TWI793164B - 批量接合微半導體結構與目標基板之方法及目標基板 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露一種批量接合微半導體結構與目標基板之方法及具有微半導體結構的目標基板。該方法包括：使多個微半導體結構批量轉移至一目標基板上，其中目標基板具有一板體與設置於板體上的多個導電部，各微半導體結構的邊長介於5微米與100微米之間，並具有一本體與設置於本體上的至少一電極，各電極與該些導電部的其中之一對應設置；以及通過一接合製程批量接合該些微半導體結構的該些電極與對應之該些導電部。

Description

批量接合微半導體結構與目標基板之方法及目標基板
本發明係關於一種半導體結構之製程，特別是關於一種批量接合微半導體結構與目標基板之方法及具有微半導體結構的目標基板。
由微發光二極體（Micro LED，μLED）所組成的微發光二極體陣列（Micro LED Array）顯示器，相較於傳統例如液晶顯示器而言，其因無需額外的背光光源，更有助於達成輕量化及薄型化等目的。
傳統發光二極體（邊長超過100微米）通常在磊晶（Epitaxy）製程後，通過半切（電性絕緣）、點測及全切製程得到複數個別獨立、陣列排列的發光二極體晶粒，欲將前述陣列排列的發光二極體晶粒轉置於一承載底材上，係採用一選取頭（pick-up head）對應一晶粒的方式，自前述承載底材進行挑選與轉移。然而，在發光二極體微米化的製作中，傳統製程可能遇到幾個難題：例如，微發光二極體晶粒的邊長尺寸相對較小（例如100微米以下、或以下等級），選取頭的尺寸微縮有其限制，無法有效拾取微發光二極體晶粒；又如，晶粒尺寸的微米化意謂著相同尺寸之晶圓所能製作的晶粒數量大幅增加，可惜一對一拾取的傳統製程無法滿足批量或巨量化挑選與轉移微發光二極體晶粒的需求，導致產率極低；再如，由於微發光二極體晶粒的邊長尺寸相當小，要將其電極進行接合的困難度也相對較高，導致產率也相當低。
有鑑於上述，本發明的目的為提供一種批量接合微半導體結構與目標基板之方法及目標基板。本發明之批量接合微半導體結構與目標基板的方法可以有效率地進行批量或巨量接合微半導體結構至目標基板，使微半導體結構可電性連接至目標基板，因此，可廣泛地應用於各種微半導體結構的批量或巨量移轉領域。
為達上述目的，依據本發明之一種批量接合微半導體結構與目標基板之方法，包括：使多個微半導體結構批量轉移至一目標基板上，其中目標基板具有一板體與設置於板體上的多個導電部，各微半導體結構的邊長介於5微米與100微米之間，並具有一本體與設置於本體上的至少一電極，各電極與該些導電部的其中之一對應設置；以及通過一接合製程批量接合該些微半導體結構的該些電極與對應之該些導電部。
在一實施例中，接合製程包括化鍍製程、電鍍製程或加熱回焊製程。
在一實施例中，在使多個微半導體結構批量轉移至一目標基板的步驟之前，更包括：在目標基板上形成圖形化的多個微凸部，其中至少部分的該些導電部與該些微凸部對應設置，至少部分的該些導電部的周圍包含有至少一微凸部，且該些微凸部的高度大於該些導電部的高度；及使該些微凸部接觸且黏著所對應之該些微半導體結構的本體，以使該些微半導體結構批量轉移至目標基板上，其中各微半導體結構之電極與對應之導電部因微凸部而具有一間隙。
在一實施例中，該些微半導體結構係由轉移基板批量轉移至目標基板上，且在批量接合該些微半導體結構的該些電極與對應之該些導電部的步驟中，包括：先移除轉移基板；及，再使位於目標基板上的該些微半導體結構之該些電極與對應之該些導電部利用一化鍍製程或一電鍍製程使各電極與對應之導電部形成化學鍍接著，進而形成電性連接層。
在一實施例中，該些微半導體結構係由轉移基板批量轉移至目標基板上，且在批量接合該些微半導體結構的該些電極與對應之該些導電部的步驟中，包括：先使位於目標基板與轉移基板間的該些微半導體結構之該些電極與對應之該些導電部利用一化鍍製程或一電鍍製程使各電極與對應之導電部形成化學鍍接著，進而形成電性連接層；及，再移除轉移基板。
在一實施例中，該些微半導體結構係由一轉移基板批量轉移至目標基板上，且在批量接合該些微半導體結構的該些電極與對應之該些導電部的步驟中，包括：先移除轉移基板；及，施加一壓力於該些微半導體結構的同時，再使位於目標基板上的該些微半導體結構之該些電極與對應之該些導電部通過一加熱回焊製程而電性連接。
在一實施例中，該些微半導體結構係由一轉移基板批量轉移至目標基板，且在批量接合該些微半導體結構的該些電極與對應之該些導電部的步驟中，包括：施加一壓力於該轉移基板的同時，使位於目標基板與轉移基板間的該些微半導體結構之該些電極與對應之該些導電部通過一加熱回焊製程而電性連接；及，再移除轉移基板。
在一實施例中，接合製程形成一電性連接層，各電極或對應之導電部沿平行板體之表面的方向上具有最大的一第一寬度，電性連接層沿平行板體之表面的方向上具有最大的一第二寬度，第二寬度大於第一寬度。
