TW201349556A - 形成具有自對準金屬化堆疊之微發光二極體裝置的方法 - Google Patents

形成具有自對準金屬化堆疊之微發光二極體裝置的方法 Download PDF

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Abstract

本發明描述一種製造微裝置及微裝置陣列並且將微裝置及微裝置陣列傳遞至接收基板的方法。在一實施例中，圖案化犧牲層用於形成自對準金屬化堆疊，並且在蝕刻p-n型二極體層以形成複數個微p-n型二極體期間用作蝕刻阻止層。

Description

形成具有自對準金屬化堆疊之微發光二極體裝置的方法
本發明係關於微裝置。更特定言之，本發明之實施例係關於形成諸如發光二極體(LEDs)之微裝置陣列及傳遞該微裝置陣列至不同基板的方法。
期望將基於氮化鎵(GaN)的發光二極體(LEDs)用於未來的高效率發光應用中，以代替白熾燈與熒光燈。當前的基於GaN之LED裝置係藉由異質磊晶生長技術在外來基板材料上製備的。典型的晶圓級LED裝置結構可包括形成在藍寶石生長基板上方的下部n型摻雜GaN層、單量子阱(SQW)或多量子阱(MWQ)，以及上部p型摻雜GaN層。
在一個實施中，藉由蝕刻穿過上部p型摻雜GaN層、量子阱層且進入n型摻雜GaN層，來將晶圓級LED裝置結構圖案化成藍寶石生長基板上的檯面陣列。上部p型電極形成在檯面陣列的頂部p型摻雜GaN表面上，且n型電極形成在與檯面陣列接觸的n型摻雜GaN層之一部分上。在最終產品中，檯面LED裝置保持在藍寶石生長基板上。
在另一實施中，將晶圓級LED裝置結構從生長基板傳遞至諸如矽之受體基板，與GaN/藍寶石複合結構相比，矽具有更易於被切割以形成個別晶片的優點。在此實施中，晶圓級LED裝置結構用永久接合層永久接合至受體(矽)基板。舉例而言，形成在檯面陣列之p型摻雜GaN表面上的p型電極可用永久接合層接合至受體(矽)基板上。隨後移除藍寶石生長基板以曝露倒置的晶圓級LED裝置結構，隨後薄化該倒置的晶圓級LED裝置結構以曝露檯面陣列。隨後由曝露的n型摻雜GaN產生n型接點，且在與p型電極電接觸的矽表面上形成p型接點。在最終產品中，檯面LED裝置保持在受體基板上。GaN/矽複合物亦可經切割以形成個別晶片。
本文描述一種微發光二極體(LED)及形成微LED陣列以傳遞至接收基板的方法。舉例而言，接收基板可為(但不限於)顯示基板、發光基板、具有諸如電晶體或積體電路(ICs)之功能裝置的基板，或具有金屬再分佈線的基板。在一實施例中，微LED裝置包括微p-n型二極體及微p-n型二極體之底表面下方的金屬化堆疊，其中金屬化堆疊包括微p-n型二極體之底表面上的電極層及覆蓋電極層之底表面與側壁的障壁層。微p-n型二極體之底表面可比金屬化堆疊寬。共形介電質障壁層可跨過微p-n型二極體之側壁且部分地跨過微p-n型二極體之底表面。金屬化堆疊可在微p-n型二極體與形成在基板上的接合層之間。在一實施例中，接合層具有約350℃或更低，且更特定言之約200℃或更低之液相溫度。在一實施例 中，接合層為合金接合層。
在一實施例中，形成微LED陣列的方法包括以下步驟：在形成於p-n型二極體層上的圖案化犧牲層之複數個開口內形成對應的複數個橫向分離的自對準金屬化堆疊。用接合層將包括複數個分離的自對準金屬化堆疊、圖案化犧牲層以及p-n型二極體層的第一基板堆疊接合至第二基板。蝕刻穿過p-n型二極體層以在複數個分離的金屬化堆疊上方形成複數個微p-n型二極體，且曝露橫向位於複數個分離的金屬化堆疊之間的圖案化犧牲層。隨後移除圖案化犧牲層。
在一實施例中，在形成於p-n型二極體層上方之圖案化犧牲層的複數個開口內形成對應的複數個橫向分離的自對準金屬化堆疊之步驟包括以下步驟：將犧牲層沉積在p-n型二極體層上方，並且在犧牲層上方形成圖案化遮罩層，其中，圖案化遮罩層包括曝露犧牲層的複數個開口。隨後相對於遮罩層選擇性蝕刻犧牲層，以移除複數個開口內曝露的犧牲層並且移除圖案化遮罩層下方的犧牲層之一部分。隨後將金屬化堆疊層沉積在圖案化遮罩層與p-n型二極體層上方。隨後可使用剝除(lift-off)技術來剝除圖案化遮罩層，在p-n型二極體層上方留下複數個金屬化堆疊與圖案化犧牲層。
在一實施例中，用具有約350℃或更低或更特定而言約200℃或更低之液相溫度的接合層將第一基板堆疊接合至第二基板。舉例而言，接合層可包括銦(In)。在一實施例中，第一基板堆疊上的第一接合層與第二基板上的接合層接合。舉例而言，接合可包括第一接合層與第二接合層係由不 同材料製成的情況下的合金接合，或第一接合層與第二接合層係由相同材料製成的情況下的熔融接合。
在一實施例中，複數個自對準金屬化堆疊包括電極層與障壁層。障壁層可覆蓋電極層之凸起表面與側壁，該電極層亦可為反射性的。舉例而言，電極層可包括選自銀及鎳之群組的材料，該電極層對可見光譜為反射性的。在一個實施例中，可藉由在與電極層相比的較高功率及/或較低壓力下沉積障壁層來形成障壁層以覆蓋電極層的凸起表面及側壁。舉例而言，在使用蒸鍍或濺鍍技術沉積時，較高功率及/或較低壓力允許圖案化遮罩層下方之沉積材料的進一步遷移並且使沉積障壁層能夠覆蓋電極層的側壁。
在一實施例中，圖案化犧牲層比複數個橫向分離的自對準金屬化堆疊厚。舉例而言，圖案化犧牲層可為複數個橫向自對準金屬化堆疊的約兩倍厚。圖案化犧牲層亦可由非金屬材料(諸如，二氧化矽(SiO2))形成。非金屬材料可具有不同於p-n型二極體層的蝕刻特性。在一實施例中，電漿蝕刻p-n型二極體層以形成複數個微p-n型二極體，並且犧牲層用作蝕刻阻止層。犧牲層的移除可導致曝露微p-n型二極體之底表面的一部分。在一實施例中，隨後將共形介電質障壁層沉積在複數個微p-n型二極體之每一者的側表面及底表面之一部分上。
在一實施例中，將一或更多個微LED傳遞至接收基板的方法包括以下步驟：將傳遞頭置放在載體基板上方，該載體基板具有設置在該載體基板上的微LED裝置陣 列。每一微LED裝置包括微p-n型二極體、在微p-n型二極體與載體基板上之接合層之間的反射性金屬化堆疊。執行操作以在接合層中針對微LED裝置之至少一者產生相變。舉例而言，操作可包括以下步驟：加熱接合層至高於接合層之液相溫度的溫度，其中液相溫度為350℃或更低，或更特定而言為200℃或更低。接合層亦可為合金接合層(諸如，Ag-In合金接合層)，或熔融接合的接合層(諸如，In-In接合層)。
用傳遞頭拾取微p-n型二極體與反射性金屬化堆疊。在一些實施例中，亦拾取實質部分(諸如，接合層的約一半厚度)。在一些實施例中，亦拾取跨過微p-n型二極體之側壁與底表面之一部分的共形介電質障壁層。隨後將已用傳遞頭拾取的微LED裝置置放到接收基板上。傳遞頭可根據各種原理操作，該等原理包括傳遞頭根據靜電原理在微LED裝置上施加拾取壓力。亦可施加熱量至接合層以產生來自各種源的相變，該等源包括局部熱量傳遞、經由載體基板的熱量傳遞及經由傳遞頭的熱量傳遞，以及以上的組合。
100‧‧‧微LED裝置陣列
101‧‧‧生長基板
110‧‧‧半導體裝置層
112‧‧‧主體GaN層
114‧‧‧n型摻雜層
116‧‧‧量子阱
118‧‧‧p型摻雜層
120‧‧‧金屬化堆疊
122‧‧‧電極層
123‧‧‧金屬化堆疊層
124‧‧‧障壁層
128‧‧‧接合層
140‧‧‧圖案化遮罩層
150‧‧‧微p-n型二極體
151‧‧‧底表面
152‧‧‧頂表面
153‧‧‧側壁
160‧‧‧共形介電質障壁層
162‧‧‧接觸開口
170‧‧‧犧牲層
171‧‧‧錐形側壁
180‧‧‧圖案化遮罩層
181‧‧‧開口
201‧‧‧載體基板
202‧‧‧柱
204‧‧‧側壁
206‧‧‧凹槽
208‧‧‧黏合層
210‧‧‧接合層
300‧‧‧傳遞頭
302‧‧‧基底基板
304‧‧‧檯面結構
306‧‧‧側壁
307‧‧‧側壁
308‧‧‧頂表面
309‧‧‧頂表面
310‧‧‧鈍化層
316A‧‧‧電極
316B‧‧‧電極
320‧‧‧介電層
321‧‧‧頂表面
400‧‧‧接收基板
410‧‧‧驅動接點
420‧‧‧接觸線
1300‧‧‧操作
1310‧‧‧操作
1320‧‧‧操作
1330‧‧‧操作
1710‧‧‧操作
1720‧‧‧操作
1730‧‧‧操作
1740‧‧‧操作
1750‧‧‧操作
1810‧‧‧操作
1820‧‧‧操作
1830‧‧‧操作
1840‧‧‧操作
1850‧‧‧操作
第1A圖為根據本發明之實施例之形成在主體LED基板上之犧牲層的橫截面側視圖圖解。
第1B圖為根據本發明之實施例之圖案化遮罩層的橫截面側視圖圖解。
第1C圖為根據本發明之實施例之圖案化犧牲層的橫截面側視圖圖解。
第1D圖為根據本發明之實施例之沉積金屬化堆 疊層的橫截面側視圖圖解。
第1E圖包括根據本發明之實施例的橫向位於複數個分離的金屬化堆疊之間的圖案化犧牲層之俯視圖圖解及橫截面側視圖圖解。
第1F圖為根據本發明之實施例的在圖案化犧牲層上方橫向形成的接合層與複數個分離的金屬化堆疊的橫截面側視圖圖解。
第2A圖至第2E圖為根據本發明之實施例的具有接合層之載體基板的橫截面側視圖圖解。
第3A圖至第3B圖為根據本發明之實施例將生長基板與載體基板接合在一起的橫截面側視圖圖解。
第4圖為根據本發明之實施例在接合在一起之前的生長基板與載體基板之各種可能結構的橫截面側視圖圖解。
第5圖為根據本發明之實施例在生長基板與載體基板接合在一起之後的各種可能結構的橫截面側視圖圖解。
第6圖為根據本發明之實施例從接合結構移除生長基板的橫截面側視圖圖解。
