KR102669051B1 - Method for manufacturing vertical stacked microdisplay panel - Google Patents
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Abstract
본 발명은 LED 적층체와 CMOS 전극 패드의 정렬 공정이 필요 없는 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널의 제조 방법에 관한 것으로, 지지 웨이퍼 및 상기 지지 웨이퍼 위에 배치되고 그룹3-5족 화합물 반도체가 에피택시(epitaxy) 성장된 발광부를 포함하며, 각각 서로 다른 색을 발광하는 복수의 프론트 웨이퍼를 준비하고, 상면에 복수의 CMOS 전극 패드가 정렬된 백 웨이퍼를 준비하는 제1 단계; 상기 백 웨이퍼 위에 상기 프론트 웨이퍼를 접합층을 통해 접합시킨 후 상기 지지 웨이퍼를 제거하는 것을 반복함으로써, 상기 백 웨이퍼 위에 복수의 상기 발광부와 상기 접합층을 수직 방향으로 적층하는 제2 단계; 및 적층된 복수의 상기 발광부와 상기 접합층을 식각하여 기 설정된 단위로 분리시킴으로써, 복수의 상기 LED 적층체가 복수의 상기 CMOS 전극 패드 상에 각각 정렬되는 제3 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 정렬 이슈가 존재하는 기존의 모노리식 집적화 방식 또는 혼성화 방식과 다르게, 엔지니어링 모노리식 에피택시 웨이퍼 상의 적층체를 식각하여 기 설정된 단위로 분리시킴으로써 복수의 LED 적층체가 복수의 CMOS 전극 패드 상에 정렬되도록 하므로, 6인치 이하의 소구경 웨이퍼 뿐만 아니라, 8인치 이상의 대구경 웨이퍼를 이용할 수 있게 되어 제품의 수율이 대폭적으로 증대될 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 접합층 및 오믹접촉전극이 금속이 아닌 세라믹 물질이 이용되므로 전기적 쇼트 불량이 일어날 가능성이 현저히 낮으며, 소자 신뢰성이 대폭적으로 증대되는 효과가 있다. 또한, LED 적층체 정렬을 위한 플라즈마 건식 공정에서 식각이 용이함과 동시에 식각 부산물이 재증착(Re-deposition)되는 문제도 발생하지 않는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 발광부, 접합층 및 오믹접촉전극이 모두 투명하여 가시광선이 투과되므로, 노광 공정에서 정렬 오류 이슈가 없는 효과가 있다.The present invention relates to a method of manufacturing a vertically stacked microdisplay panel that does not require an alignment process of an LED stack and a CMOS electrode pad, and includes a support wafer and a group 3-5 compound semiconductor disposed on the support wafer through epitaxy. A first step of preparing a plurality of front wafers including a grown light emitting part, each emitting different colors, and preparing a back wafer with a plurality of CMOS electrode pads aligned on the upper surface; a second step of vertically stacking the plurality of light emitting units and the bonding layer on the back wafer by repeatedly bonding the front wafer to the back wafer through a bonding layer and then removing the support wafer; and a third step in which the plurality of LED stacks are aligned on the plurality of CMOS electrode pads by etching the stacked plurality of light emitting units and the bonding layer to separate them into predetermined units.
According to the present invention, unlike the existing monolithic integration or hybridization method that has alignment issues, the stack on the engineering monolithic epitaxial wafer is etched to separate it into preset units, so that the plurality of LED stacks are formed into a plurality of CMOS electrode pads. Since they are aligned on the image, it is possible to use not only small-diameter wafers of 6 inches or less, but also large-diameter wafers of 8 inches or more, which has the effect of significantly increasing product yield. In addition, according to the present invention, since the bonding layer and the ohmic contact electrode are made of ceramic material rather than metal, the possibility of electrical short circuit failure is significantly low, and device reliability is significantly increased. In addition, in the plasma dry process for aligning the LED stack, etching is easy and there is no problem of re-deposition of etching by-products. In addition, according to the present invention, the light emitting part, the bonding layer, and the ohmic contact electrode are all transparent and visible light is transmitted, so there is an effect of eliminating alignment error issues in the exposure process.
Description
본 발명은 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 프론트 웨이퍼와 백 웨이퍼의 접합 시 세라믹 물질을 이용한 엔지니어링 모노리식 에피택시 웨이퍼(Engineering monolithic epitaxy wafer)를 통해 LED 적층체와 CMOS 전극 패드의 정렬 공정이 필요 없는 LEDoS 마이크로디스플레이 패널을 제조하는, 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a vertically stacked microdisplay panel. More specifically, the present invention relates to a method of manufacturing a vertically stacked microdisplay panel, and more specifically, to a method of manufacturing a LED stack and a CMOS electrode through an engineering monolithic epitaxy wafer using a ceramic material when bonding a front wafer and a back wafer. This relates to a vertically stacked microdisplay panel manufacturing method for manufacturing an LEDoS microdisplay panel that does not require a pad alignment process.
최근 주목받고 있는 메타버스(Metaverse)를 구현하는 유형은 VR(Virtual Reality, 가상현실), AR(Augmented Reality, 증강현실), MR(Mixed Reality, 혼합현실) 및 XR(eXtended Reality, 확장현실)의 4가지 형태로 분류된다. 이중 VR, AR, MR이 연계된 현실인 XR을 중심으로 향후 메타버스 생태계가 발전될 것으로 예상되고 있으며, 이를 효과적으로 구현하기 위해서는 혁신적인 사용자 경험을 제공할 수 있는 차세대 컴퓨팅 플랫폼의 소프트웨어와 함께, 1인치 미만의 대각선 길이를 갖는 마이크로디스플레이가 핵심 부품으로 포함된 디바이스(스마트 글래스, 헤드 마운트 디스플레이 등)가 요구된다. 특히, XR 사용자에게 가장 큰 몰입감과 시인성 및 편의성을 제공하고 어지럼증을 극소화하기 위해서는 고성능의 마이크로디스플레이 패널 기술개발이 절대적으로 필요한 상황이다.The types that implement the Metaverse that have recently been attracting attention include VR (Virtual Reality), AR (Augmented Reality), MR (Mixed Reality), and XR (eXtended Reality). It is classified into four types. Among them, the Metaverse ecosystem is expected to develop in the future centered on XR, a reality that connects VR, AR, and MR. In order to effectively implement this, 1-inch Devices (smart glasses, head-mounted displays, etc.) that include microdisplays with a diagonal length of less than 100 cm as a core component are required. In particular, the development of high-performance microdisplay panel technology is absolutely necessary to provide the greatest sense of immersion, visibility, and convenience to XR users and minimize dizziness.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술의 마이크로디스플레이 패널(10)은 Si CMOS 반도체 웨이퍼 공정과 고해상도, 고휘도의 초소형 디스플레이 공정을 결합한 기술로, 종래의 마이크로디스플레이 패널(10)은 복수의 CMOS 전극 패드(12)가 구비된 8" 이상의 (100) 결정면을 갖는 Si CMOS wafer(11)와, microLED 전극 패드(14)와 복수의 microLED 칩(15)이 구비된 6" 미만의 투명 웨이퍼(13)가 전도성 접합(16)을 통해 접합된 구조를 가질 수 있으며, XR 디바이스에 적용될 것으로 예상되는 마이크로디스플레이 패널의 종류에는 액정(Liquid Crystal, LC) 기반의 LCoS(LC on Si), OLED(Organic Light-Emitting Diode) 기반의 OLEDoS(OLED on Si), 5㎛ 미만 화소 크기를 갖는 초소형 microLED 기반의 LEDoS(LED on Si) 등이 있는데, 낮은(低) 화소 밀도의 디스플레이가 적용된 VR의 경우에는 LCoS 및 OLEDoS 중심으로 개발되어 양산되고 있다.As shown in FIG. 1, the conventional microdisplay panel 10 is a technology that combines a Si CMOS semiconductor wafer process and a high-resolution, high-brightness ultra-small display process. The conventional microdisplay panel 10 includes a plurality of CMOS electrode pads. A Si CMOS wafer (11) having a (100) crystal plane of 8" or more provided with (12), and a transparent wafer (13) of less than 6" provided with microLED electrode pads (14) and a plurality of microLED chips (15). It can have a structure joined through a conductive junction 16, and types of microdisplay panels expected to be applied to XR devices include liquid crystal (LC)-based LCoS (LC on Si) and OLED (Organic Light-Emitting). Diode)-based OLEDoS (OLED on Si), LEDoS (LED on Si) based on ultra-small microLED with a pixel size of less than 5㎛, etc. In the case of VR with low pixel density displays, the focus is on LCoS and OLEDoS. It has been developed and mass-produced.
그러나 메타버스 구현 기술의 발전에 따라, 높은(高) 화소 밀도의 마이크로디스플레이 패널이 적용된 경량형 AR, MR, XR 디바이스의 니즈가 점점 증가하고 있으며, 이러한 니즈에 따라 무기물 특성 우위를 바탕으로 이론상 이상적인 솔루션으로 주목받는 LEDoS 기술개발이 시급하지만, 이를 위한 마이크로디스플레이 패널 플랫폼은 아직 확립되어 있지 않다.However, with the development of metaverse implementation technology, the need for lightweight AR, MR, and XR devices using high pixel density microdisplay panels is increasing, and in response to these needs, theoretically ideal devices are being developed based on the superiority of inorganic properties. There is an urgent need to develop LEDoS technology, which is attracting attention as a solution, but the microdisplay panel platform for this has not yet been established.
5㎛ 미만의 화소 크기를 갖는 초소형 microLED 기반의 LEDoS는 XR 디바이스에 적용되는 경우 전력 대 성능 비율(전성비)이 우수하고 응답 속도가 짧다는 장점이 있고, 무기물로 구성되어 수명이 길며, 효율적으로 전력을 사용하여 발열 완화 및 배터리 장시간 사용이 가능한 이점이 있다. 특히, XR 디바이스는 디스플레이와 눈 사이의 거리가 매우 짧아 영상 변환에 시간이 조금만 지연되어도 어지럼증 등 불편함을 느끼기 쉬우므로, 마이크로세컨드(microsec)의 응답속도를 갖는 LCoS 및 OLEDoS에 비해 나노세컨드(nanosec)의 응답속도를 갖는 LEDoS가 XR 디바이스에 가장 적합한 것으로 평가받고 있다.LEDoS, based on ultra-small microLED with a pixel size of less than 5㎛, has the advantage of excellent power-to-performance ratio and short response speed when applied to XR devices, and is composed of inorganic materials, has a long lifespan and is efficient. It has the advantage of reducing heat generation and enabling long-term battery use by using electric power. In particular, XR devices have a very short distance between the display and the eyes, so it is easy to feel discomfort such as dizziness even if there is a slight delay in image conversion, so compared to LCoS and OLEDoS, which have a response speed of microseconds, nanosecond LEDoS, which has a response speed of ), is evaluated as most suitable for XR devices.
나아가 LEDoS가 VR과 달리 AR, MR, XR 디바이스에서 주목받는 가장 큰 이유는 휘도와 발광효율 때문인 것으로 평가되고 있다. 장소에 구애 받지 않고 착용할 수 있는 스마트 글래스의 특성상 햇빛 등의 야외 환경에서도 정상 구동될 수 있도록 높은 밝기가 필수적인 조건인데, 이론적으로 microLED의 경우에는 수십 ~ 수백만 니트(nit)의 휘도를 지원하며, OLED는 유기물인 반면 microLED는 무기물이므로 발광효율 또한 높은 이점이 있다.Furthermore, the biggest reason why LEDoS is attracting attention in AR, MR, and XR devices, unlike VR, is believed to be its brightness and luminous efficiency. Due to the nature of smart glasses that can be worn regardless of location, high brightness is an essential condition so that they can operate normally even in outdoor environments such as sunlight. In theory, microLED supports luminance of tens to millions of nits. OLED is organic, while microLED is inorganic, so it has the advantage of high luminous efficiency.
