TW202123490A - 製造光電元件之方法 - Google Patents

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Abstract

本案揭露內容有關製造光電元件（5）之方法，光電元件（5）包含多個發光二極體（LED）的多個組件，具有多個第一與第二組件以及由第一光致發光材料所製成的多個第一區塊（32），多個第一區塊（32）的每一個覆蓋多個第一組件的其中一個。該方法包含形成覆蓋多個第一與第二組件的層；定界（delimit）該層中的多個第一開口以曝露多個第一組件；以第一材料填充多個第一開口以及執行化學機械研磨以定界多個第一區塊。

Description

製造光電元件之方法
本發明通常關於光電元件，光電元件包含形成發光二極體的奈米範圍或微米範圍的半導體元件，特別是微米線或奈米線、或具有錐狀形狀的結構，以及覆蓋發光二極體的光致發光區塊。
用語「光電元件」係用於指定能夠將電訊號轉換為電磁輻射或相反的元件，且特別是專門用以偵測、測量或發射電磁輻射的元件。具有三維半導體部件的光電元件可包含由光致發光區塊所覆蓋的發光二極體。
用於製造此光電元件的方法包含：在基板上形成多個發光二極體以及形成覆蓋多個發光二極體的多個光致發光區塊。多個光致發光區塊可藉由在多個發光二極體的組件上沉積光致發光層並蝕刻光致發光層以定界多個光致發光區塊來形成。
在光致發光層中定界多個光致發光區塊可包含沉積覆蓋光致發光層的樹脂層以及在多個光致發光區塊的期望位置處藉由光微影法定界部分的光致發光層。光微影法通常使用基板上的可見對準標記的偵測來準確地放置遮罩，該遮罩用於曝露具有發光二極體的樹脂層。
此方法的缺點在於光致發光層可能對於可見光是部分不透明的，使得利用對準標記偵測的微影法難以實現。
因此，本發明實施例的標的在於克服前述用於製造包含多個發光二極體與多個光致發光區塊的光電元件的方法的至少一部份缺點。
本發明實施例的其他標的在於能有具有形成多個光致發光區塊的材料，該材料並非適用於光微影步驟中的光敏材料。
本發明實施例的其他標的在於能夠具有多個光致發光區塊的顯著高寬比。
本發明實施例的其他標的在於能以工業規模且低成本來形成光電元件。
本發明實施例提供一種製造光電元件的方法，光電元件包含多個發光二極體的多個組件，多個發光二極體的多個組件具有多個第一與第二組件以及覆蓋多個第一組件的每一個的第一光致發光材料的多個第一區塊。該方法包含形成覆蓋多個第一與第二組件的層；定界該層中的多個第一開口以曝露多個第一組件；以第一材料填充多個第一開口以及執行化學機械研磨以定界多個第一區塊。
根據本發明實施例，元件包含由不同於第一光致發光材料的第二光致發光材料所製成的多個第二區塊，多個第二區塊的每一個覆蓋多個第二組件的其中一個，該方法包含：定界該層中的多個第二開口以曝露多個第二組件；以第二材料填充多個第二開口以及執行化學機械研磨以定界多個第二區塊。
根據本發明實施例，元件進一步包含多個發光二極體的第三組件以及由不同於第一與第二光致發光材料的第三光致發光材料所製成的多個第三區塊，多個第三區塊的每一個覆蓋多個第三組件的其中一個，該方法包含：定界該層中的多個第三開口以曝露多個第三組件；以第三材料填充多個第三開口以及執行化學機械研磨以定界多個第三區塊。
根據本發明實施例，元件進一步包含多個發光二極體的第四組件，該方法包含：定界該層中的多個第四區塊，多個第四區塊的每一個覆蓋多個發光二極體的第四組件的其中一個。
根據本發明實施例，該層對於由多個發光二極體的第四組件的發光二極體所發射的輻射為至少部分透明的。
根據本發明實施例，該方法包含：定界多個組件之間的層中的多個第四開口並在多個第四開口中形成具有反射側的多個壁面。
根據本發明實施例，該方法包含：在多個第四開口中沉積反射塗層以及以第五材料填充多個第四開口的剩餘部分。
根據本發明實施例，在多個第一光致發光區塊之後形成多個壁面。
根據本發明實施例，該方法包含：在形成多個壁面之前，形成阻障層延伸於多個第四開口中並覆蓋多個第一光致發光區塊。
根據本發明實施例，在多個第一與第二光致發光區塊之後形成多個壁面。
根據本發明實施例，在多個第一與第二光致發光區塊之前形成多個壁面。
根據本發明實施例，該方法包含：蝕刻存在於第一、第二與第三光致發光區塊之間的層；在形成多個壁面之前，形成阻障層延伸於多個第四開口中並覆蓋第一、第二與第三光致發光區塊；以及在存在於第一、第二與第三光致發光區塊之間的空間處形成多個壁面。
已在不同的圖式中以類似的元件符號表示類似的特徵。具體來說，在不同實施例之間的共同結構性及/或功能性特徵可具有相同的元件符號且可能具有相同的結構、尺寸與材料特性。為了清楚起見，僅詳細說明並描述對於理解在此所描述的實施例有用的步驟與元件。
在以下說明中，當參照限定絕對位置的用語（例如，用語「前」、「後」、「頂部」、「底部」、「左」、「右」等等）或相對位置（例如，用語「之上」、「之下」、「上方」、「下方」等等）時，或參照限定方向的用語（例如，用語「水平的」、「垂直的」等等）時，此代表圖式的方位或在正常使用位置的光電元件。除非另有說明，詞語表達「左右」、「近似」、「實質上」與「約為」表示在10%以內，以及較佳是5%以內。當詞語表達「左右」、「近似」、「實質上」與「約為」用於指示方向，該等詞語表達表示在10o 以內，較佳是5o 以內。此外，在此所考量的用語「絕緣」與「導電」分別表示「電氣絕緣」與「電氣導電」。