在一實施例中，各電極或導電部的材料為純金屬或合金，純金屬可為鎳、銅、金、鈀、鈦、鋁、銀或鉻金屬，合金可為銦金合金、錫金合金、錫銀合金、錫銅合金、錫鉛合金或鈦鎢合金。
在一實施例中，目標基板為一主動矩陣式薄膜電晶體基板或一被動矩陣式基板。
為達上述目的，依據本發明之一種具有微半導體結構之目標基板，包括：一板體及設置於板體上之多個導電部以及多個微半導體結構。該些微半導體結構設置於板體，各微半導體結構的邊長介於5微米與100微米之間，並具有一本體及設置於本體上的至少一電極，電極與該些導電部的其中之一對應設置，且電極與對應之導電部係透過一電性連接層而電性連接；其中，電極或對應之導電部沿平行板體之表面的方向上具有最大的一第一寬度，電性連接層沿平行板體之表面的方向上具有最大的一第二寬度，第二寬度大於第一寬度。各微凸部分別連接各微半導體結構之本體與板體。
為達上述目的，依據本發明之一種具有微半導體結構之目標基板，包括：一板體及設置於板體上之多個導電部以及多個微半導體結構。該些微半導體結構設置於板體，各微半導體結構的邊長介於5微米與100微米之間，並具有一本體及設置於本體上的至少一電極，電極與該些導電部的其中之一對應設置，且電極與對應之導電部係透過一介面金屬共化物而電性連接；其中，介面金屬共化物是電極與對應之導電部藉由一加熱回焊製程而形成。
在一實施例中，目標基板更包括多個微凸部，圖形化地設置於板體，其中，至少部分的該些導電部與該些微凸部對應設置，至少部分的該些導電部的周圍包含有至少一微凸部，該些微凸部的高度大於該些導電部的高度，各微凸部分別連接各微半導體結構之本體與板體，且微半導體結構之電極與對應之導電部因微凸部而具有一間隙。
在一實施例中，微半導體結構為水平式電極、或覆晶式電極、或垂直式電極之微發光二極體晶粒。
承上所述，在本發明的批量接合微半導體結構與目標基板之方法與具有微半導體結構之目標基板中，是藉由使多個微半導體結構批量轉移至具有多個導電部的目標基板上，使微半導體結構之本體上的至少一電極與該些導電部的其中之一對應設置後，再利用接合製程批量接合微半導體結構的電極與對應之導電部。藉此，本發明之批量接合微半導體結構與目標基板的方法，可以有效率地進行批量或巨量接合微半導體結構至目標基板，使微半導體結構可電性連接至目標基板，因此，可廣泛地應用於各種微半導體結構的批量或巨量移轉領域。
以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之批量接合微半導體結構與目標基板之方法與具有微半導體結構之目標基板，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。
以下實施例所使用的「半導體結構」廣泛地係指一半導體材料、晶粒、結構、器件、一器件之組件、或一半成品。半導體結構可包含高品質單晶半導體、多晶半導體、經由高溫處理而製造之半導體材料、摻雜半導體材料、或有機及無機半導體，或者為具有一或多個額外半導體組件或非半導體組件之組合半導體材料及結構（諸如，介電層或材料，或導電層或材料）。半導體結構包含例如但不限於電晶體、包含太陽能電池之光伏打器件、二極體、發光二極體、微發光二極體、雷射、p~n接面、光電二極體、積體電路及感測器之半導體器件及器件組件。為便於理解與說明，以下實施例所使用之「微半導體結構」是以微發光二極體晶粒為例。此外，以下所使用「微」半導體結構泛指微尺度。
請參照圖1所示，其為本發明較佳實施例之一種批量接合微半導體結構與目標基板之方法的流程步驟示意圖。
如圖1所示，本發明的批量接合微半導體結構與目標基板之方法可包括：使多個微半導體結構批量轉移至一目標基板上，其中目標基板具有一板體與設置於板體上的多個導電部，各微半導體結構的邊長介於5微米與100微米之間，並具有一本體與設置於本體上的至少一電極，各電極與該些導電部的其中之一對應設置（步驟S01）；以及通過一接合製程批量接合該些微半導體結構的該些電極與對應之該些導電部（步驟S02）。
不過，在使多個微半導體結構批量轉移至目標基板的步驟S01之前，需先在目標基板上形成圖形化的多個微凸部，其中至少部分的該些導電部與該些微凸部對應設置，至少部分的該些導電部的周圍包含有至少一微凸部，且該些微凸部的高度大於該些導電部的高度；之後，再使該些微凸部接觸且黏著所對應之該些微半導體結構的本體，以使該些微半導體結構批量轉移至目標基板上，其中各微半導體結構之電極與對應之導電部因微凸部而具有一間隙。最後，再進行上述的批量接合步驟S02。
以下，請參照相關圖示，以說明前述之批量轉移與批量接合的詳細技術內容。
圖2A與圖2B分別為本發明在目標基板上形成多個微凸部的不同實施例示意圖。圖3A至圖3F分別為本發明一實施例之批量移轉及批量接合微半導體結構與目標基板的過程示意圖。
