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WO2023062139A1 - Procédé de report d'un dispositif optoélectronique - Google Patents

Procédé de report d'un dispositif optoélectronique Download PDF

Info

Publication number
WO2023062139A1
WO2023062139A1 PCT/EP2022/078533 EP2022078533W WO2023062139A1 WO 2023062139 A1 WO2023062139 A1 WO 2023062139A1 EP 2022078533 W EP2022078533 W EP 2022078533W WO 2023062139 A1 WO2023062139 A1 WO 2023062139A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
substrate
layer
etching
face
glue
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/078533
Other languages
English (en)
Inventor
Frédéric Mayer
Clémence TALLET
Nohora CAICEDO
Original Assignee
Aledia
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aledia filed Critical Aledia
Priority to US18/701,086 priority Critical patent/US20240347518A1/en
Priority to EP22801780.2A priority patent/EP4416766A1/fr
Publication of WO2023062139A1 publication Critical patent/WO2023062139A1/fr

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/075—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00
    • H01L25/0753—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00 the devices being arranged next to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0093—Wafer bonding; Removal of the growth substrate

Definitions

  • the present invention relates to the field of semiconductor technologies. It finds a particularly advantageous application in the manufacture of optoelectronic devices having a three-dimensional structure, for example light-emitting diodes.
  • the microelectronic or optoelectronic devices can be produced on a first substrate, called donor substrate, then transferred onto a second substrate, called receiver substrate.
  • the step of transferring the devices from the donor substrate to the recipient substrate is typically done via a manipulation substrate.
  • the devices are first glued at their vertices to the manipulation substrate.
  • the donor substrate is then removed, usually by mechanical trimming. This clears the bases of the devices.
  • the devices are then transferred to the receiver substrate and assembled thereon at their bases.
  • the bases of the devices initially in contact with the donor substrate are thus, at the end of the transfer, in contact with the receiver substrate.
  • the handling substrate is removed so as to expose the tops of the devices.
  • This manipulation substrate is preferably kept in order to be reused, typically for another transfer.
  • the bonding between the handling substrate and the tops of the devices must therefore have a sufficiently high adhesion strength to withstand the mechanical trimming step.
  • the bonding between the handling substrate and the tops of the devices must have a sufficiently low adhesion force to remove the handling substrate and disengage the tops of the devices, after transfer onto the receiving substrate.
  • One solution consists in using an adhesive whose adhesion properties vary according to an external parameter, typically the temperature.
  • an adhesive whose adhesion properties vary according to an external parameter, typically the temperature.
  • this solution is not suitable for transferring temperature-sensitive devices.
  • the amplitude of variation of the adhesion force of such an adhesive is also not sufficient to ensure both good stability of the devices when removing the donor substrate, and easy take-off when removing the substrate from the donor substrate. handling.
  • Another solution consists in forming a stabilization layer and a sacrificial structure partially enveloping the device, during manufacture of the device, as disclosed by document US 9379092 B2.
  • the donor substrate is removed by trimming.
  • the sacrificial structure and the stabilization layer make it possible to maintain and stabilize the device during trimming.
  • the etching of the sacrificial structure then makes it possible to partially release the device.
  • the device is only retained by a small stud.
  • the device is then assembled on a receiver substrate and the stabilization layer removed from the handling substrate.
  • the present invention aims to at least partially overcome the drawbacks mentioned above.
  • an object of the present invention is to propose a method for transferring an optoelectronic device improving the management of the transfer steps.
  • Another object of the present invention is to provide a method for transferring an optoelectronic device whose cost is reduced.
  • a first aspect of the invention relates to a method for transferring an optoelectronic device from a first substrate to a second substrate via a handling substrate.
  • the method comprises at least the following steps:
  • the assembly layer is formed beforehand on the handling substrate and only on the handling substrate, before bonding the device.
  • the narrow portion can here be formed a posteriori, after bonding and after removal of the first substrate. This improves the management of transfer steps. It is no longer necessary to plan a narrow portion a priori.
  • this stud is integrated into the assembly layer before the device is bonded thereto.
  • the manufacture of the pad is done independently of the manufacture of the device, unlike the solution disclosed by document US 9379092 B2. This also improves the management of the transfer steps, which can be independent of the device manufacturing steps.
  • the handling substrate comprising the assembly layer and/or the pads can advantageously be reused, for example to perform another transfer of optoelectronic devices.
  • the device is bonded to the assembly layer at the level of the first face, which typically corresponds to a top of the device, and preferably only at the level of this first face.
  • the transfer process is further simplified and the related costs are further reduced.
  • FIGURE 1 illustrates an assembly step between a donor substrate bearing devices and a manipulation substrate, according to an embodiment of the present invention.
  • FIGURE 2 illustrates devices assembled to the manipulation substrate, after removal of the donor substrate, according to one embodiment of the present invention.
  • FIGURE 3A illustrates a step for separating the devices from each other, according to an embodiment of the present invention.
  • FIGURE 3B illustrates a variant of the step of separating the devices from each other, illustrated in FIGURE 3A.
  • FIGURE 4 illustrates the formation of narrow portions in the assembly layer with a view to detaching the devices from the manipulation substrate, according to an embodiment of the present invention.
  • FIGURE 5 illustrates a step for detaching the devices from the manipulation substrate, and their transfer to a receiving substrate, according to an embodiment of the present invention.
  • FIGURES 6-9 illustrate steps of a method of transferring devices according to another embodiment of the present invention.
  • FIGURES 10-12A illustrate steps of a method of transferring devices according to another embodiment of the present invention.
  • FIGURES 11B through 12B illustrate variations of the steps illustrated in FIGURES 11A and 12A, respectively.
  • the bonding surface extends only along the xy base plane.
  • the assembly layer comprises at least one layer of glue.
  • the detachment of the optoelectronic device comprises:
  • the first face of the device is only in contact with the adhesive layer. This makes it possible to standardize the adhesion force between the device and the handling substrate.
  • the partial etching of the assembly layer comprises:
  • an anisotropic etching mainly directed along a z direction normal to the xy base plane and configured to remove the assembly layer around the device, in projection along a z direction normal to the xy base plane, so as to outline the device, Then
  • an isotropic etching configured to form the narrow portion under the device, in projection along a direction z normal to the base plane xy.
  • the anisotropic etching is carried out by cutting.
  • the cutting is done by laser.
  • the cutting is done by a saw.
  • the cutting is done by plasma.
  • the anisotropic and isotropic etchings are performed by plasma.
  • the isotropic etching corresponds to an overetching performed at the end of the anisotropic etching.
  • the isotropic etching corresponds to an overetching step obtained by exceeding a predetermined duration threshold for the anisotropic etching, and by continuing the anisotropic etching over an overetching duration beyond said predetermined duration threshold. This makes it possible to obtain a plot with the desired section. In particular, partial etching is stopped by controlling the overetching duration.
  • the anisotropic etching is configured to remove the assembly layer over an entire thickness of the assembly layer.
  • the assembly layer comprises a composite layer on the handling substrate, said composite layer comprising at least one pad having an outer wall based on a first material A, and a matrix based on a second material B.
  • the assembly layer comprises a layer of glue based on a C glue on the composite layer, facing the device.
  • the method further comprises the formation of a layer of glue on the composite layer or on the entire first face of the device, prior to the bonding of the device, so that said layer of glue (303) is interposed between the composite layer and the first face of the device, after bonding.
  • the at least one stud comprises a shell having the outer wall based on the first material A, and a core made of a material A' different from the first material A.
  • the partial etching is configured to etch the second material B selectively to the first material A.
  • the partial etching has an etching selectivity SB A of the second material B with respect to the first material A greater than 5:1.
  • the at least one narrow portion retained after the partial etching is the at least one pad of the composite layer.
  • the method further comprises, before partial etching, the formation of a hard mask based on the second material B on the second face of the device.
  • the partial etching is configured to etch the second material B selectively with the glue C.
  • the partial etching has an etching selectivity SB C of the second material B with respect to the glue C greater than 2:1, or even greater than 5:1.
  • the first material A is a silicon oxide and the second material B is chosen from copper, a polymer, amorphous silicon or polycrystalline silicon.
  • the second material B is amorphous silicon or polycrystalline silicon and the partial etching is performed by plasma based on xenon fluoride XeF2.
  • the at least one stud is centered with respect to the first face of the device, in projection along a direction z normal to the base plane xy.
  • the at least one pad has a height strictly less than a thickness of the assembly layer.
  • the at least one stud has a height equal to a thickness of the composite layer.
  • the assembly layer comprises only a layer of glue based on a glue C.
  • the partial etching is configured to isotropically etch the glue C, so that the at least one narrow portion retained after the partial etching is approximately centered with respect to the first face of the device, in projection along a direction z normal to the base plane xy.
