CN117203754A - 集成颜色转换盒 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了在衬底上形成具有光学结构的微装置。具体地说，本发明公开了具有侧壁、顶侧和底侧的微装置以及使用不同工艺形成外壳或腔的方法的方面。这些工艺使用保护层、图案化和钝化以及对准技术。
Description
技术领域
本公开涉及微装置到系统衬底中的集成。
发明内容
根据一个实施方案，一种在衬底上形成具有光学结构的微装置的发明方法，该方法包括：将微装置固持在衬底的顶部上，其中微装置具有顶侧、底侧以及不同于底侧和顶侧的侧壁，并且该顶侧背对衬底；在微装置的顶侧上形成光学层；在光学层的顶部上形成钝化层；以及将微装置和光学层转移到系统衬底中。
根据另一实施方案，本发明公开了一种在衬底上形成具有光学结构的微装置的方法，该方法包括：将微装置固持在衬底的顶部上的第一结合层上；用第一层覆盖微装置；用保护层覆盖微装置；在第一结合层的顶部上形成与微装置对准的光学层；以及在光学层的顶部上形成钝化层，使得钝化层还覆盖微装置的侧壁。
根据另一实施方案，本发明公开了一种将微装置与光学结构集成的方法，该方法包括：用保护层覆盖微装置；使保护层的一部分延伸以形成外壳；以及将光学层固持在外壳中。
附图说明
在阅读以下具体实施方式之后且在参考附图之后，本公开的前述和其它优点将变得显而易见。
图1A展示一种在供体衬底上形成具有光学结构的微装置的方法
图1B展示装置被回蚀以形成外壳结构。
图1C展示释放层被图案化。
图1D展示在光学结构的顶部上形成层之后使用结合层将衬底结合到顶表面。
图1E展示可移除临时衬底。
图2A和图2B展示另一相关实施方案，其中装置之间不存在层。
图2C展示在装置下方形成释放层。
图2D展示在装置和释放层下方还形成锚定层。
图3A展示形成有集成于装置中的光学层的微装置的示例性实施方案。
图3B展示将图3A的装置集成到受体底板中的示例。
图3C展示将图3A的装置集成到受体底板中的示例。
本公开易受各种修改和替代形式的影响，在附图中已借助于示例展示特定实施方案或实施方案且将在本文中详细描述。然而，应理解，本公开并不意欲限制于所公开的特定形式。相反，本公开将涵盖属于如由随附权利要求书限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等效物和替代例。
具体实施方式
在本说明书中，术语“装置”与“微装置”可互换使用。然而，对于所属领域的技术人员来说显而易见的是，此处所描述的实施方案与装置大小无关。
以下描述描述了微装置产生和/或与光学结构集成的集成方法和结构。不存在额外的需要或单独描述方法方面，且该描述可解释为等效于其中结构、材料细节和各种工艺的描述组合地用于所主张方法的方法。
供体衬底上的微装置具有远离衬底的顶面和面向衬底的底面。微装置的顶面或底面的至少一部分被光学层(例如，颜色转换材料或透镜等)覆盖。将微装置的底侧固持到供体衬底的层。该层可为粘合剂或锚定件。在固持层与衬底之间可存在释放层。在装置与光学层之间可存在光耦合或封装层。可存在覆盖装置的未被颜色转换层覆盖的至少另一侧的保护层。保护层可在表面的被光学层覆盖的边缘上延伸以容纳光学层的至少一部分。保护层可为反射性的以将光导向光学层。在一种相关情况下，供体衬底中的装置可具有多于一种类型的光学层。在另一相关情况下，不同装置可具有不同光学层。例如，一个装置可具有绿色转换层，而另一装置可具有红色转换层。这些装置被转移到受体衬底中以形成微装置阵列。光学层可在装置中产生不同功能性，诸如颜色转换或将输入或输出光引导到特定方向或修改光分布。微装置可在顶侧或底侧或并非顶侧或底侧的其它侧上具有焊垫。焊垫提供与装置的电连接。而且，衬底经由焊垫耦合到装置。微装置可具有若干层，诸如p层、n层、阻挡层、缓冲层、欧姆层和活动层。活动层可为多量子阱(MQW)。
