TWI690079B - 微型半導體元件結構 - Google Patents

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Abstract

本揭露揭露一種微型半導體元件結構。在某些實施例中，微型半導體元件結構可包括：一基板、至少一支撐層以及、至少一微型半導體元件。支撐層設置於基板的一上表面，其中支撐層由至少一個上部份及一下部份所構成，其中上部份沿一第一方向延伸，且上部份在第一方向的長度L1係大於下部份在第一方向的長度L2。此外，微型半導體元件的下表面與支撐層的上部份接觸。

Description

微型半導體元件結構
本揭露是關於半導體結構，特別是有關於微型半導體元件結構。
隨著光電科技的進步，許多光電元件的體積逐漸往小型化發展。近幾年來由於發光二極體(light-emitting diode，LED)製作尺寸上的突破，目前將發光二極體以陣列排列製作的微型發光二極體(micro-LED)顯示器在市場上逐漸受到重視。微型發光二極體顯示器屬於主動式微型半導體元件顯示器，其除了相較於有機發光二極體(organic light-emitting diode，OLED)顯示器而言更為省電以外，也具備更佳優異的對比度表現，而可以在陽光下具有可視性。此外，由於微型發光二極體顯示器採用無機材料，因此其相較於有機發光二極體顯示器而言具備更佳優良的可靠性以及更長的使用壽命。
微型元件經常透過支撐結構來固定而使微型元件(例如微型發光二極體)較容易自臨時載板轉移至接收基板上。然而，一般支撐結構設置在微型元件的兩側，因此微型元件無法於臨時載板上密集排列，導致微型元件的集積度 (integration density)降低。此外，如何更輕易且有效率地運輸與轉移微型元件於臨時載板與接收基板之間，已成為目前業界相當重視的課題之一。
本揭露提供一種微型半導體元件結構。在某些實施例中，微型半導體元件結構可包括：一基板、至少一支撐層以及、至少一微型半導體元件。支撐層設置於基板的一上表面，其中支撐層由至少一個上部份及一下部份所構成，其中上部份沿一第一方向延伸，且上部份在第一方向的長度L1係大於下部份在第一方向的長度L2。此外，微型半導體元件的下表面與支撐層的上部份接觸。微型半導體元件具有一第一電極及一第二電極，其中第一電極及第二電極係同時設置於微型半導體元件的一表面、或者第一電極設置於微型半導體元件的下表面而第二電極設置於微型半導體元件的一上表面。
根據本揭露實施例，支撐層之下部份在第一方向的長度L2與支撐層之上部份在第一方向的長度L1的比值(L2/L1)約大於或等於0.05且小於或等於0.5。
根據本揭露實施例，微型半導體元件的下表面與支撐層的上部份接觸的區域係定義為一第一區域，且第一區域的面積A1與微型半導體元件之下表面的面積A2的比值(A1/A2)約大於或等於0.05且小於或等於0.5，例如為0.05至0.5、0.05至0.3、0.1至0.3、或0.2至0.5。
根據本揭露某些實施例，微型半導體元件的下表 面設置有至少兩個第一區域，其中該等第一區域彼此不接觸。
根據本揭露實施例，第一區域在第一方向具有一長度L3、而第一區域與支撐層的下部份在第一方向具有一最小距離D1，其中長度L3與長度L3及最小距離D1的總合(L3+D1)的比值(L3/(L3+D1))可大於或等於0.2且小於或等於0.8。
根據本揭露某些實施例，長度L3約小於或等於5μm，例如為0.5μm至5μm、1μm至5μm、或1μm至3μm。最小距離D1約小於或等於25μm，例如為0.5μm至5μm、5μm至25μm、或10μm至15μm。
根據本揭露實施例，支撐層包含至少兩個上部份設置於下部份之上，且該等上部份彼此不接觸。
根據本揭露實施例，第一電極具有一厚度T1、第二電極具有一厚度T2、而支撐層之上部份具有一厚度T3，其中第一電極的厚度T1係大於支撐層之上部份的厚度T3。
根據本揭露某些實施例，當第二電極設置於微型半導體元件的下表面時，第二電極的厚度T2係大於支撐層之上部份的厚度T3。
根據本揭露實施例，支撐層之下部份具有一厚度T4，而支撐層之上部份及下部份的厚度總合(T3+T4)大於第一電極的厚度T1。
根據本揭露某些實施例，當第二電極設置於微型半導體元件的下表面時，其中支撐層之上部份及下部份的厚 度總合(T3+T4)大於第二電極的厚度T2。
根據本揭露實施例，支撐層的上部份由一第一材質所構成，而支撐層的下部份由一第二材質所構成，根據本揭露其他實施例，第一材質與第二材質不同，且第一材質的楊氏模量小於第二材質的楊氏模量。
根據本揭露實施例，微型半導體元件的下表面對基板的正投影不與支撐層的下部份對基板的正投影重疊。
根據本揭露實施例，第一電極及第二電極不與支撐層直接接觸。
根據本揭露實施例，微型半導體元件具有一連接上表面與下表面的一周圍表面，其中支撐層不與微型半導體元件的上表面或周圍表面直接接觸。
根據本揭露實施例，當第一電極及第二電極同時設置於微型半導體元件的下表面時，其中微型半導體元件的下表面具有一第二區域位於第一電極及第二電極之間，且支撐層不與第二區域直接接觸。
1‧‧‧第一區域
2‧‧‧第二區域
10‧‧‧基板
11‧‧‧上表面
20‧‧‧微型半導體元件
21‧‧‧下表面
22‧‧‧第一半導體層
23‧‧‧上表面
24‧‧‧發光層
25‧‧‧周圍表面
26‧‧‧第二半導體層
28‧‧‧絕緣層
30‧‧‧支撐層
31‧‧‧上部份
32‧‧‧下部份
40a‧‧‧第一電極
40b‧‧‧第二電極
100‧‧‧微型半導體元件結構
AA’‧‧‧剖線
C1、C2、C3、C4‧‧‧角落
D1‧‧‧最小距離
E1、E2、E3、E4‧‧‧邊緣
L1、L2、L3‧‧‧長度
W‧‧‧第四方向
