TW202404025A - 發光二極體結構及其製作方法 - Google Patents
發光二極體結構及其製作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TW202404025A TW202404025A TW111126108A TW111126108A TW202404025A TW 202404025 A TW202404025 A TW 202404025A TW 111126108 A TW111126108 A TW 111126108A TW 111126108 A TW111126108 A TW 111126108A TW 202404025 A TW202404025 A TW 202404025A
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- light
- emitting diode
- dielectric layer
- patent application
- led
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H29/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one light-emitting semiconductor element covered by group H10H20/00
- H10H29/10—Integrated devices comprising at least one light-emitting semiconductor component covered by group H10H20/00
- H10H29/14—Integrated devices comprising at least one light-emitting semiconductor component covered by group H10H20/00 comprising multiple light-emitting semiconductor components
- H10H29/142—Two-dimensional arrangements, e.g. asymmetric LED layout
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/01—Manufacture or treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/01—Manufacture or treatment
- H10H20/011—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers
- H10H20/018—Bonding of wafers
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/80—Constructional details
- H10H20/85—Packages
- H10H20/857—Interconnections, e.g. lead-frames, bond wires or solder balls
-
- H10W90/00—
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/01—Manufacture or treatment
- H10H20/036—Manufacture or treatment of packages
- H10H20/0361—Manufacture or treatment of packages of wavelength conversion means
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/01—Manufacture or treatment
- H10H20/036—Manufacture or treatment of packages
- H10H20/0364—Manufacture or treatment of packages of interconnections
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/80—Constructional details
- H10H20/85—Packages
- H10H20/851—Wavelength conversion means
- H10H20/8511—Wavelength conversion means characterised by their material, e.g. binder