首先，在使多個微半導體結構批量轉移至目標基板的步驟S01之前，需先在一目標基板1上形成圖形化的多個微凸部20，其中目標基板1具有板體10與設置於板體10上的多個導電部11，至少部分的該些導電部11與該些微凸部20對應設置，而至少部分的該些導電部11的周圍包含有至少一微凸部20，且該些微凸部20的高度大於該些導電部11的高度。如圖2A所示，在本實施例中，目標基板1之板體10可為可透光材質，例如但不限於是玻璃、石英或類似物、塑膠、橡膠、玻璃纖維或其他高分子材料。板體10亦可為不透光材質，例如是金屬-玻璃纖維複合板、金屬-陶瓷複合板。此外，板體10可以是硬板或軟板，使目標基板1為一剛性基板或一軟性基板。軟板具有可撓性（Flexible），又稱可撓式基板，例如軟性電路板，其材料可包含有機高分子材料，並為熱塑性材料，例如但不限於為聚醯亞胺（PI）、聚乙烯（Polyethylene, PE）、聚氯乙烯（Polyvinylchloride, PVC）、聚苯乙烯（PS）、壓克力（丙烯，acrylic）、氟化聚合物（Fluoropolymer）、聚酯纖維（polyester）或尼龍（nylon）等，在此不做任何限制。
在一些實施例中，目標基板1可為一薄膜電晶體基板，薄膜電晶體基板可設置有薄膜元件與薄膜電路，例如但不限於為主動矩陣式（AM）薄膜電晶體基板或被動矩陣式（PM）基板。若薄膜基板為主動矩陣式薄膜電晶體基板（TFT基板）時，其可佈設有交錯的資料線、掃描線與多個薄膜元件（TFT）與電路。由於AM或PM基板為習知技術，也不是本發明的重點，本領域技術人員可找到相關內容，在此不再進一步作說明。
在本實施例中，係以圖形化之微凸部20的排列形狀定義後續被移轉至目標基板1之微半導體結構的排列形狀。換言之，在目標基板1上，設計者可依據所要呈現的微半導體結構的排列形狀來設計對應的微凸部20的排列形狀。如圖2A所示，在俯視目標基板1的方向上，微凸部20係以排列成二維陣列為例（例如為矩形排列的微凸部20），然並不以此為限，在不同的實施例中，微凸部20也可只排成一排，或者排成圓形、橢圓形、五邊形、或其他形狀，視設計需求而定。
另外，如圖2A與圖3A所示，本實施例的導電部11是以兩兩成一對，並且間隔配置在板體10上為例。每一對的導電部11與一個微凸部20對應設置，而且該些微凸部20的高度皆大於該些導電部11的高度。在不同實施例中，每一對的導電部11也可與多個微凸部20對應設置；或者，也可只有部分導電對與一個微凸部20對應設置。例如圖2B所示，一排的每一個導電對的旁邊設置有一個微凸部20，但相鄰另一排之導電對的旁邊則沒有設置微凸部20；或者，也可一排的一部分，例如單數的導電對的旁邊設置有微凸部20，但雙數的導電對的旁邊沒有設置微凸部20，本發明並不限制。再一提的是，可在板體10上先形成圖形化的微凸部20之後，再形成對應的導電部11；或者，在板體10上先形成導電對之後，再形成對應的微凸部20，本發明皆不限制。
請先參照圖4A至圖4C所示，其分別為在板體10上形成多個微凸部20之一實施例示意圖。在上述形成微凸部20中，可包括以下步驟：如圖4A所示，先形成一預黏著層21於目標基板之板體10上。於此，預黏著層21例如但不限於以塗佈方式形成在板體10上，其材料可例如但不限於包含高分子材料，例如為光阻材料且具有黏性。接著，如圖4B所示，再對預黏著層21進行圖形化的熟化製程，以定義出圖形化之微凸部的位置。之後，如圖4C所示，再去除預黏著層21中未熟化部分22，使熟化部分形成圖形化的微凸部20，微凸部20具有黏性。在一些實施例中，可利用微影（Lithography）製程來形成微凸部20，此微影製程可包括光阻塗佈、曝光、顯影，使微凸部20成形（熟化）並且具有黏性，以利後續微半導體結構的批量轉移。
接著，再使多個微半導體結構31迫近目標基板1，並使該些微凸部20接觸且黏著所對應的微半導體結構31，其中各微半導體結構31的邊長介於5微米與100微米之間，並具有本體310與設置於本體310上的至少一電極311，電極311與該些導電部11的其中之一對應設置，且微凸部20接觸且黏著於微半導體結構31之本體310。在本實施例中，請參照圖3B所示，多個微半導體結構31係間隔設置於轉移基板30上。其中，微半導體結構31具有本體310與設置於本體310上的至少一電極311，電極311與對應的導電部11相對而設。本實施例之微半導體結構31係以覆晶式（或水平式）電極之微發光二極體晶粒為例，其邊長D（尺寸）可介於5微米與100微米之間（5微米≦D≦100微米）。因此，每一個微半導體結構31之本體310的一側有兩個間隔設置的電極311（電極對）。上述的電極311或導電部11的材料可為純金屬或合金。純金屬可為鎳(Ni)、銅(Cu)、金(Au)、鈀(Pd)、鈦(Ti)、鋁(Al)、銀(Ag)或鉻(Cr)等金屬，而合金可例如但不限於銦金合金、錫金合金、錫銀合金、錫銅合金、錫鉛合金或鈦鎢合金。此外，本實施例的轉移基板30可例如但不限於為玻璃基材上塗膠（圖3B未繪示膠材），膠材可例如但不限於為高分子材料或是PDMS（Polydimethylsiloxane，聚二甲基矽氧烷）；在不同的實施例中，轉移基板30也可以是軟性基板，例如但不限於為PEN（Polyethylene Naphthalate，聚奈二甲酸二乙酯塑膠 ）基板或是PET（聚對苯二甲酸乙二酯）基板上再塗膠。由於轉移基板30有具有黏性的膠材，因此，轉移基板30是以黏貼方式攜載該些微半導體結構31。
