形成具有自對準金屬化堆棧的微型led器件的方法

2023-04-23 01:30:21

形成具有自對準金屬化堆棧的微型led器件的方法
【專利摘要】本發明描述了一種製造微型器件和微型器件陣列並向接收襯底轉移的方法。在一個實施例中，利用圖案化犧牲層形成自對準金屬化堆棧並在蝕刻p-n二極體層期間將圖案化犧牲層用作蝕刻停止層以形成多個微型p-n二極體。
【專利說明】形成具有自對準金屬化堆棧的微型LED器件的方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及微型器件。更具體地，本發明的實施例涉及形成諸如發光二極體（LED) 的微型器件陣列並轉移到不同襯底的方法。

【背景技術】
[0002] 預計基於氮化鎵（GaN)的發光二極體（LED)會用於將來的高效率照明應用中，替 代白熾光和螢光照明燈。當前基於GaN的LED器件是通過異質襯底材料上的異質外延生長 技術製備的。典型的晶圓級LED器件結構可以包括在藍寶石生長襯底上形成的下部η摻雜 GaN層、單量子阱（SQW)或多量子阱（MWQ)以及上部ρ摻雜GaN層。
[0003] 在一種具體實施中，通過蝕刻透過上部ρ摻雜GaN層、量子阱層，並蝕刻到η摻雜 GaN層中，將晶圓級LED器件結構圖案化為藍寶石生長襯底上的臺面陣列。上部ρ電極形成 於臺面陣列的頂部P摻雜GaN表面上，η電極形成於與臺面陣列接觸的η摻雜GaN層的一 部分上。在最終產品中，臺面LED器件保持在藍寶石生長襯底上。
[0004] 在另一種具體實施中，將晶圓級LED器件結構從生長襯底轉移到受體襯底，諸如 矽，這樣做的優點是比GaN/藍寶石複合結構更容易切割形成個體晶片。在這種具體實施 中，利用永久性鍵合層將晶圓級LED器件結構永久性地鍵合到受體（矽）襯底。例如，可以 利用永久性鍵合層將臺面陣列的P摻雜GaN表面上形成的ρ電極鍵合到受體（矽）襯底。 接著去除藍寶石生長襯底以暴露倒轉的晶圓級LED器件結構，然後將其減薄以暴露臺面陣 列。然後與暴露的η摻雜GaN形成η接觸，在與ρ電極電接觸的矽表面上形成ρ接觸。在 最終產品中，臺面LED器件保持在受體襯底上。也可以將GaN/矽複合物切割以形成單個芯 片。


【發明內容】

[0005] 本發明描述了一種微型發光二極體（LED)和一種形成微型LED陣列以轉移到接收 襯底的方法。例如，接收襯底可為但不限於顯示襯底、照明襯底、具有諸如電晶體或集成電 路（IC)的功能器件的襯底、或者具有金屬配電線路的襯底。在一個實施例中，微型LED器 件包括微型p-n二極體和微型p-n二極體底表面下方的金屬化堆棧，其中金屬化堆棧包括 微型p-n二極體底表面上的電極層和覆蓋電極層底表面和側壁的阻隔層。微型p-n二極體 的底表面可以比金屬化堆棧寬。保形電介質阻隔層可以跨越微型P-n二極體的側壁並部分 跨越微型P-n二極體的底表面。金屬化堆棧可以介於微型p-n二極體和襯底上形成的鍵合 層之間。在一個實施例中，鍵合7層具有約350°C或更低，更具體地，約200°C或更低的液相 線溫度。在實施例中，鍵合層為合金鍵合層。
[0006] 在一個實施例中，一種形成微型LED陣列的方法包括在形成於p-n二極體層上的 圖案化犧牲層中對應的多個開口內，形成多個橫向分離的自對準金屬化堆棧。利用鍵合層 將包括多個分離的自對準金屬化堆棧、圖案化犧牲層和P-n二極體層的第一襯底堆棧鍵合 到第二襯底。蝕刻透過P-n二極體層以在多個分離的金屬化堆棧上方形成多個微型p-n二 極管，並暴露多個分離的金屬化堆棧橫向之間的圖案化犧牲層。然後去除圖案化犧牲層。
[0007] 在一個實施例中，在形成於p-n二極體層上的圖案化犧牲層中對應的多個開口 內，形成多個橫向分離的自對準金屬化堆棧包括在p-n二極體層上方沉積犧牲層，以及在 犧牲層上方形成圖案化掩模層，其中圖案化掩模層包括暴露犧牲層的多個開口。然後相對 於掩模層選擇性地蝕刻犧牲層，以去除多個開口之內的暴露犧牲層並去除圖案化掩模層下 方的一部分犧牲層。然後在圖案化掩模層和P-n二極體層上方沉積金屬化堆棧層。然後可 以利用剝離技術剝離圖案化掩模層，在P-n二極體層上方留下多個金屬化堆棧和圖案化犧 牲層。
[0008] 在一個實施例中，利用具有液相線溫度約為350°C或更低，或更具體地約為200°C 或更低的鍵合層將第一襯底堆鍵合到第二襯底。例如，鍵合層可以包括銦（In)。在一個實 施例中，將第一襯底堆棧上的第一鍵合層與第二襯底上的鍵合層鍵合。例如，鍵合可以包括 第一和第二鍵合層由不同材料形成的合金鍵合，或第一和第二鍵合層由相同材料形成的熔 融鍵合。
