TWI565382B - 電子元件的轉移方法、電子模組及光電裝置 - Google Patents

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Description

電子元件的轉移方法、電子模組及光電裝置
本發明是有關於一種元件的轉移方法及具有此元件的模組及裝置，且特別是有關於一種電子元件的轉移方法、一種電子模組及一種光電裝置。
無機發光二極體顯示器具備主動發光、高亮度等特點，因此已經廣泛地被應用於照明、顯示器、投影機等技術領域中。以單片微顯示器(monolithic micro-displays)為例，單片微顯示器廣泛地被使用於投影機且一直以來都面臨彩色化的技術瓶頸。目前，已有習知技術提出利用磊晶技術於單一發光二極體晶片中製作出多層能夠發出不同色光之發光層，以使單一發光二極體晶片即可提供不同色光。但由於能夠發出不同色光之發光層的晶格常數不同，因此不容易成長在同一個基板上。此外，其他習知技術提出了利用發光二極體晶片搭配不同色轉換材料之彩色化技術，其中當發光二極體晶片發光時，色轉換材料被激發而發出不同色光的激發光，但是此技術仍面臨色轉換材料之轉換效率過低以及塗佈均勻性等問題。
除了上述兩種彩色化技術，亦有習知技術提出了發光二極體之轉貼技術，由於能夠發出不同色光之發光二極體可分別在適當的基板上成長，故發光二極體能夠具備較佳的磊晶品質與發光效率。是以，發光二極體之轉貼技術較有機會使單片微顯示器的亮度以及顯示品質提升。然而，如何快速且有效率地將發光二極體轉貼至單片微顯示器的線路基板上，實為目前業界關注的議題之一。此外，由於發光二極體的尺寸微型化，如何使微型化的發光二極體所發出的光線具有較佳的準直性也是業界關注的另一個焦點。
本發明提供一種電子元件的轉移方法，其可快速且有效率地將電子元件轉移至目標基板。
本發明提供一種電子模組，其具有上述的電子元件。
本發明提供一種光電裝置，其具有上述的電子元件，而可應用於上述的轉移方法且所發出的光線具有較佳的準直性。
本發明的一種電子元件的轉移方法，包括：形成陣列排列的多個電子元件於一載板上，其中各電子元件與載板之間包括一第一導電層，第一導電層包括與該電子元件接觸的一導電圖案，且各電子元件的寬度大於對應的導電圖案的寬度；藉由一轉移模組選擇性地從載板拾起部分這些電子元件以及對應的第一導電層；以及將被轉移模組所拾起的部分這些電子元件及對應的第一導電層轉移至一目標基板上。
本發明的一種電子模組，包括一目標基板、一電子元件及一合金層。電子元件配置在目標基板上方。合金層配置在目標基板與電子元件之間，其中合金層包括至少40%的一低融點金屬，其中低融點金屬的融點低於攝氏250度，且合金層的融點高於攝氏300度。
本發明的一種光電裝置，包括一光電元件、一準直元件及一第一導電層。準直元件位在光電元件與第一導電層之間，其中光電元件所發出的光線被準直元件與第一導電層之間的一介面反射。
綜上所述，本發明的電子元件的轉移方法包括多種形成電子元件的方法、多種轉移前透過支撐材料層或是接著層來支撐第一導電層的其中一部分以利後續電子元件與第一導電層脫離載板的方法、以及將電子元件從載板轉移到目標基板且與目標基板接合的方法。本發明的電子元件的轉移方法適用於尺寸介於1微米至100微米之間的電子元件，以使微型化的電子元件能夠高效率且精準地被轉移至目標基板上。此外，本發明還提供了一種電子模組，其電子元件與所接合的目標基板之間具有合金層，其中合金層包括至少40%的低融點金屬，低融點金屬的融點低於攝氏250度，且合金層的融點高於攝氏300度。另外，本發明還提供了多種包括上述這些電子元件的光電裝置，其可以應用上述這些電子元件的轉移方法，這些微型化的光電裝置所發出的光線能夠具有較佳的準直性，可提供更佳的發光品質。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1A至圖1N是依照本發明的一實施例的一種電子元件的轉移方法的流程示意圖。本實施例的電子元件的轉移方法包括了形成電子元件125的步驟(圖1A至圖1F)、轉移前透過支撐材料層160來支撐電子元件125與第一導電層130的其中一部分以利後續電子元件125與第一導電層130脫離載板150的步驟(圖1G至圖1L)、以及將電子元件125與第一導電層130從載板150轉移到目標基板20的步驟(圖1M至圖1N)。下面將對此進行詳細地介紹。
首先，在本實施例中，這些電子元件125以下列步驟形成。如圖1A所示，形成一元件層120於一成長基板110上。在本實施例中，成長基板110可以是一矽基板、一碳化矽基板、一藍寶石基板或是其他適當基板，元件層120可以是發光二極體元件層、光感測元件層、太陽電池元件層等，前述的電子元件例如是光電裝置（如發光二極體元件、光感測元件、太陽電池等）或者是其他與光無關的電子元件層（如感測器、電晶體等）。本實施例的元件層120以發光二極體元件層為例，發光二極體元件層依據其電極的分佈方式可為水平式發光二極體元件層或垂直式發光二極體元件層。元件層120之後會製作出前述陣列排列的這些電子元件125。
此外，元件層120可以由金屬有機化學氣相沉積（metal-organic chemical vapour deposition , MOCVD）法所形成，換言之，元件層120例如為一磊晶層，當一驅動電流通過磊晶層時，磊晶層能夠發光。具體而言，元件層120可包括N型摻雜半導體層、多重量子井層發光層和P型摻雜半導體層等膜層，其中多重量子井層之發光層是介於N型摻雜半導體層和P型摻雜半導體層之間。此外，除了N型摻雜半導體層、多重量子井層發光層和P型摻雜半導體層以外，元件層120還可包括緩衝層、N型披覆層、P型披覆層、阻流層、電流分散層或前述膜層之組合。當然，形成於成長基板110上的元件層120不限定必須是發光二極體元件層，元件層120也可以是其他型態的半導體層。