  • the glue C is based on polyimide.
  • the partial etching is a wet etching based on a solution of oxalic acid and amine.
  • the transfer method is in particular dedicated to the transfer of light-emitting diodes (LEDs) from a donor substrate onto a receiver substrate.
  • LEDs light-emitting diodes
  • the invention can be implemented more widely for various optoelectronic or microelectronic devices with 3D architecture.
  • the invention can therefore also be implemented in the context of laser or photovoltaic devices, or even in the context of microelectronic devices comprising stacks of structures transferred on top of each other.
  • the relative arrangement of a third layer interposed between a first layer and a second layer does not necessarily mean that the layers are directly in contact with each other. , but means that the third layer is either directly in contact with the first and second layers, or separated from them by at least one other layer or at least one other element.
  • the steps of the method as claimed are understood in the broad sense and may optionally be carried out in several sub-steps.
  • “Narrow portion” means an exposed portion of the assembly layer, after partial etching. This portion is physically bounded, at least in the xy plane. It is not conceptually or intellectually defined within the assembly layer.
  • bonding surface means the effective contact surface between the first face of the device and the assembly layer.
  • bond force or “adhesion” is meant the force necessary to separate the device(s) from the manipulation substrate, after assembly. Bond strength can be quantified by centrifugal testing technology known as CATT.
  • CATT centrifugal testing technology
  • the terms "light-emitting diode”, “LED” or simply “diode” are used synonymously.
  • An “LED” can also be understood as a “micro-LED”.
  • a-M refers to material M in amorphous form, according to the terminology usually used in the field of microelectronics for the prefix a-
  • p-M refers to material M in polycrystalline form , according to the terminology usually used in the field of microelectronics for the prefix p-.
  • a substrate, a layer, a device, "based" on a material M is understood to mean a substrate, a layer, a device comprising this material M only or this material M and possibly other materials, for example elements alloy, impurities or doping elements.
  • a reference frame preferably orthonormal, comprising the axes x, y, z is shown in certain appended figures. This mark is applicable by extension to the other appended figures.
  • a layer typically has a thickness along z
  • an LED has a height along z.
  • the relative terms “under”, “underlying” refer to positions taken in the direction z.
  • the dimensional values are understood to within manufacturing and measurement tolerances.
  • a direction substantially normal to a plane means a direction having an angle of 90 ⁇ 10° relative to the plane.
  • SEM scanning electron microscopy
  • TEM transmission electron microscopy
  • a cross-sectional observation of the assembly layer can determine whether this assembly layer comprises a composite layer and/or a narrow attachment pad.
  • a general principle of the invention consists in transferring for the first time at least one and preferably devices onto an assembly layer of a handling substrate, then in partially etching this assembly layer so as to retain a narrow portion of this assembly layer between each of the devices and the manipulation substrate.
  • the devices can then be transferred a second time, typically onto a receiving substrate.
  • the narrow portion decreases the adhesion force between the manipulation substrate and the devices, and facilitates the separation and transfer of the devices.
  • a substrate 1 carrying devices 10 is provided. These devices are typically optoelectronic devices in the form of mesas. They have a characteristic dimension L-io along x typically between a few hundred nanometers, for example 500 nm, and a few tens of microns, for example 30 ⁇ m, 50 ⁇ m or even 100 ⁇ m. They can have a height along z of the order of a few hundred nanometers, for example 500 nm, to a few microns, for example 5 ⁇ m, 10 ⁇ m, or even 20 ⁇ m.
  • the devices 10 can comprise or be based on three-dimensional (3D) architecture LEDs, and in particular nanowires.
  • the devices 10 are preferably separated from each other by a distance dio of the order of a few microns, for example between 1 ⁇ m and 100 ⁇ m.
  • the devices 10 can be partially encapsulated by an encapsulation layer 11.
  • This encapsulation layer 11 is typically configured to surround and separate the devices 10 from each other, in projection in the xy plane. It improves the mechanical strength of the devices on the substrate 1.
  • This encapsulation layer 11 preferably comes flush with the exposed faces 101 of the devices 10, without covering them.
  • the faces 101 of the devices 10 are intended to come into contact with an assembly layer 30 of a handling substrate 3. These faces 101 do not necessarily extend over the entire characteristic dimension L-io of the devices 10. They can form at least one step having for example a height of between 5 and 15 ⁇ m. In this case, the step can be embedded or absorbed in a layer of glue 303. Face 101 can be by extension the glued face of device 10.
  • the glue layer 303 is typically based on a glue C such as polyimide, for example Kapton®, for example a polyimide glue HD-3007 (DuPont®). It can be formed on the face 101 of the devices 10 or on the composite layer 300, prior to bonding. Thus, assembly layer 30 may comprise composite layer 300 and all or part of adhesive layer 303.
  • Adhesive layer 303 has a thickness of between a few hundred nanometers, for example 200 nm, and a few microns, for example. example 15 ⁇ m, 20 ⁇ m, or even 50 ⁇ m.
  • the assembly layer 30 typically has a flat free face 3101, extending along an xy plane.
  • the bonding surface can be defined as being the contact surface between the face 101 of the device and the free face 3101 of the assembly layer 30. According to one possibility, the bonding surface corresponds to the surface glued on the face 101 of the device.
  • the assembly layer 30 preferably comprises the glue layer 303 and a composite layer 300 formed of pads 301 and a matrix 302. According to this embodiment, the narrow portion retained under each device 10 after the partial etching of the assembly layer is a pad 301 .
  • the composite layer 300 is preferably directly in contact with the handling substrate 3. It has a thickness that is preferably constant and between a few hundred nanometers, for example 200 nm, and a few microns, for example 10 ⁇ m.
  • the pads 301 are typically based on a first material A, for example silicon oxide. Alternatively, they have a shell based on this first material A.
  • the pads 301 can comprise a silicon core surrounded by a shell based on silicon oxide.
  • the studs 301 have a height preferably equal to the thickness of the composite layer 300.
  • the pads 301 have a dimension, for example a length L301 along x, of between a few tens of nanometers, for example 100 nm, and a few microns, for example 10 p.m.
  • the length of pads 301 is chosen such that L301 ⁇ L10.
  • the distribution of the pads 301 in the composite layer 300 can be such that there are no pads 301 opposite the encapsulation layer 11, during the positioning of the donor substrate 1 vis-à-vis the substrate of handling 3.
  • a single stud 301 is positioned opposite each device 10. According to one possibility, a plurality of studs of shorter lengths can be substituted for each unit stud 301 illustrated. Thus, instead of having a single stud 301 intended to support a device 10, at least two, three or four smaller studs can be provided. In this example, the pad(s) are intended to form feet supporting the device 10 after partial etching of the assembly layer 30. In general, the pads 301 are configured so that the total surface, in the plane xy, of the studs supporting a device 10 is less than the bonding surface of the device 10.
  • studs 301 of section S301 supporting the same device 10 uniformly glued at the level of its face 101 of surface S101 we have X.S301 ⁇ S101.
  • the studs 301 preferably have a constant section along the z axis. According to another possibility, this section varies along z. In this case, it is the total surface of the minimum sections of the studs which is chosen to be less than the bonding surface.
  • L301 ⁇ dio and L301 ⁇ dsoi for example L301 ⁇ 10.dio and/or L301 ⁇ 1 O.dsoi
  • the devices 10 will always rest on one or a few studs 301.
  • two devices 10 will not be glued to the same stud 301. This makes it possible to envisage an individualized transfer of each device 10.
  • the matrix 302 is typically based on a second material B different from the first material A, for example copper, polymethyl methacrylate (PMMA), polyimide, polycrystalline silicon (p-Si). Matrix 302 extends between pads 301.
  • a second material B for example copper, polymethyl methacrylate (PMMA), polyimide, polycrystalline silicon (p-Si).
  • Matrix 302 extends between pads 301.
  • the donor substrate 1 and the handling substrate 3 are assembled (FIG. 2).
  • the devices 10 are then bonded at their face 101 to the adhesive layer 303.
  • the donor substrate 1 can then be removed, typically by mechanical trimming and/or chemical-mechanical polishing.
  • a face 102 of each device 10, opposite the face 101, is preferably exposed after removal of the donor substrate 1.
  • assembly layer 30 is solid and has no cavities. It thus ensures excellent retention of the devices 10 during the removal of the donor substrate 1.
  • the encapsulation layer 11 also contributes to the lateral retention of the devices during the removal of the donor substrate 1 .
  • the force of adhesion of the devices 10 and/or of the encapsulation layer 11 on the manipulation substrate 3 is optimal for the step of removing the donor substrate 1 .
  • the following steps aim to reduce this adhesion force between the devices 10 and the handling substrate 3, with a view to separating the devices 10 from the handling substrate 3, for a transfer of the devices 10 onto a receiving substrate.