[0009] 在一個實施例中，多個自對準金屬化堆棧包括電極層和阻隔層。阻隔層可以覆蓋 電極層的升高表面和側壁，其也可以是反射性的。例如，電極層可以包括選自銀和鎳組的材 料，其對於可見光譜是反射性的。在一個實施例中，可以通過以比電極層更高的功率和/或 更低的壓力來沉積阻隔層來形成阻隔層以覆蓋電極層的升高表面和側壁。例如，在利用蒸 發或濺射技術沉積時，更高的功率和/或更低的壓力允許進一步遷移圖案化掩模層下方的 沉積材料並使得沉積的阻隔層能夠覆蓋電極層的側壁。
[0010] 在一個實施例中，圖案化犧牲層比多個橫向分離的自對準金屬化堆棧厚。例如，圖 案化犧牲層可以是多個橫向自對準金屬化堆棧的約兩倍厚度。圖案化犧牲層也可以由非金 屬材料，諸如二氧化矽（SiO2)形成。非金屬材料可以具有與P-n二極體層不同的蝕刻特性。 在一個實施例中，對P-n二極體層進行等離子體蝕刻以形成多個微型p-n二極體，且犧牲層 充當蝕刻停止層。去除犧牲層可能導致暴露微型P-n二極體底表面的一部分。在一個實施 例中，然後在多個微型P-n二極體的每個的側表面和底表面一部分上沉積保形電介質阻隔 層。
[0011] 在一個實施例中，一種將一個或多個微型LED轉移到接收襯底的方法包括在具有 設置於其上的微型LED器件陣列的承載襯底上方定位轉移頭。每個微型LED器件包括微型 P-n二極體、微型P-n二極體和承載襯底上的鍵合層之間的反射金屬化堆棧。執行操作以在 用於微型LED器件的至少一個的鍵合層中產生相變。例如，該操作可以包括將鍵合層加熱 到鍵合層液相線溫度以上，液相線溫度為350°C或更低，或更具體地，200°C或更低。鍵合層 也可以是合金鍵合層，諸如Ag-In合金鍵合層，或烙融鍵合層，諸如In-In鍵合層。
[0012] 利用轉移頭拾取微型p-n二極體和反射金屬化堆棧。在一些實施例中，還拾取鍵 合層的大部分，諸如約一半厚度。在一些實施例中，還拾取跨越微型P-n二極體側壁以及底 表面一部分的保形電介質阻隔層。然後將已經利用轉移頭拾取的微型LED器件放置到接收 襯底上。轉移頭可以根據多種原理工作，包括轉移頭根據靜電原理在微型LED器件上施加 拾取壓力。也可以從多種源向鍵合層施加熱量以產生相變，包括局部熱傳遞、通過承載襯底 熱傳遞和通過轉移頭熱傳遞，以及它們的組合。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖IA是根據本發明的一個實施例形成於本體LED襯底上的犧牲層的橫截面側視 圖圖示。
[0014] 圖IB是根據本發明的一個實施例的圖案化掩模層的橫截面側視圖圖示。
[0015] 圖IC是根據本發明的一個實施例的圖案化犧牲層的橫截面側視圖圖示。
[0016] 圖ID是根據本發明的一個實施例的沉積金屬化堆棧層的橫截面側視圖圖示。
[0017] 圖IE包括根據本發明的一個實施例橫向介於多個分離的金屬化堆棧之間的圖案 化犧牲層的頂視圖和橫截面側視圖圖示。
[0018] 圖IF是根據本發明的一個實施例在橫向圖案化犧牲層和多個分離的金屬化堆棧 上方形成的鍵合層的橫截面側視圖圖示。
[0019] 圖2A-圖2E是根據本發明的一個實施例具有鍵合層的承載襯底的橫截面側視圖 圖示。
[0020] 圖3A-圖3B是據本發明的一個實施例將生長襯底和承載襯底鍵合在一起的橫截 面側視圖圖示。
[0021] 圖4是根據本發明的一個實施例用於鍵合在一起之前的生長襯底和承載襯底的 各種可能結構的橫截面側視圖圖示。
[0022] 圖5是根據本發明的一個實施例將生長襯底和承載襯底鍵合在一起之後的各種 可能結構的橫截面側視圖圖示。
[0023] 圖6是根據本發明的一個實施例從鍵合結構去除的生長襯底的橫截面側視圖圖 /Jn 〇
[0024] 圖7是根據本發明的一個實施例的減薄p-n二極體層的橫截面側視圖圖示。
[0025] 圖8-圖8'是根據本發明的一個實施例蝕刻p-n二極體層以形成微型p-n二極體 的橫截面側視圖圖示。
[0026] 圖8"是根據本發明的一個實施例蝕刻圖案化犧牲層的橫截面側視圖圖示。
[0027] 圖9-圖9'是根據本發明的一個實施例在微型LED陣列中形成接觸開口的橫截面 側視圖圖示。
[0028] 圖10-圖10 "是根據本發明的一個實施例在微型LED陣列中形成接觸開口的橫截 面側視圖圖示。
[0029] 圖IlA-圖IlB是根據本發明的一個實施例的承載襯底上微型LED器件陣列的橫 截面側視圖圖示。
[0030] 圖12A-圖12B包括根據本發明的一個實施例的載體晶片和包括微型p-n二極體 的微型LED器件陣列的頂視圖和橫截面側視圖圖示。
[0031] 圖13是示出根據本發明的一個實施例拾取微型LED器件並將其從承載襯底轉移 到接收襯底的方法的流程圖。
[0032] 圖14是根據本發明的一個實施例轉移頭從承載襯底拾取微型LED器件的橫截面 側視圖圖示。
[0033] 圖15是根據本發明的一個實施例具有微型LED器件的接收襯底的橫截面側視圖 圖示。
[0034] 圖16是根據本發明的一個實施例雙極性微型器件轉移頭的橫截面側視圖圖示。