X‧‧‧第一方向
Y‧‧‧第二方向
Z‧‧‧第三方向
θ‧‧‧夾角
藉由以下的詳細描述配合所附圖式，可以更加理解本揭露實施例的內容。需強調的是，根據產業上的標準慣例，許多部件(feature)並未按照比例繪製。事實上，為了能清楚地討論，各種部件的尺寸可能被任意地增加或減少。
第1圖顯示本揭露一實施例所述微型半導體元件結構的俯視示意圖。
第2圖顯示第1圖所述微型半導體元件結構沿A-A’剖線的剖 面示意圖。
第3圖顯示本揭露另一實施例所述微型半導體元件結構的剖面示意圖。
第4圖顯示第1圖所述微型半導體元件結構任一個微型半導體元件的仰視示意圖。
第5圖顯示根據本揭露實施例所述微型半導體元件之剖面示意圖。
第6A圖至第6C圖顯示本揭露某些實施例所述微型半導體元件結構的剖面示意圖。
第7圖顯示本揭露一實施例所述微型半導體元件結構的俯視示意圖。
第8圖顯示第7圖所述微型半導體元件結構沿A-A’剖線的剖面示意圖。
第9圖顯示第7圖所述微型半導體元件結構任一個微型半導體元件的仰視示意圖。
第10A圖及第10B圖顯示根據本揭露實施例所述微型半導體元件之剖面示意圖。
第11圖顯示本揭露一實施例所述微型半導體元件結構的俯視示意圖。
第12圖顯示第11圖所述微型半導體元件結構沿A-A’剖線的剖面示意圖。
第13圖顯示第11圖所述微型半導體元件結構任一個微型半導體元件的仰視示意圖。
第14A圖至第14C圖顯示本揭露某些實施例所述微型半導 體元件結構的俯視示意圖。
第15圖顯示本揭露一實施例所述微型半導體元件結構的俯視示意圖。
第16圖顯示第15圖所述微型半導體元件結構沿A-A’剖線的剖面示意圖。
第17圖顯示第15圖所述微型半導體元件結構任一個微型半導體元件的仰視示意圖。
第18圖顯示本揭露一實施例所述微型半導體元件結構的俯視示意圖。
第19圖顯示第18圖所述微型半導體元件結構任一個微型半導體元件的仰視示意圖。
第20圖顯示本揭露一實施例所述微型半導體元件結構的俯視示意圖。
第21圖顯示第20圖所述微型半導體元件結構任一個微型半導體元件的仰視示意圖。
第22圖顯示本揭露一實施例所述微型半導體元件結構的俯視示意圖。
第23圖顯示第22圖所述微型半導體元件結構任一個微型半導體元件的仰視示意圖。
第24圖顯示本揭露一實施例所述微型半導體元件結構的俯視示意圖。
第25圖顯示第24圖所述微型半導體元件結構任一個微型半導體元件的仰視示意圖。
以下針對本發明之顯示裝置作詳細說明。應了解的是，以下之敘述提供許多不同的實施例或例子，用以實施本發明之不同樣態。以下所述特定的元件及排列方式僅為簡單描述本發明。當然，這些僅用以舉例而非本發明之限定。此外，在不同實施例中可能使用重複的標號或標示。這些重複僅為了簡單清楚地敘述本發明，不代表所討論之不同實施例及/或結構之間具有任何關連性。再者，當述及一第一材料層位於一第二材料層上或之上時，包括第一材料層與第二材料層直接接觸之情形。或者，亦可能間隔有一或更多其它材料層之情形，在此情形中，第一材料層與第二材料層之間可能不直接接觸。
必需了解的是，為特別描述或圖示之元件可以此技術人士所熟知之各種形式存在。此外，當某層在其它層或基板「上」時，有可能是指「直接」在其它層或基板上，或指某層在其它層或基板上，或指其它層或基板之間夾設其它層。
且在圖式中，實施例之形狀或是厚度可擴大，並以簡化或是方便標示。再者，圖式中各元件之部分將以分別描述說明之，值得注意的是，圖中未繪示或描述之元件，為所屬技術領域中具有通常知識者所知的形式，此外，特定之實施例僅為揭示本發明使用之特定方式，其並非用以限定本發明。
再者，說明書與請求項中所使用的序數例如”第 一”、”第二”、”第三”等之用詞，以修飾請求項之元件，其本身並不意含及代表該請求元件有任何之前的序數，也不代表某一請求元件與另一請求元件的順序、或是製造方法上的順序，該些序數的使用僅用來使具有某命名的一請求元件得以和另一具有相同命名的請求元件能作出清楚區分。
本揭露提供一種微型半導體元件結構，透過支撐層(tether)將微型半導體元件(例如微型發光二極體(Micro LED)和微晶片)固定於一基板(例如臨時基板(template))上，並使得微型半導體元件之間保持一定之間距。如此一來，本揭露所述微型半導體元件結構可避免後續進行轉移製程時，因微型半導體元件之間的間距不適當而損傷微型半導體元件。
此外，本揭露所述微型半導體元件結構可使得微型半導體元件較易自臨時基板上轉移至一接收基板。值得注意的是，在本揭露所述微型半導體元件結構中，支撐層(tether)係設置於微型半導體元件的下表面，而非設置在微型半導體元件的兩側。如此一來，可在不降低微型半導體元件運輸與轉移的良率的前提下，增加設置於臨時載板上的微型半導體元件數量。
本揭露所述「微型」半導體元件，係指其長、寬、及高在1μm至100μm範圍內的半導體元件。根據本揭露實施例，微型半導體元件的最大寬度可為20μm、10μm或5μm。根據本揭露實施例，微型半導體元件20的最大高度可為10μm或5μm。然應理解本揭露的實施例不必限於此，某些實施例的態樣當可應用到更大與也許更小的尺度。
根據本揭露實施例，上述接收基板可例如為顯示基板、發光基板、具薄膜電晶體或積體電路(ICs)等功能元件的基板或其他類型的電路基板，但不以此為限。雖然本揭露的一些實施例特定於描述包含p-n二極體的微型半導體元件，但應理解本揭露的實施例不限於此，某些實施例亦可應用到其他微型半導體元件，其包括可控制執行預定電子功能的微型半導體元件(例如二極體、電晶體、積體電路)或具光子功能的微型半導體元件(例如發光二極體、雷射二極體、光電二極體)。本揭露的其他實施例某些實施例亦可應用到包括電路的微晶片，例如以矽或絕緣體上的半導體(semiconductor-on-insulator，SOI)晶圓為材料且用於邏輯或記憶應用微晶片，或以砷化鎵(GaAs)晶圓為材料且用於RF通信應用的微晶片。
