Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Anmeldungen DE 10 2019 112 490.5 vom 13. Mai 2019 und die Priorität der internationalen Anmeldung PCT/EP2020/052191 vom

5 29. Januar 2020, deren Offenbarungen hiermit durch Rückbezug aufgenommen werden.

Die Erfindung betrifft optoelektronische Bauelemente, aber auch allgemein Halbleiterbauelemente für optische Displays . Insbe sondere betrifft die Erfindung eine Trägerstruktur für LED-

10 Chips zur Anwendung in einem Mass-Transfer-Verfahren zur Her stellung optoelektronischer Displays .

HINTERGRUND

Während in den letzten Jahren unter anderem organische LED- Technologien an Bedeutung Zunahmen, rücken nun zunehmend wieder

15 anorganische lichtemittierende Dioden als Basis für eine neue Anwendungen in den Mittelpunkt. Dazu gehören neben klassischen Displayanwendungen auch Lichtanwendungen für Videowalls, Innen raumbeleuchtungen, für Kraftfahrzeuge im Innenraum, Scheinwer fer oder Gadetbeleuchtungen, allgemein Leuchten und spezielle

20 Anwendungen im industriellen Bereich.

Grundsätzlich folgt die Technologie zum Erzeugen des Lichts den bekannten Verfahren, wie sie von klassischen optoelektronischen Bauelementen, auch LEDs genannt bekannt sind. Insbesondere die Möglichkeit, helle und kontrastreiche LED bei gleichtzeitig ge

25 ringem Verbrauch zu realisieren eröffnet neue Anwendungsge biete. Einer der wesentlichen Unterschiede besteht allerdings darin, dass Größen dieser LED-Chips deutlich variabler und auf die jeweilige Anwendung zugeschnitten sind. Die Größen liegen dabei jeweils im Bereich von 1mm ² bis ca lOOpm ² .

BO Neben verschiedenen technischen Herausforderungen im Zusammen hang mit der Herstellung derartiger LEDs auf einem Wafer bezüg lich der Genauigkeit, Effizienz und Effektivität eines Herstel lungsprozesses für LED's, spielt der Transfer und die darauf folgende elektrische Kontaktierung der LED' s auf einem Backplane oder einem CB oder ähnlichem ohne einen Fehler eine Rolle. Zwar erlaubt die Größe der LED' s unter Umständen eine spätere Repa ratur oder Austausch defekter Leuchtdioden, jedoch kann durch einen hinreichend fehlerfreien Transfer und eine genaue Posi tionierung der LEDs und Befestigung das Risiko eines Fehlers und damit die Kosten weiter reduziert werden.

Bekannt sind Verfahren wie beispielsweise das Transfer-Prin- ting-Verfahren . Diese nehmen mit einem flächigen Stempel gleich zeitig eine Vielzahl von LEDs von einem Wafer auf, bewegen diese zu der Trägerfläche des späteren Displays und setzen diese dort präzise zu einer großflächigen Gesamtanordnung zusammen . Hierfür kann beispielsweise ein Elastomer-Stempel benutzt werden, an dem durch geeignete Oberflächenstrukturen und Materialbeschaf fenheit die einzelnen LEDs haften bleiben, ohne mechanisch oder elektrisch beschädigt zu werden. Diese Stempel nutzen beispiels weise sogenannte PDMS-Elastomere aus der Gruppe der Silikone. Häufig weisen diese Elastomer-Stempel sogenannte Kissenstruk turen auf, die ein gezieltes und besseres Anhaften der zu plat zierenden Chips erlauben können. Im Stand der Technik sind wei tere Verfahren des Transfer-Printing bekannt. Neben den be schriebenen elastomerbasierten Verfahren sind magnetische, elektrostatische oder mechanische Verfahren basierend unter an derem auf Rollbewegungen bekannt.

Die fertigen LEDs müssen nach der Herstellung auf dem Wafer derart beschaffen sein, dass diese durch ein geeignetes Verfah ren aufgenommen und wegbewegt werden können. Hierzu werden in der Regel die LEDs beispielsweise durch Ätzverfahren von einem Substrat abgelöst. Daneben gibt es laserinduzierte Verfahren, bei denen die LED' s vom Träger abgelöst werden. Da allerdings vollständiges Ablösen gegebenen falls ein Kippen, Verschieben oder Verdrehen auslösen könnte, kann es wünschenswert sein, ein Aufnehmen für einen sogenannten Mass Transfer hin zu einem Träger ohne zu große Haltekräfte oder Beschädigungen zu ermöglichen.

