[发明专利]用于晶圆到晶圆键合的台面形成

说明书

本文公开了用于制造发光二极管(LED)的晶圆到晶圆键合技术。在一些实施例中，制造LED的方法包括蚀刻半导体材料以形成多个相邻的台面形。半导体材料包括一个或更多个外延层。该方法还包括在相邻的台面形之间的间隙内形成钝化层，并将基底晶圆键合到半导体材料的第一表面。

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年6月10日提交的美国专利申请第16/436,794号和2018年9月11日提交的美国临时专利申请第62/729,820号的优先权。美国专利申请第16/436,794号和第62/729,820号在此通过引用以其整体并入本文。

背景

发光二极管(LED)将电能转化为光能。在半导体LED中，光通常是通过半导体层中电子和空穴的复合产生的。LED领域的一个挑战是尽可能多地向所需方向提取发射光。可以使用各种方法来提高LED的效率，例如调整半导体层的形状，使半导体层的表面粗糙化，以及使用额外的光学器件来重定向或聚焦光。

概述

LED可以形成一维阵列或二维阵列。可以使用各种制造方法，例如晶圆到晶圆键合(wafer-to-wafer bonding)或拾取和放置(pick-and-place)技术。在晶圆到晶圆键合中，具有外延层的LED晶圆可以倒装键合到具有驱动电路的基底晶圆(base wafer)上。在两个晶圆被键合之后，单个LED被切单(singulate)。晶圆到晶圆键合允许制造比拾取和放置技术更小的LED，因为不需要拾取、放置和键合单个LED。例如，可以通过晶圆到晶圆键合来制造芯片直径低至1μm的LED。然而，相关技术的晶圆到晶圆键合方法可能遭受低光提取效率。

本公开总体上涉及用于制造LED的晶圆到晶圆键合。在一些实施例中，制造LED的方法包括蚀刻半导体材料以形成多个相邻的台面形(mesa shape)。半导体材料包括一个或更多个外延层。该方法还包括在相邻的台面形之间的间隙内形成钝化层(passivationlayer)，并将基底晶圆键合到半导体材料的第一表面。

该方法还可以包括从半导体材料的第二表面移除衬底，其中半导体材料的第二表面与半导体材料的第一表面相对，并且图案化每对相邻的台面形之间的沟槽(trench)以形成多个LED。该方法还可以包括在半导体材料的第二表面的对应于多个LED中的一个的一部分上形成透镜。替代地或附加地，该方法可以包括形成半导体材料的第二表面的结构以提高自发辐射率(spontaneous emission rate)，其中该结构对应于多个LED中的一个。

可选地或附加地，该方法还可以包括在半导体材料上形成第一触点，其中第一触点具有第一极性，并且在形成多个相邻的台面形之前或之后形成第一触点。该方法还可以包括形成第二触点，其中第二触点具有与第一触点的第一极性相反的第二极性。第二触点可以是分布式触点和/或大面积触点。

替代地或附加地，该方法还可以包括，在将基底晶圆键合到半导体材料的第一表面之前，平坦化半导体材料的第一表面和钝化层，并且在半导体材料的第一表面上沉积键合层(bonding layer)，其中基底晶圆经由键合层键合到半导体材料的第一表面。可以通过金属到金属键合将基底层键合到键合层。替代地或附加地，可以通过共晶键合(eutecticbonding)将基底层键合到键合层。替代地或附加地，可以通过氧化物键合将基底层键合到键合层。替代地或附加地，可以通过阳极键合、热压键合、紫外线键合和/或熔融键合将基底层键合到键合层。

替代地或附加地，该方法还可以包括，在相邻的台面形之间的间隙内形成钝化层之前，在每个相邻的台面形的侧壁上沉积反射层。替代地或附加地，该方法还可以包括，在将基底晶圆键合到半导体材料的第一表面之前，在半导体材料的第一表面和钝化层上沉积接触层，以及在接触层上沉积键合层。基底晶圆可以经由接触层和键合层键合到半导体材料的第一表面。键合层和接触层可以由不同的金属或相同的金属制成。