在本實施例中，在使多個微半導體結構31迫近目標基板1中，可包括：將攜載有該些微半導體結構31之轉移基板30（圖3B）迫近目標基板1，使微半導體結構31面向目標基板1，接著，如圖3C所示，再依使用者設計之圖形化微凸部20的圖案，利用位於目標基板1上的該些微凸部20批量黏取轉移基板30上對應的該些微半導體結構31，以使該些微半導體結構31批量轉移至目標基板1上。當微凸部20接觸且黏著於微半導體結構31之本體310時，微凸部20並不會干涉到微半導體結構31之電極311。這裏所說的「不干涉」是指，微凸部20在黏取本體310的過程中不會接觸到電極311。本實施例是以一次黏取一排或多排的微半導體結構31為例。在不同的實施例中，可一次黏取一排中的部分微半導電結構，之後再黏取一排中的其餘的微半導電結構，本發明並不限制。在圖3C中，微凸部20與微半導體結構31之本體310間的黏性，需要足以使被微凸部20黏取的微半導體結構31脫離轉移基板30，並且定位在目標基板1上才可以。換言之，微凸部20與本體310之間的黏性需要高於微半導體結構31與轉移基板30之間的黏性，才可使微半導體結構31脫離轉移基板30，如圖3D所示，在移離轉移基板30後，將使被該些微凸部20黏取的該些微半導體結構31脫離轉移基板30，進而使該些微半導體結構31批量轉移至目標基板1上（步驟S01）上，藉此，達到批量轉移微半導體結構31至目標基板1上的目的。
再一提的是，在圖2B的實施例中，由於不是每一導電對（兩個導電部11）的旁邊皆設置有微凸部20，因此，未受到微凸部20黏取的微半導體結構31，將隨著轉移基板30的離開而離開目標基板1，亦即沒有被微凸部20黏取的微半導體結構31還會留在轉移基板30上。此外，在不同的實施例中，若微半導體結構為垂直式電極之微發光二極體晶粒時，則如圖5A所示，微半導體結構31的本體310面對目標基板1之一側只有一個電極311，在移離轉移基板30之後，一樣可以透過微凸部20黏取的該些微半導體結構31的本體310而脫離轉移基板30，並且定位在目標基板1上，之後，如圖5B所示，使用者可在本體310遠離目標基板1的一側再設置另一個電極311。
請再參照圖3D，由於微凸部20相對於板體10之表面101的高度高於導電部11的高度，使得微凸部20可以接觸且黏著微半導體結構31之本體310，但是，各電極311與對應之導電部11之間則存在著間隙而沒有電性連接。於此，微半導體結構31係位於微凸部20上，且各電極311與對應之導電部11因微凸部20的存在而具有間隙，此間隙例如但不限於介於1微米與5微米之間，因此，需利用電性接合製程使兩者電性連接，電性接合製程可例如但不限於化學鍍（Chemical Plating，化學鍍也可稱為無電極鍍，electroless plating）接著製程、電鍍製程或加熱回焊製程。因此，再進行上述之批量接合（步驟S02），且通過化學鍍接著、電鍍接著或加熱回焊製程批量接合該些微半導體結構31的該些電極311與對應之該些導電部11。如圖3E所示，本實施例的批量接合微半導體結構與目標基板1之方法更可包括：使位於目標基板1上的微半導體結構31之電極311與對應之導電部11浸泡於一化學鍍液L中，以使各電極311與對應之導電部11之間可形成化學鍍接著（化鍍製程），進而形成電性連接層12，以通過電性連接層12而使兩者電連接。於此，化學鍍液L的溫度可例如但不限於介於50度與150度之間。在不同的實施例中，不同的化學鍍液L的反應溫度可不同，使用者可利用不同化學鍍液L、不同反應時間或不同反應溫度來形成不同形狀與厚度的電性連接層12。值得一提的是，即使電極311與導電部11並沒有完全對準，利用化學鍍接著一樣可以在電極311與導電部11之間形成電性連接的電性連接層12，此為化學鍍接著的優點。
在一些實施例中，若是利用化學鍍銅來形成電性連接層12的話，電極311與導電部11的材料可為Au、Ag、Pt、Pd、Ni或Co，此時化學鍍液L可包含硫酸銅或硝酸銅，而化學鍍液L內還可填加還原劑（例如福馬林或次磷酸鹽）、錯合劑（例如酒石酸鹽、或EDTA、或三乙醇胺）、安定劑（例如含S, Se,SCN,CN的化合物）與PH調整劑（例如NaOH），或其他化學藥劑。在另一些實施例中，若是利用化學鍍金來形成電性連接層12的話，電極311與導電部11的材料可為Ni、Au、Fe或青銅，此時化學鍍液L可包含亞硫酸金或硫代硫酸鹽，而化學鍍液L內還可填加還原劑（例如次磷酸、或甲醛、或聯氨）、安定劑（例如EDTA）與PH調整劑（例如KOH或氨水），或其他化學藥劑。
