TWI378577B - Method for the production of an optoelectronic component in a thin film technology - Google Patents

Description

1378577 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本專利申請案主張德國專利申請案 DE 1 0 2007 06 1 471.5和DE 10 2008 026 839.9之優先權，其已揭示的整個 內容在此一倂作爲參考。 本發明涉及一種將光電組件之薄膜結構，特別是薄膜 發光二極體結構，由一種磊晶基板轉印（transfer)至載體的 方法。 • 【先前技術】 在製造薄膜發光二極體（LEDs)時，所使用的層結構以磊 晶方式製作在磊晶基板上。此磊晶基板例如是一種藍寶 石，但亦可以是GaN，SiC，矽，A1N或類似物（針對AlGalnN-層結構之生長而言），GaAs，鍺或類似物（針對AlGalnP層結 構或AlGaAs層結構之生長而言）或InP(針對InGaAsP層結構 之生長而言）。薄膜LED結構轉印至一種例如由鍺構成的載 體上，此時LED結構之終端接觸面焊接在該載體之相對應 ® 的接觸面上，其中該終端接觸面通常由Ti/Pt/Au所構成的 層來形成。該磊晶基板然後可被去除。薄膜LED持續地固 定在載體上且因此形成一種組件，其以預設的方式例如安 裝在一種外殼中。 在磊晶基板上製成多個各別的LEDs。薄膜LEDs之層 結構因此須劃分成各別的LEDs。爲了此一目的，則須在磊 晶層中蝕刻多個溝渠，以使高台（Mesas)直立著，其對應於 待製成的LED。爲了將這些平台的終端接觸面與載體的上側 相連接’則通常將一焊接層施加在該載體的整面上。在此 1378577 種焊接過程中，焊料基本上可施加在可互相連接的二個接 觸面上。 焊接期間該載體和磊晶基板以互相面對的接觸面而互 相壓緊。於是，焊料以不期望的方式侵入至平台之間的溝 渠中且在該處形成不規則的凸起。此種不規則性在製程中 將使有功能的組件之效益受損且在大量製造的控制中將造 成較高的耗費，使製造成本提高。此種困難性可由以下方 式來防止：平台只有在與載體相連接之後才被蝕刻。但亦 可採用其它方式，即：對應於LED平台‘而將該載體結構化 且以此種方式而將各平台之間的溝渠保持成無焊料的形 式。然而，這需要在磊晶基板上對該載體作準確的調整。 適用於電子組件之焊接的等溫凝固之材料和方法已詳 細描述在 Rainer Schmid-Fetzer 之文件 /Fundamentals of Bonding by Isothermal Solidification for High Temperature Semiconductor Applications”以及 R. Y. Lin et al.:”Design Fundamentals of High Temperature Composites, Intermetallics, and Metal-Ceramics Systems”， The Minerals, Metals & Materials Society, 1 995,第 75 至 98 頁中。 DE 10 2007 030 1 29中已指出多個光電組件之製造方 法，其包括製備一種具有多個組件區的終端載體化合物， 各組件區中分別設有至少一電性終端區。另需製備一種半 導體本體載體，其上配置著多個相分離之與半導體本體載 體相連接的半導體本體，其中各個半導體本體分別具有一 種包括活性區的半導體層序列。該終端載體化合物和半導 體本體載體須互相對準，使半導體本體面向組件區。