一种MicroLED键合用外延片的获取方法与流程

一种micro led键合用外延片的获取方法
技术领域
1.本发明属于硅基micro led技术领域，具体为一种micro led键合用外延片的获取方法。


背景技术：

2.发光二极管（led）可用于许多消费产品（如通用照明、智能手机、显示器和汽车等），在器件方面可以实现更高的效率和耐久性、更紧凑的体积和更高的设计灵活性。并且，led是目前应用最广的照明光源，电光转换效率可超过 50%。作为固态主动发光光源， led 具有亮度高、寿命长、响应速度快和环保等特点。
3.半导体微纳制造技术与 led 技术的结合为在显示行业的应用带来了新的可能性。 led 的尺寸减小至微米量级，可以称作微型发光二极管（micro-led）。micro-led 有很多优异的特性，具有众多的潜在应用。 micro-led 可以用于制作显示器，相比于当前的 oled 和 lcd 等主流显示技术， micro-led 具有更高的亮度、分辨率与色彩饱和度，更低的能耗，更长的寿命和更快的响应速度，可以广泛应用于面板显示器、柔性显示器、透明显示器、平视显示器（hud）、微型投影仪、增强现实（ar）、虚拟现实（vr）、智能手表和智能手机等产品。除此之外，还可以应用到光神经网络、无掩模数字光刻、可见光通信、可穿戴/可植入器件和超分辨成像多个领域。
4.现有的micro led产品大多采用chip to chip的方式进行倒装键合得到，该方法需借助高精度对位设备，工艺复杂且良率低、生产成本较高，单次产量低，难以适应微显示器产业大需求量的发展趋势，采用wafer to wafer键合的方式有助于降低工艺成本及提升制备效率。外延片在剥离蓝宝石衬底时需要使用激光剥离工艺，当激光从蓝宝石衬底面入射，蓝宝石衬底与外延片连接处材料吸收激光能量，分解为气体，从而使蓝宝石衬底与外延片分离，但由于衬底材料晶格不匹配等原因，剥离完成后，剥离界面会残存金属镓，且界面粗糙，需要采用刻蚀、腐蚀、化学机械抛光等方式去除损伤层。刻蚀会带来新的损伤，腐蚀完成后会有离子残留，降低器件特性，化学机械抛光难以保证抛光后整个外延片的膜厚均匀性；而硅衬底外延可以使用化学方法腐蚀去除硅衬底，成本降低且对外延无损伤。然而，在硅衬底外延与ic驱动电路键合在一起后，利用腐蚀这种低成本方式去除外延片时，则容易对ic驱动电路造成腐蚀。因此研究一种新的获取大面积无损外延片的方法显得十分必要。
5.最后，当前单片倒装键合的方式对设备键合对准的精度高，键合良率低下，单片式作业效率慢，生产设备成本昂贵。