图1A展示一种在供体衬底上形成具有光学结构的微装置的方法。该方法包含用层104将微装置102a、102b和102c(以下称102a、102b、102c)固持在衬底100上。层104可为聚合物，诸如BCB、聚酰胺、SU8或其它类型。该层还可覆盖装置102a、102b、102c。可存在保护层106。保护层106的一部分可覆盖装置。可存在反射层、电介质层和停止层的堆叠。装置102a、102b、102c可从另一衬底转移到供体/临时衬底100。或者，可在衬底100上形成装置102a、102b、102c。可在装置的至少一部分上形成钝化层、锚定层或光学层110。层110还可在装置102a、102b、102c的外部延伸且图案化。层110可形成锚定件或桥接件以将装置固持在原地，且在将装置转移到系统衬底期间释放装置。可形成光学层108a、108b、108c，且使其与装置102a、102b、102c对准。每一装置102a、102b、102c可存在多于一种类型的光学层来定制每一装置的功能性。在一种情况下，光学层108a、108b、108c可为颜色转换层。在另一相关情况下，光学层108a、108b、108c可为透镜结构。或者，光学层108a、108b、108c还可为透镜与颜色转换层或滤色层的组合。在一种情况下，通过图案化形成不同的光学层。例如，层108a在装置102a的顶部形成且被图案化。接着，在102b的顶部形成且图案化下一层108b。其可一直持续到形成所有所要层为止。在另一种情况下，可印刷或冲压这些层。其它方法也可用于形成光学层。在形成光学层之后，可在装置的顶部上形成钝化层112。钝化层112还可包含锚定层。在锚定层的情况下，锚定层在装置102a、102b、102c的外部被图案化。在一种相关情况下，形成释放层114。此处，释放层被图案化且与光学层108a、108b、108c和装置层102a、102b、102c对准。
在另一相关情况下，如图1B所示，装置102a、102b、102c被回蚀以产生用于光学层108a、108b、108c(下文称108a、108b、108c)的至少一部分的外壳结构102-1。光学层108a、108b、108c的一部分形成于外壳结构102-1的内部。如前所述的其它层可在外壳结构102-1中的光学层108a、108b、108c之后形成。在一种方法中，装置102a、102b、102c形成(或转移)到衬底。装置的侧壁覆盖有不同的外壳层102-1。层102-1可包含电介质和或反射层。在此工艺之后，装置的顶表面或底表面被回蚀以暴露侧壁，从而在顶表面或底表面上形成外壳腔。光学层形成于顶表面或底表面上，且光学层的至少一部分在由外壳层102-1形成的外壳腔内部。在光学层之前或之后可存在其它层。在另一相关方法中，回蚀工艺可包含图案化装置材料且将装置材料中的一些留在侧壁上，且仅回蚀顶表面或底表面的内部部分。因此，其余层形成外壳层102-1或为外壳层102-1的部分。回蚀工艺可通过湿式蚀刻或干式蚀刻工艺来完成。外壳层可通过诸如PECVD、ALD、旋涂、印刷或其它相关方法的不同沉积工艺形成。图1B中描述的过程可用于形成和制造此处描述的其它相关装置和方法。
释放层114可被图案化，如图1C所示。此处，装置可从衬底100转移到系统(受体)衬底。在此情况下，保护层106可包含释放层，该释放层可从层104移除到微装置102a、102b、102c的分离部分。转移可通过将供体衬底100带到受体衬底且使其对准来直接进行。此处，可将装置结合到受体衬底，且通过机械或激光释放将其留在受体衬底上。在另一相关情况下，可从供体衬底100拾取微装置，且将其转移到受体衬底。
在另一相关情况下，如图1D所示，在光学结构108a、108b、108c的顶部上形成层之后，使用结合层204将衬底200结合到顶表面。结合层204可为聚合物或其它类型的粘合材料。此处，衬底100为可移除的临时衬底(图1E)。此外，可移除结合层104，从而暴露装置102a、102b、102c的原始底表面。此处，根据定义交换表面。保护层中的一些可被移除或图案化。在一种相关情况下，保护层106的部分覆盖装置的未被光学结构覆盖的一些表面。其余的主动层106可为反射性的。层110或112可被图案化以形成锚定件。在另一种情况下，层110或112或204中的一者还可为在不同条件下释放装置的临时粘合剂。此处，可移除释放层114。衬底可选择性地结合到受体衬底，且装置被释放到受体衬底。在另一种情况下，使用激光来释放层112，且将装置转移到受体衬底。