接著，如圖1B所示，形成這些第一導電層130於元件層120上，其中這些第一導電層130在元件層120上的位置會對應之後製作的這些電子元件125。第一導電層130具有導磁性，更明確地說，第一導電層130之材質例如μ合金(Mu-metal)、磁透合金(permalloy)、鎳、鐵等具備高導磁性 (permeability)之金屬及合金。舉例而言，第一導電層130的材質例如為鎳、鎳鐵合金(例如20%鐵以及80%鎳的合金，但不限於此比例)或其他適當的高導磁係數之鐵磁性金屬。具體而言，其鐵磁性金屬材料之相對導磁係數(Relative permeability)高於100。
再來，如圖1C所示，令形成於成長基板110上的元件層120與這些第一導電層130透過一接著層140連接至載板150。在本實施例中，載板150可以是一暫時性承載基板(temporary substrate)。載板150可以是一矽基板、一碳化矽基板、一藍寶石基板或是其他適當基板，而接著層140的材料可以是有機材料、有機高分子材料、高分子聚合物材料或是其他具有適當黏著能力的材料，舉例而言，接著層140的材質例如苯並環丁烯(Benzocyclobutene, BCB)等，其厚度介於 1~10 μm但不限於此例。
接著，如圖1D所示，移除成長基板110以暴露元件層120的上表面。在本實施例中，成長基板110例如是藉由雷射掀離(laser lift-off)等方式從元件層120的上表面掀離。當然，使元件層120與成長基板110分離的方法也可以包括機械研磨或化學蝕刻等。
接著，如圖1E所示，於成長基板110被移除之後，本實施例可選擇性地對元件層120進行薄化，使元件層120的厚度得以減低，以成為一薄化後的元件層122，其薄化後之元件層 120厚度則介於100奈米至5000奈米之間。在本實施例中，對元件層120進行薄化的方式包括化學機械研磨(CMP)、化學蝕刻、電漿蝕刻或其他適當方法等。
接著，如圖1F所示，圖案化薄化後的元件層122，以形成這些陣列排列的電子元件125，且圖案化接著層140以形成對應於這些第一導電層130的多個接著單元145，且使得部分的載板150外露。在本實施例中，薄化後的元件層122例如是透過微影/蝕刻製程而被圖案化成為電子元件125。舉例而言，本實施例可採用乾式蝕刻搭配形成於薄化後的元件層122上的圖案化光阻層（未繪示）對薄化後的元件層122進行圖案化，以形成陣列排列的電子元件125。接著層140同樣地也可以透過微影/蝕刻製程圖案化為接著單元145。當然，移除部分接著層140的方法不限於此。
在本實施例中，薄化後的元件層122被圖案化之後，這些電子元件125彼此分離地排列於載板150上。如圖1F所示，各電子元件125的寬度大於對應的第一導電層130的寬度。更明確地說，在本實施例中，各電子元件125的長寬尺寸分別介於1微米至100微米之間，各電子元件125的寬度比對應的第一導電層130的寬度約大0.5至4微米。此寬度設計可以具有避免第一導電層130與電子元件125之周側接觸導致漏電(leakage)之效果。此外，在本實施例中，電子元件125例如是能夠發出相同色光的發光二極體晶片(LED chips)或者是具有相同感光特性的光感測晶片(photo-sensing chips)。舉例而言，電子元件125可以是紅色發光二極體晶片、綠色發光二極體晶片、藍色發光二極體晶片或者是適於感測特定波長的光感測晶片。
再來，如圖1G所示，配置一支撐材料層160於載板150上，且支撐材料層160位於這些電子元件125之間。在本實施例中，電子元件125包括靠近載板150的一第一面126與遠離載板150的一第二面128，在配置支撐材料層160於載板150且支撐材料層160環繞這些電子元件125的步驟中，支撐材料層160在載板150上的高度H大於第一面126與載板150之間的距離D1，且小於第二面128與載板150之間的距離D2，其中支撐材料層 160在載板150上的高度H需大於第一面126約(D2-D1)/4之厚度以獲得相對應之支撐強度。圖1H是圖1G的局部俯視示意圖。由圖1H可看到，支撐材料層160填充在載板150的上表面上電子元件125以外的區域。
接著，如圖1I所示，移除位在各電子元件125之間的部分支撐材料層160。在本實施例中，支撐材料層160例如是透過微影/蝕刻製程而被圖案化，且圖案化後的支撐材料層160接觸各電子元件125的周圍的一部分以支撐各電子元件125。具體而言，剩餘的支撐材料層160實際上連接相鄰的電子元件125，且暴露出各電子元件125周圍的一部分。如圖1I的俯視示意所示，且剩餘的支撐材料層160例如是從電子元件125的中段邊緣(middle edge)延伸至相鄰電子元件125的中段邊緣，在本實施例中，在移除位在各電子元件125之間的部分支撐材料層160之後，剩餘的支撐材料層160對稱地位在這些電子元件125周圍。圖1J是圖1I沿A-A線段的剖面示意圖。圖1K是圖1I沿B-B線段的剖面示意圖。由圖1J與圖1K可看到，剩餘的支撐材料層160在圖1J的剖面上仍會接觸電子元件125，但在圖1K的剖面上相鄰的兩電子元件125之間並沒有此剩餘的支撐材料層160。請回到圖1I，若電子元件125的邊長是L1，電子元件125的其中一邊與支撐材料層160之間接觸的長度是L2，則電子元件125的各邊與支撐材料層160之間接觸的總長度(在本實施例中為4L2)與電子元件125的周長(在本實施例中為4L1)的比例需介於0.2至0.8之間，以便於提供良好支撐強度並易於後續電子元件125之轉移。
再來，如圖1L所示，移除這些接著單元145，以於每個電子元件125和載板150之間形成一間距，因為剩餘的支撐材料層160實際上支撐住電子元件125，所以此時電子元件125未與載板150接觸。
接著，如圖1M所示，藉由轉移模組10選擇性地從載板150拾起部分這些電子元件125以及對應的第一導電層130。在本實施例中，由於第一導電層130具有導磁性，轉移模組10可以是透過電磁吸引的方式從該載板150拾起部分的該些電子元件125與對應的該些第一導電層130。轉移模組10與第一導電層130之間的磁力須大於一個電子元件125與第一導電層130的重量以及和由剩餘的支撐材料層160所提供之連接力(connection force)的總和，在此情況下，電子元件125與第一導電層130才能夠與載板150分離並且能夠被轉移模組10所產生的磁力拾起。