多個 1378577 半導體本體在面向各別的半導體本體之組件區之安裝區中 機械地與終端載體化合物相連接，且各別的半導體本體導 電性地與面向半導體本體之組件區之終端區相連接。與終 端載體化合物相連接的半導體本體由半導體本體載體中分 離，且終端載體化合物劃分成多個相分開的光電組件。各 光電組件分別具有：一終端載體，其包括組件區；以及一 配置在終端載體上的半導體本體，其導電性地與終端區相 連接。 【發明内容】 本發明的目的是提供一種較佳的方法以便將薄膜LEDs 或其它以薄膜技術製成的光電組件所需的磊晶層轉印至載 體上。 上述目的以具有申請專利範圍第1項特徵的方法來達 成。其它佈置方式描述在申請專利範圍各附屬項中。 在此種製造方法中，在組件（例如，LEDs)的平台結構上 施加一由一種或多種焊料所構成的焊料，且在載體上施加 一種接觸層。在焊料和接觸層之材料之間形成一種焊接之 後’平台結構持續地固定在載體之終端接觸面上且需要時 與該終端接觸面導電性地相連接|使各組件可轉印至載體 上。此處，所謂焊料是指一種材料，其在小於一種半導體 材料所可允許的溫度上限時將熔化且可在一種較高（即，較 高的溫度）熔點的接觸材料中形成合金》 在焊接過程中，使用低熔點的成份作爲焊料且使用高 溶點的成份作爲接觸層。焊接可以是一種共晶結合（eutectic bonding)而不會在接合過程之後或等溫凝固之後使熔點提 1378577 高。藉由等溫凝固來進行焊接之後，這樣所製成的合金所 具有的熔點較焊接之成份的熔點還高。例如，純錫、純銦 或純鎵適合用作低熔點的成份但像金和錫之重量百分比爲 80 : 20之共晶混合物亦很適合。藉由這些材料之共晶成份， 則可使熔點明顯地下降，使製程的溫度儘可能廣泛地低於 各別成份之熔化溫度。 焊料的蒸鍍（PVD，物理氣相沈積）允許使用一種剝離 (Lift-Off)過程使LEDs之平台上的焊料層被結構化，而不會 由於太高的製程溫度而影響所使用的光阻之可溶性。因 此，含有鉑之層亦能以較佳的品質而被結構化。較佳是可 施加一種層序列以作爲焊料來取代均勻的合金，在焊接過 程中多種材料的混合物形成該層序列。 本發明以下將依據圖式來說明本方法的例子。 【實施方式】 第1圖顯示一基板1之橫切面，其具有一以薄膜技術製 成的光電半導體組件（例如，薄膜LED，薄膜IRED或薄膜 雷射二極體）之特別是以磊晶生長而成的層，該基板1以下 因此稱爲磊晶基板以與載體相區別。磊晶基板1例如是GaN， SiC，矽，AIN，GaAs，鍺或·ΙηΡ。半導體層5位於磊晶基板 1上，此半導體層5形成該組件之主要的半導體成份且例如 是GaN，其特別是用於發出藍光的薄膜LEDs中。通常設有 一種鏡面層6，以使所產生的光反射至發出的方向中，且鏡 面層6能以金屬（例如，銀、銘或金）、介電質（例如，S i 0 2, S i N -或類似物）、金屬和介電質（相組合而成且例如設有橫向的結 構）或以透明的導電氧化物（TC0)來製成，其上施加一種位障 1378577 層7，其可防止層堆疊之垂直的混合且例如可以是Ti/Pt/Au 或含有鉬，TiN，TiW(N)或類似物。此種結構藉由多個平台 中之溝渠而被結構化，各平台中分別形成一個組件，其可 以是一種薄膜LED。第1圖中左方和右方顯示二個平台。 各平台之間存在著中間區4，其藉由已蝕刻的溝渠來形成。 平台的邊緣可設有鈍化層8，其例如由SiNx構成。 在該結構上施加第一連接層2，其在本發明的方法中包 括一種或多種焊料。載體1〇(其例如可以是鍺）在整面上設 有一第二連接層3。第二連接層3設置成焊接接觸層且例如 可以是Ti/Pt/Au。磊晶基板1和載體1〇在所示的例子中須 互相對準，使第一連接層2和第二連接.