層的透射率對應於從輸出表面離開該層的輻射強度與從相對於輸出表面的輸入表面進入該層的的輻射強度的比率。在以下描述中，當穿過層或膜的輻射透射率小於10%時，層或膜被稱為對輻射不透明。在以下描述中，當穿過層或膜的輻射透射率大於10%時，層或膜被稱為對輻射透明。在以下描述中，「可見光」表示具有400nm至700nm範圍中的波長的電磁輻射。
在以下描述中，當膜或層在40℃對氧的滲透率小於1.10-1 cm3 /(m2 *天*atm)時，膜或層被稱為是不透氧的。可根據名稱為「使用庫倫感測器的穿透塑膠膜與片材的氧氣穿透率的標準測試方法」的ASTM D3985方法來測量氧的滲透率。在以下描述中，當膜或層在40℃對水的滲透率小於1.10-1 g/(m2 *天)時，膜或層被稱為是不透水的。可根據名稱為「使用調變紅外線感測器的穿透塑膠膜與片材的水蒸氣穿透率的標準測試方法」的ASTM F1249方法來測量水的滲透率。
本發明關於光電元件的製造，光電元件包含發光二極體，發光二極體係基於奈米範圍或微米範圍的三維部件（特別是微米線、奈米線或錐體）所形成。
用語「微米線」或「奈米線」表示沿著較佳方向的長型形狀的三維結構，具有至少兩個稱為次要尺度的尺度以及具有稱為主要尺度或高度的第三尺度，該次要尺度在5nm至5μm範圍中，較佳在100nm至2μm，更佳地在200nm至1.5μm，該第三尺度大於或等於最大次要尺度的1倍、較佳大於或等於最大次要尺度的3倍以及更佳地大於或等於最大次要尺度的5倍。在一些實施例中，每個微米線或奈米線的高度可大於或等於500nm，較佳在1μm至50μm的範圍中。在以下描述中，用語「線」用於表示「微米線」或「奈米線」。
線的橫截面可具有不同形狀，例如，橢圓形、圓形或多邊形，特別是三角形、矩形、正方形或六邊形。用於線的橫截面的用語「平均直徑」表示與在此橫截面的線的表面積有關的數值，例如，對應於具有與線的橫截面相同的表面積的圓盤的直徑。
在以下描述中，用語「錐體」表示三維結構，其中一部分具有錐形或長型圓錐形狀。錐形結構可被截頭，亦即，圓錐的頂部不存在並以平坦區域取代圓錐的頂部。錐體的底部內切於正方形中，正方形具有100nm至10μm的側邊尺度，較佳為0.2μm至2μm。形成錐體底部的多邊形可為六邊形。介於錐體底部與頂點或頂部平台之間的錐體高度在100nm至20μm之間變化，較佳為200nm至2μm。
在以下描述中，將描述關於光電元件的實施例，光電元件具有包含微米線或奈米線的發光二極體。然而，應清楚理解該等實施例可關於具有包含微米範圍錐體或奈米範圍錐體的發光二極體的光電元件。
該等線大多包含，較佳超過60重量%，更較佳超過80重量%的至少一種半導體材料。半導體材料可為矽、鍺、矽碳化物、III-V化合物、II-VI化合物或該等化合物的至少兩種的組合。
III族元素的實例包含鎵（Ga）、銦（In）或鋁（Al）。III-N族元素的實例為GaN、AlN、InN、InGaN、AlGaN或AlInGaN。亦可使用其他V族元素，例如，磷或砷。一般來說，可以不同莫耳分率來組合III-V化合物中的元素。II族元素的實例包含IIA族元素，特別是鈹（Be）和鎂（Mg）以及IIB族元素，特別是鋅（Zn）、鎘（Cd）和汞（Hg）。VI族元素的實例包含VIA族元素，特別是氧（O）與碲（Te）。II-VI化合物的實例為ZnO、ZnMgO、CdZnO、CdZnMgO、CdHgTe、CdTe或HgTe。一般來說，可以不同莫耳分率來組合II-VI化合物中的元素。線的半導體材料包含摻雜劑，例如，確保III-N化合物的N-型摻雜的矽或確保III-N化合物的P-型摻雜的鎂。
第1圖為包含微米線或奈米線的光電元件5的實施例的局部簡化截面圖。在第1圖中，光電元件5由底部到頂部包含： -基板10，包含相對表面12與14，上表面12至少在發光二極體的位準處較佳為平面的； -晶種層16，由有利於線生長的材料所製成且設置在表面12上； -絕緣層18，覆蓋晶種層16且包含多個開口20，曝露部分的晶種層16； -多個發光二極體LED（顯示六個發光二極體），每個發光二極體LED透過多個開口20的其中一個與晶種層16接觸； -絕緣層24，延伸於發光二極體LED的下部部分的側邊上並延伸於發光二極體LED之間的絕緣層18上； -層26，形成電極，電極覆蓋每個發光二極體LED且進一步延伸於發光二極體LED之間的絕緣層24上； -反射導電層28，延伸於發光二極體LED之間的層26上，其中導電層28可作為插入發光二極體LED之間的電極層26與絕緣層24之間的變體； -介電保護層30，延伸於層26與28上； -光致發光區塊32與33，覆蓋發光二極體的部分組件； -區塊34，對於由發光二極體所發射的輻射是透明的且覆蓋發光二極體的其他組件，其中可省略透明區塊34； -絕緣層36，覆蓋每個區塊32、33、34或僅一些區塊32、33、34的上表面，其中可省略絕緣層36； -保護層37，覆蓋絕緣層36、區塊32、33、34的側表面以及區塊32與34之間的電極層26； -多個壁面38，介於區塊32、34之間，每個壁面38包含以反射塗層42圍繞的中心40； -一個、兩個或三個彩色濾光器44，覆蓋至少一些的光致發光區塊32、33，例如，單一黃色濾光器、兩個濾光器，第一個為黃色濾光器以及第二個為紅色濾光器或三個濾光器，第一個為紅色濾光器、第二個為綠色濾光器以及第三個為藍色濾光器，顯示覆蓋兩個區塊的單一濾光器44作為實例；以及 -透明保護層46，覆蓋整個結構。
第2圖顯示發光二極體LED的實施例。根據實施例，每個發光二極體LED包含線21與外殼22，線21通過多個開口20的其中一個與晶種層16接觸且外殼22包含覆蓋線21的側壁與頂部的半導體層堆疊。由每個線21與關連外殼22所形成的組件形成發光二極體LED。