  • the devices 10 are separated from each other by an etching of the encapsulation layer 11.
  • This z-directed anisotropic etching is configured to remove the assembly layer portions 30 located between the devices 10, in projection in the xy plane.
  • the anisotropic etching is stopped on the manipulation substrate 3, at the level of a face 3001 .
  • Each device 10 thus forms a stack along z with a portion 304 of adhesive layer, and a portion 305 of composite layer.
  • Each portion 305 comprises at least one pad 301 and at least one portion 306 of matrix.
  • the anisotropic etching here makes it possible to expose the sides 3041 of the portions 304 and the sides 3061 of the portions 306.
  • the portions 306 are etched from the sides 3061, by selective isotropic etching, so as to retain only the studs 301 , as illustrated in FIG. 4.
  • This selective isotropic etching can typically be dry etching, for example by plasma based on xenon fluoride XeF2 if the portions 306 to be etched are based on Si or polySi.
  • this selective isotropic etching can typically be wet etching, for example based on a FotoPur® (BASF®) solution if the 306 portions to be etched are based on HD3007 adhesive.
  • only the adhesive layer portions located between the devices 10 are removed by anisotropic etching.
  • the anisotropic etching is stopped here on the matrix 302 of the composite layer 300.
  • the matrix 302 is etched from the exposed faces 3021 , by selective etching, so as to retain only the studs 301 , as illustrated in FIG. 4.
  • an essentially anisotropic selective etching followed by an overetching can be implemented to reach the pads 301 .
  • an essentially isotropic selective etching can be implemented to reach the pads 301 .
  • the selective anisotropic etching can typically be dry etching.
  • the etching of the matrix 302 is configured to keep the pads 301, and at least partially the portions 304.
  • the etching of the matrix 302 is a selective etching of the second material B vis-à-vis the first material A. It has for example an etching selectivity SB A greater than 5:1.
  • the etching of the matrix 302 is also a selective etching of the second material B with respect to the glue C. It has for example an etching selectivity SB C greater than 2:1 or even 5:1.
  • the engraving of the matrix 302 is also a selective etching of the second material B with respect to the material(s) of the device 10. This makes it possible to preserve the device 10 during said etching.
  • the device 10 is secured to the handling substrate 3 via its face 101 with surface S101 in contact with the portion 304, and via the pad 301 with section S301, with S301 ⁇ S101.
  • the adhesion force between the manipulation substrate 3 and the device 10 is here reduced compared to the situations illustrated in the preceding FIGS. 3A and 3B. This is due to the reduction in section in the assembly layer 30 underlying the device 10. The subsequent separation of the device(s) 10 from the handling substrate 3 is thus facilitated.
  • FIG. 5 illustrates the transfer of the devices 10 onto a receiver substrate 2, at their faces 102, and the subsequent separation of these devices 10 from the handling substrate 3, by traction along z.
  • the rupture under tension occurs at the level of the studs 301, of reduced section S301.
  • the receiver substrate 2 can be, for example, made of PCB, glass, square glass plates, etc. and the handling substrate 3 can be of the printing pad type, for example as implemented in nano- impression.
  • a layer 500 of hard mask is deposited on the faces 102 of the devices 10 and/or on the encapsulation layer 11 (FIG. 7).
  • one or more anisotropic etchings directed along z make it possible to etch portions of the layer 500 surmounting the encapsulation layer 11, then the encapsulation layer 11 then portions of the adhesive layer under the layer encapsulation 11.
  • This makes it possible to initially form a hard mask 50 on the face 102 of the devices 10. This hard mask 50 then makes it possible to protect this face 102 during the etching of the encapsulation layer 11, and when etching the glue layer.
  • the layer 500 and, consequently, the hard mask 50 are based on the same material B as the matrix 302.
  • the hard mask 50 can thus be eliminated at the same time as the matrix 302, during the selective etching of material B with respect to materials A and/or C.
  • dry plasma etching based on XeF2 xenon fluoride can be used.
  • the adhesion force is reduced and the devices 10 can be more easily separated from the handling substrate 3.
  • the assembly layer 40 only comprises an adhesive layer 403.
  • the narrow portion retained under each device 10 after the partial etching of assembly layer 40 is a glue pad 401 .
  • the donor substrate 1 carrying the devices 10 is placed facing the manipulation substrate 3 carrying the assembly layer 40, ie the glue layer 403.
  • the faces 101 of the devices 10 are intended to be glued on the free face 4101 of the layer of glue 403.
  • the adhesive layer 403 is preferably directly in contact with the manipulation substrate 3. It has a thickness that is preferably constant and between a few hundred nanometers, for example 200 nm, and a few microns, for example 10 ⁇ m or even 50 ⁇ m.
  • the adhesive layer 403 is typically based on an adhesive C such as polyimide, for example Kapton®. After assembly of the devices 10, it makes it possible to maintain the devices during the removal of the donor substrate 1 .
  • the assembly layer 40 or the adhesive layer 403 are formed or deposited on the devices 10 and on the encapsulation portions 11.
  • the substrate handle 3 does not include assembly layer 40, 403 in this embodiment.
  • the assembly layer 40, 403 is formed partly on the devices 10 and on the portions of encapsulation 11, and partly on the manipulation substrate 3.
  • the adhesive layer 403 is deposited on the two facing faces before assembly.
  • the devices 10 can be separated from each other by etching the encapsulation layer 11 .
  • This z-directed anisotropic etching can be configured to remove the encapsulation layer 11 between the devices 10.
  • the anisotropic etching is stopped on the face 4101 of the glue layer 403.
  • the layer of glue 403 is then partially etched from the exposed faces 4101, so as to form spots of glue 401, as illustrated in FIG. 12A.
  • Essentially anisotropic etching followed by overetching can be implemented to form the glue dots 401 .
  • an essentially isotropic etching can be implemented to form the glue spots 401 .
  • the control of the section of the pads, in the xy plane, can typically be done by adjusting the duration of the etching and/or the overetching.
  • the anisotropic etching directed along z can be configured to remove the encapsulation layer 11 between the devices 10, as well as the portions of adhesive layer 403 located between the devices 10, projecting into the xy-plane.
  • the anisotropic etching is stopped on the manipulation substrate 3, at the level of a face 3001 .
  • Each device 10 thus forms a stack along z with a portion 404 of glue layer.
  • the anisotropic etching here makes it possible to expose the flanks 4041 of the portions 404.
  • the portions 404 are partially etched from the flanks 4041, by isotropic etching, so as to form the glue pads 401, as illustrated in the figure 12B.
  • the partial etching of the glue layer 403 can be carried out by wet etching based on a solution of FotoPur® (BASF®), or else based on a solution of oxalic acid and amine. Other etching solutions known to those skilled in the art are also possible.
  • the glue pads 401 are formed and each device 10 is integral with the handling substrate 3 by means of a glue pad 401 .
  • Each glue pad 401 has a section S401, in the xy plane, typically variable along z.
  • the partial etching is configured so that the minimum section S401 of the glue pad 401 is less than the surface S101 of the face 101 of the device 10.
  • This minimum section S401 can be located at different heights along z of the glue pad 401 .
  • the minimum section S401 can for example be located at the top of the glue pad 401, in the immediate vicinity of the face 101, as illustrated in FIG. 12A.
  • the minimum section S401 can be located at a median height of the glue pad 401, as illustrated in FIG. 12B.
  • the minimum section S401 can be located at the bottom of the glue pad 401, in the immediate vicinity of the face 3001 of the handling substrate 3 (not shown).
  • the adhesion force between the manipulation substrate 3 and the device 10 is here reduced compared to the situations illustrated in the preceding FIGS. 11A and 11B. The subsequent separation of the device(s) 10 from the handling substrate 3 is thus facilitated.
  • the transfer of the devices 10 onto a receiver substrate 2, at their faces 102, and the subsequent separation of these devices 10 from the manipulation substrate 3, can be carried out as above.
  • the rupture under traction occurs here at the level of the studs 401, of reduced section S401.
  • the faces 102 and/or 101 of the devices are preferably cleaned after separation and before transfer to the receiver substrate 2, for example by plasma or in solution.
  • the invention is not limited to the embodiments described above and extends to all the embodiments covered by the claims.

Landscapes

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Abstract

L'invention a pour objet un procédé de transfert d'un dispositif (10) depuis un premier substrat (1) vers un deuxième substrat (2) par l'intermédiaire d'un substrat de manipulation (3). Le procédé comprend: - le collage du dispositif sur le substrat de manipulation (3) par l'intermédiaire d'une couche d'assemblage au niveau d'une surface de collage - la gravure partielle de la couche d'assemblage (30, 40) de façon à conserver une portion étroite (301, 401) intercalée entre le dispositif (10) et le substrat de manipulation (3), ladite portion étroite (301, 401) présentant une section transverse (S301, S401) strictement inférieure à la surface de collage, le procédé étant caractérisé en ce que la couche d'assemblage (30, 40) est formée préalablement sur le substrat de manipulation (3) et uniquement sur le substrat de manipulation (3).

