WO2023148219A1 - Verfahren zum transferieren eines halbleiterbauelements - Google Patents

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WO2023148219A1
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adhesion
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Markus Boss
Tobias Berthold
Thomas Schwarz
Sebastian Wittmann
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Ams-Osram International Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor component and a method for transferring a semiconductor component.
  • Target substrate can on the one hand be understood to mean a further temporary carrier, but also a circuit board, a PCB, a backplane or the like.
  • a method is expediently used for this purpose which can transfer a large number of components in a very short time. Such a transfer becomes difficult above all in the case of small components, the pLEDs mentioned above, since their lateral dimensions can only be in the range of a few ⁇ m.
  • LIFT Laser Induced Forward Transfer
  • components are detached from the carrier substrate by a laser pulse in order to then be transferred to the target substrate.
  • the component is then attached to the target substrate.
  • the irradiated laser energy can not only heat up the component, which can lead to problems with temperature-sensitive elements in particular, but the laser energy can also penetrate into the semiconductor component up to the active layer and cause accelerated aging or other efficiency-reducing effects there. There is therefore a need to counteract these problems with suitable measures.
  • this detachment layer essentially determine the process parameters and also the result of the detachment and transfer process.
  • the carrier includes a plurality of indentations.
  • the indentations specify the position and dimensions of the later adhesive areas, in that the material of the release layer is subsequently introduced into the indentations.
  • the material in the depressions can be flush with the surface of the carrier, but can also protrude beyond the surface of the carrier.
  • the components can be securely fastened to the surface of the components by lightly pressing the adhesive areas onto the latter.
  • the indentations further allow the material of the release liner to be simplified Way to apply, for example, by means of spin coatings, slot die coatings, slit coatings, spray coatings, lamination, screen and stencil printing, inkj etting or lithography. In this way, the material remains only in the depressions, but not in other areas of the surface of the carrier.
  • the structured release layer can also be formed in such a way that material of an unstructured release layer is partially removed again after the step of transferring.
  • material of the release layer can be removed between two adjacent ones of the multiplicity of optoelectronic components and the spatially separate adhesion areas can thus be formed.
  • a patterned release liner is created by applying a spacer liner to a substrate.
  • the spacer layer can include an auxiliary material, for example in the form of a plastic, in particular in the form of PDMS.
  • a structured photoresist layer is applied to the spacer layer, which layer comprises a multiplicity of openings which expose areas of the spacer layer.
  • the areas exposed in this way are further formed into depressions by an etching process or another method.
  • the depressions are then filled with a material of the release layer.
  • the above-mentioned coating processes and/or lamination, screen and stencil printing or Inkj etting can be used .
  • the area of the adhesion areas to which the components adhere should be selected in such a way that the resulting adhesive force is sufficiently large to hold the components on the adhesion areas.
  • the adhesive force should not be chosen too high in order to keep the heating of the components by the switched-on laser pulse as low as possible.
  • the area of the plurality of adhesive areas can be circular, in particular in the form of a ring or a circular disk.
  • the surface of the plurality of adhesion areas in a rectangular shape, in particular in the form of a rectangular surface or also a rectangular frame.
  • a further alternative is the formation of adhesive areas in the form of nubs or small elevations whose individual area is again significantly smaller than the area of the components, for example by a factor of 10 to 20 times smaller and whose position is symmetrical with respect to the components , but can also be chosen randomly . Due to the formation of smaller nubs or nanostructures in the adhesive layer, the component is attached to the adhesive layer and thus to the glass carrier over only a very small area.
  • Another aspect deals with the detachment process, in particular the detachment process taking into account the position of the adhesion areas and the component.
  • part of the material of the adhesive areas is vaporized, so that the adhesive force is significantly reduced in this way.
  • an additional impulse can be generated by the evaporation process.
  • the material of the adhesive areas should be as absorbent as possible for the incident light in order to achieve good energy deposition here.
  • the material can comprise a polymer suitable for this purpose.
  • the areas of adhesion are blackened or otherwise treated to increase absorption in those areas. Addition of polyimides or acrylates or the design of the adhesive areas with such materials. Since the component is attached to the detachment layer according to the proposed principle, an expansion and not a contraction of the layer makes sense for detachment, it being possible for the expansion to take place as described in this application.
  • the adhesive areas are arranged essentially centered with respect to the component.
  • the component With a corresponding detachment process by a laser light pulse, the component mainly experiences a vertical downward pulse.
  • the position of the adhesion areas is not centered with respect to the optoelectronic component.
  • the component experiences either a lateral impulse or also an angular momentum after the detachment process with the laser light pulse.
  • an angular momentum a rotation of the component by 180° can be achieved by a suitable choice of the fall height and the momentum, so that it comes to rest on the target substrate with the side facing the adhesive area.
  • FIGS. 2A to 2C show a second embodiment of a method for transferring optoelectronic semiconductor components according to the proposed principle
  • FIG. 4 shows, in its partial figures, various configurations for a manufacturing process in a schematic view for a method for transferring semiconductor components according to the proposed principle
  • FIGS. 6A to 6E show a further embodiment of a method for processing an optoelectronic semiconductor component in accordance with some aspects of the proposed principle.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a method for transferring optoelectronic components according to the proposed principle.
  • a mass transfer of a plurality of components is carried out simultaneously, in that the components are detached from a source carrier by a laser light pulse and fall in the direction of a target carrier.
  • This transfer can be done both in parallel, i. H . with several chips at the same time, as well as serially or with a combination of parallel and serial transfer.
  • several laser beams can be used, but the size of the beam can also be changed, for example to transfer several chips in parallel.
  • the target carrier can be a PCB, an interconnect layer or the like, but also another carrier substrate, which in turn represents a starting point for a renewed mass transfer.
  • a mass transfer can thus be carried out several times, with a target carrier then again forming a source carrier for a further transfer.
  • the term source carrier thus describes a carrier from which components are transferred
  • a target carrier is a carrier onto which components are transferred.
  • target carrier and “source carrier” would then have to be used synonymously, since after the end of the method the target carrier to which the components were transferred forms the source carrier for the next transfer.
  • FIG. 1A now shows a source carrier 30 which is in the form of a transparent glass carrier.
  • a structured release layer with a multiplicity of separate adhesive areas 32 is applied to this glass carrier, on which in turn a multiplicity of components 1 are arranged.
  • each of these components comprises a semiconductor body 10 on the underside of which two contact pads 22 and 23 are arranged.
  • the components 1 are fastened to the target carrier 30 via the adhesive areas 32 with the upper side, which at the same time also represents the light emission surface.
  • the structured release layer between the source carrier 30 and the components 1 is designed in such a way that it has a large number of adhesive areas 32 that are separate from one another.
  • the distance between the individual adhesion areas 32 is selected in such a way that it essentially corresponds to the lateral dimension of one of the multiplicity of semiconductor components.
  • a laser light beam is now focused and radiated as a pulse onto the respective adhesive areas 32 .
  • the focusing takes place in such a way that the energy transmitted by the laser pulse is focused as far as possible on the adhesion area 32, so that the material of the adhesion area 32 is heated and at least partially evaporated.
  • the energy supplied brings about a short burst of gas through the vaporized material, which accelerates the component downwards in the direction of a target carrier 38 , as shown in FIG.
  • a large number of such components can be detached by laser pulses and transferred to a target carrier.
  • Either a further adhesive layer, for example according to the concepts presented here, or also contact areas 36 and 37 are now provided on the target carrier, as shown in FIG. 23 liable and later be electrically and mechanically connected to you.
  • UV light-absorbing adhesives for example, can be used as the material for these adhesive areas that are described in this application.
  • the adhesive areas 32 are made of polyimides, for example.
  • other material classes can also be used, such as epoxides or acrylates. These are modified with additives, which in turn have high absorption at the wavelengths of the incident light. These include, for example, benzophenones, benzotriazones, oxalanilides and also phenyltriazines. It would also be possible to introduce carbon in a targeted manner.
  • FIG. 4 shows different embodiments of adhesion areas of a structured release layer.
  • a component 1 is shown in plan view.
  • the two contact elements 22 and 23 on the side facing away from the adhesive layer are indicated by way of illustration.
  • the adhesive area 32 is designed as a circular disk that is positioned centered on the component.
  • the adhesion area is slightly offset.
  • this offset can be caused by tolerances during the transfer, but it can also be desired in other applications, for example to impart a slight lateral impulse to the component during the detachment process. This is achieved in that the incident laser pulse vaporizes the adhesive area with the material 32 and the gas thus generated transfers a specific impulse to the component, which however, in contrast to partial figure 4A), is not centered but slightly offset.