하지만 상술한 장점들에도 불구하고 5㎛ 미만의 화소 크기를 갖는 초소형 microLED 기반의 LEDoS가 XR 디바이스의 주요 부품으로 자리 잡지 못한 가장 큰 이유는 대량 생산이 어렵다는 데 있다. 즉, LEDoS는 초소형의 microLED 수백만 개를 Si CMOS 웨이퍼 위에 고정해야 하므로 공정 난이도가 높고 수율이 매우 낮아 제조원가의 상승으로 이어져 높은 부품가를 형성하게 되며, 이는 최종 소비자 가격에 반영되어 고가의 XR 디바이스로 공급됨으로써 시장의 수요에 맞추기 힘든 상황이다.However, despite the above-mentioned advantages, the biggest reason why ultra-small microLED-based LEDoS with a pixel size of less than 5㎛ has not established itself as a major component of XR devices is that mass production is difficult. In other words, LEDoS requires millions of ultra-small microLEDs to be fixed on a Si CMOS wafer, so the process difficulty is high and the yield is very low, leading to an increase in manufacturing costs and high component prices. This is reflected in the final consumer price and supplied as expensive XR devices. This makes it difficult to meet market demand.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 최근까지 그룹3-5족 화합물(GaN, GaP 등) microLED 광원이 적용된 LEDoS의 개발은 ① Si CMOS 웨이퍼 상에 microLED 어레이로 구성된 웨이퍼(또는 유닛 다이)의 모노리식 집적화(monolithic integration) 또는 ② Si CMOS 웨이퍼 또는 microLED 어레이가 제작된 청색, 녹색, 적색 광원 웨이퍼(또는 유닛 다이) 상에서, 웨이퍼(또는 유닛 다이) 사이의 혼성화(Hybridization) 등의 전통적인 접근 방식을 통해 개발되어 왔다.Meanwhile, as shown in Figure 2, until recently, the development of LEDoS using group 3-5 compound (GaN, GaP, etc.) microLED light sources was ① a monolithic wafer (or unit die) consisting of a microLED array on a Si CMOS wafer. Through traditional approaches such as monolithic integration or ② hybridization between wafers (or unit dies) on Si CMOS wafers or blue, green, and red light source wafers (or unit dies) on which microLED arrays are fabricated. has been developed
현재까지의 그룹3-5족 화합물로 구성된 청색, 녹색, 적색 microLED 광원이 적용된 LEDoS 개발의 가장 큰 장애물 중 하나는 5㎛ 미만의 화소에 대한 솔루션 확보가 쉽지 않다는 것인데, 최근에는 모노리식 집적화 기술을 이용하여 5㎛ 수준의 화소가 성공적으로 시연된 바 있으며, 혼성화 기술 기반으로 일부 개발된 시연품은 사파이어 플립 칩(Flip chip)을 통해 제작되어 10㎛ 수준의 화소가 달성되었고, 추가로 프랑스의 Cea-Leti에서는 혼성화 기술에 마이크로 튜브(Micro tube) 배선을 이용함으로써 5㎛ 수준의 화소를 동일한 방식으로 줄이는 것도 가능함을 입증한 바 있다. 그러나 모노리식 집적화 기술 및 혼성화 기술 모두 품질과 수율 측면에서 양산화에 상당한 어려움이 있는 비실용적인 솔루션으로, 대량 생산은 어려운 문제점이 있다.One of the biggest obstacles to the development of LEDoS using blue, green, and red microLED light sources composed of group 3-5 compounds to date is that it is not easy to secure a solution for pixels smaller than 5㎛, but recently, monolithic integration technology has been developed. A 5㎛-level pixel has been successfully demonstrated using a 5㎛-level pixel, and a demonstration product partially developed based on hybridization technology was manufactured using a sapphire flip chip to achieve a 10㎛-level pixel, and in addition, France's Cea- Leti has proven that it is possible to reduce pixels to the 5㎛ level in the same way by using micro tube wiring in hybridization technology. However, both monolithic integration technology and hybridization technology are impractical solutions that pose significant difficulties in mass production in terms of quality and yield, making mass production difficult.
상술한 모노리식 집적화 기술 및 혼성화 기술은 그룹3-5족 화합물 microLED 어레이로 구성된 프론트 플레인(front plane) 웨이퍼와 수많은 IC 전극 패드 어레이로 구성된 Si CMOS 백 플레인(back plane) 웨이퍼를 각각 분리 설계 및 제작한 다음(後)에 조립(assembly)하는 방식의 공통적인 특징을 갖고 있는데, 어떠한 방식이든 Si CMOS 웨이퍼 위에 유닛 다이 레벨(unit die-level) 또는 웨이퍼 레벨(wafer-level)로 제작된 microLED 어레이를 초미세 정렬(align)시켜야 하므로, 이때 정렬은 공정 관련 장치의 정밀도에 제한되어 결과적으로 화소(pixel) 및 화소 사이(間)의 거리(pitch) 제한에 지대한 영향을 미치며, 대량 생산도 어렵게 되는 문제가 있다. 이에 따라 5㎛ 미만의 화소와 3㎛ 미만의 피치를 갖춘 고해상도, 고휘도 및 고속구동하는 청색, 녹색, 적색 microLED 광원이 적용된 LEDoS를 제조하기 위해서는 상술한 초미세 정렬 제약을 회피할 수 있는 새로운 대체 솔루션이 필요한 상황이다.The above-described monolithic integration technology and hybridization technology separately design and manufacture a front plane wafer composed of a group 3-5 compound microLED array and a Si CMOS back plane wafer composed of numerous IC electrode pad arrays. It has the common feature of a subsequent assembly method, which is a microLED array manufactured at unit die-level or wafer-level on a Si CMOS wafer. Since ultra-fine alignment is required, alignment is limited to the precision of the process-related devices, which has a significant impact on pixel and pitch limitations between pixels, making mass production difficult. There is. Accordingly, in order to manufacture LEDoS with high-resolution, high-brightness, high-speed driving blue, green, and red microLED light sources with pixels of less than 5㎛ and pitch of less than 3㎛, a new alternative solution that can avoid the ultra-fine alignment constraints described above is needed. This is a necessary situation.
이에 따라, 최근에는 Si CMOS 웨이퍼와 microLED 어레이 웨이퍼 간의 저온 금속 접합(본딩) 공정을 통해 제조되는 엔지니어링 모노리식 에피택시 웨이퍼(Engineering monolithic epitaxy wafer)를 이용하여 6㎛ 화소를 갖는 몇 가지 인상적인 시연품이 출시된 바 있지만, 저온 금속 접합에 기인한 낮은 품질과 수율 이슈, 그리고 6인치 이하의 소구경 웨이퍼 사용으로 인해 대량 양산은 불가능할 것으로 평가되고 있다. 무엇보다도 금속 접합을 이용한 종래의 엔지니어링 모노리식 에피택시 웨이퍼로 마이크로디스플레이의 3㎛ 미만의 초미세 화소를 제작하는 경우 패터닝 식각 시 한층 더 어려움에 직면한다.Accordingly, several impressive demonstration products with 6㎛ pixels have recently been produced using engineering monolithic epitaxy wafers manufactured through a low-temperature metal bonding process between Si CMOS wafers and microLED array wafers. Although it has been released, mass production is assessed to be impossible due to low quality and yield issues due to low-temperature metal bonding, and the use of small-diameter wafers of 6 inches or less. Above all, when producing ultra-fine pixels of less than 3㎛ for microdisplays using conventional engineering monolithic epitaxial wafers using metal bonding, even more difficulties are encountered during patterning and etching.
또다른 예로, 최근 그룹3-5족 화합물 microLED 광원이 적용된 LEDoS의 밝기와 해상도를 제한하는 문제를 해결하는데 큰 성과를 이룬 동시에 12인치 대구경 Si CMOS 웨이퍼의 사용으로 대량 생산과 저비용 제조 솔루션을 제공할 수 있는 새로운 엔지니어링 모노리식 에피택시 웨이퍼 접근 방식이 제안된 바 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 구체적으로 해당 기술은 엔지니어링 모노리식 에피택시 웨이퍼를 이용한 공정은 다음과 같은 4단계 공정을 통해 이루어지는데, ① 12인치 Si 블랭크 웨이퍼(black Si wafer) 위에 최종 마이크로디스플레이 패널(100) 크기(4mm × 6mm)로 절단된 LED 에피택시를 유닛 다이 레벨로 정렬시켜 접착하고, LED 성장 웨이퍼와 버퍼층을 제거하고 평탄화함으로써 대구경 Si 블랭크 웨이퍼 위에 1.5㎛ 두께의 LED 활성층만 잔류시키고, ② Si 블랭크 웨이퍼 위에 남겨진 LED 활성층을 다층 금속 접합을 통해 웨이퍼 레벨로 Si CMOS 웨이퍼와 접합(본딩)시킨 후, ③ 12인치 Si 블랭크 웨이퍼를 제거한 다음, ④ 화소로 기능하는 microLED 어레이를 Si CMOS 웨이퍼 위에서 직접 패터닝하여 제작한다.As another example, we have recently made great progress in solving the problem of limiting the brightness and resolution of LEDoS using Group 3-5 compound microLED light sources, while also providing mass production and low-cost manufacturing solutions through the use of 12-inch large-diameter Si CMOS wafers. A new engineering monolithic epitaxial wafer approach has been proposed. As shown in FIG. 3, specifically, the process using the engineering monolithic epitaxial wafer is carried out through the following four-step process: ① Final microdisplay panel on a 12-inch Si blank wafer (black Si wafer) LED epitaxies cut into (100) sizes (4 mm × 6 mm) are aligned and glued at the unit die level, and the LED growth wafer and buffer layer are removed and planarized, leaving only a 1.5 μm thick LED active layer on the large-diameter Si blank wafer. ② The LED active layer remaining on the Si blank wafer is bonded to the Si CMOS wafer at the wafer level through multi-layer metal bonding, ③ the 12-inch Si blank wafer is removed, and ④ the microLED array that functions as a pixel is placed on the Si CMOS wafer. Produced by direct patterning.
그러나 ① 단계에서는 LED 에피택시 다이를 Si 블랭크 웨이퍼 위에 접착할 때, 동일 사이즈의 Si CMOS IC 웨이퍼에서 위치 정렬해서 접합해야 하는 한계가 존재하고, ② 단계에서는 저융점 금속(Sn, In)을 포함한 다층 금속으로 접합할 때, 저융점 금속 성분이 흘러 넘치는 토출 현상이 비교적 쉽게 발생하여 패널 내의 microLED 서브 픽셀 어레이 사이(間) 또는 근접한 이웃에 있는 CMOS IC 전극 패드 어레이와 전기적으로 연결되는 쇼트 불량이 발생하는 문제점이 존재하며, ④ 단계에서는 불투명한 다층 금속 접합층으로 인해 정확한 초미세 패터닝이 어렵고, 플라즈마 건식 공정에서 발생된 다층 금속층 부산물의 재증착(Re-deposition)으로 인해 불량이 야기되는 문제점이 존재한다.However, in step ①, when bonding the LED epitaxial die onto the Si blank wafer, there is a limitation that it must be aligned and bonded on a Si CMOS IC wafer of the same size, and in step ②, multilayers containing low melting point metals (Sn, In) are used. When bonding with metal, it is relatively easy for low melting point metal components to overflow and discharge, resulting in a short circuit between the microLED sub-pixel arrays in the panel or in the electrical connection with the CMOS IC electrode pad array in close proximity. Problems exist, and in step ④, accurate ultra-fine patterning is difficult due to the opaque multi-layer metal bonding layer, and defects occur due to re-deposition of multi-layer metal layer by-products generated in the plasma dry process. .
즉, 상술한 기술들에서 제시된 엔지니어링 모노리식 에피택시 웨이퍼 접근 방법은 5㎛ 미만의 화소 크기를 갖는 초소형 microLED 기반의 LEDoS 구현에 한 발짝 다가가는 솔루션을 제공한 것으로 평가되지만, 웨이퍼 본딩에서 금속(저온, 다층)을 사용함으로써 기인한 품질과 수율 이슈가 존재하고, 3㎛ 미만의 초미세 화소를 갖는 고해상도 마이크로디스플레이 제작은 매우 어려우며, 또한 일부 정렬 공정에 따른 문제점도 존재하므로, 이에 대한 새로운 대안이 필요한 실정이다.In other words, the engineering monolithic epitaxial wafer approach presented in the above-mentioned technologies is evaluated as providing a solution that takes one step closer to implementing LEDoS based on ultra-small microLEDs with a pixel size of less than 5㎛, but the metal (low-temperature) use in wafer bonding , multilayer), there are quality and yield issues, and it is very difficult to produce high-resolution microdisplays with ultra-fine pixels of less than 3㎛, and there are also problems with some alignment processes, so a new alternative is needed. This is the situation.
본 발명의 목적은, 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 프론트 웨이퍼와 백 웨이퍼의 접합 시 세라믹 물질을 이용한 엔지니어링 모노리식 에피택시 웨이퍼(Engineering monolithic epitaxy wafer)를 통해 LED 적층체와 CMOS 전극 패드의 정렬 공정이 필요 없는 LEDoS 마이크로디스플레이 패널을 제조하는, 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널 제조 방법을 제공함에 있다.The purpose of the present invention is to solve the above-described conventional problems, and when bonding the front wafer and the back wafer, the LED stack and the CMOS electrode pad are used through an engineering monolithic epitaxy wafer using a ceramic material. To provide a vertically stacked microdisplay panel manufacturing method for manufacturing an LEDoS microdisplay panel that does not require an alignment process.
상기 목적은, 본 발명에 따라, LED 적층체와 CMOS 전극 패드의 정렬 공정이 필요 없는 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널의 제조 방법에 있어서, 지지 웨이퍼 및 상기 지지 웨이퍼 위에 배치되고 그룹3-5족 화합물 반도체가 에피택시(epitaxy) 성장된 발광부를 포함하며, 각각 서로 다른 색을 발광하는 복수의 프론트 웨이퍼를 준비하고, 상면에 복수의 CMOS 전극 패드가 정렬된 백 웨이퍼를 준비하는 제1 단계; 상기 백 웨이퍼 위에 상기 프론트 웨이퍼를 접합층을 통해 접합시킨 후 상기 지지 웨이퍼를 제거하는 것을 반복함으로써, 상기 백 웨이퍼 위에 복수의 상기 발광부와 상기 접합층을 수직 방향으로 적층하는 제2 단계; 및 적층된 복수의 상기 발광부와 상기 접합층을 식각하여 기 설정된 단위로 분리시킴으로써, 복수의 상기 LED 적층체가 복수의 상기 CMOS 전극 패드 상에 각각 정렬되는 제3 단계를 포함하는, 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널 제조 방법에 의해 달성된다.The above object is, according to the present invention, in the method of manufacturing a vertically stacked microdisplay panel that does not require an alignment process of the LED stack and the CMOS electrode pad, a support wafer and a Group 3-5 compound semiconductor disposed on the support wafer. A first step of preparing a plurality of front wafers including epitaxially grown light emitting parts, each emitting different colors, and preparing a back wafer with a plurality of CMOS electrode pads aligned on the upper surface; a second step of vertically stacking the plurality of light emitting units and the bonding layer on the back wafer by repeatedly bonding the front wafer to the back wafer through a bonding layer and then removing the support wafer; and a third step in which the plurality of LED stacks are respectively aligned on the plurality of CMOS electrode pads by etching the plurality of stacked light emitting units and the bonding layer to separate them into preset units. Vertically stacked microdisplay. This is achieved by a panel manufacturing method.