Description

« Procédé de report d’un dispositif optoélectronique »
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
La présente invention concerne le domaine des technologies des semi-conducteurs. Elle trouve pour application particulièrement avantageuse la fabrication de dispositifs optoélectroniques présentant une structure tridimensionnelle, par exemple des diodes électroluminescentes.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Les dispositifs microélectroniques ou optoélectroniques peuvent être réalisés sur un premier substrat, dit substrat donneur, puis reportés sur un deuxième substrat, dit substrat receveur.
Lorsque l’orientation initiale des dispositifs doit être conservée, l’étape de report des dispositifs depuis le substrat donneur sur le substrat receveur se fait typiquement par l’intermédiaire d’un substrat de manipulation.
Les dispositifs, possiblement individualisés sur le substrat donneur ou sur le substrat de manipulation, sont d’abord collés au niveau de leurs sommets sur le substrat de manipulation. Le substrat donneur est alors retiré, généralement par rognage mécanique. Cela permet de dégager les bases des dispositifs.
Les dispositifs sont ensuite reportés sur le substrat receveur et assemblés sur celui-ci au niveau de leurs bases. Les bases des dispositifs initialement au contact du substrat donneur sont ainsi, à la fin du report, au contact du substrat receveur.
Le substrat de manipulation est retiré de façon à dégager les sommets des dispositifs. Ce substrat de manipulation est de préférence conservé afin d’être réutilisé, typiquement pour un autre report. Le collage entre le substrat de manipulation et les sommets des dispositifs doit donc présenter une force d’adhésion suffisamment élevée pour supporter l’étape de rognage mécanique. A contrario, le collage entre le substrat de manipulation et les sommets des dispositifs doit présenter une force d’adhésion suffisamment faible pour retirer le substrat de manipulation et dégager les sommets des dispositifs, après report sur le substrat receveur.
Une solution consiste à utiliser une colle dont les propriétés d’adhésion varient en fonction d’un paramètre extérieur, typiquement la température. Cette solution n’est cependant pas adaptée au report de dispositifs sensibles à la température. L’amplitude de variation de la force d’adhésion d’une telle colle n’est pas non plus suffisante pour assurer à la fois une bonne stabilité des dispositifs lors du retrait du substrat donneur, et un décollage facile lors du retrait du substrat de manipulation.
Une autre solution consiste à former une couche de stabilisation et une structure sacrificielle enveloppant partiellement le dispositif, lors de la fabrication du dispositif, telle que divulguée par le document US 9379092 B2. Après report du dispositif et des éléments l’enveloppant sur le substrat de manipulation, le substrat donneur est retiré par rognage. La structure sacrificielle et la couche de stabilisation permettent de maintenir et stabiliser le dispositif lors du rognage. La gravure de la structure sacrificielle permet ensuite de dégager en partie le dispositif. Le dispositif n’est plus retenu que par un plot de faibles dimensions. Le dispositif est alors assemblé sur un substrat receveur et la couche de stabilisation retirée du substrat de manipulation.
Bien que cette solution permette de conserver une force d’adhésion importante lors du rognage du substrat donneur, puis de diminuer cette force d’adhésion avant retrait du substrat manipulateur, la fabrication du dispositif doit être adaptée pour prévoir et former notamment la structure sacrificielle. Cela rend le procédé complexe et contraignant. Cela augmente le coût du procédé de transfert. La fabrication du plot est liée à celle du dispositif. Cela limite les possibilités quant à la gestion des étapes du transfert.
La présente invention vise à pallier au moins partiellement les inconvénients mentionnés ci- dessus.
En particulier, un objet de la présente invention est de proposer un procédé de transfert d’un dispositif optoélectronique améliorant la gestion des étapes de transfert. Un autre objet de la présente invention est de proposer un procédé de transfert d’un dispositif optoélectronique dont le coût est diminué.
Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés.
RESUME DE L’INVENTION
Pour atteindre les objectifs mentionnés ci-dessus, un premier aspect de l’invention concerne un procédé de transfert d’un dispositif optoélectronique depuis un premier substrat vers un deuxième substrat par l’intermédiaire d’un substrat de manipulation. Le procédé comprend au moins les étapes suivantes :
- fournir le premier substrat portant le dispositif optoélectronique,
- fournir le substrat de manipulation, - coller le dispositif optoélectronique sur le substrat de manipulation par l’intermédiaire d’une couche d’assemblage au niveau d’une première face du dispositif, ladite première face présentant une surface de collage s’étendant selon un plan de base xy,
- retirer le premier substrat,
- graver partiellement la couche d’assemblage de façon à conserver une portion étroite de la couche d’assemblage intercalée entre la première face du dispositif et le substrat de manipulation, ladite portion étroite présentant une section transverse, prise dans un plan parallèle au plan de base xy, strictement inférieure à la surface de collage,
- détacher le dispositif optoélectronique du substrat de manipulation.
Avantageusement, la couche d’assemblage est formée préalablement sur le substrat de manipulation et uniquement sur le substrat de manipulation, avant collage du dispositif.
Ainsi, il n’est pas nécessaire de prévoir une couche ou une portion sacrificielle sur le dispositif lui-même. La portion étroite est ensuite formée directement dans la couche d’assemblage par gravure partielle de la couche d’assemblage. Le procédé de transfert est simplifié. Les coûts sont diminués.
Contrairement à la solution divulguée par le document US 9379092 B2 qui prévoit la formation d’une portion étroite avant ou lors du collage, la portion étroite peut ici être formée a posteriori, après collage et après retrait du premier substrat. Cela améliore la gestion des étapes de transfert. Il n’est plus nécessaire de prévoir a priori une portion étroite.
Dans le cas où une portion étroite est néanmoins prévue a priori, par exemple sous forme d’un plot, ce plot est intégré à la couche d’assemblage avant collage du dispositif sur celle-ci. La fabrication du plot se fait indépendamment de la fabrication du dispositif, contrairement à la solution divulguée par le document US 9379092 B2. Cela améliore également la gestion des étapes de transfert, qui peuvent être indépendantes des étapes de fabrication du dispositif. En particulier, le substrat de manipulation comprenant la couche d’assemblage et/ou les plots peut être avantageusement réutilisé, par exemple pour effectuer un autre transfert de dispositifs optoélectroniques.
Le dispositif est collé sur la couche d’assemblage au niveau de la première face, qui correspond typiquement à un sommet du dispositif, et de préférence uniquement au niveau de cette première face. Le procédé de transfert est encore simplifié et les coûts afférents sont encore diminués. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée de modes de réalisation de cette dernière qui sont illustrés par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels :
La FIGURE 1 illustre une étape d’assemblage entre un substrat donneur portant des dispositifs et un substrat de manipulation, selon un mode de réalisation de la présente invention.
La FIGURE 2 illustre des dispositifs assemblés au substrat de manipulation, après élimination du substrat donneur, selon un mode de réalisation de la présente invention.
La FIGURE 3A illustre une étape de séparation des dispositifs entre eux, selon un mode de réalisation de la présente invention. La FIGURE 3B illustre une variante de l’étape de séparation des dispositifs entre eux, illustrée à la FIGURE 3A.
La FIGURE 4 illustre la formation de portions étroites dans la couche d’assemblage en vue de la désolidarisation des dispositifs du substrat de manipulation, selon un mode de réalisation de la présente invention.
La FIGURE 5 illustre une étape de désolidarisation des dispositifs du substrat de manipulation, et leur transfert sur un substrat receveur, selon un mode de réalisation de la présente invention.
Les FIGURES 6 à 9 illustrent des étapes d’un procédé de transfert de dispositifs selon un autre mode de réalisation de la présente invention.
Les FIGURES 10 à 12A illustrent des étapes d’un procédé de transfert de dispositifs selon un autre mode de réalisation de la présente invention.
Les FIGURES 11 B à 12B illustrent respectivement des variantes des étapes illustrées aux FIGURES 11A et 12A.
Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier, les dimensions des différents éléments mis en œuvre par le procédé (couche d’assemblage, plot, dispositif optoélectronique, substrat...) ne sont pas forcément représentatives de la réalité.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
Avant d’entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l’invention, sont énoncées ci- après des caractéristiques optionnelles qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement :
Selon un exemple, la surface de collage s’étend uniquement selon le plan de base xy.
Selon un exemple, la couche d’assemblage comprend au moins une couche de colle.
Selon un exemple, le détachement du dispositif optoélectronique comprend :
- un report du dispositif optoélectronique sur un deuxième substrat, au niveau d’une deuxième face du dispositif opposée à la première face,
- un retrait du substrat de manipulation.