外殼22可包含複數個層的堆疊，複數個層特別包含主動層23與接合層25。由發光二極體LED所供應的大部分輻射是由主動層23所發射。根據實例，主動層23可包含侷限構件，例如，多重量子井。接合層25可包含與線21相同的III-V材料的半導體層的堆疊，但具有與線21相反的導電型態。
基板10可對應於單塊結構或可對應於覆蓋由其他材料所製成的支撐件的層。基板10較佳為半導體基板，例如，由矽、鍺、矽碳化物、III-V化合物（例如，GaN或GaAs）所製成的基板或ZnO基板。較佳地，基板10為單一結晶矽基板。較佳地，是與微電子學中實施的製造方法相容的半導體基板。基板10可對應於矽基絕緣體型態（亦稱為SOI）的多層結構。
開口20的橫截面可對應於線21的期望橫截面或可與將獲得的線21的橫截面不同。線21的平均直徑可等於或大於開口20的平均直徑。
晶種層16係由有利於線生長的材料所製成。作為實例，形成晶種層16的材料可為來自元素週期表第IV、V或VI列的過渡金屬的氮化物、碳化物或硼化物或該些化合物的組合。作為實例，晶種層16係由下列化合物製成：氮化鋁（AlN）、硼（B）、氮化硼（BN）、鈦（Ti）、氮化鈦（TiN）、鉭（Ta）、氮化鉭（TaN）、鉿（Hf）、氮化鉿（HfN）、鈮（Nb）、氮化鈮（NbN）、鋯（Zr）、硼化鋯（ZrB2 ）、氮化鋯（ZrN）、碳化矽（SiC）、氮碳化鉭（TaCN）、Mgx Ny 形式的氮化鎂，其中x大約等於3且y大約等於2，例如，根據Mg3 N2 形式的氮化鎂或氮化鍺鎂（MgGaN）、鎢（W）、氮化鎢（WN）或前述化合物的組合。晶種層16可具有單層結構或可對應於至少兩層的堆疊，例如，每一層可由前述材料的其中一者所製成。
根據實施例，可省略晶種層16。根據其他實施例，可以晶種墊來取代晶種層16，例如，形成在開口20下方的晶種墊。
每個絕緣層18、24、30、36、37、46與填充材料40可由介電材料所製成，例如，二氧化矽（SiO2 ）、氮化矽（Six Ny ，其中x大約等於3且y大約等於4，例如，Si3 N4 ）、氮氧化矽（特別是通式SiOx Ny ，例如，Si2 ON2 ）、氧化鋁（Al2 O3 ）、氧化鉿（HfO2 ）、氧化鈦（TiO2 ）或鑽石。絕緣層18、24、30、36、37、46可具有單層結構或可對應於兩層的堆疊或超過兩層的堆疊。當絕緣層18對應於至少兩層的堆疊時，堆疊的上層為絕緣形式，例如，由介電材料所製成。
導電層28或塗層42較佳對應於金屬層，例如，鋁、銀、銅、金或鋅。導電層28或塗層42的厚度可在0.01μm至1000μm的範圍中。作為變化例，可省略塗層42。在此情況中，填充材料40可為金屬材料，例如，鋁、銀、銅或鋅。
電極層26能夠為發光二極體所發射的電磁輻射提供路徑。形成電極層26的材料可為透明且導電材料，例如，氧化銦錫（ITO）、鋁或鎵鋅氧化物或石墨烯。電極層26的厚度可在0.01μm至10μm的範圍中。
根據實施例，每個光致發光區塊32、33係位於發光二極體或發光二極體組件的其中一個的相對處。每個光致發光區塊32、33包含發光團，當由關聯發光二極體LED發射的光激發發光團時，發光團能夠發射出具有與關聯發光二極體LED發射的光不同的波長的光。根據實施例，光電元件5包含至少兩種光致發光區塊32、33。第一種的光致發光區塊32的每一個能夠將發光二極體所提供的輻射轉換為第一波長的第一輻射，而第二種的光致發光區塊33的每一個能夠將其所覆蓋的發光二極體所提供的輻射轉換為第二波長的第二輻射。根據實施例，光電元件5包含至少三種光致發光區塊32、33，第三種的光致發光區塊的每一個能夠將發光二極體LED所提供的輻射轉換為第三波長的第三輻射。第一波長、第二波長與第三波長可以是不同的。
根據實施例，發光二極體能夠發射藍光，亦即，輻射的波長在430nm至480nm範圍中。根據實施例，第一波長對應於綠光且在510nm至570nm範圍中。根據實施例，第二波長對應於紅光且在600nm至720nm範圍中。
根據其他實施例，發光二極體LED例如能夠發射紫外光輻射。根據實施例，第一波長對應於藍光且在430nm至480nm範圍中。根據實施例，第二波長對應於綠光且在510nm至570nm範圍中。根據實施例，第三波長對應於紅光且在600nm至720nm範圍中。
區塊32、33的高寬比，亦即，區塊高度對最大寬度的比率，可在0.01至10的範圍中，較佳在0.05至2的範圍中。
根據實施例，每個光致發光區塊32、33包含至少一種光致發光材料的顆粒，例如，以透明基體的光致發光材料的顆粒。光致發光材料的實例為由三價鈰離子活化的釔鋁石榴石（YAG），亦稱為YAG：Ce或YAG：Ce3+ 。一般光致發光材料的顆粒的平均尺寸通常大於5μm。
根據實施例，每個光致發光區塊32、33包含具有半導體材料的奈米範圍的單晶顆粒的基體（以下亦稱為半導體奈米晶體或奈米發光團顆粒）分散於每個光致發光區塊32、33中。光致發光材料的內部量子效率QYint 係等於發射光子的數量與由光致發光物質所吸收的光子數量的比率。半導體奈米晶體的內部量子效率QYint 係大於5%，較佳大於10%，更較佳大於20%。
根據實施例，奈米晶體的平均尺寸在0.5nm至1000nm的範圍中，較佳在0.5nm至500nm的範圍中，更較佳在1nm至100nm的範圍中，較佳在2nm至30nm的範圍中。就小於50nm的尺度來說，半導體奈米晶體的光轉換性質實質取決於量子侷限現象。半導體奈米晶體接著對應於量子點。