Ein Gesichtspunkt beschäftigt sich dabei mit der Frage wie eine Vermeidung von Bruchkanten und eine Verbesserung des Abhebens erreicht werden kann. Es wird hierzu eine Lösung vorgeschlagen, bei der mit kristallinen, dielektrischen Haltestrukturen eine mechanische Verbindung zwischen der LED und einem umliegenden oder darunterliegenden Substrat aufrechterhalten wird. Diese mechanische Verbindung ist allerdings derart ausgestaltet, dass diese zwar einerseits den Chip der LED mechanisch zuverlässig an Ort und Stelle hält, andererseits aber bei Ausüben einer möglichst kleinen Biegekraft oder Zugkraft brechen und so den Chip zum Abtransport freigeben.

Im Besonderen wird eine Trägerstruktur zur Aufnahme von flächi gen Chips bzw. LEDs vorgeschlagen. Unter einer Trägerstruktur soll hier eine Anordnung gemeint sein, der eine Vielzahl der artiger LEDs beispielsweise mit Kantenlängen im Bereich von 1mm bis ca 100 pm oder von 800pm bis 150mm aufnehmen kann. Zweck soll hier insbesondere eine mechanisch stabile Fixierung, bei spielsweise relativ zu einem Raster oder einer Matrix, unter möglichst guter Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Platzes sein. Weiterhin soll diese Trägerstruktur geeignet sein, die Vielzahl von Chips für einen Transfer mithilfe eines Transfer werkzeuges vorzusehen.

Die Trägerstruktur weist weiterhin mindestens zwei Aufnahmeele mente auf, die mit dem Trägersubstrat verbunden sind. Unter einem Aufnahmeelement soll hier ein Mechanismus oder Funktions element verstanden werden, das geeignet ist, eine LED gegebe nenfalls im Zusammenspiel mit weiteren Aufnähmeelernenten durch mechanischen Kontakt räumlich zu fixieren bzw. in einer defi nierten räumlichen Position zu halten. Ein Aufnahmeelement kann Durchmesser beispielsweise im Bereich von 10 pm oder weniger, besipeilswesie 2pm oder lpm aufweisen. Gemäß einem Beispiel ist ein Chip an zwei Aufnahmeelemente befestigt.

In einigen Aspekten umfasst die Trägerstruktur ein flächiges Trägersubstrat. Ein solches Trägersubstrat kann beispielsweise ein Wafer, eine Folie, ein Frame oder Ähnliches aus dem Bereich der Halbleiterherstellung sein. Dabei kann beispielsweise ein Wafer neben seiner Funktion als Grundplatte oder Basismaterial für den Herstellungsprozess des Halbleiters auch eine Stütz funktion oder Trägerfunktion zur Vorbereitung eines nachfolgen den Mass Transfers bieten. Daneben sind auch flexible Materia lien, wie beispielsweise Folien als Trägersubstrat geeignet.

Ein Aufnahmeelement kann gemäß einem Beispiel säulenartig, pfei lerartig oder pfahlartig vom Trägersubstrat ausgehend ausgebil det sein. In einer Ausgestaltung liegt der Chip an seinen Ecken oder Kanten auf den wenigstens zwei Aufnahmeelementen teilweise aber nicht vollständig auf. Die Aufnahmeelemente sind mit dem Trägersubstrat verbunden und ausgeführt, einen Chip derart zwi schen den mindestens zwei Aufnahmeelementen lösbar festzuhal ten, dass LED mit einer definierten Mindestkraft senkrecht zur Trägerstrukturebene herausbewegt werden kann.