- H10H20/8512—Wavelength conversion materials
-
- H10W70/60—
-
- H10W90/22—
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Led Device Packages (AREA)
Abstract
本發明提出了一種發光二極體結構,包含一基板、一介電層位於該基板上、金屬互連結構位於該介電層中、多個發光二極體晶粒位於該介電層上、其中每個該發光二極體晶粒都具有正面與反面,該反面與該介電層接合,該正面上具有該發光二極體晶粒的陰極與陽極、以及接線將該發光二極體晶粒的該正面上的該陰極與該陽極分別連接至該金屬互連結構。
Description
本發明大體上與一種LED(發光二極體)結構有關,更具體言之,其係關於一種直接形成在驅動電路基板上的Micro LED(微型發光二極體)結構及其製作方法。
藉由將LED(發光二極體)元件的結構薄膜化、微型化以及陣列化,目前LED晶粒已經可以作為個別的顯示畫素來使用,使得LED元件在顯示應用方面從傳統作為LCD(液晶螢幕)的背光源變為組成螢幕影像的像素單元。例如被視為下世代顯示技術的Micro LED(微型發光二極體),其LED元件的尺寸(100 µm以下)是傳統LED的1/100,可作為個別主動發光的像素單元。Micro LED在對比度、能耗、反應時間等特性上都優於傳統的LCD、Mini LED以及優於同樣是主動式發光的OLED(有機發光二極體)。整體來說,Micro LED螢幕不但厚度可比LCD螢幕更薄,和現今手機顯示螢幕採用的OLED相比,其更具有卓越的發光能效、高解析度、操作溫度範圍廣、產品生命週期長等優勢,因此被視為是下世代的顯示技術。目前在穿戴式裝置、室內顯示螢幕、頭戴式顯示器、抬頭顯示器、車尾燈、虛擬實境/擴增實境/混合實境(VR/AR/MR)、投影機等產品應用上,Micro LED都有相當的發展前景。
然而,目前Micro LED技術仍有許多技術瓶頸有待克服。例如,一般的Micro LED製程中需要進行巨量轉移(mass transfer)步驟將製作完成的個別LED晶粒貼合到驅動電路基板上。然而,現階段巨量轉移步驟效率過低,且良率也有待改進。本領域的技術人員亟須研發新的Micro LED製程與結構,以期早日將成熟的Micro LED技術應用到量產商品上,如現今元宇宙熱門題材、需要高解析度、高效能的AR/VR/MR等高階產品。
有鑑於前述現今Micro LED技術所遇到的技術瓶頸,本發明特此提出了一種新穎的發光二極體結構,其特點在於該些發光二極體結構是直接形成在驅動電路基板上,不需要進行巨量轉移(mass transfer)步驟,故可達到更高的良率以及更易於對有缺陷的像素進行軟修復動作。此外,其像素結構四周都被金屬網格結構圍住,可進一步提升發光效率。
本發明的其一面向在於提出一種發光二極體結構,包含一基板、一介電層位於該基板上、金屬互連結構位於該介電層中、多個發光二極體晶粒位於該介電層上、其中每個該發光二極體晶粒都具有正面與反面,該反面與該介電層接合,該正面上具有該發光二極體晶粒的陰極與陽極、以及接線將該發光二極體晶粒的該正面上的該陰極與該陽極分別連接至該金屬互連結構。
本發明的另一面向在於提出一種發光二極體結構的製作方法,其步驟包含提供一基底,該基底上具有一第一介電層以及金屬互連結構位於該第一介電層中、提供一發光二極體晶圓,其具有一操作晶圓以及發光二極體晶片位於該操作晶圓上、將該發光二極體磊晶層接合到該第一介電層上、移除該操作晶圓、進行一光刻製程將該發光二極體晶片圖案化成個別的發光二極體晶粒,其中該發光二極體晶粒的表面上具有陰極與陽極、以及在該光刻製程後,形成接線將該發光二極體晶粒的該陰極與該陽極分別連接至該金屬互連結構。
本發明的這類目的與其他目的在閱者讀過下文中以多種圖示與繪圖來描述的較佳實施例之細節說明後應可變得更為明瞭顯見。
現在下文將詳細說明本發明的示例性實施例,其會參照附圖示出所描述之特徵以便閱者理解並實現技術效果。閱者將可理解文中之描述僅透過例示之方式來進行,而非意欲要限制本案。本案的各種實施例和實施例中彼此不衝突的各種特徵可以以各種方式來加以組合或重新設置。在不脫離本發明的精神與範疇的情況下,對本案的修改、等同物或改進對於本領域技術人員來說是可以理解的,並且旨在包含在本案的範圍內。
閱者應能容易理解,本案中的「在…上」、「在…之上」和「在…上方」的含義應當以廣義的方式被解讀,以使得「在…上」不僅表示「直接在」某物「上」而且還包括在某物「上」且其間有居間特徵或層的含義,並且「在…之上」或「在…上方」不僅表示「在」某物「之上」或「上方」的含義,而且還可以包括其「在」某物「之上」或「上方」且其間沒有居間特徵或層(即,直接在某物上)的含義。
此外,諸如「在…之下」、「在…下方」、「下部」、「在…之上」、「上部」等空間相關術語在本文中為了描述方便可以用於描述一個元件或特徵與另一個或多個元件或特徵的關係,如在附圖中示出的。