根據實施例，半導體晶體的半導體材料可選自包含下列的群組：硒化鎘（CdSe）、磷化銦（InP）、硫化鎘（CdS）、硫化鋅（ZnS）、硒化鋅（ZnSe）、碲化鎘（CdTe）、碲化鋅（ZnTe）、氧化鎘（CdO）、氧化鋅鎘（ZnCdO）、硫化鎘鋅（CdZnS）、硒化鎘鋅（CdZnSe）、硫化銀銦（AgInS2 ）、PbScX3 類型的鈣鈦礦，其中x為鹵素原子，具體為碘（I）、溴（Br）或氯（Cl）以及該些化合物中的至少兩者的混合物。根據實施例，半導體奈米晶體的半導體材料係選自在由Le Blevenec等人在2014年4月發表於Physica Status Solidi (RRL)-Rapid Research Letters的第8冊第4號第349至352頁中所描述的材料。
根據實施例，根據由半導體奈米晶體所發射的輻射的期望波長來選擇半導體奈米晶體的尺度。作為實例，具有3.6nm的平均尺寸的CdSe奈米晶體能將藍光轉換為紅光，而具有1.3nm的平均尺寸的CdSe奈米晶體能將藍光轉換為綠光。根據其他實施例，根據由半導體奈米晶體所發射的輻射的期望波長來選擇半導體奈米晶體的組成。
基體對於由光致發光顆粒及/或發光二極體LED所發射的輻射是至少部分透明的，較佳超過80%。例如，基體可由二氧化矽所製成。例如，基體可由任何至少部分透明的聚合物所製成，具體為矽氧樹脂、丙烯酸樹脂或聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）類型或聚乳酸（PLA）。基體可具體藉由使用三維列印機的至少部分透明的聚合物所製成。基體可對應於由離心法（SOG，旋塗式玻璃）所沉積的光敏玻璃或非光敏玻璃。根據實施例，基體包含2%至90%、較佳為10重量%至60重量%的奈米晶體，例如，大約30重量%的奈米晶體。
光致發光區塊32、33的厚度取決於奈米晶體濃度與所使用的奈米晶體種類。光致發光區塊32、33的高度較佳大於線21的高度並小於或等於壁面38的高度。在俯視圖中，每個光致發光區塊32、33可對應於正方形、矩形、L型多邊形等等，其面積可等於具有1μm至100μm（較佳為3μm至15μm）的側邊長度的正方形面積。
壁面38至少部分由至少一種反射材料所製成。反射材料可為金屬材料，具體為鐵、銅、鋁、鎢、銀鈦、鉿、鋯或該些化合物的至少兩種的組合。較佳地，壁面38係由與微電子學中實施的製造方法相容的材料所製成。較佳地，壁面38係由鋁或銀所製成。
沿著垂直於表面12的方向所測量的壁面38的高度係在300nm至200μm的範圍中，較佳在3μm至15μm的範圍中。沿著平行於表面12的方向所測量的壁面38的厚度係在100nm至50μm的範圍中，較佳在0.5μm至10μm的範圍中。
根據實施例，壁面38可由反射材料所製成或以塗層覆蓋壁面38，該塗層在由光致發光區塊32、33及/或發光二極體所發射的輻射波長處為反射的。
較佳地，壁面38圍繞光致發光區塊32、33。壁面38接著降低相鄰光致發光區塊32、33之間的串擾。
封裝層46對於由光致發光顆粒及/或發光二極體LED所發射的輻射為至少部分透明。封裝層可由對由光致發光顆粒及/或發光二極體LED所發射的輻射為至少部分透明的無機材料所製成。作為實例，無機材料係選自包含下列的群組：SiOx 類型的氧化矽，其中x為1至2之間的實數或SiOy Nz ，其中y與z為0至1之間的實數、二氧化鈦、氧化鋁（例如，Al2 O3 ）以及該些化合物的混合物。封裝層可由至少部分透明的有機材料所製成。作為實例，封裝層為矽氧聚合物、環氧聚合物、丙烯酸聚合物或聚碳酸酯。封裝層46可具有單層或多層結構且例如包含有機層及/或無機層的堆疊。
第3至14圖說明在製造第1圖所示的光電元件5的方法實施例的連續步驟中所獲得的結構。
第3圖說明在以下步驟後所獲得的結構：在基板10的表面12上形成晶種層16、在晶種層16上形成絕緣層18、在絕緣層18中蝕刻開口20、形成發光二極體LED，亦即，例如藉由金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）或任何其他適用方法在開口20中形成線以及形成覆蓋線的外殼、在每個發光二極體LED的根部形成絕緣層24、形成電極層26、形成導電層28、形成介電層30以及沉積對可見光為透明的材料層50，具體是介電材料、填充線21之間的空間以在介電層30上方形成實質平坦上表面52。層50可由在可見範圍中為透明的礦物材料所製成，SiO2 、SiN、Al2 O3 。層50可由樹脂製成，具體是光阻劑。可藉由旋轉塗佈、狹縫塗佈、刮刀塗佈、膠板印刷或絲網法來沉積層50。
第4圖顯示在以下步驟後所獲得的結構：在透明層50上以及在第一種類的光致發光區塊32的每個期望位置處沉積作為蝕刻遮罩的層54、在層54中蝕刻開口56以及在透明層50中蝕刻開口58（延續開口56）橫跨透明層50的整個厚度。層54可由前述用於絕緣層18、24、30、36、37、46的材料的其中一者所製成。絕緣層54的蝕刻可例如為離子電漿類型的乾式蝕刻或濕式蝕刻，較佳對透明層50的材料具選擇性。在層50係由SiO2 所製成的情況中，層54可為光阻劑且在形成開口58後移除層54。透明層50的蝕刻可例如為離子電漿類型的乾式蝕刻，較佳對保護層30具選擇性。
第5圖顯示在以形成第一種類的光致發光區塊32的材料完全填充開口56、58後所獲得的結構。此可為旋轉塗佈或狹縫塗佈。填充步驟使形成光致發光區塊32的材料的層60形成在絕緣層54上。
第6圖顯示在蝕刻步驟後獲得的結構，特別是亦稱為CMP的化學機械研磨以移除層60與絕緣層54，而曝露透明層50的上表面52。化學機械研磨步驟可同時或相繼地包含機械研磨步驟與化學蝕刻步驟。根據實施例，可藉由CMP移除層60，接著層54作為蝕刻終止層。可藉由乾式蝕刻（特別是電漿蝕刻）或濕式蝕刻接著移除層54。故可定界光致發光區塊32。作為變化例，可不移除層54。