Selon un exemple, la première face du dispositif est uniquement au contact de la couche de colle. Cela permet d’uniformiser la force d’adhésion entre le dispositif et le substrat de manipulation.
Selon un exemple, la gravure partielle de la couche d’assemblage comprend :
- une gravure anisotrope principalement dirigée selon une direction z normale au plan de base xy et configurée pour retirer la couche d’assemblage en pourtour du dispositif, en projection selon une direction z normale au plan de base xy, de façon à détourer le dispositif, puis
- une gravure isotrope configurée pour former la portion étroite sous le dispositif, en projection selon une direction z normale au plan de base xy.
Selon un exemple, la gravure anisotrope est effectuée par découpage Selon un exemple, le découpage se fait au laser. Selon un autre exemple, le découpage se fait par une scie. Selon un autre exemple, le découpage se fait par plasma.
Selon un exemple, les gravures anisotrope et isotrope sont effectuées par plasma. Selon un exemple, la gravure isotrope correspond à une surgravure opérée en fin de gravure anisotrope.
Selon un exemple, la gravure isotrope correspond à une étape de surgravure obtenue en dépassant un seuil de durée prédéterminé pour la gravure anisotrope, et en poursuivant la gravure anisotrope sur une durée de surgravure au-delà dudit seuil de durée prédéterminé. Cela permet d’obtenir un plot avec la section voulue. En particulier, l’arrêt de la gravure partielle se fait par contrôle de la durée de surgravure.
Selon un exemple, la gravure anisotrope est configurée pour retirer la couche d’assemblage sur toute une épaisseur de la couche d’assemblage.
Selon un exemple, la couche d’assemblage comprend une couche composite sur le substrat de manipulation, ladite couche composite comprenant au moins un plot présentant une paroi externe à base d’un premier matériau A, et une matrice à base d’un deuxième matériau B.
Selon un exemple, la couche d’assemblage comprend une couche de colle à base d’une colle C sur la couche composite, en regard du dispositif.
Selon un exemple, le procédé comprend en outre la formation d’une couche de colle sur la couche composite ou sur toute la première face du dispositif, préalablement au collage du dispositif, de sorte que ladite couche de colle (303) soit intercalée entre la couche composite et la première face du dispositif, après collage.
Selon un exemple, l’au moins un plot comprend une coquille présentant la paroi externe à base du premier matériau A, et un cœur en un matériau A’ différent du premier matériau A.
Selon un exemple, la gravure partielle est configurée pour graver le deuxième matériau B sélectivement au premier matériau A.
Selon un exemple, la gravure partielle présente une sélectivité de gravure SB A du deuxième matériau B vis-à-vis du premier matériau A supérieure à 5:1 .
Selon un exemple, l’au moins une portion étroite conservée à l’issue de la gravure partielle est l’au moins un plot de la couche composite.
Selon un exemple, le procédé comprend en outre, avant gravure partielle, la formation d’un masque dur à base du deuxième matériau B sur la deuxième face du dispositif.
Selon un exemple, la gravure partielle est configurée pour graver le deuxième matériau B sélectivement à la colle C.
Selon un exemple, la gravure partielle présente une sélectivité de gravure SB C du deuxième matériau B vis-à-vis de la colle C supérieure à 2:1 , voire supérieure à 5:1 .
Selon un exemple, le premier matériau A est un oxyde de silicium et le deuxième matériau B est choisi parmi du Cuivre, un polymère, du silicium amorphe ou du silicium polycristallin.
Selon un exemple, le deuxième matériau B est du silicium amorphe ou du silicium polycristallin et la gravure partielle est effectuée par plasma à base de fluorure de xénon XeF2.
Selon un exemple, l’au moins un plot est centré vis-à-vis de la première face du dispositif, en projection selon une direction z normale au plan de base xy.
Selon un exemple, l’au moins un plot présente une hauteur strictement inférieure à une épaisseur de la couche d’assemblage. Selon un exemple, l’au moins un plot présente une hauteur égale à une épaisseur de la couche composite.
Selon un exemple, la couche d’assemblage comprend uniquement une couche de colle à base d’une colle C.
Selon un exemple, la gravure partielle est configurée pour graver de façon isotrope la colle C, de sorte que l’au moins une portion étroite conservée à l’issue de la gravure partielle soit environ centrée vis-à-vis de la première face du dispositif, en projection selon une direction z normale au plan de base xy.
Selon un exemple, la colle C est à base de polyimide.
Selon un exemple, la gravure partielle est une gravure humide à base d’une solution d’acide oxalique et d’amine.
Sauf incompatibilité, des caractéristiques techniques décrites en détail pour un mode de réalisation donné peuvent être combinées aux caractéristiques techniques décrites dans le contexte d’autres modes de réalisation décrits à titre exemplaire et non limitatif, de manière à former un autre mode de réalisation qui n’est pas nécessairement illustré ou décrit. Un tel mode de réalisation n’est évidemment pas exclu de l’invention.
Dans la présente invention, le procédé de transfert est en particulier dédié au report de diodes électroluminescentes (LED) depuis un substrat donneur sur un substrat receveur.
L’invention peut être mise en œuvre plus largement pour différents dispositifs optoélectroniques ou microélectroniques à architecture 3D.
L’invention peut donc être également mise en œuvre dans le cadre de dispositifs laser ou photovoltaïque, ou encore dans le cadre de dispositifs microélectroniques comprenant des empilements de structures reportées les unes sur les autres.
Sauf mention explicite, il est précisé que, dans le cadre de la présente invention, la disposition relative d’une troisième couche intercalée entre une première couche et une deuxième couche, ne signifie pas obligatoirement que les couches sont directement au contact les unes des autres, mais signifie que la troisième couche est soit directement au contact des première et deuxième couches, soit séparée de celles-ci par au moins une autre couche ou au moins un autre élément. Les étapes du procédé telles que revendiquées s’entendent au sens large et peuvent éventuellement être réalisées en plusieurs sous-étapes.
On entend par « portion étroite » une portion exposée de la couche d’assemblage, après gravure partielle. Cette portion est bornée physiquement, au moins dans le plan xy. Elle n’est pas définie conceptuellement ou intellectuellement au sein de la couche d’assemblage.
On entend par « surface de collage » la surface de contact effective entre la première face du dispositif et la couche d’assemblage.
On entend par « force d’adhésion » ou « adhérence » la force nécessaire pour séparer le ou les dispositifs du substrat de manipulation, après assemblage. La force d’adhésion peut être quantifiée par une technologie de test centrifuge connue sous l’acronyme CATT. Dans la présente demande de brevet, les termes « diode électroluminescente », « LED » ou simplement « diode » sont employés en synonymes. Une « LED » peut également s’entendre d’une « micro-LED ».
Dans la suite, les abréviations suivantes relatives à un matériau M sont éventuellement utilisées : a-M réfère au matériau M sous forme amorphe, selon la terminologie habituellement utilisée dans le domaine de la microélectronique pour le préfixe a-, p-M réfère au matériau M sous forme polycristalline, selon la terminologie habituellement utilisée dans le domaine de la microélectronique pour le préfixe p-.
On entend par un substrat, une couche, un dispositif, « à base » d’un matériau M, un substrat, une couche, un dispositif comprenant ce matériau M uniquement ou ce matériau M et éventuellement d’autres matériaux, par exemple des éléments d’alliage, des impuretés ou des éléments dopants.
Un repère, de préférence orthonormé, comprenant les axes x, y, z est représenté sur certaines figures annexées. Ce repère est applicable par extension aux autres figures annexées.
Dans la présente demande de brevet, on parlera préférentiellement d’épaisseur pour une couche et de hauteur pour une structure ou un dispositif. L’épaisseur est prise selon une direction normale au plan d’extension principal de la couche, et la hauteur est prise perpendiculairement au plan basal xy du substrat. Ainsi, une couche présente typiquement une épaisseur selon z, et une LED présente une hauteur selon z. Les termes relatifs « sous », « sous-jacent » se réfèrent à des positions prises selon la direction z.
Les valeurs dimensionnelles s'entendent aux tolérances de fabrication et de mesure près.
Les termes « sensiblement », « environ », « de l'ordre de » signifient, lorsqu’ils se rapportent à une valeur, « à 10% près » de cette valeur ou, lorsqu'ils se rapportent à une orientation angulaire, « à 10° près » de cette orientation. Ainsi, une direction sensiblement normale à un plan signifie une direction présentant un angle de 90±10° par rapport au plan.
Afin de déterminer si un transfert de dispositif a été réalisé selon le procédé décrit dans cette invention, une analyse par microscopie électronique à balayage (MEB) ou par microscopie électronique à transmission (MET) peut être effectuée.