閱者通常可以至少部分地從上下文中的用法理解術語。例如,至少部分地取決於上下文,本文所使用的術語「一或多個」可以用於以單數意義描述任何特徵、結構或特性,或者可以用於以複數意義描述特徵、結構或特性的組合。類似地,至少部分地取決於上下文,諸如「一」、「一個」、「該」或「所述」之類的術語同樣可以被理解為傳達單數用法或者傳達複數用法。另外,術語「基於」可以被理解為不一定旨在傳達排他性的因素集合,而是可以允許存在不一定明確地描述的額外因素,這同樣至少部分地取決於上下文。
閱者更能了解到,當「包含」與/或「含有」等詞用於本說明書時,其明定了所陳述特徵、區域、整體、步驟、操作、要素以及/或部件的存在,但並不排除一或多個其他的特徵、區域、整體、步驟、操作、要素、部件以及/或其組合的存在或添加的可能性。
如本文中使用的,術語「層」是指包括具有厚度的區域的材料部分。層可以在下方或上方結構的整體之上延伸,或者可以具有小於下方或上方結構範圍的範圍。此外,層可以是厚度小於連續結構的厚度的均質或非均質連續結構的區域。例如,層可以位於在連續結構的頂表面和底表面之間或在頂表面和底表面處的任何水平面對之間。層可以水準、豎直和/或沿傾斜表面延伸。基底可以是層,其中可以包括一個或多個層,和/或可以在其上、其上方和/或其下方具有一個或多個層。層可以包括多個層。例如,互連層可以包括一個或多個導體和接觸層(其中形成觸點、互連線和/或通孔)和一個或多個介電層。
現在下文的實施例將參照圖示來說明本發明的LED(發光二極體)結構。本發明的LED結構為一種Micro LED(微型發光二極體)結構,其有別於傳統LCD螢幕(包含Mini LED螢幕等)中作為背光源使用的LED元件,本發明每個LED元件都作為螢幕中一個自發光的像素單元,其可與驅動電路、邏輯電路、記憶體電路在同一CMOS製程中形成在基板上。
請參照第1圖,為根據本發明較佳實施例中一LED結構的截面示意圖。本發明的LED結構包含一基底100,作為整個結構的設置基礎,如以半導體材料所構成、適合CMOS製程的基底,其中的半導體材料可選自由矽、鍺、矽鍺化合物、矽碳化物以及砷化鎵等材料所構成之群組。在本發明實施例中,基底100可為大尺寸的電視螢幕所用之基板,也可為小尺寸的頭戴式顯示器或智能眼鏡所用之基板。在本發明實施例中,基底100上界定有一記憶單元區域100a以及一邏輯區域100b,其中記憶單元區域100a的基底100上可設置SRAM(靜態隨機存取記憶體)、Flash(快閃記憶體)等元件102,作為緩存(cache)或是像素軟修復(soft repair)動作中所需的存儲模組。邏輯區域100b的基底100上可設置邏輯開關或LED驅動器等元件103,以接收、傳遞、處理所需的影像訊號。基底100上還具有以一般CMOS後段製程(BEOL)製作出的金屬互連結構106,其位於一介電層104中並透過接觸件與下方的元件102, 103或基底100電性連接。介電層104可包含一般邏輯元件上的層間介電層(inter-layer dielectric, ILD)與金屬間介電層(inter-metal dielectric, IMD),其材料可為超低介電常數(ultra low-k, ULK)材料或是四乙氧基矽烷(tetraethoxysilane, TEOS),可以化學氣相沉積(CVD)等製程形成在基底上。金屬互連結構106的材料可選自由鎢(W)、銅(Cu)、鋁(Al)、鈦鋁合金(TiAl)、鈷鎢磷化物(CoWP)等所構成的群組,但不侷限於此。
復參照第1圖。多個發光二極體晶粒108,如藍光LED或是紫外光LED,設置在介電層104上並彼此間隔且均勻地排列。在本發明實施例中,發光二極體晶粒108為Micro LED(微型發光二極體),其尺寸在100 µm以下。在混合實境(MR)或智能眼鏡等基板需要透光區域的應用場合中,發光二極體晶粒108也可能僅設置在特定區域上,如基底100的周邊區域上。須注意在本發明中,這些發光二極體晶粒108並非透過巨量轉移(mass transfer)方式設置在介電層104上,其詳細的製作流程將於後續實施例中說明。
請參照第2圖,其為根據本發明一實施例中一LED結構的截面放大圖。在此實施例中,發光二極體晶粒108係設置在介電層104上,介電層104上還會形成另一介電層110蓋住這些發光二極體晶粒108。發光二極體晶粒108的陽極112與陰極113並透過形成在該介電層110中的導電性接線114來與下方的金屬互連結構106電性連接。以此設置,每顆發光二極體晶粒108都會與下方的驅動電路連接,並由該驅動電路來控制其作動。須注意本發明的發光二極體晶粒108具有一正面108a與一背面108b,其中發光二極體晶粒108是以其背面108b設置在介電層104之上,接線114則是從正面108a的陽極112與陰極113接出。再者,由於位於發光二極體晶粒108頂層與底層的陽極112與陰極113在製程中要分別從晶粒正面透過接線114接出,位於底層的陰極113須在水平方向上延伸超出位於頂層的陽極112(陽極112與陰極113的位置可以互換),以在正面108a提供接觸區域。這樣的特徵與習知採用巨量轉移方式設置的發光二極體晶粒有所不同,習知發光二極體晶粒的陽極與陰極通常是從晶粒底面直接覆晶接合到驅動電路上。在本發明實施例中,介電層110的材質可與介電層104相同,如氧化矽、超低介電常數(ultra low-k, ULK)材料或是四乙氧基矽烷(tetraethoxysilane, TEOS)。接線114的材質可為鎢(W)、銅(Cu)、鋁(Al)、銀(Ag)、金(Au)、鎳(Ni)、鈦或是氧化銦錫(ITO)等,或是其所形成之複層結構。