또한, 상기 접합층은, 광학적으로 투명하고 전기적으로 전도성을 가진 세라믹 물질로 형성될 수 있다.Additionally, the bonding layer may be formed of an optically transparent and electrically conductive ceramic material.
또한, 상기 세라믹 물질은, 투명전도성산화물(TCO), 투명전도성질화물(TCN) 또는 투명전도성산화질화물(TCON)일 수 있다.Additionally, the ceramic material may be transparent conductive oxide (TCO), transparent conductive nitride (TCN), or transparent conductive oxynitride (TCON).
또한, 복수의 상기 프론트 웨이퍼는, 제1 색을 발광하는 제1 프론트 웨이퍼와, 상기 제1 색과 다른 제2 색을 발광하는 제2 프론트 웨이퍼와, 상기 제1 색 및 상기 제2 색과 다른 제3 색을 발광하는 제3 프론트 웨이퍼를 포함할 수 있다.Additionally, the plurality of front wafers may include a first front wafer emitting a first color, a second front wafer emitting a second color different from the first color, and a second front wafer different from the first color and the second color. It may include a third front wafer that emits a third color.
또한, 복수의 상기 LED 적층체 위에 공통전극을 형성시키고, 상기 공통전극 위에 칼라필터를 형성시키는 제4 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, a fourth step of forming a common electrode on the plurality of LED stacks and forming a color filter on the common electrode may be further included.
또한, 상기 제2 단계는, 상기 백 웨이퍼 위에 상기 프론트 웨이퍼를 접합시키기 이전에, 상기 프론트 웨이퍼의 상기 접합층과 상기 백 웨이퍼의 상기 접합층의 표면을 각각 연마하여 평탄화할 수 있다.Additionally, in the second step, before bonding the front wafer onto the back wafer, the surfaces of the bonding layer of the front wafer and the bonding layer of the back wafer may be polished and planarized, respectively.
또한, 상기 지지 웨이퍼와 상기 백 웨이퍼는, 실리콘(Si) 웨이퍼일 수 있다.Additionally, the support wafer and the back wafer may be silicon (Si) wafers.
또한, 상기 발광부는, 제1 도전성을 가지는 제1 반도체 영역과, 상기 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체 영역과, 상기 제1 반도체 영역과 상기 제2 반도체 영역 사이에 개재되며, 전자와 정공의 재결합을 이용하여 광을 생성하는 활성 영역을 포함할 수 있다.In addition, the light emitting unit is disposed between a first semiconductor region having first conductivity, a second semiconductor region having a second conductivity different from the first conductivity, and between the first semiconductor region and the second semiconductor region, It may include an active region that generates light using recombination of electrons and holes.
또한, 상기 발광부의 상면 또는 하면 중 적어도 하나 이상에는, 상기 발광부에 오믹접촉(ohmic contact)되어 전기적으로 연결되는 오믹접촉전극이 형성될 수 있다.Additionally, an ohmic contact electrode may be formed on at least one of the upper or lower surfaces of the light emitting unit to make ohmic contact and be electrically connected to the light emitting unit.
또한, 상기 오믹접촉전극은, 광학적으로 투명하고 전기적으로 전도성을 가진 물질로 형성될 수 있다.Additionally, the ohmic contact electrode may be formed of an optically transparent and electrically conductive material.
또한, 상기 오믹접촉전극은, 표면이 연마되어 평탄화될 수 있다.Additionally, the surface of the ohmic contact electrode may be polished and flattened.
본 발명에 따르면, 정렬 이슈가 존재하는 기존의 모노리식 집적화 방식 또는 혼성화 방식과 다르게, 엔지니어링 모노리식 에피택시 웨이퍼 상의 적층체를 식각하여 기 설정된 단위로 분리시킴으로써 복수의 LED 적층체가 복수의 CMOS 전극 패드 상에 정렬되도록 하므로, 6인치 이하의 소구경 웨이퍼 뿐만 아니라, 8인치 이상의 대구경 웨이퍼를 이용할 수 있게 되어 제품의 수율이 대폭적으로 증대될 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, unlike the existing monolithic integration or hybridization method that has alignment issues, the stack on the engineering monolithic epitaxial wafer is etched to separate it into preset units, so that the plurality of LED stacks are formed into a plurality of CMOS electrode pads. Since they are aligned on the image, it is possible to use not only small-diameter wafers of 6 inches or less, but also large-diameter wafers of 8 inches or more, which has the effect of significantly increasing product yield.
또한, 본 발명에 따르면, 접합층 및 오믹접촉전극이 금속이 아닌 세라믹 물질이 이용되므로 전기적 쇼트 불량이 일어날 가능성이 현저히 낮으며, 소자 신뢰성이 대폭적으로 증대되는 효과가 있다. 또한, LED 적층체 정렬을 위한 플라즈마 건식 공정에서 식각이 용이함과 동시에 식각 부산물이 재증착(Re-deposition)되는 문제도 발생하지 않는 효과가 있다. 더욱이 상술한 식각의 용이함 때문에 3㎛ 미만의 초미세 화소를 갖는 고해상도 마이크로디스플레이 제작에 훨씬 유리한 이점을 제공한다.In addition, according to the present invention, since the bonding layer and the ohmic contact electrode are made of ceramic material rather than metal, the possibility of electrical short circuit failure is significantly low, and device reliability is significantly increased. In addition, in the plasma dry process for aligning the LED stack, etching is easy and there is no problem of re-deposition of etching by-products. Moreover, because of the ease of etching described above, it provides a much advantageous advantage in manufacturing high-resolution microdisplays with ultra-fine pixels of less than 3㎛.
또한, 본 발명에 따르면, 발광부, 접합층 및 오믹접촉전극이 모두 투명하여 가시광선이 투과되므로, 노광 공정에서 정렬 오류 이슈가 없는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, the light emitting part, the bonding layer, and the ohmic contact electrode are all transparent and visible light is transmitted, so there is an effect of eliminating alignment error issues in the exposure process.
한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.Meanwhile, the effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and various effects may be included within the range apparent to those skilled in the art from the contents described below.
도 1은 종래 기술의 마이크로디스플레이 패널의 구조를 도시한 것이고,
도 2는 종래 기술의 LEDoS 개발 접근 방식을 도시한 것이고,
도 3은 종래 기술의 엔지니어링 모노리식 에피택시 웨이퍼를 이용한 접근 방식을 도시한 것이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널 제조 방법의 순서도이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널 제조 방법에 따라 제조된 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널을 도시한 것이고,
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널 제조 방법의 복수의 프론트 웨이퍼가 n-side up 형태로 제조되는 과정을 도시한 것이고,
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널 제조 방법의 복수의 프론트 웨이퍼가 p-side up 형태로 제조되는 과정을 도시한 것이고,
도 10 내지 도 12은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널 제조 방법에 따라 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널이 제조되는 과정을 도시한 것이다.Figure 1 shows the structure of a microdisplay panel of the prior art;
Figure 2 shows a prior art LEDoS development approach;
Figure 3 illustrates an approach using a prior art engineered monolithic epitaxial wafer;
Figure 4 is a flow chart of a vertically stacked microdisplay panel manufacturing method according to an embodiment of the present invention;
Figure 5 shows a vertically stacked microdisplay panel manufactured according to a vertically stacked microdisplay panel manufacturing method according to an embodiment of the present invention;
Figures 6 and 7 show a process in which a plurality of front wafers are manufactured in an n-side up form in the vertically stacked microdisplay panel manufacturing method according to an embodiment of the present invention;
Figures 8 and 9 show a process in which a plurality of front wafers are manufactured in a p-side up form in the vertically stacked microdisplay panel manufacturing method according to an embodiment of the present invention;
10 to 12 illustrate a process of manufacturing a vertically stacked microdisplay panel according to a method of manufacturing a vertically stacked microdisplay panel according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail through illustrative drawings. When adding reference numerals to components in each drawing, it should be noted that identical components are given the same reference numerals as much as possible even if they are shown in different drawings.
또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Additionally, when describing embodiments of the present invention, if detailed descriptions of related known configurations or functions are judged to impede understanding of the embodiments of the present invention, the detailed descriptions will be omitted.
또한, 본 발명의 실시예의 구성요소를 설명함에 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.Additionally, when describing components of embodiments of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, sequence, or order of the component is not limited by the term.
지금부터는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널 제조 방법(S100)에 대해 상세히 설명한다.From now on, with reference to the attached drawings, a vertically stacked microdisplay panel manufacturing method (S100) according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널 제조 방법의 순서도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널 제조 방법에 따라 제조된 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널을 도시한 것이고, 도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널 제조 방법의 복수의 프론트 웨이퍼가 n-side up 형태로 제조되는 과정을 도시한 것이고, 도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널 제조 방법의 복수의 프론트 웨이퍼가 p-side up 형태로 제조되는 과정을 도시한 것이고, 도 10 내지 도 12은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널 제조 방법에 따라 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널이 제조되는 과정을 도시한 것이다.Figure 4 is a flow chart of a vertically stacked microdisplay panel manufacturing method according to an embodiment of the present invention, and Figure 5 is a vertically stacked microdisplay panel manufactured according to a vertically stacked microdisplay panel manufacturing method according to an embodiment of the present invention. 6 and 7 show a process in which a plurality of front wafers are manufactured in an n-side up form in the vertically stacked microdisplay panel manufacturing method according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 8 and 9 shows a process in which a plurality of front wafers are manufactured in a p-side up form in the vertically stacked microdisplay panel manufacturing method according to an embodiment of the present invention, and Figures 10 to 12 show a process according to an embodiment of the present invention. It shows the process of manufacturing a vertically stacked microdisplay panel according to the vertically stacked microdisplay panel manufacturing method.
도 4 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명은 LED 적층체와 CMOS 전극 패드(121)의 정렬 공정이 필요 없는 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널의 제조 방법(S100)에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널 제조 방법(S100)은, 제1 단계(S110)와, 제2 단계(S120)와, 제3 단계(S130)와, 제4 단계(S140)를 포함한다.As shown in FIGS. 4 to 12, the present invention relates to a method (S100) for manufacturing a vertically stacked microdisplay panel that does not require an alignment process of the LED stack and the CMOS electrode pad 121, and is an embodiment of the present invention. The vertically stacked microdisplay panel manufacturing method (S100) according to the example includes a first step (S110), a second step (S120), a third step (S130), and a fourth step (S140).
제1 단계(S110)는 복수의 프론트 웨이퍼(110)를 준비하고, 백 웨이퍼(120)를 준비하는 단계이다.The first step (S110) is a step of preparing a plurality of front wafers 110 and back wafers 120.
보다 상세하게, 복수의 프론트 웨이퍼(110)는 각각 서로 다른 색을 발광하는 것으로, 복수의 프론트 웨이퍼(110)는 제1 색을 발광하는 제1 프론트 웨이퍼(210)와, 제1 색과 다른 제2 색을 발광하는 제2 프론트 웨이퍼(310)와, 제1 색 및 제2 색과 다른 제3 색을 발광하는 제3 프론트 웨이퍼(410)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 색은 적색, 제2 색은 녹색, 제3 색은 청색을 각각 의미할 수 있으나 이에 제한되지는 않는다.In more detail, the plurality of front wafers 110 each emit different colors, and the plurality of front wafers 110 include a first front wafer 210 that emits a first color, and a first color different from the first color. It may include a second front wafer 310 that emits two colors, and a third front wafer 410 that emits a third color different from the first color and the second color. At this time, the first color may refer to red, the second color may refer to green, and the third color may refer to blue, but are not limited thereto.
보다 상세하게, 제1 프론트 웨이퍼(210)와, 제2 프론트 웨이퍼(310)와, 제3 프론트 웨이퍼(410)는 각각 지지 웨이퍼(111)와, 지지 웨이퍼(111)의 상부에 배치되는 발광부(112)(제1 발광부(212), 제2 발광부(312) 및 제3 발광부(412)를 포함함)를 포함한다.In more detail, the first front wafer 210, the second front wafer 310, and the third front wafer 410 each include a support wafer 111 and a light emitting unit disposed on top of the support wafer 111. 112 (including the first light emitting unit 212, the second light emitting unit 312, and the third light emitting unit 412).
지지 웨이퍼(111)는 상부에 배치된 발광부(112)를 지지하는 것으로, 지지 웨이퍼(111)는 후술하는 백 웨이퍼(120)와 접합 시 열팽창계수 차이에 따른 품질 이슈가 발생하는 것을 방지하기 위해 (111), (110) 또는 (100) 결정면을 갖는 실리콘(Si) 웨이퍼로 마련된다.The support wafer 111 supports the light emitting unit 112 disposed on the upper portion, and the support wafer 111 is used to prevent quality issues due to differences in thermal expansion coefficient when bonding with the back wafer 120, which will be described later. It is prepared as a silicon (Si) wafer having a (111), (110) or (100) crystal plane.