En particulier, une observation en coupe transversale de la couche d’assemblage peut déterminer si cette couche d’assemblage comprend une couche composite et/ou un plot d’attache étroit.
Un principe général de l’invention consiste à reporter une première fois au moins un et de préférence des dispositifs sur une couche d’assemblage d’un substrat de manipulation, puis à graver partiellement cette couche d’assemblage de façon à conserver une portion étroite de cette couche d’assemblage entre chacun des dispositifs et le substrat de manipulation. Les dispositifs peuvent alors être reportés une deuxième fois, typiquement sur un substrat receveur. La portion étroite diminue la force d’adhésion entre le substrat de manipulation et les dispositifs, et facilite la désolidarisation et le transfert des dispositifs.
Un premier exemple de transfert d’au moins un dispositif optoélectronique selon l’invention va maintenant être décrit en référence aux figures 1 à 5. Tel qu’illustré à la figure 1 , un substrat 1 portant des dispositifs 10 est fourni. Ces dispositifs sont typiquement des dispositifs optoélectroniques sous forme de mésas. Ils présentent une dimension caractéristique L-io selon x typiquement comprise entre quelques centaines de nanomètres, par exemple 500 nm, et quelques dizaines de microns, par exemple 30 pm, 50 pm voire 100 pm. Ils peuvent présenter une hauteur selon z de l’ordre de quelques centaines de nanomètres, par exemple 500 nm, à quelques microns, par exemple 5 pm, 10pm, voire 20 pm. Les dispositifs 10 peuvent comprendre ou être à base de LED à architecture tridimensionnelle (3D), et notamment de nanofils.
Les dispositifs 10 sont de préférence distants les uns des autres d’une distance dio de l’ordre de quelques microns, par exemple comprise entre 1 pm et 100 pm.
Les dispositifs 10 peuvent être partiellement encapsulés par une couche d’encapsulation 1 1. Cette couche d’encapsulation 11 est typiquement configurée pour entourer et séparer les dispositifs 10 entre eux, en projection dans le plan xy. Elle permet d’améliorer la tenue mécanique des dispositifs sur le substrat 1. Cette couche d’encapsulation 11 vient de préférence en affleurement des faces 101 exposées des dispositifs 10, sans les recouvrir.
Les faces 101 des dispositifs 10 sont destinées à venir au contact d’une couche d’assemblage 30 d’un substrat de manipulation 3. Ces faces 101 ne s’étendent pas nécessairement sur toute la dimension caractéristique L-io des dispositifs 10. Elles peuvent former au moins une marche présentant par exemple une hauteur comprise entre 5 et 15 pm. Dans ce cas, la marche peut être noyée ou absorbée dans une couche de colle 303. La face 101 peut être par extension la face encollée du dispositif 10.
La couche de colle 303 est typiquement à base d’une colle C telle que du polyimide, par exemple du Kapton®, par exemple une colle polyimide HD-3007 (DuPont®). Elle peut être formée sur la face 101 des dispositifs 10 ou sur la couche composite 300, préalablement au collage. Ainsi, la couche d’assemblage 30 peut comprendre la couche composite 300 et tout ou partie de la couche de colle 303. La couche de colle 303 présente une épaisseur comprise entre quelques centaines de nanomètres, par exemple 200 nm, et quelques microns, par exemple 15 pm, 20 pm, voire 50 pm.
La couche d’assemblage 30 présente typiquement une face libre 3101 plane, s’étendant selon un plan xy. Pour un dispositif 10 donné, la surface de collage peut être définie comme étant la surface de contact entre la face 101 du dispositif et la face libre 3101 de la couche d’assemblage 30. Selon une possibilité, la surface de collage correspond à la surface encollée sur la face 101 du dispositif.
Selon un premier mode de réalisation, la couche d’assemblage 30 comprend de préférence la couche de colle 303 et une couche composite 300 formée de plots 301 et d’une matrice 302. Selon ce mode de réalisation, la portion étroite conservée sous chaque dispositif 10 à l’issue de la gravure partielle de la couche d’assemblage est un plot 301 .
La couche composite 300 est de préférence directement au contact du substrat de manipulation 3. Elle présente une épaisseur de préférence constante et comprise entre quelques centaines de nanomètres, par exemple 200 nm, et quelques microns, par exemple 10 pm. Les plots 301 sont typiquement à base d’un premier matériau A, par exemple de l’oxyde de silicium. Alternativement, ils présentent une coquille à base de ce premier matériau A. Par exemple les plots 301 peuvent comprendre un cœur en silicium entouré par une coquille à base d’oxyde de silicium. Les plots 301 présentent une hauteur de préférence égale à l’épaisseur de la couche composite 300. Ils présentent une dimension, par exemple une longueur L301 selon x, comprise entre quelques dizaines de nanomètres, par exemple 100 nm, et quelques microns, par exemple 10 pm. La longueur des plots 301 est choisie telle que L301 < L10. Les plots 301 sont par ailleurs répartis au sein de la couche composite 300 de façon à coïncider, en projection dans le plan xy, avec les dispositifs 10. Ils peuvent ainsi être séparés les uns des autres par une distance d3oi telle que : dsoi + L301 = dio + L10. La répartition des plots 301 dans la couche composite 300 peut être telle qu’il n’y a pas de plots 301 en regard de la couche d’encapsulation 11 , lors du positionnement du substrat donneur 1 en vis-à-vis du substrat de manipulation 3.
Sur la figure 1 , un seul plot 301 est positionné en vis-à-vis de chaque dispositif 10. Selon une possibilité, une pluralité de plots de plus petites longueurs peut être substituée à chaque plot 301 unitaire illustré. Ainsi, au lieu d’avoir un seul plot 301 destiné à soutenir un dispositif 10, au moins deux, trois ou quatre plots plus petits peuvent être prévus. Dans cet exemple, le ou les plots sont destinés à former des pieds soutenant le dispositif 10 après gravure partielle de la couche d’assemblage 30. De façon générale, les plots 301 sont configurés de façon à ce que la surface totale, dans le plan xy, des plots soutenant un dispositif 10 soit inférieure à la surface de collage du dispositif 10. Ainsi, pour X (X=1 ...4) plots 301 de section S301 soutenant un même dispositif 10 uniformément collé au niveau de sa face 101 de surface S101, on a X.S301 < S101. Les plots 301 présentent de préférence une section constante le long de l’axe z. Selon une autre possibilité, cette section varie le long de z. Dans ce cas, c’est la surface totale des sections minimales des plots qui est choisie inférieure à la surface de collage.
Selon une autre possibilité, une multitude de plots 301 présentant des longueurs telles que L301 < dio et L301 < dsoi, par exemple L301 < 10.dio et/ou L301 < l O.dsoi, sont régulièrement répartis sur toute la surface du substrat de manipulation 3. Cela permet de relâcher la contrainte sur la précision de positionnement entre le dispositif 10 et le ou les plots 301 lors du report des dispositifs. Ainsi, il n’est pas nécessaire de maintenir un alignement très précis entre le substrat 1 et le substrat de manipulation 3 lors du report des dispositifs. Dans ce cas, les dispositifs 10 reposeront toujours sur un ou quelques plots 301. En outre, deux dispositifs 10 ne seront pas collés à un même plot 301. Cela permet d’envisager un report individualisé de chaque dispositif 10.
La matrice 302 est typiquement à base d’un deuxième matériau B différent du premier matériau A, par exemple du cuivre, du polyméthacrylate de méthyle (PMMA), du polyimide, du silicium polycristallin (p-Si). La matrice 302 s’étend entre les plots 301.
Après positionnement du substrat donneur 1 relativement au substrat de manipulation 3, de façon à ce que les dispositifs 10 soient chacun en regard d’au moins un plot 301 , le substrat donneur 1 et le substrat de manipulation 3 sont assemblés (figure 2). Les dispositifs 10 sont alors collés au niveau de leur face 101 sur la couche de colle 303. Le substrat donneur 1 peut dès lors être retiré, typiquement par rognage mécanique et/ou polissage mécano-chimique. Une face 102 de chaque dispositif 10, opposée à la face 101 , est de préférence exposée à l’issue du retrait du substrat donneur 1 . A ce stade, la couche d’assemblage 30 est pleine et ne présente pas de cavités. Elle assure ainsi un excellent maintien des dispositifs 10 lors du retrait du substrat donneur 1. La couche d’encapsulation 11 participe également au maintien latéral des dispositifs lors du retrait du substrat donneur 1 . La force d’adhésion des dispositifs 10 et/ou de la couche d’encapsulation 11 sur le substrat de manipulation 3 est optimale pour l’étape de retrait du substrat donneur 1 . Les étapes qui suivent visent à diminuer cette force d’adhésion entre les dispositifs 10 et le substrat de manipulation 3, en vue d’une désolidarisation des dispositifs 10 du substrat de manipulation 3, pour un report des dispositifs 10 sur un substrat receveur.