請參照第3圖,其為根據本發明另一實施例中一LED結構的截面放大圖。此實施例的結構於第2圖的實施例結構大同小異,差異僅在於第3圖中的接線114並非是形成在覆蓋發光二極體晶粒108的介電層110中,而是以共形方式形成在發光二極體晶粒108表面的介電層116上。接線114同樣是從發光二極體晶粒108的正面108a來與其陽極112與陰極113連接。
請參照第4圖。本發明的發光二極體結構更包含一量子點(quantum dot)部位124設置在每個發光二極體晶粒108上方,以此來提供全彩影像。在本發明實施例中,量子點部位124係形成在由金屬網格120所界定出的空間122中,並在介電層110上再形成另一介電層118來覆蓋整個量子點部位124。如此,透過Micro LED陣列的主動發光,再經由量子點材料的激發與色轉換,如紅色、綠色或藍色(使用紫外光LED的場合)的量子點材料,如此可大幅提升所呈現影像的NTSC色域,達到高色飽和度與高對比之特性。此外,每個量子點部位124的上方還可設置額外的濾光片126來提升影像的色彩純度。再者,在本發明實施例中,量子點部位124周圍的金屬網格120會圍住整個發光二極體結構的量子點部位124,如此,量子點部位124所發出的光會受到金屬網格120的全反射而不會與鄰近量子點部位124所發出的光混合,可進一步提升影像的亮度與色彩純度。
請參照第5圖,其為根據本發明一實施例中一LED陣列的頂示意圖。本發明的發光二極體晶粒108可在基底上排列成一般的陣列態樣,每個發光二極體晶粒108的四周都有四個相鄰的發光二極體晶粒108來在軟修復動作中提供補償效果。發光二極體晶粒108的陽極112與陰極113係透過接線114接出,且可以採用共同陰極或共同陽極之設計,例如圖中的每個發光二極體晶粒108的陽極112都連接到一共同陽極,陰極113則連接到個別的驅動電路,如此可簡化電路之設計。再者,每個發光二極體晶粒108(包含其上方的量子點部位124)都會被其周圍的金屬網格120圍住,使得LED像素單元所發出的光不會與鄰近單元所發出的光混合,可進一步提升影像的亮度與色彩純度,並起到元件隔離的效果。
請參照第6圖,其為根據本發明另一實施例中一LED陣列的頂示意圖。此實施例中的發光二極體晶粒108係採用錯位排列的陣列態樣,如此,每個發光二極體晶粒108的周圍會有六個相鄰的發光二極體晶粒108,可進一步提升軟修復動作中像素補償效果。
現在請參照第7圖,其為根據本發明實施例中LED像素進行軟修復動作的頂示意圖。對於一般顆粒較大的LED晶粒108而言,如第7圖的右側所示,一顆LED晶粒108即為一個像素,只要缺陷128出現在該LED晶粒108的位置,該像素即會失效,可能導致恆亮或恆暗的情況發生。如果能縮小LED晶粒的尺寸來提高解析度,如第7圖的中間所示,一顆LED晶粒還是作為一個像素來使用,當某顆LED晶粒108或像素因為其上的缺陷128而失效時,其可以在軟修復動作中藉由周邊的鄰近LED晶粒109或像素來補償,較小的尺寸也使得缺陷128有較高的機率不會出現在LED晶粒的位置。在LED晶粒108尺寸更小解析度更高的情況下,如第7圖的左側所示,可用四顆LED晶粒108來作為一個像素130,如此,當某顆LED晶粒108因為其上的缺陷128而失效時,該像素中還有其他三顆冗餘的LED晶粒108可以正常發光,不會影響到其顯示功能。
在習知技術使用巨量轉移的做法中,其所能轉移的LED晶粒尺寸有限,無法精確轉移尺寸更小的LED晶粒,且轉移的速度遠遠無法達到量產的需求,轉移的良率也無法達到商業要求。再者,巨量轉移步驟後通常會採用硬修復(hard repair)的做法,即直接用完好的LED晶粒取代有缺陷的LED晶粒,其做法耗工費時。本發明透過直接在驅動電路基板上使用成熟的半導體製程直接形成LED晶粒的做法,其不僅不需要進行缺點較多、尚未成熟的巨量轉移步驟,且可製作出符合Micro LED尺寸(甚至更小)的LED晶粒,並因而可透過上述較為簡單實際的軟修復方法來修復晶粒缺陷,為一兼具新穎性與進步性之發明。
現在下文的實施例將開始說明本發明發光二極體結構的製作流程。