技术实现要素：

6.本发明提供一种micro led键合用外延片的获取方法，从外延获取方法上进行改进，有利于得到大面积键合用外延片，降低工艺技术难度及成本。
7.本发明提供一种micro led键合用外延片的获取方法，包括以下步骤：1）使用粘合剂将临时键合衬底与硅衬底外延片贴合；
2）磨抛上一步骤获得的贴片；3）使用腐蚀溶剂处理上一步骤获得的贴片，去除硅衬底，使用临时键合胶将腐蚀后的外延片贴合在在透明衬底上；4）加热上一步骤获得的贴片，当粘合剂融化后，将临时键合衬底从贴片上分离；5）在硅衬底外延片上蒸镀金属，采用热压键合工艺将硅衬底外延片与ic驱动电路进行键合；6）清理临时键合胶，剥离玻璃基板，硅衬底外延片即转移至需键合的ic驱动电路。
8.步骤1）中粘合剂选用耐强氧化性酸、强碱、氢氟酸腐蚀的材料，且易使用热清洗、溶剂清洗方法去除的粘合剂。具体的，粘合剂选用石蜡或热滑移胶。
9.步骤1）中临时键合衬底选用不溶于强氧化性酸、强碱、氢氟酸的硬性衬底。具体的，临时键合衬底选用蓝宝石衬底。
10.步骤2）中的磨抛方法为：使用双轴磨抛机进行减薄操作，研磨液磨料选用粒径为15um的碳化硼，压力设置为1.2-1.5kg，磨盘使用铁磨盘，磨抛转速为30-60 rpm，将硅衬底外延片减薄至600-700um后停止磨抛，并用去离子水将贴片冲洗干净。
11.步骤3）中腐蚀溶剂选用氧化性酸。具体的，腐蚀溶剂选用氢氟酸、硝酸、氢氟酸、磷酸或双氧水。
12.步骤3）中临时键合胶能与特动波长的光发生反应并分解，光波长范围为200-1200 nm，且有一定的耐热性，耐热温度为100-200℃，且在光照射后可在室温下无外施加应力作用下自行分离。
13.步骤3）中透明衬底要求光透过率≥90%，具有一定力学强度，可以承受一定压力。透明衬底选用玻璃衬底。
14.步骤4）中加热贴片的方法为：加热至70℃，加热时间3-5min；临时衬底分离后将贴片依次用去蜡液、丙酮、酒精在60℃下各浸泡10min，之后用去离子水冲洗10min，用甩干机甩干。
15.步骤5）中蒸镀方法为：利用电子束蒸镀设备蒸镀，蒸镀金属应与ic驱动电路的凸点金属具有良好的接触特性和电学特性，可与ic驱动电路基板键合牢固，提升外延层材料与凸点金属之间的粘附性；本文所述ic驱动电路上的凸点为in柱，凸点高度为4-6um。具体的，蒸镀金属选用ni、pt或au，ni的厚度为0.1-1nm，pt的厚度为100-200nm，au的厚度为100-500nm。
16.步骤6）中清理临时键合胶的方法为：利用激光解键合设备对临时键合胶进行照射，照射波长355nm，解键合能量范围120~200 mj/cm2，使用dmac清洗解离之后的残胶。
17.采用以上外延片的获取方法，能有效减少因激光剥离带来的界面损伤及后续对损伤处理的复杂工艺步骤。采用该方法可以将器件键合方式由单片转变为大尺寸晶圆，且精度要求可由10um级放大到百微米级，该方式适用于2-12inch晶圆，可有限降低生产工时，缩减设备成本，提升生产效率。
附图说明
18.图1为步骤1）获得的多层结构示意图。
19.图2为步骤3）获得的多层结构示意图。
20.图3为步骤4）获得的多层结构示意图。
21.图4为步骤5）获得的多层结构示意图。
22.图5为步骤6）获得的多层结构示意图。
具体实施方式
23.实施例1：本发明的实施例为使用两种临时衬底及对应粘附材料将硅衬底外延片转移到需键合的ic驱动电路上。具体步骤包括：（1）将硅衬底外延片、蓝宝石衬底依次在丙酮、酒精中超声浸泡10min，然后用去离子水冲洗10min，冲洗完成后，使用甩干机甩干（2）将热板温度加热至80-90℃，在滤纸上放置蓝宝石衬底，将蓝宝石衬底加热至与热板温度一致。蓝宝石衬底加热完成后，在蓝宝石衬底均匀涂覆达到熔点的低温石蜡，之后将蓝宝石衬底与硅衬底外延片贴合在一起。利用砝码或者键合机对贴片均匀施加0.1-0.3mpa压强，冷却后用酒精将贴合边缘处石蜡擦去。
24.（3）使用双轴磨抛机进行减薄操作，研磨液磨料选用粒径为15um的碳化硼，压力设置为1.2-1.5kg，磨盘使用铁磨盘，磨抛转速为30-60 rpm，将硅衬底外延片减薄至600-700um后停止磨抛，并用去离子水将贴片冲洗干净。
25.（4）将减薄后的贴片放入氢氟酸：硝酸：冰乙酸=4:5:4的腐蚀溶液中，浸泡20min，去除硅衬底，用去离子水冲洗10min，再用甩干机甩干。
26.（5）在外延片上涂覆临时键合胶，然后将玻璃衬底与涂覆键合胶面对齐，对齐后放入键合设备中，设置压力0.3-0.5mpa，施加时间15-20min，温度设置120-160℃。键合完成后用二甲基乙酰胺（dmac）溶液清洗贴片边缘溢胶。
27.（6）将贴片加热至70℃，加热时间3-5min，石蜡融化后，使蓝宝石衬底从贴合片上分离。蓝宝石衬底分离后的片子依次用去蜡液、丙酮、酒精在60℃下各浸泡10min，之后用去离子水冲洗10min，用甩干机甩干。
28.（7）利用电子束蒸镀设备，在外延片上蒸镀键合金属，金属材料结构为ni/pt/au，ni的厚度为0.1-1nm，pt的厚度为100-200nm，au的厚度为100-500nm。
29.（8）将外延片的金属层与ic驱动电路正面相对贴合，ic驱动电路上的金属为缩球后的in柱。ic及外延片放入晶圆键合机中，设定键合温度为200℃、施加压强0.4mpa，将ic驱动电路与外延片键合在一起。
30.（9）利用激光解键合设备对临时键合胶进行照射，照射波长355nm，解键合能量范围120~200 mj/cm2，使用dmac清洗解离之后的残胶。
31.综上所述，本实施例的技术方案有助于获取用于大尺寸晶圆键合的外延片，解决了使用硅腐蚀液对ic驱动的影响，可以有效提高micro led产品生产效率及降低成本。
32.最后需要强调的是，虽然本技术已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本技术，本领域的普通技术人员，在不脱离本技术的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本技术的保护范围以权利要求界定的范围为准。