[0035] 圖17是示出根據本發明的一個實施例拾取微型LED器件並將其從承載襯底轉移 到接收襯底的方法的流程圖。
[0036] 圖18是示出根據本發明的一個實施例拾取微型LED器件陣列並將其從承載襯底 轉移到接收襯底的方法的流程圖。
[0037] 圖19是根據本發明的一個實施例與微型LED器件陣列接觸的微型器件轉移頭陣 列的橫截面側視圖圖示。
[0038] 圖20是根據本發明的一個實施例與微型LED器件陣列接觸的微型器件轉移頭陣 列的橫截面側視圖圖示。
[0039] 圖21A是根據本發明的一個實施例微型器件轉移頭陣列拾取微型LED器件陣列的 橫截面側視圖圖示。
[0040] 圖21B是根據本發明的一個實施例微型器件轉移頭陣列拾取微型LED器件陣列一 部分的橫截面側視圖圖示。
[0041] 圖22是根據本發明的一個實施例具有定位於接收襯底上方的微型LED器件陣列 的微型器件轉移頭陣列的橫截面側視圖圖示。
[0042] 圖23A是根據本發明的一個實施例向接收襯底上選擇性地釋放的微型LED器件的 橫截面側視圖圖示。
[0043] 圖23B是根據本發明的一個實施例向接收襯底上釋放的微型LED器件陣列的橫截 面側視圖圖示。

【具體實施方式】
[0044] 本發明的實施例描述了一種微型器件和一種形成諸如微型發光二極體（LED)的 微型器件陣列以轉移到接收襯底的方法。例如，接收襯底可為但不限於顯示襯底、照明襯 底、具有諸如電晶體或集成電路（IC)的功能器件的襯底、或者具有金屬配電線路的襯底。 儘管特別針對包括P-η二極體的微型LED描述了本發明的實施例，應當理解，本發明的實施 例不受此限制，某些實施例也可以適用於其他微型半導體器件，這種微型半導體器件被設 計成以受控方式執行預定電子功能（例如，二極體、電晶體、集成電路）或光子功能（LED、激 光器）。
[0045] 在各種實施例中，參照附圖進行描述。然而，某些實施例可在不存在這些具體細節 中的一個或多個或者與其他已知方法和構型相結合的情況下實施。在以下的描述中，示出 諸如特定構型、尺寸和工藝等許多具體細節以提供對本發明的透徹理解。在其他情況下，未 對眾所周知的半導體工藝和製造技術進行特別詳細地描述，以免不必要地模糊本發明。整 個本說明書中所提到的"一個實施例"、"實施例"等是指結合實施例所描述的特定特徵、結 構、構型或特性包括在本發明的至少一個實施例中。因此，整個本說明書中多處出現短語 "在一個實施例中"或類似說法不一定是指本發明的相同實施例。此外，特定特徵、結構、構 型或特性可以任何適當的方式結合在一個或多個實施例中。
[0046] 本文所使用的術語"跨越"、"在...上方"、"到"、"在...之間"和"在...上"可 指一層相對於其他層的相對位置。一層"跨越"另一層、在另一層"上方"或"上"或者鍵合 "到"另一層可為直接與其他層接觸或可具有一個或多個居間層。一層在多層"之間"可為 直接與該多層接觸或可具有一個或多個居間層。
[0047] 本文所使用的術語"微型"器件、"微型"p-n二極體或"微型"LED器件可以指根據 本發明的實施例的特定器件或結構的描述性尺寸。如本文所用，術語"微型"器件或結構是 指1到ΙΟΟμπι的尺度。然而，應當理解，本發明的實施例未必受此限制，實施例的特定方面 可以適用於更大和可能更小的尺度。
[0048] 在一個方面，本發明的實施例描述了一種將本體LED襯底處理成微型LED器件陣 列的方法，該陣列已準備好被拾取並轉移到接收襯底。這樣，可以將微型LED器件集成和裝 配到異質集成系統中。微型LED器件可以逐個、分組或作為整個陣列被拾取和轉移。因此， 微型LED器件陣列中的微型LED器件準備好以高轉移速率被拾取並轉移到接收襯底，諸如 從微型顯示器到大面積顯示器範圍的任意尺寸的顯示襯底。在一些實施例中，準備好拾取 的微型LED器件陣列被描述成具有10 μ mX 10 μ m的節距，或5 μ mX 5 μ m的節距。在這些 密度下，例如，6英寸的襯底可以10 μ mX 10 μ m的節距容納約1. 65億個微型LED器件，或 以5μπιΧ5μπι的節距容納約6. 60億個微型LED器件。因此，可以製備具有特定功能的高 密度預製微型器件，其中它們已準備好被拾取並轉移到接收襯底。本文描述的技術不限於 微型LED器件，也可以用於其他微型器件的製造中。
[0049] 在另一方面，本發明的實施例描述了一種形成微型LED陣列的方式，該陣列包括 多個具有自對準金屬化堆棧的獨立微型P-n二極體。在一個實施例中，可以通過如下方式 完成自對準：在犧牲層上方形成具有多個開口的圖案化掩模層、去除圖案化掩模層中開口 之內的暴露的犧牲層，以及去除與多個開口橫向相鄰的圖案化掩模層下方的犧牲層一部 分，從而對圖案化掩模層進行底切。接著可以利用諸如蒸發和濺射的適當技術沉積金屬化 堆棧層。然後可以利用例如剝離技術，去除圖案化掩模層以及圖案化掩模層上金屬化堆棧 層的任何部分，留下多個自對準的金屬化堆棧。這樣，金屬化堆棧層在橫向分離的金屬化堆 棧位置和圖案化掩模層上形成金屬化堆棧層的區域之間可以是不連續的。這種不連續性可 以保護橫向分離的金屬化堆棧在剝離操作期間不會剝落。在一個實施例中，不連續性可能 是形成比金屬化堆棧層厚的圖案化犧牲層的結果。