Mit anderen Worten soll einerseits ein ausreichend sicherer Halt der LED durch die Aufnahmeelemente erreicht werden, andererseits soll bewusst die Möglichkeit geschaffen werden, die LED mit einer möglichst geringen Kraft abzulösen und beispielsweise ei nem Transferwerkzeug zuzuführen. Dazu kann vorgesehen sein, die Auflagefläche für jedes Auflageelement kleiner als 1/20, ins besondere kleiner als 1/40 und insbesondere im Bereich von 1/200 bis 1/50 kleiner als die Chipfläche der LED vorzusehen. In einer alternativen Ausgestaltung, ist eine Kantenlänge der LED min destens um den Faktor 10, insbesondere mindestens um den Faktor 20 größer als eine Kantenlänge des Aufnahmeelements. In einem Beispiel ist die Kantenlänge um einen Faktor größer der besdners im Bereich zwischen 40 und 80 liegt Unter „lösbar" soll verstanden werden, dass keine dauerhafte, beispielsweise stoffschlüssige Verbindung wie beispielsweise Verschmelzen, Verkleben oder Ähnliches zwischen Chip und Auf nahmeelement vorliegt, sondern eine zerstörungsfreie, lösbare Verbindung. Die Befestigung kann auf einer physikalischen Ver bindung, wie beispielsweise einer Haftverbindung durch Van-De- Waals Kräften oder Elektronenbrücken beruhen. Selbige kann durch unterschiedliche Materialien und eine geeignete Auswahl selbi ger zwischen der LED und den Aufnahmeelementen gegeben sein. Hierdurch sollen insbesondere ein Brechen oder ähnliche Verfah ren umgangen werden, bei denen eine Zerstörung von Material strukturen mit den entsprechenden Bruchstücken, Partikeln oder Splittern involviert wäre. Stattdessen werden hier alternative Haftmechanismen wie das Ausnutzen von mechanischer Reibung oder Delamination genutzt. Insbesondere werden bekannte begrenzte oder limitierte Haftungseigenschaften von Materialien oder Ma terialkombinationen ausgenutzt. Gemäß einem Beispiel liegt die LED zwischen zwei oder mehreren Aufnahmeelementen auf.

An den Kontaktflächen ergeben sich beispielsweise Haftkräfte oder andere Adhäsionskräfte, die eine mechanische Fixierung der LED im Raum erlaubt. Wenn nun eine definierte Mindestkraft bei spielsweise durch ein angeheftetes Transferwerkzeug auf die LED wirkt, werden folglich Ablösekräfte an den Kontaktflächen zwi schen LED und den Aufnahmeelementen wirksam. Durch eine geeig nete Auswahl von Materialien oder Materialkombinationen an die sen Kontaktflächen kann diese definierte Mindestkraft beein flusst werden.

Die Kontaktflächen oder Überlappungen können beispielsweise Ab messungen im Bereich von 0,05 pm ² bis 10 pm ² aufweisen, insbes- donere im Bereich von lpm ² bis 8pm ² . Hierbei ist es wünschens wert, dass einerseits ein sicherer Halt der LED an der Trä gerstruktur erreicht wird. Andererseits ist es für einen effek tiven und schnellen Massentransfer der LED essenziell, dass die LEDs mit möglichst wenig Kraft nach oben angehoben und abgelöst werden können. Dazu kann vorgesehen sein, das Verhältnis zwi schen Auflagefläche von jedem Element und Chip und der gesamten Chipfläche kleiner als 1/20, insbesondere kleiner als 1/40 und insbesondere im Bereich von 1/80 bis 1/50 kleiner als die Chip fläche vorzusehen. In einer alternativen Ausgestaltung, ist eine Kantenlänge der LED mindestens um den Faktor 10, insbesondere mindestens um den Faktor 20 größer als eine Kantenlänge des Aufnahmeelements. Die zur Verfügung stehende Fläche des Aufnah meelements kann größer, jedoch liegt die LED nur auf einem Teil dieser Fläche auf. Die Auflagefläche des Chips ist somit min desten 20-mal, insbesondere mindestens 40-mal kleiner als die gesamte Chipfläche.

Hier ist ein geeigneter Kompromiss, beispielsweise durch die geeignete Auswahl von Materialien oder Materialkombinationen sowie die Dimensionierung und Platzierung der Kontaktflächen zu finden. Durch eine Gestaltung der Größe und Form dieser Kon taktflächen kann ebenfalls die definierte Mindestkraft beein flusst werden. Große Kontaktflächen führen folglich zu einer höheren notwendigen Mindestkraft, um die LED von der Trä gerstruktur zu lösen. Neben durch Reibung oder Lamination be dingten Halteprinzipien sind auch magnetische, elektrische oder ähnliche Haltekräfte denkbar.

Gemäß einem weiteren Beispiel ist auch möglich, dass die Trä gerstruktur lediglich ein einziges Aufnahmeelement aufweist, mit dem eine LED gehalten wird. Durch das geringe Gewicht der Halbleiterstrukturen kann es denkbar sein, dass durch eine in ihrer Form geeignete und ihrer Größe ausreichend dimensionierte Kontaktfläche zwischen dem einzigen Aufnahmeelement und der LED ein ausreichender Halt in Kombination mit einer geeignet hohen Mindestkraft zum Ablösen der LED erreicht werden kann.