此外，在其他實施例中，第一導電層130也可以不具有導磁性，轉移模組10也可以透過真空吸引或是靜電吸引等其他的方式從載板150拾起部分的這些電子元件125與對應的這些第一導電層130。另外，如圖1M所示，轉移模組10在欲吸引電子元件125(圖中位於左右兩個電子元件125-1、125-3)的部位具有對應的多個向下的凸塊，以避免轉移模組10下移接觸電子元件125的過程中，轉移模組10的其他部位撞擊到不欲吸引電子元件125(圖中位於中間的電子元件125-2)。
最後，如圖1N所示，將被轉移模組10所拾起的部分這些電子元件125及對應的第一導電層130轉移至目標基板20上。在本實施例中，目標基板20例如為單片微顯示器(monolithic micro-displays)中的線路基板，其適於承載發光二極體晶片。或者，目標基板20例如為適於承載光感測晶片的線路基板。在本實施例中，目標基板20包括陣列排列的多個第二導電層22。在本實施例中，第一導電層130包括金屬層，第二導電層22為金屬層。被轉移模組10所拾起的部分這些電子元件125透過對應的這些第一導電層130連接於部分的這些第二導電層22。舉例而言，第二導電層22可以是接墊(pads)或凸塊(bumps)。
圖1N’是電子元件125及對應的第一導電層130與目標基板20的第二導電層22的接合示意圖。請參閱圖1N’，在本實施例中，第一導電層130與第二導電層22之間可透過低溫接合的方式進行接合。採用低溫接合的目的是第一，由於其中一種金屬或合金的融點低，接合過程可維持在較低的加熱溫度，可減緩接合過程中金屬氧化的狀況。第二，低融點的金屬或合金的材質本身較軟，在接合過程中所需施加的壓力較小，電子元件125較不會因為受到太大壓力而損毀。第三，由於接合過程中的溫度與壓力均不用太大，製作上較為簡單。
詳細地說，第一導電層130與第二導電層22的其中一者的材料可以是具低融點(小於攝氏250度)的金屬層或合金層，另一者的材料可以是具高融點(大於攝氏250度)的金屬層或合金層。更明確地說，具低融點(小於攝氏250度)的金屬層或合金層可以包括In(融點為156度)、Sn (融點為231度)、InAg(其中In比例＞0.85)、InAu(其中In比例＞0.95)、InSn、InCu(其中In比例 ＞0.95)、SnAg(其中Sn比例＞0.9)、SnAu(其中Sn比例＞0.85)或是SnCu(其中Sn比例＞0.95)。具高融點(大於攝氏250度)的金屬層或合金層可以包括Au(融點為961度)、Au(融點為1064度)或是Cu(融點為1084度)。
在本實施例中，以第一導電層130為具低融點(小於攝氏250度)的金屬層或合金層，第二導電層22為具高融點(大於攝氏250度)的金屬層或合金層為例。如圖1N’所示，上述第一導電層130與第二導電層22透過小於攝氏250度的接著溫度進行低溫接合之後形成四種可能的電子裝置30a、30b、30c、30d。
第一種電子裝置30a，如圖1N’的(a)所示，第一導電層130在融化後會往第二導電層22擴散，而使得第一導電層130與第二導電層22之間的介面會形成一合金層135。第二種電子裝置30b，如圖1N’的(b)所示，第一導電層130完全與第二導電層22形成合金層135，但由於第二導電層22的厚度較大，則在合金層135的下方可能仍會保有部分的第二導電層22。第三種電子裝置30c，如圖1N’的(c)所示，若第二導電層22的厚度較小，第一導電層130能夠與整個第二導電層22反應，則在接合完成之後，電子元件125與目標基板20之間只剩合金層135。第四種電子裝置30d，如圖1N’的(d)所示，若第二導電層22的厚度較小且第一導電層130的厚度較大，第一導電層130的一部分會與整個第二導電層22反應，則在接合完成之後，電子元件125與目標基板20之間會存在剩餘的第一導電層130以及合金層135。
值得一提的是，合金層135是具高融點(高於攝氏300度)之金屬層，合金層135的材料包括有二元系統(InAg, InAu, InSn, InCu, SnAg, SnAu, SnCu)或是三元系統(InSnAg, InSnAu, InSnCu, InAuAg, InAuCu, InAgCu, SnAgAu, SnAgCu, SnAuCu)等，且在合金層135中，具低融點(小於攝氏250度)的金屬或合金所佔的比例至少為40%。在一更佳的實施例中，具低融點(小於攝氏250度)的金屬或合金所佔的比例至少為50%。此外，在本實施例中，電子元件125與目標基板20(即第二導電層22)之間的接合強度需大於轉移模組10與第一導電層130之間的吸附強度，如此方可使電子元件125以及第一導電層130順利地與被轉移至目標基板20上。另外，在本實施例中，第二導電層22具有導磁性，以使第一導電層130與第二導電層22在接合的過程中能夠順利對位不易偏移。第二導電層22之材質例如μ合金(Mu-metal)、磁透合金(permalloy)、鎳、鐵等具備高導磁性 (permeability)之金屬及合金。舉例而言，第二導電層22的材質例如為鎳、鎳鐵合金(例如20%鐵以及80%鎳的合金，但不限於此比例)或其他適當的高導磁係數之鐵磁性金屬。具體而言，其鐵磁性金屬材料之相對導磁係數 (Relative permeability)高於100。
值得一提的是，在將電子元件125轉移至目標基板20之後，可以重覆圖1A至圖1N所繪示的製程將其他的電子元件(未繪示，例如是發出不同色光的發光二極體晶片或者是具有不同感光特性的光感測晶片)轉移至目標基板20上的其他位置，以在目標基板20上製作出可發出紅光、綠光、藍光的畫素單元。
值得一提的是，在移除位在各電子元件125之間的部分支撐材料層160的步驟中，圖案化後的支撐材料層160的態樣並不限於圖1I，只要圖案化後的支撐材料層160會暴露出局部的接著單元145，以使後續接著單元145能夠被移除即可。圖1O至圖1Y分別是本發明的其他些實施例的流程中的移除位在各電子元件之間的部分支撐材料層後的俯視示意圖。