[0050] 在另一方面，本發明的實施例描述了一種形成微型LED陣列的方式，其中多個自 對準金屬化堆棧包括在電極層的升高表面和側壁上方形成的阻隔層。在以下描述中將變得 更顯而易見的是，當在生長襯底上方形成時升高表面可以是電極層的暴露頂表面，或當並 入微型LED器件中時可以是電極層的底表面。在一個實施例中，可以利用諸如蒸發或濺射 的適當技術形成電極層和阻隔層。在沉積電極層之後，可比電極層更高的功率和/或更低 的壓力來沉積阻隔層，使得在被底切的圖案化掩模層下方沉積阻隔層。因此，通過增大腔室 中的功率或降低腔室中的壓力，沉積的阻隔層可以比沉積的電極層寬，這使阻隔層能夠覆 蓋電極層的側壁。在一些實施例中，電極層包括容易氧化的材料，諸如銀（Ag)層，可以將其 併入電極層中以作為反光鏡層。根據本發明的一個實施例，阻隔層可以保護反光鏡層不被 氧化，氧化可能會改變反光鏡層的顏色，並影響反光鏡層的反光特性。
[0051] 在另一方面，本發明的實施例描述了一種形成微型LED陣列的方式，可以利用圖 案化犧牲層將鍵合層橫向分隔成對應於多個橫向分離的微型p-n二極體的多個橫向分離 的位置。在一個實施例中，利用鍵合層將包括多個自對準金屬化堆棧、圖案化犧牲層和P-n 二極體層的第一襯底堆棧鍵合到第二襯底。鍵合層可以是連續鍵合層。根據本發明的一個 實施例，當加熱和加壓下鍵合時，可以將圖案化犧牲層壓入鍵合層中，使得鍵合層流入貯藏 器中，或者包括多個金屬化堆棧的圖案化犧牲層之內的多個開口中。在一個實施例中，圖案 化犧牲層被完全壓透通過鍵合層以與下方的第二襯底接觸，從而將鍵合層橫向分隔成多個 橫向分離的位置。
[0052] 在另一方面，本發明的實施例描述了一種形成微型LED器件和微型LED器件陣列 的方式，其中圖案化犧牲層在蝕刻P-η二極體層以形成多個微型p-n二極體期間充當蝕刻 停止層。因此，圖案化犧牲層能夠用於保護微型p-n二極體的側壁和位於微型p-n二極體 之內的量子阱層不受到可能劣化微型LED器件功能性的導電汙染。在一個實施例中，圖案 化犧牲層在將生長襯底鍵合到承載襯底期間充當沿P-n二極體層芯吸鍵合層的物理屏障。 在一個實施例中，在蝕刻P-n二極體層以形成多個微型p-n二極體期間，電絕緣層充當諸如 導電鍵合層的下方導電層再分布或再濺射的物理屏障。
[0053] 在另一方面，本發明的實施例描述了一種形成微型LED器件和微型LED器件陣列 的方式，其中去除圖案化犧牲層以部分地暴露微型P-n二極體的底表面，這能夠形成跨越 微型p-n二極體兩個側表面以及部分地跨越微型p-n二極體的底表面的保形電介質阻隔 層。可以在使微型LED器件與轉移頭接觸和/或在拾取操作期間在鍵合層中產生相變之後， 在自然斷點處劈開保形電介質阻隔層。這樣，包裹於微型P-n二極體下方的保形電介質阻 隔層的部分保護微型P-n二極體側壁上的保形電介質阻隔層，以免在轉移頭的拾取操作期 間被破碎或破壞。
[0054] 根據各個方面，本發明的實施例描述了一種形成微型LED器件和微型LED器件陣 列的方式，其中可以利用圖案化犧牲層形成自對準金屬化堆棧，其可以包括覆蓋電極層的 阻隔層。也可以利用圖案化犧牲層保護微型LED器件的側壁不受導電汙染，諸如在蝕刻p-n 二極體層期間。也可以利用圖案化犧牲層形成鍵合層的多個橫向分離的位置。此外，可以 利用圖案化犧牲層暴露微型P-n二極體的底表面，以形成保形電介質阻隔層。在以下描述 中將變得更顯而易見的是，儘管可以在單個實施例中組合上述每個方面，但本發明的實施 例不受此限制，根據本發明的實施例可以組合或不組合任何方面或各方面的組合。
[0055] 現在參考圖1A，可以在襯底101上形成半導體器件層110。在一個實施例中，半導 體器件層110可以包括一個或多個層並被設計成以受控方式執行預定電子功能（例如二極 管、電晶體、集成電路）或光子功能（LED、雷射器）。應當理解，儘管半導體器件層110可設 計為以受控方式執行預定功能，但半導體器件層110可能未充分功能化。例如，可能尚未形 成諸如陽極或陰極的接觸器。為了簡明且不使本發明的實施例模糊，參照半導體器件層110 進行以下描述，該半導體器件層是根據常規異質生長條件在生長襯底101上生長的P-n二 極管層110。
[0056] p-n二極體層110可以包括具有對應於光譜中特定區域的帶隙的化合物半導體。 例如，p-n二極體層110可以包括基於II-VI族材料（例如ZnSe)或包括III-V族氮化物材 料（例如GaN、AlN、InN、InGaN及它們的合金）和III-V族磷化物材料（例如GaP、AlGaInP 及它們的合金）的III-V族材料的一個或多個層。生長襯底101可以包括任何適當襯底， 諸如但不限於矽、SiC、GaAs、GaN和藍寶石（Al 2O3)。