발광부(112)는 빛을 생성하는 것으로, 청색광, 녹색광 또는 적색광을 발광시킬 수 있는데, 본 발명에서 발광부(112)가 청색광 또는 녹색광을 발광시키는 경우에는 그룹3-5족 화합물 반도체 중 그룹3족(Al, Ga, In) 질화물 반도체인 질화인듐(InN), 질화인듐갈륨(InGaN), 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄갈륨(AlGaN), 질화알루미늄(AlN), 질화알루미늄갈륨인듐(AlGaInN) 등의 2원계, 3원계, 4원계 화합물이 최초 성장 웨이퍼(G) 위에 적정한 위치와 순서에 배치되어 에피택시(Epitaxy) 성장될 수 있다.The light emitting unit 112 generates light and can emit blue light, green light, or red light. In the present invention, when the light emitting unit 112 emits blue light or green light, it is group 3 among group 3-5 compound semiconductors. Group (Al, Ga, In) nitride semiconductors: indium nitride (InN), indium gallium nitride (InGaN), gallium nitride (GaN), aluminum gallium nitride (AlGaN), aluminum nitride (AlN), aluminum gallium indium nitride (AlGaInN) Binary, ternary, and quaternary compounds such as these can be grown epitaxially by placing them in an appropriate position and order on the first growth wafer (G).
특히, 청색광 또는 녹색광을 발광시키기 위해 높은 인듐(In) 조성을 갖는 고품질의 질화인듐갈륨(InGaN)의 그룹3족 질화물 반도체가 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄갈륨(AlGaN), 질화알루미늄(AlN), 질화알루미늄갈륨인듐(AlGaInN)으로 구성된 그룹3족 질화물 반도체 상부에 우선적으로 형성되어야 하지만, 이에 제한되지 않는다.In particular, in order to emit blue or green light, high-quality Group 3 nitride semiconductors of indium gallium nitride (InGaN) with a high indium (In) composition are used to produce gallium nitride (GaN), aluminum gallium nitride (AlGaN), aluminum nitride (AlN), It should be preferentially formed on a Group 3 nitride semiconductor composed of aluminum gallium indium nitride (AlGaInN), but is not limited to this.
또한, 본 발명에서 발광부(112)가 적색광을 발광시키는 경우에는 그룹3-5족 화합물 반도체 중 그룹3족(Al, Ga, In) 인화물 반도체인 인화인듐(InP), 인화인듐갈륨(InGaP), 인화갈륨(GaP), 인화알루미늄인듐(AlInP), 인화알루미늄갈륨(AlGaP), 인화알루미늄(AlP), 인화알루미늄갈륨인듐(AlGaInP) 등의 2원계, 3원계, 4원계 화합물이 최초 성장 웨이퍼(G) 위에 적정한 위치와 순서에 배치되어 에피택시(Epitaxy) 성장될 수 있다.In addition, in the present invention, when the light emitting unit 112 emits red light, indium phosphide (InP) and indium gallium phosphide (InGaP), which are group 3 (Al, Ga, In) phosphide semiconductors among group 3-5 compound semiconductors, are used. , binary, ternary, and quaternary compounds such as gallium phosphide (GaP), aluminum indium phosphide (AlInP), aluminum gallium phosphide (AlGaP), aluminum phosphide (AlP), and aluminum gallium indium phosphide (AlGaInP) were first grown on wafers ( G) It can be grown epitaxially by placing it in the appropriate position and order.
특히, 적색광을 발광시키기 위해 높은 인듐(In) 조성을 갖는 고품질의 인화인듐갈륨(InGaP)의 그룹3족 인화물 반도체가 인화갈륨(GaP), 인화알루미늄인듐(AlInP), 인화알루미늄갈륨(AlGaP), 인화알루미늄(AlP), 인화알루미늄갈륨인듐(AlGaInP)으로 구성된 그룹3족 인화물 반도체 상부에 우선적으로 형성되어야 하지만, 이에 제한되지 않는다.In particular, in order to emit red light, high-quality Group 3 phosphide semiconductors of indium gallium phosphide (InGaP) with a high indium (In) composition are used to produce red light. It should be preferentially formed on a Group 3 phosphide semiconductor composed of aluminum (AlP) and aluminum gallium indium phosphide (AlGaInP), but is not limited to this.
발광부(112)는 보다 상세하게, 제1 반도체 영역(1121)(예를 들면, p형 반도체 영역)과, 활성 영역(1123)(예를 들면, Multi Quantum Wells, MQWs)과, 제2 반도체 영역(1122)(예를 들면, n형 반도체 영역)을 포함하는데, 성장 웨이퍼(G) 위에 제2 반도체 영역(1122)과, 활성 영역(1123)과, 제1 반도체 영역(1121)이 순서대로 에피택시(Epitaxy) 성장된 구조를 가질 수 있으며, 최종적으로 여러 다층의 그룹3족 질화물로 포함하여 전체적으로 통상 5.0 ~ 8.0㎛ 정도의 두께를 가질 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.In more detail, the light emitting unit 112 includes a first semiconductor region 1121 (e.g., a p-type semiconductor region), an active region 1123 (e.g., Multi Quantum Wells, MQWs), and a second semiconductor region. It includes a region 1122 (e.g., an n-type semiconductor region), in which a second semiconductor region 1122, an active region 1123, and a first semiconductor region 1121 are formed on the growth wafer G in that order. It may have an epitaxially grown structure, and may ultimately include several multi-layered Group 3 nitrides, and may have an overall thickness of typically about 5.0 to 8.0 ㎛, but is not limited thereto.
이러한 제1 반도체 영역(1121), 활성 영역(1123) 및 제2 반도체 영역(1122) 각각은 단층 또는 다층으로 이루어질 수 있으며, 미도시 되었지만 발광부(112)를 성장 웨이퍼(G) 상부에 에피택시 성장시키기에 앞서, 에피택시 성장된 발광부(112)의 고품질화를 위해 버퍼층과 같은 필요한 층들이 추가될 수 있다. 예를 들어, 버퍼층은 스트레스 완화와 박막 품질 개선을 위해 핵생성층(Nucleation Layer)과 도핑되지 않은 반도체 영역(un-doped Semiconductor Region)으로 구성된 완화층(Compliant Layer) 포함하여 통상 4.0㎛ 전후의 두께로 구성될 수 있다. 또한, 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off, LLO) 기법을 이용하여 성장 웨이퍼(G)를 제거하는 경우, 핵생성층과 도핑되지 않은 반도체 영역 사이에는 희생층(Sacrificial Layer)이 구비될 수 있으며, 씨앗층이 희생층으로 기능할 수도 있다.Each of the first semiconductor region 1121, the active region 1123, and the second semiconductor region 1122 may be made of a single layer or multiple layers, and although not shown, the light emitting portion 112 may be epitaxially formed on the top of the growth wafer (G). Prior to growth, necessary layers such as a buffer layer may be added to improve the quality of the epitaxially grown light emitting portion 112. For example, the buffer layer usually has a thickness of around 4.0㎛ and includes a compliant layer composed of a nucleation layer and an undoped semiconductor region to relieve stress and improve thin film quality. It can be composed of: In addition, when removing the growth wafer (G) using a laser lift off (LLO) technique, a sacrificial layer may be provided between the nucleation layer and the undoped semiconductor region, and the seed A layer can also function as a sacrificial layer.
제2 반도체 영역(1122)은 제2 도전성(n형)을 가지는 것으로, 성장 웨이퍼(G) 위에 형성된다. 이러한 제2 반도체 영역(1122)은 2.0 ~ 3.5㎛의 두께를 가질 수 있다.The second semiconductor region 1122 has second conductivity (n-type) and is formed on the growth wafer (G). This second semiconductor region 1122 may have a thickness of 2.0 to 3.5 ㎛.
활성 영역(1123)은 전자와 정공의 재결합을 이용하여 빛을 생성하는 것으로, 제2 반도체 영역(1122) 위에 형성된다. 이러한 활성 영역(1123)은 다층의 수십 ㎚의 두께를 가질 수 있다.The active region 1123 generates light using recombination of electrons and holes, and is formed on the second semiconductor region 1122. This active region 1123 may have a multi-layer thickness of several tens of nm.
제1 반도체 영역(1121)은 제1 도전성(p형)을 가지는 것으로, 활성 영역(1123) 위에 형성된다. 이러한 제1 반도체 영역(1121)은 다층의 수십 ㎚에서 수 ㎛의 두께를 가질 수 있으며, 상부 표면은 갈륨(Ga) 극성을 가진다.The first semiconductor region 1121 has first conductivity (p-type) and is formed on the active region 1123. This first semiconductor region 1121 may have a multi-layer thickness of several tens of nm to several μm, and its upper surface has gallium (Ga) polarity.
즉, 활성 영역(1123)은 제1 반도체 영역(1121)과 제2 반도체 영역(1122) 사이에 개재되어, p형 반도체 영역인 제1 반도체 영역(1121)의 정공과 n형 반도체 영역인 제2 반도체 영역(1122)의 전자가 활성 영역(1123)에서 재결합되면 빛을 생성한다.That is, the active region 1123 is interposed between the first semiconductor region 1121 and the second semiconductor region 1122, and the holes of the first semiconductor region 1121, which is a p-type semiconductor region, and the second semiconductor region, which is an n-type semiconductor region, When electrons in the semiconductor region 1122 are recombined in the active region 1123, light is generated.
또한, 접합층(130)을 통해 프론트 웨이퍼(110)와 백 웨이퍼(120)를 접합시키기 이전에, 발광부(112)의 상면 또는 하면 중 적어도 하나 이상에는 발광부(112)에 오믹접촉(ohmic contact)되어 전기적으로 연결되는, 투명전도성을 가진 오믹접촉전극(113)이 형성될 수 있는데, 이에 대해서는 후술하기로 한다.In addition, before bonding the front wafer 110 and the back wafer 120 through the bonding layer 130, at least one of the upper or lower surface of the light emitting portion 112 is contacted with ohmic contact (ohmic contact) with the light emitting portion 112. An ohmic contact electrode 113 with transparent conductivity that is electrically connected can be formed, which will be described later.
한편, 본 발명의 프론트 웨이퍼(110)는 제2 도전성(n형)을 가진 제2 반도체 영역(1122)이 외부로 노출되는 n-side up 형태로 제조되거나, 제1 도전성(p형)을 가진 제1 반도체 영역(1121)이 외부로 노출되는 p-side up 형태로 제조될 수 있다.Meanwhile, the front wafer 110 of the present invention is manufactured in an n-side up form in which the second semiconductor region 1122 with second conductivity (n-type) is exposed to the outside, or has a first conductivity (p-type). The first semiconductor region 1121 may be manufactured in a p-side up form exposed to the outside.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 프론트 웨이퍼(110)가 제2 도전성(n형)을 가진 제2 반도체 영역(1122)이 외부로 노출되는 n-side up 형태로 제조되는 경우는 1회의 본딩을 통해 성장 웨이퍼(G)를 제거하는 경우로, 그 과정은 다음과 같다.As shown in Figures 6 and 7, when the front wafer 110 of the present invention is manufactured in an n-side up form in which the second semiconductor region 1122 with second conductivity (n-type) is exposed to the outside. is a case where the growth wafer (G) is removed through one bonding, and the process is as follows.
먼저, 발광부(112)가 청색광 또는 녹색광을 발광시키는 경우에는 레이저 빔(단일 파장 광)이 흡수없이 100% 투과(이론 상)되는 광학적으로 투명하고 고온 내열성을 갖는 웨이퍼인 사파이어(Sapphire, α-phase Al2O3) 성장 웨이퍼(G) 위에 제2 반도체 영역(1122), 활성 영역(1123) 및 제1 반도체 영역(1121)을 순서대로 적층시켜 발광부(112)를 에피택시 성장시키고, 제1 반도체 영역(1121)의 상면에 투명전도성을 가진 오믹접촉전극(113)을 형성시킨 다음, (111), (110) 또는 (100) 결정면을 갖는 실리콘(Si) 지지 웨이퍼(111)와 오믹접촉전극(113)을 본딩층(B)을 통해 접착시킨다. 이후, 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off, LLO) 기법을 이용하여 성장 웨이퍼(G)를 발광부(112)로부터 분리시키고, 제2 반도체 영역(1122)을 식각하여 제2 반도체 영역(1122)의 두께를 감소시킨 다음, 두께가 감소된 제2 반도체 영역(1122)의 하면에 투명전도성을 가진 오믹접촉전극(113)을 형성시키고, 하부의 오믹접촉전극(113) 위에 접합층(130)을 증착하여 형성시킴으로써 n-side up 형태의 프론트 웨이퍼(110)를 준비한다.First, when the light emitting unit 112 emits blue light or green light, Sapphire (α-) is an optically transparent wafer with high temperature and heat resistance that transmits 100% of the laser beam (single wavelength light) without absorption (in theory). phase Al 2 O 3 ) The light emitting portion 112 is epitaxially grown by stacking the second semiconductor region 1122, the active region 1123, and the first semiconductor region 1121 in that order on the growth wafer (G). 1 An ohmic contact electrode 113 with transparent conductivity is formed on the upper surface of the semiconductor region 1121, and then ohmic contact is made with a silicon (Si) support wafer 111 having a (111), (110) or (100) crystal plane. The electrode 113 is bonded through the bonding layer (B). Thereafter, the growth wafer (G) is separated from the light emitting portion 112 using a laser lift off (LLO) technique, and the second semiconductor region 1122 is etched to reduce the thickness of the second semiconductor region 1122. After reducing, an ohmic contact electrode 113 with transparent conductivity is formed on the lower surface of the second semiconductor region 1122 of which the thickness has been reduced, and a bonding layer 130 is deposited on the lower ohmic contact electrode 113. The n-side up type front wafer 110 is prepared by forming it.