在不同的實施例中，使用者也可利用例如電鍍接合製程，使位於目標基板1上的各微半導體結構31之電極311與對應之導電部11電性連接。電鍍製程是利用電解的原理，在一些實施例中，可將該些電極311與對應導電部11浸泡於電解液（可溶性鹽類）中，並將該些導電部11分別接在陰極，且把要鍍上去的金屬導體接在陽極，通電之後，使與陰極連接的導電部11的表面形成一層金屬薄膜，此金屬薄膜會因電鍍時間的增加而持續往電極311的方向生長，直到接觸到電極311，再持續電鍍之後，可在電極311上也漸漸形成連接導電部11之連續的金屬薄膜（電性連接層12），此電性連接層12將包覆電極311與對應導電部11，使電極311與對應之導電部11電連接。
在又一些實施例中，若利用加熱回焊製程而使該些微半導體結構31之該些電極311與對應之該些導電部11電性連接的話，則可將目標基板1上的該些微半導體結構31之該些電極311與對應之該些導電部11放置在例如回焊爐的腔體內，並在施加一壓力於該些微半導體結構31的同時，使回焊爐加熱至例如攝氏200度以上，使電極311（及/或導電部11）熔化後接觸到導電部11，以藉由加熱回焊製程生成一介面金屬共化物（Intermetallic Compound, IMC）而使兩者電性連接，藉此完成加熱回焊之批量接合製程。其中，介面金屬共化物(IMC)是電極311在高溫中熔化而發生擴散反應，進而與導電部11接觸而電連接的介面性產物（即介面金屬共化物）。此外，值得一提的是，在加熱回焊製程中，微凸部20不僅可接觸且黏著所對應的微半導體結構31外，更可在加熱回焊的製程中，防止微半導體結構31之相鄰兩個電極311之間的短路（微凸部20位於相鄰兩電極311之間），藉此可提高製程良率。
承上，在圖3F的實施例中，具有微半導體結構31之目標基板1中，包括有板體10、多個導電部11以及多個微半導體結構31。導電部11間隔設置在板體10上，多個微半導體結構31呈圖形化地設置於板體10上，各微半導體結構31的邊長尺寸介於5微米與100微米之間，並具有本體310及設置於本體310上的至少一電極311，電極311與該些導電部11的其中之一對應設置，且電極311與對應之導電部11係透過電性連接層12而電性連接。
圖3G為圖3F的局部放大示意圖。在圖3G中，電極311或對應之導電部11沿平行板體10之表面101的方向上具有最大的一第一寬度W1，而電性連接層12沿平行板體10之表面101的方向上具有最大的一第二寬度W2，且第二寬度W2大於第一寬度W1。於此，在沿平行板體10之表面101的方向上，係以電性連接層12的最大寬度大於電極311的最大寬度，且電極311的最大寬度大於導電部11的最大寬度為例。在不同的實施例中，導電部11的最大寬度也可大於電極311的最大寬度，並不限制。此外，本實施例之該些電極311與對應之該些導電部11係浸泡於溫度介於例如80度與150度之間的化學鍍液L中而形成化學鍍接著，藉此形成電性連接層12而批量接合，使兩者電性連接。在不同的實施例中，也可利用電鍍製程來形成電性連接層12，使該些電極311與對應之該些導電部11可批量接合而電性連接。
另外，本實施例的目標基板1更可包括多個微凸部20，該些微凸部20係圖形化地設置於板體10上，其中，至少部分的該些導電部11與該些微凸部20對應設置，至少部分的該些導電部11的周圍包含有至少一微凸部20，該些微凸部20的高度大於該些導電部11的高度，且各微凸部20分別連接各微半導體結構31之本體310與板體10。於此，各微半導體結構31之電極311的數量為2，且這兩個電極311與對應之導電部11的周圍佈設有一個微凸部20（也可佈設有多個微凸部20）。此外，微凸部20可設在這兩個導電部11之間，或者，微凸部20也可設在這兩個導電部11的外圍，或同時設在這兩個導電部11的中間與外圍，本發明皆不限制。
在不同的實施例中，請參照圖3H所示，其為本發明另一實施例之批量接合微半導體結構與目標基板的局部放大示意圖。圖3H與圖3G之具有微半導體結構31之目標基板1的元件組成與元件的連接關係大致相同，不同之處在於，微半導體結構31之電極311與對應之導電部11係透過介面金屬共化物13而電性連接，而且，此介面金屬共化物13是電極311與對應之導電部11藉由加熱回焊製程而形成者。