图2A和图2B展示另一相关实施方案。此处，在装置102a、102b、102c之间不存在层。层112还覆盖装置的侧壁。此处，层106或104可为在某些条件(例如，温度、光等)下释放装置的临时粘合剂。在另一相关情况下，层106可为释放层。该释放层被图案化，以使得层112连接到装置壁。图2B展示示例性图案。在图案302中移除层106。沉积后的层112也可被图案化以仅覆盖侧壁上的图案302。在移除释放层之后，装置102a、102b、102c将经由以图案302连接的层112连接到层104。此处，在微装置结合到受体衬底之后，层112破裂，且将装置留在受体衬底中。
在图2C所示的另一相关实施方案中，释放层402形成于装置102a、102b、102c下方。此处，可移除释放层以使装置准备进行转移。
在图2D所示的另一相关实施方案中，锚定层404还形成于装置下方，且释放层402形成于结合层104与锚定层404之间。
图3A展示形成有集成于装置中的光学层的微装置的示例性实施方案。装置102由具有子层106-1、106-2和106-3的保护层覆盖。保护层可包含若干子层，诸如装置102周围的电介质层(或高带宽材料)106-1。可为反射的光学层106-2和另一钝化层106-3。保护层的部分可延伸到高于装置102的高度，从而形成用于固持光学层108的外壳。在光学层108与装置102之间可存在光学增强层110。封装/钝化层112可用于覆盖光学层112或装置102或其它层的至少一部分。钝化层112可包含若干子层，诸如锚定层、光学增强层和其它层。该装置可在顶侧或底侧具有焊垫。为了在保护层(106-1、106-2、106-3)处形成焊垫层，这些层在焊垫周围被图案化或形成以提供对微装置102的接取。为了在光学层108侧上形成焊垫，在焊垫周围图案化或形成钝化层112、光学层108和光学增强层110。
图3B展示将图3A的装置集成到受体底板500中的示例。底板可具有像素电路、金属迹线和其它电路层。该底板具有着陆区502。着陆区可具有连接到装置102的焊垫的焊垫。在此示例中，装置的由具有子层(106-1、106-2、106-3)的保护层覆盖的面连接到底板500。如果焊垫在此面处，则其可直接结合到底板的着陆区502中的焊垫。着陆区还可具有其它层来固持装置，诸如粘合剂层。如果装置的焊垫位于另一表面上，则可使用其它层(诸如平坦化物、金属化物和通孔)将装置连接到底板。在另一种情况下，可在装置集成到底板500之后制成底板电路。此处，光输入或输出可穿过光学层。例如，在microLED的情况下，由装置102产生的光穿过光学层108。光学层可为颜色转换以将装置102的光转换为不同波长，或其可为透镜结构以限制光或其它类型的光学功能。在此情况下，层106-2可经由光学层108反射光。在另一相关情况下，光可穿过衬底(底部发射)。此处，保护层中不存在反射层，且钝化层112具有反射层。
图3C展示将图3A的装置集成到受体底板500中的示例。底板可具有像素电路、金属迹线和其它电路层。该底板具有着陆区502。着陆区可具有连接到装置102的焊垫的焊垫。在此示例中，装置的由光学层108和钝化层112覆盖的面连接到底板500。如果焊垫在此面处，则其可直接结合到底板的着陆区502中的焊垫。着陆区还可具有其它层来固持装置，诸如粘合剂层。如果装置的焊垫位于另一表面上，则可使用其它层(诸如平坦化物、金属化物和通孔)将装置连接到底板。在另一种情况下，可在装置集成到底板500之后制成底板电路。此处，光输入或输出可穿过光学层108和衬底500(底部发射)。例如，在microLED的情况下，由装置102产生的光穿过光学层108。光学层可为颜色转换以将装置102的光转换为不同波长，或其可为透镜结构以限制光或其它类型的光学功能。在此情况下，层106-2可经由光学层108反射光。在另一相关情况下，光可穿过保护层(顶部发射)。此处，保护层中不存在反射层，且钝化层112可具有反射层。
虽然已说明且描述本发明的特定实施方案和应用，但应理解，本发明不限于本文中所公开的精确构造和组合物，且在不脱离如随附权利要求书中所限定的本发明的精神和范围的情况下，各种修改、变化和变体可从前述描述显而易见。
Claims (59)
1.一种在衬底上形成具有光学结构的微装置的方法，所述方法包括：