第7圖顯示以下步驟後所獲得的結構：在透明層50上沉積作為蝕刻遮罩的層62以及在第二種類的光致發光區塊33的每個期望位置處，在層62中蝕刻開口64以及在透明層50中蝕刻開口66（延續開口64）橫跨透明層50的整個厚度。層62可由前述用於絕緣層18、24、30、36、37、46、56的材料的其中一者所製成。
第8圖顯示在以形成第二種類的光致發光區塊33的材料完全填充開口64、66後所獲得的結構。此可為旋轉塗佈或狹縫塗佈。填充步驟使形成光致發光區塊33的材料的層67形成在透明層50上。
第9圖顯示CMP步驟後所獲得的結構，CMP步驟移除層67與絕緣層62，以曝露透明層50的上表面52。故可定界光致發光區塊33。作為變化例，可藉由CMP移除層67，層62接著作為蝕刻終止層。例如，可藉由乾式蝕刻（特別是電漿蝕刻）或濕式蝕刻接著移除層62。作為變化例，可不移除層62。
第10圖顯示以下步驟後所獲得的結構：在透明層50與光致發光區塊32、33上沉積作為蝕刻遮罩的層68以及在壁面38的每個期望位置處，在層68中蝕刻開口70。
第11圖顯示在透明層50中針對每個開口70蝕刻開口72（延續開口70）橫跨透明層50的整個厚度後所獲得的結構。接著可保留層68或不保留層68。透明層50的剩餘部分形成透明區塊34。在層50是由SiO2 所製成的情況中，層68可為光阻層且可在形成開口72後移除層68。
第12圖顯示在第11圖所示的整個結構上沉積絕緣層37後所獲得的結構。可藉由共形沉積方法（特別是原子層沉積（ALD）方法）沉積絕緣層37。絕緣層37可特別是對濕度及/或空氣是低滲透的層且可以起到作為光致發光區塊32、33的保護層的作用。有利地，在形成光致發光區塊32、33後，立刻沉積層37。
第13圖顯示以下步驟後所獲得的結構：在第12圖所示的整個結構上沉積由形成壁面38的塗層42的材料所製成的層76以及在以形成壁面38的中心40的材料填充開口72，使得在區塊32、33、34上形成填充材料的層78。
第14圖顯示蝕刻步驟後獲得的結構，用以移除部分的填充材料的層78與位於開口72外側的部分的層76，以曝露覆蓋部分的絕緣層68的部分的絕緣層37，因而定界壁面38，特別是中心40與塗層42。作為實例，可藉由乾式蝕刻移除位於開口72外側的部分的層78以及可藉由濕式或乾式蝕刻移除位於開口72外側的部分的層76。
方法包含額外步驟，用於形成彩色濾光器44與保護層46。
第15至27圖說明製造光電元件5的其他方法實施例的相繼步驟所獲得的結構。
第15圖說明在與先前描述於第3、4、5與6圖中相同的步驟後所獲得的結構，不同的是在CMP步驟處，沒有移除絕緣層54。
第16圖顯示以下步驟後所獲得的結構：在整個結構上沉積作為蝕刻遮罩的層62以及在第二種類的光致發光區塊33的每個期望位置處，在層62中蝕刻開口64、在層54中蝕刻開口79（延續開口64）以及在透明層50中蝕刻開口66（延續開口64）橫跨透明層50的整個厚度。
第17圖顯示在與先前描述於第8圖中類似的該些步驟後所獲得的結構，亦即，在以形成第二種類的光致發光區塊33的材料完全填充開口64、79、66之後。此可為旋轉塗佈。填充步驟使形成光致發光區塊33的材料的層67形成於絕緣層62上。
第18圖顯示在CMP步驟後所獲得的結構，CMP步驟用以移除層67至達到未被移除的絕緣層62。故可定界光致發光區塊33。
第19與20圖說明的步驟與先前描述於第10與11圖中的步驟類似，並顯示在以下步驟後所獲得的結構：在整個結構上沉積作為蝕刻遮罩的層68以及在壁面38的每個期望位置處，在層68中蝕刻開口70、可能在層62中蝕刻開口80（延續開口70）、在層54中蝕刻開口81（延續開口70）以及在透明層50中蝕刻開口72（延續開口70）橫跨透明層50的整個厚度。
第21圖顯示在CMP步驟後所獲得的結構，CMP步驟用以移除絕緣層54、62與68。可省略此步驟。
第22圖顯示在與先前描述於第13圖中類似的步驟後所獲得的結構且包含在第21圖所示之整個結構上沉積絕緣層76，絕緣層76是由形成壁面38的塗層42的材料所製成且之後以形成壁面38的中心40的材料填充開口72，此導致在區塊32、33、34上形成填充材料的層78。
第23圖顯示CMP或乾式蝕刻步驟後所獲得的結構，CMP或乾式蝕刻步驟用以移除填充材料的層78以及位於開口72外側的部分的層76，以曝露覆蓋絕緣層36的部分的絕緣層37，因而定界壁面38。
第24圖顯示以下步驟後所獲得的結構：在整個結構上沉積作為蝕刻遮罩的層82以及在第三種類的光致發光區塊的每個期望位置處，在層82中蝕刻開口83。
第25圖顯示在透明層50中蝕刻開口84（延續開口82）橫跨透明層50的整個厚度且移除層80之後所獲得的結構。
第26圖顯示在以形成第三種類的光致發光區塊的材料完全填充開口84之後所獲得的結構。此可為旋轉塗佈。填充步驟使形成光致發光區塊的材料的層88形成在開口84外側的剩餘結構上。
第27圖顯示CMP步驟後所獲得的結構，CMP步驟用以移除層88。因而定界第三種類的光致發光區塊90。如前所述，在沒有透明區塊34覆蓋發光二極體LED的情況中，無須以高度透明材料來形成層50，這是因為在製造方法結束時，部分的層50不再覆蓋發光二極體。
方法包含額外步驟，用以形成彩色濾光器44與保護層46。
第28至31圖說明在製造光電元件5的其他方法實施例的連續步驟處所獲得的結構。
方法的起始步驟包含先前描述於第3至18圖中的所有步驟。