圖3G與圖3H的實施例之微半導體結構31為水平式電極或覆晶式電極之微發光二極體晶粒，因此，微半導體結構31具有一電極對（兩個導電部11），此電極對之間包含有至少一個微凸部20，且微凸部20不干涉到電極311，但是，兩相鄰的微半導體結構31之間並沒有設置微凸部20。在不同的實施例中，微半導體結構31也可是垂直式電極之微發光二極體晶粒，因此，微半導體結構31之兩個電極311可分別位於本體310的相反側，而面對導電部11之電極311的旁邊則有至少一個微凸部20。此外，在本實施例中，各微凸部20分別連接各微半導體結構31之本體310與板體10，且微凸部20呈柱狀的非連續性結構。在一些實施例中，微凸部20可為連續性結構，例如長條狀、或弧形狀、或圓形狀、或其他形狀。
再特別一提的是，在上述實施例中，如圖3C與圖3D所示，在批量接合的步驟中，係先移除轉移基板30後再在進行化學鍍接著製程，然並不以此為限，在不同的實施例中，也可不先移除轉移基板30，直接將圖3C中包含有轉移基板30、微半導體結構31與目標基板1的結構一起浸泡在化學鍍液L中。換言之，係使位於目標基板1與轉移基板30之間的微半導體結構31之該些電極311與對應之該些導電部11一起浸泡在化學鍍液L中，一樣使各電極311與對應之導電部11形成化學鍍接著，進而形成電性連接層12，在完成接合製程之後，再移除轉移基板30即可。同樣的道理，在進行電鍍製程時，可先移除轉移基板30後，再進行電鍍製程以形成電性連接層12；或者，也可不先移除轉移基板30，待完成電鍍接合製程後再移除轉移基板30即可。同樣的道理，在進行加熱回焊製程時，可先移除轉移基板30後，施加壓力於該些微半導體結構31的同時（例如通過一平面基材壓合在該些微半導體結構31上，並對平面基材施加壓力），再進行加熱回焊製程而使兩者電性連接；或者，也可不移除轉移基板30，直接施加壓力於轉移基板30的同時，進行加熱回焊製程而使兩者電性連接，待完成加熱回焊製程後再移除轉移基板30即可，本發明皆不限制。
請參照圖6A至圖6H所示，其分別為本發明不同實施態樣之微凸部的示意圖。如圖6A所示，微凸部20a為一個圓柱狀的非連續性結構，並位於兩個電極311之間。如圖6B所示，微凸部20b為一個長條狀的連續性結構，並位於兩個電極311之間。如圖6C所示，微凸部20c為多個圓柱狀的非連續性結構，並位於兩電極311之間及外圍的相對兩側。如圖6D所示，微凸部20d為兩個圓柱狀的非連續性結構，並位於兩個電極311之外圍的相對兩側。如圖6E所示，微凸部20e為兩個長條狀的連續性結構，並位於兩個電極311的相對兩側。如圖6F所示，微凸部20f為六個圓柱狀的非連續性結構，並位於兩個電極311的外圍。如圖6G所示，微凸部20g為一個工字型的連續性結構，並位於兩電極311之間。如圖6H所示，微凸部20h為兩個半環狀的連續性結構，並圍設於兩電極311之間。以上之微凸部20a～20h的數量與形狀只是舉例，不可用以限制本發明。再一提的是，若微凸部為環狀的連續性結構，並圍設電極311的話，則可應用加熱回焊製程使電極311與導電部11進行接合，但是此態樣卻不適用於化鍍製程、電鍍製程，因為電極311被微凸部包圍住的話，化學液或電鍍液將無法進入電極311的所在區域而接觸到電極311。
另外，上述的實施例之轉移基板30是以平板狀的玻璃基材上塗膠為例，在不同的實施例中，如圖7所示，轉移基板30a也可以是執行旋轉運動的黏貼滾輪（滾輪上有膠材，用以黏著微半導體結構31）。於此，旋轉之黏貼滾輪可先自暫態基材上批量黏取微半導體結構31後，接著，再令執行旋轉運動的黏貼滾輪（轉移基板30a）迫近目標基板1，並使黏貼滾輪上之微半導體結構31與對應的微凸部20接觸，使微凸部20可黏取對應之微半導體結構31，以將微半導體結構31批量轉貼至目標基板1，藉此，使被微凸部20黏取的微半導體結構31可透過黏貼滾輪的旋轉而批量轉移至目標基板1上。
前述的所有實施例都是以相同高度的微凸部黏取微半導體結構，在一些實施例中，也可利用不同高度的微凸部分別黏取微半導體結構，以將微半導體結構分批轉移至目標基板上。前述在目標基板1上形成圖形化的多個微凸部中，可以製作多種不同高度的微凸部，並依據不同高度的微凸部分批將微半導體結構轉移至目標基板。
圖8A至圖8D分別為本發明又一實施例之批量移轉微半導體結構至目標基板的過程示意圖。如圖8A所示，本實施例之微凸部包含有多個第一微凸部20j與多個第二微凸部20k，該些第一微凸部20j較低，該些第二微凸部20k較高，而且該些第一微凸部20j與該些第二微凸部20k相對於板體10之表面101有高度差d1。由於第一微凸部20j與第二微凸部20k有高度差d1。因此，在使該些微凸部接觸且黏著所對應的微半導體結構中，可包括：分批次使該些第一微凸部20j與該些第二微凸部20k分別接觸且黏著所對應的微半導體結構31之本體310；另外，在使黏取的該些微半導體結構31批量轉移且定位於目標基板1中，可包括：分批次使被該些第一微凸部20j與該些第二微凸部20k黏取的該些微半導體結構31分別批量轉移且定位於目標基板1上。