請分別參閱圖1O至圖1Y，在圖1O中載板150上剩餘的支撐材料層160的圖樣與圖1I的載板150上剩餘的支撐材料層160的圖樣相反。在圖1P中，載板150上剩餘的支撐材料層160只接觸各電子元件125的其中兩個相對的表面。圖1Q的支撐材料層160的圖樣則與圖1P的支撐材料層160的圖樣相反。在圖1R與圖1T中，兩相鄰的電子元件125之間的支撐材料層160不相連。圖1S與圖1U的支撐材料層160的圖樣則分別與圖1R與圖1T的支撐材料層160的圖樣相反。此外，如圖1V至圖1Y的這些實施例，剩餘的支撐材料層160也可以是不對稱地位在這些電子元件125周圍。
需說明的是，在另一實施例的電子元件的轉移方法中，在從圖1A進行到圖1G之後，可以接續進行圖2A至圖2F的步驟。圖2A至圖2F是依照本發明的另一實施例的一種電子元件的轉移方法的流程示意圖。要說明的是，在下面的這些實施例中，與前一實施例中相同或是相似的元件以相同或相似的符號表示，不另外贅述。
如圖2A所示，在本實施例中，在形成陣列排列的這些電子元件125於載板150上之後，更包括：於各電子元件125上形成一第三導電層170，其中各電子元件125位在第一導電層130與第三導電層170之間。
接著，圖2B至圖2F的步驟類似於圖1G、圖1I、圖1L、圖1M、圖1N，配置支撐材料層160至載板150上的第一導電層130以外的位置。再來，圖案化支撐材料層160。接著，移除接著單元145。再來，轉移模組10將部分這些電子元件125及對應的第一導電層130與對應的第三導電層170拾起並一起轉移至目標基板20上。
值得一提的是，各第一導電層130與對應的第三導電層170的至少一者具有導磁性。此設計可使得轉移模組10能夠透過磁力的方式將電子元件125及對應的第一導電層130與對應的第三導電層170拾起。若第一導電層130與對應的第三導電層170均具有導磁性，則可使轉移模組10與電子元件125及對應的第一導電層130與對應的第三導電層170之間存在更強的磁力。當然，若轉移模組10並非透過磁力的方式拾起電子元件，第一導電層130與第三導電層170也可以不具有導磁性。
圖3A至圖3G是依照本發明的另一實施例的一種電子元件的轉移方法的流程示意圖。請參閱圖3A至圖3G，圖3A至圖3F的步驟與圖2A至圖2F的步驟的主要差異在於，在圖3A中，在形成各第三導電層170在對應的電子元件125上之前，先形成一犧牲層175在電子元件125上。也就是說，在本實施例中，如圖3A所示，在形成第三導電層170在電子元件125上之後，各第三導電層170與對應的電子元件125之間包括犧牲層175。在本實施例中，犧牲層175的材質例如為二氧化矽、氮化矽、氧化鋅等介電材質、AlGaN、AlInN等半導體材質或有機高分子材質等。
後續，圖3B至圖3F的步驟類似於圖2B至圖2F的步驟，配置支撐材料層160至載板150上的第一導電層130以外的位置。再來，圖案化支撐材料層160。接著，移除接著單元145。再來，轉移模組10將部分這些電子元件125及對應的第一導電層130、對應的犧牲層175與對應的第三導電層170拾起並一起轉移至目標基板20上。
最後，在部分這些電子元件125及對應的第一導電層130、對應的犧牲層175與對應的第三導電層170一起轉移至目標基板20上之後，如圖3G所示，移除位在目標基板20上的這些犧牲層175與這些第三導電層170。更明確地說，透過移除犧牲層175的方式來使第三導電層170與電子元件125分離。
在本實施例中，移除犧牲層175的方法包括化學溼式蝕刻、熱處理及雷射照射處理等但不限於此方式之列。具體而言，可透過濕式蝕刻將犧牲層175溶除，以使第三導電層170輕易地與電子元件125分離。舉例而言，當犧牲層175之材質為二氧化矽、氮化矽、氧化鋅等介電材質時，所使用的蝕刻劑包括磷酸(H3PO4)、鹽酸(HCl)或其他酸性溶液。當犧牲層175之材質為AlGaN、AlInN等半導體材質時，所使用的蝕刻劑包括氫氧化鉀(KOH)、硝酸(HNO3)或其他溶液。當犧牲層175之材質為有機高分子材質時，所使用的蝕刻劑包括ACE、NMP或其它有機溶液。或者，當犧牲層175之材質為黏性材質時，也可透過加熱讓犧牲層175的黏性降低，以使第三導電層170輕易地與電子元件125分離。
值得一提的是，電子元件125的形成方法並不僅限於圖1A至圖1F，圖4A至圖4F是依照本發明的另一實施例的一種電子元件的形成方法的流程示意圖。請參閱圖4A，與圖1A相同地，形成元件層120於成長基板110上。接著，如圖4B所示，圖案化元件層120以形成陣列排列的電子元件125。在本實施例中，元件層120被圖案化之後，這些電子元件125仍相互連接地排列於成長基板110上。接著，形成這些第一導電層130於對應的電子元件125上。
需說明的是，雖然在本實施例中，元件層120僅被蝕刻到形成電子元件125的深度。但在其他實施例中，元件層120被圖案化的深度可以是元件層120的厚度，換句話說，元件層120被圖案化之後會露出部分的成長基板110，而使得這些電子元件125彼此分離地排列於成長基板110上。
再來，如圖4C至圖4F所示，令形成於成長基板110上且被圖案化的元件層120與這些第一導電層130透過接著層140連接至載板150。接著，移除成長基板110。再來，可選擇性地對剩餘的元件層120進行薄化而使這些電子元件125彼此分離。接著，圖案化接著層140以形成對應於這些第一導電層130的多個接著單元145，且使得部分的載板150外露。接著，便可繼續進行如圖1G至圖1N的步驟來配置支撐材料層160、圖案化支撐材料層160、且將這些電子元件125轉移到目標基板20上。
圖5A至圖5J是依照本發明的另一實施例的一種電子元件的轉移方法的流程示意圖。請參閱圖5A至圖5J，圖5A與圖5B的步驟與圖1A與圖1B相同，首先，形成元件層120於成長基板110上。接著，形成這些第一導電層130於元件層120上。接著，如圖5C所示，形成多個可移除材料層180於元件層120上且接觸這些第一導電層130。在本實施例中，可移除材料層180接觸第一導電層130的周圍及部分的下表面，第一導電層130的下表面仍有部分直接接觸接著層140，當然，可移除材料層180接觸第一導電層130的部位並不以此為限制。