[0057] 在具體實施例中，生長襯底101為藍寶石，並且p-n二極體層110由GaN形成。盡 管藍寶石相對於GaN具有更大的晶格常數和熱膨脹係數失配，但藍寶石成本相當低，可以 廣泛獲得，且其透明性與基於準分子雷射器的剝離（LLO)技術兼容。在另一個實施例中，可 以將諸如SiC的另一種材料用作針對GaN p-n二極體層110的生長襯底101。像藍寶石那 樣，SiC襯底可以是透明的。可以利用若干生長技術來生長p-n二極體層110,諸如金屬有 機物化學氣相沉積（MOCVD)。例如，可以通過向反應室中同時引入三甲基鎵（TMGa)和氨氣 (NH 3)前體，將藍寶石生長襯底101加熱到諸如800°C到1，000°C的升高溫度來生長GaN。在 圖IA中所示的具體實施例中，p-n二極體層110可以包括本體GaN層112、n摻雜層114、量 子講116和p摻雜層118。由於娃或氧汙染，或有意摻雜諸如娃的供體，本體GaN層112可 以被η摻雜。可以同樣利用諸如矽的供體摻雜η摻雜的GaN層114,而可以利用諸如鎂的受 體摻雜P摻雜層118。可以利用多種另選p-n二極體構型來形成p-n二極體層110。同樣 地，可以利用多種單量子阱（SQW)或多量子阱（MQW)構型形成量子阱116。此外，可以酌情 包括各種緩衝層。在一個實施例中，藍寶石生長襯底101具有約200 μ m的厚度，本體GaN層 112具有約0. 5 μ m-5 μ m的厚度，η摻雜層114具有約0. 1 μ m-3 μ m的厚度，量子阱層116 具有小於約〇. 3 μ m的厚度，並且p摻雜層118具有約0. 1 μ m-Ι μ m的厚度。
[0058] 然後可以在p-n二極體層110上方形成犧牲層170。在一個實施例中，犧牲層170 由具有與P-n二極體層110不同的蝕刻特性的非金屬材料形成。例如，犧牲層170可以是電 介質材料，諸如但不限於二氧化矽（SiO 2)、氮化矽（SiNx)、磷矽玻璃（PSG)和聚醯亞胺。在 一個實施例中，犧牲層170具有約0.2μπι-4 μπι的厚度。在一個實施例中，犧牲層170由厚 度約為〇. 5 μ m的SiO2形成。
[0059] 現在參考圖1B，在犧牲層170上方形成圖案化掩模層180。例如，圖案化掩模層 180可以是光致抗蝕劑，但可以使用其他材料，其中可以相對於圖案化掩模層180選擇性地 蝕刻犧牲層170。此外，圖IB中示為虛線的是將最終形成p-n二極體150的輪廓。如圖所 示，圖案化掩模層180中的開口 181比最終將成為p-n二極體150的底表面151的部分具 有更小寬度（例如，參見圖IlA-圖11B)。
[0060] 現在參考圖1C，相對於圖案化掩模層選擇性地蝕刻犧牲層170,以去除多個開口 181之內的暴露的犧牲層170並去除圖案化掩模層180下方犧牲層與多個開口 181相鄰的 部分，從而對圖案化掩模層180進行底切。在一個實施例中，利用適當的液體蝕刻溶液執行 選擇性蝕刻。例如，在犧牲層170由SiO 2形成且圖案化掩模層180由光致抗蝕劑形成時， 可以利用緩衝的氫氟酸（BHF)進行蝕刻。在所示的具體實施例中，溼法蝕刻還可以產生漸 縮側壁171。在所示的具體實施例中，犧牲層170可以將圖案化掩模層底切與犧牲層厚度 (t)大致相同的距離（d)。如圖所示，圖案化犧牲層中的開口可具有比最終將成為p-n二極 管150的底表面151的地方更小的寬度。
[0061] 然後可以沉積金屬化堆棧層123。如圖ID中所示，金屬化堆棧層123可以包括電 極層122和任選地阻隔層124,但是可以包括其他層。電極層122和阻隔層124還可以包括 多個層。在一個實施例中，反射性金屬化堆棧層具有約〇. 1 μ m-2 μ m的厚度。在一個實施例 中，反射性金屬化堆棧層具有約0.25 μ m的厚度。電極層122可以與p摻雜GaN層118形 成歐姆接觸並可以由高逸出功金屬，諸如Ni、Au、Ag、Pd和Pt形成。在一個實施例中，電極 層122對於光發射可以是反射性的並可以充當將光朝p-n二極體層110反射回的鏡子。例 如，可以在電極層122中包括Ag或Ni層，以實現其反射特性。諸如Ag的電極層也可能易 受氧化的影響。可以任選地出於各種原因在反射金屬化堆棧層123中包括阻隔層124,所述 原因包括保護下方的電極層122不被氧化，以及防止雜質擴散到電極層122或p-n二極體 110中。例如，阻隔層124可以包括但不限於PcU Pt、Ni、Ta、Ti和TiW。在某些實施例中， 阻隔層124可以防止組分從鍵合層擴散到p-n二極體層110中。阻隔層124還可以防止組 分從例如下述鍵合層擴散到電極層122中。