首先請參照第8圖,其為根據本發明實施例中將多個小尺寸的LED磊晶片排列在一大尺寸的操作晶圓上的頂示意圖。在步驟一開始,LED晶片會進行重新分佈的動作,來減少缺陷並增大其製程面積。如圖中所示,現今一般LED晶圓200多為4吋或6吋的大小,其上可能有各種缺陷128存在。此步驟會先檢測LED晶圓200,找出其上的缺陷128位置。接著,將LED晶圓200缺陷以外的部位切成一塊塊特定尺寸的LED晶片202,如此可確保該些LED晶片202是不具有缺陷128且可正常運作的。之後,將切下來的LED晶片202整齊排佈到一個較大的操作晶圓204上,如8吋或12吋的矽晶圓,如此使得後續的LED製程具有大尺寸的製程面積。其他未設置LED晶片202的操作晶圓204邊緣部位可以填充虛設或有缺陷的LED晶片,如此可改善製程的均勻度。
請參照第9圖,其為該些LED晶片排佈在大尺寸操作晶圓上的截面示意圖。在本發明實施例中,LED晶片202係對齊操作晶圓204上的切割道(scribe lines)208均勻排佈在操作晶圓204上。LED晶片202可透過接合材料或是形成氧化層對接的方式暫時接合在操作晶圓204上,其接合層206的材料可為蠟、膠帶、高分子、或是氧化矽等。在後續的製程中可以透過機械或雷射方式使LED晶片202與操作晶圓204解合。
請參照第10圖。在將LED晶片202重佈到大尺寸操作晶圓204上後,接下來在LED晶片202與接合層206上形成另一接合層212蓋住該些LED晶片202並填充其間的空隙,接合層212的材料可為氧化矽。在一些實施例中,視製程需求,接合層212與接合層206中還可額外形成停止層210, 214。停止層210, 214的材料可為氮化矽、碳氮化矽、或是其他與接合層206不同的材料。
現在請參照第11圖至第15圖,其為根據本發明一實施例中LED結構的製作流程的截面示意圖。
如第11圖所示,在準備好LED晶圓後,接下來將LED晶圓接合到一驅動電路晶圓上。在本發明實施例中,驅動電路晶圓包含一基底100,如以半導體材料所構成、適合CMOS製程的基底,其中的半導體材料可選自由矽、鍺、矽鍺化合物、矽碳化物以及砷化鎵等材料所構成之群組。基底100上界定有一記憶單元區域100a以及一邏輯區域100b,其中記憶單元區域100a的基底100上可設置SRAM(靜態隨機存取記憶體)、Flash(快閃記憶體)等元件102,邏輯區域100b的基底100上可設置邏輯開關或LED驅動器等元件103。基底100上形成有以一般CMOS後段製程(BEOL)製作出的金屬互連結構106,其位於一介電層104中並透過接觸件與下方的元件102, 103或基底100電性連接。在本發明實施例中,LED晶圓是以其接合層212的一面接合到驅動電路晶圓的介電層104上,其可透過氧化矽材質的接合層對接而達成。晶圓接合後原本的操作晶圓204與基底100分別位於接合後晶圓的兩側。須注意此圖所示之LED晶片202為單塊晶片,在未設置LED晶片202的區域上(如切割道)的LED晶片202位置會被接合層212所取代。
請參照第12圖。在晶圓接合後,接下來將LED晶片202上的操作晶圓204移除,其可透過直接機械剝離、雷射剝離、或是以停止層210為研磨停止層的方式進行化學機械平坦化(CMP)製程來移除。在操作晶圓204移除後,LED晶片202上較佳還留有部分的接合層206或是形成其他介電層來覆蓋LED晶片202。
請參照第13圖。在操作晶圓204移除後,接下來進行一光刻製程將LED晶片202圖案化成個別的LED晶粒108。例如,使用雙鑲嵌工藝或階層工藝(可以第10圖中的層214為蝕刻停止層)來形成LED晶粒108,圖案化後位於晶粒底部的陰極113會在水平方向上延伸超出位於晶粒頂部的陽極112(陽極112與陰極113的位置可以互換),以提供接觸區域。圖案化後的LED晶粒108係均勻分布在基底面上,需要透光的區域上則不形成LED晶粒108。此光刻製程所形成的LED晶粒108尺寸可達0.5~10 µm,小於巨量轉移製程所能轉移的晶粒尺寸(約10~100 µm),符合下世代Micro LED高階顯示技術的需求。
請參照第14圖。在形成個別的LED晶粒108後,接下來在LED晶粒108與接合層212或介電層104上形成一介電層110蓋住LED晶粒108,並填滿其間的空隙。介電層110的材料可為氧化矽、超低介電常數(ultra low-k, ULK)材料或是四乙氧基矽烷(tetraethoxysilane, TEOS)等,其可透過CVD或PECVD等方式形成。接著,進行光刻製程在介電層110中形成接線凹槽132,接線凹槽132會裸露出下方金屬互連結構106、陽極112以及陰極113上的接觸區域。
請參照第15圖。接線凹槽132形成後,接下來在接線凹槽132中填入導電材質形成接線114,如此個別的LED晶粒108即可與下方的驅動電路電性連接,並由該驅動電路來控制其作動。接線114的材質可為鎢(W)、銅(Cu)、鋁(Al)、銀(Ag)、金(Au)、鎳(Ni)、鈦或是氧化銦錫(ITO)等,或是其所形成之複層結構,其可透過CVD、PVD或是電鍍等方式再搭配CMP製程來形成。