第7圖為根據本發明之實施例之薄化的p-n型二極體層的橫截面側視圖圖解。
第8圖至第8'圖為根據本發明之實施例蝕刻p-n型二極體層以形成微p-n型二極體的橫截面側視圖圖解。
第8"圖為根據本發明之實施例蝕刻圖案化犧牲層的橫截面側視圖圖解。
第9圖至第9'圖為根據本發明之實施例在微LED陣列中形成接觸開口的橫截面側視圖圖解。
第10圖至第10"圖為根據本發明之實施例在微LED陣列中形成接觸開口的橫截面側視圖圖解。
第11A圖至第11B圖為根據本發明之實施例之載體基板上的微LED裝置陣列之橫截面側視圖圖解。
第12A圖至第12B圖包括根據本發明之實施例之載體晶圓與微LED裝置陣列的俯視圖圖解及橫截面側視圖圖解，該微LED裝置陣列包括微p-n型二極體。
第13圖為圖示根據本發明之實施例之拾取微LED裝置且將微LED裝置從載體基板傳遞至接收基板之方法的流程圖。
第14圖為根據本發明之實施例之從載體基板拾取微LED裝置之傳遞頭的橫截面側視圖圖解。
第15圖為根據本發明之實施例之具有微LED裝置之接收基板的橫截面側視圖圖解。
第16圖為根據本發明之實施例之雙極微裝置傳遞頭的橫截面側視圖圖解。
第17圖為圖示根據本發明之實施例之拾取微LED裝置且將微LED裝置從載體基板傳遞至接收基板之方法的流程圖。
第18圖為圖示根據本發明之實施例之拾取微LED裝置陣列且將微LED裝置陣列從載體基板傳遞至接收基板之方法的流程圖。
第19圖為根據本發明之實施例之與微LED裝置陣列接觸之微裝置傳遞頭陣列的橫截面側視圖圖解。
第20圖為根據本發明之實施例之與微LED裝置陣列接觸之微裝置傳遞頭陣列的橫截面側視圖圖解。
第21A圖為根據本發明之實施例之拾取微LED裝置陣列之微裝置傳遞頭陣列的橫截面側視圖圖解。
第21B圖為根據本發明之實施例之拾取微LED裝置陣列之一部分的微裝置傳遞頭陣列的橫截面側視圖圖解。
第22圖為根據本發明之實施例之具有位於接收基板上方的微LED裝置陣列之微裝置傳遞頭陣列的橫截面側視圖圖解。
第23A圖為根據本發明之實施例之選擇性釋放至接收基板上的微LED裝置的橫截面側視圖圖解。
第23B圖為根據本發明之實施例之釋放至接收基板上的微LED裝置陣列的橫截面側視圖圖解。
本發明之實施例描述微裝置及形成諸如微發光二極體(LEDs)之微裝置陣列以傳遞至接收基板的方法。舉例而言，接收基板可為(但不限於)顯示基板、發光基板、具有諸如電晶體或積體電路(ICs)之功能裝置的基板，或具有金屬再分佈線的基板。儘管特別關於包含p-n型二極體之微LED描述本發明之實施例，但是應理解本發明之實施例不局限於此，且某些實施例亦可適於以此方式經設計以用受控制的方 式執行預定電子功能(例如，二極體、電晶體、積體電路)或光子功能(LED、雷射)的其他微半導體裝置。
在各種實施例中，參照諸圖進行描述。然而，可在沒有此等特定細節之一或更多者的情況下，或者結合其他已知的方法及配置實踐某些實施例。在以下描述中，闡述諸多特定細節(諸如，特定配置、尺寸及製程等)，以提供對本發明的透徹理解。在其他情況下，不詳細描述熟知的半導體製程及生產技術，以免不必要地混淆本發明。整篇此說明書中對「一個實施例」、「實施例」等的提及意謂結合實施例描述之特定特徵結構、結構、配置或特性包括於本發明之至少一個實施例中。因此，在整篇此說明書中的不同地方出現的用語「在一個實施例中」、「在一實施例中」等不必參照本發明之相同實施例。此外，可在一或更多個實施例中以任何適合方式組合特定特徵結構、結構、配置或特性。
本文所使用的術語「跨過」、「在......上方」、「至」、「在......之間」及「在......上」可代表一個層相對於其他層的相對位置。「跨過」另一層、在另一層「上方」或在另一層「上」或接合「至」另一層的一個層可與此另一層直接接觸或可具有一或更多個介入層。各層「之間」的一個層可與各層直接接觸或可具有一或更多個介入層。
如本文所使用的術語「微」裝置、「微」p-n型二極體或「微」LED裝置可代表根據本發明之實施例之某些裝置或結構的描述性大小。如本文所使用，術語「微」裝置或結構意欲代表1 μm至100 μm的尺度。然而，應理解本發 明之實施例不必局限於此，且實施例之某些態樣可適於更大且可能更小之大小尺度。
在一個態樣中，本發明之實施例描述一種將主體LED基板處理成微LED裝置陣列的方法，準備該微LED裝置陣列以拾取並傳遞至接收基板。以此方式，將微LED裝置整合並且裝配成異質性整合系統係可能的。可個別地、成群組地或整個陣列地拾取並且傳遞微LED裝置。因此，準備拾取微LED裝置陣列中的微LED裝置，並且以高傳遞速率將該等微LED裝置傳遞至接收基板，該接收基板諸如從微顯示器至大面積顯示器之任何大小範圍內的顯示基板。在一些實施例中，準備被拾取的微LED裝置陣列描述為具有10 μm×10 μm節距，或5 μm×5 μm節距。在此等密度處，例如，6吋基板可容納約1.65億個具有10 μm×10 μm節距的微LED裝置，或約6.6億個具有5 μm×5 μm節距的微LED裝置。因此，可用準備拾取微LED裝置並且傳遞至接收基板的方式生產具有特定功能性的高密度預製造微裝置。本文描述之技術不局限於微LED裝置，且該等技術亦可用於其他微裝置的製造。
在另一態樣中，本發明之實施例描述一種形成包括複數個分離的微p-n型二極體之微LED陣列的方式，該等複數個分離的微p-n型二極體具有自對準金屬化堆疊。在一實施例中，可藉由以下步驟實現自對準：在犧牲層上方形成具有複數個開口的圖案化遮罩層，並且移除在圖案化遮罩層的開口內曝露的犧牲層以及移除橫向鄰近複數個開口的圖案化遮罩層下方的犧牲層之一部分，從而底切圖案化遮罩層。隨 後可使用諸如蒸鍍及濺鍍之適用技術沉積金屬化堆疊層。隨後可例如使用剝除技術移除圖案化遮罩層及圖案化遮罩層上的金屬化堆疊層之任何部分，留下複數個自對準金屬化堆疊。以此方式，金屬化堆疊層在橫向分離的金屬化堆疊之位置與在圖案化遮罩層上形成金屬化堆疊層的區域之間可為不連續的。此不連續性可保護橫向分離的金屬化堆疊以免在剝除操作期間脫落。在一實施例中，不連續性可為形成比金屬化堆疊層厚的圖案化犧牲層的結果。
在另一態樣中，本發明之實施例描述一種形成微LED陣列的方式，其中複數個自對準金屬化堆疊包括形成在電極層之凸起表面與側壁上方的障壁層。如在以下描述中將變得更加顯而易見，在電極層形成在生長基板上方時，凸起表面可為該電極層之曝露的頂表面，或者在電極層併入微LED裝置中時，該凸起表面可為該電極層的底表面。在一實施例中，可使用諸如蒸鍍或濺鍍之適用技術形成電極層與障壁層。在沉積電極層之後，可在與電極層相比較高功率及/或較低壓力下沉積障壁層，以在底切的圖案化遮罩層下方沉積障壁層。因此，藉由在腔室中增加功率或降低壓力，可使沉積障壁層比沉積電極層寬，此情況使障壁層能夠覆蓋電極層的側壁。在一些實施例中，電極層包括易受氧化的材料，該材料諸如可併入電極層以用作反光鏡層之銀(Ag)層。根據本發明之實施例，障壁層可保護反光鏡層免受氧化，該氧化可潛在改變反光鏡層的顏色並且影響反光鏡層的反射性質。
在另一態樣中，本發明之實施例描述一種形成微LED陣列的方式，對於微LED陣列，可使用圖案化犧牲層來將接合層橫向分離至對應於複數個橫向分離的微p-n型二極體的複數個橫向分離的位置。在一實施例中，包括該等複數個自對準金屬化堆疊、該圖案化犧牲層及該p-n型二極體層之第一基板堆疊用接合層被接合至一第二基板。接合層可為連續的接合層。根據本發明之實施例，在具有熱量與壓力的情況下接合時，可將圖案化犧牲層壓印至接合層，以使接合層流入儲集層，或流入圖案化犧牲層內的複數個開口中，該圖案化犧牲層包括複數個金屬化堆疊。在一實施例中，圖案化犧牲層經壓印完全穿過接合層以與下伏的第二基板接觸，從而將接合層橫向分離至複數個橫向分離的位置。
在另一態樣中，本發明之實施例描述一種形成微LED裝置及微LED裝置陣列的方式，其中圖案化犧牲層在蝕刻p-n型二極體層以形成複數個微p-n型二極體期間用作蝕刻阻止層。因此，圖案化犧牲層可用於保護微p-n型二極體之側壁及微p-n型二極體內的量子阱層免受可降低微LED裝置之功能性的導電污染。在一實施例中，圖案化犧牲層在生長基板接合至載體基板期間用作對接合層沿p-n型二極體層之毛細作用的實體阻障。在一實施例中，電絕緣層在蝕刻p-n型二極體層以形成複數個微p-n型二極體期間用作對下伏導電層(諸如，導電接合層)之再分佈或再濺鍍的實體阻障。
在另一態樣中，本發明之實施例描述一種形成微LED裝置及微LED裝置陣列的方式，其中移除圖案化犧牲層 以部分曝露微p-n型二極體之底表面，此舉允許形成跨過微p-n型二極體之兩個側表面以及部分跨過微p-n型二極體之底表面的共形介電質障壁層。在拾取操作期間，在微LED裝置與傳遞頭接觸之後及/或在接合層中產生相變之後，在自然斷點處切割共形介電質障壁層。以此方式，在微p-n型二極體下方包繞的共形介電質障壁層之部分保護微p-n型二極體之側壁上的共形介電質障壁層在傳遞頭的拾取操作期間免受切片或斷裂。
根據各個態樣，本發明之實施例描述一種形成微LED裝置及微LED裝置陣列的方式，其中可使用圖案化犧牲層來形成自對準金屬化堆疊，該等自對準金屬化堆疊可包括覆蓋電極層的障壁層。亦可使用圖案化犧牲層來保護微LED裝置之側壁諸如在p-n型二極體層之蝕刻期間免受導電污染。亦可使用圖案化犧牲層來形成接合層之複數個橫向分離的位置。另外，可使用圖案化犧牲層曝露微p-n型二極體之底表面，以形成共形介電質障壁層。如在以下描述中將更加顯而易見，儘管上述態樣之每一者可組合在單個實施例中，但是本發明之實施例不以此為限，並且可根據本發明之實施例組合或不組合任何態樣或各態樣的組合。