In einer Ausgestaltung kann ein Substrat zum Herstellen der LEDs auch als Trägerstruktur dienen. In einem solchen Fall kann ein Sacrificial Layer oder Opferschicht vorgesehen sein. Während des Herstellungsprozesses ist dabei die LED mit dem Wachs tumssubstrat verbunden. Zum Freilegen der fertigen LED wird beispielsweise durch gas- oder plasmabasierten Ätzverfahren dieser dazwischenliegenden Opferschicht entfernt, sodass ein Zwischenraum zwischen der LED und dem Wafer entsteht. Eine Dicke der Opferschicht beträgt zum Beispiel 100 nm (Nanometer) bis 500 nm. Der Gedanke ist hierbei, dass mit dem Entfernen der Opferschicht die Aufnahmeelemente eine Haltefunktion für die LED an der Trägerstruktur übernehmen. Die Aufnahmeelemente kön nen in einer Ausgestaltung die Form eines Ankers aufweisen.

Ein Abziehen der LED erfolgt in der Regel in einer Richtung weg vom Trägersubstrat, mit einem Kraftvektor der zumindest teil weise senkrecht zu einer Trägersubstratebene zeigt, die in x- y-Richtung zu verstehen ist. Die Aufnahmeelemente verbleiben dabei am Trägersubstrat und brechen insbesondere nicht. Dadurch verbleiben keine Rückstände des Aufnahmeelements an der LED zurück, die bei nachfolgendem Prozessieren Probleme bereiten können. In einem Aspekt ist der Kraftvektor im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche. Weiterhin ist die Haftkraft, mit der die LED and einem Stempel gehalten wird, zum Zeitpunkt kurz vor dem Abheben bis zumindst kurz danach größer als die Haltekraft, welche die LED an dem Aufnahmeelement hält.

Gemäß einem Aspekt ist zumindest ein Aufnahmeelement ausgeführt, gleichzeitig mindestens eine weitere, benachbart angeordnete LED mit festzuhalten und/oder abzustützen. Beispielsweise ist das Aufnahmeelement ausgeführt zwei, drei oder auch vier be nachbart zueinander angeordente LEDs abzustützen. Benachbart heißt in diesem Zusammenhang, dass sich Seiten der LED' s im wesentlichen parallel gegenüberliegen. Zwischen zwei benachbar ten LED' s kann ein Abstand vorgesehen sein, so dass sich diese beim Abheben nicht gegenseitig beeinflussen. Gerade bei nicht vollständig senkrechten Kraftvektoren ist ein derartiger Ab stand zweckmäßig, um ein Zusammenstößen zweier benachbarter LEDs während des Abhebens zu verhindern. Dementsprechend kann der Abstand zwsichen zwei benachbarten LED' s auch von einer zu den LED' s parallelen Komponente des Kraftvektors während des Abhe bens abhängig sein. In einigen Überlegungen beträgt der Abstand zwischen zwei LED' s 5% der Kantenlänge, oder liegt im Bereich von 1% bis 10% der Kantenlänge der LED' s .

Die Überlegungen zu diesem Merkmal können wie folgt zusammen gefasst werden: Haltestrukturen für LEDs beanspruchen häufig Platz, der idealerweise minimiert werden soll, um eine höhere Ausbeute auf einem Wafer zu erreichen. Bedingt durch den Her stellungsprozess sind die LEDs wiederum auf einem Wafer in einer regelmäßigen Struktur nebeneinander angeordnet.

Wie erwähnt ergeben sich prozessbedingt Zwischenräume. Die Er finder schlagen nun vor, ein Aufnahmeelement zwischen zwei be nachbart angeordnete LEDs zu positionieren, sodass dieses eine Aufnahmeelement mehrere angrenzenden LEDs stützt oder aufnimmt. Als Vorteil kann hier gesehen werden, dass rechnerisch weniger als eine ganze Haltestruktur pro Bauteil erreichbar ist. Dies kann eine Gesamtzahl der Aufnahmeelemente verringern und so eine Platzersparnis und folglich eine Kostenersparnis bewirken. Zu dem bleibt eine Gesamtausbeute der Chips im Wesentlichen kon stant, da kein zusätzlicher Platz für die Haltestruktur auf dem Wafer benötigt wird, der auf Kosten der Anzahl der LED geht.