第1圖顯示本揭露一實施例所述微型半導體元件結構100的俯視示意圖，而第2圖顯示第1圖所述微型半導體元件結構100沿A-A’剖線的剖面示意圖。請參照第1圖，本揭露所述微型半導體元件結構100a可包括基板10、微型半導體元件20、以及支撐層30。根據本揭露實施例，基板10可例如為一臨時基板(template)，用以承載微型半導體元件20以及支撐層30。基板10可例如為塑膠基板、陶瓷基板、玻璃基板、藍寶石基板或其他無線路的基板。
請參照第1圖，支撐層30配置於基板10的上表面11上，並形成於基板10及微型半導體元件20之間。支撐層30由上部份31及下部份32所構成。支撐層30的上部份31由第一材質所構成，而支撐層30的下部份32由第二材質所構成。第 一材質及第二材質可各自為有機材料(例如苯並環丁烯(benzocyclobutene)、酚醛樹脂(phenol formaldehyde resin)、環氧樹脂(epoxy resin)、聚異戊二烯橡膠(polyisoprene rubber)或其組合)、無機材料(例如氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、或其組合)、或其他熱變質材料(例如冷脆材料、熱熔性材料、光阻材料、或其組合)。支撐層30的上部份31沿一第一方向X延伸，並與微型半導體元件20直接接觸，用以支撐及固定微型半導體元件20。支撐層30的下部份32與基板10的上表面11直接接觸，用以支撐上部份31。此外，微型半導體元件20的下表面21對基板10的正投影不與支撐層30的下部份32對基板10的正投影重疊。根據本揭露實施例，相鄰的支撐層30上部份31對基板10的正投影彼此不接觸，形成不連續的支撐層30上部份31。
請參照第2圖，支撐層30的上部份31在第一方向X具有一長度(例如最大長度)L1，而支撐層30的下部份32在第一方向X具有一長度(例如最大長度)L2，其中上部份31在第一方向X的長度L1大於下部份32在第一方向X的長度L2。根據本揭露實施例，下部份32在第一方向X的長度L2與上部份31在第一方向X的長度L1的比值(L2/L1)可約大於或等於0.05且小於或等於0.5，例如為0.05至0.5、0.05至0.3、0.1至0.3、或0.2至0.5。值得注意的是，當下部份32在第一方向X的長度L2與上部份31在第一方向X的長度L1的比值(L2/L1)過大時(例如大於或等於0.55時)，易導致在後續製程中，微型半導體元件20較不易自基板10轉移至接收基板。若是下部份32在第一方向X的 長度L2與上部份31在第一方向X的長度L1的比值(L2/L1)過小，下部份32對上部份31的支撐力會不足。根據本揭露實施例，仍請參照第1圖及第2圖，支撐層30的上部份31及下部份32沿第二方向Y的正投影大體上為上寬下窄的T型(即支撐層30沿第二方向Y的剖面大體上為T型)，其中第二方向Y與第一方向X正交，且第一方向X及第二方向Y同時與基板10的上表面11平行。本揭露各實施例所述的正交，意味著第一方向X與第二方向Y之間具有一個90度的夾角且容許有正負5度以內的誤差。
根據本揭露實施例，構成上部份31的第一材質與構成下部份32的第二材質相同。舉例來說，支撐層30的上部份31與支撐層30的下部份32可為一體成型的。根據本揭露某些實施例，構成上部份31的第一材質與構成下部份32的第二材質不同，換言之，支撐層30的上部份31與支撐層30的下部份32是利用不同製程步驟並以不同材質所形成。根據本揭露實施例，第一材質(上部份31)的楊氏模量小於第二材質(下部份32)的楊氏模量，因此第一材質(上部份31)的剛性小於第二材質(下部份32)的剛性，而第一材質(上部份31)的韌性大於第二材質(下部份32)的韌性。舉例來說，第一材質(上部份31)可為光阻材料或其他熱變質材料，而第二材質(下部份32)可為無機材料。當支撐層30的上部份31具有較大的韌性時，可以有效地在微型半導體元件20及支撐層30的下部份32之間提供良好的緩衝能力，以防止支撐層30的上部份31在固定與支撐微型半導體元件20的情況下受外力影響而導致支撐層30脆裂， 且當支撐層30的下部份32具有較大的剛性時，則可以有效地固定與支撐微型半導體元件20。如此一來，本揭露可透過由不同楊氏模量、韌性及剛性之材料所形成的支撐層30，提供微型半導體元件20良好的固定與支撐的效果，並可同時避免支撐層30脆裂的現象發生，以利於微型半導體元件20於不同基板之間的轉移。本揭露所述材料之楊氏模數是依據ASTM D882-12標準測試法決定、剛性是依據ASTM D790標準測試法決定、而韌性(斷裂韌性)是ASTM D 5045標準測試法決定。
根據本揭露實施例，支撐層30可形成及固定於基板10之上表面11上。接著，將微型半導體元件20放置於基板10得支撐層30上，利用支撐層30的上部份31來支撐及固定微型半導體元件20。微型半導體元件20的下表面21與支撐層30的上部份31直接接觸。
根據本揭露某些實施例，當支撐層30的上部份31與支撐層30的下部份32由不同材質所構成時，第一材質可形成及固定於微型半導體元件20之下表面21上，而第二材質可形成基板10之上表面11。接著，將微型半導體元件20連同第一材質放置於基板10上，使得第一材質與第二材質直接接觸並構成支撐層30(即支撐層30的上部份31由第一材質構成，而支撐層30的下部份32由第二材質構成)，獲得微型半導體元件結構100。如此一來，微型半導體元件20可藉由支撐層30穩固地連接於基板10上。
