微显示装置的制造方法与流程

1.本发明属于半导体微显示技术领域，特别涉及一种微显示装置的制造方法。


背景技术：

2.micro-led是最新一代显示技术，在micro-led的产业化和商业化的道路上，还存在许多技术问题需要深入的研究。其中，micro-led发光芯片与驱动芯片相结合的工艺难点是阻碍其商业化的主要问题。现有的技术方案包括stamp巨量转移、激光转移、静电转移、电磁转移、流体自组装等。然而上述技术方案都存在单工步良率低、时间长的问题。小尺寸头戴式ar/vr所需的显示器尺寸较小（大约≤0.5寸），因此晶圆键合方案（wafer to wafer）具有良率高、时间短的优势。但是传统的wafer to wafer平面键合工艺存在对键合界面要求高的问题，需要同时满足以下条件：同质键合（异质键合因热膨胀系数不同，更容易导致键合错位或键合裂痕的缺陷）、两块键合晶圆的尺寸相同、cmp dishing≤150（碟形缺陷深度）或者≤50，以及粗糙度rq≤0.5nm等。


技术实现要素：

3.本技术的目的在于降低显示装置的键合难度，提供一种易于实施的高质量异质键合的方法。
4.为了实现上述发明的目的，本发明采用如下技术方案：一种微显示装置的制造方法，包括下述步骤，（1）提供第一晶圆和第二晶圆，所述的第一晶圆和第二晶圆中的一个晶圆具有若干阵列排布的发光芯片，另一个晶圆具有若干分别与各所述的发光芯片对应的驱动芯片；（2）在所述的第一晶圆上制备复数个金属插头；（3）在所述的第二晶圆上制备复数个金属垫；（4）使上述复数个金属插头与复数个金属垫一一对准，并进行预键合；（5）剥离所述的发光芯片对应的衬底；（6）将预键合的第一晶圆和第二晶圆组合体加热并键合；其中，所述的步骤（2）和步骤（3）顺序不分先后。
5.在一个实施例中，所述的步骤（2）还包括在所述的第一晶圆上制备凸出于该晶圆表面的正向结构，所述的正向结构包括复数个所述的金属插头；所述的步骤（3）还包括在所述的第二晶圆上制备相对于该晶圆表面凹陷的负向结构，所述的负向结构包括复数个所述的金属垫。
6.在一个实施例中，若干所述的发光芯片位于所述的第一晶圆上，所述的发光芯片上具有设置在所述的衬底相对侧的背板，所述的正向结构开设在所述的发光芯片的背板上。
7.在一个实施例中，若干所述的驱动芯片位于所述的第一晶圆上，所述的正向结构
开设在所述的驱动芯片上。
8.在一个实施例中，所述的正向结构通过化学机械抛光和/或刻蚀工艺形成，。
9.在一个实施例中，所述的负向结构通过化学机械抛光和/或刻蚀工艺形成。
10.在一个实施例中，所述的负向结构具有开口部，且所述的开口部的口径大于底部的面积。
11.在一个实施例中，所述的负向结构的开口部的口径大于所述的正向结构的外径。
12.在一个实施例中，所述的第一晶圆和第二晶圆为异质晶圆。
13.在一个实施例中，所述的第一晶圆和第二晶圆为相同尺寸的晶圆，或者一对所述的晶圆分别为不同尺寸的晶圆。
14.在一个实施例中，所述的步骤（5）中采用波长为266～308nm激光剥离所述的发光芯片的衬底。
15.在一个实施例中，所述的第一温度≤100℃，所述的第二温度为120℃-450℃。
附图说明
16.附图1为晶圆的平面示意图；附图2为晶圆当中一个晶片的平面示意图；附图3为改进前采取的晶圆键合工艺的截面示意图；附图4为本技术的制造工艺的流程图；附图5为本技术的一个实施例中的制造工艺步骤（4）的示意图；附图6为本技术的一个实施例中的制造工艺步骤（5）的示意图；附图7为本技术的一个实施例中的制造工艺步骤（6）的示意图；其中：10.第一晶圆；11、金属插头；12、背板；13、衬底；20、第二晶圆；21、金属垫；22、沟槽；1、晶圆；2、晶片；3、半导体器件。
具体实施方式
17.为详细说明发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明，其中本说明书中所述的“上”、“下”位置关系分别与附图7中的上、下方对应。
18.此外，本技术中，凡是出现“在
……
之下”、“在
……
下方”、“在
……
下”、
ꢀ“
下”、“在
……
上方”、“上”、“在
……
之上”、“较高的”、“侧”(例如，如在“侧壁”中)等的空间相对术语，都是用来描述如附图中示出的一个元件与另一(其它)元件的相对位置关系。空间相对术语意图包括设备在使用、操作和/或制造中除了附图中描绘的方位之外的不同方位。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为“在”其它元件或特征“下方”或“之下”的元件随后将被 定位为“在”所述其它元件或特征“上方”。因此，示例性术语“在
……
下方”可以包括上方和下方两种方位。此外，设备可以被另外定位(例如，旋转90度或者在其它方位处)，如此，相应 地解释在此使用的空间相对描述语。
19.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。
20.本技术的实施例揭示了一种微显示装置的制造方法。该微显示装置包括相互键合