또 다른 한편으로는 사파이어(Sapphire, α-phase Al2O3) 성장 웨이퍼(G) 대신 (111) 결정면을 갖는 실리콘(Si) 위에 청색광 또는 녹색광의 발광부(112)를 형성시킬 수 있으며, 이때 실리콘(Si) 성장 웨이퍼(G)는 기계적 연마 또는 화학적 식각 기법(케미컬 리프트 오프, Chemical Lift Off, CLO)으로 분리 제거할 수 있다.On the other hand, the blue or green light emitting part 112 can be formed on silicon (Si) having a (111) crystal plane instead of the sapphire (α-phase Al 2 O 3 ) growth wafer (G). The silicon (Si) growth wafer (G) can be separated and removed using mechanical polishing or chemical etching techniques (Chemical Lift Off, CLO).
또한, 발광부(112)가 적색광을 발광시키는 경우에는 발광부(112)가 적색광을 발광시키는 경우에는 비소화갈륨(GaAs) 성장 웨이퍼(G) 위에 제2 반도체 영역(1122), 활성 영역(1123) 및 제1 반도체 영역(1121)을 순서대로 적층시켜 발광부(112)를 에피택시 성장시키고, 제1 반도체 영역(1121)의 상면에 투명전도성을 가진 오믹접촉전극(113)을 형성시킨 다음, (111), (110) 또는 (100) 결정면을 갖는 실리콘(Si) 지지 웨이퍼(111)와 오믹접촉전극(113)을 본딩층(B)을 통해 접착시킨다. 이후, 케미컬 리프트 오프(Chemical Lift Off, CLO) 기법을 이용하여 성장 웨이퍼(G)를 발광부(112)로부터 분리시키고, 제2 반도체 영역(1122)을 식각하여 제2 반도체 영역(1122)의 두께를 감소시킨 다음, 두께가 감소된 제2 반도체 영역(1122)의 하면에 투명전도성을 가진 오믹접촉전극(113)을 형성시키고, 하부의 오믹접촉전극(113) 위에 접합층(130)을 증착하여 형성시킴으로써 n-side up 형태의 프론트 웨이퍼(110)를 준비한다.In addition, when the light emitting unit 112 emits red light, the second semiconductor region 1122 and the active region 1123 are formed on the gallium arsenide (GaAs) growth wafer (G). ) and the first semiconductor region 1121 are sequentially stacked to epitaxially grow the light emitting portion 112, and an ohmic contact electrode 113 with transparent conductivity is formed on the upper surface of the first semiconductor region 1121, A silicon (Si) support wafer 111 having a (111), (110) or (100) crystal plane and an ohmic contact electrode 113 are bonded through a bonding layer (B). Thereafter, the growth wafer (G) is separated from the light emitting portion 112 using a chemical lift off (CLO) technique, and the second semiconductor region 1122 is etched to reduce the thickness of the second semiconductor region 1122. After reducing, an ohmic contact electrode 113 with transparent conductivity is formed on the lower surface of the second semiconductor region 1122 of which the thickness has been reduced, and a bonding layer 130 is deposited on the lower ohmic contact electrode 113. The n-side up type front wafer 110 is prepared by forming it.
이에 따라, 프론트 웨이퍼(110)가 n-side up 형태를 가지는 경우 (111), (110), 또는 (100) 결정면을 갖는 실리콘(Si) 지지 웨이퍼(111), 본딩층(B), 오믹접촉전극(113), 제1 반도체 영역(1121), 활성 영역(1123), 제2 반도체 영역(1122), 오믹접촉전극(113) 및 접합층(130)이 순서대로 적층된 구조를 갖게 되며, 실리콘(Si) 지지 웨이퍼(111)는 이후 실리콘(Si) 백 웨이퍼(120)와의 접합 시 열팽창계수의 차이가 없어 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널의 품질 안정화에 기여하게 된다.Accordingly, when the front wafer 110 has an n-side up shape, a silicon (Si) support wafer 111 having a (111), (110), or (100) crystal plane, a bonding layer (B), and an ohmic contact It has a structure in which the electrode 113, the first semiconductor region 1121, the active region 1123, the second semiconductor region 1122, the ohmic contact electrode 113, and the bonding layer 130 are stacked in that order, and the silicon The (Si) support wafer 111 has no difference in thermal expansion coefficient when bonded to the silicon (Si) back wafer 120, thereby contributing to stabilizing the quality of the vertically stacked microdisplay panel.
또한, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 프론트 웨이퍼(110)가 제1 도전성(p형)을 가진 제1 반도체 영역(1121)이 외부로 노출되는 p-side up 형태로 제조되는 경우는 2회의 본딩을 통해 성장 웨이퍼(G) 및 임시 웨이퍼(T)를 제거하는 경우로, 그 과정은 다음과 같다.In addition, as shown in FIGS. 8 and 9, the front wafer 110 of the present invention is manufactured in a p-side up form in which the first semiconductor region 1121 with first conductivity (p type) is exposed to the outside. In this case, the growth wafer (G) and temporary wafer (T) are removed through two bonding processes, and the process is as follows.
먼저, 발광부(112)가 청색광 또는 녹색광을 발광시키는 경우에는 레이저 빔(단일 파장 광)이 흡수없이 100% 투과(이론 상)되는 광학적으로 투명하고 고온 내열성을 갖는 웨이퍼인 사파이어(Sapphire, α-phase Al2O3) 성장 웨이퍼(G) 위에 제2 반도체 영역(1122), 활성 영역(1123) 및 제1 반도체 영역(1121)을 순서대로 적층시켜 발광부(112)를 에피택시 성장시키고, 제1 반도체 영역(1121)의 상면에 투명전도성을 가진 오믹접촉전극(113)을 형성시킨 다음, (111), (110) 또는 (100) 결정면을 갖는 실리콘(Si) 임시 웨이퍼(T)와 오믹접촉전극(113)을 접착층(A)을 통해 접착시킨다. 이후, 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off, LLO) 기법을 이용하여 성장 웨이퍼(G)를 발광부(112)로부터 분리시키고, 제2 반도체 영역(1122)을 식각하여 제2 반도체 영역(1122)의 두께를 감소시킨 다음, 두께가 감소된 제2 반도체 영역(1122)의 하면에 투명전도성을 가진 오믹접촉전극(113)을 형성시키고, (111), (110), 또는 (100) 결정면을 갖는 실리콘(Si) 지지 웨이퍼(111)와 오믹접촉전극(113)을 본딩층(B)을 통해 서로 접합시킨다. 이후, 케미컬 리프트 오프(Chemical Lift Off, CLO) 기법을 이용하여 임시 웨이퍼(T)를 접착층(A)으로부터 분리시키고 접착층(A)을 식각하여 제거하고, 상부의 오믹접촉전극(113) 위에 접합층(130)을 증착하여 형성시킴으로써 p-side up 형태의 프론트 웨이퍼(110)를 준비한다.First, when the light emitting unit 112 emits blue light or green light, Sapphire (α-) is an optically transparent wafer with high temperature and heat resistance that transmits 100% of the laser beam (single wavelength light) without absorption (in theory). phase Al 2 O 3 ) The light emitting portion 112 is epitaxially grown by stacking the second semiconductor region 1122, the active region 1123, and the first semiconductor region 1121 in that order on the growth wafer (G). 1 An ohmic contact electrode 113 with transparent conductivity is formed on the upper surface of the semiconductor region 1121, and then ohmic contact is made with a silicon (Si) temporary wafer (T) having a (111), (110), or (100) crystal plane. The electrode 113 is adhered through the adhesive layer (A). Thereafter, the growth wafer (G) is separated from the light emitting portion 112 using a laser lift off (LLO) technique, and the second semiconductor region 1122 is etched to reduce the thickness of the second semiconductor region 1122. After reducing, an ohmic contact electrode 113 with transparent conductivity is formed on the lower surface of the second semiconductor region 1122 of which the thickness has been reduced, and silicon (111), (110), or (100) having a crystal plane is formed. Si) The support wafer 111 and the ohmic contact electrode 113 are bonded to each other through the bonding layer (B). Afterwards, the temporary wafer (T) is separated from the adhesive layer (A) using a chemical lift off (CLO) technique, the adhesive layer (A) is removed by etching, and the adhesive layer is formed on the upper ohmic contact electrode 113. A front wafer 110 in a p-side up shape is prepared by depositing (130) to form it.
또 다른 한편으로는 사파이어(Sapphire, α-phase Al2O3) 성장 웨이퍼(G) 대신 (111) 결정면을 갖는 실리콘(Si) 위에 청색광 또는 녹색광의 발광부(112)를 형성시킬 수 있으며, 이때 실리콘(Si) 성장 웨이퍼(G)와 지지 웨이퍼(111)는 기계적 연마 또는 화학적 식각 기법(케미컬 리프트 오프, Chemical Lift Off, CLO)으로 분리 제거한다.On the other hand, the blue or green light emitting part 112 can be formed on silicon (Si) having a (111) crystal plane instead of the sapphire (α-phase Al 2 O 3 ) growth wafer (G). The silicon (Si) growth wafer (G) and the support wafer 111 are separated and removed by mechanical polishing or chemical etching (Chemical Lift Off, CLO).
또한, 발광부(112)가 적색광을 발광시키는 경우에는 비소화갈륨(GaAs) 성장 웨이퍼(G) 위에 제2 반도체 영역(1122), 활성 영역(1123) 및 제1 반도체 영역(1121)을 순서대로 적층시켜 발광부(112)를 에피택시 성장시키고, 제1 반도체 영역(1121)의 상면에 투명전도성을 가진 오믹접촉전극(113)을 형성시킨 다음, (111), (110) 또는 (100) 결정면을 갖는 실리콘(Si) 지지 웨이퍼(111)와 오믹접촉전극(113)을 본딩층(B)을 통해 접착시킨다. 이후, 케미컬 리프트 오프(Chemical Lift Off, CLO) 기법을 이용하여 성장 웨이퍼(G)를 발광부(112)로부터 분리시키고, 제2 반도체 영역(1122)을 식각하여 제2 반도체 영역(1122)의 두께를 감소시킨 다음, 두께가 감소된 제2 반도체 영역(1122)의 하면에 투명전도성을 가진 오믹접촉전극(113)을 형성시키고, (111), (110), 또는 (100) 결정면을 갖는 실리콘(Si) 지지 웨이퍼(111)와 오믹접촉전극(113)을 본딩층(B)을 통해 서로 접합시킨다. 이후, 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off, LLO) 기법을 이용하여 임시 웨이퍼(T)를 접착층(A)으로부터 분리시키고 접착층(A)을 식각하여 제거하고, 상부의 오믹접촉전극(113) 위에 접합층(130)을 증착하여 형성시킴으로써 p-side up 형태의 프론트 웨이퍼(110)를 준비한다.In addition, when the light emitting unit 112 emits red light, the second semiconductor region 1122, the active region 1123, and the first semiconductor region 1121 are sequentially formed on the gallium arsenide (GaAs) growth wafer (G). The light-emitting portion 112 is epitaxially grown by stacking, and an ohmic contact electrode 113 with transparent conductivity is formed on the upper surface of the first semiconductor region 1121, and then (111), (110), or (100) crystal plane. The silicon (Si) support wafer 111 and the ohmic contact electrode 113 are bonded through the bonding layer (B). Thereafter, the growth wafer (G) is separated from the light emitting portion 112 using a chemical lift off (CLO) technique, and the second semiconductor region 1122 is etched to reduce the thickness of the second semiconductor region 1122. After reducing, an ohmic contact electrode 113 with transparent conductivity is formed on the lower surface of the second semiconductor region 1122 of which the thickness has been reduced, and silicon (111), (110), or (100) having a crystal plane is formed. Si) The support wafer 111 and the ohmic contact electrode 113 are bonded to each other through the bonding layer (B). Afterwards, the temporary wafer (T) is separated from the adhesive layer (A) using a laser lift off (LLO) technique, the adhesive layer (A) is removed by etching, and the adhesive layer is formed on the upper ohmic contact electrode 113. A front wafer 110 in a p-side up shape is prepared by depositing (130) to form it.
이에 따라, 프론트 웨이퍼(110)가 p-side up 형태를 가지는 경우 (111), (110), 또는 (100) 결정면을 갖는 실리콘(Si) 지지 웨이퍼(111), 본딩층(B), 오믹접촉전극(113), 제2 반도체 영역(1122), 활성 영역(1123), 제1 반도체 영역(1121), 오믹접촉전극(113) 및 접합층(130)이 순서대로 적층된 구조를 갖게 되며, 실리콘(Si) 지지 웨이퍼(111)는 이후 실리콘(Si) 백 웨이퍼(120)와의 접합 시 열팽창계수의 차이가 없어 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널의 품질 안정화에 기여하게 된다.Accordingly, when the front wafer 110 has a p-side up shape, a silicon (Si) support wafer 111 having a (111), (110), or (100) crystal plane, a bonding layer (B), and an ohmic contact It has a structure in which the electrode 113, the second semiconductor region 1122, the active region 1123, the first semiconductor region 1121, the ohmic contact electrode 113, and the bonding layer 130 are stacked in that order, and the silicon The (Si) support wafer 111 has no difference in thermal expansion coefficient when bonded to the silicon (Si) back wafer 120, thereby contributing to stabilizing the quality of the vertically stacked microdisplay panel.