Beispielsweise kann ein Aufnahmeelement einander gegenüberlie gend angeordnete Kontaktflächen aufweisen, die dann jeweils mit der in dieser Richtung angrenzenden LED in mechanischen Kontakt stehen. Die Aufnahmeelemente können dann derart über eine Fläche des Trägersubstrates verteilt und angeordnet werden, dass eine minimale Anzahl von Aufnahmeelementen für einen sicheren Halt der LEDs verwendet wird. Dies kann beispielsweise für einen effektiven Einsatz eines Transferwerkzeugs vorteilhaft sein, um eine effektive und schnelle Aufnahme der LEDs zu ermöglichen. Gemäß einem Aspekt sind die Aufnahmeelemente derart am Trä gersubstrat angeordnet, dass eine LED von genau drei Aufnahme elementen gehalten wird. Die Wahl von drei Aufnahmeelementen kann hier insofern ein vorteilhafter Kompromiss sein, als dass hier eine gute räumliche Stabilisierung in Kombination mit einer vorteilhaften Verteilung der Haltekräfte erreicht werden kann. Ein Verschieben oder Verkippen, insbesondere in lateraler Rich tung auf dem Trägersubstrat kann hier effektiv verhindert wer den. Dabei kann ein Aufnahmeelement an verschiedenen lateralen Bereichen in X-Richtung und Y-Richtung am Chip angreifen, bei spielsweise mittig, außermittig oder an einer Kante oder Ecke. Es können auch mehrere Aufnahmeelemente an ein und derselben Seite einer LED angeordnet sein.

Gemäß einem Aspekt ist zum Herausbewegen der LEDs aus der Trä gerstruktur eine Delaminationsschicht an der LED oder am Auf nahmeelement vorgesehen. Der Begriff Delamination soll hier ei nen Ablöseprozess beschreiben, der beim Kontakt von zwei Flä chen, oder allgemeiner, der Verbindung von zwei Schichten auf- tritt. Dies kann gleichartige Materialien, aber auch Material verbindungen oder verschiedene Materialoberflächen betreffen.

Das bewusste Schaffen einer sogenannten Delaminationsschicht soll Bruchvorgänge oder materialzerstörende oder strukturver ändernde Vorgänge verhindern und stattdessen ein zerstörungs freies Ablösen der Schichten oder Flächen voneinander bewirken. Hierbei können bestimmte Kombinationen aus Materialien verwen det werden, beispielsweise eine Kombination von Si0 ₂ und AI2O3, aber auch die Verwendung von nichtoxidierenden Metallen wie Silber, Gold oder ähnlichen Materialien in Kombination mit einem Dielektrikum wie Si0 ₂ . In einem Aspekt ist somit die Oberfläche des Aufnahmeelements mit der Delaminationsschicht umgeben, so dass zwischen der LED und Aufnahmeelement die Delaminations schicht ausgebildet ist. Die Delaminationsschicht kann nur we nige nm dick sein, beispielsweise im Bereich von 5 nm bis 50 nm. Die Delaminationsschicht kann in einem Aspekt auch als Ätz stoppschicht ausgebildet sein oder ebenso optional sich über weitere Teile der Trägerstruktur erstrecken.

Gemäß einem Aspekt sind die Aufnahmeelemente in einem Mesagraben eines Halbleiterwafers angeordnet. Wie bereits erwähnt, ist grundsätzlich eine optimale Platzausnutzung auf einem Wafer zur Erhöhung der Ausbeute wünschenswert. Haltestrukturen für LEDs beanspruchen häufig zusätzlichen Platz. Im Herstellungsprozess werden durch verschiedene Verfahrensschritte dreidimensionale Strukturen geschaffen, bei denen am Ende beispielsweise eine LED als Erhebung oder Mesa ausgebildet ist. Zwischen diesen einzelnen LEDs bilden sich sogenannte Mesagräben.

Der Begriff Mesagraben soll dabei eine vergleichsweise steile flankenartige Ausprägung an den Seiten einer LED beschreiben, wobei der Graben, d.h. der Bereich ohne Epitaxie die dazwi schenliegende tiefe Struktur referenziert . Beispielsweise kann der Mesagraben eine Flankensteilheit im Bereich 30° bis 75°, insbesondere von 45° aufweisen. Der Gedanke ist hier nun, das Aufnahmeelement genau in diesem ohnehin verfügbaren räumlichen Bereich anzuordnen, ohne zusätzlichen Platz auf dem Wafer zu beanspruchen. Hierdurch kann eine bessere Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Platzes auf dem Wafer erreicht werden.

