FR3124889A1 - Dispositif optoélectronique et procédé de fabrication - Google Patents

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Abstract

Titre : Dispositif optoélectronique et procédé de fabrication L’invention a pour objet une structure de transfert (501, 502, 503) comprenant un support (401, 402, 403) et un dispositif optoélectronique (301, 302, 303) attaché au support, le support comprenant une partie de base (42) présentant une face de support (400), et au moins un élément en saillie (41) depuis la face de support (400), le dispositif optoélectronique présentant une première face (301) comprenant une zone centrale (301c) et une zone périphérique (301p) entourant la zone centrale, la structure de transfert étant caractérisée en ce que l’au moins un élément en saillie (41) du support est attaché à la zone périphérique (301p) de la première face du dispositif optoélectronique. L’invention a également pour objet un procédé de transfert de dispositifs optoélectroniques, basé sur la mise en œuvre de structures de transfert. Figure pour l’abrégé : Fig. 1E

Description

Dispositif optoélectronique et procédé de fabrication
La présente invention concerne le domaine des technologies pour l’optoélectronique. Elle trouve pour application particulièrement avantageuse la fabrication de systèmes optoélectroniques par transfert en masse de dispositifs optoélectroniques unitaires, par exemple des diodes électroluminescentes à base de GaN.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Un écran d’affichage auto-émissif est un exemple de système optoélectronique connu. Un tel écran comprend une pluralité de pixels émettant leur propre lumière. Chaque pixel est ainsi typiquement formé par une ou plusieurs LEDs, plus particulièrement des mini-LEDs ou micro-LEDs. Chaque LED est un dispositif optoélectronique unitaire.
Pour diminuer les coûts de fabrication d’un tel écran, et/ou améliorer la densité de LEDs dans un tel écran, des technologies de transfert en masse des LEDs ont été développées. Certaines technologies de transfert sont basées sur un principe dit « pick and place » selon la terminologie anglo-saxonne usuelle (signifiant « prélèvement et placement »).
Typiquement, les dispositifs unitaires sont individualisés sur un substrat donneur. Un substrat de manipulation est ensuite attaché sur une face libre des dispositifs unitaires. Le substrat donneur peut alors être éliminé, par exemple par rognage. Les dispositifs unitaires sont ensuite détachés du substrat de manipulation et reportés sur un substrat receveur.
Pour attacher et détacher facilement les dispositifs unitaires vis-à-vis du substrat de manipulation, une solution divulguée par le document US 9379092 B2 consiste à former une structure sacrificielle enveloppant partiellement chaque dispositif, lors de la fabrication des dispositifs. Selon ce procédé, après report des dispositifs enveloppés par les structures sacrificielles sur le substrat de manipulation, le substrat donneur est retiré par rognage. Les structures sacrificielles et les plots de maintien permettent de maintenir et stabiliser les dispositifs lors du rognage. La gravure des structures sacrificielles permet ensuite de dégager en partie les dispositifs. Les dispositifs ne sont plus retenus que par les plots de maintien de faibles dimensions. Les dispositifs sont alors assemblés sur un substrat receveur et détachés du substrat de manipulation. Le détachement est facilité par l’utilisation des plots de maintien.
Un inconvénient de cette solution est que la fabrication du dispositif doit être adaptée pour prévoir et former notamment la structure sacrificielle. Cela rend le procédé complexe et contraignant. Cela limite la versatilité du procédé de transfert. Par ailleurs, un espace suffisant doit être prévu entre les dispositifs unitaires pour permettre la gravure des structures sacrificielles. Cela limite les possibilités de densification des dispositifs unitaires et donc de réduction des coûts. Les plots de maintien peuvent laisser des résidus sur les dispositifs lors du détachement. Il est alors plus difficile d’obtenir un bon contact électrique sur les dispositifs.
La présente invention vise à pallier au moins partiellement les inconvénients mentionnés ci-dessus.
En particulier, un objet de la présente invention est de proposer une structure de transfert permettant de transférer un dispositif optoélectronique de façon optimisée. Un autre objet de la présente invention est de proposer un procédé de transfert de dispositifs optoélectroniques.
Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés. En particulier, certaines caractéristiques et certains avantages du procédé de transfert peuvent s’appliquermutatis mutandisà la structure ou au système de transfert, et réciproquement.
RESUME
Pour atteindre les objectifs mentionnés ci-dessus, un aspect concerne une structure de transfert comprenant un support et un dispositif optoélectronique attaché au support, le support comprenant une partie de base présentant une face de support, et au moins un élément en saillie depuis la face de support, le dispositif optoélectronique présentant une première face comprenant une zone centrale et une zone périphérique entourant la zone centrale.
Avantageusement, l’au moins un élément en saillie du support est attaché à la zone périphérique de la première face du dispositif optoélectronique, de sorte que la face de support, l’au moins un élément en saillie et la première face du dispositif forment une cavité sous la zone centrale.
Ainsi, l’au moins un élément en saillie se trouve sous le dispositif optoélectronique et en bordure de celui-ci. L’au moins un élément en saillie s’apparente à un ou des cantilevers verticaux supportant la zone périphérique du dispositif optoélectronique. L’encombrement latéral de la structure de transfert est réduit. Cela permet d’augmenter la densité de dispositifs optoélectroniques sur le support. Une cavité délimitée par les cantilevers verticaux est ainsi formée sous la zone centrale du dispositif. Cela permet de détacher facilement le dispositif optoélectronique de son support, par exemple en exerçant une force verticale sur le dispositif optoélectronique.
La zone centrale du dispositif est en outre préservée. Elle peut être fonctionnalisée, par exemple en portant des contacts métalliques du dispositif optoélectronique.
Un autre aspect concerne un système de transfert comprenant une pluralité de structures de transfert adjacentes. Avantageusement, au moins un élément en saillie de deux structures de transfert adjacentes est commun aux zones périphériques desdites structures de transfert adjacentes. Cela permet d’augmenter la densité de structures de transfert au sein dudit système de transfert.
Un autre aspect concerne un procédé de transfert d’une pluralité de dispositifs optoélectroniques depuis un premier substrat vers un deuxième substrat, ledit procédé comprenant au moins les étapes suivantes :
  • fournir le premier substrat portant les dispositifs optoélectroniques, lesdits dispositifs optoélectroniques présentant chacun une première face d’un côté opposé au premier substrat, ladite première face comprenant une zone centrale et une zone périphérique entourant la zone centrale,
  • former un support pour les dispositifs optoélectroniques, ledit support comprenant une partie de base présentant une face de support, et au moins un élément en saillie depuis la face de support, chaque zone périphérique étant attachée audit au moins un élément en saillie, de sorte que la face de support, l’au moins un élément en saillie et la première face du dispositif forment une cavité sous la zone centrale,
  • retirer le premier substrat,
  • désolidariser les dispositifs optoélectroniques du support, et les reporter sur un deuxième substrat, au niveau de leurs premières faces.
Ainsi, le procédé permet avantageusement de transférer une pluralité de dispositifs optoélectroniques par l’intermédiaire du support.
Les dispositifs optoélectroniques peuvent comprendre au moins une diode électroluminescente, typiquement formée sur le premier substrat, et de préférence une partie d’interconnexions électriques hybridée sur la diode. Cette partie d’interconnexions électriques peut être formée séparément sur une couche de support, puis rapportée par hybridation sur la diode, avant formation du support. La partie d’interconnexions électriques peut également comprendre un circuit électronique de commande dédié au pilotage de la diode, pour former des « smart » LEDs, selon la terminologie anglo-saxonne usuelle (signifiant LED « intelligente »).
Le support peut être réalisé indépendamment des dispositifs. Cela permet de réduire les contraintes sur la conception des dispositifs.
Alternativement, l’au moins un élément en saillie du support peut être formé à partir du dispositif, par exemple en tirant profit de la couche de support de la partie d’interconnexions électriques.