将微装置固持在衬底的顶部上，其中所述微装置具有顶侧、底侧和与所述底侧和所述顶侧不同的侧壁，并且所述顶侧背对所述衬底；
在微装置的所述顶侧上形成光学层；
在光学层的顶部上形成钝化层；以及
将微装置和所述光学层转移到系统衬底中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述微装置的所述侧壁和至少部分所述底侧上沉积保护层。
3.根据权利要求2所述的方法，其中第一层覆盖微装置与所述保护层之间的界面。
4.根据权利要求1所述的方法，其中第二层覆盖所述光学层与所述微装置之间的界面的一部分。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底为供体衬底或临时衬底。
6.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一层为聚合物。
7.根据权利要求4所述的方法，其中所述第二层为另一钝化层、锚定层、桥接层或单独的光学层。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述光学层包含颜色转换层。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述光学层包含滤色层。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述光学层包括透镜结构。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述光学层为颜色转换层与透镜结构的组合。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述光学层包括通过图案化形成的不同光学层。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述钝化层还包含锚定层。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述锚定层在所述微装置外部被图案化。
15.根据权利要求1所述的方法，其中形成释放层并将其图案化，并且与所述光学层和所述微装置对准。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述释放层被进一步图案化以适应所述光学层。
17.根据权利要求1所述的方法，其中所述微装置被回蚀以产生用于所述光学层的至少一部分的外壳结构，其中所述光学层的所述部分形成于所述外壳结构内部。
18.根据权利要求16所述的方法，其中在所述光学层的顶部上形成额外层，并且使用结合层将第二衬底结合到顶表面。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述结合层为粘合剂或聚合物。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述衬底为与所述第一层一起移除从而暴露所述微装置的原始底表面的临时衬底。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述保护层被移除或图案化。
22.根据权利要求20所述的方法，其中所述保护层的一部分覆盖所述微装置的部分，并且其余部分为反射性的。
23.根据权利要求20所述的方法，其中所述第二层或所述钝化层被图案化以形成锚定件、桥接件或隔膜。
24.根据权利要求20所述的方法，其中所述第二层或所述钝化层或所述结合层为临时粘合剂，所述临时粘合剂在不同条件下释放所述微装置，其中进一步移除所述释放层。
25.一种在衬底上形成具有光学结构的微装置的方法，所述方法包括：
将所述微装置固持在所述衬底的顶部上的第一结合层上；
用所述第一层覆盖所述微装置；
用保护层覆盖所述微装置；
在所述第一结合层的顶部上形成与所述微装置对准的光学层；以及
在所述光学层的顶部上形成钝化层，使得所述钝化层还覆盖所述微装置的侧壁。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述保护层或所述第一结合层为在某些条件下释放所述微装置的临时粘合剂。