나아가, 상술한 p-side up 또는 n-side up 형태의 프론트 웨이퍼(110)의 제조 과정에서 제1 반도체 영역(1121)의 표면 또는 제2 반도체 영역(1122)의 표면 위에 오믹접촉전극(113)이 형성되기 전, 제1 반도체 영역(1121)의 표면이 노출되거나(p-side up의 형태) 제2 반도체 영역(1122)의 표면이 노출되는(n-side up의 형태) 경우 각각 매끄러운 표면을 가질 수 있도록, 해당 표면은 각각 기계적 연마(Mechanical Polishing, MP) 또는 화학-기계적 연마(Chemical-Mechanical Polishing, CMP)를 통해 연마되어 매끄럽게 평탄화될 수 있다.Furthermore, during the manufacturing process of the front wafer 110 of the p-side up or n-side up type described above, the ohmic contact electrode 113 is placed on the surface of the first semiconductor region 1121 or the surface of the second semiconductor region 1122. Before this is formed, when the surface of the first semiconductor region 1121 is exposed (in the form of p-side up) or the surface of the second semiconductor region 1122 is exposed (in the form of n-side up), each has a smooth surface. To achieve this, the surface may be polished and smoothened through mechanical polishing (MP) or chemical-mechanical polishing (CMP), respectively.
한편, 프론트 웨이퍼(110)의 오믹접촉전극(113)은 투명전도성을 가진 물질로 형성되는데, 오믹접촉전극(113)이 p형 반도체인 제1 반도체 영역(1121)에 접하도록 형성되는 경우에 오믹접촉전극(113) 물질은 NiO, PtO, PdO, AgO2, Au, Rh2O3, RuO2, In2O3, SnO2, ZnO, IZO, ITO 및 IGZO를 포함할 수 있으며, 오믹접촉전극(113)이 n형 반도체인 제2 반도체 영역(1122)에 접하도록 형성되는 경우에 오믹접촉전극(113) 물질은 TiN, CrN, VN, In2O3, SnO2, ZnO, IZO, ITO 및 IGZO를 포함할 수 있다. 나아가 갈륨(Ga) 극성을 갖는 제1 반도체 영역(1121)의 표면에 비해 질소(N) 극성을 갖는 제2 반도체 영역(1122)의 표면은 표면 거칠기 상태가 매우 크기 때문에, 투명전도성을 갖는 오믹접촉전극(113)을 형성시키기에 앞서 제2 반도체 영역(1122)의 표면을 연마하여 평탄화하는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 도입하는 것이 바람직하다.Meanwhile, the ohmic contact electrode 113 of the front wafer 110 is formed of a transparent conductive material. When the ohmic contact electrode 113 is formed to contact the first semiconductor region 1121, which is a p-type semiconductor, the ohmic contact electrode 113 is formed of a transparent conductive material. The contact electrode 113 material may include NiO, PtO, PdO, AgO 2 , Au, Rh 2 O 3 , RuO 2 , In 2 O 3 , SnO 2 , ZnO, IZO, ITO, and IGZO, and is an ohmic contact electrode. When (113) is formed to be in contact with the second semiconductor region 1122, which is an n-type semiconductor, the ohmic contact electrode 113 material is TiN, CrN, VN, In 2 O 3 , SnO 2 , ZnO, IZO, ITO, and May include IGZO. Furthermore, since the surface of the second semiconductor region 1122 with nitrogen (N) polarity has a very large surface roughness compared to the surface of the first semiconductor region 1121 with gallium (Ga) polarity, ohmic contact with transparent conductivity Before forming the electrode 113, it is desirable to introduce a CMP (Chemical Mechanical Polishing) process to polish and flatten the surface of the second semiconductor region 1122.
또한, 프론트 웨이퍼(110)에서 형성된 오믹접촉전극(113)의 표면 또한 각각 기계적 연마(Mechanical Polishing, MP) 또는 화학-기계적 연마(Chemical-Mechanical Polishing, CMP)를 통해 연마되어 매끄럽게 평탄화될 수 있다.Additionally, the surface of the ohmic contact electrode 113 formed on the front wafer 110 may also be polished and smoothened through mechanical polishing (MP) or chemical-mechanical polishing (CMP), respectively.
백 웨이퍼(120)는 액티브 매트릭스(Active Matrix, AM) 방식으로 구동되는 능동 구동형 IC로서, 상면에 복수의 CMOS 전극 패드(121)가 어레이(array) 배열된 CMOS 웨이퍼를 의미하며, 복수의 CMOS 전극 패드(121) 사이에는 패시베이션층이 형성될 수 있다.The back wafer 120 is an active driving IC driven by an active matrix (AM) method. It refers to a CMOS wafer with a plurality of CMOS electrode pads 121 arranged in an array on the upper surface, and includes a plurality of CMOS wafers. A passivation layer may be formed between the electrode pads 121.
여기서 백 웨이퍼(120)는 (100) 결정면을 갖는 실리콘(Si) 웨이퍼로 마련되며, 표준 CMOS IC 공정에 따라 8인치 또는 12인치의 실리콘(Si) 웨이퍼로 마련되는 것이 바람직하다.Here, the back wafer 120 is prepared as a silicon (Si) wafer having a (100) crystal plane, and is preferably prepared as an 8-inch or 12-inch silicon (Si) wafer according to a standard CMOS IC process.
제2 단계(S120)는 프론트 웨이퍼(110)의 발광부(112)가 백 웨이퍼(120)의 CMOS 전극 패드(121) 측을 향하도록, 즉 프론트 웨이퍼(110)의 발광부(112)와 백 웨이퍼(120)의 CMOS 전극 패드(121)가 서로 마주보도록 백 웨이퍼(120) 위에 상하가 역전된 프론트 웨이퍼(110)를 접합층(130)을 통해 접합시킨 후 지지 웨이퍼(111)를 제거하는 것을 반복함으로써, 백 웨이퍼(120) 위에 복수의 발광부(112)와 복수의 접합층(130)을 수직 방향으로 적층하는 단계이다.The second step (S120) is such that the light emitting portion 112 of the front wafer 110 is directed toward the CMOS electrode pad 121 of the back wafer 120, that is, the light emitting portion 112 of the front wafer 110 and the back wafer 110 are aligned. After bonding the front wafer 110 with the top and bottom reversed on the back wafer 120 through the bonding layer 130 so that the CMOS electrode pads 121 of the wafer 120 face each other, the support wafer 111 is removed. This is a step of stacking a plurality of light emitting units 112 and a plurality of bonding layers 130 in a vertical direction on the back wafer 120 by repeating.
여기서 프론트 웨이퍼(110)의 지지 웨이퍼(111)는 (111), (110) 또는 (100) 결정면을 갖는 실리콘(Si) 웨이퍼이며, 백 웨이퍼(120)도 (100) 결정면을 갖는 실리콘(Si) 웨이퍼이므로, 접합 시 열팽창계수 차이가 없어 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널의 품질 안정화에 기여하게 된다.Here, the support wafer 111 of the front wafer 110 is a silicon (Si) wafer having a (111), (110) or (100) crystal plane, and the back wafer 120 is also a silicon (Si) wafer having a (100) crystal plane. Because it is a wafer, there is no difference in thermal expansion coefficient during bonding, contributing to stabilizing the quality of the vertically stacked microdisplay panel.
이때, 제2 단계(S120)는 고압 또는 외부의 전기장을 이용하지 않고, 반데르발스 힘에 기인하여 매끄러운 표면이 서로 달라붙는 성질을 이용한다. 이에 따라, 프론트 웨이퍼(110)와 백 웨이퍼(120)를 접합층(130)을 통해 접합시키기 이전에 CMP 공정을 도입하여 각각의 접합면의 거칠기가 매우 낮은 상태(Rq, < 0.5nm @ 2㎛ × 2㎛)가 되도록 하고, 표면 사이에 불순물 등 입자(particle)가 없도록 하는 것이 바람직하다. 이를 위해 제2 단계(S120)에서는 프론트 웨이퍼(110)와 백 웨이퍼(120)를 접합시키기 이전에, 프론트 웨이퍼(110)의 접합층(130)과 백 웨이퍼(120)의 접합층(130)의 표면을 각각 기계적 연마(Mechanical Polishing, MP) 또는 화학-기계적 연마(Chemical-Mechanical Polishing, CMP)를 통해 연마하여 매끄럽게 평탄할 수 있다. At this time, the second step (S120) does not use high pressure or an external electric field, but uses the property of smooth surfaces to stick to each other due to van der Waals force. Accordingly, the CMP process is introduced before bonding the front wafer 110 and the back wafer 120 through the bonding layer 130, so that the roughness of each bonding surface is very low (Rq, < 0.5nm @ 2㎛). × 2㎛), and it is desirable to ensure that there are no particles such as impurities between the surfaces. To this end, in the second step (S120), before bonding the front wafer 110 and the back wafer 120, the bonding layer 130 of the front wafer 110 and the bonding layer 130 of the back wafer 120 are The surface can be polished smoothly and flatly through mechanical polishing (MP) or chemical-mechanical polishing (CMP), respectively.
여기서 접합층(130)은 광학적으로 투명하고 전기적으로 전도성을 갖는, 즉 투명전도성을 가진 세라믹(ceramic) 물질로 형성되는데, 여기서 광학적으로 투명한 것은 광학식 노광(Photolithography) 공정에서 사용하는 빛(가시광선 포함)의 파장대역에서 Transparent(80% 이상의 투과도) 또는 Translucent(50% 이상의 투과도를 갖는 반투명)를 의미하고, 전기적으로 전도성을 갖는 것은 10-3Ω/㎝ 미만 수준의 전기 저항을 구비한 것을 의미한다. 이러한 투명전도성을 가진 세라믹 물질은 투명전도성산화물(Transparent conductive oxide, TCO), 투명전도성질화물(Transparent conductive nitride, TCN) 및 투명전도성산화질화물(Transparent conductive oxide nitride, TCON)을 포함한다.Here, the bonding layer 130 is formed of a ceramic material that is optically transparent and electrically conductive, that is, has transparent conductivity. Here, the optically transparent material is made of a ceramic material that is optically transparent and electrically conductive. ) refers to Transparent (with a transmittance of 80% or more) or Translucent (with a transmittance of 50% or more), and electrically conductive means having an electrical resistance of less than 10 -3 Ω/cm. . Ceramic materials with such transparent conductivity include transparent conductive oxide (TCO), transparent conductive nitride (TCN), and transparent conductive oxide nitride (TCON).
이때, 세라믹 물질이 투명전도성산화물인 경우에 세라믹 물질은 In2O3, SnO2, ZnO, IZO, ITO 및 IGZO를 포함할 수 있고, 세라믹 물질이 투명전도성질화물인 경우에 세라믹 물질은 TiN, CrN 및 VN을 포함할 수 있으며, 세라믹 물질이 투명전도성산화질화물인 경우에 세라믹 물질은 InON, SnON, ZnON,IZON, ITON 및 IGZON을 포함할 수 있다.At this time, when the ceramic material is a transparent conductive oxide, the ceramic material may include In 2 O 3 , SnO 2 , ZnO, IZO, ITO, and IGZO, and when the ceramic material is a transparent conductive nitride, the ceramic material may include TiN or CrN. and VN, and when the ceramic material is transparent conductive oxynitride, the ceramic material may include InON, SnON, ZnON, IZON, ITON, and IGZON.
보다 상세하게, 도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이 제2 단계(S120)는 n-side up(또는 p-side up) 형태의 제1 프론트 웨이퍼(210)의 제1 발광부(212)가 백 웨이퍼(120)의 CMOS 전극 패드(121) 측을 향하도록, 백 웨이퍼(120) 위에 제1 프론트 웨이퍼(210)를 접합층(130)을 통해 접합시킨 후 케미컬 리프트 오프(Chemical Lift Off, CLO) 기법 등을 이용하여 지지 웨이퍼(111)를 제거하고 본딩층(B)을 식각하여 제거한다.In more detail, as shown in FIGS. 10 to 12, the second step (S120) is the first light emitting unit 212 of the first front wafer 210 in the n-side up (or p-side up) form. After bonding the first front wafer 210 to the back wafer 120 through the bonding layer 130 so as to face the CMOS electrode pad 121 of the back wafer 120, chemical lift off (CLO) is performed. ) The support wafer 111 is removed using a technique, etc., and the bonding layer (B) is removed by etching.
이후, n-side up(또는 p-side up) 형태의 제2 프론트 웨이퍼(310)의 제2 발광부(312)가 백 웨이퍼(120)의 CMOS 전극 패드(121) 측을 향하도록, 오믹접촉전극(113)이 상하면에 각각 형성된 제1 발광부(212)가 접합되어 있는 백 웨이퍼(120) 위에 제2 프론트 웨이퍼(310)를 접합층(130)을 통해 접합시킨 후 케미컬 리프트 오프(Chemical Lift Off, CLO) 기법 등을 이용하여 지지 웨이퍼(111)를 제거하고 본딩층(B)을 식각하여 제거한다.Afterwards, ohmic contact is made so that the second light emitting unit 312 of the second front wafer 310 in the n-side up (or p-side up) form is directed toward the CMOS electrode pad 121 of the back wafer 120. After bonding the second front wafer 310 to the back wafer 120 to which the first light emitting portion 212, where the electrodes 113 are formed on the upper and lower sides, is bonded, through the bonding layer 130, a chemical lift off is performed. The support wafer 111 is removed using the Off, CLO) technique, and the bonding layer (B) is removed by etching.