接著，如圖5D至圖5G所示，令形成於成長基板110上的元件層120、這些第一導電層130與這些可移除材料層180透過接著層140連接至載板150。再來，移除成長基板110。接著，可選擇性地對元件層120進行薄化。再來，圖案化薄化後的元件層120。再來，如圖5H所示，移除這些可移除材料層180。在本實施例中，可移除材料層180的材料例如為二氧化矽、氮化矽、氧化鋅等介電材質或有機高分子材質等。移除這些可移除材料層180的方式包括化學溼式蝕刻、熱處理及雷射照射處理等但不限於此方式之列。
由於可移除材料層180被移除之後，只剩接著層140接觸部分的第一導電層130，以支撐電子元件125與對應的第一導電層130。如圖5I與圖5J所示，進行藉由轉移模組10選擇性地從載板150拾起部分這些電子元件125以及對應的第一導電層130，且將被轉移模組10所拾起的部分這些電子元件125及對應的第一導電層130轉移至目標基板20上的步驟。
相較於圖1A至圖1N中需要額外配置支撐材料層160在電子元件125周圍，且對支撐材料層160圖案化之後，才能移除接著層140，而使得第一導電層130與載板150之間形成間隙，電子元件125與第一導電層130能夠較容易地與載板150分離。在本實施例中，透過可移除材料層180配置在接觸這些第一導電層130的位置，之後只要移除可移除材料層180，便可使得部分的第一導電層130與載板150之間形成間隙，電子元件125與第一導電層130能夠較容易地與載板150分離，而使得製程上更為簡單。
圖6A至圖6I是依照本發明的另一實施例的一種電子元件的轉移方法的流程示意圖。請參閱圖6A至圖6I，圖6A與圖6B的步驟與圖4A與圖4B接近，形成元件層120於成長基板110上。再來，圖案化元件層120以形成陣列排列的電子元件125，形成這些第一導電層130於對應的電子元件125上。接著，如圖6C所示，形成接觸於這些第一導電層130的這些可移除材料層180。在本實施例中，可移除材料層180接觸第一導電層130的整個下表面，但可移除材料層180接觸第一導電層130的部位並不以此為限制。
再來，圖6D至圖6G如圖5D至圖5G的步驟接近，令形成於成長基板110上的元件層120、這些第一導電層130與這些可移除材料層180透過接著層140連接至載板150。再來，移除成長基板110。接著，可選擇性地對元件層120進行薄化，以使這些電子元件125分離。再來，如圖6G所示，移除這些可移除材料層180。在本實施例中，可移除材料層180被移除之後，第一導電層130與載板150之間存在間隙，以利後續脫離。由於接著層140會接觸電子元件125與第一導電層130的側面，因此，接著層140此時仍可支撐電子元件125與第一導電層130。最後，圖6H與圖6I與圖1M與圖1N接近，藉由轉移模組10選擇性地從載板150拾起部分這些電子元件125以及對應的第一導電層130，且將被轉移模組10所拾起的部分這些電子元件125及對應的第一導電層130轉移至目標基板20上的步驟。
下面以電子元件為光電元件為例，舉出多種可以應用在上述這些電子元件的轉移方法的電子元件的形式。圖7是依照本發明的一實施例的一種光電裝置的示意圖。請參閱圖7，本實施例的光電裝置200包括一光電元件210、一準直元件220及一第一導電層230。準直元件220位在光電元件210與第一導電層230之間。準直元件220為具曲面結構之透光介電層，例如是微透鏡。準直元件220包括一穿孔226。第一導電層230包括配置於光電元件210上的一導電圖案232及與導電圖案232電性連接的一金屬層234，金屬層234配置在準直元件220 上，且穿過穿孔226以連接於導電圖案232。如圖7所示，光電元件210的寬度大於第一導電層230的導電圖案232的寬度。更明確地說，在本實施例中，各光電元件210的長寬尺寸分別介於1微米至100微米之間，各光電元件210的寬度比對應的導電圖案232的寬度約大0.5至4微米。此寬度設計可以具有避免導電圖案232與光電元件210之周側接觸導致漏電(leakage)之效果。須說明的是，雖然在本實施例中，金屬層234的寬度實質上等於光電元件210的寬度，但在其他實施例中，金屬層234的寬度也可以略小於光電元件210的寬度。
由於本實施例的光電裝置200的長寬尺寸分別介於1微米至100微米之間，光電裝置200的尺寸太小以致於很難對光電裝置200配置額外的光學結構，而使光電元件210所發出的光線能準直化。因此，本實施例的光電裝置200透過在光電元件210與第一導電層230的金屬層234之間配置準直元件220，光電元件210所發出的一部分光線會被準直元件220與金屬層234之間的一第一介面228反射，光電元件210所發出的一部分光線會被金屬層234與準直元件220之間的一第二介面229反射，而使光電元件210所發出的光線能達到準直化的效果。
此外，為了避免穿孔226的面積過大，而使得準直元件220與金屬層234之間的第一介面228的面積比例較小，影響到光線準直化的效果。在本實施例中，穿孔226的截面積與光電元件210與導電圖案232接觸的表面的面積的比值需小於5%，以符合所需的光學需求。
其中光電元件210之材料折射係數 (Refractive Index)高於準直元件220材料之折射係數，且第一導電層230的金屬層234之反射率則需高於80%。舉例而言，光電元件210為氮化鎵(Gallium Nitride, GaN)時其折射係數為2.39，而準直元件220為二氧化矽 (Silicon Dioxide, SiO 2)其折射係數為1.45，而第一導電層230的金屬層234為銀時其反射率高於96%，其材料之選擇亦不限於此例。
如圖7所示，在本實施例中，準直元件220與第一導電層230之間的介面的剖面呈一弧形，光電元件210所發出的光線會被準直元件220與第一導電層230之間的介面228反射，而向中央匯聚。
此外，在本實施例中，光電裝置200可以透過在上述的多種電子元件的轉移方法配置在目標基板20上，目標基板20包括一第二導電層22，光電裝置200適於透過第一導電層230連接至第二導電層22，且第一導電層230與第二導電層22具有導磁性， 以使光電裝置200能夠透過磁力轉移至目標基板20，且第一導電層230與第二導電層22在連接的過程中能夠輕易地對位。當然，在其他實施例中，若對位精度良好，第一導電層230與第二導電層22也可不具有導磁性。