27.根据权利要求25所述的方法，其中在所述微装置下方形成可移除释放层，以使得能够进行微装置转移。
28.根据权利要求25所述的方法，其中在所述微装置下方还形成锚定层，并且所述释放层形成于所述第一结合层与所述锚定层之间。
29.一种将微装置与光学结构集成的方法，所述方法包括：
用保护层覆盖所述微装置；
使所述保护层的一部分延伸以形成外壳；以及
将光学层固持在所述外壳中。
30.根据权利要求29所述的方法，所述方法进一步包含在光学层与微装置之间具有光学增强层。
31.根据权利要求29所述的方法，所述方法进一步包括由第一钝化层覆盖所述光学层或所述微装置的至少一部分。
32.根据权利要求29所述的方法，其中所述保护层具有包括电介质层、反射层和第二钝化层的子层。
33.根据权利要求31所述的方法，其中所述第一钝化层具有包括锚定件和另一光学增强层的子层。
34.根据权利要求31所述的方法，其中所述微装置在顶侧或底侧上具有焊垫。
35.根据权利要求34所述的方法，其中在所述保护层处形成焊垫层，其中所述保护子层被图案化或形成于所述焊垫周围以提供对所述微装置的接取。
36.根据权利要求34所述的方法，其中在光学层侧上形成焊垫，其中所述第一钝化层、所述光学层108和所述光学增强层被图案化或形成于所述焊垫周围。
37.根据权利要求34所述的方法，其中所述微装置集成到受体底板中，所述底板具有着陆区。
38.根据权利要求37所述的方法，其中所述着陆区具有连接到所述微装置的所述焊垫的焊垫。
39.根据权利要求38所述的方法，其中所述保护层连接到所述受体底板。
40.根据权利要求38所述的方法，其中所述着陆区具有粘合剂层。
41.根据权利要求37所述的方法，其中所述微装置的所述焊垫在另一表面上，平坦化物、金属化物和通孔用于将所述微装置连接到所述受体底板。
42.根据权利要求37所述的方法，其中所述受体底板具有包括像素电路、金属迹线和额外电路层的电路。
43.根据权利要求42所述的方法，其中所述底板电路是在所述微装置集成到所述受体底板并且光输入或输出穿过所述光学层之后制成的。
44.根据权利要求43所述的方法，其中所述反射层反射穿过所述光学层的所述光。
45.根据权利要求42所述的方法，其中光穿过所述受体底板并且在所述保护层中不存在反射层，并且所述第一钝化层具有反射层。
46.根据权利要求38所述的方法，其中所述微装置的被所述光学层和所述第一钝化层覆盖的面连接到所述受体底板。
47.根据权利要求46所述的方法，其中所述着陆区具有粘合剂层。
48.根据权利要求46所述的方法，其中所述微装置的所述焊垫在另一表面上，平坦化物、金属化物和通孔用于将所述微装置连接到所述受体底板。
49.根据权利要求46所述的方法，其中所述受体底板具有包括像素电路、金属迹线和额外电路层的电路。
50.根据权利要求49所述的方法，其中所述底板电路是在所述微装置集成到所述受体底板并且光输入或输出穿过所述光学层之后制成的。
51.根据权利要求50所述的方法，其中所述反射层反射穿过所述光学层的所述光。
52.根据权利要求49所述的方法，其中光穿过所述受体底板并且在所述保护层中不存在反射层，并且所述第一钝化层具有反射层。
53.根据权利要求1所述的方法，其中所述装置形成于所述衬底上。
54.根据权利要求53所述的方法，其中所述微装置的侧壁覆盖有不同外壳层，所述外壳层包括电介质和/或反射层。
55.根据权利要求54所述的方法，其中所述装置的所述顶表面或底表面被回蚀以暴露侧壁，从而在顶表面或底表面上形成外壳腔。
56.根据权利要求55所述的方法，其中在所述顶表面或底表面上形成光学层，并且所述光学层的至少一部分在由所述外壳层形成的所述外壳腔内部。
57.根据权利要求56所述的方法，其中在所述光学层之前或之后存在其它层。
58.根据权利要求55所述的方法，其中所述回蚀工艺包含图案化装置材料并且将所述装置材料中的一些留在所述侧壁上，并且仅回蚀顶表面或底表面的内部部分。
59.根据权利要求55所述的方法，其中所述回蚀工艺是通过湿式蚀刻或干式蚀刻工艺完成，并且所述外壳层是通过诸如PECVD、ALD、旋涂和印刷的不同沉积工艺形成。
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