  • the adhesion area is formed by two concentric circles 32' lying one inside the other. Although the two concentric circles 32' cover approximately the same area as the adhesive areas 32 in sub-figures 4A) and 4B), it is evident that they appear to cover a larger area of the semiconductor component overall. A laser pulse required for detachment therefore also has a somewhat larger area.
  • the configuration with two concentric circles can result in a slightly modified addition, i. H . an adhesion force between the semiconductor component 1 and the adhesion region 32 ′.
  • an overall lower energy input may be required during the detachment process.
  • the adhesive areas 32'' and 32''' are shown in sub-figures 4D) and 4E).
  • the first area 32'' forms a rectangle, which is partially centered over the contact areas 22 and 23.
  • the adhesion area forms a peripheral frame, with a central area being left open. Similar to subfigure 4C), the adhesive property is reduced in this way, so that detachment occurs with a lower energy input.
  • Partial figure 4F) shows an arrangement in which the adhesion area is designed asymmetrically. In the present exemplary embodiment, it forms a trapezoid whose tapering side ends approximately at the edge of the contact area 23 . In the event of detachment by a laser light pulse, a lateral partial impulse is generated in this way, similar to partial figure 4B), so that the component does not move downwards in a straight line, but moves sideways with an additional lateral impulse.
  • Partial figure 4G in turn does not form the adhesive area as a uniform surface but in the form of various small knobs.
  • the nubs 32v are random arranged in a group.
  • the adhesive areas 32 v designed as nubs are produced, for example, via nanostructuring.
  • a transfer takes place by heating or cooling the adhesive layer with the laser pulse. is vaporized, so that the component is detached from the source carrier and falls towards the target carrier.
  • Figures 2A) to 2C) show an embodiment for the formation of such adhesive areas for transferring components according to the proposed principle.
  • a glass carrier 300 is provided in partial figure 2A), which is intended to hold the components for further transfer.
  • a multiplicity of indentations 301 are arranged on its surface.
  • the depressions 301 can be produced by lithographic processes in a preceding step, for example by first applying an unstructured photoresist layer to the surface of the glass substrate 300 and then structuring it. The structuring produces indentations in the photoresist layer, which uncover areas on the surface of the glass substrate 300 .
  • a subsequent etching step produces the depressions 301 shown in FIG. 2A).
  • a material of the detachment layer is now applied to the surface provided with the depressions 301 .
  • the material of the release layer 321 also gets into the depressions and fills them up.
  • the excess material on the surface is then removed so that only adhesive areas 321 filled with material remain.
  • the arrangement of the depressions and the detachment regions 321 filled with material resulting therefrom is selected such that their distances correspond to the lateral dimensioning of the components to be transferred later.
  • a multiplicity of semiconductor components are now guided from a source carrier (not shown here) to the adhesive areas 321 and mechanically attached to them. As shown in the exemplary embodiment in FIG. 2C, the components are arranged centrally in the detachment areas and are each adjacent to the remaining glass surface of the gas carrier 300 .
  • the uncovered areas of the spacer layer 40 are removed, so that a multiplicity of depressions 401 are formed in the spacer layer 40 .
  • the material of the adhesive layer is then filled into these depressions.
  • parts of the photoresist layer can be removed mechanically together with the material of the adhesive layer, so that only a thin part of the photoresist layer remains, which is then chemically removed.
  • small elevations in the material of the adhesive layer 421 are formed, which protrude beyond the surface of the spacer layer 40 . The result is shown in partial figure 3C).
  • a multiplicity of such components can now be attached to the individual adhesive areas 421 separated from one another and prepared for a further transfer.
  • the spacer layer 40 is selected in such a way that it is transparent to the laser light used later to detach the components.
  • the spacer layer 40 can also be removed in a further process step, so that the semiconductor components 1 "stick" freely with their emission surface to the adhesion areas.
  • This process can be expedient, because if the adhesion areas evaporate during the transfer, the gas can flow in all directions escape, so that only a small impulse is given to the component downwards. In this form, the component "falls" largely through gravity, while it is, for example, in the embodiment of FIG through 2C experiences a downward pulse during the vaporization process.
  • an additional adhesive layer can also be applied over the area over the depressions and the material of a detachment layer 421 as an alternative.
  • the material is vaporized and expands, which reduces the adhesion between the adhesive layer arranged above it and detaches the component.
  • the contact areas are located on the side of the semiconductor components opposite the emission side.
  • the respective emission side is in turn attached to the adhesion areas of the release liner.
  • the components can be prepared in a manner as shown in the embodiments 5A) to 5E) and 6A) to 6G).
  • the approach presented in these embodiments can also serve as an exemplary embodiment for the inventive transfer of components from a source carrier to a target carrier.
  • the components can be attached to the adhesive areas both from the emission side and from the contact side.
  • FIGS. 5A to 5B show a first embodiment of such an approach for contacting and processing components according to the proposed principle.
  • Partial figure 5A shows two semiconductor bodies 1 and 1′, which are each designed as optoelectronic components.
  • the two components are fabricated epitaxially on a growth substrate 300 . They include a first n-doped Layer 27 and a p-doped layer arranged thereon
  • An active zone for generating light is formed between the n-doped layer 27 and the p-doped layer 26 .
  • An insulation layer 28 is applied to the p-doped layer 26 and extends into the layer 27 along the p-doped layer and at the edge between the mesa structures. On the insulation layer 28 there is a current distribution layer 29 which is connected to a contact 23 .
  • the current distribution layer 29 extends from the contact 23 along the side surface of the mesa structure into the layer 27 and is used to supply charge carriers to the n-doped layer
  • a further insulation layer 21 is arranged on the current distribution layer 29 .
  • the insulation layer 21, the current distribution layer 29 and the insulation layer 28 are broken through by a second contact 22 which, insulated from the current distribution layer, makes contact with the p-doped layer 26.
  • the two contacts 22 and 23 are formed by a metal or by a highly doped semiconductor material.
  • the components 1 and 1' are separated from one another by a mesa structure which is designed as a peripheral trench and from the underside through the p-doped layer 26 deep into the n-doped layer 27 and into a part of the n-doped layer 27 formed buffer layer is sufficient.
  • FIG. 5D shows how the surface of the n-doped layer 27 is roughened in order to form a better decoupling structure 27' on the surface.
  • the decoupling structure 27' forms the emission side or the emission area of the various components.
  • part of the release material is now removed again, in particular between the mesa structures, so that the material of the release layer 32 ′ is subdivided into separate adhesion areas 32 .
  • the result of this process is shown in FIG. 5E).
  • the material of the release layer has been completely removed in the areas of the mesa structure, so that the individual components are now also separated and are only attached to the glass carrier 30' by the adhesion areas 32, which have been separated and separated from one another.
  • the glass carrier 30 ′ serves as a target carrier for a further transfer process in order, for example, to connect the emission regions 27 ′ of the individual semiconductor components to a further structured adhesive layer of a target carrier.
  • FIG. 6A similar to FIG. 5A), a multiplicity of semiconductor components are placed and aligned on a growth substrate 300 over an auxiliary carrier 30′.
  • FIG. 5A there is an additional structured sacrificial layer 39 on the underside of the components upset .
  • the sacrificial layer 39 consists, for example, of silicon dioxide or another suitable material.
  • a material of a release layer 32' is introduced into the cavities, which completely fills them. As shown in FIG. 6B), the material is thus in contact both with the sacrificial layer 39 and with the insulating layer 21 .
  • the sacrificial layer 39 is removed by an additional etching process.
  • the etching process produces some bearing surfaces made of the material of the adhesion layer on the insulating layer 21 .
  • the components are connected to the adhesive layer 32 on these supports.
  • the adhesive layer made of a UV-absorbing polyimide is continuous in the exemplary embodiment, additional adhesive areas 32 are provided, which are separated from one another at least in such a way that the components are free of one another and only lie on these separated adhesive areas 32 of the adhesive layer.
  • the components can now be removed using a stamp pad or another variant and transferred to a target substrate or a target carrier.
  • a LIFT-OFF process i. H . to vaporize the regions 32 of the adhesive layer by irradiating a laser pulse, in order to achieve a detachment of the components.