圖8與圖9分別是本發明的其他實施例的光電裝置的示意圖。請先參閱圖8，圖8的光電裝置200a與圖7的光電裝置200的主要差異在於，圖8的準直元件220a與金屬層234a之間的第一介面228a的剖面呈一梯形。更明確地說，梯形的較長的底邊是較靠近光電元件210的那一邊，梯形的較短的底邊則是較遠離光電元件210的一邊。並且，此梯形的兩邊與底邊之間的角度θ約在20度至80度之間，梯形的高度約在0.5微米至2.0微米之間。透過上述配置，光電元件210所發出的光線也能夠達到被準直元件220a與金屬層234a之間的第一介面228a反射，而向準直化的效果。
另外，在其他實施例中，光電元件210的剖面形狀也可以不是長方形，也可以是梯形，準直元件220a的形狀可以共形(conformal)於梯形的光電元件210，同樣地也可以使準直元件220a與金屬層234a之間的第一介面228a呈現出梯形。
需說明的是，在其他實施例中，準直元件220、220a與金屬層234、234a之間的介面也可以是其他的形狀，例如，準直元件220、220a與金屬層234、234a之間的第一介面228、228a可以是多個弧面或是呈菲涅爾透鏡的形式，只要可以使光電元件210所發出的光線被準直元件220、220a與金屬層234、234a之間的第一介面228、228a反射之後能具有準直的效果即可，準直元件220、220a與金屬層234、234a之間的第一介面228、228a形狀並不以上述為限制。
請參閱圖9，圖9的光電裝置200b與圖7的光電裝置200的主要差異在於，在本實施例中，光電裝置200b更包括一第三導電層240及一犧牲層250。光電元件210位於第三導電層240與準直元件220之間，且犧牲層250配置於光電元件210與第三導電層240之間。在本實施例中，第一導電層230與第三導電層240的至少一者具有導磁性，以使光電裝置200b可透過前述的電子元件的轉移方法轉移到目標基板20(標示於圖7)上。當然，在其他實施例中，光電裝置200b也可以省略犧牲層250，而使得第三導電層240與光電元件210直接接觸。
圖10A至圖10F是依照本發明的一實施例的一種光電裝置的製造方法的示意圖。請先參閱圖10A，形成一元件層120於一成長基板110上。在本實施例中，成長基板110可以是一矽基板、一碳化矽基板、一藍寶石基板或是其他適當基板，元件層120可以是發光二極體元件層、光感測元件層、太陽電池元件層等。本實施例的元件層120以發光二極體元件層為例，發光二極體元件層依據其電極的分佈方式可為水平式發光二極體元件層或垂直式發光二極體元件層。
接著，如圖10B所示，形成多個導電圖案232於元件層120上。在本實施例中，導電圖案232為透明的，導電圖案232的材質例如是ITO，但導電圖案232的材質並不以此為限制。
再來，如圖10C所示，形成多個準直元件220c於這些導電圖案232上。在本實施例中，準直元件220c為具曲面結構之透光介電層，例如是微透鏡。準直元件220c的寬度大於導電圖案232的寬度，且準直元件220c包括一穿孔226，而露出部分的導電圖案232。
接著，如圖10D所示，形成多個金屬層234於這些準直元件220c上，且金屬層234填入穿孔226以連接於導電圖案232。
再來，如圖10E所示，令形成於成長基板110上的元件層120與這些導電圖案232、這些準直元件220c及這些金屬層234透過一接著層140連接至載板150。再移除成長基板110，並選擇性地對元件層120進行薄化，使元件層120的厚度得以減低，以成為一薄化後的元件層122。
接著，如圖10F所示，圖案化薄化後的元件層122，以形成這些陣列排列的多個光電元件210，而製作出多個彼此獨立的光電裝置200c。詳細地說，光電裝置200c包括光電元件210與依序配置在光電元件210上的導電圖案232、準直元件220c及金屬層234。本實施例的光電裝置200c在光電元件210與第一導電層230的金屬層234之間配置有準直元件220c，光電元件210所發出的一部分光線會被準直元件220c與金屬層234之間的介面反射，而使光電元件210所發出的光線能達到準直化的效果。
此外，在本實施例的光電裝置200c中，各光電元件210的長寬尺寸分別介於1微米至100微米之間，各光電元件210的寬度比對應的導電圖案232的寬度約大0.5至4微米。此寬度設計可以具有避免導電圖案232與光電元件210之周側接觸導致漏電(leakage)之效果。
另外，如圖10F所示，再圖案化薄化後的元件層122之後，進一步圖案化接著層140以形成對應於這些多個光電元件210的多個接著單元145，且使得部分的載板150外露。其後可以依循圖1G至圖1N的步驟，藉由在載板150上配置支撐材料層160、圖案化支撐材料層160、將這些光電裝置200c轉移到目標基板20上，且以低溫接合的方式使金屬層234與目標基板20的第二導電層22接合。
也就是說，在本實施例中，金屬層234包括具低融點(小於攝氏250度)的金屬層或合金層。更明確地說，金屬層234可以包括In(融點為156度)、Sn (融點為231度)、InAg(其中In比例＞0.85)、InAu(其中In比例＞0.95)、InSn、InCu(其中In比例 ＞0.95)、SnAg(其中Sn比例＞0.9)、SnAu(其中Sn比例＞0.85)或是SnCu(其中Sn比例＞0.95)。第二導電層22包括具高融點(大於攝氏250度)的金屬層或合金層，更明確地說，第二導電層22可以包括Au(融點為961度)、Au(融點為1064度)或是Cu(融點為1084度)。