第28圖顯示在以下步驟後所獲得的結構：在整個結構上沉積作為蝕刻遮罩的層82以及在第三種類的光致發光區塊90的每個期望位置處，在層82中蝕刻開口83、在層62中蝕刻開口92（延續開口83）、在層54中蝕刻開口94（延續開口83）以及在層50中蝕刻開口84（延續開口83）橫跨層50的整個厚度。
第29圖顯示以形成第三種類的光致發光區塊90的材料完全填充開口84之後所獲得的結構。此可為旋轉塗佈。填充步驟使形成光致發光區塊90的材料的層88形成在開口84外側的剩餘結構上。
第30圖顯示CMP步驟後所獲得的結構，CMP步驟用以移除層88。因而定界第三種類的光致發光區塊90。
在前述實施例中，在層50中形成開口58、66、84的步驟包含：使用蝕刻遮罩。根據其他實施例，當層50係由光阻劑所製成時，可藉由光微影步驟直接執行在層50中蝕刻開口的步驟。
第31圖顯示在選擇性蝕刻以移除遮罩層54、62、82以及移除殘留在光致發光區塊32、33、90之間的部分的透明層50的步驟之後所獲得的結構。
接著，方法可包含先前描述於第13與14圖中的步驟，特別是在光致發光區塊32、33、90之間釋放的開口中形成壁面38。
第32至39圖說明在製造光電元件5的其他方法實施例的連續步驟處所獲得的結構。
方法的起始步驟包含先前描述於第3圖中的所有步驟。
第32圖顯示以下步驟後所獲得的結構：在透明層50上沉積作為蝕刻遮罩的層68以及在壁面38的每個期望位置處，在層68中蝕刻開口70。
第33圖顯示在透明層50中蝕刻開口72（延續每一開口70）橫跨透明層50的整個厚度之後所獲得的結構。
第34圖顯示在與先前描述於第13圖中類似的步驟後所獲得的結構且包含在第33圖所示之整個結構上沉積絕緣層76，絕緣層76是由形成壁面38的塗層42的材料所製成且之後以形成壁面38的中心40的材料填充開口72，此導致在透明層50上形成填充材料的層78。
第35圖顯示蝕刻步驟後獲得的結構，蝕刻步驟用以移除填充材料的層78與位於開口72外側的部分的層76，因而定界壁面38。如前所述，可藉由乾式蝕刻或CMP移除位於開口72外側的部分的層78以及可藉由濕式或乾式蝕刻移除位於開口72外側的部分的層76。
第36至39圖顯示在先前分別描述於第24至27圖中的步驟處所獲得的結構，並產生第一種類的光致發光區塊32的形成。重複該些步驟一次以形成第二種類的光致發光區塊33並可能再重複一次以形成第三種類的光致發光區塊90。
第40至52圖說明在製造光電元件5的其他方法實施例的連續步驟處所獲得的結構。
方法的起始步驟包含先前描述於第3圖中的所有步驟。
第40圖顯示以下步驟後所獲得的結構：沉積作為蝕刻遮罩的層100並覆蓋透明層50以及沉積光阻層102覆蓋層100。層100可由前述用於絕緣層18、24、30、36、37、46的材料的其中一者所製成。
第41圖顯示以下步驟後獲得的結構：在第一種類的光致發光區塊32的每個期望位置處，在層102中蝕刻開口104以及在層100中蝕刻開口106（延續開口104）。
第42圖顯示在移除光阻層102並在整個結構上沉積絕緣層106之後所獲得的結構。層106可由前述用於絕緣層18、24、30、36、37、46的材料的其中一者所製成。
第43圖顯示蝕刻絕緣層106後所獲得的結構，此導致在每個開口104的側邊上形成絕緣層106的部分108（稱為間隔物），且另一方面移除絕緣層106。蝕刻可為乾式蝕刻。
第44圖顯示在透明層50中蝕刻開口110橫跨透明層50的整個厚度之後所獲得的結構，藉由層100與間隔物108所形成的遮罩來定界開口110。
第45圖顯示在以形成第一種類的光致發光區塊32的材料完全填充開口110之後所獲得的結構。此可為旋轉塗佈。填充步驟使形成光致發光區塊32的材料的層88形成在開口110外側的剩餘結構上。
第46圖顯示在以CMP步驟移除層88之後所獲得的結構。因而定界第一種類的光致發光區塊32。
第47圖顯示重複先前描述於第40至45圖中的步驟以定界第二種類的光致發光區塊33之後所獲得的結構。
第48圖顯示移除間隔物108後獲得的結構，例如，藉由對形成光致發光區塊32、33的材料具有選擇性的蝕刻、對形成透明層50的材料具有選擇性的蝕刻以及對形成絕緣層100的材料具有選擇性的蝕刻。此可為乾式蝕刻或濕式蝕刻。
第49圖顯示在透明層50中蝕刻開口112橫跨透明層50的整個厚度後所獲得的結構，開口112與移除間隔物108所形成的開口一致。
第50圖顯示在第5圖所示之整個結構上沉積絕緣層37後所獲得的結構。
第51圖顯示在以形成壁面38的中心40的材料填充開口102後所獲得的結構，此導致在區塊32、33、34上形成填充材料的層78。
第52圖顯示CMP步驟後所獲得的結構，CMP步驟用以移除開口112外側的填充材料的層78與部分的層76，以曝露覆蓋區塊32、33、34的上表面的部分的絕緣層37，因而定界壁面38。
已描述各種實施例與變化例。在此技術領域中具有通常知識者將理解可合併該些各種實施例與變化例某些特徵，且在此技術領域中具有通常知識者將執行其他變化例。具體來說，光電元件製造方法可包含未描述的額外步驟，例如，將基板傳送至中間支撐件（亦稱為手把）上，以允許其操控。最後，基於前述提供的功能性指示，在此所描述的實施例與變化例的實際執行是在此技術領域中具有通常知識者的能力範圍中。