  • Insulation layer, 23 contacts p-doped layer n-doped layer

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Transferieren einer Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen, die zwei gegenüberliegende Hauptseiten und Kontaktbereiche (22, 23) auf zumindest einer der zwei Hauptseiten umfasst. Bei dem Verfahren wird ein Träger (30, 30', 300), insbesondere ein Glasträger bereitgestellt und eine strukturierte Ablöseschicht auf dem Träger (30, 30', 300) erzeugt, wobei die strukturierte Ablöseschicht eine Vielzahl von räumlich getrennten Haftbereichen (32) umfasst, und der Abstand zwischen zwei der eine Vielzahl von räumlich getrennten Haftbereichen (32, 321) zumindest einer lateralen Dimension eines der Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen entspricht. Ebenso wird die Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen auf die Vielzahl von räumlich getrennten Haftbereichen (32, 321) transferiert.

Description

VERFAHREN ZUM TRANSFERIEREN EINES HALBLEITERBAUELEMENTS
Die vorliegende Anmeldung nimmt die Priorität der deutschen Anmeldung DE 10 2022 102 360 . 5 vom 1 . Februar 2022 in Anspruch, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug vollständig auf genommen wird .
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement sowie ein Verfahren zum Transferieren eines Halbleiterbauelements .
HINTERGRUND
Halbleiterbauelemente , darunter auch sogenannte pLEDs müssen von einem Träger- bzw . Ausgangssubstrat auf ein Zielsubstrat übertragen werden . Unter dem Begriff „Zielsubstrat" kann dabei zum einen ein weiterer temporärer Träger verstanden werden, aber auch eine Platine , ein PCB, ein Backplane oder ähnliches . Zweckmäßigerweise wird hierzu ein Verfahren verwendet , welches eine große Anzahl von Bauelementen in sehr kurzer Zeit übertragen kann . Schwierig wird ein derartiger Transfer vor allem bei kleinen Bauelementen, den oben erwähnten pLEDs , da deren laterale Abmessungen lediglich im Bereich weniger pm liegen können .
Bei einem Transfer von Bauelementen mittels eines sogenannten Laser Induced Forward Transfer (LIFT ) , werden Bauelemente durch einen Laserimpuls von dem Trägersubstrat abgelöst , um anschließend auf das Zielsubstrat transferiert zu werden . In einem zweiten Schritt wird dann das Bauelement auf dem Zielsubstrat befestigt . Jedoch kann die eingestrahlte Laserenergie das Bauelement nicht nur erwärmen, was gerade bei temperatursensitiven Elementen zu Problemen führen kann, sondern die Laserenergie kann auch in das Halbleiterbauelement bis zur aktiven Schicht vordringen und dort zu einer beschleunigten Alterung oder anderen die Effizienz herabsetzenden Effekte bedingen . Es besteht daher das Bedürfnis , durch geeignete Maßnahmen diesen Problemen entgegenzuwirken .
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei laserunterstützten Transferprozessen kommt der Ablöseschicht für das zu transferierende Halbleiterbauelement eine besondere Bedeutung zu . Die Eigenschaften dieser Ablöseschicht bestimmen wesentlich die Prozessparameter und auch das Ergebnis des Ablösungs- und Transferprozesses .
Die Erfinder schlagen vor, durch eine besondere Strukturierung der Ablöseschicht einen zusätzlichen Freiheitsgrad zur Prozessoptimierung und Qualitätsverbesserung zu bewirken . Dabei ist es möglich, eine Strukturierung der Ablöseschicht sowohl auf der Oberfläche eines Trägersubstrats selbst zu erzeugen als auch das Trägersubstrat durch geeignete Maßnahmen zu strukturieren, um so die Ablöseschicht hinsichtlich ihrer Position und auch ihrer Form vorzugeben . Durch diese Maßnahmen kann die für den Transfer benötigte Laserenergie reduziert und der Ablöse- und Transferprozess insgesamt deutlich besser kontrolliert werden . Darüber hinaus ist es möglich, einen zusätzlichen Impuls auf das Halbleiterbauelement zu übertragen, umso beispielsweise eine Drehung um dessen Achse vor dem Auftreffen auf das Zielsubstrat zu verursachen . Dies ermöglicht einen Transferprozess , ohne einen zusätzlichen Umklebeschritt , sodass Bauelemente mit ihrer vom Träger abgelösten Seite durch eine Drehung auf dieser auf dem Zielsubstrat landen . Dies wird unter anderem dadurch erreicht , dass nach dem vorgeschlagenen Prinzip , eine Ablösung der Bauelemente von der Ablöseschicht durch Verdampfen der Ablöseschicht oder eines Teils davon erfolgt , so dass die Zustandsänderung (von fest nach gasförmig ) eine schnelle Ausdehnung des Gases zur Folge hat und so das Bauelement ablöst . Zudem können im Gegensatz zu einer reinen Volumenänderung durch Licht durch Erwärmen ( ohne Verdampfen ) weitere Materialklassen verwendet werden , auf diese Weise lassen sich Materialien finden, die eine größere Flexibilität bei der Einstellung verschiedener Parameter wie Haftkraft u . ä . besitzen .
In einem Verfahren zum Transferieren einer Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen nach dem vorgeschlagenen Prinzip umfassen die Bauelemente zwei gegenüberliegende Hauptseiten sowie Kontaktbereiche auf zumindest einer der beiden Hauptseiten . Bei dem Verfahren wird ein Träger bereitgestellt , der unter anderem als Glasträger , als Quarzträger oder als generell transparenter Träger ausgestaltet sein kann . Ein derartig transparenter Träger ist vorteilhaft , wenn zum Ablösen ein Laserlichtpuls von der Rückseite des Trägers durch den Träger hindurch auf das Halbleiterbauelement gestrahlt wird .
Auf dem Träger wird eine strukturierte Ablöseschicht erzeugt , die eine Vielzahl von räumlich getrennten Haftbereichen umfasst . Der Abstand zwischen zwei Haftbereichen entspricht mindestens einer lateralen Dimension eines der Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen . Mit anderen Worten sind die Haftbereiche derart angeordnet , dass j eweils ein Bauelement an einem der Haftbereiche befestigt werden kann . In einem nachgeschalteten Schritt wird dann eine Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen auf die Vielzahl von räumlich getrennten Haftbereichen transferiert .
In einigen Aspekten umfasst der Träger eine Vielzahl von Vertiefungen . Die Vertiefungen geben die Position und Abmessungen der späteren Haftbereiche vor, indem nachfolgend das Material der Ablöseschicht in die Vertiefungen eingebracht wird . Je nach Ausgestaltungsform kann das Material in den Vertiefungen bündig mit der Oberfläche des Trägers abschließen, aber auch über die Oberfläche des Trägers hinausragen . In letzterem Fall lassen sich auf diese Weise die Bauelemente durch leichtes Andrücken der Haftbereiche an der Oberfläche der Bauelemente sicher an diesen befestigen . In diesem Zusammenhang erlauben die Vertiefungen des Weiteren das Material der Ablöseschicht in einfacher Weise beispielsweise mittels Spin Coatings , Slot Die Coatings , Slit Coatings , Spray Coatings , Laminieren, Sieb und Schablonendruck, Inkj etting oder Lithographie aufzubringen . Auf diese Weise verbleibt das Material lediglich in den Vertiefungen, j edoch nicht an sonstigen Bereichen der der Oberfläche des Trägers .
In einem anderen Aspekt wird ein unstrukturierter und im wesentlichen transparenter Träger mit einer Oberfläche bereitgestellt und auf dieser Oberfläche eine strukturierte Fotolackschicht aufgebracht . Die Fotolackschicht umfasst eine Vielzahl von Öffnungen, die Bereiche der Oberfläche des Trägers freilegen . Um die Vertiefungen aus zubilden, werden die freigelegten Bereiche insbesondere durch einen chemischen Ätzprozess ausgebildet . Ein so erzeugter Träger kann j e nach Ausführungsbeispiel mehrmals für den Transfer von Bauelementen verwendet werden . Des Weiteren erlaubt die flexible Ausgestaltung mit verschiedenen Vertiefungen auch einen Transfer lediglich einiger Bauelemente von einem Quellträger auf ein Zielsubstrat . Auch die Fotolackschicht kann mit den gleichen Verfahren wie die Ablöseschicht aufgebracht werden .