具體來說，如圖8B所示，先利用較低的第一微凸部20j黏取對應的微半導體結構31，再將被第一微凸部20j黏取的微半導體結構31批量轉移至目標基板1後，如圖8C所示，再利用較高的第二微凸部20k黏取另一些對應的微半導體結構31後，再將被第二微凸部20k黏取的微半導體結構31批量轉移至目標基板1上。因此，如圖8D所示，在移離轉移基板30後，再進行化學鍍接著製程或電鍍製程，使各微半導體結構31之電極311可與對應之導電部11電性連接（圖8D未繪示電性連接層）。
在一些實施例中，可在完成不同高度之微凸部（第一微凸部20j與第二微凸部20k）的製程之後，進行分批轉移的製程，然並不以此為限，在另一些實施例中，也可在完成較低之第一微凸部20j之製程後，進行第一批之微半導體結構31批量轉移至目標基板1的步驟，之後，再完成較高之第二微凸部20k之製程，再進行第二批之微半導體結構31批量轉移至目標基板1的步驟，本發明並不限制。
此外，請參照圖9A與圖9B所示，其分別為本發明又一實施例之批量移轉微半導體結構至目標基板的過程示意圖。在圖9A的實施例中，多個微半導體結構設置於轉移基板30b上，其中，該些微半導體結構可包括有多個第一微半導體結構31a與多個第二微半導體結構31b，為了圖面簡潔，圖9A只顯示一個第一微半導體結構31a與一個第二微半導體結構31b，而且該些第一微半導體結構31a與該些第二微半導體結構31b相對於轉移基板30b之表面S1具有一高度差d2。在此，第一微半導體結構31a與第二微半導體結構31b本身的高度相同，但第一微半導體結構31a與第二微半導體結構31b的設置位置不等高（表面S2與表面S3之間有高度差d2），使第一微半導體結構31a與第二微半導體結構31b相對於轉移基板30b之表面S1有高度差d2。因此，同樣地，在使該些微凸部20接觸且黏著所對應的微半導體結構中，可包括：分批次使該些微凸部20分別接觸且黏著所對應的該些第一微半導體結構31a與該些第二微半導體結構31b之本體310；此外，在使黏取的該些微半導體結構批量轉移且定位於目標基板1中，可包括：分批次使被該些微凸部20黏取的該些第一微半導體結構31a與該些第二微半導體結構31b分別批量轉移且定位於目標基板1上。
具體來說，如圖9A與圖9B所示，先利用微凸部20黏取並轉移相對於轉移基板30b之表面S1較高的第一微半導體結構31a至目標基板1後，再利用另一些微凸部20黏取並轉移相對於轉移基板30b之表面S1較低的第二微半導體結構31b至目標基板1上；之後，在移離轉移基板30b後進行化學鍍接著製程或電鍍製程，使第一微半導體結構31a與第二微半導體結構31b之電極311可與對應之導電部11電性連接（未繪示電性連接層）。
此外，再說明的是，上述圖7至圖9B的實施方式也可應用於垂直式電極之微發光二極體晶粒，具體技術內容可參照上述，在此不再贅述。
綜上所述，在本發明的批量接合微半導體結構與目標基板之方法及具有微半導體結構之目標基板中，是藉由使多個微半導體結構批量轉移至具有多個導電部的目標基板上，使微半導體結構之本體上的至少一電極與該些導電部的其中之一對應設置後，再利用化學鍍接著或電鍍接著等製程形成電性連接層以批量接合微半導體結構的電極與對應之導電部。藉此，本發明之批量接合微半導體結構與目標基板的方法，可以有效率地進行批量或巨量接合微半導體結構至目標基板，使微半導體結構可電性連接至目標基板，因此，可廣泛地應用於各種微半導體結構的批量或巨量移轉領域。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
1:目標基板10:板體101、S1、S2、S3:表面11:導電部12:電性連接層13:介面金屬共化物20、20a～20h:微凸部20j:第一微凸部20k:第二微凸部21:預黏著層22:預黏著層21中未熟化部分30、30a、30b:轉移基板31:微半導體結構31a:第一微半導體結構31b:第二微半導體結構310:本體311:電極d1、d2:高度差D:邊長L:化學鍍液S01與S02:步驟W1:第一寬度W2:第二寬度
圖1為本發明較佳實施例之一種批量接合微半導體結構與目標基板之方法的流程步驟示意圖。 圖2A與圖2B分別為本發明在目標基板上形成多個微凸部的不同實施例示意圖。 圖3A至圖3F分別為本發明一實施例之批量移轉及批量接合微半導體結構與目標基板的過程示意圖。 圖3G為圖3F的局部放大示意圖。 圖3H為本發明另一實施例之批量接合微半導體結構與目標基板的局部放大示意圖。 圖4A至圖4C分別為本發明在板體上形成多個微凸部之一實施例示意圖。 圖5A與圖5B分別為本發明另一實施例之批量移轉微半導體結構至目標基板的過程示意圖。 圖6A至圖6H分別為本發明不同實施態樣之微凸部的示意圖。 圖7為本發明又一實施例之批量移轉微半導體結構至目標基板的過程示意圖。 圖8A至圖8D分別為本發明又一實施例之批量移轉微半導體結構至目標基板的過程示意圖。 圖9A與圖9B分別為本發明又一實施例之批量移轉微半導體結構至目標基板的過程示意圖。
S01與S02:步驟

Claims (11)