Ce procédé peut avantageusement être appliqué lors du transfert de LEDs ou de smart LEDs depuis un substrat donneur, par exemple un substrat de croissance, vers un substrat receveur, par exemple un substrat CMOS comprenant une électronique de commande des LEDs.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée de modes de réalisation de cette dernière qui sont illustrés par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels :
Les FIGURES 1A à 1M illustrent des étapes d’un procédé de transfert de LEDs selon un premier mode de réalisation de la présente invention.
Les FIGURES 2A à 2M illustrent des étapes d’un procédé de transfert de LEDs selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention.
Les FIGURES 3A à 3I illustrent des étapes d’un procédé de transfert de LEDs selon un troisième mode de réalisation de la présente invention.
Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier, les dimensions des différentes parties des structures de transfert et des LED ne sont pas forcément représentatives de la réalité.

Claims (18)

  1. Structure de transfert (501, 502, 503) comprenant un support (401, 402, 403) et un dispositif optoélectronique (301, 302, 303) attaché au support (401, 402, 403), le support (401, 402, 403) comprenant une partie de base (42) présentant une face de support (400), et au moins un élément en saillie (41) depuis la face de support (400), le dispositif optoélectronique (301, 302, 303) présentant une première face (301) comprenant une zone centrale (301c) et une zone périphérique (301p) entourant la zone centrale (301c), la structure de transfert (501, 502, 503) étant caractérisée en ce que l’au moins un élément en saillie (41) du support (401, 402, 403) est attaché à la zone périphérique (301p) de la première face (301) du dispositif optoélectronique (301, 302, 303), de sorte que la face de support (400), l’au moins un élément en saillie (41) et la première face (301) du dispositif (301, 302, 303) forment une cavité (43) sous la zone centrale (301c).
  2. Structure de transfert (501, 502, 503) selon la revendication précédente comprenant au moins deux éléments en saillie (41), et de préférence au moins quatre éléments en saillie (41), régulièrement disposés de part et d’autre de la zone centrale (301c).
  3. Structure de transfert (501, 502, 503) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle l’au moins un élément en saillie (41) présente une première dimension l41selon une première direction (x), une deuxième dimension L41selon une deuxième direction (y), et une troisième dimension h41selon une troisième direction (z), les première et deuxième directions (x, y) formant un plan de base (xy) parallèle à la face de support (400), et la troisième direction (z) étant perpendiculaire à ce plan de base (xy), telles que l’une au moins parmi les première et deuxième dimensions l41, L41soit inférieure à la troisième dimension h41.
  4. Structure de transfert (501, 502, 503) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle le dispositif optoélectronique (301, 302, 303) comprend au moins une diode électroluminescente (101, 102, 103) au droit de la zone centrale (301c), et présente une deuxième face (302) opposée à la première face (301), ladite deuxième face (302) formant une face d’émission de lumière.
  5. Structure de transfert (501, 502) selon la revendication précédente dans laquelle le dispositif optoélectronique (301, 302) comprend en outre une partie (20, 22) d’interconnexions électriques formant la première face (301).
  6. Système de transfert comprenant une pluralité de structures de transfert (501, 502, 503) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel au moins un élément en saillie (41) de deux structures de transfert adjacentes est commun aux zones périphériques (301p) desdites structures de transfert adjacentes.
  7. Système de transfert selon la revendication précédente dans lequel les dispositifs optoélectroniques (301, 302, 303) adjacents sont séparés entre eux par des tranchées (60) formées à l’aplomb de l’au moins un élément en saillie (41).
  8. Système de transfert selon la revendication précédente dans lequel l’au moins un élément en saillie (41) présente une première dimension l41selon une première direction (x) et une deuxième dimension L41selon une deuxième direction (y), les première et deuxième directions (x, y) formant un plan de base (xy) parallèle à la face de support (400), et les tranchées (60) présentent au moins une dimension l60selon l’une au moins des première et deuxième directions (x, y) inférieure aux première et deuxième dimensions l41, L41de l’au moins un élément en saillie (41).