Einige Aspekte beschäftigen sich mit dem Erzeugen einer strukturierten Ablöseschicht . In einigen Aspekten kann die strukturierte Ablöseschicht auch derartig gebildet werden, dass Material einer unstrukturierten Ablöseschicht nach dem Schritt des Transferierens wieder teilweise entfernt wird . Insbesondere lässt sich Material der Ablöseschicht zwischen zwei benachbarten der Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen entfernen und so die räumlich getrennten Haftbereiche bilden . Mit anderen Worten ist es in diesem Aspekt möglich, eine im wesentlichen unstrukturierte Ablöseschicht auf den Glasträger aufzubringen, dann den ersten Transferschritt durchzuführen und die Ablöseschicht anschließend anhand der aufgebrachten Bauelemente zu strukturieren, um so die räumlich getrennten Haftbereiche auszubilden . In einem anderen Aspekt wird eine strukturierte Ablöseschicht erzeugt , indem auf einem Träger eine Abstandsschicht aufgebracht wird . Die Abstandsschicht kann ein Hilfsmaterial beispielsweise in Form eines Kunststoffs , insbesondere in Form von PDMS umfassen . Auf der Abstandsschicht wird eine strukturierte Fotolackschicht aufgebracht , die eine Vielzahl von Öffnungen umfasst , welche Bereiche der Abstandsschicht freilegen . Die so freigelegten Bereiche werden in einem nächsten Schritt durch einen Ätzprozess oder ein anderes Verfahren zu Vertiefungen weitergebildet . Anschließend werden die Vertiefungen mit einem Material der Ablöseschicht auf gefüllt . Auch hierfür können für das Aufbringen der Lackschicht oder auch des Materials die oben genannten Coating-Verfahren und/oder , Laminieren, Sieb und Schablonendruck bzw . Inkj etting verwendet werden .
Nach einem Entfernen der Fotoschicht wird auf diese Weise eine Vielzahl von getrennten Haftbereichen gebildet , die über die Abstandsschicht leicht hinausragen . In diesem Zusammenhang kann die Abstandsschicht und insbesondere das Material derselben auch eine zusätzliche Funktion mit übernehmen . Beispielsweise ermöglichen es additive Eigenschaften der Abstandsschicht ein Befestigen der einzelnen Bauelemente zu erleichtern . Durch Blockieren von Lichtanteilen des Laserlichtpulses zum Ablösen, einer weiteren möglichen Eigenschaft des zusätzlichen Hilfsmaterials , lassen sich besonders empfindliche Halbleiterbauelemente schützen .
Bei einem Transferschritt der Vielzahl von optoelektronischen Bauelemente auf die Haftbereiche liegen zu mindestens einer der Kontaktbereiche eines j eden der Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen auf einer der mit dem Haftbereich verbundenen Hauptseite gegenüberliegenden Hauptseite . Mit anderen Worten ist zu mindestens einer der Kontaktbereiche dem Haftbereich abgewandt . Ein anderer Gesichtspunkt beschreibt die Ausgestaltung und Form der Haftbereiche sowie die Positionierung der Haftbereiche und der optoelektronischen Bauelemente zueinander . In einem Aspekt ist die Fläche der Vielzahl von Haftbereichen deutlich kleiner , beispielsweise um den Faktor 5 bis 10 als eine Fläche der mit der Haftfläche verbundenen Hauptseite der Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen . In der Praxis sollte die Fläche der Haftbereiche , an der die Bauelemente anhaften, so gewählt sein, dass die daraus resultierende Haftkraft ausreichend groß ist , um die Bauelemente an den Haftbereichen zu halten . Andererseits sollte die Haftkraft nicht zu groß gewählt werden, um eine Erwärmung der Bauelemente durch den eingeschalteten Laserimpuls möglichst gering zu halten .
Insofern spielt daher nicht nur die Fläche , sondern auch die Form der Haftbereiche bei der Ausgestaltung der erforderlichen Haftkraft eine Rolle . In einem Aspekt kann die Fläche der Vielzahl von Haftbereichen kreisförmig , insbesondere in Form eines Ringes oder einer Kreisscheibe ausgebildet sein . Alternativ ist es möglich, die Fläche der Vielzahl von Haftbereichen rechtecksförmig , insbesondere in Form einer rechtecksförmigen Fläche oder auch eines rechtecksförmigen Rahmens auszubilden . Eine weitere Alternative besteht in der Ausbildung von Haftbereichen in Form von Noppen oder kleinen Erhebungen, deren einzelne Fläche zum einen nochmals deutlich kleiner ist als die Fläche der Bauelemente , beispielsweise um den Faktor 10- bis 20-mal kleiner und deren Position bezüglich der Bauelemente symmetrisch, aber auch zufällig gewählt werden kann . Durch die Ausbildung kleinerer Noppen oder von Nanostrukturen in der Haftschicht wird das Bauelement über lediglich eine sehr geringe Fläche an der Haftschicht und damit dem Glasträger befestigt .
Ein anderer Aspekt beschäftigt sich mit dem Ablösevorgang , insbesondere dem Ablösevorgang unter Berücksichtigung der Position der Haftbereiche und des Bauelements . Bei diesem wird in einigen Aspekten ein Teil des Material der Haftbereiche verdampft , so dass auf diese Weise die Haftkraft deutlich verringert wird . Zudem kann durch den Verdampfungsprozess ein zusätzlicher Impuls erzeugt werden . Einige Aspekte beschäftigen sich mit den verwendeten Materialien . So sollte das Material der Haftbereiche für das eingestrahlte Licht möglichst gut absorbierend sein, um hier eine gute Energiedeposi- tion zu erreichen . Beispielweise kann das Material ein dazu geeignetes Polymer umfassen . In einigen Aspekten sind die Haftbereiche geschwärzt oder anderweitig behandelt , um die Absorption in diesen Bereichen zu erhöhen . Zugabe von Polimiden oder Acrylaten oder auch die Ausgestaltung des Haftbereiche mit derartigen Materialen . Da das Bauelement nach dem vorgeschlagenen Prinzip an der Ablöseschicht befestigt ist , ist zum Ablösen eine Ausdehnung und nicht eine Kontraktion der Schicht sinnvoll , wobei die Ausdehnung wie in dieser Anmeldung beschreiben erfolgen kann .
In einigen Ausgestaltungen sind die Haftbereiche bezüglich des Bauelementes im Wesentlichen zentriert angeordnet . Bei einem entsprechenden Ablösevorgang durch einen Laserlichtpuls erfährt das Bauelement dadurch hauptsächlich einen senkrechten Impuls nach unten . In einer alternativen Ausgestaltung ist die Position der Haftbereiche bezüglich des optoelektronischen Bauelements nicht zentriert . Bei einem Ablöseprozess erfährt das Bauelement somit entweder einen lateralen Impuls oder auch einen Drehimpuls nach dem Ablösevorgang mit dem Laserlichtpuls . Gerade bei einem Drehimpuls kann durch eine geeignete Wahl der Fallhöhe und des Impulses eine Drehung des Bauelementes um 180 ° erreicht werden, sodass dieses auf dem Zielsubstrat wieder mit der im Haftbereich zugewandten Seite zu liegen kommt .
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN Weitere Aspekte und Ausführungsformen nach dem vorgeschlagenen Prinzip werden sich in Bezug auf die verschiedenen Ausführungsformen und Beispiele offenbaren, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben werden .
Figuren 1A bis IC zeigen eine erste Ausführung eines Verfahrens zum Transferieren von optoelektronischen Halbleiterbauelementen nach dem vorgeschlagenen Prinzip ;
Figuren 2A bis 2C zeigt eine zweite Ausgestaltung eines Verfahrens zum Transferieren von optoelektronischen Halbleiterbauelementen nach dem vorgeschlagenen Prinzip;
Figuren 3A bis 3D stellen eine dritte Ausgestaltung eines Verfahrens zum Transferieren von optoelektronischen Halbleiterbauelementen nach dem vorgeschlagenen Prinzip dar ;
Figur 4 zeigt in ihren Teilfiguren verschiedene Ausgestaltungen für einen Herstellungsprozess in schematischer Sicht für ein Verfahren zum Transferieren von Halbleiterbauelementen nach dem vorgeschlagenen Prinzip;
Figuren 5A bis 5E stellen ein erstes Ausführungsbeispiel zum Prozessieren eines optoelektronischen Halbleiterbauelements mit einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips dar;
Figuren 6A bis 6E zeigt eine weitere Ausführungsform eines Verfahrens zum Prozessieren eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips .
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgenden Ausführungsformen und Beispiele zeigen verschiedene Aspekte und ihre Kombinationen nach dem vorgeschlagenen Prinzip . Die Ausführungsformen und Beispiele sind nicht immer maßstabsgetreu . Ebenso können verschiedene Elemente vergrößert oder verkleinert dargestellt werden, um einzelne Aspekte hervorzuheben . Es versteht sich von selbst , dass die einzelnen Aspekte und Merkmale der in den Abbildungen gezeigten Ausführungsformen und Beispiele ohne weiteres miteinander kombiniert werden können, ohne dass dadurch das erfindungsgemäße Prinzip beeinträchtigt wird . Einige Aspekte weisen eine regelmäßige Struktur oder Form auf . Es ist zu beachten, dass in der Praxis geringfügige Abweichungen von der idealen Form auftreten können, ohne j edoch der erfinderischen Idee zu widersprechen .