根據本揭露實施例，在進行後續轉移製程時，支 撐層30的上部份31可完全脫離或部分脫離基板10，即支撐層30的上部份31可隨著微型半導體元件20部份或全部轉移至接收基板。根據本揭露某些實施例，在進行後續轉移製程時，支撐層30的上部份31亦可完全保留在基板10上，而不隨著微型半導體元件20一併轉移至接收基板。根據本揭露實施例，藉由轉移製程可將微型半導體元件20(例如微型發光二極體)轉移至接收基板(例如顯示面板)，以形成半導體裝置(例如微型發光二極體顯示器)。
請參照第2圖，微型半導體元件20具有下表面21、上表面23以及連接下表面21與上表面23的一周圍表面25。微型半導體元件20可具有第一電極40a與第二電極40b，其中第一電極40a與第二電極40b具有相反的電性。在第1圖所述實施例中，第一電極40a與第二電極40b同時設置於微型半導體元件20的下表面21，且第一電極40a與第二電極40b沿第一方向X配置於微型半導體元件20的下表面21。微型半導體元件20藉由下表面21與支撐層30的上部份31直接接觸。根據本揭露實施例，第一電極40a與第二電極40b對基板10的正投影不與支撐層30的下部份32對基板10的正投影重疊。根據本揭露實施例，第一電極40a與第二電極40b對基板10的正投影不與支撐層30的上部份31對基板10的正投影重疊。
根據本揭露實施例，支撐層30的上部份31並未與第一電極40a或第二電極40b直接接觸，以避免影響第一電極40a或第二電極40b與設置於接收基板上的導電線路之間的電性連結。根據本揭露實施例，支撐層30不與微型半導體元件 20的上表面23直接接觸。此外，根據本揭露某些實施例，支撐層30不與微型半導體元件20的周圍表面25直接接觸。換言之，支撐層30並未設置在微型半導體元件20的兩側而是僅設置在微型半導體元件20的下表面21。如此一來，可達到支撐及固定的效果以外，亦能空出微型半導體元件20兩側的空間，使微型半導體元件20能密集地排列在基板10上，增加設置於基板10上的微型半導體元件20數量。
仍請參照第2圖，第一電極40a具有一厚度T1、第二電極40b具有一厚度T2、支撐層30的上部份31具有一厚度T3、以及支撐層30的下部份32具有一厚度T4。第一電極40a的厚度T1與第一電極40a的厚度T2可為相同或不同。在本揭露中，電極的厚度是指電極沿第三方向Z與微型半導體元件20之下表面21的最大距離，其中第三方向Z與第一方向X正交，且第三方向Z與基板10的上表面11垂直。根據本揭露實施例，支撐層30上部份31的厚度T3小於第一電極40a的厚度T1，以及支撐層30上部份31的厚度T3小於第二電極40b的厚度T2，如第2圖所示。舉例來說，厚度T3對厚度T1的比值(T3/T1)(或厚度T3對厚度T2的比值(T3/T2))可為約0.2至0.8。如此一來，當支撐層30的上部份31隨微型半導體元件20一併轉移至接收基板時，殘留的支撐層30上部份31不會進一步妨礙到微型半導體元件20與設置於接收基板上的導電線路之間的電性連結。根據本揭露某些實施例，當支撐層30上部份31的材質(第一材質)為有機材料、或其他熱變質材料(例如冷脆材料、熱熔性材料、光阻材料、或其組合)時，支撐層30上部份31的厚度T3亦 可大於或等於第一電極40a的厚度T1，以及支撐層30上部份31的厚度T3亦可大於或等於第二電極40b的厚度T2，如第3圖所示。舉例來說，厚度T3對厚度T1的比值(T3/T1)(或厚度T3對厚度T2的比值(T3/T2))可為約1至1.5。如此一來，當微型半導體元件20轉移至接收基板時，由於支撐層30上部份31的材質為有機材料或其他熱變質材料等遇熱變形量較大的材料，因此可做為一轉移時的緩衝介質，後續再進行一加熱或降溫處理移除殘留的支撐層30上部份31。
當支撐層30上部份31為冷脆材料時，可利用降溫處理使其脆化以將其移除。降溫處理之溫度例如為約-100℃至約0℃。當支撐層30上部份31為熱熔性材料時，可利用加熱處理以將其移除。加熱處理之溫度可視熱熔性材料之熔點而定，例如約40℃至300℃、或約50℃至約180℃。當支撐層30上部份31為光阻材料時，可利用加熱處理以將其移除，其中加熱處理之溫度可視光阻材料之分解溫度而定，例如約80℃至約400℃、或約150℃至約300℃。
根據本揭露實施例，支撐層30上部份31的厚度T3加上支撐層30下部份32的厚度T4總合(即支撐層30的總厚度，T3+T4)大於第一電極40a的厚度T1，以及支撐層30上部份31的厚度T3加上支撐層30下部份32的厚度T4總合大於第二電極40b的厚度T2。舉例來說，電極厚度T1(或T2)對支撐層30厚度(T3+T4)的比值(T1/(T3+T4)或T2/(T3+T4))可為約0.2至0.8。如此一來，支撐層30可以架高微型半導體元件20，使第一電極40a及第二電極40b不與基板10直接接觸，以避免基板10碰觸 第一電極40a及第二電極40b造成損傷。此外，在後續的轉移製程，微型半導體元件20可更容易被拾取或轉移，以利於將微型半導體元件20由基板10轉移至接收基板。
第4圖顯示第1圖所述微型半導體元件結構100任一個微型半導體元件20的仰視示意圖，為了方便說明起見，第4圖省略顯示支撐層30及基板10。請參照第2圖及第4圖，微型半導體元件20的下表面21與支撐層30上部份31接觸的區域係定義為第一區域1。第一區域1在第一方向X具有一長度L3(即覆蓋微型半導體元件20下表面21的支撐層30上部份31在第一方向X之長度)，而第一區域1與支撐層30下部份32在第一方向X具有一最小距離D1(即微型半導體元件20至支撐層30下部份32在第一方向X之距離)。根據本揭露實施例，長度L3與長度L3和最小距離D1的總合(L3+D1)的比值(L3/(L3+D1))約大於或等於0.2且小於或等於0.8，例如為0.2至0.5、0.5至0.8、或0.2至0.8。如此一來，支撐層30上部份31可充份支撐微型半導體元件20，使微型半導體元件20更穩固地連接於基板10上，且可以讓微型半導體元件20更緊集排列於基板10上。根據本揭露實施例，為避免支撐層30上部份31與微型半導體元件20的接觸部份(即第一區域)過大導致增加後續轉移製程的困難度，長度L3約小於或等於5μm，例如為0.5μm至5μm、1μm至5μm、或1μm至3μm。最小距離D1約小於或等於25μm，例如為0.5μm至5μm、5μm至25μm、或10μm至15μm。
