硅衬底上圆盘型Micro-LED阵列转移的方法技术

本发明专利技术涉及Micro

【技术实现步骤摘要】
硅衬底上圆盘型Micro
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LED阵列转移的方法


[0001]本专利技术涉及Micro
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LED阵列转移领域，具体涉及一种硅衬底上圆盘型Micro
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LED阵列转移的方法。

技术介绍

[0002]目前，Micro
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LED显示被认为是继LCD、OLED之后的下一代显示技术，其具备自发光的特性，无需背光源，相比于OLED，色彩更容易调试，具有更高的分辨率(1500ppi)、更快的响应速度(ns级)、更长的寿命和更高的亮度。
[0003]Micro
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LED是制备出超小尺寸的LED芯片并将数量巨大的LED芯片阵列化转移至驱动基板上，通过驱动基板控制每一颗LED芯片的亮度。Micro
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LED的制备主要包括微缩制程技术、巨量转移技术、键合技术和彩色化封装，其中，以巨量转移技术最具难度，将LED芯片从原来衬底的预定位置精准抓取并放置在驱动板目标位置，难点在于如何将大量的LED芯片快速稳定精准的转移，同时提高转移效率和降低成本是产业化落地的关键；转移至驱动基板后每个像素独立驱动，对Micro
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LED颗粒均一性有很高的要求。另外，Micro
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LED产业发展面临的主要阻碍是微缩制造过程和衬底批量转移过程的效率较低从而导致产品成本过高。
[0004]目前报道的LED转移技术主要有如下几种：精准抓取技术、流体自组装、激光转移技术和滚轴转印技术。
[0005]精准抓取技术是指利用范德华力、静电力和磁力进行有目标的LED芯片提取和转移。US7943491B2公开了采用PDMS做弹性印模，LED芯片采用刻蚀镂空的方法容易从衬底脱离，用该弹性印章将LED芯片吸附并压印至做好驱动电路的基板上，完成LED芯片转移。US9288899B2公开了采用静电吸附的原理，利用正负极结构分别对转移头施加正电压和负电压，施加正电压可吸附抓取LED，施加负电压即可释放LED，实现对LED的精准转移。另外，也可以利用磁力进行精准抓取，CN111584519A公开了采用电磁吸附的原理，通过在接触电极和驱动基板中设计多个电磁结构，只有当驱动基板电磁性移动到和二极管磁性相吸的位置时，两者精准对位，以提高芯片的转移精度。虽然，精准抓取技术可以成功进行LED转移，但是，精准抓取方式普遍效率不够高，需要高精度对准操作，重点是有外力作用于LED芯片时容易导致芯片损伤。
[0006]US10418527B2公开了一种利用流体自组装进行LED转移的方法。该方法通过将LED芯片从衬底剥离之后散落到悬浮液中，利用悬浮液的流动性，使LED芯片落入目标驱动基板的凹槽内，与驱动基板精准匹配。相对而言，流体自组装法的转移精度高、缺陷低，但利用液体的重力和毛细管力进行生产的可靠性偏低。
[0007]“Laser
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Enabled Advanced Packaging of Ultrathin Bare Dice in Flexible Substrates”(Val Marinov等人，IEEE Transactions on Components Packaging&Manufacturing Technology,2012,2,569.)中公开了一种利用激光转移技术进行LED转移的方法。选用合适波长的激光照射LED器件与蓝宝石衬底之间的GaN缓冲层，可使GaN缓冲层
发生化学反应分解为金属镓和氮气，使得LED芯片依次无损与衬底分离，转移至驱动基板上，激光法转移时还可以绕开提前排查的坏点LED芯片，具备很高的选择性，成功率和可靠性也较高，能实现高速转移(每小时1
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108单元)，但目前激光转移技术成本较高，且只适用于蓝宝石衬底。
[0008]“Stretchable Active Matrix Inorganic Light
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Emitting Diode Display Enabled by Overlay
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Aligned Roll
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Transfer Printing”(Minwoo Choi等人，Advanced Functional Materials,2017,27,1606005.)中公开了一种利用滚轴转印技术进行LED转移的方法。利用滚轴对滚轴方式，滚轴将LED芯片拾取，然后在驱动基板上进行第二次滚动将LED芯片精准转移到基板上，此方法效率较高但需要控制滚轴的压力以免损伤LED。
[0009]目前LED的衬底主要有硅、蓝宝石和碳化硅三种。其中，硅衬底相较于蓝宝石和碳化硅衬底，有着成本低和产业成熟的优点。硅衬底器件的衬底剥离方式主要用湿法腐蚀，如氢氧化钾(KOH)碱性溶液腐蚀，以及氢氟酸和硝酸(HF+HNO3)的酸性溶液腐蚀。虽然湿法腐蚀硅衬底的方法速率较快，但反应程度不可控，且HF酸毒性较大，操作过程中对实验人员存在很大的危险性。
[0010]因此，亟待提供一种安全可靠、转移效率高和成本低的将硅衬底上的圆盘型Micro
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LED阵列进行转移的方法。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的是为了克服现有的Micro