現參照第1A圖，可在基板101上形成半導體裝置層110。在一實施例中，半導體裝置層110可包括一或更多個層，並且半導體裝置層110以此方式經設計以用受控的方式執行預定電子功能(例如，二極體、電晶體、積體電路)或光子功能(LED、雷射)。應理解，儘管半導體裝置層110 可以此方式經設計以用受控制的方式執行預定功能，但是可不完全功能化半導體裝置層110。舉例而言，可不形成諸如陽極或陰極的接點。為了簡潔並且不混淆本發明之實施例，作為根據習知異質生長條件在生長基板101上生長之p-n型二極體層110的半導體裝置層110作出以下描述。
p-n型二極體層110可包括具有對應於光譜中之特定區域之帶隙的複合半導體。舉例而言，p-n型二極體層110可包括基於II-VI材料(例如，ZnSe)或III-V材料的一或更多個層，該III-V材料包括III-V氮化物材料(例如，GaN、AlN、InN、InGaN及其合金)及III-V磷化物材料(例如，GaP、AlGaInP及其合金)。生長基板101可包括諸如(但不限於)矽、SiC、GaAs、GaN及藍寶石(Al2O3)之任何適合基板。
在特定實施例中，生長基板101為藍寶石，並且p-n型二極體層110由GaN形成。儘管事實為藍寶石相對於GaN具有較大晶格常數與熱膨脹係數失配，但是藍寶石成本相當低、可廣泛取得，並且藍寶石的透明性與基於準分子雷射的剝除(LLO)技術相容。在另一實施例中，諸如SiC之另一材料可用作GaN p-n型二極體層110的生長基板101。與藍寶石相似，SiC基板可為透明的。數種生長技術(諸如，有機金屬化學氣相沉積(MOCVD))可用於p-n型二極體層110的生長。例如，可藉由將三甲基鎵(TMGa)前驅物及氨(NH3)前驅物同時引入到具有被加熱至諸如800℃至1000℃之高溫的藍寶石生長基板101的反應腔室中，來生長GaN。在第1A圖所圖 示的特定實施例中，p-n型二極體層110可包括主體GaN層112、n型摻雜層114、量子阱116及p型摻雜層118。主體GaN層112可由於矽或氧污染為n型摻雜的，或有意摻雜有諸如矽之施體。n型摻雜GaN層114可同樣摻雜有諸如矽之施體，而p型摻雜層118可摻雜有諸如鎂之受體。可使用各種替代性p-n型二極體配置形成p-n型二極體層110。同樣，可使用各種單量子阱(SQW)或多量子阱(MQW)配置形成量子阱116。另外，可視情況包括各個緩衝層。在一個實施例中，藍寶石生長基板101具有約200 μm之厚度，主體GaN層112具有約0.5 μm至5 μm之厚度，n型摻雜層114具有約0.1 μm至3 μm之厚度，量子阱層116具有小於約0.3 μm之厚度且p型摻雜層118具有約0.1 μm至1 μm之厚度。
隨後可在p-n型二極體層110上方形成犧牲層170。在一實施例中，犧牲層170由具有不同於p-n型二極體層110之蝕刻特性的非金屬材料形成。舉例而言，犧牲層170可為介電材料，諸如(但不限於)二氧化矽(SiO2)、氮化矽(SiNx)、磷矽酸鹽玻璃(PSG)及聚醯亞胺。在一實施例中，犧牲層170具有約0.2 μm至4 μm之厚度。在一實施例中，犧牲層170由具有約0.5 μm之厚度的SiO2形成。
現參照第1B圖，在犧牲層170上方形成圖案化遮罩層180。舉例而言，圖案化遮罩層180可為光阻劑，但是亦可使用其他材料，其中可相對於圖案化遮罩層180選擇性蝕刻犧牲層170。亦在第1B圖中用虛線圖示將最終形成p-n型二極體150之區域的輪廓。如圖所示，圖案化遮罩層180 中的開口181具有比p-n型二極體150之最終底表面151的寬度小的寬度(例如，參見第11A圖至第11B圖)。
現參照第1C圖，相對於圖案化遮罩層選擇性蝕刻犧牲層170，以移除複數個開口181內曝露的犧牲層170並且移除鄰近複數個開口181之圖案化遮罩層180下方的犧牲層之部分，從而底切圖案化遮罩層180。在一實施例中，用適合的液態蝕刻溶液執行選擇性蝕刻。舉例而言，在犧牲層170係由SiO2形成，並且圖案化遮罩層180係由光阻劑形成的情況下，可用緩衝型氫氟酸(BHF)執行蝕刻。在圖示的特定實施例中，濕式蝕刻亦可產生錐形側壁171。在圖示的特定實施例中，犧牲層170可底切圖案化遮罩層與犧牲層之厚度(t)近似相等的距離(d)。如圖所示，圖案化犧牲層中的開口可具有比p-n型二極體150之最終底表面151的寬度小的寬度。
隨後可沉積金屬化堆疊層123。如在第1D圖中所圖示，金屬化堆疊層123可包括電極層122並且可視情況包括障壁層124，但是亦可包括其他層。電極層122及障壁層124亦可包括多個層。在一實施例中，反射性金屬化堆疊層具有約0.1 μm至2 μm的厚度。在一實施例中，反射性金屬化堆疊層具有約0.25 μm之厚度。電極層122可與p型摻雜GaN層118歐姆接觸，並且電極層122可由高功函數金屬(諸如，Ni、Au、Ag、Pd及Pt)形成。在一實施例中，電極層122可對光輻射具反射性，並且電極層122可用作將光反射回p-n型二極體層110的鏡子。舉例而言，為了使電極層122具有反射性質，電極層122中可包括Ag層或Ni層。諸如Ag之電 極層亦可能易受氧化。障壁層124可出於各種原因而視情況包括在反射性金屬化堆疊層123中，該等原因包括保護下伏電極層122免受氧化，並且防止雜質擴散進入電極層122或p-n型二極體110。舉例而言，障壁層124可包括(但不限於)Pd、Pt、Ni、Ta、Ti及TiW。在某些實施例中，障壁層124可防止組分從接合層擴散進入p-n型二極體層110。障壁層124亦可防止組分從例如如下所述之接合層擴散進入電極層122。
如在第1D圖中所圖示，圖案化犧牲層170比金屬化堆疊層123厚。在一實施例中，圖案化犧牲層為形成在p-n型二極體層110上之金屬化堆疊層123的約兩倍厚。在一實施例中，在p-n型二極體層110上，圖案化犧牲層具有約0.5 μm之厚度且金屬化堆疊層123具有0.25 μm之厚度。現結合第1D圖參照第1E圖，隨後可例如使用剝除技術移除圖案化遮罩層180及圖案化遮罩層180上的金屬化堆疊層123之任何部分，留下複數個自對準金屬化堆疊120。以此方式，金屬化堆疊層123在將變成橫向分離的金屬化堆疊120之位置與在圖案化遮罩層180上形成金屬化堆疊層123的區域之間可為不連續的。此不連續性保護橫向分離的金屬化堆疊120以免在剝除操作期間脫落。不連續性可為形成比金屬化堆疊層123厚之圖案化犧牲層180的結果。
仍參照第1D圖，可利用諸如蒸鍍及濺鍍之適用技術沉積電極層122及障壁層124。如圖所示，障壁層124形成在電極層122之凸起表面及側壁上方。如在以下描述中將變得更加顯而易見，在凸起表面如第1D圖所圖示形成在生 長基板101上方時，凸起表面可為該電極層之曝露頂表面，或者在凸起表面如示例性第11A圖至第11B圖所圖示併入微LED裝置中時，凸起表面可為該電極層122之底表面。使用諸如蒸鍍或濺鍍之適用技術形成電極層。在一實施例中，形成在p-n型二極體層110上之電極層122的部分不接觸犧牲層170。舉例而言，電極層122可具有與圖案化遮罩層180中之開口181的寬度近似相等並且小於圖案化犧牲層170中之開口寬度的寬度。在沉積電極層122之後，可使用相同技術以與電極層122相比較高的功率沉積障壁層124，以在底切的圖案化遮罩層180下方進一步沉積障壁層124。因此，藉由增加功率，沉積障壁層124可比沉積電極層122寬，此情況使障壁層124能夠覆蓋電極層122之側壁。亦可藉由在比用於電極層122之壓力低的壓力下，或者在較低壓力與較高功率之組合下的沉積，實現更寬的障壁層124沉積。在一些實施例中，電極層包括易受氧化之材料，該材料諸如可併入電極層122用作反光鏡層的銀(Ag)層。根據本發明之實施例，障壁層124可保護反光鏡層(或其他層)免受氧化，該氧化可潛在改變反光鏡層的顏色並且影響反光鏡層的反射性質。
在某些實施例中，對應於微LED 150陣列之節距，橫向分離的反射性金屬化堆疊120之節距可為5 μm、10 μm，或更大。舉例而言，5 μm節距可由2 μm間距分離的3 μm寬橫向分離的反射性金屬化堆疊120形成。10 μm節距可由2 μm間距分離的8 μm寬分離的反射性金屬化堆疊120形成。但是，此等尺寸意為示例性的，並且本發明之實施例不以此 為限。在一些實施例中，橫向分離的反射性金屬化堆疊120之寬度小於或等於在以下描述及諸圖中以進一步細節論述之微p-n型二極體陣列150陣列之底表面的寬度。
根據一些實施例，第1E圖中所圖示的生長基板101堆疊準備接合至載體基板。舉例而言，生長基板101堆疊可接合至如下文關於第2A圖至第2E圖所描述包括接合層210之載體基板201堆疊。在其他實施例中，一或更多個額外層可形成在圖案化犧牲層170及複數個分離的反射性金屬化堆疊120上方。參照第1F圖，在一實施例中，接合層128可視情況由第1E圖的基板堆疊形成以促進接合。接合層128可由關於以下表1及表2描述之材料的任一者形成，該等材料中的一些材料可取決於用於形成熔融接合層或合金接合層之接合層210(若存在)的組成物。舉例而言，在接合層128與接合層210合金接合的情況下，接合層128可為純金屬，或作為表1所提供之化學成分的金屬合金。在一實施例中，接合層128為導電的並且為約500埃至2000埃厚。在沉積導電接合層128之前，可視情況形成黏合層以增加導電接合層128至圖案化犧牲層170(例如，SiO2)的黏著力。舉例而言，黏合層可由Ti、TiW、Cr或Ni形成，該黏合層具有100埃至1000埃且更特定言之約300埃或更小之厚度。可視情況圖案化接合層128及黏合層，以例如在接合層128不與載體基板上之對應接合層接觸的區域產生開口。