Außerdem sind die einzelnen Figuren, Merkmale und Aspekte nicht unbedingt in der richtigen Größe dargestellt , und auch die Proportionen zwischen den einzelnen Elementen müssen nicht grundsätzlich richtig sein . Einige Aspekte und Merkmale werden hervorgehoben, indem sie vergrößert dargestellt werden . Begriffe wie "oben" , "oberhalb" , "unten" , "unterhalb" , "größer" , "kleiner" und dergleichen werden j edoch in Bezug auf die Elemente in den Figuren korrekt dargestellt . So ist es möglich, solche Beziehungen zwischen den Elementen anhand der Abbildungen abzuleiten .
Figur 1 zeigt eine erste Ausgestaltung eines Verfahrens zum Transferieren von optoelektronischen Bauelementen nach dem vorgeschlagenen Prinzip . Für einen Transfer auf einen Zielträger wird ein Massentransfer von mehreren Bauelementen gleichzeitig durchgeführt , indem die Bauelemente durch einen Laserlichtpuls von einem Quellträger abgelöst werden und in Richtung auf einen Zielträger fallen . Dieser Transfer kann j e sowohl parallel , d . h . mit mehreren Chips gleichzeitig, als auch seriell oder mit einer Kombination aus parallelem und seriellem Transfer erfolgen . Hierzu lassen sich zum einen mehrere Laserstrahlen benutzen, aber es kann auch die Größe des Strahls verändert werden, um beispielsweise mehrere Chips parallel zu transferieren . Der Zielträger kann dabei ein PCB , ein Interconnect Layer oder ähnliches sein, aber auch ein weiteres Trägersubstrat , der wiederum einen Ausgangspunkt für einen erneuten Massentransfer darstellt . Insofern kann ein Massentransfer somit mehrmals durchgeführt werden, wobei ein Zielträger dann erneut einen Quellträger für einen weiteren Transfer bildet . Der Begriff Quellträger beschreibt somit einen Träger , von dem aus Bauelemente transferiert werden, ein Zielträger ist ein Träger , auf den Bauelemente transferiert werden .
Das im folgenden vorgestellte Verfahren beschreibt einige Aspekte zur Vorbereitung und Ausgestaltung für einen Träger und den Transfer von Bauelementen auf einen solchen . In diesem Zusammenhang wären dann die Begriffe „Zielträger" und „Quellträger" synonym zu verwenden, da nach Abschluss des Verfahrens der Zielträger , auf den die Bauelemente transferiert wurden, den Quellträger für den nächsten Transfer bildet .
In Figur 1A ist nun ein Quellträger 30 dargestellt , der als transparenter Glasträger ausgebildet ist . Auf diesem Glasträger ist eine strukturierte Ablöseschicht mit einer Vielzahl von separaten Haftbereichen 32 aufgebracht , auf denen wiederum eine Vielzahl von Bauelementen 1 angeordnet ist . Jedes dieser Bauelemente umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Halbleiterkörper 10 , auf dessen Unterseite zwei Kontaktpads 22 und 23 angeordnet sind . Mit der Oberseite , die gleichzeitig auch die Lichtemissionsfläche darstellt , sind die Bauelemente 1 über die Haftbereiche 32 an dem Zielträger 30 befestigt .
Die strukturierte Ablöseschicht zwischen dem Quellträger 30 und den Bauelementen 1 ist derart ausgestaltet , dass sie eine Vielzahl von voneinander getrennten Haftbereichen 32 aufweist . Der Abstand zwischen den einzelnen Haftbereichen 32 ist dabei derart gewählt , dass dieser im Wesentlichen der lateralen Dimension eines der Vielzahl der Halbleiterbauelemente entspricht . Das Interface zwischen den Halbleiterkörpern 10 bzw . deren Oberseite und den Haftbereichen 32 ist zentriert , sodass die Bauelemente 1 j eweils in ihrem Zentrum über die Haftbereiche mit dem Glasträger 30 verbunden sind .
Zum Ablösen der einzelnen Bauelemente wird nun ein Laserlichtstrahl fokussiert auf die j eweiligen Haftbereiche 32 als Puls eingestrahlt . Die Fokussierung erfolgt so , dass die vom Laserimpuls übertragene Energie möglichst auf den Haftbereich 32 fokussiert wird, sodass das Material des Haftbereichs 32 erwärmt und zumindest teilweise verdampft . Gerade im Fall eines Verdampfens bewirkt die zugeführte Energie einen kurzen Gasstoß durch das verdampfte Material , der das Bauelement wie dargestellt in Figur IC nach unten hin in Richtung auf einen Zielträger 38 beschleunigt . Auf diese Weise können eine Vielzahl von derartigen Bauelementen durch Laserpulse abgelöst und auf einen Zielträger übertragen werden . Auf dem Zielträger sind nun entweder eine weitere Haftschicht , beispielsweise nach den hier vorgestellten Konzepten oder auch Kontaktbereiche 36 und 37 vorgesehen, wie in Figur 1 dargestellt , an denen die Kontaktpads 22 bzw . 23 haften und später mit Ihnen elektrisch und mechanisch verbunden werden .
Als Material für diese Haftbereiche , die in diese Anmeldung beschreiben sind können beispielsweise UV licht absorbierende Klebstoffe verwendet werden . Die Haftbereiche 32 sind beispielsweise aus Polyimiden gefertigt . Es lassen sich aber auch andere Materialklassen verwenden, wie beispielsweise Epoxide oder Acrylate . Diese werden mit Zusatzstoffen modifiziert , die ihrerseits eine hohe Absorption bei den Wellenlängen des eingestrahlten Lichts besitzen . Dazu gehören beispielsweise Benzophenone , Benzotriazone , Oxalanilide oder auch Phenyltriazine . Ebenso wäre es möglich auch Kohlenstoff gezielt einzubringen .
Durch die vorgenommene Strukturierung der Haftschichten ist ein deutlich geringerer Energiebeitrag zum Ablösen der Bauelemente notwendig . Mit einer geeigneten Strukturierung und Auswahl der verschiedenen Formen ist es auf diese Weise möglich, nicht nur die thermische Belastung der Bauelemente während des Transfers verringern, sondern auch den Ablösevorgang insgesamt steuern zu können .
Figur 4 zeigt hierzu verschiedene Ausführungsformen von Haftbereichen einer strukturierten Ablöseschicht . In den Teilfiguren 4A) bis 4G ) ist j eweils ein Bauelement 1 in Draufsicht dargestellt . Die beiden Kontaktelemente 22 und 23 auf der der Haftschicht abgewandten Seite sind illustrativ angedeutet . Der Haftbereich 32 ist im Ausführungsbeispiel der Teilfigur 4A) als kreisrunde Scheibe ausgebildet , die zentriert zum Bauelement positioniert ist . In Teilfigur 4B ) ist der Haftbereich leicht versetzt angeordnet . Diese Versetzung kann zum einen durch Toleranzen bei dem Transfer bedingt sein, in anderen Anwendungsfällen j edoch auch gewünscht sein, um beispielsweise während des Ablösevorgangs einen leichten lateralen Impuls dem Bauelement mitzugeben . Dies wird dadurch erreicht , indem der eingestrahlte Laserpuls den Haftbereich mit dem Material 32 verdampft und das so erzeugte Gas einen spezifischen Impuls auf das Bauelement überträgt , der j edoch im Gegensatz zur Teilfigur 4A) nicht zentriert , sondern leicht versetzt ist .
In Teilfigur 4C ) ist der Haftbereich durch zwei ineinander liegenden konzentrischen Kreise 32 ' ausgebildet . Die beiden konzentrischen Kreise 32 ' bedecken zwar annähernd die gleiche Fläche wie die Haftbereiche 32 in den Teilfiguren 4A) und 4B ) , es ist j edoch ersichtlich, dass sie insgesamt einen größeren Bereich des Halbleiterbauelements abzudecken scheinen . Ein für die Ablösung erforderlicher Laserpuls weist demzufolge ebenfalls eine etwas größere Fläche auf . Die Ausgestaltung mit zwei konzentrischen Kreisen kann j e nach Ausführungsform und verwendetem Material für die Haftbereiche 32 und 32 ' zu einer leicht veränderten Addition, d . h . einer Haftkraft zwischen dem Halbleiterbauelement 1 und dem Haftbereich 32 ' führen . Dadurch ist eventuell ein insgesamt geringerer Energieeintrag während des Ablösevorgangs erforderlich . Darüber hinaus erscheint diese Ausgestaltung zumindest teilweise robuster und weniger anfällig gegenüber einer veränderten Positionierung des Bauelements während des Transfervorgangs zu sein, sodass das Bauelement auch noch bei einer leicht lateralen Verschiebung eine ausreichende Haftkraft verspürt .