，層3互相面對而配 置著。各連接層然後互相按壓且藉由形成焊接式連接而持 續地可互相導電性地連接著。各連接層的材料可選擇成具 有導電性。此外，這些材料較佳是應具有導熱性。 第2圖顯示第1圖中在第一連接層2和第二連接層3 相連接之後的配置。由第一連接層2之焊料和第二連接層3 之接觸材料而在平台上方的多個區域中分別形成第三連接 層31，第二連接層3之其餘成份32則保持在中間區4上方。 第三連接層31中，第一連接層2之焊料可在第二連接層3 之接觸材料中形成合金。磊晶基板1然後可被去除，且可 將各LEDs予以劃分而以一般的方式繼續加工。 以下將繼續說明一系列的實施例。 第一連接層2之一實施形式中設有一種層序列，其在 位障層上依序包括材料鈦、鉑、錫、鈦和金。第二連接層' 3 在本例子中是Ti/Pt/Au。較佳是選取成份金和錫，以便在焊 1378577 接時形成一種80/20共晶，即，（-(Au5Sn)+ δ -AuSn(其中金 和錫的重量百分比大約是80: 2 0)。爲了此一目的，可在該 LED之位障層7上施加50奈米之鈦，100奈米之鉑，1000 奈米之錫，10奈米之鈦以及100奈米之金，且隨後藉由蝕 刻或剝離技術以對應於LED平台的方式來進行結構化。本 實施形式中，第1圖中第一連接層2之陰影所示的部份9 被去除。施加例如100奈米之鈦，100奈米之鉑和1400奈 米之金以作爲載體10上的第二連接層3。本例子的主要成 份是LED結構上的錫和載體上的金，這些主要成份在焊接 過程中形成了預設的共晶，其熔點較其成份的熔點低很 多。若不設置由金和錫所構成的（較佳是共晶的）混合物，則 亦可設置一種由鉛和錫、鉍和錫、銦和錫或其它材料與錫 的組合所構成的混合物》 爲了在鏡面層6和第一連接層2的金屬之間達成一種 足夠好的位障，則例如可在位障層7中另外加入鉬，其與 金和錫形成一種三元的相位平衡。若不如此，則亦可在位 障層7中設置一種由Ti:N，TiW:N或類似物構成的位障。在 上述的實施例中，使用錫作爲焊料的主要成份。然而’本 發明不限於使用一種含有錫的連接層，如以下的實施例所 述。 另一實施例使用一種鉍-層作爲第—連接層2’其以薄 的鈦/金層或金層來覆蓋。鉍可藉由以熱硫酸或以5 %之銀硝 酸鹽溶液來蝕刻而被結構化。一種可能的層構造例如是以 100奈米之鈦/1000奈米之鉍/100奈米之金作爲第一連接層 2且以50奈米之鉑/2 00奈米之1'丨〜：以10 00奈米之金作爲第 1378577 二連接層3 » 在另一實施例中，施加一種由金構成的足夠厚的第一 連接層2且使用一種由鍺構成的載體（10)來與一種由金構 成的薄的第二連接層3共同形成一種金鍺共晶。載體10可 以是一種鍺晶圓或亦可只具有一種由鍺構成的層。若不用 鍺，則亦可使用矽。於是，亦可使用矽晶圓作爲載體10或 使用一種具有足夠厚的矽層之載體。在使用鍺時，例如可 施加一種由100奈米之鈦、100奈米之鉑和1000奈米之金 所構成的層序列以作爲第一連接層2。載體上的第二連接層 3例如可以是一種50奈米之金層。在矽載體的情況下，例 如可於矽上施加100奈米之金以作爲第二連接層3,且製成 —種由100奈米之鈦、100奈米之鉑和2000奈米之金所形 成的層序列以作爲第一連接層2。 當上述方法例如以下述方式來改變時，則“對應於LED 平台以剝離技術來將第一連接層2結構化”此種步驟可省 略。例如，可設置由TiW : N，鉑和金所構成的層序列以作爲 位障層7。較佳是施加一適當的沾濕層在該位障層7上。該 沾濕層例如包含50奈米之鉑和位於鉑上的50奈米之金。然 後，將中間區4蝕刻成溝渠’以形成LEDs之平台。平台邊 緣設有一種例如由SiNx構成的鈍化層。 