第2A圖至第2E圖為具有用於接合至生長基板101堆疊之接合層210之載體基板201的各種實施例的橫截面 側視圖圖解。接合層210可由關於以下表1及表2描述之材料的任一者形成，該等材料中的一些材料可取決於用於形成熔融接合層或合金接合層之接合層128(若存在)的組成物。舉例而言，在接合層210與接合層128合金接合的情況下，接合層210可為純金屬，或作為表1所提供之化學成分的金屬合金。可在接合層210之前視情況形成黏合層208。舉例而言，黏合層208可由Ti、TiW、Cr或Ni形成，該黏合層208具有100埃至1000埃且更特定言之約300埃或更小之厚度。第2A圖圖示載體基板201以及在接合之前不被圖案化的接合層210及黏合層208。第2B圖至第2D圖圖示已經圖案化以形成複數個柱202的載體基板201，該等複數個柱202具有側壁204並且被凹槽206分離。柱202可由各種材料及技術形成。在一實施例中，藉由蝕刻或壓印製程圖案化載體基板201，以由載體基板201整體形成柱202。舉例而言，載體基板201可為具有整體形成之柱202的矽基板。在另一實施例中，可在載體基板201之頂部上形成柱。舉例而言，可藉由向上電鍍及光阻剝除技術來形成柱202。柱可由包括半導體、金屬、聚合物、介電質等之任何適合材料形成。
如在以下描述及諸圖中將變得更加顯而易見，柱202可具有等於或小於微p-n型二極體150之寬度的最大寬度。在一實施例中，凹槽柱202之高度為接合層210之厚度的至少兩倍。在一實施例中，接合層210可具有約0.1 μm至2 μm之厚度，而凹槽柱具有至少0.2 μm至4 μm之高度。在第2B圖所圖示的特定實施例中，在柱202上方，以及側壁 204上與凹槽206內形成共形接合層210。在第2C圖所圖示的特定實施例中，各向異性沉積接合層210與黏合層208，以僅在柱202之頂表面上與凹槽206內形成接合層210與黏合層208，而不在側壁204上大量沉積。在第2D圖所圖示的特定實施例中，僅在柱202之頂表面上形成接合層210與黏合層208。可藉由用相同圖案化光阻劑來圖案化柱202、黏合層208及接合層210，以形成此配置。在第2E圖所圖示的特定實施例中，可用光阻剝除技術形成接合層210之橫向分離的位置，其中黏合層及接合層之毯覆層沉積在圖案化光阻層上方，隨後剝除該等毯覆層(連同光阻層上之黏合層及接合層的部分)，留下第2E圖所圖示之接合層210的橫向分離的位置，但是亦可使用其他處理技術。
如上文關於第2B圖至第2E圖及第1E圖至第1F圖所圖示，本發明之某些實施例包括接合層128、接合層210之橫向分離的位置及/或橫向分離的反射性金屬化堆疊120。關於第2B圖，在第2B圖中，共形接合層210形成在柱202上方，以及側壁204上及凹槽206內，藉由凹槽206橫向分離柱202之頂部上之接合層的特定位置。因此，即使共形接合層210係連續的，但柱202之頂部上之接合層210的位置為橫向分離的位置。同樣地，第2E圖之接合層210的個別離散位置係由該等位置之間的間隔橫向分離。在存在柱202的情況下，接合層210之厚度與柱202之高度的關係可成為接合層210之位置之橫向分離的考慮因素。
如上所述的接合層128及接合層210可由諸如熱塑性聚合物、金屬及焊料之各種適合材料形成。作為單個接合層或經由熔融接合或合金接合而接合在一起的接合層可能能夠將微LED裝置黏附至載體基板。在一實施例中，生成的接合層可具有約350℃或更低，或更特定言之約200℃或更低之液相溫度。在此等溫度下，生成的接合層可經歷相變而不實質上影響微LED裝置之其他組分。在一實施例中，生成的接合層可為導電的。舉例而言，在生成的接合層回應於溫度變化而經歷從固態至液態之相變的情況下，生成的接合層之部分可在如以下描述中更加詳細描述的拾取操作期間保持在微LED裝置上。在此實施例中，生成的接合層由導電材料形成係有利的，以在隨後將微LED裝置傳遞至接收基板時，該接合層不會不利地影響該微LED裝置。在此情況下，在傳遞操作期間保持在微LED裝置上之生成的接合層的部分可幫助將微LED裝置接合至接收基板上的導電襯墊。
焊料可為用於接合層128、接合層210的適合材料，因為許多材料係固態下的大體韌性材料，並且對半導體表面及金屬表面展現有利的濕化作用。典型的合金不是在單個溫度處而是在一溫度範圍內熔融。因此，焊接合金之特徵通常在於對應於合金保持液態之最低溫度的液相溫度，以及對應於合金保持固態之最高溫度的固相溫度。可用於本發明之實施例之低熔融焊接材料的示例性列表提供於表1中，其中按組分的重量百分比列出化學成分。如上所述，在接合層128、接合層210接合在一起形成合金接合層的情況下，接合 層128、接合層210可為純金屬，或作為表1所提供之化學成分的金屬合金。
可用於本發明之實施例之熱塑性聚合物的示例性列表提供於表2中。
根據本發明之實施例，形成具有均一厚度的接合層128、接合層210，並且可藉由取決於特定組成物的各種適合方法來沉積該等接合層128、接合層210。舉例而言，可藉由電子束(E束)蒸鍍來濺鍍、沉積焊接組成物，或用晶種層電鍍該等焊接組成物，以獲得均一厚度。
現參照第3A圖至第3B圖，生長基板101與載體基板201可在熱量及/或壓力下接合在一起。第3A圖係第1E圖之結構接合至第2A圖之未圖案化結構之實施例的圖解。第3B圖係第1F圖之結構接合至第2A圖之未圖案化結構 之實施例的圖解。應理解此等圖解係示例性的，並且可根據本發明之實施例考慮與第2A-2E圖的其他組合。另外，可僅使用單個接合層128或210使生長基板101與載體基板201接合在一起。
在一實施例中，在第3B圖所圖示之基板的接合期間，導電接合層128可擴散進入導電接合層210，或反之亦然，以轉換層128、210為單一合金接合層。生成的接合層的一個功能係將包括微p-n型二極體的微LED裝置保持在載體基板上的適當位置，同時亦提供媒體，可自該媒體容易地釋放微LED裝置。在一些實施例中，導電接合層128、導電接合層210中之一者由具有大於350℃或更特定言之大於200℃之熔融溫度或液相溫度的材料形成，然而，生成的合金接合層之特徵在於350℃或更低，或更特定言之200℃或更低之熔融溫度或液相溫度，以提供媒體，可自該媒體拾取微LED。因此，形成具有特定組成物與厚度的導電接合層128、導電接合層210，以在接合層128與接合層210的相互擴散之後實現期望的合金濃度。在一實施例中，選擇接合層128與接合層210之組成物與厚度，以實現共熔合金接合，其中共熔合金在特定組成物與溫度下直接從固態轉換至液態，而不經過液態與固態的二相平衡。
根據本發明之實施例，由接合層128、接合層210產生的接合介面可比單獨使用接合層210的接合介面更強力。例如在如下文更詳細地描述之生長基板101的移除期間，增加的接合介面強度可為系統提供額外的結構完整性。舉例 而言，在雷射剝除技術用於移除生長基板的情況下，系統經受熱量及機械衝擊波，該等熱量及機械衝擊波可潛在地導致生長基板101與載體基板201之間的層之剝層及p-n型二極體層110的破裂。根據本發明之實施例，接合層128、接合層210的共熔接合可產生防止此剝層的強力接合介面，從而保持p-n型二極體層110的完整性。
第4圖係在生長基板101與載體基板201接合之前並列存在之生長基板101及載體基板201之各個非限制性可能結構的橫截面側視圖圖解。第5圖係在生長基板101與載體基板201接合之後並列存在之生長基板101及載體基板201之各個非限制性可能結構的橫截面側視圖圖解。基板之特定組合描述於表3中。舉例而言，第4圖所圖示之特定實施例實例A表示第2A圖所圖示之載體基板至第1E圖所圖示之生長基板的接合。儘管未圖示，但是如上所述，根據一些實施例，為了合金或熔融接合，除了接合層210之外亦可視情況包括接合層128，或者可視情況包括接合層128作為接合層210的替代。
仍參照第5圖，所圖示之實施例的一個特徵結構係接合至載體基板201堆疊之生長基板101堆疊的構形在接合操作期間嵌入(或壓印)至接合層210中。舉例而言，包括圖案化犧牲層170及反射性金屬化堆疊120之構形嵌入(或 壓印)至接合層210中。參照示例性第5圖的實例A，在熱量及壓力下接合的實施例中，圖案化犧牲層170壓印至接合層210中，以使接合層210流入由圖案化犧牲層170內之複數個開口產生的儲集層，該圖案化犧牲層170包括複數個金屬化堆疊120。在一實施例中，壓印圖案化犧牲層170完全穿過接合層210，以與下伏的第二基板201(或黏合層208(若存在))接觸，從而將接合層210橫向分離成複數個橫向分離的位置。可以預期，將接合層210橫向分離成對應於每一個別微LED裝置之橫向分離位置可協助拾取操作，其中接合層之一個橫向分離位置中之相變的產生不影響接合層之鄰近的橫向分離位置。然而，本發明之實施例不以此為限，並且不需要將圖案化犧牲層170完全嵌入(或壓印)穿過接合層210。
所圖示之實施例的另一特徵結構係圖案化犧牲層170為p-n型二極體層110與下伏金屬層(例如，接合層210、黏合層208)之間的實體阻障。因此，圖案化犧牲層170提供對沿隨後自p-n型二極體層110演變之微p-n型二極體150之底表面之金屬污染的阻障。