[0062] 如圖ID中所示，圖案化犧牲層170比金屬化堆棧層123厚。在一個實施例中，圖案 化犧牲層約是P-n二極體層110上形成的金屬化堆棧層123的兩倍厚。在一個實施例中， 圖案化犧牲層具有約0. 5 μ m的厚度，並且金屬化堆棧層123在p-n二極體層110上具有約 0. 25 μ m的厚度。現在結合圖ID參考圖1E，然後可以利用例如剝離技術來去除圖案化掩模 層180和圖案化掩模層180上金屬化堆棧層123的任何部分，留下多個自對準金屬化堆棧 120。這樣，金屬化堆棧層123在將變成橫向分離的金屬化堆棧120的位置和圖案化掩模層 180上形成金屬化堆棧層123的區域之間可以是不連續的。這種不連續性保護橫向分離的 金屬化堆棧120在剝離操作期間不會剝落。不連續性可能是形成比金屬化堆棧層123厚的 圖案化犧牲層180的結果。
[0063] 仍然參考圖1D，可以利用適當的技術諸如蒸發和濺射來沉積電極層122和阻隔層 124。如圖所示，在電極層122升高的表面和側壁上方形成阻隔層124。在以下描述中將變 得更顯而易見的是，升高的表面可以是如圖ID中所示當在生長襯底101上方形成時電極層 的暴露頂表面，或如示例性圖IlA-圖IlB中所示當併入微型LED器件中時電極層122的底 表面。電極層是利用諸如蒸發或濺射的適當技術形成的。在一個實施例中，P-n二極體層 110上形成的電極層122的部分不接觸犧牲層170。例如，電極層122可具有介於圖案化掩 模層180中的開口 181約相同寬度和小於圖案化犧牲層170中的開口寬度之間的寬度。在 沉積電極層122之後，可以利用相同技術以比電極層122更高的功率來沉積阻隔層124,使 得在被底切的圖案化掩模層180更下方沉積阻隔層124。因此，通過增大功率，所沉積的阻 隔層124可以比所沉積的電極層122寬，這使阻隔層124能夠覆蓋電極層122的側壁。更 寬的沉積阻隔層124也可以通過在比電極層122更低的壓力下沉積或更低的壓力和更高的 功率組合下沉積來完成。在一些實施例中，電極層包括易受氧化影響的材料，諸如銀（Ag) 層，其可以被併入電極層122中來充當反光鏡層。根據本發明的一個實施例，阻隔層124可 以保護反光鏡層（或其他層）不被氧化，氧化可能會改變反光鏡層的顏色，並影響反光鏡層 的反射特性。
[0064] 在某些實施例中，對應於微型LED 150陣列的節距，橫向分離反射金屬化堆棧120 的節距可以是5 μ m、10 μ m或更大。例如，可以由分開2 μ m間距的3 μ m寬橫向分離反射金 屬化堆棧120形成5μπι節距。可以由分開2μπι間距的8μπι寬分離反射金屬化堆棧120 形成ΙΟμπι節距。儘管如此，這些尺寸是示例性的，本發明的實施例不受此限制。在一些實 施例中，橫向分離反射金屬化堆棧120的寬度小於或等於微型p-n二極體150陣列底表面 的寬度，如以下描述和附圖中更詳細論述的。
[0065] 根據一些實施例，圖IE中所示的生長襯底101堆棧準備好鍵合到承載襯底。例 如，如下文結合圖2A-圖2E所述，可以將生長襯底101堆棧鍵合到包括鍵合層210的承載 襯底201堆棧。在其他實施例中，可以在圖案化犧牲層170和多個分離的反射金屬化堆棧 120上方形成額外的一層或多層。參考圖1F，在一個實施例中，鍵合層128可以任選地由圖 IE的襯底堆棧形成，以有利於鍵合。鍵合層128可以由結合以下表1和表2所述的任何材 料形成，其中一些可取決於鍵合層210 (當存在時）的組成，以用於形成熔融鍵合層或合金 鍵合層。例如，在鍵合層128與鍵合層210合金鍵合的情況下，鍵合層128可以是純金屬， 或者是對表1中提供的化學組成有貢獻的金屬合金。在一個實施例中，鍵合層128是導電 的並約為500到2, 000埃厚。在沉積導電鍵合層128之前，可以任選地形成粘附層以增強 導電鍵合層128到圖案化犧牲層170(例如，SiO 2)的粘附性。例如，粘附層可以由Ti、TiW、 Cr或Ni形成，具有100到1，000埃，更具體地約300埃或更小的厚度。可以任選地對鍵合 層128和粘附層進行圖案化，例如，以在鍵合層128中將不會接觸承載襯底上對應鍵合層的 區域處形成開口。
[0066] 圖2A-圖2E是具有用於鍵合到生長襯底101堆棧的鍵合層210的承載襯底201的 各種實施例的橫截面側視圖圖示。鍵合層210可以由參照以下表1和表2所述的任何材料 形成，其中一些可能取決於鍵合層128 (當存在時）的組成，以用於形成熔融鍵合層或合金 鍵合層。例如，在鍵合層210與鍵合層128合金鍵合的情況下，鍵合層210可以是純金屬， 或者是對表1中提供的化學組成有貢獻的金屬合金。可以任選地在鍵合層210之前形成粘 附層208。例如，粘附層208可以由Ti、TiW、Cr或Ni形成，具有100到1，000埃，更具體地 約300埃或更小的厚度。圖2A示出了在鍵合之前未圖案化的承載襯底201和鍵合層210 以及粘附層208。圖2B-圖2D示出了承載襯底201，其已被圖案化以形成多個具有側壁204 且被溝槽206分開的柱202。柱202可以由多種材料和技術形成。在一個實施例中，柱202 可以通過蝕刻或壓印工藝對承載襯底201進行圖案化來與承載襯底201 -體形成。例如， 承載襯底201可以是具有一體形成的柱202的娃襯底。在另一個實施例中，可以在承載襯 底201頂部上形成柱。例如，可以通過板上和光致抗蝕劑剝離技術形成柱202。可以由任何 適當的材料形成柱，所述材料包括半導體、金屬、聚合物、電介質等。