在光電裝置200c與目標基板20進行低溫接合(接合溫度小於攝氏250度)之後，光電元件210與目標基板20之間形成合金層135(請參考圖1N’)。合金層135是具高融點(高於攝氏300度)之金屬層，合金層135的材料包括有二元系統(InAg, InAu, InSn, InCu, SnAg, SnAu, SnCu)或是三元系統(InSnAg, InSnAu, InSnCu, InAuAg, InAuCu, InAgCu, SnAgAu, SnAgCu, SnAuCu)等，且在合金層135中，具低融點(小於攝氏250度)的金屬或合金所佔的比例至少為40%。在一更佳的實施例中，具低融點(小於攝氏250度)的金屬或合金所佔的比例至少為50%。
綜上所述，本發明的電子元件的轉移方法包括多種形成電子元件的方法、多種轉移前透過支撐材料層或是接著層來支撐第一導電層的其中一部分以利後續電子元件與第一導電層脫離載板的方法、以及將電子元件從載板轉移到目標基板且與目標基板接合的方法。本發明的電子元件的轉移方法適用於尺寸介於1微米至100微米之間的電子元件，以使微型化的電子元件能夠高效率且精準地被轉移至目標基板上。此外，本發明還提供了一種電子模組，其電子元件與所接合的目標基板之間具有合金層，其中合金層包括至少40%的低融點金屬，低融點金屬的融點低於攝氏250度，且合金層的融點高於攝氏300度。另外，本發明還提供了多種包括上述這些電子元件的光電裝置，其可以應用上述這些電子元件的轉移方法，這些微型化的光電裝置所發出的光線能夠具有較佳的準直性，可提供更佳的發光品質。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
θ‧‧‧角度
H‧‧‧高度
D1、D2‧‧‧距離
L1、L2‧‧‧長度
10‧‧‧轉移模組
20‧‧‧目標基板
22‧‧‧第二導電層
30a、30b、30c、30d‧‧‧電子裝置
110‧‧‧成長基板
120‧‧‧元件層
122‧‧‧薄化後的元件層
125、125-1、125-2、125-3‧‧‧電子元件
126‧‧‧第一面
128‧‧‧第二面
130‧‧‧第一導電層
135‧‧‧合金層
140‧‧‧接著層
145‧‧‧接著單元
150‧‧‧載板
160‧‧‧支撐材料層
170‧‧‧第三導電層
175‧‧‧犧牲層
180‧‧‧可移除材料層
200、200a、220b‧‧‧光電裝置
210‧‧‧光電元件
220、220a、220c‧‧‧準直元件
226‧‧‧穿孔
228、228a‧‧‧第一介面
229‧‧‧第二介面
230、230a‧‧‧第一導電層
232‧‧‧導電圖案
234、234a‧‧‧金屬層
240‧‧‧第三導電層
250‧‧‧犧牲層
圖1A至圖1N’是依照本發明的一實施例的一種電子元件的轉移方法的流程示意圖。 圖1O至圖1Y分別是本發明的其他些實施例的流程中的移除位在各電子元件之間的部分支撐材料層後的俯視示意圖。 圖2A至圖2F是依照本發明的另一實施例的一種電子元件的轉移方法的流程示意圖。 圖3A至圖3G是依照本發明的另一實施例的一種電子元件的轉移方法的流程示意圖。 圖4A至圖4F是依照本發明的另一實施例的一種電子元件的形成方法的流程示意圖。 圖5A至圖5J是依照本發明的另一實施例的一種電子元件的轉移方法的流程示意圖。 圖6A至圖6I是依照本發明的另一實施例的一種電子元件的轉移方法的流程示意圖。 圖7是依照本發明的一實施例的一種光電裝置的示意圖。 圖8與圖9分別是本發明的其他實施例的光電裝置的示意圖。 圖10A至圖10F是依照本發明的一實施例的一種光電裝置的製造方法的示意圖。
10‧‧‧轉移模組
125、125-1、125-2、125-3‧‧‧電子元件
130‧‧‧第一導電層
150‧‧‧載板
160‧‧‧支撐材料層

Claims (30)

  1. 一種電子元件的轉移方法，包括： 形成陣列排列的多個電子元件於一載板上，其中各該電子元件與該載板之間包括一第一導電層，該第一導電層包括與該電子元件接觸的一導電圖案，且各該電子元件的寬度大於對應的該導電圖案的寬度； 藉由一轉移模組選擇性地從該載板拾起部分該些電子元件以及對應的第一導電層；以及 將被該轉移模組所拾起的部分該些電子元件及對應的第一導電層轉移至一目標基板上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電子元件的轉移方法，其中該些電子元件的形成方法包括： 形成一元件層於一成長基板上，該元件層包括陣列排列的該些電子元件； 形成該些第一導電層於該元件層上對應於該些電子元件處； 令形成於該成長基板上的該元件層與該些第一導電層透過一接著層連接至該載板； 移除該成長基板；以及 圖案化該元件層。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的電子元件的轉移方法，在形成該些電子元件之後，更包括： 圖案化該接著層以形成對應於該些第一導電層的多個接著單元，且使得部分的該載板外露； 配置一支撐材料層於該載板上，且該支撐材料層位於該些電子元件之間； 移除位在各該電子元件之間的部分該支撐材料層；以及 移除該些接著單元。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的電子元件的轉移方法，其中在移除位在各該電子元件之間的部分該支撐材料層之後，剩餘的該支撐材料層對稱地位在該些電子元件周圍。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的電子元件的轉移方法，其中在移除位在各該電子元件之間的部分該支撐材料層之後，剩餘的該支撐材料層不對稱地位在該些電子元件周圍。
  6. 如申請專利範圍第3項所述的電子元件的轉移方法，其中在配置該支撐材料層於該載板且該支撐材料層環繞該些電子元件的步驟中，該電子元件包括靠近該載板的一第一面與遠離該載板的一第二面，該支撐材料層在該載板上的高度大於該第一面與該載板之間的距離，且小於該第二面與該載板之間的距離。
  7. 如申請專利範圍第2項所述的電子元件的轉移方法，其中在移除該成長基板之後，更包括： 薄化該元件層。
  8. 如申請專利範圍第2項所述的電子元件的轉移方法，其中該元件層被圖案化之後，該些電子元件彼此分離地排列於該載板上。