現參照第6圖，已自接合結構移除生長基板101。若生長基板為透明的，則可藉由諸如化學蝕刻或基於準分子雷射的剝除(LLO)之適合方法移除生長基板101。在一實施例中，藉由用來自紫外線雷射(諸如，Nd-YAG雷射或KrF準分子雷射)之短脈衝(例如，數十毫微秒)穿過透明的藍寶石生長基板101輻射101/110層介面。介面處GaN p-n型二 極體層110的吸收導致介面的局部加熱，造成在介面GaN處分解成液態Ga金屬與氮氣。一旦輻射了期望的面積，則可藉由在加熱板上再熔融Ga，以移除透明的藍寶石生長基板101。
現參照第7圖，薄化p-n型二極體層110至期望的厚度。返回參照第1A圖中放大的p-n型二極體層，移除預定量的主體GaN層112(該主體GaN層112可為n型的)或n型GaN層114之部分，以在薄化之後保留可操作的p-n型二極體。取決於下伏結構，可使用諸如拋光、濕式蝕刻或乾式蝕刻之適用技術執行薄化製程。舉例而言，可執行至期望厚度之拋光及/或定時蝕刻的組合。在存在諸如柱之下伏圖案化結構的情況下，可執行至期望厚度的定時蝕刻，以免損害圖案化結構。
現參照第8圖，可在薄化的p-n型二極體層110上方形成圖案化遮罩層140，以蝕刻p-n型二極體層110形成複數個分離的微p-n型二極體150。遮罩層140可由光阻劑或比光阻劑對GaN蝕刻條件更具抗性的各種材料(諸如，金屬(例如，鉻、鎳)或介電質(氮化矽、二氧化矽))形成。可使用乾式電漿蝕刻技術(諸如，反應式離子蝕刻(RIE)、電子迴旋共振(ECR)、感應耦合電漿反應式離子蝕刻(ICP-RIE)，以及化學輔助的離子束蝕刻(CAIBE))，以執行GaN p-n型二極體層110之蝕刻。蝕刻化學品可為基於鹵素的，包含諸如Cl2、BCl3或SiCl4之物種。
如圖所示，圖案化犧牲層170在GaN p-n型二極體層110之蝕刻期間用作蝕刻阻止層。因此，圖案化犧牲層 170保護微p-n型二極體150之側壁153與微p-n型二極體150內的量子阱結構116免受下伏導電接合層210以及黏合層208(若存在)引起的污染。舉例而言，因為乾式電漿蝕刻化學品參見圖案化犧牲層170(例如，SiO2)而非來自被覆蓋的導電接合層210或黏合層208之金屬，所以消除再濺鍍至p-n型二極體150側壁上的金屬。
在第8圖所圖示的特定實施例中，微p-n型二極體150可具有達15度之外觀上的錐形側壁153(自微p-n型二極體150的頂部至底部)。舉例而言，可使用具有基於氯之蝕刻化學品的RIE。或者，側壁153可為垂直的。舉例而言，可使用基於氯的蝕刻化學品之ICP-RIE，來獲得垂直的側壁。如在第15圖之描述中將變得更加顯而易見，在已被拾取並且傳遞至接收基板的一系列微LED裝置上方形成共用接點時，外觀上的錐形側壁在一些實施例中可為有利的。在某些實施例中，微p-n型二極體150之間的節距可為5 μm、10 μm，或更大。舉例而言，可由2 μm間距分離之3 μm寬的微p-n型二極體形成具有5 μm節距的微p-n型二極體150。可由2 μm間距分離之8 μm寬的微p-n型二極體形成具有10 μm節距的微p-n型二極體150。如第8'圖所圖示，在完成了蝕刻p-n型二極體層110以形成複數個分離的微p-n型二極體150之後，可移除圖案化遮罩層140，曝露複數個微p-n型二極體150之頂表面152。或者，稍後可移除圖案化遮罩層140。
現參照第8"圖，選擇性移除圖案化犧牲層170。在所圖示的特定實施例中，圖案化犧牲層170之移除曝露微 p-n型二極體150之底表面151的部分。另外，在所圖示的特定實施例中，完全移除圖案化犧牲層170。可用液相蝕刻劑、汽相蝕刻劑或氣相蝕刻劑來執行移除。在一實施例中，在圖案化犧牲層170係由SiO2形成的情況下，蝕刻劑可包括液相氫氟酸(HF)、汽相氫氟酸(HF)或氣相氫氟酸(HF)或緩衝型氫氟酸(BHF)。
在一實施例中，若還未移除圖案化遮罩層140，則可用與移除圖案化犧牲層170相同的操作移除圖案化遮罩層140。或者，如關於第9圖至第9'圖所描述，在蝕刻溶液具有不同於圖案化犧牲層170及圖案化遮罩層140的選擇性時，圖案化遮罩層140可保持在p-n型二極體150上並且可用於在共形介電質障壁層中形成接觸開口。
仍參照第8"圖，微LED陣列包括載體基板201、載體基板上之接合層210(該接合層210可為或可不為合金接合層，並且可為或可不為橫向分離的)的複數個位置，以及接合層210之複數個位置上方的各別複數個分離的微p-n型二極體150。在各別複數個分離的微p-n型二極體150與接合層201之複數個位置之間形成複數個分離的反射性金屬化堆疊120。在一些實施例中，如在實例B至實例D中所圖示，載體基板包括各別複數個柱202，在該等複數個柱202上形成接合層210之複數個橫向分離的位置。
在一些實施例中，微p-n型二極體150包括頂表面152與底表面151，並且反射性金屬化堆疊120包括頂表面與底表面，並且微p-n型二極體150之底表面151比反射性金 屬化堆疊120之頂表面寬。在一些實施例中，複數個微p-n型二極體150分別包括底表面151，該底表面151具有與各別複數個柱202之每一者之頂表面的寬度近似相等的寬度。在其他實施例中，複數個微p-n型二極體150分別包括底表面151，該底表面151比各別複數個柱202之每一者的頂表面寬。微p-n型二極體150底部寬度與下伏柱202頂表面的關係可影響拾取製程。舉例而言，若接合層210在拾取製程期間展現從固態至液態的相變，則微p-n型二極體150本質上浮在液層上。液態接合層210中的表面張力可使微p-n型二極體150保持在柱202之頂部上的適當位置。詳言之，與柱202之頂表面的邊緣相關的表面張力可進一步協助將微p-n型二極體150保持在適當位置處，其中柱202頂表面寬度小於或近似等於p-n型二極體150底部寬度。
根據一些實施例，複數個微p-n型二極體150放置在接合層210之橫向分離的位置上方。在一實施例中，如實例A所圖示，可藉由壓印圖案化犧牲層穿過接合層210來產生接合層210之橫向分離的位置。在一實施例中，可藉由如實例E所圖示在將生長基板接合至載體基板之前圖案化接合層210，或藉由如實例B至實例D所圖示形成柱，以實現接合層210之橫向分離的位置。在凹槽206存在於柱202之間的某些實施例中，凹槽可用作接合層儲集層，熔融的接合層可流入該等儲集層而不干擾鄰近的微LED裝置。在一實施例中，複數個微p-n型二極體150分別包括底表面151，該底 表面151具有與合金接合層211之複數個橫向分離的位置的對應頂表面之寬度近似相等或更大的寬度。
在一些實施例中，準備例如用傳遞頭將第8"圖之微LED裝置拾取並且傳遞至接收基板。在其他實施例中，在將微p-n型二極體150拾取並且傳遞至接收基板之前，薄共形介電質障壁層可由微p-n型二極體150任一者的陣列形成。現參照第9圖至第10"圖，薄共形介電質障壁層160可形成在第8"圖之微p-n型二極體150中之任一者的陣列上方。在一個實施例中，薄共形介電質障壁層160可在拾取製程期間防止鄰近微p-n型二極體150之間的電荷飛弧(charge arcing)，從而防止鄰近的微p-n型二極體150在拾取製程期間黏貼在一起。薄共形介電質障壁層160亦可保護微p-n型二極體150之側壁153、量子阱層116及底表面151免受污染，該污染可影響微p-n型二極體150之完整性。舉例而言，在後續溫度循環(尤其是在高於接合層材料210之液相溫度或熔融溫度的溫度處)期間(諸如，在從載體基板拾取微裝置並且將微裝置釋放至接收基板期間)，薄共形介電質障壁層160可用作對接合層材料210(或合金接合層)向上毛細作用微p-n型二極體150之側壁及量子層116的實體阻障。一旦將微p-n型二極體150置放在接收基板上，則薄共形介電質障壁層160亦可隔離微p-n型二極體150。在一實施例中，薄共形介電質障壁層160係約50埃至600埃厚的氧化鋁(Al2O3)。可藉由各種適用技術(諸如(但不限於)，原子層沉積(ALD))沉積共形介電質障壁層160。
現參照第9圖至第9'圖，薄共形介電質障壁層160可形成在第8"圖之微p-n型二極體150中之任一者的陣列上方，在微p-n型二極體150中還未移除圖案化遮罩層140。薄共形介電質障壁層160可形成在微p-n型二極體150中之任一者的陣列上方，並且薄共形介電質障壁層160與遮罩層140之曝露表面以及p-n型二極體150之側壁153及底表面151之部分共形並且橫跨遮罩層140之曝露表面以及p-n型二極體150之側壁153與底表面151之部分。共形介電質障壁層160亦可橫跨接合層210之曝露表面。隨後用剝除技術移除遮罩層140，剝除形成在該遮罩層140上的薄共形介電質障壁層160之部分，產生如第9'圖所圖示包括接觸開口162的結構。在第9'圖所圖示的特定實施例中，共形介電質障壁層160不形成在微p-n型二極體150之頂表面152上。
參照第10圖至第10"圖，薄共形介質層亦可形成在第8"圖之微p-n型二極體150之陣列上方，隨後圖案化以產生接觸開口162。如第10圖所圖示，薄共形介電質障壁層160可形成在微p-n型二極體150中之任一者的陣列上方，並且該薄共形介電質障壁層160與p-n型二極體150之曝露頂表面152及側壁153共形並且橫跨p-n型二極體150之曝露頂表面152及側壁153。介電質障壁層160亦可橫跨p-n型二極體150之曝露底表面151及接合層210。毯覆光阻層隨後可形成在p-n型二極體陣列及載體基板201上方，隨後圖案化該毯覆光阻層以在各個微p-n型二極體150上方形成開口。隨後可蝕刻薄共形介電質障壁層160，以在各個微p-n型二極體150之 頂表面152上形成接觸開口162。接觸開口162係圖示於移除圖案化光阻劑之後的第10'圖至第10"圖中。如第10'圖所圖示，接觸開口162可具有比微p-n型二極體150之頂表面152之寬度稍大的寬度。在第10'圖所圖示的實施例中，接觸開口162曝露微p-n型二極體150之頂表面及微p-n型二極體150之側壁的上部，而介電質障壁層160覆蓋並且隔離量子阱層116。如第10"圖所圖示，接觸開口162可具有比微p-n型二極體150之頂表面152之寬度稍小的寬度。寬度的差異可為調整圖案化光阻劑時的對準公差的結果。因此，共形介電質障壁層160可繞微p-n型二極體150之頂表面及側壁形成唇部。