[0067] 柱202可以具有等於或小於微型p-n二極體150寬度的最大寬度，在以下描述和 附圖中這將變得更顯而易見。在一個實施例中，溝槽柱202的高度至少有鍵合層210厚度 的兩倍。在一個實施例中，鍵合層210可以具有約0. 1 μ m-2 μ m的厚度，並且溝槽柱具有至 少0. 2μπι-4μπι的高度。在圖2B所示的具體實施例中，在柱202上方，在側壁204上和溝槽 206之內，形成保形鍵合層210。在圖2C所示的具體實施例中，鍵合層210和粘附層208是 各向異性沉積的，使得它們僅形成於柱202的頂表面上和溝槽206之內，沒有顯著量沉積在 側壁204上。在圖2D所示的具體實施例中，鍵合層210和粘附層208僅形成於柱202的頂 表面上。可以利用同一圖案化光致抗蝕劑對柱202、粘附層208和鍵合層210進行圖案化來 形成此類構型。在圖2Ε中所示的具體實施例中，可以利用光致抗蝕劑剝離技術形成鍵合層 210的橫向分離位置，其中在圖案化光致抗蝕劑層上方沉積粘附層和鍵合層的毯式層，然後 剝離光致抗蝕劑層（連同粘附層和鍵合層在光致抗蝕劑層上的部分），留下圖2Ε中所示的 鍵合層210的橫向分離的位置，但是可以使用其他處理技術。
[0068] 如上文結合圖2Β-圖2Ε和圖IE-圖IF所述，本發明的某些實施例包括橫向分離的 反射金屬化堆棧120和/或橫向分離的鍵合層128、210的位置。結合圖2Β，其中在柱202 上方，以及側壁204上和溝槽206之內，形成保形鍵合層210,柱202頂部上鍵合層的特定位 置被溝槽206橫向分離。因此，即使保形鍵合層210是連續的，柱202頂部上的鍵合層210 的位置也是橫向分離的位置。同樣，圖2Ε中鍵合層210的單個離散位置由它們之間的空間 橫向分離。當存在柱202的情況下，鍵合層210厚度與柱202高度的關係可以計入鍵合層 210位置的橫向分離。
[0069] 上述鍵合層128和210可以由多種適當材料形成，諸如熱塑性聚合物、金屬和焊 料。鍵合層作為單個鍵合層，或當通過熔融鍵合或合金鍵合而鍵合在一起時，可能夠將微型 LED器件粘附到承載襯底。在一個實施例中，所得的鍵合層可以具有約350°C或更低，或更 具體地約200°C或更低的液相線溫度或熔融溫度。在此類溫度下，所得的鍵合層可以經歷相 變，而不會顯著影響微型LED器件的其他部件。在一個實施例中，所得的鍵合層可以是導電 的。例如，在所得鍵合層響應於溫度變化經歷從固體到液體的相變的情況下，所得鍵合層的 一部分在拾取操作期間可保持在微型LED器件上，如以下描述中更詳細所述。在此類實施 例中，可能有益的是所得鍵合層由導電材料形成，使得當隨後將其轉移到接收襯底時，其不 會不利地影響微型LED器件。在這種情況下，所得鍵合層在轉移操作期間保留在微型LED 器件上的部分可以輔助將微型LED器件鍵合到接收襯底上的導電焊盤。
[0070] 焊料可以是用於鍵合層128、210的適當材料，因為很多在其固態中一般是延展性 材料並與半導體和金屬表面之間呈現出良好的潤溼。典型的合金不在單一溫度下熔融，而 是在一個溫度範圍內熔融。因此，焊料合金常常通過對應於合金保持為液體的最低溫度的 液相線溫度，以及對應於合金保持為固體的最高溫度的固相線溫度來表徵。表1中提供了 本發明的實施例可利用的低熔點焊接材料的示例性列表，其中化學組成按組分的重量百分 比列出。如上所述，其中在將鍵合層128、210鍵合在一起以形成合金鍵合層時，鍵合層128、 210可以是純金屬，或對表1中提供的化學組成有貢獻的金屬合金。
[0071] 表 1 :
[0072]

【權利要求】