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LED在衬底剥离、芯片拾取和精准转移过程中存在的成本较高、工艺复杂、转移效率低以及在转移过程中容易对LED芯片造成损伤等问题，提供一种硅衬底上圆盘型Micro
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LED阵列转移的方法，该方法具有材料成本低、刻蚀工艺稳定安全、加工精度高、转移工艺简单、转移效率高和用途广泛的优势。
[0012]为了实现上述目的，本专利技术提供一种硅衬底上圆盘型Micro
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LED阵列转移的方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0013](1)将硅衬底上圆盘型Micro
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LED阵列进行光刻保护，得到覆盖光刻胶的Micro
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LED阵列；
[0014](2)将所述覆盖光刻胶的Micro
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LED阵列进行干法刻蚀，得到硅柱支撑的悬浮式圆盘型Micro
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LED阵列；
[0015](3)将所述悬浮式圆盘型Micro
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LED阵列进行去除光刻胶、剥离硅衬底和柔性转移，转移到目标基板上。
[0016]通过上述技术方案，与现有技术相比，本专利技术能够获得以下有益效果：
[0017]1)转移工艺简单且效率高：本专利技术采用Micro
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LED的衬底直接剥离法和柔性转移方法，与精准抓取法和激光剥离法相比，转移工艺步骤和时间大幅减少，可一次转移整片晶圆上所有LED颗粒，转移速度和转移效率提高的同时，有效降低转移成本，转移成功率在99％以上。与流体自组装法和滚轴转印法相比，本方案对Micro
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LED颗粒的损伤小，转移后LED的电致发光强度的损失小于10％，能良好保持Micro本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅衬底上圆盘型Micro
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LED阵列转移的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将硅衬底上的圆盘型Micro
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LED阵列进行光刻保护，得到覆盖光刻胶的Micro
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LED阵列；(2)将所述覆盖光刻胶的Micro
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LED阵列进行干法刻蚀，得到硅柱支撑的悬浮式圆盘型Micro
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LED阵列；(3)将所述悬浮式圆盘型Micro
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LED阵列进行去除光刻胶、剥离硅衬底和柔性转移，转移到目标基板上。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述干法刻蚀在电感耦合等离子刻蚀系统中进行。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述干法刻蚀的过程包括：将所述覆盖光刻胶的Micro
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LED阵列从正面依次对InGaN/GaN外延层进行各向异性刻蚀和对硅衬底进行各向同性刻蚀。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述各向异性刻蚀的条件包括：刻蚀功率为500
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600W，射频功率为100
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200W，刻蚀速度为150
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250nm/min。5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，所述各向同性刻蚀的条件包括：刻蚀功率为600
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800W，射频功率为80
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100W，纵向刻蚀速度为3
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4μm/min，横向刻蚀速度为2
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3μm/min，刻蚀时间为15
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【专利技术属性】
技术研发人员：王江文，胡卫国，化麒麟，
申请(专利权)人：北京纳米能源与系统研究所，
类型：发明
国别省市：