5:光電元件 10:基板 12:表面 14:表面 16:晶種層 18:絕緣層 20:開口 21:線 22:外殼 23:主動層 24:絕緣層 25:接合層 26:電極層/層 28:反射導電層/導電層 30:介電保護層/絕緣層 32:光致發光區塊 33:光致發光區塊 34:第四區塊/透明區塊 36:絕緣層 37:保護層/絕緣層 38:壁面 40:中心/填充材料 42:反射塗層 44:彩色濾光器 46:透明保護層/絕緣層 50:透明層/層 52:上表面 54:絕緣層/層 56:開口 58:開口 60:層 62:絕緣層/層 64:開口 66:開口 67:層 70:開口 72:第四開口/開口 76:絕緣層/層 78:層 79:開口 80:開口 81:開口 82:層 83:開口 84:第三開口/開口 88:層 90:第三光致發光區塊 92:開口 94:開口 100:層 102:光阻層 104:開口 106:絕緣層 108:絕緣層/間隔物 110:開口 112:開口
前述特徵與優點以及其他將詳細描述於以下特定實施例的實施方式中，參照後附圖示以說明但非限制性的方式提供該些特定實施例，其中：
第1圖為具有多個發光二極體與多個光致發光區塊的光電元件實施例的局部簡化截面圖；
第2圖為具有發光二極體的實施例的局部簡化截面圖；
第3圖為在製造第1圖的元件的方法實施例的步驟處所獲得的結構截面圖；
第4圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第5圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第6圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第7圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第8圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第9圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第10圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第11圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第12圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第13圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第14圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第15圖為在製造第1圖的元件的其他方法實施例的步驟處所獲得的結構截面圖；
第16圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第17圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第18圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第19圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第20圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第21圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第22圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第23圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第24圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第25圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第26圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第27圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第28圖為在製造第1圖的元件的其他方法實施例的步驟處所獲得的結構截面圖；
第29圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第30圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第31圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第32圖為在製造第1圖的元件的其他方法實施例的步驟處所獲得的結構截面圖；
第33圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第34圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第35圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第36圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第37圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第38圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第39圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第40圖為在製造第1圖的元件的其他方法實施例的步驟處所獲得的結構截面圖；