  9. Système de transfert selon la revendication précédente dans lequel les tranchées (60) se prolongent dans l’au moins un élément en saillie (41) selon une troisième direction (z) perpendiculaire aux première et deuxième directions (x, y).
  10. Procédé de transfert d’une pluralité de dispositifs optoélectroniques (301, 302, 303) depuis un premier substrat (1) vers un deuxième substrat (2), ledit procédé comprenant au moins les étapes suivantes :
    • fournir le premier substrat (1) portant les dispositifs optoélectroniques (301, 302, 303), lesdits dispositifs optoélectroniques (301, 302, 303) présentant chacun une première face (301) d’un côté opposé au premier substrat (1), ladite première face (301) comprenant une zone centrale (301c) et une zone périphérique (301p) entourant la zone centrale (301c),
    • former un support (401, 402, 403) pour les dispositifs optoélectroniques (301, 302, 303), ledit support comprenant une partie de base (42) présentant une face de support (400), et au moins un élément en saillie (41) depuis la face de support (400), chaque zone périphérique (301p) étant attachée audit au moins un élément en saillie (41), de sorte que la face de support (400), l’au moins un élément en saillie (41) et la première face (301) du dispositif (301, 302, 303) forment une cavité (43) sous la zone centrale (301c),
    • retirer le premier substrat (1),
    • désolidariser les dispositifs optoélectroniques (301, 302, 303) du support (401, 402, 403), et les reporter sur un deuxième substrat (2), au niveau de leurs premières faces (301).
  11. Procédé selon la revendication précédente comprenant en outre, après retrait du premier substrat (1) et avant désolidarisation des dispositifs optoélectroniques (301, 302, 303), une formation de tranchées (60) séparant les dispositifs optoélectroniques (301, 302, 303) entre eux, de sorte que ceux-ci soient individualisés et soutenus uniquement par l’au moins un élément en saillie (41).
  12. Procédé selon la revendication précédente dans lequel les tranchées (60) sont formées par gravure à l’aplomb de l’au moins un élément en saillie (41), à partir d’une deuxième face (302) des dispositifs optoélectroniques (301, 302, 303) opposée à la première face (301).
  13. Procédé selon la revendication précédente dans lequel la gravure est configurée de sorte que les tranchées (60) se poursuivent en partie dans l’au moins un élément en saillie (41).
  14. Procédé selon l’une quelconque des revendications 10 à 13 dans lequel les dispositifs optoélectroniques (301, 302) comprennent chacun au moins une diode électroluminescente (101, 102) et une partie (20, 22) d’interconnexions électriques, l’au moins une diode électroluminescente (101, 102) étant réalisée sur le premier substrat (1) et ladite partie (20, 22) d’interconnexions électriques étant réalisée séparément sur une couche de support (21), ladite partie (20, 22) d’interconnexions électriques étant ensuite reportée par hybridation sur l’au moins une diode électroluminescente (101, 102), avant formation du support (401, 402).
  15. Procédé selon l’une quelconque des revendications 10 à 14 dans lequel l’au moins un élément en saillie (41) est formé avant d’être attaché aux zones périphériques (301p) des premières faces (301) des dispositifs optoélectroniques (301, 303).
  16. Procédé selon la revendication 14 dans lequel l’au moins un élément en saillie (41) est formé par gravure de ladite couche de support (21), puis est rapporté sur un substrat plan (44) de façon à former le support (402), avant retrait du premier substrat (1).
  17. Procédé selon l’une quelconque des revendications 10 à 16 comprenant en outre, avant désolidarisation des dispositifs optoélectroniques (301, 302, 303), une fixation d’une partie seulement des dispositifs optoélectroniques (301, 302, 303) sur la face de support (400), ladite fixation étant réalisée par dépôt d’un matériau adhésif dans la cavité (43), entre la zone centrale (301c) et la face de support (400).
  18. Procédé selon la revendication précédente comprenant en outre, avant fixation, un test électrique configuré pour détecter des dispositifs optoélectroniques (301, 302, 303) défaillants, ladite fixation étant réalisée pour lesdits dispositifs optoélectroniques (301, 302, 303) défaillants uniquement.
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