第10"圖實例A之微LED裝置的示例性陣列圖示於第11A圖中。在第11A圖所圖示的特定實施例中，壓印圖案化犧牲層完全穿過接合層210，以產生接合層210之複數個橫向分離的位置。現參照第11B圖，在所圖示的特定實施例中，不壓印圖案化犧牲層完全穿過接合層210，且接合層210之分離的位置不為橫向分離的。
第12A圖至第12B圖包括根據本發明之實施例之載體基板201及微LED裝置之陣列的俯視圖圖解及橫截面側視圖圖解。在所圖示的特定實施例中，自第11A圖的微LED裝置產生陣列。然而，應理解第12A圖至第12B圖意為示例性的，並且微LED裝置之陣列可由前文描述之微LED裝置的任一者形成。在第12A圖所圖示的實施例中，每一個別微p-n型二極體150圖示為具有不同直徑或寬度的一對同心圓，該 等不同直徑或寬度對應微p-n型二極體150之頂表面及底表面的不同寬度以及跨越頂表面及底表面的對應錐形側壁。在第12B圖所圖示的實施例中，每一個別微p-n型二極體150圖示為具有錐形角或圓角的一對同心正方形，其中每個正方形具有不同的寬度，該不同寬度對應於微p-n型二極體150之頂表面及底表面的不同寬度以及跨越頂表面與底表面的對應錐形側壁。然而，本發明之實施例不要求錐形側壁，並且微p-n型二極體150之頂表面及底表面可具有相同直徑或寬度，以及垂直側壁。如第12A圖至第12B圖所圖示，微LED裝置之陣列被描述為具有節距(P)、每一微LED裝置之間的間距(S)以及每一微LED裝置的最大寬度(W)。為了清晰與簡明，在俯視圖圖解中用虛線僅圖示x維，但是應理解可存在類似的y維，並且x維與y維可具有相同或不同的維度值。在第12A圖至第12B圖所圖示的特定實施例中，x維值與y維值在俯視圖圖解中相同。在一個實施例中，微LED裝置之陣列可具有10 μm之節距(P)，其中每一微LED裝置具有2 μm之間距(S)以及8 μm之最大寬度(W)。在另一實施例中，微LED裝置之陣列可具有5 μm之節距(P)，其中每一微LED裝置具有2 μm之間距(S)以及3 μm之最大寬度(W)。然而，本發明之實施例并不局限於此等特定尺寸，並且可使用任何適合尺寸。
在第13圖中描述微LED裝置傳遞至接收基板之方法的實施例。在此實施例中，載體基板具有設置於其上的微LED裝置陣列。如上所述，每一微LED裝置可包括微p-n型二極體及微p-n型二極體之底表面下方的反射性金屬化堆 疊，其中金屬化堆疊位於微p-n型二極體與載體基板上的接合層之間。共形介電質障壁層可視情況跨過微p-n型二極體之側壁。共形介電質障壁層可額外跨過微p-n型二極體之底表面的部分。在操作1310處，在接合層中針對微LED裝置之至少一者產生相變。舉例而言，相變可與加熱接合層至高於形成接合層之材料之熔融溫度或液相溫度相關。熱量可施加至接合層，以產生來自各種源的相變，該等源包括局部熱量傳遞、穿過載體基板的熱量傳遞、穿過傳遞頭的熱量傳遞，以及以上的組合。可隨後在操作1320處，用傳遞頭拾取微p-n型二極體、金屬化堆疊，以及視情況用於微LED裝置中之至少一者之共形介電質障壁層的部分，以及視情況的接合層之部分，並且隨後在操作1330處，將拾取的微p-n型二極體、金屬化堆疊，以及視情況用於微LED裝置中之至少一者之共形介電質障壁層的部分，以及視情況的接合層之部分置放在接收基板上。可在置放操作期間將熱量施加至接合層，並且可自各種源提供熱量，該等源包括局部熱量傳遞、穿過接收基板的熱量傳遞、穿過傳遞頭的熱量傳遞，以及以上的組合。
在第14圖中提供根據實施例之操作1320的大體圖解，在第14圖中，傳遞頭300拾取微p-n型二極體150、金屬化堆疊120、用於微LED裝置中之至少一者之共形介電質障壁層160的部分，以及接合層210的部分。在所圖示的特定實施例中，已形成共形介電質障壁層160，然而，在其他實施例中可能不存在共形介電質障壁層。在一些實施例中，可用微LED裝置剝除接合層210之部分(諸如，約一半的接 合層210)。儘管圖示包括實例A之微p-n型二極體150的特定微LED裝置，但是應理解，可拾取包括本文描述之微p-n型二極體150中之任一者的微LED裝置中之任一者。另外，儘管第14圖所圖示的實施例圖示拾取單個微LED裝置的傳遞頭300，但是傳遞頭300或複數個傳遞頭300可拾取其他實施例中的微LED裝置之群組。
仍參照第14圖，在所圖示的特定實施例中，微p-n型二極體150之底表面151比與底表面151接觸的反射性金屬化堆疊120之頂表面寬，並且共形介電質障壁層160跨過微p-n型二極體150之側壁、微p-n型二極體150之底表面151的部分。在一個態樣中，在微p-n型二極體150下方包繞的共形介電質障壁層160之部分保護微p-n型二極體150之側壁上的共形介電質障壁層160在傳遞頭300的拾取操作期間免受切片或斷裂。可在共形介電質障壁層160、接合層210中，尤其在具有銳角的角與位置處產生應力點。在使微LED裝置與傳遞頭300接觸之後及/或在接合層中產生相變之後，此等應力點變成自然斷點，在該自然斷點處可切割共形介電層。在一實施例中，在使微LED裝置與傳遞頭接觸之後及/或在合金接合層中產生相變之後，在自然斷點處切割共形介電質障壁層160，此舉可在拾取微p-n型二極體與反射性金屬化堆疊之前或期間。在液態下，回應於與使微LED裝置與傳遞頭接觸相關的壓力，接合層可在下伏結構上方變平滑。在一實施例中，在使微LED裝置與傳遞頭接觸之後，在合金接合層中產生相變之前，在微LED裝置之頂表面上摩擦傳遞 頭。摩擦可去除傳遞頭或微LED裝置中之任一者的接觸表面上可能存在的任何粒子。摩擦亦可將壓力傳遞至共形介電質障壁層。因此，將壓力從傳遞頭300傳遞至共形介電質障壁層160以及加熱合金接合層至高於合金接合層之液相溫度兩者可有助於切割微p-n型二極體150之下方的位置處的共形介電質障壁層160並且可保持微LED裝置及量子阱層116的完整性。
在一實施例中，微p-n型二極體150之底表面比金屬化堆疊120之頂表面寬，並且共形介電質障壁層160形成在微p-n型二極體150之底表面的部分上。在一實施例中，在金屬化堆疊120之每一側沿微p-n型二極體150之底表面的0.25 μm至1 μm距離容納50埃至600埃厚的共形介電質障壁層160。
根據本發明之實施例，可使用各種適合的傳遞頭來協助拾取操作1320及置放操作1330。舉例而言，傳遞頭300可根據真空原理、磁性原理、黏合原理或靜電原理施加拾取壓力於微LED裝置上，以拾取微LED裝置。在特定實施例中，傳遞頭根據靜電原理操作。傳遞頭300亦可經配置以將熱量傳遞至微LED裝置，以在與傳遞製程相關的拾取操作及置放操作期間控制接合層的相。
第15圖係根據本發明之實施例接收已置放有複數個微LED裝置之基板400的圖解。舉例而言，接收基板可為(但不限於)顯示基板、發光基板、具有諸如電晶體之功能裝置的基板，或具有金屬再分佈線的基板。在所圖示的特 定實施例中，每一微LED裝置可置放在驅動接點上方。可隨後在一系列微p-n型二極體150上方形成共用接觸線420。如圖所示，微p-n型二極體150之錐形側壁可提供促進連續接觸線之形成的構形。在一實施例中，共用接觸線420可形成在一系列紅色發光微LED、綠色發光微LED或藍色發光微LED上方。在某些實施例中，共用接觸線420將由諸如氧化銦錫(ITO)之透明接點材料形成。在一個實施例中，複數個微LED可排列成包括紅色發光微LED、綠色發光微LED及藍色發光微LED之三者的像素群組。
在一個實施例中，p-n型二極體150可包括具有約0.1 μm至3 μm之厚度的頂部n型摻雜層114、具有小於約0.3 μm之厚度的量子阱層116(該量子阱層116可為SQW或MQW)，以及具有約0.1 μm至1 μm之厚度的下部p型摻雜層118。在一實施例中，頂部n型摻雜層114可具有0.1 μm至6 μm之厚度(該頂部n型摻雜層114可包括或替代前文描述的主體層112)。在一特定實施例中，p-n型二極體150可具有小於3 μm之厚度，以及小於10 μm之寬度。
在另一態樣中，本發明之實施例描述用於用傳遞頭陣列之預製造微裝置陣列之質量傳遞的方式。包括匹配對應微LED裝置陣列之節距之整數倍數之傳遞頭陣列的傳遞工具可用於拾取微LED裝置並且將該等微LED裝置傳遞微LED裝置陣列至接收基板。以此方式，以高傳遞速率將微LED裝置整合並且裝配成異質性整合系統係可能的，該異質性整合系統包括從微顯示器至大面積顯示器之任何大小範圍內的基 板。舉例而言，1 cm×1 cm之微裝置傳遞頭陣列可拾取並且傳遞100000以上的微裝置，其中較大的微裝置傳遞頭陣列能夠傳遞更多微裝置。傳遞頭陣列中之每一傳遞頭亦可為獨立受控的，此舉賦能微裝置的選擇性拾取與釋放。
不限於特定理論，本發明之實施例描述根據靜電夾片之原理操作的微裝置傳遞頭及傳遞頭陣列，該等微裝置傳遞頭及傳遞頭陣列使用相反電荷間的引力來拾取微裝置。根據本發明之實施例，將吸附電壓施加至微裝置傳遞頭，以在微裝置上產生夾緊力並且拾取微裝置。夾緊力與荷電板面積成比例，所以按壓力計算該夾緊力。
