镜形状；
所述子像素按照预设阵列图形排列，所述衬底表面每一个子像素的位置上设置有焊接焊盘；
所述焊接焊盘通过焊接材料与驱动基底连接。
由上述描述可知，在晶圆的衬底远离金属电极的一面按照预设阵列图形将衬底制作成透镜，使得芯片能够集成透镜，而不需要使用外加的透镜或者光学组件；并且切割晶圆能够得到集成式芯片，通过集成式芯片上的多个子像素能够得到高集成度、高像素密度和小体积的芯片；芯片上的每一个像素与驱动基底相对应，便于通过驱动设计实现分辨率可调以及像素自由分区的效果。
进一步地，所述衬底远离所述子像素的一面沉积有氧化硅层，所述衬底远离所述子像素的一面为按照所述预设阵列图形刻蚀衬底和氧化硅层得到的透镜形状。
由上述描述可知，在衬底上沉积氧化硅层，并且同时对衬底和氧化硅层进行图形化刻蚀，能够得到复合衬底制作而成的透镜，从而强化芯片的投射结构。
进一步地，所述衬底远离所述子像素的一面的透镜形状上设置有表面为透镜形状的氧化硅层。
由上述描述可知，对透镜进行二次沉积和二次刻蚀，能够调整透镜的形貌，使其调整为预期的长宽比和尖端角度。
进一步地，所述透镜形状的底宽为10-200μm，高度为50-500μm。
进一步地，所述氧化硅层的厚度为10-300μm。
由上述描述可知，通过沉积氧化硅层能够调整透镜的形貌，从而提高透镜制作的灵活性。
本发明上述的一种车用Micro LED光投射芯片的制造方法，适用于作为车用高清晰投影光源，以下通过具体的实施方式进行说明：
实施例一
请参照图1，一种车用Micro LED光投射芯片的制造方法，包括步骤：
S1、根据驱动基底8的排列在晶圆上设置芯片的像素阵列1，将多个LED自发光像素按照所述像素阵列1的预设阵列图形集成在晶圆的芯片内。
其中，可以将9至100万个高亮度LED自发光像素集成在一颗芯片内，芯片体积依像素数量而定，像素密度可以达到1000ppi以上，对应的尺寸在20μm～2cm之间。
S2、按照预设阵列图形在晶圆上依次制备导电层、保护层并蒸镀金属电极。
S3、在所述晶圆的衬底4远离所述金属电极的一面，按照预设阵列图形将所述衬底4制作成透镜5。
其中，透镜5可以选择聚光的凸透镜或散射的凹透镜，制作透镜5包括以下三种方法：
1.使用衬底4制作成透镜5：
在所述晶圆的衬底4远离所述金属电极的一面进行研磨抛光，并按照预设阵列图形对所述衬底4进行刻蚀，基于所述衬底4制作一体式透镜5。
2.对衬底4制作的透镜5进行形貌调整：
在所述晶圆的衬底4远离所述金属电极的一面进行研磨抛光，并按照预设阵列图形对所述衬底4进行刻蚀，基于所述衬底4制作一体式透镜5；在所述一体式透镜5上沉积氧化硅层11，并对所述氧化硅层11进行刻蚀并调整透镜5的形貌。
3.使用衬底4和氧化硅层11制作透镜5：
在所述晶圆的衬底4远离所述金属电极的一面沉积氧化硅层11，并按照预设阵列图形对所述衬底4和所述氧化硅层11进行刻蚀，基于所述衬底4和所述氧化硅层11制作一体式透镜5。
S4、将刻蚀后的所述晶圆进行切割，得到带透镜5的集成式芯片6。
S5、通过焊接材料7将所述集成式芯片6的电极与驱动基底8焊接，得到光投射芯片。
实施例二
本实施例提供了车用Micro LED光投射芯片的具体制造方法，其中使用衬底4制作透镜5，具体的：
步骤11、使用MOCVD设备在蓝宝石衬底4上生长的GaN外延片作为基底，使用光刻机及光刻胶等光刻设施、材料按照设计好的芯片图形进行图形转移，通过刻蚀GaN表面制作N型层。
步骤12、在上述晶圆上蒸镀导电层，使用光刻机及光刻胶等光刻设施、材料按照设计好的芯片图形进行图形转移，通过刻蚀去除N型层上的电流扩展层薄膜。
步骤13、在上述晶圆上用ALD设备、PECVD设备沉积氧化铝、氧化硅保护层，使用光刻机及光刻胶等光刻设施、材料按照设计好的芯片图形进行图形转移，通过刻蚀去除保护层，预留金属电极位置。
步骤14、在上述晶圆上进行涂胶和光刻，再使用金属蒸镀的方式蒸镀金属电极，之后进行金属剥离，在预定位置留下金属电极。
步骤15、请参照图2，将上述晶圆的衬底4面进行研磨、抛光，使用光刻机及光刻胶等光刻设施、材料按照设计好的微透镜阵列图形在衬底4上进行图形转移，进行ICP刻蚀，制作出一体式透镜5，透镜5底宽范围为10-200μm，透镜5高度为50-300μm。
步骤16、将上述晶圆切割，制作成带透镜5的集成式Micro LED芯片。