1. 一種形成微型LED陣列的方法，包括： 在形成於P_n二極體層上的圖案化犧牲層中的對應的多個開口內，形成多個橫向分離 的自對準金屬化堆棧； 利用鍵合層將包括所述多個橫向分離的自對準金屬化堆棧、所述圖案化犧牲層和所述 p-n二極體層的第一襯底堆棧鍵合到第二襯底； 蝕刻透過所述P_n二極體層以在所述多個分離的金屬化堆棧上方形成多個微型p-n二 極管，並暴露橫向位於所述多個分離的金屬化堆棧之間的所述圖案化犧牲層；以及 去除所述圖案化犧牲層。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中在形成於所述p-n二極體層上的所述圖案化犧牲 層中的所述對應的多個開口內形成所述多個橫向分離的自對準金屬化堆棧包括： 在所述P-n二極體層上方沉積所述犧牲層； 在所述犧牲層上方形成圖案化掩模層，所述圖案化掩模層包括暴露所述犧牲層的所述 多個開口； 相對於所述掩模層選擇性地蝕刻所述犧牲層，以去除所述多個開口內的所述暴露犧牲 層並去除在所述圖案化掩模層下方的所述犧牲層的一部分； 在所述圖案化掩模層和P-n二極體層上方沉積金屬化堆棧層； 剝離所述圖案化掩模層以在所述P-n二極體層上方留下所述多個金屬化堆棧和所述 圖案化犧牲層。
3. 根據權利要求1所述的方法，其中蝕刻透過所述p-n二極體層包括等離子體蝕刻。
4. 根據權利要求1所述的方法，其中所述多個自對準金屬化堆棧包括電極層和阻隔 層。
5. 根據權利要求4所述的方法，其中所述阻隔層覆蓋所述電極層的升高表面和側壁。
6. 根據權利要求5所述的方法，其中所述電極層是反射性的。
7. 根據權利要求6所述的方法，其中所述電極層包括選自銀和鎳的材料。
8. 根據權利要求5所述的方法，其中形成所述多個橫向分離的自對準金屬化堆棧包括 以比所述電極層更高的功率或以比所述電極層更低的壓力來沉積所述阻隔層。
9. 根據權利要求1所述的方法，其中所述圖案化犧牲層是非金屬層。
10. 根據權利要求9所述的方法，其中所述圖案化犧牲層包括Si02。
11. 根據權利要求4所述的方法，其中所述圖案化犧牲層比所述多個橫向分離的自對 準金屬化堆棧厚。
12. 根據權利要求11所述的方法，其中所述圖案化犧牲層是所述多個橫向分離的自對 準金屬化堆棧的約兩倍厚。
13. 根據權利要求4所述的方法，其中形成所述多個自對準金屬化堆棧包括選自蒸發 和溉射的技術。
14. 根據權利要求1所述的方法，還包括在所述多個微型p-n二極體中的每一個的側表 面和底表面的一部分上沉積保形電介質阻隔層。
15. 根據權利要求1所述的方法，其中所述鍵合層具有約350°C或更低的液相線溫度。
16. 根據權利要求15所述的方法，其中所述鍵合層具有約200°C或更低的液相線溫度。
17. 根據權利要求15所述的方法，其中所述鍵合層包括銦。
18. 根據權利要求15所述的方法，其中利用所述鍵合層將所述第一襯底堆棧鍵合到所 述第二襯底包括將所述第一襯底堆棧上的第一鍵合層與所述第二襯底上的第二鍵合層鍵 合。
19. 根據權利要求18所述的方法，其中鍵合包括對所述第一鍵合層和第二鍵合層進行 合金鍵合或熔融鍵合。
20. -種形成微型LED陣列的方法，包括： 在P_n二極體層上方沉積犧牲層；以及 在所述犧牲層上方形成圖案化掩模層，所述圖案化掩模層包括暴露所述犧牲層的多個 開口； 相對於所述掩模層選擇性地蝕刻所述犧牲層，以去除所述多個開口內的所述暴露犧牲 層並去除所述圖案化掩模層下方的所述犧牲層的一部分； 在所述圖案化掩模層和P_n二極體層上方沉積金屬化堆棧層； 剝離所述圖案化掩模層以在所述P_n二極體層上方留下多個金屬化堆棧和所述圖案 化犧牲層，其中所述犧牲層比所述多個金屬化堆棧厚； 利用鍵合層將包括所述多個金屬化堆棧、所述圖案化犧牲層和所述P_n二極體層的第 一襯底堆棧鍵合到第二襯底； 等離子體蝕刻透過所述P_n二極體層以在所述多個分離的金屬化堆棧上方形成多個 微型p-n二極體，並暴露橫向位於所述多個分離的金屬化堆棧之間的所述圖案化犧牲層； 以及 去除所述圖案化犧牲層。
21. -種微型LED，包括： 微型p-n二極體；和 金屬化堆棧，所述金屬化堆棧位於所述微型P-n二極體底表面的下方，所述金屬化堆 棧包括所述微型P-n二極體的所述底表面上的電極層以及覆蓋所述電極層的底表面和側 壁的阻隔層； 其中所述微型P-n二極體的所述底表面比所述金屬化堆棧寬。
22. 根據權利要求21所述的微型LED，還包括保形電介質阻隔層，所述保形電介質阻隔 層跨越所述微型P-n二極體的側壁並部分地跨越所述微型p-n二極體的所述底表面。
23. 根據權利要求22所述的微型LED，其中所述微型p-n二極體還包括頂表面以及在 所述頂表面與所述底表面之間的漸縮側壁，其中所述微型P-n二極體的底表面比所述微型 P-n二極體的頂表面寬。
24. 根據權利要求22所述的微型LED，其中所述金屬化堆棧是反射性的。
25. 根據權利要求22所述的微型LED，其中所述金屬化堆棧介於所述微型p-n二極體 和在襯底上形成的鍵合層之間。
26. 根據權利要求21所述的微型LED，其中所述鍵合層包括銦。
【文檔編號】H01L33/36GK104350613SQ201380027821
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年4月12日 優先權日:2012年4月27日
【發明者】胡馨華, A·拜布爾 申請人:勒克斯維科技公司