然後，形成第一連接層2,此時整面上施加厚度大約是 800奈米之錫。此錫層以1〇奈米之鈦來覆蓋且此鈦層上施 加100奈米之金，以保護該錫使不會發生擴散和氧化。載 體例如可以是鍺，其較佳是在上側上設有一種位障層。施 加金層以作爲第二連接層3,其典型厚度大約是1060奈米。 1378577 在焊接時，錫層熔化且由該鈍化層8之表面拉回到含 有Au/Pt之層上或在該鈍化層8上形成珠粒，其稍後例如能 以FeCl;，液或以HN〇3/C2H5〇H(l:49)來蝕刻而去除。因此， 第一連接層2可在該位障層7上達成一種自我對準，使第i 圖中之陰影部份9之去除步驟成爲不需要。 其它含有矽的化合物亦適合用作鈍化層8,這些化合物 例如可以是Si〇x，SiNO,，SiC或類似物。本實施例中須選取 該鈍化層8之材料，使其不被錫或含錫之熔化物所沾濕。 ~種反應式的焊接過程例如與錫、金和鉑相反應，此種焊 接過程可將該鈍化層8上所形成的焊料珠粒選擇性地對該 已發生化學反應的焊料來進行蝕刻而予以去除。 焊料之各成份的比例以及層厚度在本發明中可改變β 特別是二元的共晶之形成方式可改變，例如，可在金和錫 之系.統中改變，此時例如須設置（-(Au5Sn)-相以作爲焊料之 主成份。本實施例中，選取較大的金：錫比例且載體上金_ 層的厚度典型上大約選擇成2 900奈米。 現有的全部平台不必都設有第一連接層用的焊料。反 之，亦可逐步地分別只將所選取的平台轉印至載體上，例 如’在每一列平台中只選取每一個第二平台。相關的組件 的各層在將載體劃分之後由磊晶基板中剝除，其餘的組件 仍保留在磊晶基板上以作爲平台。然後，使用另一具有另 一第二連接層的載體且再進行一次焊接過程，以便將隨後 所選取的組件（例如，剩下的全部組件）由磊晶基板轉印至載 體上。此種轉印過程在情況需要時可使用多個載體而在多 個步驟中進行’其中通常只有各組件之一特定的部份被轉 -10- 1378577 印。將平台由磊晶基板剝除時例如可藉由雷射束來達成， 特別是在製造GaN二極體時雷射束可將GaN層以局部的方 式由磊晶基板中剝除。在此一步驟中，上述的製造方法類 似於先前技術。 上述方法之一實施例將依據第3至5圖來描述，其中 分別以橫切面來顯示不同於第1，2圖之配置。第3圖中顯 示一種磊晶基板1上一藉由中間區4而劃分成平台的半導 體層5之一種配置。此橫切面圖中可看到的一列平台之每 —個第二平台都設有一種由一種或多種焊料所構成的第一 連接層2。各平台是與第二連接層3 —起焊接在載體上。半 導體層5例如可用來製造紫外線電致發光二極體（UV LEDs) 且AlGaN以磊晶方式生長在一種由A1N構成的基板1上。 在施加一種電性接觸層和光學鏡面層之後，施加一種位障 層，這是以傳統方法來進行且未顯示在第3圖中。平台的 劃分可以微影術來進行；中間區4可藉由一種溝渠蝕刻來 製成。熔點較小的第一連接層2例如可以是50奈米之鈦 /2 000奈米之鉍/150奈米之金，且由熔點較高的接觸材料所 構成的第二連接層 3的整面例如可以是 400奈米之 TiW/200 0奈米之金。在焊接之後，載體10在第3圖中藉由 破折線所示的切線11來標示的位置上被劃分，且已焊接的 組件由該磊晶基板1中剝除，這可藉由一種選擇性的雷射 剝離方法來達成，藉此可使相關組件之半導體層5分別由 磊晶基板1剝除。 第4圖顯示已焊接的組件12被剝除後的配置。由橫切 面圖中可辨認出：未焊接的組件保留在磊晶基板1上以作 1378577 爲平台且因此是與磊晶基板1相連接而被固定著。其餘的 平台可在隨後的步驟中同樣轉印至載體上。 第5圖顯示該磊晶基板丨之配置，其具有該半導體層5 之仍保留的一些部份，其目前設有另一由熔點較低的焊料 所構成的第一連接層2。