步骤17、将上述芯片通过焊接材料7焊接到驱动基底8上，芯片的焊接面是芯片电极，焊接后芯片电极面在下方，与驱动基底8结合，透镜5在上方。
以上即车用Micro LED光投射芯片的制作方法，请参照图5，将上述驱动及芯片贴装在汽车等光投射芯片安装位置9，通过驱动进行供电及控制即可在投射区域10实现投影效果及对投影图形的控制。
实施例三
本实施例提供了车用Micro LED光投射芯片的具体制造方法，其中对衬底4制作的透镜5进行形貌调整，具体的：
步骤21、使用MOCVD设备在蓝宝石衬底4上生长的GaN外延片作为基底，使用光刻机及光刻胶等光刻设施、材料按照设计好的芯片图形进行图形转移，通过刻蚀GaN表面制作N型层。
步骤22、在上述晶圆上蒸镀导电层，导电层可以使氧化铟锡或NiAu合金金属或氧化钼，使用光刻机及光刻胶等光刻设施、材料按照设计好的芯片图形进行图形转移，通过刻蚀去除N型层上的电流扩展层薄膜，只在P-GaN上保留导电层。
步骤23、在上述晶圆上用DBR设备、PECVD设备沉积氧化钛、氧化硅保护层，使用光刻机及光刻胶等光刻设施、材料按照设计好的芯片图形进行图形转移，通过刻蚀或腐蚀在金属电极下方制作导电通孔，预留金属电极位置。
步骤24、在上述晶圆上进行涂胶和光刻，使用电子束蒸发金属或溅射金属的方式制作导电焊盘2，之后进行金属剥离，在预定位置留下金属电极。
步骤25、将上述晶圆的衬底4面进行研磨、抛光。在蓝宝石面继续加工，使用光刻机及光刻胶等光刻设施、材料按照设计好的微透镜阵列图形在衬底4上进行图形转移。
步骤26、根据步骤25制作好的图形，进行ICP刻蚀，制作出一体式透镜5，透镜5底宽范围为10-200μm，透镜5高度为50-500μm。
步骤27、使用ALD或PECVD设备在上述透镜5表面继续进行二次沉积，沉积SiO2材料，再使用光刻胶通过光刻机制作图形。
步骤28、请参照图3，对透镜5进行二次刻蚀，第二次刻蚀可以调整透镜5的形貌，使其获得期望的长宽比和尖端角度。
步骤29、将上述晶圆切割，制作成带透镜5的集成式Micro LED芯片，将上述芯片通过焊接材料7焊接到驱动基底8上，芯片的焊接面是芯片电极，焊接后芯片电极面在下方，与驱动基底8结合。
请参照图5，将上述驱动及芯片贴装在汽车等光投射芯片安装位置9，通过驱动进行供电及控制即可在投射区域10实现投影效果及对投影图形的控制。
实施例四
本实施例提供了车用Micro LED光投射芯片的具体制造方法，其中使用衬底4和氧化硅层11制作透镜5，具体的：
步骤31、使用MOCVD设备在蓝宝石衬底4上生长的GaN外延片作为基底，使用光刻机及光刻胶等光刻设施、材料按照设计好的芯片图形进行图形转移，通过刻蚀GaN表面制作N型层。
步骤32、在上述晶圆上蒸镀导电层，导电层可以使氧化铟锡或NiAu合金金属或氧化钼，使用光刻机及光刻胶等光刻设施、材料按照设计好的芯片图形进行图形转移，通过刻蚀去除N型层上的电流扩展层薄膜，只在P-GaN上保留导电层。
步骤33、在上述晶圆上用DBR设备、PECVD设备沉积氧化钛、氧化硅保护层，使用光刻机及光刻胶等光刻设施、材料按照设计好的芯片图形进行图形转移，通过刻蚀或腐蚀在金属电极下方制作导电通孔，预留金属电极位置。
步骤34、在上述晶圆上进行涂胶和光刻，使用电子束蒸发金属或溅射金属的方式制作导电焊盘2，之后进行金属剥离，在预定位置留下金属电极。
步骤35、请参照图4，将上述晶圆的衬底4面进行研磨、抛光。在蓝宝石面进行氧化硅沉积，厚度范围为10-300μm，使用光刻机及光刻胶等光刻设施、材料按照将设计好的微透镜阵列图形转移到氧化硅薄膜上，通过湿法腐蚀去除两个透镜图形之间的氧化硅薄膜。
步骤36、在上述图形上行ICP刻蚀，制作出一体式透镜5，透镜5底宽范围为10-200μm，透镜5高度为50-500μm。
步骤37、将上述晶圆切割，制作成带透镜5的集成式Micro LED芯片。
步骤38、将上述芯片通过焊接材料7焊接到驱动基底8上，芯片的焊接面是芯片电极，焊接后芯片电极面在下方，与驱动基底8结合。
请参照图5，将上述驱动及芯片贴装在汽车等光投射芯片安装位置9，通过驱动进行供电及控制即可在投射区域10实现投影效果及对投影图形的控制。
实施例五
请参照图2至图6，一种车用Micro LED光投射芯片，包括集成式芯片6、焊接材料7和驱动基底8；
集成式芯片6包括衬底4以及位于所述衬底4表面的多个子像素3；