  1. 一種批量接合微半導體結構與目標基板之方法，包括：使多個微半導體結構批量轉移至一目標基板上，其中該目標基板具有一板體與設置於該板體上的多個導電部，各該微半導體結構的邊長介於5微米與100微米之間，並具有一本體與設置於該本體上的至少一電極，各該電極與該些導電部的其中之一對應設置；以及通過一接合製程批量接合該些微半導體結構的該些電極與對應之該些導電部；其中，在使多個微半導體結構批量轉移至一目標基板的步驟之前，更包括：在該目標基板上形成圖形化的多個微凸部，其中至少部分的該些導電部與該些微凸部對應設置，至少部分的該些導電部的周圍包含有至少一微凸部，且該些微凸部的高度大於該些導電部的高度；及使該些微凸部接觸且黏著所對應之該些微半導體結構的本體，以使該些微半導體結構批量轉移至該目標基板上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該接合製程包括化鍍製程、電鍍製程或加熱回焊製程。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中，各該微半導體結構之該電極與對應之導電部因該微凸部而具有一間隙。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的方法，其中該些微半導體結構係由一轉移基板批量轉移至該目標基板上，且在批量接合該些微半導體結構的該些電極與對應之該些導電部的步驟中，包括：先移除該轉移基板；及再使位於該目標基板上的該些微半導體結構之該些電極與對應之該些導電部利用一化鍍製程或一電鍍製程使各該電極與對應之導電部形成一電性連接層。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的方法，其中該些微半導體結構係由一轉移基板批量轉移至該目標基板，且在批量接合該些微半導體結構的該些電極與對應之該些導電部的步驟中，包括： 先使位於該目標基板與該轉移基板間的該些微半導體結構之該些電極與對應之該些導電部利用一化鍍製程或一電鍍製程使各該電極與對應之導電部形成一電性連接層；及再移除該轉移基板。
  6. 如申請專利範圍第3項所述的方法，其中該些微半導體結構係由一轉移基板批量轉移至該目標基板上，且在批量接合該些微半導體結構的該些電極與對應之該些導電部的步驟中，包括：先移除該轉移基板；及施加一壓力於該些微半導體結構的同時，再使位於該目標基板上的該些微半導體結構之該些電極與對應之該些導電部通過一加熱回焊製程而電性連接。
  7. 如申請專利範圍第3項所述的方法，其中該些微半導體結構係由一轉移基板批量轉移至該目標基板，且在批量接合該些微半導體結構的該些電極與對應之該些導電部的步驟中，包括：施加一壓力於該轉移基板的同時，使位於該目標基板與該轉移基板間的該些微半導體結構之該些電極與對應之該些導電部通過一加熱回焊製程而電性連接；及再移除該轉移基板。
  8. 一種具有微半導體結構之目標基板，包括：一板體及設置於該板體上之多個導電部；多個微半導體結構，設置於該板體，各該微半導體結構的邊長介於5微米與100微米之間，並具有一本體及設置於該本體上的至少一電極，該電極與該些導電部的其中之一對應設置，且該電極與對應之導電部係透過一電性連接層而電性連接；以及多個微凸部，圖形化地設置於該板體，其中，至少部分的該些導電部與該些微凸部對應設置，至少部分的該些導電部的周圍包含有至少一個微凸部，該些微凸部的高度大於該些導電部的高度，各該微凸部分別連接各該微半導體結構之該本體與該板體； 其中，該電極或對應之導電部沿平行該板體之表面的方向上具有最大的一第一寬度，該電性連接層沿平行該板體之表面的方向上具有最大的一第二寬度，該第二寬度大於該第一寬度。
  9. 一種具有微半導體結構之目標基板，包括：一板體及設置於該板體上之多個導電部；多個微半導體結構，設置於該板體，各該微半導體結構的邊長介於5微米與100微米之間，並具有一本體及設置於該本體上的至少一電極，該電極與該些導電部的其中之一對應設置，且該電極與對應之導電部係透過一介面金屬共化物而電性連接；以及多個微凸部，圖形化地設置於該板體，其中，至少部分的該些導電部與該些微凸部對應設置，至少部分的該些導電部的周圍包含有至少一個微凸部，該些微凸部的高度大於該些導電部的高度，各該微凸部分別連接各該微半導體結構之該本體與該板體；其中，該介面金屬共化物是該電極與對應之導電部藉由一加熱回焊製程而形成。
  10. 如申請專利範圍第8項或第9項所述的目標基板，其中該微半導體結構之該電極與對應之導電部因該微凸部而具有一間隙。
  11. 如申請專利範圍第8項或第9項所述的目標基板，其中該微半導體結構為水平式電極、或覆晶式電極、或垂直式電極之微發光二極體晶粒。
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