除了上述實施例,本發明的接線結構也可採用其他方式製作。如第16圖所示,可先在LED晶粒108的表面形成一層薄的介電層116,之後透過光刻製程在該介電層116與接合層212及/或介電層104上形成開口134來裸露出LED晶粒108陽極112與陰極113上的接觸區域。接下來,如第17圖所示,在介電層116與接合層212及/或介電層104的表面上形成一層共形的導電層,並再次進行光刻製程圖案化該導電層,如此即可形成連接LED晶粒108陽極112與陰極113以及下方金屬互連結構106的接線114。
根據上述實施例說明,本發明透過直接在驅動電路基板上使用成熟的半導體製程圖案化形成LED晶粒與接線的做法,其不僅不需要進行缺點較多的巨量轉移步驟,且可製作出尺寸更小的LED晶粒,並因而可透過較為簡單實際的軟修復方法來修復晶粒缺陷,再者,所使用的LED晶圓可以進行LED晶片重佈,可先行檢測並篩選出無缺陷且表現一致的LED部位,為一兼具新穎性與進步性之發明。
以上所述僅為本發明之較佳實施例,凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾,皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100:基底
100a:記憶單元區域
100b:邏輯區域
102:元件
103:元件
104:介電層
106:金屬互連結構
108:發光二極體(LED)晶粒
108a:正面
108b:背面
109:發光二極體(LED)晶粒
110:介電層
112:陽極
113:陰極
114:接線
116:介電層
118:介電層
120:金屬網格
122:空間
124:量子點部位
126:濾光片
128:缺陷
130:像素
132:接線凹槽
134:開口
200:發光二極體(LED)晶圓
202:發光二極體(LED)晶片
204:操作晶圓
206:接合層
208:切割道
210:停止層
212:接合層
214:停止層
本說明書含有附圖併於文中構成了本說明書之一部分,俾使閱者對本發明實施例有進一步的瞭解。該些圖示係描繪了本發明一些實施例並連同本文描述一起說明了其原理。在該些圖示中:
第1圖為根據本發明較佳實施例中一LED(發光二極體)結構的截面示意圖;
第2圖為根據本發明一實施例中一LED結構的截面放大圖;
第3圖為根據本發明另一實施例中一LED結構的截面放大圖;
第4圖為根據本發明一實施例中包含量子點部位的LED結構的截面放大圖;
第5圖為根據本發明一實施例中一LED陣列的頂示意圖;
第6圖為根據本發明另一實施例中一LED陣列的頂示意圖;
第7圖為根據本發明實施例中LED像素進行軟修復動作的頂示意圖;
第8圖為根據本發明實施例中將多個小尺寸的LED基板排列在一大尺寸的操作晶圓上的頂示意圖;
第9圖至第10圖為根據本發明實施例中將多個小尺寸的LED基板排列在一大尺寸的操作晶圓上的截面示意圖;
第11圖至第15圖為根據本發明一實施例中LED結構的製作流程的截面示意圖;以及
第16圖至第17圖為根據本發明另一實施例中LED結構的製作流程的截面示意圖。
須注意本說明書中的所有圖示皆為圖例性質,為了清楚與方便圖示說明之故,圖示中的各部件在尺寸與比例上可能會被誇大或縮小地呈現,一般而言,圖中相同的參考符號會用來標示修改後或不同實施例中對應或類似的元件特徵。
104:介電層
106:金屬互連結構
108:發光二極體(LED)晶粒
108a:正面
108b:背面
110:介電層
112:陽極
113:陰極
114:接線
Claims (18)
- 一種發光二極體結構,包含: 一基板; 一第一介電層,位於該基板上; 金屬互連結構,位於該第一介電層中; 多個發光二極體晶粒,位於該第一介電層上,其中每個該發光二極體晶粒都具有正面與反面,該反面與該第一介電層接合,該正面上具有該發光二極體晶粒的陰極與陽極;以及 接線,將該發光二極體晶粒的該正面上的該陰極與該陽極分別連接至該金屬互連結構。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構,其中該陽極與該陰極分別位於該發光二極體晶粒的頂層與底層,該陰極在水平方向上延伸超出該陽極而形成一接觸區域,該接線經由該接觸區域與該陰極電性連接。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構,更包含量子點部件位於每個該發光二極體晶粒的正上方,其中每個該量子點部件的四周都被金屬網格圍住。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構,其中該些發光二極體晶粒周圍具有一第二介電層位於該第一介電層上且填滿該些發光二極體晶粒之間的空間,該些接線形成在該第二介電層中。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構,更具有一第二介電層位於該些發光二極體晶粒的表面上,該些接線以共形方式形成在該第二介電層上。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構,更包含一接合層介於該第一介電層與該些發光二極體晶粒之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構,其中該些發光二極體晶粒在該基板上呈正常陣列排列或是錯位陣列排列。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構,其中該基底上界定有一記憶單元區域與一邏輯區域,該發光二極體結構更包含靜態隨機存取記憶體與快閃記憶體設置在該基底的該記憶單元區域上以及LED驅動器位於該邏輯區域上。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構,其中該發光二極體晶粒為微型發光二極體晶粒(Micro LED)。