衬底表面每一个子像素3的位置上设置有焊接焊盘2，焊盘2通过焊接材料7与驱动基底8连接。
请参照图2，衬底4远离子像素3的一面为按照预设阵列图形刻蚀的透镜5形状，可选地，请参照图3，衬底4远离子像素3的一面的透镜形状上沉积有表面为透镜形状的氧化硅层11；
在另一实施例中，请参照图4，衬底4远离所述子像素3的一面沉积有氧化硅层11，所述衬底4远离所述子像素3的一面为按照所述预设阵列图形刻蚀衬底4和氧化硅层11得到的透镜形状；
其中，透镜形状的底宽为10-200μm，透镜形状的高度为50-500μm，氧化硅层11的厚度为10-300μm。
将Micro LED光投射芯片置于汽车上的投影演示效果如图5所示，并且请参照图6，通过驱动设计实现分辨率可调及像素自由分区光源效果，实现单像素显示或者多像素显示。
综上所述，本发明提供的一种车用Micro LED光投射芯片的制造方法，相较于传统的芯片结构，本发明的特点是在晶圆上进行半导体工艺加工，通过将多个子像素集成在芯片上，将投影光源压缩到了极小范围，且具备极高像素密度；结合驱动基底能够使投影光源形成的光斑大小和形状可控度更高，可以通过软件实时组合不依赖硬件条件。本发明的制造方法中使用的氮化镓及氧化铝、氧化硅材料都是对环境湿度、温度、酸碱等能力极强的材料，可以将本芯片直接置于汽车等基础物体外表面，无需其他材料保护或覆盖。并且本发明中的集成式矩阵芯片自带透镜，芯片与透镜集成在一个衬底上，其中透镜功能可以在芯片加工阶段定制，可实现聚光及散射，且透镜可由多重组分复合组成，可以通过两种或两种以上材料的组合形成投射强化结构，可以定制投射透镜的形状及投射效果。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种车用Micro LED光投射芯片的制造方法，其特征在于，包括步骤：
按照预设阵列图形在晶圆上依次制备导电层、保护层并蒸镀金属电极；
在所述晶圆的衬底面进行研磨、抛光，使用光刻机及光刻胶按照预设阵列图形在衬底上进行图形转移，进行ICP刻蚀，制作出一体式透镜，透镜底宽范围为10-200μm，透镜高度为50-500μm；
使用ALD或PECVD设备在所述透镜表面继续进行二次沉积，沉积SiO2材料，再使用光刻胶通过光刻机制作图形，对氧化硅层进行刻蚀并调整透镜的形貌；
将刻蚀后的所述晶圆进行切割，得到带透镜的集成式芯片；
通过焊接材料将所述集成式芯片的电极与驱动基底焊接，所述集成式芯片的焊接面是芯片电极，焊接后芯片电极面与驱动基底结合，得到光投射芯片；
通过驱动进行供电及控制，在投射区域实现投影效果及对投影图形的控制。
2.根据权利要求1所述的一种车用Micro LED光投射芯片的制造方法，其特征在于，所述按照预设阵列图形在晶圆上依次制备导电层、保护层并蒸镀金属电极之前包括：
根据驱动基底的排列在晶圆上设置芯片的像素阵列，将多个LED自发光像素按照所述像素阵列的预设阵列图形集成在晶圆的芯片内。
3.根据权利要求1所述的一种车用Micro LED光投射芯片的制造方法，其特征在于，所述导电层包括氧化铟锡或者NiAu合金金属或者氧化钼。
4.根据权利要求1所述的一种车用Micro LED光投射芯片的制造方法，其特征在于，所述按照预设阵列图形在晶圆上依次制备导电层之前包括：
将在衬底上生长的GaN外延片作为基底，使用光刻机及光刻胶按照预设阵列图形进行图形转移，通过刻蚀GaN表面制作N型层。
5.根据权利要求4所述的一种车用Micro LED光投射芯片的制造方法，其特征在于，所述制备导电层包括：
通过刻蚀去除N型层上的电流扩展层薄膜，只在P-GaN上保留导电层。
6.根据权利要求1所述的一种车用Micro LED光投射芯片的制造方法，其特征在于，所述制备保护层包括：
在晶圆上用DBR设备、PECVD设备沉积氧化钛、氧化硅保护层，使用光刻机及光刻胶按照设计好的芯片图形进行图形转移，通过刻蚀或腐蚀在金属电极下方制作导电通孔，预留金属电极位置。
7.根据权利要求6所述的一种车用Micro LED光投射芯片的制造方法，其特征在于，所述蒸镀金属电极包括：
在晶圆上进行涂胶和光刻，使用电子束蒸发金属或溅射金属的方式制作导电焊盘，之后进行金属剥离，在预定位置留下金属电极。
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