在另一態樣中，本發明之實施例描述接合層，該接合層在某些處理操作及搬運操作期間可將微裝置保持在載體基板上，並且在經歷相變之後提供媒體，在拾取操作期間，微裝置可保持在該媒體上並且可從該媒體被容易地釋放。舉例而言，接合層可為可再熔融的或可回流的，以使接合層在拾取操作之前或期間經歷從固態至液態的相變。在液態下，接合層可使微裝置保持在載體基板上的適當位置，同時亦提供媒體，可自該媒體容易地釋放微LED裝置。不局限於特定理論，在決定從載體基板拾取微裝置所需的夾緊壓力時，夾緊壓力應大於將微裝置固持至載體基板的力，該等力可包括(但不限於)表面張力、毛細力、黏滯力、彈性恢復力、範德瓦爾斯力、靜摩擦力及重力。
根據本發明之實施例，在微裝置之尺寸減小至低於某一範圍時，將微裝置固持至載體基板的液態接合層之表 面張力可超過固持微裝置的其他力而佔據主導。舉例而言，用約2.2大氣壓(atm)之表面張力壓力將10 μm×10 μm寬的示例性微裝置保持在載體基板上，其中銦接合層在其156.7℃之熔融溫度處具有560 mN/m之液體表面張力。此表面張力明顯大於重力引起的壓力，對於10 μm×10 μm寬×3 μm高的示例性氮化鎵(GaN)件，壓力為約1.8×10-6 atm。
第16圖係根據本發明之實施例根據靜電原理操作以拾取微LED裝置之雙極微裝置傳遞頭及傳遞頭陣列的橫截面側視圖圖解。如圖所示，微裝置傳遞頭300可包括基底基板302、包括頂表面308及側壁306的檯面結構304、形成在檯面結構304上方並且包括頂表面309及側壁307的可選鈍化層310、形成在檯面結構304(及可選鈍化層310)上方的一對電極316A、316B以及具有覆蓋電極316A、電極316B之頂表面321的介電層320。基底基板302可由諸如能夠提供結構支撐之矽、陶瓷及聚合物的各種材料形成。在一實施例中，基底基板具有103 ohm-cm與1018 ohm-cm之間的傳導率。基底基板302可額外包括佈線(未圖示)，以將微裝置傳遞頭300連接至靜電夾片組件的工作電子設備。
檯面結構304產生自基底基板凸出的外形，以提供定位接觸點以在拾取操作期間拾取特定微裝置。在一實施例中，檯面結構304具有約1 μm至5 μm或更特定言之約2 μm之高度。檯面結構304之特定尺寸可取決於待拾取之微裝置的特定尺寸以及形成在檯面結構上方之任何層的厚度。在一實施例中，基底基板302上之檯面結構304陣列的高度、寬 度及平面度在整個基底基板上為均一的，以使每一微裝置傳遞頭300在拾取操作期間能夠與每一對應的微裝置接觸。在一實施例中，橫跨每一微裝置傳遞頭之頂表面321的寬度係略大於、約等於或小於對應微裝置陣列中之每一微裝置之頂表面的寬度，以使傳遞頭在拾取操作期間不會無意中與鄰近於意欲對應之微裝置的微裝置接觸。
檯面結構304具有可為平面的頂表面308，以及側壁306。在一實施例中，例如側壁306可為達10度的錐形。使側壁306成錐形對形成電極316及電極引線314可為有利的。可藉由各種適用技術(諸如，化學氣相沉積(CVD)、濺鍍或原子層沉積(ALD))沉積鈍化層310。在一實施例中，鈍化層310可為0.5 μm至2.0 μm厚的氧化物(諸如(但不限於)，二氧化矽(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)或氧化鉭(Ta2O5))。電極316A、電極316B可為單個層或多個層。包括金屬、金屬合金、耐火金屬及耐火金屬合金的各種導電材料可用於形成電極316A、電極316B。在一實施例中，電極316A、電極316B具有達5000埃(0.5 μm)的厚度。在一實施例中，電極316A、電極316B包括諸如鉑或耐火金屬或耐火金屬合金的高熔融溫度金屬。舉例而言，電極316A、電極316B可包括鉑、鈦、釩、鉻、鋯、鈮、鉬、釕、銠、鉿、鉭、鎢、錸、鋨、銥及以上的合金。耐火金屬及耐火金屬合金通常展現比其他金屬高的耐熱性及耐磨性。在一實施例中，電極316A、電極316B為約500埃(0.05 μm)厚的鈦鎢(TiW)耐火金屬合金。
介電層320具有用於實現微裝置傳遞頭300之要求的夾緊壓力之適合厚度及介電常數，以及在操作電壓下不中止的充分介電強度。介電層可為單個層或多個層。在一實施例中，介電層為0.5 μm至2.0 μm厚，但是取決於傳遞頭300及下伏檯面結構304之特定構形，厚度可為更大或更小。適合的介電材料可包括(但不限於)氧化鋁(Al2O3)及氧化鉭(Ta2O5)。根據本發明之實施例，介電層320具有大於所施加之電場的介電強度，以免使傳遞頭在操作期間短路。可藉由各種適用技術(諸如，化學氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)及物理氣相沈積(PVD)(諸如，濺鍍))沉積介電層320。在沉積之後可額外退火介電層320。在一個實施例中，介電層320具有至少400 V/μm的介電強度。諸如ALD之技術可用於沉積具有良好介電強度的均勻、共形、密集及/或無針孔的介電層。多個層亦可用於實現此無針孔介電層320。不同介電材料的多個層亦可用於形成介電層320。在一實施例中，下伏電極316A、下伏電極316B包括具有高於一或更多種介電層材料之沉積溫度的熔融溫度的鉑或耐火金屬或耐火金屬合金，以使該等下伏電極316A、下伏電極316B不為選擇介電層之沉積溫度的限制因素。
對應於第17圖至第23B圖的以下描述描述用於拾取微LED裝置及微LED裝置陣列的各種方式。應理解，儘管在第17圖至第23B圖中描述並且圖示某些微LED裝置，但是微LED裝置可為上文關於第1圖至第15圖所圖示及描述的微LED裝置結構之中任一者。
第17圖為圖示根據本發明之實施例拾取微LED裝置並將微LED裝置從載體基板傳遞至接收基板之方法的流程圖。在操作1710處，將傳遞頭放置在連接至載體基板的微LED裝置上方。傳遞頭可包含檯面結構、檯面結構上方的電極，以及覆蓋如在上述實施例中所描述之電極的介電層。隨後在操作1720處使微LED裝置與傳遞頭接觸。在一實施例中，微LED裝置與傳遞頭之介電層320接觸。在替代性實施例中，將傳遞頭放置在微LED裝置上方，具有分離該傳遞頭與該微LED裝置並且不顯著影響夾緊壓力的適合空隙，該空隙例如為1 nm(0.001 μm)或10 nm(0.01 μm)。在操作1730處，電壓施加至電極以在微LED裝置上產生夾緊壓力，並且在操作1740處用傳遞頭拾取微LED裝置。隨後在操作1750處將微LED裝置釋放至接收基板上。
儘管已在第17圖中順序圖示操作2110至操作2150，但是應理解實施例不以此為限，且可執行額外的操作並且可以不同的順序執行某些操作。舉例而言，在一個實施例中，在使微LED裝置與傳遞頭接觸之後，在微LED裝置之頂表面上摩擦傳遞頭，以去除傳遞頭或微LED裝置中之任一者的接觸表面上可能存在的任何粒子。在另一實施例中，執行操作以在拾取微裝置之前或在拾取微裝置時在將微LED裝置連接至載體基板的接合層中產生相變。若用微LED裝置拾取接合層的部分，則可執行額外的操作以在後續處理期間控制接合層之部分的相。
可以各種順序執行施加電壓至電極以在微LED裝置上產生夾緊壓力的操作1730。舉例而言，可在使微LED裝置與傳遞頭接觸之前，在使微LED裝置與傳遞頭接觸的同時，或在使微LED裝置與傳遞頭接觸之後施加電壓。亦可在接合層中產生相變之前、同時或之後施加電壓。
在傳遞頭包括雙極電極的情況下，跨電極316A、電極316B對施加交流電壓，以在施加負電壓至電極316A的特定時間點處，施加正電壓至電極316B，反之亦然，以產生拾取壓力。可用包括關閉電壓源、降低跨電極對之電壓、改變交流電壓的波形以及使電壓源接地之方法來實現從傳遞頭釋放微LED裝置。
第18圖為圖示根據本發明之實施例拾取微LED裝置陣列並將微LED裝置陣列從載體基板傳遞至至少一個接收基板之方法的流程圖。在操作1810處，將傳遞頭陣列放置在微LED裝置陣列上方，其中每一傳遞頭具有檯面結構、檯面結構上方的電極，以及覆蓋電極的介電層。在操作1820處，使微LED裝置陣列與傳遞頭陣列接觸。在替代性實施例中，將傳遞頭陣列放置在微LED裝置陣列上方，具有分離該傳遞頭陣列與該微LED裝置陣列且不顯著影響夾緊壓力的適合空隙，該空隙例如為1 nm(0.001 μm)或10 nm(0.01 μm)。第19圖為根據本發明之實施例與微LED裝置陣列100接觸之微裝置傳遞頭陣列300的橫截面側視圖圖解。如第19圖所圖示，傳遞頭陣列300的節距(P)匹配微LED裝置100的節距，其中 傳遞頭陣列的節距(P)為傳遞頭之間的間距(S)與傳遞頭之寬度(W)的和。
在一個實施例中，微LED裝置陣列100具有10 μm之節距，其中每一微LED裝置具有2 μm之間距以及8 μm之最大寬度。在示範性實施例中，假定微p-n型二極體150具有直側壁，則每一微LED裝置100之頂表面具有約8 μm之寬度。在此示範性實施例中，對應傳遞頭300之頂表面321(參見第16圖)的寬度為約8 μm或更小，以避免與鄰近微LED裝置無意中接觸。在另一實施例中，微LED裝置陣列100可具有5 μm之節距，其中每一微LED裝置具有2 μm之間距以及3 μm之最大寬度。在示範性實施例中，每一微LED裝置100之頂表面具有約3 μm之寬度。在此示範性實施例中，對應傳遞頭300之頂表面321的寬度為約3 μm或更小，以避免與鄰近微LED裝置100無意中接觸。然而，本發明之實施例不局限於此等特定尺寸，並且可使用任何適合尺寸。舉例而言，傳遞頭300之頂表面321可略大於微LED裝置100之頂表面，並且小於關於第12A圖至第12B圖描述之微LED陣列的節距(P)。