仍參照第4圖，根據本揭露實施例，第一區域1的面積A1與微型半導體元件20下表面21的面積A2的比值(A1/A2) 可約大於或等於0.05且小於或等於0.5，例如為0.05至0.5、0.1至0.5、0.2至0.5或0.25至0.5。如此一來，可避免支撐層30上部份31與微型半導體元件20的接觸部份(即第一區域)過大導致增加後續轉移製程的困難度，亦可避免支撐層30上部份31與微型半導體元件20的接觸部份(即第一區域)過小導致支撐與固定力的不足。如第4圖所示，微型半導體元件20的下表面具有四個邊緣E1、E2、E3、E4與四個角落C1、C2、C3、C4。具體而言，微型半導體元件20下表面21的邊緣E1與邊緣E3相對設置，邊緣E2與邊緣E4相對設置，而微型半導體元件20的角落C1由邊緣E1與邊緣E2相交所構成，角落C2由邊緣E2與邊緣E3相交所構成，角落C3由邊緣E3與邊緣E4相交所構成，且角落C4由邊緣E4與邊緣E1相交所構成。換言之，角落C1與角落C3的連線重疊於微型半導體元件20下表面21的一對角線上，而角落C2與角落C4的連線重疊於微型半導體元件20下表面21的另一對角線上。根據本揭露實施例，微型半導體元件20下表面21可具有兩個第一區域1，分別與下表面21相對兩邊緣E2及E4直接接觸，如第4圖所示。
請參照第2圖及第4圖，第一電極40a及第二電極40b之間的區域係定義為第二區域2。在此，第二區域2沿第一方向X的投影與第一電極40a(或第二電極40b)於下表面21所佔的區域沿第一方向X的投影完全重疊。根據本揭露實施例，支撐層30並未與第二區域2直接接觸，換言之，第一區域1並未與第二區域2重疊。
第5圖顯示根據本揭露實施例所述微型半導體元 件20之剖面示意圖。在此，微型半導體元件20包括第一半導體層22、發光層24、第二半導體層26、絕緣層28、第一電極40a、以及第二電極40b。第一半導體層22與第二半導體層26的電性相反。根據本揭露實施例，第一半導體層22可為n型半導體層以及第二半導體層26可為p型半導體層。根據本揭露實施例，第一半導體層22可為p型半導體層以及第二半導體層26可為n型半導體層。發光層24及第二半導體層26依序配置於第一半導體層22上，換言之，發光層24配置於第一半導體層22與第二半導體層26之間。第一電極40a及第二電極40b配置於第二半導體層26之上，且第一電極40a可穿越第二半導體層26及發光層24至第一半導體層22中，並與第一半導體層22電性連結。絕緣層28配置於第一電極40a與發光層24之間、以及第一電極40a與第二半導體層26之間，用以避免第一電極40a與發光層24及第二半導體層26電性連結。此外，絕緣層28可進一步延伸至第二半導體層26的下表面與第一半導體層22、發光層24和第二半導體層26的周圍表面。根據本揭露其他實施例，本揭露所述微型半導體元件20具有傾斜的側壁，即微型半導體元件20的剖面可為一上寬下窄的倒梯形。第5圖僅示意地顯示本揭露一實施例所述微型半導體元件20，然本揭露並不以此限制微型半導體元件20的結構及種類，本揭露所述微型半導體元件20的剖面結構可為倒梯形、矩形、梯形或其他形狀。不過，為簡化圖示，在本揭露所述的微型半導體元件結構100剖面結構中，微型半導體元件20，僅以倒梯形表示。
第6A圖顯示本揭露某些實施例所述微型半導體元 件結構100沿第一方向X的剖面示意圖。請參照第6A圖，支撐層30的下部份32可具有上寬下窄的倒梯形剖面結構(即支撐層30下部份32沿第一方向X的剖面具有傾斜的側壁)。如此一來，上寬下窄的支撐層30下部份32可使支撐層30上部份31更容易保持平衡，使得支撐層30上部份31穩定固定於支撐層30下部份32上。此外，在後續的轉移製程，上寬下窄的支撐層30下部份32可使支撐層30上部份31更易斷裂，使得微型半導體元件20可更容易被拾取或轉移。根據本揭露某些實施例，支撐層30的上部份31亦可具有上寬下窄的倒梯形剖面結構(即支撐層30上部份31沿第一方向X的剖面具有傾斜的側壁)，如第6B圖所示。此外，根據本揭露其他實施例，支撐層30的上部份31亦可具有上窄下寬的梯形剖面結構，如第6C圖所示。
第7圖顯示本揭露另一實施例所述微型半導體元件結構100的俯視示意圖、第8圖顯示第7圖所述微型半導體元件結構100沿A-A’剖線的剖面示意圖、以及第9圖顯示第7圖所述微型半導體元件結構100任一個微型半導體元件20的仰視示意圖。為了方便說明起見，第9圖省略顯示支撐層30及基板10。如第8圖至第9圖所示，微型半導體元件20可為一垂直式微型半導體元件，即微型半導體元件20的第一電極40a設置於微型半導體元件20的下表面21，而第二電極40b設置於微型半導體元件20的上表面23。換言之，第一電極40a與第二電極40b是相對於微型半導體元件20設置。
請參照第8圖，支撐層30上部份31的厚度T3小於第一電極40a的厚度T1。根據本揭露實施例，支撐層30上部份 31的厚度T3加上支撐層30下部份32的厚度T4總合(即支撐層30的總厚度，T3+T4)可大於第一電極40a的厚度T1。