技术特征：
1.一种micro led键合用外延片的获取方法，其特征在于包括以下步骤：使用粘合剂将临时键合衬底与硅衬底外延片贴合；磨抛上一步骤获得的贴片；使用腐蚀溶剂处理上一步骤获得的贴片，去除硅衬底，使用临时键合胶将腐蚀后的外延片贴合在在透明衬底上；加热上一步骤获得的贴片，当粘合剂融化后，将临时键合衬底从贴片上分离；在硅衬底外延片上蒸镀金属，采用热压键合工艺将硅衬底外延片与ic驱动电路进行键合；清理临时键合胶，剥离玻璃基板，硅衬底外延片即转移至需键合的ic驱动电路。2.如权利要求1所述的一种micro led键合用外延片的获取方法，其特征在于粘合剂选用石蜡或热滑移胶。3.如权利要求1所述的一种micro led键合用外延片的获取方法，其特征在于临时键合衬底选用蓝宝石衬底。4.如权利要求1所述的一种micro led键合用外延片的获取方法，其特征在于磨抛方法为：使用双轴磨抛机进行减薄操作，研磨液磨料选用粒径为15um的碳化硼，压力设置为1.2-1.5kg，磨盘使用铁磨盘，磨抛转速为30-60 rpm，将硅衬底外延片减薄至600-700um后停止磨抛，并用去离子水将贴片冲洗干净。5.如权利要求1所述的一种micro led键合用外延片的获取方法，其特征在于腐蚀溶剂选用氢氟酸、硝酸、氢氟酸、磷酸或双氧水。6.如权利要求1所述的一种micro led键合用外延片的获取方法，其特征在于透明衬底选用玻璃衬底。7.如权利要求1所述的一种micro led键合用外延片的获取方法，其特征在于加热贴片的方法为：加热至70℃，加热时间3-5min；临时衬底分离后将贴片依次用去蜡液、丙酮、酒精在60℃下各浸泡10min，之后用去离子水冲洗10min，用甩干机甩干。8.如权利要求1所述的一种micro led键合用外延片的获取方法，其特征在于蒸镀方法为：利用电子束蒸镀设备蒸镀，蒸镀金属应与ic驱动电路的凸点金属具有良好的接触特性和电学特性，可与ic驱动电路基板键合牢固，提升外延层材料与凸点金属之间的粘附性；本文所述ic驱动电路上的凸点为in柱，凸点高度为4-6um。9.如权利要求8所述的一种micro led键合用外延片的获取方法，其特征在于蒸镀金属选用ni、pt或au，ni的厚度为0.1-1nm，pt的厚度为100-200nm，au的厚度为100-500nm。10.如权利要求1所述的一种micro led键合用外延片的获取方法，其特征在于清理临时键合胶的方法为：利用激光解键合设备对临时键合胶进行照射，照射波长355nm，解键合能量范围120~200 mj/cm2，使用dmac清洗解离之后的残胶。

技术总结
本发明属于硅基Micro LED技术领域，具体为一种Micro LED键合用外延片的获取方法，该方法首先将临时键合衬底与硅衬底外延片贴合，磨抛贴片后使用腐蚀溶剂处理，然后使用临时键合胶将腐蚀后的外延片贴合在在透明衬底上。最后，加热贴片，在硅衬底外延片上蒸镀金属将硅衬底外延片与IC驱动电路进行键合。该方法可以减少因激光剥离带来的材料表面损伤及后续对损伤处理的复杂工艺步骤。损伤处理的复杂工艺步骤。损伤处理的复杂工艺步骤。


技术研发人员：邓枫 王光华 杨文运 鲁朝宇 高树雄 高思博 张杰
受保护的技术使用者：云南北方奥雷德光电科技股份有限公司
技术研发日：2023.07.13
技术公布日：2023/9/23