Gemäß einem Aspekt sind die Trägerstruktur und die Aufnahmeele mente einstückig ausgeführt. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass die Aufnahmeelemente Teil des Trägersubstrates sind. Das Trägersubstrat kann hier beispielsweise wiederum ein Wafer sein, aber auch ein PCB-Board, Folie, Frame oder ähnliche Struktur. In den letzteren Fällen bedeutet dies, dass die Aufnahmeelemente selbst aus einem anderen Material und/oder Struktur wie das Trägersubstrat bestehen. Dies kann in einem Herstellungsprozess beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die ursprünglich vorhandenen Waferstrukturen über die verschiedenen Verfahrens schritte örtlich begrenzt gezielt erhalten werden und beispiels weise nicht durch Ätzvorgänge entfernt werden. Diese Strukturen dienen dann als Aufnahmeelemente und Haltestruktur für die fer tigen LEDs .

In einem Aspekt sind die Aufnahmeelemente ausgeführt, einen LED seitlich und von einer Unterseite der LED zu halten. Um eine LED auf einem darunterliegenden Trägersubstrat zu halten, kann es einerseits sinnvoll sein, eine Teilkontaktfläche oder Auf lagefläche zu schaffen, die einen mechanischen Anschlag in Z- Richtung, also in Richtung des Trägersubstrates bietet. Gleich zeitig kann eine räumliche Fixierung in lateraler Richtung, also in X-Richtung und Y-Richtung dadurch erfolgen, dass zusätzlich ein seitlicher Halt vorgesehen ist. Auf diese Weise kann einer seits in Richtung des Trägersubstrates und in lateraler Richtung eine stabile räumliche Fixierung erreicht werden, andererseits kann in Z-Richtung weg vom Trägersubstrat ein leichtes Abheben der LEDs durch einen Transferprozess bzw. ein Transferwerkzeug ermöglicht werden.

In einem Aspekt weisen die Aufnahmeelemente relativ zur Trä gersubstratebene schräg wegführende LED-Halteflächen auf, so- dass sich beim Herausbewegen der LEDs weg von den Aufnahmeele menten eine Haltekraft auf die LED verringert. Mit anderen Wor ten entfernen sich die Halteflächen von der LED weg, je weiter die LED in Richtung weg vom Trägersubstrat bewegt wird. Dies kann auch so verstanden werden, dass sich eine Haltekraft suk zessive verringert, wenn die LED beispielsweise durch ein Trans ferwerkzeug von der Trägerstruktur weggehoben wird. Dies soll vor allem vorteilhaft eine Verringerung der notwendigen Kraft zum Abziehen der LED bewirken, um insbesondere Laufzeiten der Prozessschritte zu verringern und Qualität eines Transferpro zesses zu erhöhen.

Die vorliegende Offenbarung wird durch die folgende detaillierte Beschreibung noch genauer erläutert. Die detaillierte Beschrei bung und die spezifischen Beispiele offenbaren verschiedene As pekte und Ausführungsformen zur Veranschaulichung des vorge schlagenen Prinzips . Fachleute verstehen aus der Anleitung in der detaillierten Beschreibung, dass Änderungen und Modifika tionen innerhalb des Umfangs der Offenbarung vorgenommen werden können . Es versteht sich daher, dass die hierin offenbarte Offenbarung nicht auf die bestimmten Bestandteile der beschriebenen Vor richtungen oder Schritte der beschriebenen Verfahren beschränkt ist, da eine solche Vorrichtung und ein solches Verfahren va riieren können. Es versteht sich auch, dass die hierin verwen dete Terminologie nur zum Zweck der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen dient und nicht einschränkend sein soll. Es ist anzumerken, dass, wie in der Beschreibung und im beigefügten Anspruch verwendet, die bestimmte und unbestimmte Artikel be deuten sollen, dass es eines oder mehrere der Elemente gibt, außer im Zusammenhang diktiert ausdrücklich etwas anderes. So kann beispielsweise die Bezugnahme auf "eine Einheit" oder "die Einheit" mehrere Vorrichtungen und dergleichen umfassen. Dar über hinaus schließen die Wörter "umfassend", "umfassend", "ent haltend" und ähnliche Formulierungen andere Elemente oder Schritte nicht aus .

So zeigen nun:

Figur 1A bis ID den schematischen Ablauf eines Mass-Transfer- Printing-Verfahrens für eine Vielzahl von LEDs auf einem Wafer;

Figur 2 eine Trägerstruktur nach dem vorgeschlagenen Prinzip in einer Draufsicht mit 3 Aufnahmeelementen;

Figur 3A bis 3E insgesamt vier vertikale Schnittdarstellungen durch eine Trägerstruktur zur Aufnahme von flächigen LEDs dar gestellt, die für den vorgeschlagenen Transfer geeignet sind;

Figur 4 ein Layout einer Trägerstruktur nach einige Aspekten des vorgeschlagenen Konzeptes mit flächigen LEDs und einer Viel zahl von Aufnahmeelementen in verschiedenen Anordnungen;