請參照第9圖，當僅有一電極設置於微型半導體元件20的下表面21時，第一區域1(支撐層30上部份31與下表面接觸的區域)仍不與第一電極40a接觸。第一區域1的面積A1與微型半導體元件20下表面21的面積A2的比值(A1/A2)可約大於或等於0.05小於或等於0.5，例如為0.05至0.5、0.1至0.5、0.2至0.5或0.25至0.5。如此一來，可避免支撐層30上部份31與微型半導體元件20的接觸部份(即第一區域)過大導致增加後續轉移製程的困難度，也不會因為過小而降低支撐層30的固定及支撐力。根據本揭露某些實施例，支撐層30的上部份31亦可與垂直式微型半導體元件20的第一電極40a接觸。
第10A圖為第8圖所述微型半導體元件20的剖面示意圖，微型半導體元件20包括第一半導體層22、發光層24、第二半導體層26、第一電極40a、以及第二電極40b。發光層24及第二半導體層26依序配置於第一半導體層22上，換言之，發光層24配置於第一半導體層22與第二半導體層26之間。第一電極40a配置於第一半導體層22之上，而第二電極40b配置於第二半導體層26之上。此外，微型半導體元件20可更包含一絕緣層(未顯示)於第一半導體層22或第二半導體層26或第一半導體層22、發光層24和第二半導體層26的周圍表面之上。根據本揭露實施例，第一電極40a對基板10的正投影可與第二電極40b對基板10的正投影重疊。根據本揭露其他實施例，第一電極40a對基板10的正投影可大於或小於與第二電極 40b對基板10的正投影。此外，第二電極40b亦可完全覆蓋第二半導體層26的表面，如第10B圖所示。因此，第二電極40b對基板10的正投影可與支撐層30的上部份31對基板10的正投影重疊。第二電極40b遠離支撐層30的上部份31的配置，可以增加第二電極40b與第二半導體層26的電性連接，亦不會對續轉移良率造成影響。
第11圖顯示本揭露另一實施例所述微型半導體元件結構100的俯視示意圖、第12圖顯示第11圖所述微型半導體元件結構100沿A-A’剖線的剖面示意圖、以及第13圖顯示第11圖所述微型半導體元件結構100任一個微型半導體元件20的仰視示意圖。為了方便說明起見，第13圖省略顯示支撐層30及基板10。請參照第11圖，微型半導體元件20的第一電極40a及第二電極40b配置於微型半導體元件20的下表面21上。支撐層30的上部份31沿第一方向X延伸，而微型半導體元件20的第一電極40a及第二電極40b沿第二方向Y配置，其中第一方向X與第二方向Y正交。透過微型半導體元件20的第一電極40a及第二電極40b與支撐層30不同向的交錯配置，可使第一電極40a及第二電極40b與支撐層30之間有更大的空間避免兩者接觸，可有更佳的製程容許度。第一電極40a及第二電極40b之間的區域係定義為第二區域2。請參照第13圖，第二區域2沿第二方向Y的投影與第一電極40a(或第二電極40b)於下表面21所佔的區域沿第二方向Y的投影完全重疊。根據本揭露實施例，支撐層30並未與第二區域2直接接觸，換言之，第一區域1並未與第二區域2重疊。根據本揭露實施例，支撐層30下部份32對 基板10的正投影與支撐層30上部份31對基板10的正投影重疊，且支撐層30下部份32在第二方向Y的寬度可等於支撐層30上部份31在第二方向Y的寬度，如第11圖所示。根據本揭露某些實施例，支撐層30下部份32對基板10的正投影被支撐層30上部份31對基板10的正投影所涵蓋，且支撐層30下部份32在第二方向Y的寬度小於支撐層30上部份31在第二方向Y的寬度，如第14A圖所示。此外，根據本揭露某些實施例，支撐層30下部份32對基板10的正投影部份與支撐層30上部份31對基板10的正投影重疊，且支撐層30下部份32在第二方向Y的寬度大於支撐層30上部份31在第二方向Y的寬度，如第14B圖所示。第14C圖顯示本揭露另一實施例所述微型半導體元件結構100的俯視示意圖。請參照第14C圖，支撐層30下部份32可沿第二方向Y延伸，使得複數個支撐層30上部份31配置於支撐層30下部份之上。換言之，支撐層30下部份32係為連續的，而複數個不連續的支撐層30上部份31配置於支撐層30下部份32之上。在14C圖所述實施例中，由於支撐層30下部份32係為連續且與支撐層30上部份31不同向的交錯配置，因此支撐層30更可穩固的支撐和固定將微型半導體元件20於基板10上，提升製程效率及良率。
第15圖顯示本揭露其他實施例所述微型半導體元件結構100的俯視示意圖、第16圖顯示第15圖所述微型半導體元件結構100沿A-A’剖線的剖面示意圖、以及第17圖顯示第15圖所述微型半導體元件結構100任一個微型半導體元件20的仰視示意圖。為了方便說明起見，第17圖省略顯示支撐層30及 基板10。請參照第15圖及第16圖，微型半導體元件20僅與一支撐層30上部份31接觸，且支撐層30上部份31與微型半導體元件20的一邊緣接觸。兩相鄰微型半導體元件20同時配置於一支撐層30上部份31之上，如第15圖所示。微型半導體元件20的下表面21與支撐層30上部份31接觸的區域係定義為第一區域1。請參照第17圖，微型半導體元件20下表面21僅具一個第一區域1，並與下表面21邊緣E4直接接觸。透過微型半導體元件20僅與一支撐層30上部份31接觸，可使微型半導體元件20排列更密集，且兼具固定及支撐的功能。根據本揭露某些實施例，微型半導體元件20下表面21僅具一個第一區域1，且第一區域1與下表面21至少一個邊緣E1、E2或E3，或至少一個角落C1、C2、C3、或C4直接接觸。