이후, n-side up(또는 p-side up) 형태의 제3 프론트 웨이퍼(410)의 제3 발광부(412)가 백 웨이퍼(120)의 CMOS 전극 패드(121) 측을 향하도록, 오믹접촉전극(113)이 상하면에 각각 형성된 제2 발광부(312)가 접합되어 있는 백 웨이퍼(120) 위에 제3 프론트 웨이퍼(410)를 접합층(130)을 통해 접합시킨 후 케미컬 리프트 오프(Chemical Lift Off, CLO) 기법 등을 이용하여 지지 웨이퍼(111)를 제거하고 본딩층(B)을 식각하여 제거함으로써 백웨이퍼, 접합층(130), 상하면에 오믹접촉전극(113)이 각각 형성된 제1 발광부(212), 접합층(130), 상하면에 오믹접촉전극(113)이 각각 형성된 제2 발광부(312), 접합층(130) 및 상하면에 오믹접촉전극(113)이 각각 형성된 제3 발광부(412)가 수직 방향으로 적층된 구조를 갖게 되며, 제1 발광부(212), 제2 발광부(312) 및 제3 발광부(412)가 동시에 발광함에 따라 백색을 발광하게 된다.Afterwards, ohmic contact is made so that the third light emitting unit 412 of the third front wafer 410 in the n-side up (or p-side up) form is directed toward the CMOS electrode pad 121 of the back wafer 120. After bonding the third front wafer 410 to the back wafer 120 to which the second light emitting portion 312, where the electrode 113 is formed on the upper and lower surfaces, is bonded, through the bonding layer 130, a chemical lift off is performed. Off, CLO) technique, etc., remove the support wafer 111 and remove the bonding layer (B) by etching, so that the back wafer, the bonding layer 130, and the ohmic contact electrode 113 are formed on the upper and lower surfaces, respectively. A second light emitting unit 312 having a bonding layer 130, a bonding layer 130, and ohmic contact electrodes 113 formed on the upper and lower surfaces, respectively, and a third light emitting part 312 having a bonding layer 130, and ohmic contact electrodes 113 formed on the upper and lower surfaces, respectively. The parts 412 have a vertically stacked structure, and the first light emitting part 212, the second light emitting part 312, and the third light emitting part 412 emit white light at the same time.
이때, 빛의 파장을 고려하여, 하층의 제1 발광부(212)의 제1 색은 파장이 긴 적색으로, 중층의 제2 발광부(312)의 제2 색은 녹색으로, 상층의 제3 발광부(412)의 제3 색은 파장이 짧은 청색이 발광되도록 하는 것이 바람직하나, 이에 제한되지는 않는다.At this time, considering the wavelength of light, the first color of the first light emitting part 212 in the lower layer is red, which has a long wavelength, the second color of the second light emitting part 312 in the middle layer is green, and the third color in the upper layer is green. The third color of the light emitting unit 412 is preferably blue, which has a short wavelength, but is not limited thereto.
이후, 제2 단계(S120)에서 복수의 프론트 웨이퍼(110)와 백 웨이퍼(120)가 접합된 후에는, 백 웨이퍼(120)의 CMOS 회로에 손상이 가지 않도록 400℃ 미만의 온도에서 접합층(130)에 대한 열처리를 필수적으로 수행하게 되며, 백 웨이퍼(120)의 상부에 배치되는 접합층(130)과, 접합층(130)의 상부에 배치되는 제1 발광부(212)와, 제1 발광부(212)의 상부에 배치되는 접합층(130)과, 접합층(130)의 상부에 배치되는 제2 발광부(312)와, 제2 발광부(312)의 상부에 배치되는 접합층(130)과, 접합층(130)의 상부에 배치되는 제3 발광부(412)가 순서대로 적층된 구조를 가지게 되고, 제1 발광부(212), 제2 발광부(312) 및 제3 발광부(412) 각각의 상면 또는 하면 중 적어도 하나 이상에는 투명전도성을 가진 오믹접촉전극(113)이 형성된 구조를 가지게 된다. 즉, CMOS 전극 패드(121) 어레이로 구성된 CMOS IC 웨이퍼 위에서 투명한 스택층 구조체를 이루게 되어, 본 발명의 엔지니어링 모노리식 에피택시 웨이퍼(Engineering monolithic epitaxy wafer) 구조를 이루게 된다.Thereafter, after the plurality of front wafers 110 and the back wafer 120 are bonded in the second step (S120), the bonding layer ( Heat treatment is essentially performed on the back wafer 120, the bonding layer 130 disposed on the top of the back wafer 120, the first light emitting portion 212 disposed on the top of the bonding layer 130, and the first A bonding layer 130 disposed on top of the light emitting portion 212, a second light emitting portion 312 disposed on top of the bonding layer 130, and a bonding layer disposed on top of the second light emitting portion 312. 130 and the third light emitting unit 412 disposed on top of the bonding layer 130 have a stacked structure in that order, and the first light emitting unit 212, the second light emitting unit 312, and the third light emitting unit 412 are sequentially stacked. Each light emitting unit 412 has a structure in which an ohmic contact electrode 113 with transparent conductivity is formed on at least one of the upper or lower surfaces. That is, a transparent stack layer structure is formed on a CMOS IC wafer composed of an array of CMOS electrode pads 121, thereby forming the engineering monolithic epitaxy wafer structure of the present invention.
제3 단계(S130)는 수직 적층된 복수의 발광부(112), 접합층(130) 및 오믹접촉전극(113)을 식각하여 기 설정된 단위(픽셀 또는 서브 픽셀 단위)로 분리시킴으로써, 복수의 LED 적층체가 복수의 CMOS 전극 패드(121) 상에 각각 배치되어 정렬되도록 하는 단계로, 종래의 프론트 웨이퍼(110)의 LED 적층체와 백 웨이퍼(120)의 CMOS 전극 패드(121)를 서로 정렬시키는 공정이 필요 없도록 하는 단계이다.The third step (S130) is to etch the plurality of vertically stacked light emitting units 112, bonding layer 130, and ohmic contact electrodes 113 to separate them into preset units (pixel or sub-pixel units), thereby forming a plurality of LEDs. A step of aligning the laminate by arranging it on each of the plurality of CMOS electrode pads 121. A process of aligning the conventional LED laminate of the front wafer 110 and the CMOS electrode pad 121 of the back wafer 120 with each other. This is a step to eliminate the need for this.
즉, 본 발명에서의 LED 적층체란 수직 적층된 복수의 발광부(112), 접합층(130) 및 오믹접촉전극(113)이 수직 방향으로 식각된 후 기 설정된 단위(픽셀 또는 서브 픽셀 단위)로 분리된 것을 의미하며, 제3 단계(S130)는 백 웨이퍼(120)의 표면 또는 인접한 영역이 노출될 때까지 발광부(112), 접합층(130) 및 오믹접촉전극(113)을 수직 방향으로 식각하여 어레이 배열된, 다시 말해 정렬된 CMOS 전극 패드(121)의 상부에 복수의 LED 적층체가 정렬되도록 한다.That is, the LED stack in the present invention is a plurality of vertically stacked light emitting units 112, bonding layer 130, and ohmic contact electrodes 113 etched in the vertical direction and then set to a preset unit (pixel or subpixel unit). means separation, and the third step (S130) is to move the light emitting portion 112, the bonding layer 130, and the ohmic contact electrode 113 in a vertical direction until the surface of the back wafer 120 or an adjacent area is exposed. A plurality of LED stacks are aligned on top of the arrayed, that is, aligned, CMOS electrode pads 121 by etching them.
이때 본 발명의 발광부(112), 접합층(130) 및 오믹접촉전극(113)은 모두 투명하여 가시광선이 투과되므로, 노광 공정에서 정렬 오류 이슈가 없는 이점이 있다. 또한, 본 발명의 접합층(130)과 오믹접촉전극(113)은 모두 금속이 아닌 세라믹 물질이 이용되므로, 플라즈마 건식 공정에서 식각이 용이하며, 식각 부산물이 재증착(Re-deposition)되는 문제도 발생하지 않는 이점이 있다.At this time, the light emitting part 112, the bonding layer 130, and the ohmic contact electrode 113 of the present invention are all transparent and transmit visible light, so there is an advantage that there is no alignment error issue in the exposure process. In addition, since both the bonding layer 130 and the ohmic contact electrode 113 of the present invention are made of ceramic materials rather than metal, they are easy to etch in a plasma dry process, and the problem of re-deposition of etching by-products is eliminated. There is an advantage to not having it happen.
제4 단계(S140)는 정렬된 복수의 LED 적층체 사이를 채우는 몰드부(M)를 형성시킨 후, 복수의 LED 적층체 위에 공통전극(140)을 형성시키고, 공통전극(140) 위에 칼라필터(150)(Color filter)를 형성시키는 단계이다. The fourth step (S140) is to form a mold part (M) that fills the space between the plurality of aligned LED stacks, form a common electrode 140 on the plurality of LED stacks, and apply a color filter on the common electrode 140. This is the step of forming (150) (Color filter).
보다 상세하게, 제4 단계(S140)에서는 정렬된 복수의 LED 적층체 사이를 채우도록 몰드부(M)를 형성시키고, 복수의 LED 적층체의 상부가 노출되도록 몰드부(M)를 식각한 후, 복수의 LED 적층체의 노출된 상부에 공통전극(140)을 형성시키고, 공통전극(140) 위에 칼라필터(150)를 형성시킴으로써 수직 적층형 LEDoS 구조를 완성하는데, 여기서 공통전극(140)은 오믹접촉전극(113)과 유사하게 투명전도성을 가진 물질로 형성될 수 있고, 공통전극(140)이 양극인 경우에 공통전극(140) 물질은 NiO, PtO, PdO, AgO2, Au, Rh2O3, RuO2, In2O3, SnO2, ZnO, IZO, ITO 및 IGZO를 포함할 수 있으며, 공통전극(140)이 음극인 경우에 공통전극(140) 물질은 TiN, CrN, VN, In2O3, SnO2, ZnO, IZO, ITO 및 IGZO를 포함할 수 있다.More specifically, in the fourth step (S140), a mold portion (M) is formed to fill the space between the plurality of aligned LED stacks, and the mold portion (M) is etched to expose the top of the plurality of LED stacks. A vertically stacked LEDoS structure is completed by forming a common electrode 140 on the exposed top of the plurality of LED stacks and forming a color filter 150 on the common electrode 140, where the common electrode 140 is an ohmic Similar to the contact electrode 113, it can be formed of a transparent conductive material, and when the common electrode 140 is an anode, the common electrode 140 material is NiO, PtO, PdO, AgO 2 , Au, Rh 2 O 3 , RuO 2 , In 2 O 3 , SnO 2 , ZnO, IZO, ITO, and IGZO. When the common electrode 140 is a cathode, the common electrode 140 material is TiN, CrN, VN, In. 2 O 3 , SnO 2 , ZnO, IZO, ITO and IGZO.
또한, 공통전극(140)의 표면 또한 기계적 연마(Mechanical Polishing, MP) 또는 화학-기계적 연마(Chemical-Mechanical Polishing, CMP)를 통해 연마되어 매끄럽게 평탄화될 수 있다.Additionally, the surface of the common electrode 140 may also be polished and smoothly planarized through mechanical polishing (MP) or chemical-mechanical polishing (CMP).
또한, 칼라필터(150)는 발광부(112)로부터 발광되는 빛이 입사되는 경우 서로 다른 파장 대역의 빛을 제공하는 것으로, 예를 들면 각각이 청색광, 녹색광 또는 적색광 등의 빛을 제공할 수 있으며, 칼라필터(150)가 형성되지 않은 부분에서는 백색광의 빛을 제공할 수 있다. 한편, 칼라필터(150)에서 제공되는 빛의 파장 대역은 설계에 따라 다양하게 변형될 수 있다.In addition, the color filter 150 provides light of different wavelength bands when light emitted from the light emitting unit 112 is incident. For example, each color filter 150 may provide light such as blue light, green light, or red light. , white light can be provided in areas where the color filter 150 is not formed. Meanwhile, the wavelength band of light provided from the color filter 150 may be modified in various ways depending on the design.
상술한 칼라필터(150)는 기본적으로 포토레시트 안에 유기물 염료 또는 안료가 포함된 박막 형태이지만, 무기물 양자점(Quantum Dot)을 사용하는 것이 3㎛ 미만을 갖는 화소를 갖는 마이크로디스플레이를 제작하는데 더 바람직하다. 특히 공통전극(140) 위에 칼라필터(150)을 형성하기에 앞서 칼라필터(150) 박막 품질을 향상시키기 위해 원자층 증착기(ALD) 등을 통해 Al2O3, SiNx, SiO2 소재를 100nm 두께 이하로 박막을 형성하는 것이 바람직하다.The color filter 150 described above is basically a thin film containing an organic dye or pigment in a photoresist, but it is more preferable to use inorganic quantum dots to produce a microdisplay with pixels less than 3㎛. do. In particular, before forming the color filter 150 on the common electrode 140, in order to improve the quality of the thin film of the color filter 150 , Al 2 O 3 , SiN It is desirable to form a thin film below the thickness.