Selon un exemple illustré à la figure 3A, les dispositifs 10 sont séparés les uns des autres par une gravure de la couche d’encapsulation 11. Cette gravure anisotrope dirigée selon z est configurée pour retirer les portions de couche d’assemblage 30 situées entre les dispositifs 10, en projection dans le plan xy. Ainsi, selon cette possibilité, l’arrêt de la gravure anisotrope se fait sur le substrat de manipulation 3, au niveau d’une face 3001 . Chaque dispositif 10 forme ainsi un empilement selon z avec une portion 304 de couche de colle, et une portion 305 de couche composite. Chaque portion 305 comprend au moins un plot 301 et au moins une portion 306 de matrice. La gravure anisotrope permet ici d’exposer des flancs 3041 des portions 304 et des flancs 3061 de portions 306. Selon cet exemple, les portions 306 sont gravées à partir des flancs 3061 , par gravure isotrope sélective, de façon à conserver uniquement les plots 301 , comme illustré à la figure 4. Cette gravure isotrope sélective peut typiquement être une gravure sèche, par exemple par plasma à base de fluorure de xénon XeF2 si les portions 306 à graver sont à base de Si ou polySi. Alternativement, cette gravure isotrope sélective peut typiquement être une gravure humide, par exemple à base d’une solution de FotoPur® (BASF®) si les portions 306 à graver sont à base de colle HD3007.
Selon un autre exemple illustré à la figure 3B, seules les portions de couche de colle situées entre les dispositifs 10 sont retirées par gravure anisotrope. L’arrêt de la gravure anisotrope se fait ici sur la matrice 302 de la couche composite 300. Selon cet exemple, la matrice 302 est gravée à partir des faces exposées 3021 , par gravure sélective, de façon à conserver uniquement les plots 301 , comme illustré à la figure 4. Dans ce cas, une gravure sélective essentiellement anisotrope suivie d’une surgravure peut être mise en œuvre pour atteindre les plots 301 . Alternativement, une gravure sélective essentiellement isotrope peut être mise en œuvre pour atteindre les plots 301 . La gravure anisotrope sélective peut typiquement être une gravure sèche.
Comme illustré à la figure 4, dans tous les cas, la gravure de la matrice 302 est configurée pour conserver les plots 301 , et au moins partiellement les portions 304. Ainsi, la gravure de la matrice 302 est une gravure sélective du deuxième matériau B vis-à-vis du premier matériau A. Elle présente par exemple une sélectivité de gravure SB A supérieure à 5:1 . La gravure de la matrice 302 est également une gravure sélective du deuxième matériau B vis-à-vis de la colle C. Elle présente par exemple une sélectivité de gravure SB C supérieure à 2:1 voire à 5:1 . La gravure de la matrice 302 est également une gravure sélective du deuxième matériau B vis-à-vis du ou des matériaux du dispositif 10. Cela permet de préserver le dispositif 10 lors de ladite gravure.
A l’issue de cette gravure sélective, le dispositif 10 est solidaire du substrat de manipulation 3 via sa face 101 de surface S101 au contact de la portion 304, et par l’intermédiaire du plot 301 de section S301 , avec S301 < S101.
La force d’adhésion entre le substrat de manipulation 3 et le dispositif 10 est ici diminuée par rapport aux situations illustrées aux figures 3A et 3B précédentes. Cela est dû à la réduction de section dans la couche d’assemblage 30 sous-jacente au dispositif 10. La désolidarisation ultérieure du ou des dispositifs 10 du substrat de manipulation 3 est ainsi facilitée.
La figure 5 illustre le report des dispositifs 10 sur un substrat receveur 2, au niveau de leurs faces 102, et la désolidarisation consécutive de ces dispositifs 10 du substrat de manipulation 3, par traction selon z. La rupture sous traction se produit au niveau des plots 301 , de section S301 réduite. Le substrat receveur 2 peut être, par exemple, en PCB, en verre, plaques de verre carrées, etc et le substrat de manipulation 3 peut être de type tampon d’impression, par exemple tel que mis en œuvre dans des techniques de nano-impression.
Selon une variante au premier mode de réalisation illustrée aux figures 6 à 9, après collage des dispositifs 10 et retrait du substrat donneur 1 (figure 6), une couche 500 de masque dur est déposée sur les faces 102 des dispositifs 10 et/ou sur la couche d’encapsulation 11 (figure 7).
Comme illustré à la figure 8, une ou plusieurs gravures anisotropes dirigées selon z permettent de graver des portions de la couche 500 surmontant la couche d’encapsulation 11 , puis la couche d’encapsulation 11 puis des portions de la couche de colle sous la couche d’encapsulation 1 1. Cela permet de former dans un premier temps un masque dur 50 sur la face 102 des dispositifs 10. Ce masque dur 50 permet ensuite de protéger cette face 102 lors de la gravure de la couche d’encapsulation 11 , et lors de la gravure de la couche de colle.
Selon une possibilité préférée, la couche 500 et, par suite, le masque dur 50 sont à base du même matériau B que la matrice 302.
Comme illustré à la figure 9, le masque dur 50 peut ainsi être éliminé en même temps que la matrice 302, lors de la gravure sélective du matériau B vis-à-vis des matériaux A et/ou C. Pour un matériau B à base de p-Si ou a-Si, une gravure sèche par plasma à base de fluorure de xénon XeF2 peut être utilisée.
Comme précédemment, la force d’adhésion est diminuée et les dispositifs 10 peuvent être plus facilement désolidarisés du substrat de manipulation 3.
Selon un deuxième mode de réalisation illustré aux figures 10 à 12B, la couche d’assemblage 40 comprend uniquement une couche de colle 403. Selon ce mode de réalisation, la portion étroite conservée sous chaque dispositif 10 à l’issue de la gravure partielle de la couche d’assemblage 40 est un plot de colle 401 .
Seules les caractéristiques distinctes du premier mode de réalisation sont décrites ci-après, les autres caractéristiques non décrites étant réputées identiques à celles du premier mode de réalisation. Comme illustré à la figure 10, le substrat donneur 1 portant les dispositifs 10 est placé en regard du substrat de manipulation 3 portant la couche d’assemblage 40, i.e. la couche de colle 403. Les faces 101 des dispositifs 10 sont destinées à être collées sur la face libre 4101 de la couche de colle 403.
La couche de colle 403 est de préférence directement au contact du substrat de manipulation 3. Elle présente une épaisseur de préférence constante et comprise entre quelques centaines de nanomètres, par exemple 200 nm, et quelques microns, par exemple 10 pm voire 50 pm.
La couche de colle 403 est typiquement à base d’une colle C telle que du polyimide, par exemple du Kapton®. Après assemblage des dispositifs 10, elle permet de maintenir les dispositifs lors du retrait du substrat donneur 1 .
Selon une possibilité alternative (non illustrée) formant un aspect séparable de l’invention, la couche d’assemblage 40 ou la couche de colle 403 sont formées ou déposées sur les dispositifs 10 et sur les portions d’encapsulation 11. Ainsi, le substrat de manipulation 3 ne comprend pas la couche d’assemblage 40, 403 dans ce mode de réalisation. Cela permet de choisir un substrat de manipulation 3 indépendamment de la formation de la couche d’assemblage 40, 403. Selon une autre possibilité, la couche d’assemblage 40, 403 est formée en partie sur les dispositifs 10 et sur les portions d’encapsulation 11 , et en partie sur le substrat de manipulation 3. Typiquement, la couche de colle 403 est déposée sur les deux faces en regard avant assemblage.
Comme illustré à la figure 11A selon un exemple, après retrait du substrat donneur 1 , les dispositifs 10 peuvent être séparés les uns des autres par une gravure de la couche d’encapsulation 11 . Cette gravure anisotrope dirigée selon z peut être configurée pour retirer la couche d’encapsulation 11 entre les dispositifs 10. Ainsi, selon cette possibilité, l’arrêt de la gravure anisotrope se fait sur la face 4101 de la couche de colle 403.
Selon cet exemple, la couche de colle 403 est ensuite partiellement gravée à partir des faces exposées 4101 , de façon à former des plots de colle 401 , comme illustré à la figure 12A.
Une gravure essentiellement anisotrope suivie d’une surgravure peut être mise en œuvre pour former les plots de colle 401 . Alternativement, une gravure essentiellement isotrope peut être mise en œuvre pour former les plots de colle 401 . Le contrôle de la section des plots, dans le plan xy, peut typiquement se faire en ajustant la durée de la gravure et/ou de la surgravure.