第18圖顯示本揭露其他實施例所述微型半導體元件結構100的俯視示意圖、以及第19圖顯示第18圖所述微型半導體元件結構100任一個微型半導體元件20的仰視示意圖。為了方便說明起見，第19圖省略顯示支撐層30及基板10。請參照第18圖及第19圖，微型半導體元件20與兩個支撐層30上部份31接觸，且兩個支撐層30上部份31覆蓋且直接接觸微型半導體元件20下表面21的角落C2與角落C4。換言之，兩個支撐層30上部份31在俯視時分別橫跨在微型半導體元件20下表面21的一個對角線上。請參照第19圖，微型半導體元件20下表面21具有兩個第一區域1，兩個第一區域1分別與下表面21角落C2與角落C4直接接觸。根據本揭露某些實施例，微型半導體元件20與兩個支撐層30上部份31接觸，且兩個支撐層30上 部份31亦可直接接觸微型半導體元件20下表面21的角落C1與角落C3。根據本揭露其他實施例，微型半導體元件20與兩個支撐層30上部份31接觸，且兩個支撐層30上部份31亦可直接接觸微型半導體元件20下表面21任兩個相鄰的角落(即角落C1與角落C2、角落C2與角落C3、角落C3與角落C4、角落C4與角落C1)。
第20圖顯示本揭露其他實施例所述微型半導體元件結構100的俯視示意圖、以及第21圖顯示第20圖所述微型半導體元件結構100任一個微型半導體元件20的仰視示意圖。為了方便說明起見，第21圖省略顯示支撐層30及基板10。請參照第20圖，第一電極40a與第二電極40b係沿第一方向X配置於微型半導體元件20下表面21，而支撐層30的上部份31沿一第四方向W延伸，其中第四方向與基板10平行。第四方向W與第一方向X之間具有一夾角θ，其中夾角θ為約5度至85度，例如30度、45度、60度。請參照第20圖及第21圖，微型半導體元件20與兩個支撐層30上部份31接觸，且兩個支撐層30上部份31覆蓋且直接接觸微型半導體元件20下表面21的角落C2與角落C4。換言之，兩個支撐層30上部份31在俯視時分別橫跨在微型半導體元件20下表面21的一個對角線上。請參照第21圖，微型半導體元件20下表面21具有兩個第一區域1，兩個第一區域1分別與下表面21角落C2與角落C4直接接觸。
第22圖顯示本揭露其他實施例所述微型半導體元件結構100的俯視示意圖、以及第23圖顯示第22圖所述微型半導體元件結構100任一個微型半導體元件20的仰視示意圖。為 了方便說明起見，第23圖省略顯示支撐層30及基板10。請參照第22圖及第23圖，微型半導體元件20與四個支撐層30上部份31接觸，且四個支撐層30上部份31覆蓋且直接接觸微型半導體元件20下表面21的角落C1、角落C2、角落C3與角落C4。換言之，兩個支撐層30上部份31在俯視時分別橫跨在微型半導體元件20下表面21的一個對角線上，另兩個支撐層30上部份31在俯視時分別橫跨在微型半導體元件20下表面21的另一個對角線上。請參照第23圖，微型半導體元件20下表面21具有四個第一區域1，且四個第一區域1分別與下表面21角落C1、角落C2、角落C3與角落C4直接接觸。在此實施例中，由於微型半導體元件20的四個角落C1-C4皆對對應的支撐層30上部份31接觸，微型半導體元件20的負重係由複數個支撐層30上部份31所共同支撐，因此支撐層30能更穩定地支撐微型半導體元件20。
第24圖顯示本揭露其他實施例所述微型半導體元件結構100的俯視示意圖、以及第25圖顯示第24圖所述微型半導體元件結構100任一個微型半導體元件20的仰視示意圖。為了方便說明起見，第25圖省略顯示支撐層30及基板10。根據本揭露實施例，支撐層30上部份31對基板10的正投影除了可為矩形(如第22圖所示)外，亦可為X型，如第24圖所示。請參照第24圖及第25圖，微型半導體元件20與四個支撐層30上部份31接觸，且四個支撐層30上部份31覆蓋且直接接觸微型半導體元件20下表面21的角落C1、角落C2、角落C3與角落C4。換言之，兩個支撐層30上部份31在俯視時分別橫跨在微型半 導體元件20下表面21的一個對角線上，另兩個支撐層30上部份31在俯視時分別橫跨在微型半導體元件20下表面21的另一個對角線上。請參照第25圖，微型半導體元件20下表面21具有四個第一區域1，且四個第一區域1分別與下表面21角落C1、角落C2、角落C3與角落C4直接接觸。
根據本揭露的實施例描述的微型半導體元件，其後續可以轉移並被整合及組裝到多種照明或顯示應用的異質整合裝置系統，例如微型發光二極體顯示器(micro LED display)。取決於其應用，微型發光二極體顯示器可包含其他組件。此等其他組件包含(但不限於)：記憶體、觸控螢幕控制器及電池。在其他實施方案中，微型發光二極體顯示器可為電視機、平板電腦、電話、膝上型電腦、電腦監視器、獨立式終端機服務台、數位相機、手持遊戲控制台、媒體顯示器、電子書顯示器、車用顯示器或大面積電子看板顯示器。
此外，與一般的發光二極體技術相比，微型半導體元件從毫米級降至微米級，因此將本揭露之微型半導體元件轉移並被整合及組裝後所得之微型發光二極體顯示器能達高解析度，並能夠降低顯示之電力消耗，更具節能、機構簡單、薄型等優勢。
綜上所述，本揭露實施例之微型半導體元件結構具有設置於基板及微型半導體元件之間的支撐層，透過支撐層(tether)可架高並固定微型半導體元件，使得微型半導體元件之間保持一定之間距。如此一來，本揭露所述微型半導體元件結構可避免後續進行轉移製程時，因微型半導體元件之 間的間距不適當而損傷微型半導體元件。此外，在本揭露所述微型半導體元件結構中，支撐層(tether)係設置於微型半導體元件的下表面，而非設置在微型半導體元件的兩側。如此一來，可在不降低微型半導體元件運輸與轉移的良率的前提下，增加設置於臨時載板上的微型半導體元件數量。
雖然本揭露已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何本技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧基板