  9. 如申請專利範圍第2項所述的電子元件的轉移方法，其中該元件層被圖案化之後，該些電子元件相互連接地或彼此分離地排列於該成長基板上。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的電子元件的轉移方法，其中該元件層被圖案化之後，更包括： 形成接觸於該些第一導電層的多個可移除材料層；以及 在移除該成長基板之後，更包括移除該些可移除材料層。
  11. 如申請專利範圍第2項所述的電子元件的轉移方法，其中在形成該些第一導電層於該元件層的步驟之後，更包括： 形成多個可移除材料層於該元件層上且接觸該些第一導電層；以及 在圖案化該元件層之後，更包括移除該些可移除材料層。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的電子元件的轉移方法，其中該目標基板包括陣列排列的多個第二導電層，各該第一導電層更包括連接於該導電圖案的一金屬層，被該轉移模組所拾起的部分該些電子元件透過對應的該些金屬層連接於部分的該些第二導電層。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的電子元件的轉移方法，其中該些金屬層具有導磁性，且該些第二導電層具有導磁性。
  14. 如申請專利範圍第1項所述的電子元件的轉移方法，其中在形成陣列排列的該些電子元件於該載板上之後，更包括： 於各該電子元件上形成一第三導電層，其中各該電子元件位在該第一導電層與該第三導電層之間，且該轉移模組將部分該些電子元件及對應的第一導電層與對應的第三導電層一起轉移至該目標基板上。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的電子元件的轉移方法，其中各該第一導電層與對應的第三導電層的至少一者具有導磁性。
  16. 如申請專利範圍第14項所述的電子元件的轉移方法，其中各該第三導電層與對應的電子元件之間包括一犧牲層。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的電子元件的轉移方法，其中在部分該些電子元件及對應的第一導電層與對應的第三導電層一起轉移至該目標基板上之後，更包括： 移除位在該目標基板上的該些犧牲層與該些第三導電層。
  18. 如申請專利範圍第1項所述的電子元件的轉移方法，其中在部分的該些電子元件轉移至該目標基板上時，更包括： 進行一低溫接合程序，而使在該目標基板上的各該電子元件與該目標基板之間包括一合金層，其中該合金層包括至少40%的一低融點金屬，其中該低融點金屬的融點低於攝氏250度，且該合金層的融點高於攝氏300度。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的電子元件的轉移方法，其中該低融點金屬包括銦、錫、銦銀合金(其中銦比例＞0.85)、銦金合金(其中銦比例＞0.95)、銦錫合金、銦銅合金(其中銦比例＞0.95)、錫銀合金(其中錫比例＞0.9)、錫金合金(其中錫比例＞0.85)或是錫銅合金(其中錫比例＞0.95)，且該合金層包括銦銀合金、銦金合金、銦錫合金、銦銅合金、錫銀合金、錫金合金、錫銅合金、銦錫銀合金、銦錫金合金、銦錫銅合金、銦金銀合金、銦金銅合金、銦銀銅合金、錫銀金合金、錫銀銅合金或錫金銅合金。
  20. 一種電子模組，包括： 一目標基板； 一電子元件，配置在該目標基板上方；以及 一合金層，配置在該目標基板與該電子元件之間，其中該合金層包括至少40%的一低融點金屬，其中該低融點金屬的融點低於攝氏250度，且該合金層的融點高於攝氏300度。
  21. 如申請專利範圍第20項所述的電子模組，其中該低融點金屬包括銦、錫、銦銀合金(其中銦比例＞0.85)、銦金合金(其中銦比例＞0.95)、銦錫合金、銦銅合金(其中銦比例＞0.95)、錫銀合金(其中錫比例＞0.9)、錫金合金(其中錫比例＞0.85)或是錫銅合金(其中錫比例＞0.95)，且該合金層包括銦銀合金、銦金合金、銦錫合金、銦銅合金、錫銀合金、錫金合金、錫銅合金、銦錫銀合金、銦錫金合金、銦錫銅合金、銦金銀合金、銦金銅合金、銦銀銅合金、錫銀金合金、錫銀銅合金或錫金銅合金。
  22. 一種光電裝置，包括： 一光電元件； 一準直元件，配置於該光電元件的一側；以及 一第一導電層，該準直元件位在該光電元件與該第一導電層之間，其中該光電元件所發出的部分光線被該準直元件與該第一導電層之間的一第一介面反射。
  23. 如申請專利範圍第22項所述的光電裝置，其中該準直元件與該第一導電層之間的該第一介面的剖面呈一弧形或一梯形。
  24. 如申請專利範圍第22項所述的光電裝置，其中該第一導電層包括配置於該光電元件上的一導電圖案及與該導電圖案電性連接的一金屬層，該準直元件配置在該導電圖案上且包括一穿孔，該金屬層配置在該準直元件上且穿過該穿孔以連接於該導電圖案，且該光電元件所發出的部分光線被該金屬層與該準直元件之間的一第二介面反射。
  25. 如申請專利範圍第24項所述的光電裝置，其中該穿孔的截面積以及該光電元件與該導電圖案所接觸的表面的面積之間的比值需小於5%。
  26. 如申請專利範圍第24項所述的光電裝置，其中該金屬層包括融點低於攝氏250度的一低融點金屬，該低融點金屬包括銦、錫、銦銀合金(其中銦比例＞0.85)、銦金合金(其中銦比例＞0.95)、銦錫合金、銦銅合金(其中銦比例＞0.95)、錫銀合金(其中錫比例＞0.9)、錫金合金(其中錫比例＞0.85)或是錫銅合金(其中錫比例＞0.95)。
  27. 如申請專利範圍第22項所述的光電裝置，其中該光電裝置適於配置在一目標基板上，該目標基板包括一第二導電層，該光電裝置適於透過該第一導電層連接至該第二導電層，且該第一導電層與該第二導電層具有導磁性。
  28. 如申請專利範圍第22項所述的光電裝置，更包括： 一第三導電層，該光電元件位於該第三導電層與該準直元件之間。
  29. 如申請專利範圍第28項所述的光電裝置，其中該第一導電層與該第三導電層的至少一者具有導磁性。
  30. 如申請專利範圍第28項所述的光電裝置，更包括： 一犧牲層，配置於該光電元件與該第三導電層之間。
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