Figur 5 ein weiteres Layout einer Trägerstruktur dar, die für den vorgeschlagenen Transferprozess vorbereitet und geeignet sind;

Figur 6A zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Trä gerstruktur; Figur 6B stellt eine Alternative zu dem vorhergehenden Ausfüh rungsbeispiel dar;

Im Folgenden sollen einige Konzepte für Maßnahmen zur Verbes- serung eines Transfers in Form von einem verbesserten Mass- Transfer-Printing-Prozesses gezeigt werden. Hintergrund des Verfahrens ist ein Transport von LEDs eines Wafers auf eine Trägerfläche eines Displays . Dort erfolgt eine Fixierung und Befestigung sowie eine elektrische Verbindung der einzelnen LEDs. Dabei liegen zum einen die Abmessungen der einzelnen LEDs im Bereich von nur wenigen [pm]n, andererseits ist gleichzeitig eine große Anzahl dieser LEDs örtlich zu übertragen. Hierbei sind häufig mehrere tausend derartiger Strukturen von einer Vielzahl von Wafern auf eine gemeinsame Trägerfläche zu trans- ferieren.

Im hier in Figur 1 dargestellten Beispiel ist zunächst ein Wafer 12 vorgesehen, auf dem durch verschiedene Halbleiterherstel lungsverfahren Epitaxieschichten erzeugt wurden, aus denen dann die einzelnen LEDs 16 entstehen. Die LEDs können in einigen Aspekten verschiedene Farben und Wellenlängen im Betrieb emit tieren. Dies ist hier durch die unterschiedlichen Schattierun gen angedeutet. Die LEDs sind zumindest auf ihrer Unterseite und/oder Oberseite flächig ausgeprägt, um beispielsweise eine einfache Befestigung und Transport zu ermöglichen. Als Teil des Herstellungsprozesses können die LEDs 16 vom Wafer 12 mechanisch separiert werden. Dies erfolgt durch Entfernen eines sogenann ten Sacrificial Layers, gegebenenfalls ergänzt durch einen oder mehrere Release Layer .

In Figur 1B ist gezeigt, wie ein Elastomerstempel 18 vertikal von oben auf den Wafer 12 zubewegt wird und sich durch eine geeignete Oberflächenstruktur des Elastomerstempels 18 an eine Oberfläche der LEDs 16 anhaftet. Eine maximale Zugkraft kann beispielswiese proportional zu einer Größe der Oberfläche der LED 16 sein. Die Haftung kann beispielsweise durch Silikonma terialien erzeugt werden, insbesondere durch sogenannte PDMS- Elastomere. Aufgrund der Trennung der LEDs 16 vom Wafer 12 können die LEDs in ihrer Vielzahl gemeinsam vom Wafer 12 abge hoben werden, wobei diese am Elastomerstempel 18 haften. Dieser Elastomerstempel 18 wird nun in einer Transferbewegung weg vom Wafer 12 hin zu einer beispielsweise daneben gelagerten Träger fläche 14 eines Displays bewegt. Dies kann beispielsweise mit hilfe eines Transferwerkzeugs erfolgen, wobei der Elastomer stempel 18 als ein Teil eines solchen Werkzeugs anzusehen ist.

In Figur IC befindet sich nun der Elastomerstempel 18 zunächst über der Trägerfläche 14 und wird in einer Senkbewegung auf eine Oberfläche der Trägerfläche 14 abgesenkt. Hierbei gelangen die LEDs 16 mit ihrer Unterseite in mechanischen Kontakt mit der Trägerfläche 14. In einem Folgeschritt, der in Figur ID gezeigt ist, erfolgt ein Ablösen der LEDs 16 vom Elastomerstempel 18. Danach wird der Elastomer-Stempel 18 nach oben bewegt, um bei spielsweise einen neuen Transferzyklus zu beginnen. Die LEDs 16 können beispielsweise durch ein Klebeverfahren dauerhaft an der Trägerfläche 14 befestigt werden.

Die in Figur 1A bis ID dargestellten Schritte lassen erkennen, dass aufgrund der hohen Anzahl an LEDs 16 eine zuverlässige und genaue Platzierung in möglichst kurzer Zeit wünschenswert ist. Insbesondere bei der Aufnahme der LEDs 16 durch den Stempel 18 kann es wünschenswert sein, die auftretenden Kräfte einerseits gering zu halten und andererseits eine zuverlässige Positionie rung und Halten der LEDs 16 auf dem Wafer 12 zu erreichen. Insbesondere das Vermeiden von Schwankungen bei der Haftkraft oder zu hohe Haftkräfte auf den Wafer und/oder auf den Stempel kann hier deutliche Verbesserungen bewirken.