- 一種發光二極體結構的製作方法,包含: 提供一基底,該基底上具有一第一介電層以及金屬互連結構位於該第一介電層中; 提供一發光二極體晶圓,其具有一操作晶圓以及發光二極體晶片位於該操作晶圓上; 將該發光二極體磊晶層接合到該第一介電層上; 移除該操作晶圓; 進行一光刻製程將該發光二極體晶片圖案化成個別的發光二極體晶粒,其中該發光二極體晶粒的表面上具有陰極與陽極;以及 在該光刻製程後,形成接線將該發光二極體晶粒的該陰極與該陽極分別連接至該金屬互連結構。
- 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體結構的製作方法,其中提供該發光二極體晶圓的步驟包含: 從多個小尺寸的發光二極體磊晶晶圓中切出多個發光二極體晶片; 將該些發光二極體晶片對齊該操作晶圓的切割道黏合在該操作晶圓上的一第一接合層上;以及 在該些發光二極體晶片上形成一第二接合層。
- 如申請專利範圍第11項所述之發光二極體結構的製作方法,更包含將虛設發光二極體晶片黏合在該第一接合層不具有該些發光二極體晶片的區域上。
- 如申請專利範圍第11項所述之發光二極體結構的製作方法,更包含在該第一接合層中形成一停止層。
- 如申請專利範圍第13項所述之發光二極體結構的製作方法,其中移除該操作晶圓的步驟包含以該停止層為研磨停止層進行一化學機械平坦化製程移除該操作晶圓。
- 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體結構的製作方法,其中形成該接線的步驟包含: 在該些發光二極體晶粒上形成一第二介電層,該第二介電層填滿該些發光二極體晶粒之間的空間; 進行一雙鑲嵌製程在該第二介電層中形成接線凹槽,其中該些接線凹槽裸露出該些發光二極體晶粒的該陰極與該陽極以及該金屬互連結構;以及 在該些接線凹槽中填入導電材料形成該些接線。
- 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體結構的製作方法,其中形成該金屬接線的步驟包含: 在該些發光二極體晶粒的表面形成一第二介電層; 進行另一光刻製程該第二介電層與該第一介電層中形成開口,該些開口裸露出該些發光二極體晶粒的該陰極與該陽極以及該金屬互連結構;以及 在該第二介電層以及該第一介電層上形成該些接線,該些接線經由該些開口電性連接該陰極、該陽極以及該金屬互連結構。
- 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體結構的製作方法,更包含在每個該發光二極體晶粒正上方形成量子點部件。
- 如申請專利範圍第17項所述之發光二極體結構的製作方法,其中形成該些量子點部件的步驟包含: 在該些發光二極體晶粒上方形成金屬網格;以及 在該些金屬網格中填入量子點材料,如此形成該些量子點部件。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW111126108A TW202404025A (zh) | 2022-07-12 | 2022-07-12 | 發光二極體結構及其製作方法 |
| US17/891,116 US20240021593A1 (en) | 2022-07-12 | 2022-08-18 | Light-emitting diode structure and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW111126108A TW202404025A (zh) | 2022-07-12 | 2022-07-12 | 發光二極體結構及其製作方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW202404025A true TW202404025A (zh) | 2024-01-16 |
Family
ID=89509231
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW111126108A TW202404025A (zh) | 2022-07-12 | 2022-07-12 | 發光二極體結構及其製作方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240021593A1 (zh) |