In den Teilfiguren 4D ) und 4E ) sind unterschiedliche Ausgestaltungen und Formen für die Haftbereiche 32 ' 'und 32 ' ' ' dargestellt . In Teilfigur 4D ) formt der erste Bereich 32 ' ' ein Rechteck, welches zentriert teilweise über den Kontaktbereichen 22 und 23 ausgebildet ist . In der Teilfigur 4E ) bildet der Haftbereich einen umlaufenden Rahmen, wobei ein zentraler Bereich ausgespart bleibt . Ähnlich wie in der Teilfigur 4C ) verringert sich auf diese Weise die Hafteigenschaft , sodass bei einem geringeren Energieeintrag ein Ablösen erfolgt . Die Teilfigur 4 F) zeigt eine Anordnung , bei der der Haftbereich asymmetrisch ausgebildet ist . Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bildet er ein Trapez , dessen zulaufende Seite in etwa am Rand des Kontaktbereiches 23 endet . Bei einem Ablösen durch einen Laserlichtpuls wird auf diese Weise ähnlich wie in der Teilfigur 4B ) ein lateraler Teilimpuls erzeugt , sodass sich das Bauelement nicht in gerader Linie nach unten, sondern mit einem zusätzlichen lateralen Impuls seitwärts bewegt .
In diesen Beispielen der Figur 4 mit ihren Teilfiguren sind die Haftbereiche mit einem Material ausgeführt , welches für das eingestrahlte Licht besonders absorbierend wirken . Beispielsweise lassen sich hierzu die oben genannten UV Absorber verwenden . Alternative bietet es sich auch an, geringe Mengen and Kohlenstoff in die Haftbereiche zu integrieren, deren schwarze Flächen das Licht stark absorbieren und so die Haftbereiche schnell bis zum Verdampfen erwärmen .
Teilfigur 4G ) bildet wiederum den Haftbereich nicht als einheitliche Fläche , sondern in Form verschiedener kleiner Noppen aus . In diesem Ausführungsbeispiel sind die Noppen 32v zufällig in einer Gruppe angeordnet . Bei der Ausgestaltung mehrerer voneinander unabhängiger Haftbereiche 32v erscheint es in einigen Ausführungsformen zweckmäßig, diese symmetrisch anzuordnen, um ein möglichst gleichmäßiges Ablösen des Bauelementes zu erreichen . Die als Noppen ausgebildeten Haftbereiche 32v werden beispielsweise über eine Nanostrukturierung erzeugt .
Je nach der vorgeschlagenen Ausführung der Haftbereiche erfolgt ein Transfer, indem durch den Laserimpuls die Haftschicht erwärmt bzw . verdampft wird, sodass sich das Bauelement von dem Quellträger ablöst und in Richtung auf den Zielträger fällt . In den Teilfiguren kann es darüber hinaus zweckmäßig sein, die einzelnen Bauelemente mit einem zusätzlichen Coating zu versehen, der für die Wellenlänge des Ablöselichtes besonders reflektierend wirkt . Auf diese Weise wird ein eingestrahlter Laserpuls durch das Bauelement selbst nochmals zurückreflektiert und kann so wiederum in dem Material des Haftbereichs absorbiert werden .
Für die Ausgestaltung der einzelnen Haftbereiche lassen sich verschiedene Herstellungsverfahren und Varianten verwenden . Die Figuren 2A) bis 2C ) zeigen eine Ausgestaltung zur Ausbildung derartiger Haftbereiche zum Transferieren von Bauelementen nach dem vorgeschlagenen Prinzip .
In der Teilfigur 2A) wird ein Glasträger 300 bereitgestellt , der die Bauelemente für den weiteren Transfer auf nehmen soll . An dessen Oberfläche ist eine Vielzahl von Vertiefungen 301 angeordnet . Die Vertiefungen 301 können durch lithografische Prozesse in einem vorgeschalteten Schritt beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass als erstes eine unstrukturierte Fotolackschicht auf die Oberfläche des Glasträgers 300 aufgebracht und anschließend strukturiert wird . Durch die Strukturierung werden Vertiefungen in der Fotolackschicht erzeugt , die Bereiche auf der Oberfläche des Glasträgers 300 frei legen . Ein anschließender Ätzschritt erzeugt die in der Figur 2A) dargestellten Vertiefungen 301 .
In einem darauf folgenden Schritt , dargestellt in Figur 2B wird nun ein Material der Ablöseschicht auf die mit den Vertiefungen 301 versehene Oberfläche aufgebracht . Das Material der Ablöseschicht 321 gelangt auch in die Vertiefungen und füllt diese auf . Anschließend wird das überschüssige Material auf der Oberfläche entfernt , sodass lediglich mit Material gefüllte Haftbereiche 321 übrigbleiben . Die Anordnung der Vertiefungen und der daraus resultierenden mit Material gefüllten Ablösebereiche 321 ist so gewählt , dass deren Abstände der lateralen Dimensionierung der später zu transferierenden Bauelementen entsprechen . In einem darauf folgenden Schritt werden nun eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen von einem Quellträger ( hier nicht dargestellt ) an die Haftbereiche 321 geführt und an diesen mechanisch befestigt . Wie im Ausführungsbeispiel der Figur 2C dargestellt , sind die Bauelemente an den Ablösebereichen zentral angeordnet und j eweils benachbart zu der restlichen Glasoberfläche des Gasträgers 300 .
In einer alternativen Ausführung wird nach dem Einbringen des Materials der Ablöseschicht 321 in die Vertiefungen eine weitere flächige Klebstoff schicht auf dem Glaswafer aufgebracht , welcher auch die Vertiefungen und das Material der Ablöseschicht überdeckt . Durch eine Verdampfung des Materials der Ablöseschicht wird in der Vertiefung eine gut definierte Gasblase erzeugt , die wiederum die Klebeschicht ablöst und durch damit auch das Bauteil . Durch Einstellung der geometrischen Abmessungen der Vertiefung und die Schichtdicke kann die Gasmenge und die Expansion so eingestellt werden, dass das Halbleiterbauelement mit einem definierten Impuls abgelöst wird . Durch die Größe der Release Layer „Portion" kann die Größe und Ausbreitungsgeschwindigkeit der Blase sehr gut kontrolliert werden . Die Figuren 3A) bis 3D ) zeigen eine weitere Ausgestaltungsform des vorgeschlagenen Prinzips zur Ausbildung einer Trägerstruktur für den Transfer von einer Vielzahl von Bauelementen . In Teilfigur 3A) wird ein Glasträger 30 bereitgestellt und auf diesem eine unstrukturierte Abstandsschicht 40 aus einem Kunststoff aufgebracht . Anschließend wird auf diesem eine Fotolackschicht 35 angeordnet und wie im vorangegangenen Ausführungsbeispiel strukturiert , sodass eine Vielzahl voneinander getrennten Vertiefungen ausgebildet wird .
In einem nachfolgenden Ätzprozess werden die freiliegenden Bereiche der Abstandsschicht 40 entfernt , sodass sich eine Vielzahl von Vertiefungen 401 in der Abstandsschicht 40 bildet . Anschließend wird in diese Vertiefungen das Material der Haftschicht verfüllt . Sodann können in einem folgenden Schritt Anteile der Fotolackschicht mechanisch gemeinsam mit dem Material der Haftschicht entfernt werden, sodass lediglich ein dünner Teil der Fotolackschicht übrigbleibt , der anschließend chemisch entfernt wird . Dadurch bilden sich kleine Erhebungen des Materials der Haftschicht 421 aus , die über die Oberfläche der Abstandsschicht 40 hinausragen . Das Ergebnis ist in Teilfigur 3C ) dargestellt . In einem darauf folgenden Schritt kann nunmehr, wie im vorangegangenen Prozess eine Vielzahl derartiger Bauelemente an den einzelnen voneinander getrennten Haftbereichen 421 befestigt und für einen weiteren Transfer vorbereitet werden . Die Abstandsschicht 40 ist dabei so gewählt , dass sie für das später verwendete Laserlicht zum Ablösen der Bauelemente transparent ausgeführt ist . Alternativ kann die Abstandsschicht 40 auch in einem weiteren Prozessschritt entfernt werden, so dass die Halbleiterbauelemente 1 mit ihrer Emissionsfläche frei an den Haftbereichen „kleben" . Dieser Vorgang kann zweckmäßig sein, denn bei einem Verdampfen der Haftbereiche während des Transfers kann das Gas in alle Richtung entweichen, so dass nur ein geringer Impuls dem Bauelement nach unten mitgegeben wird . In dieser Form „fällt" das Bauelement maßgeblich durch die Schwerkraft , während es beispielsweise in der Ausführung der Figur 2A bis 2C einen Impuls während des Verdampfungsvorgangs nach unten erfährt .