더 나아가서는, 미도시되었지만 대기 환경으로부터 칼라필터(150)를 보호하기 위해 투명한 유기물(Transparent Organic)로 보호층(Protection Layer)을 추가로 형성할 수 있다.Furthermore, although not shown, a protection layer may be additionally formed with a transparent organic material to protect the color filter 150 from the atmospheric environment.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널 제조 방법에 따라 제조된 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널을 도시한 것이다.Figure 5 shows a vertically stacked microdisplay panel manufactured according to a vertically stacked microdisplay panel manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
도 5에 도시된 바와 같이, 상술한 바와 같은 제1 단계(S110)와, 제2 단계(S120)와, 제3 단계(S130)와, 제4 단계(S140)를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널 제조 방법(S100)에 따라 제조된 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널(100)은, 상면에 복수의 CMOS 전극 패드(121)가 정렬된 백 웨이퍼(120)와, 백 웨이퍼(120)의 상부에 배치되는 접합층(130)과, 접합층(130)의 상부에 배치되는 제1 발광부(212)와, 제1 발광부(212)의 상부에 배치되는 접합층(130)과, 접합층(130)의 상부에 배치되는 제2 발광부(312)와, 제2 발광부(312)의 상부에 배치되는 접합층(130)과, 접합층(130)의 상부에 배치되는 제3 발광부(412)와, 제3 발광부(412)의 상부에 배치되는 공통전극(140)과, 공통전극(140)의 상부에 배치되는 칼라필터(150)를 포함한다. 이때, 제1 발광부(212), 제2 발광부(312) 및 제3 발광부(412) 각각의 상면 또는 하면 중 적어도 하나 이상에는 오믹접촉전극(113)이 형성되고, 접합층(130)과 오믹접촉전극(113)은 투명전도성을 가진 세라믹 물질로 형성되며, 수직 적층된 복수의 발광부(112), 접합층(130) 및 오믹접촉전극(113)은 기 설정된 단위로 분리되도록 식각됨으로써, 정렬된 복수의 CMOS 전극 패드(121)의 상부에 복수의 LED 적층체가 각각 정렬된 구조를 가진다. 이에 따라, 본 발명의 수직 적층형 LEDoS 마이크로디스플레이 패널(100) 구조가 완성된다.As shown in FIG. 5, one embodiment of the present invention includes the first step (S110), the second step (S120), the third step (S130), and the fourth step (S140) as described above. The vertically stacked microdisplay panel 100 manufactured according to the vertically stacked microdisplay panel manufacturing method (S100) according to the example includes a back wafer 120 with a plurality of CMOS electrode pads 121 aligned on the upper surface, and a back wafer ( A bonding layer 130 disposed on top of the bonding layer 120, a first light emitting portion 212 disposed on top of the bonding layer 130, and a bonding layer 130 disposed on top of the first light emitting portion 212. and a second light emitting unit 312 disposed on top of the bonding layer 130, a bonding layer 130 disposed on top of the second light emitting portion 312, and a second light emitting portion 312 disposed on top of the bonding layer 130. It includes a third light emitting unit 412, a common electrode 140 disposed on an upper portion of the third emitting portion 412, and a color filter 150 disposed on an upper portion of the common electrode 140. At this time, an ohmic contact electrode 113 is formed on at least one of the upper or lower surfaces of each of the first light emitting unit 212, the second light emitting unit 312, and the third light emitting unit 412, and the bonding layer 130 The ohmic contact electrode 113 is made of a ceramic material with transparent conductivity, and the plurality of vertically stacked light emitting units 112, bonding layer 130, and ohmic contact electrode 113 are etched to separate into preset units. , It has a structure in which a plurality of LED stacks are aligned on top of a plurality of aligned CMOS electrode pads 121. Accordingly, the structure of the vertically stacked LEDoS microdisplay panel 100 of the present invention is completed.
이하의 내용은 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널 제조 방법(S100)의 것과 동일하므로, 중복 설명은 생략한다.Since the following content is the same as that of the vertically stacked microdisplay panel manufacturing method (S100) according to an embodiment of the present invention described above, redundant description is omitted.
이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.In the above, even though all the components constituting the embodiment of the present invention have been described as being combined or operated in combination, the present invention is not necessarily limited to this embodiment. That is, as long as it is within the scope of the purpose of the present invention, all of the components may be operated by selectively combining one or more of them.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.In addition, terms such as “include,” “comprise,” or “have” described above mean that the corresponding component may be present, unless specifically stated to the contrary, and therefore do not exclude other components. Rather, it should be interpreted as being able to include other components. All terms, including technical or scientific terms, unless otherwise defined, have the same meaning as generally understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. Commonly used terms, such as terms defined in a dictionary, should be interpreted as consistent with the contextual meaning of the related technology and, unless explicitly defined in the present invention, should not be interpreted in an idealized or overly formal sense.
그리고 이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.The above description is merely an illustrative explanation of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art will be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but are for illustrative purposes, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted in accordance with the claims below, and all technical ideas within the equivalent scope should be construed as being included in the scope of rights of the present invention.
10 : 종래 기술의 마이크로디스플레이 패널
11 : Si CMOS wafer
12 : CMOS 전극 패드
13 : 투명 웨이퍼
14 : microLED 전극 패드
15 : microLED 칩
16 : 전도성 접합
S100 : 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널 제조 방법
S110 : 제1 단계
S120 : 제2 단계
S130 : 제3 단계
S140 : 제4 단계
100 : 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널
110 : 프론트 웨이퍼
111 : 지지 웨이퍼
112 : 발광부
1121 : 제1 반도체 영역
1122 : 제2 반도체 영역
1123 : 활성 영역
113 : 오믹접촉전극
210 : 제1 프론트 웨이퍼
212 : 제1 발광부
310 : 제2 프론트 웨이퍼
312 : 제2 발광부
410 : 제3 프론트 웨이퍼
412 : 제3 발광부
G : 성장 웨이퍼
T : 임시 웨이퍼
A : 접착층
B : 본딩층
120 : 백 웨이퍼
121 : CMOS 전극 패드
130 : 접합층
M : 몰드부
140 : 공통전극
150 : 칼라필터10: Microdisplay panel of the prior art
11: Si CMOS wafer
12: CMOS electrode pad
13: Transparent wafer
14: microLED electrode pad
15: microLED chip
16: conductive junction
S100: Vertically stacked microdisplay panel manufacturing method according to an embodiment of the present invention
S110: Step 1
S120: Second stage
S130: Third stage
S140: Step 4
100: Vertically stacked microdisplay panel according to an embodiment of the present invention
110: front wafer
111: support wafer
112: light emitting unit
1121: First semiconductor region
1122: Second semiconductor area
1123: active area
113: Ohmic contact electrode
210: first front wafer
212: first light emitting unit
310: second front wafer
312: second light emitting unit
410: Third front wafer
412: third light emitting unit
G: Growth wafer
T: Temporary wafer
A: Adhesive layer
B: bonding layer
120: back wafer
121: CMOS electrode pad
130: bonding layer
M: mold part
140: common electrode
150: Color filter
Claims (11)
지지 웨이퍼와, 상기 지지 웨이퍼 위에 배치되고 그룹3-5족 화합물 반도체가 에피택시(epitaxy) 성장된 발광부와, 상기 발광부의 상면 또는 하면 중 적어도 하나 이상에 형성되되 상기 발광부에 오믹접촉(ohmic contact)되어 전기적으로 연결되며, 광학적으로 투명하고 전기적으로 전도성을 가진 오믹접촉전극을 포함하며, 각각 서로 다른 색을 발광하는 복수의 프론트 웨이퍼를 준비하고, 상면에 복수의 CMOS 전극 패드가 일정한 간격으로 정렬된 백 웨이퍼를 준비하는 제1 단계;
광학적으로 투명하고 전기적으로 전도성을 가진 접합층을 통해, 상기 백웨이퍼 위에 상기 프론트 웨이퍼를 접합시킨 후 상기 지지 웨이퍼를 제거하는 것을 반복함으로써, 상기 백 웨이퍼 위에 복수의 상기 발광부, 상기 오믹접촉전극 및 상기 접합층을 수직 방향으로 적층하는 제2 단계; 및
일정한 간격으로 정렬된 복수의 상기 CMOS 전극 패드의 위치에 따라, 적층된 복수의 상기 발광부, 상기 오믹접촉전극 및 상기 접합층을 식각하여 기 설정된 단위로 분리시킴으로써, 복수의 상기 LED 적층체가 복수의 상기 CMOS 전극 패드 위에 각각 정렬되는 제3 단계를 포함하고,
상기 제1 단계 및 상기 제2 단계에서,
상기 프론트 웨이퍼 내 상기 발광부와 상기 오믹접촉전극은 기 설정된 단위로 식각되지 않은 상태이고,
상기 제3 단계는,
상기 발광부, 상기 오믹접촉전극 및 상기 접합층이 모두 광학적으로 투명한 것을 이용하여, 일정한 간격으로 정렬된 복수의 상기 CMOS 전극 패드의 위치에 따라 상기 발광부, 상기 오믹접촉전극 및 접합층을 기 설정된 단위로 식각하는 것을 특징으로 하는, 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널 제조 방법.In the method of manufacturing a vertically stacked microdisplay panel that does not require an alignment process between the LED stack and the CMOS electrode pad,
A support wafer, a light emitting portion disposed on the support wafer and epitaxially grown with a group 3-5 compound semiconductor, and formed on at least one of the upper or lower surface of the light emitting portion and ohmic contact (ohmic) with the light emitting portion. contact) and electrically connected, and includes an optically transparent and electrically conductive ohmic contact electrode. A plurality of front wafers, each emitting different colors, are prepared, and a plurality of CMOS electrode pads are placed on the upper surface at regular intervals. A first step of preparing aligned back wafers;
By repeatedly bonding the front wafer to the back wafer through an optically transparent and electrically conductive bonding layer and then removing the support wafer, a plurality of the light emitting units, the ohmic contact electrode, and A second step of stacking the bonding layer in a vertical direction; and
According to the positions of the plurality of CMOS electrode pads aligned at regular intervals, the plurality of stacked light emitting units, the ohmic contact electrode, and the bonding layer are etched and separated into predetermined units, thereby forming a plurality of LED stacks. A third step of aligning each of the CMOS electrode pads,
In the first step and the second step,
The light emitting portion and the ohmic contact electrode in the front wafer are not etched in preset units,
The third step is,
Using the fact that the light emitting part, the ohmic contact electrode, and the bonding layer are all optically transparent, the light emitting part, the ohmic contact electrode, and the bonding layer are preset according to the positions of the plurality of CMOS electrode pads aligned at regular intervals. A method of manufacturing a vertically stacked microdisplay panel, characterized by etching in units.
상기 접합층은,
세라믹 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는, 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널 제조 방법.In claim 1,
The bonding layer is,
A method of manufacturing a vertically stacked microdisplay panel, characterized in that it is formed of a ceramic material.
상기 세라믹 물질은,
투명전도성산화물(TCO), 투명전도성질화물(TCN) 또는 투명전도성산화질화물(TCON)인 것을 특징으로 하는, 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널 제조 방법.In claim 2,
The ceramic material is,
A method of manufacturing a vertically stacked microdisplay panel, characterized in that it is transparent conductive oxide (TCO), transparent conductive nitride (TCN), or transparent conductive oxynitride (TCON).
복수의 상기 프론트 웨이퍼는,
제1 색을 발광하는 제1 프론트 웨이퍼와, 상기 제1 색과 다른 제2 색을 발광하는 제2 프론트 웨이퍼와, 상기 제1 색 및 상기 제2 색과 다른 제3 색을 발광하는 제3 프론트 웨이퍼를 포함하는, 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널 제조 방법.In claim 1,
The plurality of front wafers are:
A first front wafer emitting light of a first color, a second front wafer emitting light of a second color different from the first color, and a third front wafer emitting light of a third color different from the first color and the second color Method for manufacturing a vertically stacked microdisplay panel, comprising a wafer.
복수의 상기 LED 적층체 위에 공통전극을 형성시키고, 상기 공통전극 위에 칼라필터를 형성시키는 제4 단계를 더 포함하는, 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널 제조 방법.In claim 1,
A method of manufacturing a vertically stacked microdisplay panel, further comprising forming a common electrode on the plurality of LED stacks and forming a color filter on the common electrode.
상기 제2 단계는,
상기 백 웨이퍼 위에 상기 프론트 웨이퍼를 접합시키기 이전에, 상기 프론트 웨이퍼의 상기 접합층과 상기 백 웨이퍼의 상기 접합층의 표면을 각각 연마하여 평탄화하는 것을 특징으로 하는, 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널 제조 방법.In claim 1,
The second step is,
Before bonding the front wafer onto the back wafer, the surfaces of the bonding layer of the front wafer and the bonding layer of the back wafer are respectively polished and planarized.
상기 지지 웨이퍼와 상기 백 웨이퍼는,
실리콘(Si) 웨이퍼인 것을 특징으로 하는, 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널 제조 방법.In claim 1,
The support wafer and the back wafer are,
A method of manufacturing a vertically stacked microdisplay panel, characterized in that it is a silicon (Si) wafer.
상기 발광부는,
제1 도전성을 가지는 제1 반도체 영역과, 상기 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체 영역과, 상기 제1 반도체 영역과 상기 제2 반도체 영역 사이에 개재되며, 전자와 정공의 재결합을 이용하여 광을 생성하는 활성 영역을 포함하는, 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널 제조 방법.In claim 1,
The light emitting part,
A first semiconductor region having a first conductivity, a second semiconductor region having a second conductivity different from the first conductivity, and between the first semiconductor region and the second semiconductor region, for recombination of electrons and holes. A method of manufacturing a vertically stacked microdisplay panel, including an active area that generates light using a vertically stacked microdisplay panel.
상기 오믹접촉전극은,
표면이 연마되어 평탄화되는 것을 특징으로 하는, 수직 적층형 마이크로디스플레이 패널 제조 방법.In claim 1,
The ohmic contact electrode is,
A method of manufacturing a vertically stacked microdisplay panel, characterized in that the surface is polished and flattened.
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- 2023-03-27 KR KR1020230039809A patent/KR102669051B1/en active IP Right Grant
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