第41圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第42圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第43圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第44圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第45圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第46圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第47圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第48圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第49圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第50圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
第51圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；以及
第52圖為在該方法的其他步驟處所獲得的結構截面圖；
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
5:光電元件
10:基板
12:表面
14:表面
16:晶種層
18:絕緣層
20:開口
24:絕緣層
26:電極層/層
28:反射導電層/導電層
30:介電保護層/絕緣層
32:光致發光區塊
33:光致發光區塊
36:絕緣層
37:保護層/絕緣層
38:壁面
40:中心/填充材料
42:反射塗層
44:彩色濾光器
46:透明保護層/絕緣層

Claims (12)

  1. 一種製造光電元件（5）的方法，該光電元件（5）包含多個發光二極體（LED）的多個組件，該多個發光二極體（LED）的多個組件具有多個第一與第二組件以及多個第一區塊（32），該多個第一區塊（32）由一第一光致發光材料所製成，該多個第一區塊（32）的每一個覆蓋該多個第一組件的其中一個，該方法包含：形成一層（50），覆蓋該多個第一與第二組件；在該層中定界多個第一開口（58），以曝露該多個第一組件；以該第一材料填充該多個第一開口；以及執行一化學機械研磨以定界該多個第一區塊。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該元件包含多個第二區塊（33），該多個第二區塊（33）由不同於該第一光致發光材料的一第二光致發光材料所製成，該多個第二區塊（33）的每一個覆蓋該多個第二組件的其中一個，該方法包含：在該層（50）中定界多個第二開口（66），以曝露該多個第二組件；以該第二材料填充該多個第二開口以及執行一化學機械研磨以定界該多個第二區塊。
  3. 如請求項2所述之方法，其中該元件進一步包含多個發光二極體（LED）的多個第三組件與多個第三區塊（90），該多個第三區塊（90）由不同於該第一與第二光致發光材料的一第三光致發光材料所製成，該多個第三區塊（90）的每一個覆蓋該多個第三組件的其中一個，該方法包含：在該層（50）中定界多個第三開口（84），以曝露該多個第三組件；以該第三材料填充該多個第三開口以及執行一化學機械研磨以定界該多個第三區塊。
  4. 如請求項1所述之方法，其中該元件進一步包含多個發光二極體（LED）的多個第四組件，該方法包含：在覆蓋該多個發光二極體的該多個第四組件的每一個的該層（50）中定界多個第四區塊（34）。
  5. 如請求項4所述之方法，其中該層（50）對於由該多個發光二極體的該多個第四組件的該多個發光二極體（LED）所發射的輻射為至少部分透明的。
  6. 如請求項1所述之方法，包含：在該多個組件之間的該層（50）中定界多個第四開口（72）以及在該多個第四開口中形成具有多個反射側邊的多個壁面（38）。
  7. 如請求項6所述之方法，包含：在該多個第四開口（72）中沉積一反射塗層（42）以及以一第五材料填充該多個第四開口的剩餘部分。
  8. 如請求項6所述之方法，其中在該多個第一光致發光區塊（32）之後，形成該多個壁面（38）。
  9. 如請求項8所述之方法，包含：在形成該多個壁面（38）之前，形成一阻障層（37）延伸在該多個第四開口（72）中並覆蓋該多個第一光致發光區塊（32）。
  10. 如請求項2與7所述之方法，其中在該多個第一與第二光致發光區塊（32、33）之後，形成該多個壁面（38）。
  11. 如請求項2與6所述之方法，其中在該多個第一與第二光致發光區塊（32、33）之前，形成該多個壁面（38）。
  12. 如請求項3與6所述之方法，包含：蝕刻存在於該多個第一、第二與第三光致發光區塊（32、33、90）之間的該層（50）；在形成該多個壁面（38）之前，形成一阻障層（37），延伸於該多個第四開口（72）中且覆蓋該多個第一、第二與第三光致發光區塊（32、33、90）以及在存在於該多個第一、第二與第三光致發光區塊（32、33、90）之間的多個間隔中形成該多個壁面（38）。
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