Selon une variante illustrée à la figure 11 B, la gravure anisotrope dirigée selon z peut être configurée pour retirer la couche d’encapsulation 11 entre les dispositifs 10, ainsi que les portions de couche de colle 403 situées entre les dispositifs 10, en projection dans le plan xy. Ainsi, selon cette possibilité, l’arrêt de la gravure anisotrope se fait sur le substrat de manipulation 3, au niveau d’une face 3001 . Chaque dispositif 10 forme ainsi un empilement selon z avec une portion 404 de couche de colle. La gravure anisotrope permet ici d’exposer des flancs 4041 des portions 404. Selon cet exemple, les portions 404 sont partiellement gravées à partir des flancs 4041 , par gravure isotrope, de façon à former les plots de colle 401 , comme illustré à la figure 12B.
La gravure partielle de la couche de colle 403 peut être effectuée par gravure humide à base d’une solution de FotoPur® (BASF®), ou encore à base d’une solution d’acide oxalique et d’amine. D’autres solutions de gravure connues de l’homme du métier sont également possibles. A Tissue de la gravure partielle de la couche de colle 403 ou des portions 404, les plots de colle 401 sont formés et chaque dispositif 10 est solidaire du substrat de manipulation 3 par l’intermédiaire d’un plot de colle 401 . Chaque plot de colle 401 présente une section S401, dans le plan xy, typiquement variable selon z. La gravure partielle est configurée de sorte à ce que la section S401 minimale du plot de colle 401 soit inférieure à la surface S101 de la face 101 du dispositif 10. Cette section S401 minimale peut se situer à différentes hauteurs selon z du plot de colle 401 . La section S401 minimale peut par exemple se situer en haut du plot de colle 401 , à proximité immédiate de la face 101 , comme illustré sur la figure 12A. Selon un autre exemple, la section S401 minimale peut se situer à une hauteur médiane du plot de colle 401 , comme illustré sur la figure 12B. Selon un autre exemple, la section S401 minimale peut se situer en bas du plot de colle 401 , à proximité immédiate de la face 3001 du substrat de manipulation 3 (non illustré). La force d’adhésion entre le substrat de manipulation 3 et le dispositif 10 est ici diminuée par rapport auxsituations illustrées aux figures 11A et 11 B précédentes. La désolidarisation ultérieure du ou des dispositifs 10 du substrat de manipulation 3 est ainsi facilitée.
Le report des dispositifs 10 sur un substrat receveur 2, au niveau de leurs faces 102, et la désolidarisation consécutive de ces dispositifs 10 du substrat de manipulation 3, peuvent être effectués comme précédemment. Lors de la désolidarisation par traction selon z, la rupture sous traction se produit ici au niveau des plots 401 , de section S401 réduite.
Un nettoyage des faces 102 et/ou 101 des dispositifs est de préférence effectué après désolidarisation et avant report sur le substrat receveur 2, par exemple par plasma ou en solution. L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisations précédemment décrits et s’étend à tous les modes de réalisation couverts par les revendications.

Claims

REVENDICATIONS Procédé de transfert d’un dispositif optoélectronique (10) depuis un premier substrat (1) vers un deuxième substrat (2) par l’intermédiaire d’un substrat de manipulation (3), ledit procédé comprenant au moins les étapes suivantes :
• fournir le premier substrat (1) portant le dispositif optoélectronique (10),
• fournir le substrat de manipulation (3),
• coller le dispositif optoélectronique (10) sur le substrat de manipulation (3) par l’intermédiaire d’une couche d’assemblage (30, 40) au niveau d’une première face (101) du dispositif (10), ladite première face (101) présentant une surface de collage s’étendant selon un plan de base (xy),
• retirer le premier substrat (1),
• graver partiellement la couche d’assemblage (30, 40) de façon à conserver une portion étroite (301 , 401) de la couche d’assemblage (30, 40) intercalée entre la première face (101) du dispositif (10) et le substrat de manipulation (3), ladite portion étroite (301 , 401) présentant une section transverse (S301 , S401), prise dans un plan parallèle au plan de base (xy), strictement inférieure à la surface de collage,
• détacher le dispositif optoélectronique (10) du substrat de manipulation (3), le procédé étant caractérisé en ce que la couche d’assemblage (30, 40) est formée préalablement au collage sur le substrat de manipulation (3) et uniquement sur le substrat de manipulation (3). Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la surface de collage s’étend uniquement selon le plan de base (xy). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couche d’assemblage (30, 40) comprend au moins une couche de colle (303, 403), et dans lequel la première face (101 ) du dispositif (10) est uniquement au contact de la couche de colle (303, 403). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le détachement du dispositif optoélectronique (10) comprend :
• un report du dispositif optoélectronique (10) sur un deuxième substrat (2), au niveau d’une deuxième face (102) du dispositif (10) opposée à la première face (101),
• un retrait du substrat de manipulation (3). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la gravure partielle de la couche d’assemblage (30, 40), comprend :
• une gravure anisotrope principalement dirigée selon une direction (z) normale au plan de base (xy) et configurée pour retirer la couche d’assemblage (30, 40) en pourtour du dispositif (10), en projection selon une direction (z) normale au plan de base (xy), de façon à détourer le dispositif (10), puis
• une gravure isotrope configurée pour former la portion étroite (301 , 401) sous le dispositif (10), en projection selon une direction (z) normale au plan de base (xy).
6. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la gravure anisotrope est effectuée par découpage, possiblement au laser.
7. Procédé selon la revendication 5, dans lequel les gravures anisotrope et isotrope sont effectuées par plasma.
8. Procédé selon la revendication 5 ou 7, dans lequel la gravure isotrope correspond à une étape de surgravure obtenue en dépassant un seuil de durée prédéterminé pour la gravure anisotrope, et en poursuivant la gravure anisotrope sur une durée de surgravure au-delà dudit seuil de durée prédéterminé.
9. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couche d’assemblage (30) comprend une couche composite (300) sur le substrat de manipulation (3), ladite couche composite (300) comprenant au moins un plot (301) présentant une paroi externe à base d’un premier matériau A, et une matrice (302) à base d’un deuxième matériau B, et dans lequel la gravure partielle est configurée pour graver le deuxième matériau B sélectivement au premier matériau A, par exemple avec une sélectivité de gravure SB A du deuxième matériau B vis-à-vis du premier matériau A supérieure à 5:1 , de sorte que l’au moins une portion étroite (301) conservée à l’issue de la gravure partielle soit ledit au moins un plot (301).
10. Procédé selon la revendication précédente comprenant en outre la formation d’une couche de colle (303) sur la couche composite (300) ou sur toute la première face (101) du dispositif (10), préalablement au collage du dispositif (10), de sorte que ladite couche de colle (303) soit intercalée entre la couche composite (300) et la première face (101) du dispositif (10), après collage.
11. Procédé selon l’une quelconque des revendications 9 à 10, comprenant en outre, avant gravure partielle, la formation d’un masque dur (50) à base du deuxième matériau B sur une deuxième face (102) du dispositif (10) opposée à la première face (101).
12. Procédé selon l’une quelconque des revendications 9 à 11 , dans lequel l’au moins un plot (301) comprend une coquille présentant la paroi externe à base du premier matériau A, et un cœur en un matériau A’ différent du premier matériau A.
13. Procédé selon l’une quelconque des revendications 10 à 12, dans lequel la couche de colle (303) est à base d’une colle C et la gravure partielle est configurée pour graver le deuxième matériau B sélectivement à la colle C, par exemple avec une sélectivité de gravure SB C du deuxième matériau B vis-à-vis de la colle C supérieure à 5:1 .
14. Procédé selon l’une quelconque des revendications 9 à 13, dans lequel le premier matériau A est un oxyde de silicium et le deuxième matériau B est choisi parmi du Cuivre, un polymère, du silicium amorphe ou du silicium polycristallin.
15. Procédé selon l’une quelconque des revendications 9 à14, dans lequel le deuxième matériau B est du silicium amorphe ou du silicium polycristallin et la gravure partielle est effectuée par plasma à base de fluorure de xénon XeF2. 16 Procédé selon l’une quelconque des revendications 9 à 15, dans lequel l’au moins un plot (301) est centré vis-à-vis de la première face (101) du dispositif (10), en projection selon une direction (z) normale au plan de base (xy). Procédé selon l’une quelconque des revendications 9 à 16, dans lequel l’au moins un plot (301) présente une hauteur égale à une épaisseur de la couche composite (300). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la couche d’assemblage (40) comprend uniquement une couche de colle (403) à base d’une colle C, et dans lequel la gravure partielle est configurée pour graver de façon isotrope la colle C, de sorte que l’au moins une portion étroite (401) conservée à l’issue de la gravure partielle soit environ centrée vis-à-vis de la première face (101) du dispositif (10), en projection selon une direction (z) normale au plan de base (xy). Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la colle C est à base de polyimide, et la gravure partielle est une gravure humide à base d’une solution d’acide oxalique et d’amine.
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