In ähnlicher Weise kann auch hier als Alternative eine zusätzliche Klebeschicht über die Vertiefungen und das Material einer Ablöseschicht 421 flächig aufgebracht werden . Bei einem LIFT- Off Prozess wird das Material verdampft und dehnt sich aus wodurch sich die Haftung zwischen der darüber angeordneten Klebeschicht verringert wird und das Bauelement ablöst .
Für den Transfer der einzelnen Bauelemente an die Haftbereiche der Ablöseschicht sind unterschiedliche Verfahren denkbar . In den gezeigten Darstellungen befinden sich die Kontaktbereiche auf der der Emissionsseite gegenüberliegenden Seite der Halbleiterbauelemente . Die j eweilige Emissionsseite wird wiederum an den Haftbereichen der Ablöseschicht befestigt . Zu diesem Zweck können die Bauelemente in einer Weise präpariert werden, wie es in den Ausführungsformen 5A) bis 5E ) die sowie 6A) bis 6G ) dargestellt ist .
Es sei j edoch an dieser Stelle erwähnt , dass die in diesen Ausführungsformen dargestellte Herangehensweise auch als Ausführungsbeispiel für den erfindungsgemäßen Transfer von Bauelementen von einem Quellträger auf einen Zielträger dienen kann . Insofern lassen sich die Bauelemente sowohl von der Emissionsseite an den Haftbereichen befestigen als auch von der Kontaktseite her .
Die Figuren 5A bis 5B zeigen eine erste Ausgestaltungsform einer derartigen Herangehensweise zum Kontaktieren und Prozessieren von Bauelementen nach dem vorgeschlagenen Prinzip . In Teilfigur 5A) sind zwei Halbleiterkörper 1 und 1 ' dargestellt , die j eweils als optoelektronische Bauelemente ausgeführt sind .
Die beiden Bauelemente werden epitaktisch auf einem Wachstumssubstrat 300 gefertigt . Sie umfassen eine erste n-dotierte Schicht 27 sowie einer darauf angeordnete p-dotierte Schicht
26 . Zwischen der n-dotierten Schicht 27 und der p-dotierten Schicht 26 ist eine aktive Zone zur Lichterzeugung ausgebildet . Auf der p-dotierten Schicht 26 ist eine Isolationsschicht 28 aufgebracht , die sich entlang der p-dotierten Schicht und am Rand zwischen den Mesastrukturen bis in die Schicht 27 erstreckt . Auf der Isolationsschicht 28 befindet sich eine Stromverteilungsschicht 29 , die an einen Kontakt 23 angeschlossen ist .
Die Stromverteilungsschicht 29 reicht von dem Kontakt 23 entlang der Seitenfläche der Mesastruktur bis in die Schicht 27 und dient zur Zuführung von Ladungsträgern in die n-dotierte Schicht
27 . Auf der Stromverteilungsschicht 29 ist eine weitere Isolationsschicht 21 angeordnet . Die Isolationsschicht 21 , die Stromverteilungsschicht 29 sowie die Isolationsschicht 28 ist von einem zweiten Kontakt 22 durchbrochen, der isoliert von der Stromverteilungsschicht , die p-dotierte Schicht 26 kontaktiert . Die beiden Kontakte 22 und 23 sind durch ein Metall oder durch ein hochdotiertes Halbleitermaterial gebildet .
Die Bauelemente 1 und 1 ' sind durch eine Mesastruktur voneinander getrennt , die als umlaufender Graben ausgebildet ist und von der Unterseite durch die p-dotierte Schicht 26 bis tief in die n-dotierte Schicht 27 und in einen Teil der durch die n- dotierte Schicht 27 gebildeten Bufferschicht reicht .
Weiterhin ist ein Zielträger 30 ' bereitgestellt , der als Glasträger ausgeführt ist und über den die Bauelemente mit ihrem Wachstumssubstrat 300 positioniert werden . Anschließend wird in den vorhandenen Zwischenraum ein Material einer Ablöseschicht 32 ' eingebracht , welches die vorhandenen Zwischenräume vollständig ausfüllt . Dieser Vorgang ist auch als Umbonden bekannt , da wie dargestellt in Figur 5B ) nun das Wachstumssubstrat 300 entfernt wird, sodass die Oberfläche der n-dotierten Schicht 27 freiliegt . In einem darauf folgenden Schritt , dargestellt in Figur 5C ) wird die Oberfläche der n-dotierten Schicht 27 nun poliert und teilweise entfernt , bis die Mesastruktur , insbesondere die Mesakan- ten frei liegen . Dies kann über ein chemisch-mechanisches Polierverfahren, einen Ätzschritt oder andere geeignete Maßnahmen erfolgen . An den freiliegenden Mesakanten wird dieser Prozess gestoppt , und das Bauelement an der Oberfläche weiter strukturiert . In Figur 5D ) ist dargestellt , wie die Oberfläche der n- dotierten Schicht 27 aufgeraut wird, um eine bessere Aus koppelstruktur 27 ' an der Oberfläche zu bilden . Die Auskoppelstruktur 27 ' bildet die Emissionsseite bzw . die Emissionsfläche der verschiedenen Bauelemente .
In einem darauf folgenden Schritt wird nun ein Teil des Ablösematerials insbesondere zwischen den Mesastrukturen wieder entfernt , sodass das Material der Ablöseschicht 32 ' in getrennte Haftbereiche 32 unterteilt wird . Das Resultat dieses Vorgangs ist in Figur 5E ) dargestellt . Wie zu erkennen, ist das Material der Ablöseschicht in den Bereichen der Mesastruktur vollständig entfernt , sodass die einzelnen Bauelemente nun auch separiert sind und lediglich durch die voneinander separierten und getrennten Haftbereiche 32 am Glasträger 30 ' befestigt sind . Der Glasträger 30 ' dient als Zielträger für einen weiteren Transferprozess , um beispielsweise die Emissionsbereiche 27 ' der einzelnen Halbleiterbauelemente mit einer weiteren strukturierten Haftschicht eines Zielträgers zu verbinden .
Die Figuren 6A) bis 6G ) zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel für das Prozessieren eines Bauelementes und das Transferieren bzw . umbonden auf einen Hilfs- oder Zielträger . In Figur 6A) wird ähnlich wie in Figur 5A) eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen an einem Wachstumssubstrat 300 über einem Hilfsträger 30 ' platziert und ausgerichtet . Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der Figur 5A ist j edoch hier auf der Unterseite der Bauelemente eine zusätzliche strukturierte Opferschicht 39 aufgebracht . Die Opferschicht 39 besteht beispielsweise aus Siliziumdioxid oder einem anderen geeigneten Material . Sie wird während des Wachstumsvorgangs der Halbleiterbauelemente nach der Ausbildung der die Bauelemente trennenden Mesastruktur erst flächig aufgebracht und anschließend strukturiert , um Teilgebiete der Halbleiterbauelemente und insbesondere der Isolationsschicht 21 wieder freizulegen .
Nach einer Positionierung über dem Hilfs- und Zielträger 30 ' wird ein Material einer Ablöseschicht 32 ' in die Hohlräume eingebracht , welche diese vollständig ausfüllt . Wie in Figur 6B ) gezeigt , liegt das Material somit sowohl auf der Opferschicht 39 als auch auf der Isolationsschicht 21 an .
In einem darauf folgenden Schritt , dargestellt in Figur 6C , wird wiederum ein Teil der Bufferschicht und der n-dotierten Schicht 27 entfernt , bis die Mesastruktur freigelegt ist . Die Oberfläche der n-dotierten Schicht 27 wird erneut strukturiert , um eine Auskoppelstruktur 27 ' an der Oberfläche zu erzeugen . Die Aufrauhung erfolgt wie im vorangegangenen Ausführungsbeispiel dergestalt , dass Bereiche der Opferschicht innerhalb der Mesastruktur sowie der Stromverteilungsschicht oder auch der Isolationsschichten in einigen Teilbereichen freigelegt werden .