第20圖為根據本發明之實施例與微LED裝置陣列100接觸之微裝置傳遞頭陣列的側視圖圖解。在第20圖所圖示的實施例中，傳遞頭的節距(P)為微裝置陣列之節距的整數倍。在所圖示的特定實施例中，傳遞頭的節距(P)為微LED裝置陣列之節距的3倍。在此實施例中，具有較大的傳遞頭節距可防止傳遞頭之間的飛弧。
再次參照第18圖，在操作1830處，將電壓選擇性地施加至傳遞頭陣列100的部分。可獨立操作每一傳遞頭300，或者可共同操作每一傳遞頭300。在操作1840處，用傳遞頭陣列的部分拾取微裝置陣列的對應部分，將電壓選擇性施加至傳遞頭陣列。在一個實施例中，將電壓選擇性施加至傳遞頭陣列的部分意謂將電壓施加至傳遞頭陣列中的每個傳遞頭。第21A圖為根據本發明之實施例在拾取微LED裝置陣列100的微裝置傳遞頭陣列中之每個傳遞頭的側視圖圖解。在另一實施例中，將電壓選擇性施加至傳遞頭陣列的部分意謂將電壓施加至傳遞頭陣列中的少於每個傳遞頭(例如，傳遞頭之子集)。第21B圖為根據本發明之實施例拾取微LED裝置陣列100之部分的微裝置傳遞頭陣列之子集的側視圖圖解。在第21A圖至第21B圖所圖示的特定實施例中，拾取操作包括以下步驟：拾取微p-n型二極體150、反射性金屬化堆疊120，以及用於微LED裝置100的共形介電質障壁層160之部分。在第21A圖至第21B圖所圖示的特定實施例中，拾取操作包括以下步驟：拾取接合層210的實質部分。因此，亦可藉由控制接合層210之部分的溫度來實現關於第17圖至第23B圖描述之實施例中的任一者。舉例而言，關於第17圖至第23B圖描述的實施例可包括執行操作，以在拾取微LED裝置陣列之前，在將微LED裝置陣列連接至載體基板201之接合層的複數個位置中產生從固態至液態的相變。在一實施例中，接合層之複數個位置可為相同接合層的區域。在一實 施例中，接合層之複數個位置可為相同接合層之橫向分離的位置。
在操作1850處，隨後將微LED裝置陣列之部分釋放至至少一個接收基板上。因此，可將微LED裝置陣列全部釋放至單個接收基板上，或者選擇性釋放至多個基板上。舉例而言，接收基板可為(但不限於)顯示基板、發光基板、具有諸如電晶體或ICs之功能裝置的基板，或具有金屬再分佈線的基板。可藉由影響如前文所述之施加電壓實現釋放。
根據一些實施例，亦可藉由合金接合接合層210與導電接收接合層以形成永久合金接合層來實現釋放。在某些實施例中，用對應微LED裝置將接合層210之實質部分釋放至接收基板上。在此等實施例中，實質部分可對應於充分量的接合層，以在形成永久合金接合層時改變導電接收接合層的液相溫度。在其他實施例中，實質部分可對應於一顯著量，該顯著量可影響至接收基板之接合。
第22圖為將對應微LED裝置陣列100固持在包括複數個驅動接點410之接收基板400上方之微裝置傳遞頭陣列的側視圖圖解。隨後可將微LED裝置陣列100置放成與接收基板接觸，隨後選擇性釋放微LED裝置陣列100。第23A圖為根據本發明之實施例被選擇性釋放至驅動接點410上方之接收基板400之單個微LED裝置100的側視圖圖解。第23B圖為根據本發明之實施例被選擇性釋放至驅動接點410上方之接收基板400之所有微LED裝置100的側視圖圖解。
在使用本發明之各個態樣時，熟習此項技術者將明白，用於形成準備被拾取並且傳遞至接收基板之微LED裝置陣列的上述實施例的組合或變化係可能的。儘管已經用特定於結構特微及/或方法論行為的語言描述了本發明，但是應瞭解由隨附申請專利範圍定義的本發明不必局限於所描述的特定特徵結構或行為。反而，所揭示的特定特徵結構及行為被理解為用於說明本發明的所主張發明之尤其得體的實施。
101‧‧‧生長基板
110‧‧‧半導體裝置層
122‧‧‧電極層
123‧‧‧金屬化堆疊層
124‧‧‧障壁層
150‧‧‧微p-n型二極體
170‧‧‧犧牲層
180‧‧‧圖案化遮罩層

Claims (26)

  1. 一種形成一微LED陣列的方法，該方法包含以下步驟：在一圖案化犧牲層中的複數個開口內形成對應之複數個橫向分離的自對準金屬化堆疊，該圖案化犧牲層形成在一p-n型二極體層上；用一接合層將包括該等複數個橫向分離的自對準金屬化堆疊、該圖案化犧牲層以及該p-n型二極體層的一第一基板堆疊接合至一第二基板；蝕刻穿過該p-n型二極體層以在該等複數個分離的金屬化堆疊上方形成複數個微p-n型二極體，並且曝露橫向位於該等複數個分離的金屬化堆疊之間的該圖案化犧牲層；及移除該圖案化犧牲層。
  2. 如請求項1所述之方法，其中於形成在該p-n型二極體層上之該圖案化犧牲層的該等複數個開口內形成該等對應之複數個橫向分離的自對準金屬化堆疊之步驟包含以下步驟：將該犧牲層沉積在該p-n型二極體層上方；於該犧牲層上方形成一圖案化遮罩層，該圖案化遮罩層包括曝露該犧牲層的該等複數個開口；相對於該遮罩層選擇性蝕刻該犧牲層，以移除該等複數個開口內之該曝露的犧牲層並且移除該圖案化遮罩層下方的該犧牲層之一部分； 將一金屬化堆疊層沉積於該圖案化遮罩層及p-n型二極體層上方；剝除該圖案化遮罩層，以在該p-n型二極體層上方留下該等複數個金屬化堆疊及該圖案化犧牲層。
  3. 如請求項1所述之方法，其中蝕刻穿過該p-n型二極體層之步驟包含以下步驟：電漿蝕刻。
  4. 如請求項1所述之方法，其中該等複數個自對準金屬化堆疊包括一電極層及一障壁層。
  5. 如請求項4所述之方法，其中該障壁層覆蓋該電極層之一凸起表面及側壁。
  6. 如請求項5所述之方法，其中該電極層係反射性的。
  7. 如請求項6所述之方法，其中該電極層包含選自由銀及鎳組成之群組的一材料。
  8. 如請求項5所述之方法，其中形成該等複數個橫向分離的自對準金屬化堆疊之步驟包含以下步驟：在與該電極層相比的一較高功率下，或在與該電極層相比一較低壓力下沉積該障壁層。
  9. 如請求項1所述之方法，其中該圖案化犧牲層係一非金屬層。
  10. 如請求項9所述之方法，其中該圖案化犧牲層包含SiO2。
  11. 如請求項4所述之方法，其中該圖案化犧牲層比該等複數個橫向分離的自對準金屬化堆疊厚。
  12. 如請求項11所述之方法，其中該圖案化犧牲層為該等複數個橫向分離的自對準金屬化堆疊的約兩倍厚。
  13. 如請求項4所述之方法，其中形成該等複數個自對準金屬化堆疊之步驟包含選自由蒸鍍及濺鍍組成之群組的一技術。
  14. 如請求項1所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：沉積一共形介電質障壁層於該等複數個微p-n型二極體之每一者之側表面及一底表面之一部分上。
  15. 如請求項1所述之方法，其中該接合層具有約350℃或更低之一液相溫度。
  16. 如請求項15所述之方法，其中該接合層具有約200℃或更低之一液相溫度。
  17. 如請求項15所述之方法，其中該接合層包含銦。
  18. 如請求項15所述之方法，其中用該接合層將該第一基板堆疊接合至該第二基板之步驟包含以下步驟：接合該第一基板堆疊上的一第一接合層與該第二基板上的一第二接合層。
  19. 如請求項18所述之方法，其中接合之步驟包含以下步驟：合金接合或熔融接合該第一接合層與該第二接合層。
  20. 一種形成一微LED陣列的方法，該方法包含以下步驟：將一犧牲層沉積在一p-n型二極體層上方；及於該犧牲層上方形成一圖案化遮罩層，該圖案化遮罩層包括曝露該犧牲層的複數個開口；相對於該遮罩層選擇性蝕刻該犧牲層，以移除該等複數個開口內之該曝露的犧牲層並且移除該圖案化遮罩層下方的該犧牲層之一部分；將一金屬化堆疊層沉積於該圖案化遮罩層及p-n型二極體層上方；剝除該圖案化遮罩層以在該p-n型二極體層上方留下複數個金屬化堆疊及該圖案化犧牲層，其中該犧牲層比該等複數個金屬化堆疊厚； 用一接合層將包括該等複數個金屬化堆疊、該圖案化犧牲層以及該p-n型二極體層的一第一基板堆疊接合至一第二基板；電漿蝕刻穿過該p-n型二極體層以在該等複數個分離的金屬化堆疊上方形成複數個微p-n型二極體，並且曝露橫向位於該等複數個分離的金屬化堆疊之間的該圖案化犧牲層；及移除該圖案化犧牲層。
  21. 一種微LED，該微LED包含：一微p-n型二極體；及一金屬化堆疊，該金屬化堆疊位於該微p-n型二極體之一底表面下方，該金屬化堆疊包括該微p-n型二極體之該底表面上的一電極層以及覆蓋該電極層之一底表面及側壁的一障壁層；其中該微p-n型二極體之該底表面比該金屬化堆疊寬。
  22. 如請求項21所述之微LED，該微LED進一步包含一共形介電質障壁層，該共形介電質障壁層跨過該微p-n型二極體之側壁並且部分地跨過該微p-n型二極體之該底表面。
  23. 如請求項22所述之微LED，其中該微p-n型二極體進一步包括一頂表面以及該頂表面與該底表面之間的錐形側 壁，其中該微p-n型二極體之該底表面比該微p-n型二極體之該頂表面寬。
  24. 如請求項22所述之微LED，其中該金屬化堆疊係反射性的。
  25. 如請求項22所述之微LED，其中該金屬化堆疊係在該微p-n型二極體與形成在一基板上的一接合層之間。
  26. 如請求項21所述之微LED，其中該接合層包含銦。
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