11‧‧‧上表面
20‧‧‧微型半導體元件
30‧‧‧支撐層
31‧‧‧上部份
32‧‧‧下部份
40a‧‧‧第一電極
40b‧‧‧第二電極
100‧‧‧微型半導體元件結構
AA’‧‧‧剖線
X‧‧‧第一方向
Y‧‧‧第二方向

Claims (17)

  1. 一種微型半導體元件結構，包括：一基板；至少一支撐層，設置於該基板的一上表面，其中該支撐層由至少一個上部份及一下部份所構成，其中該上部份沿一第一方向延伸，且該上部份在第一方向的長度L1係大於該下部份在第一方向的長度L2；以及至少一微型半導體元件，該微型半導體元件具有一第一電極及一第二電極，其中該第一電極及該第二電極係同時設置於該微型半導體元件的一下表面、或者該第一電極設置於該微型半導體元件的該下表面而該第二電極設置於該微型半導體元件的一上表面，且該微型半導體元件的該下表面與該支撐層的該上部份接觸，其中每一該微型半導體元件的該第一電極與該第二電極和該基板具有一間距。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之微型半導體元件結構，其中該下部份在該第一方向的長度L2與該上部份在該第一方向的長度L1的比值(L2/L1)係大於或等於0.05且小於或等於0.5。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之微型半導體元件結構，其中該微型半導體元件的下表面與該支撐層的上部份接觸的區域係定義為一第一區域，且該第一區域的面積A1與該微型半導體元件之下表面的面積A2的比值(A1/A2)係大於或等於0.05且小於或等於0.5。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之微型半導體元件結構， 其中該第一區域在該第一方向具有一長度L3、而該第一區域與該支撐層的下部份在該第一方向具有一最小距離D1，其中該長度L3與該長度L3和該最小距離D1的總合(L3+D1)的比值(L3/(L3+D1))係大於或等於0.2且小於或等於0.8。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之微型半導體元件結構，其中該長度L3係小於或等於5μm，且該最小距離D1小於或等於25μm。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之微型半導體元件結構，其中該微型半導體元件的下表面設置有至少兩個該第一區域，其中該至少兩個第一區域彼此不接觸。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之微型半導體元件結構，其中該支撐層包含至少兩個上部份設置於該下部份之上，且該至少兩個上部份彼此不接觸。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之微型半導體元件結構，其中該第一電極具有一厚度T1、該第二電極具有一厚度T2、而該支撐層之上部份具有一厚度T3，其中該第一電極的厚度T1係大於該支撐層之上部份的厚度T3。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之微型半導體元件結構，其中當該第二電極設置於該微型半導體元件的下表面時，該第二電極的厚度T2係大於該支撐層之上部份的厚度T3。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之微型半導體元件結構，其中該支撐層之下部份具有一厚度T4，而支撐層之上部份及下部份的厚度總合(T3+T4)大於該第一電極的厚度T1。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之微型半導體元件結 構，其中當該第二電極設置於該微型半導體元件的下表面時，其中該支撐層之上部份及下部份的厚度總合(T3+T4)大於該第二電極的厚度T2。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之微型半導體元件結構，其中該支撐層的上部份由一第一材質所構成，而該支撐層的下部份由一第二材質所構成，其中該第一材質相異於該第二材質，且該第一材質的楊氏模量小於該第二材質的楊氏模量。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之微型半導體元件結構，其中該微型半導體元件的下表面對該基板的正投影不與該支撐層的下部份對該基板的正投影重疊。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之微型半導體元件結構，其中該第一電極及該第二電極不與該支撐層直接接觸。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之微型半導體元件結構，其中該微型半導體元件具有一連接該上表面與該下表面的一周圍表面，其中該支撐層不與該微型半導體元件的上表面或周圍表面直接接觸。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之微型半導體元件結構，當該第一電極及該第二電極同時設置於該微型半導體元件的下表面時，其中該微型半導體元件的下表面具有一區域位於該第一電極及該第二電極之間，且該支撐層不與該區域直接接觸。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之微型半導體元件結構，其中該基板為無線路的基板。
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