Anschließend wird wie dargestellt in Figur 6F) die Opferschicht 39 durch einen zusätzlichen Ätzprozess entfernt . Der Ätzprozess erzeugt im Ergebnis einige Auflageflächen aus dem Material der Haftschicht an der Isolationsschicht 21 . An diesen Auflagen sind die Bauelemente mit der Haftschicht 32 verbunden . In dem Ausführungsbeispiel ist zwar die Haftschicht aus einem UV absorbierenden Polyimide durchgehend, j edoch sind zusätzliche Haftbereiche 32 vorgesehen, die voneinander zumindest dergestalt getrennt sind, als dass die Bauelemente freie voneinander und lediglich auf diesen separierten Haftbereichen 32 der Haftschicht liegen . Für weitere Transferprozesse können nun die Bauelemente durch ein Stempelkissen oder eine andere Variante abgenommen und auf ein Zielsubstrat oder einen Zielträger transferiert werden . Alternativ ist es auch möglich, über einen LIFT-OFF Prozess , d . h . durch Einstrahlen eines Laserpulses die Bereiche 32 der Haftschicht zu verdampfen, umso ein Ablösen der Bauelemente zu erreichen .
Die hier gezeigten verschiedenen Strukturen und Ausführungsbeispiele erlauben es , eine bessere Kontrolle während des Transferprozesses und insbesondere während des Ablösevorgangs durch einen Laserlichtpuls zu erreichen . Dabei wird die Haftschicht strukturiert , sodass lediglich Teilbereiche der Oberfläche der zu transferierenden Halbleiterbauelemente mit der Haftschicht in Verbindung stehen . Auf diese Weise wird die Energie zum Ablösen der Haftschicht zum einen reduziert , zum anderen lässt sich die Haftkraft zwischen dem Bauelement und dem Glasträger durch die Größe der verwendeten Fläche der Haftschicht genauer einstellen . Insgesamt wird die Haftkraft so auf ein Minimum reduziert , sodass ein Ablösen durch einen Laserlichtpuls oder auch durch mechanische Verfahren in einer kontrollierten Weise erfolgen kann . Die Strukturierung der einzelnen Haftbereiche der Ablöseschicht kann dabei an die gewünschten Bedürfnisse angepasst werden . Insbesondere lässt sich dieses Verfahren auch mit weiteren Maßnahmen kombinieren, um beispielsweise ein kontrolliertes Ablegen auf eine mit Zielsubstrat oder auch auf Kontaktbereichen eines Zielsubstrats zu gewährleisten .
BEZUGSZEICHENLISTE optoelektronisches Bauelement
Haiblei ter körper
Iso lat ions schicht , 23 Kontakte p-dotierte Schicht n-dotierte Schicht
Iso lat ions schicht
Stromvert ei lungs schicht
Träger, Glasträger strukturierte Ablöseschicht , Haftbereich strukturierte Fotoschicht , 37 Kontaktbereiche
Zielträger
Opfer schicht
Abstandsschicht 0 Glasträger 1 Vertiefung 1 strukturierte Ablöseschicht , Haftbereich1 Vertiefung 1 strukturierte Ablöseschicht , Haftbereich

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Transferieren einer Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen, die zwei gegenüberliegende Hauptseiten und Kontaktbereiche (22, 23) auf zumindest einer der zwei Hauptseiten umfasst, das Verfahren aufweisend:
- Bereitstellen eines Trägers (30, 30', 300) , insbesondere eines Glasträgers;
- Erzeugen eine strukturierten Ablöseschicht auf dem Träger (30, 30', 300) , wobei die strukturierte Ablöseschicht eine Vielzahl von räumlich getrennten Haftbereichen (32) umfasst, und der Abstand zwischen zwei der eine Vielzahl von räumlich getrennten Haftbereichen (32, 321) zumindest einer lateralen Dimension eines der Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen entspricht; wobei die Haftbereiche ein Material aufweisen, welches für Licht im blauen und ultravioletten Bereich stark absorbierend ist;
Transferieren der Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen auf die Vielzahl von räumlich getrennten Haftbereichen (32, 321) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Träger (300) eine Vielzahl von Vertiefungen (301, 401) aufweist und die strukturierte Ablöseschicht (321) erzeugt wird, indem Material der Ablöseschicht in die Vertiefungen (301) eingebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Material der Ablöseschicht (321) bündig mit einer Oberkante der Vertiefung abschließt; oder bei dem das Material der Ablöseschicht (321, 421) über eine Oberkante der Vertiefung (301, 401) oder eine Oberfläche des Trägers hinausragt.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem der Schritt des Bereitstellens eines Trägers (30, 30', 300) umfasst: Bereitstellen eines unstrukturierten im Wesentlichen transparenten Trägers (300) mit einer Oberfläche;
- Aufbringen einer strukturierten Fotoschicht auf die Oberfläche, die eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, welche Bereiche der Oberfläche freilegen;
- Ausbilden von Vertiefungen (301) in den freigelegten Bereichen, insbesondere durch einen chemischen Ätzprozess. erfahren nach Anspruch 1, bei dem Erzeugen eine strukturierten Ablöseschicht nach dem Schritt des Transferierens durchgeführt wird, in dem Material der Ablöseschicht zwischen zwei benachbarten der Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen entfernt und so die räumlich getrennten Haftbereiche (321) gebildet werden. erfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Schritt des Erzeugens eine strukturierten Ablöseschicht (321) umfasst:
- Aufbringen eines Materials der Ablöseschicht auf den Träger (30, 30 ' ) ;
Erzeugen einer Vielzahl von getrennten Haftbereichen (321) in dem Material der Ablöseschicht. erfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der
Schritt des Erzeugens eine strukturierten Ablöseschicht (421) umfasst:
- Aufbringen einer Abstandsschicht (40) auf den Glasträger (30) ;
- Aufbringen einer strukturierten Fotoschicht (35) auf die Abstandsschicht (40) , wobei die Fotoschicht eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, welche Bereiche der Abstandsschicht (40) freilegen;
- Ausbilden von Vertiefungen (401) in den freigelegten Bereichen der Abstandsschicht, insbesondere durch einen Ätz- prozess ; - Auffüllen der Vertiefungen (401) mit einem Material der Ablöseschicht . erfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Schritt des Erzeugens eine strukturierten Ablöseschicht ein Aufbringen des Materials der Ablöseschicht oder ein Aufbringen des Materials der Abstandsschicht mittels einer Schleuderbeschichtung erfolgt. erfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Schritt des Transferierens der Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen auf die Haftbereiche derart erfolgt, dass zumindest einer der Kontaktbereiche (22, 23) eines jeden der Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen auf einer der mit dem Haftbereich (32) verbundenen Hauptseite gegenüberliegenden Hauptseite liegt. erfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Fläche jeweils eines der Vielzahl von Haftbereichen (32) kleiner ist, insbesondere um den Faktor 5 bis 10 kleiner ist als eine Fläche der mit der Haftfläche verbundenen Hauptseite der Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen . erfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Fläche der Vielzahl von Haftbereichen (32, 32', 32' ', 32 ' ' ') kreisförmig, insbesondere in Form eines Ringes oder einer Kreisscheibe ausgebildet ist; oder bei dem die Fläche der Vielzahl von Haftbereichen (32, 32', 32' ', 32 ' ' ') rechtecksförmig, insbesondere in Form einer Fläche oder eines Rahmens ausgebildet ist. erfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Haftbereiche der Vielzahl von Haftbereichen durch wenigstens drei Noppen (32v) gebildet sind, deren jeweilige Fläche insbesondere um den Faktor 7 bis 15 kleiner ist als eine Fläche der mit der Haftfläche verbundenen Hauptseite der Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen . erfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , bei dem der Schritt des Transferierens der Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen auf die Haftbereiche umfasst :
- Bereitstellen der Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen auf einem Trägersubstrat , wobei zwischen dem Übertragungssubstrat und der Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen eine strukturierte Haftschicht angeordnet ist . erfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , bei dem die Haftbereiche wenigstens eines der folgenden Materialien umfasst :
- Polyimide ;
- Epoxide oder Acrylate , wobei diese mit einem Material umfassend eines aus Benzophenone , Benzotriazone , Oxalani- lide und Phenyltriazine versetzt sind .
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