| TW (1) | TW202404025A (zh) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220104165A (ko) * | 2019-11-21 | 2022-07-26 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 표시 장치, 표시 모듈, 전자 기기, 및 표시 장치의 제작 방법 |
| KR20220021985A (ko) * | 2020-08-14 | 2022-02-23 | 삼성디스플레이 주식회사 | 표시 장치 및 이를 포함하는 타일형 표시 장치 |
-
2022
- 2022-07-12 TW TW111126108A patent/TW202404025A/zh unknown
- 2022-08-18 US US17/891,116 patent/US20240021593A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20240021593A1 (en) | 2024-01-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11393963B2 (en) | LED unit, image display element, and method of manufacturing the same | |
| US12456716B2 (en) | LED unit for display and display apparatus having the same | |
| CN112117356B (zh) | 一种全彩有源寻址Micro-LED芯片结构及其制作方法 | |
| US11728371B2 (en) | Method of fabricating LED module | |
| US10770440B2 (en) | Micro-LED display assembly | |
| US8642363B2 (en) | Monolithic full-color LED micro-display on an active matrix panel manufactured using flip-chip technology | |
| US20250063877A1 (en) | Led display panel and led display apparatus having the same | |
| TWI864041B (zh) | 影像顯示裝置之製造方法及影像顯示裝置 | |
| US12176378B2 (en) | LED display panel and led display apparatus having the same | |
| KR102902647B1 (ko) | 디스플레이 장치 | |
| US20240030210A1 (en) | Display apparatus | |
| CN114725080B (zh) | 发光单元、显示装置及其制备方法 | |
| TW202404025A (zh) | 發光二極體結構及其製作方法 | |
| US20240021589A1 (en) | Led display apparatus | |
| US20250266411A1 (en) | Display apparatus | |
| US20260033399A1 (en) | Led unit for display and display apparatus having the same | |
| EP4632816A1 (en) | Led display apparatus | |
| US20240021751A1 (en) | Led module, method of manufacturing the same, and led display apparatus | |
| US20250294940A1 (en) | Display apparatus | |
| JP2025525505A (ja) | 画素ユニット及びその製造方法、マイクロディスプレイ、画素レベル個別素子 | |
| CN117410391A (zh) | Led模块、其制造方法以及led显示设备 | |
| KR20250078276A (ko) | 디스플레이 장치 및 그 제조 방법 | |
| CN120981067A (zh) | 一种MicroLED显示芯片及其制作方法 | |
| CN120018660A (zh) | 发光二极管、显示设备和制造显示设备的方法 | |
| CN119486511A (zh) | Oled微显示器件及其制造方法 |