爲了轉印這些組件，須使用另一載 體l〇a’其具有另一由熔點較高的接觸材料所構成的第二連 接層3a。其餘的步驟對應於先前所述的實施例。 【圖式簡單說明】 第1圖磊晶基板和形成有多個層之載體之配置的橫 切面。 第2圖在與多個組件接合之後第1圖之配置的橫切， 面。 第3圖是第1圖所示的配置的另一實施例的橫切面。 第4圖在將已焊接的組件的一部份剝除之後第3圖的 橫切面。 第5圖是第4圖中具有另一載體之配置的橫切面。 【主要元件符號說明】 1 基板 2 第一連接層 3 第二連接層 3a 另一第二連接層 4 中間區 5 半導體層 6 鏡面層 -12- 1378577 7 位障層 8 鈍化層 9 第一連接層的成份 10 載體 10a 另一載體 11 切線 12 3 1

已焊接的組件 第三連接層 第二連接層的其餘部份

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Claims (1)

1378577 ^ 心/年乙月I日修正秦j修正本 \ 第97148131號「以薄膜技術製造光電組件之方法」專利案 (2012年6月1日修正） 七、申請專利範圍： 1. 一種以薄膜技術製造光電組件的方法，其中： -在磊晶基板（1)上製造一種用於光電組件之層結構（5, 6，7)， -在各別的組件中將該層結構（5, 6, 7)對應於一預設的分 佈狀態而結構化成平台， -在平台之上側上施加第一連接層（2)， -在載體（10)上施加第二連接層（3)， -使第一連接層（2)和第二連接層（3)互相接觸且持續地互 相連接，以及 -將該磊晶基板（1)去除， -第一連接層（2)包括一種焊料或多種焊料， 其特徵爲： 該第一連接層（2)只製作在平台之所選取的部份上且 在第一連接層（2)和第二連接層（3)連接之後只有所連接 的平台由該磊晶基板（1)去除。 2.如申請專利範圍第1項之方法’其中第二連接層（3)包括 一種熔點較焊料還高的材料。 3·如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該焊料是一種 共晶混合物。 4.如申請專利範圍第1項之方法，其中第一連接層（2)藉由 剝離技術以對應於平台而被結構化。 1378577 ♦ 修正本 5·如申請專利範圍第1項之方法，其中第一連接層（2)包括 錫。 6, 如申請專利範圍第5項之方法，其中第一連接層（2)包括 金和錫。 7. 如申請專利範圍第〗項之方法，其中第—連接層（2)包括 金和秘。 • 8·如申請專利範圍第1項之方法，其中該載體（10)是鍺且 第一連接層（2)和第二連接層（3)包括金》 * 9·如申請專利範圍第1項之方法，其中該載體（1 〇)是矽且 第一連接層（2)和第二連接層（3)包括金。 10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一連接層（2)施 加在一種位障層（7)上且該位障層（7)含有鈦或Tiw。 11. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第二連接層（3)包 括 Ti/Pt/Au。 12. 如申請專利範圍第1項之方法，其中各平台之邊緣以一 種含有矽之鈍化層（8)來覆蓋。 13. 如申請專利範圍第i項之方法，其中保留在該磊晶基板 (1)上的平台之整體或保留在該磊晶基板（1)上的平台之 ' 其它所選取的部份事後設有該第一連接層（2)且轉印至 設有另一第二連接層（3 a)之另一載體（10 a)上。 .1^如申請專利範圍第1項之方法，其中已轉印至載體（10, 1 〇a)上的平台藉由雷射剝離方法而由該磊晶基板（1 )剝