的发光芯片与驱动芯片。本实施例的微显示装置可以应用于ar/vr眼镜、手机、平板、电视、电脑等电子设备当中。本技术实施例对上述微显示装置的具体形式不做特殊限制，比如可以是oled、mini-led、mini-led等形式。以下为了方便说明，是以micro-led为例进行的说明。
21.参见图1所示，微显示装置在制作过程中，首先在晶圆1上制作若干颗晶片2。参见图2所示，每颗晶片2上分别具有若干半导体器件3（发光器件或开关晶体管）。图3所示为采用晶圆键合工艺制作显示装置过程中，两片晶圆键合的截面示意图。
22.参见图4所示，在本技术的一个实施例中，提供了一种微显示装置的制造方法，包括下述步骤：（1）分别提供第一晶圆10和第二晶圆10；（2）在所述的第一晶圆10上制备复数个金属插头11；（3）在所述的第二晶圆20上制备复数个金属垫21；（4）使上述复数个金属插头11与复数个金属垫21一一对准，并进行预键合，可以采用plasma进行预键合，一般来说，预键合采用23-25℃（摄氏度）左右的常温或室温即可，这种温度条件下，异质晶圆不会因热膨胀系数不同而产生位移；（5）将其中发光芯片上的衬底13剥离，比如采用波长为266～308nm激光剥离所述的发光芯片的衬底；（6）将预键合的第一晶圆10和第二晶圆20组合体加热并键合，加热可以在加热炉中加热，加热温度保持在120℃-450℃之间(摄氏度)。
23.在预键合的过程中，采用常压在对准腔室内对准加压键合，键合过程中应保证键合精度≤
±
50nm。预键合可使第一晶圆和第二晶圆进行初步对位接触。
24.而步骤6中的第二次键合是在加热炉中常规压力进行的，目的是达到第一晶圆与第二晶圆的键合，并使金属插头和金属垫融合，并形成电连接。
25.其中，所述的步骤（2）和步骤（3）顺序不分先后。第一晶圆10和第二晶圆20中的一个晶圆具有若干阵列排布的发光芯片，另一个晶圆具有若干分别与各所述的发光芯片对应的驱动芯片。比如在图4所示的实施例中，该第一晶圆10为显示晶圆，其上具有若干个发光芯片，各第一晶圆上具有相对凸出于键合表面的金属插头；而相应的第二晶圆20为驱动晶圆，其上具有若干驱动芯片，用于驱动发光芯片，在该第二晶圆上具有相对凹陷于键合表面的金属垫结构。在本技术的其他实施例中，还可以将上述结构反过来，即，金属垫结构开设在发光芯片所在的晶圆上，而金属插头开设在驱动芯片所在的晶圆上。
26.在一个实施例中，该金属插头和金属垫可以是与晶圆的键合表面齐平的，即第一晶圆和第二晶圆的表面为平面结构。而在图5所示的实施例中，为进一步降低键合难度，提高键合成功率，申请人将晶圆表面设计成凹凸的立体结构。具体来说，在步骤（2）中，还包括在第一晶圆10上制备凸出于该晶圆表面的正向结构，正向结构包括复数个所述的金属插头11，即金属插头11凸出于晶圆的表面（键合面）。而相应的，在步骤（3）还包括在所述的第二晶圆20上制备相对于该晶圆表面凹陷的负向结构，负向结构包括复数个所述的金属垫21，该负向结构是先在晶圆上形成相对于键合面凹陷的沟槽22，再在沟槽内沉积金属，最终形成上述的金属垫。
27.发光芯片上具有设置在衬底13相对侧的背板12，所述的金属插头11开设在所述的
发光芯片的背板12上。
28.在本技术的一个实施例中，所述的正向结构和负向结构可通过化学机械抛光和/或刻蚀工艺形成。
29.请继续参阅图5，在本技术的一个实施例中，所述的负向结构具有开口部，且所述的开口部的口径大于底部的面积，即，负向结构具有一喇叭阔口，可以便于正向结构插入。更进一步的说，该负向结构的开口部的口径大于正向结构的外径。图5所示的实施例中，负向结构是一个开口大于底部的沟槽22，沟槽内生成有金属垫21，而金属插头11则包括相互结合的两部分：位于上部的梯台部和位于下部的球形部，球形部的外径小于沟槽22的开口，将金属插头11的凸出端设置成球形部能够有利于其在对准和键合时自动导正，准确落入沟槽22内，降低键合窗口。
30.在本技术的一个实施例中，所述的第一晶圆10和第二晶圆20可以是同质或异质晶圆。也就是说，本技术的方法适合于同质或异质晶圆键合。
31.在本技术的不同实施例中，所述的第一晶圆和第二晶圆可以是相同尺寸的晶圆，也可以是不同尺寸的晶圆。
32.本技术通过cmp工艺制备（或cmp 刻蚀）出立体结构（正向结构和负向结构），利用对准及压力的作用下（也可采用plasma预键合）进行预键合，预键合过程在常温下进行，因此无温度影响，即使是一对异质晶圆键合，也不会因热膨胀系数不同而产生位移，在预键合后的利用激光将led的蓝宝石衬底剥离，最后采用加热炉加热键合，将金属插头和金属垫键合。
33.在本技术的另一个实施例中，还提供了一种微显示装置的制造方法，包括下述步骤：（1）分别提供第一晶圆10和第二晶圆10；（2）在所述的第一晶圆10上制备复数个金属插头11；（3）在所述的第二晶圆20上制备复数个金属垫21；（4）使上述复数个金属插头11与复数个金属垫21一一对准，并进行预键合；（5）将预键合的第一晶圆10和第二晶圆20组合体加热并键合；在该实施例中，在完成上述5个步骤之后，再剥离发光芯片的衬底。
34.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。