Wieder zurückverweisend auf die Figuren 1 und 2 zeigen diese eine weitere Ausgestaltung aus einer Trägerstruktur 10 nach einigen vorgeschlagenen Prinzipien zur Vermeidung von Bruchkan ten und eine Verbesserung des Abhebens. Grundsätzlich entspricht der prinzipielle Aufbau der Darstellung in Figur 1A. Insbeson dere umfasst der in den Figuren 1A und 1B gezeigte Wafer die im folgenden gezeigte Waferstruktur, wobei sich die Figur 2 auf eine vereinfachte Draufsicht von einer Oberseite auf einen Wafer

5 12 bezieht. Zu erkennen sind drei LEDs 16, die in diesem Bei spiel jeweils flächig rechteckig ausgeführt sind und nebenei nander angeordnet sind, auch andere Formen von Chips diesbezüg lich möglich, beispielsweise hexagonal. Auf einem Wafer 12 kön nen auf einer Fläche von beispielsweise 16 Zoll oder 18 Zoll

10 eine Vielzahl solcher nebeneinander angeordneter LEDs 16 vor gesehen sein.

Vor einem Transferprozess sind diese LEDs 16 mechanisch lösbar auf dem Wafer 12 angeordnet. Dies bedeutet, dass sie durch ein Stempelwerkzeug 18 abgezogen werden können. Im hier gezeigten

15 Beispiel sind die LEDs 16 an ihrer Unterseite teilweise vom Wafer 12 gelöst (nicht zu sehen) und werden nunmehr durch Auf nahmeelemente 20 gehalten. Die hier durch die Draufsicht rund erscheinenden Aufnahmeelemente können beispielsweise säulenar tig oder pfahlartig mit beispielsweise rundem, eckigem oder

20 elliptischem Querschnitt aus einem darunterliegenden Trägersub strat 22 hergestellt sein. Wie gezeigt ist die hier in der Mitte dargestellte LED 16 durch insgesamt drei Aufnahmeelemente 20 in seiner Position gehalten. Insbesondere durch die drei Auflage punkte kann eine Koplanarität, also eine aus Sicht der Kräfte

25 verteilung stabile gleiche ebene Anordnung in derselben Ebene wie die anderen LEDs 16 erreicht werden. Zwei der Aufnahmeele mente 20 nehmen jeweils zwei LEDs 16 an ihren Ecken oder Kanten auf .

BO In den folgenden Figuren 3A bis Figur 3D ist jeweils eine ver tikale Schnittdarstellung (siehe Linie 24 in Figur 2) für ver schiedene Möglichkeiten der Ausgestaltung einer Trägerstruktur 10 gezeigt. Ein Wafer 12 oder allgemein ein Trägermaterial oder Bondingmaterial dient als Basis zur mechanischen Stabilisierung und zur Aufnahme weiterer Komponenten wie elektrischer Verbin dungen, elektronischer Steuerelemente und Ähnlichem. Vertikal darüber ist ein erster Release Layer 26 angeordnet. Der Release- Layer 26 dient dazu, eine kontrollierte Delamination, also durch eine definierte Zugkraft gewolltes und kontrolliertes Ablösen der Schichten voneinander zu ermöglichen. Weiterhin kann ein solcher Layer als Ätz-Stopp-Layer dienen, um angrenzende Schich ten bei einem Ätzvorgang unverändert zu belassen. Dies kann beispielsweise einen Bruchvorgang, wie er bislang im Stand der Technik verwendet wurde, durch ein Ablösen ersetzen, bei dem keine störenden Rückstände an der LED verbleiben.

Weiterhin vorgesehen ist ein Sacrificial Layer 28, der auch als Opferschicht bezeichnet wird. Hintergrund ist, dass beispiels weise Silizium als Material für solche Schichten verwendet wird, dass dann in einem Prozessschritt durch chemische Verfahren entfernt werden kann, um beispielsweise die LED 16 vom darun terliegenden Wafer 12 zu trennen. Die LED 16 weist weiterhin einen Kontaktpad 30 auf, der hier beispielsweise einen halblei tertechnisch aktiven Bereich, wie beispielsweise einen p-n- Übergang aufweisen kann. Beispielhaft ist in Figur 3A und Figur 3B der Querschnitt einer LED 16 gezeigt, die eine Epitaxie schicht 32 aufweist. Diese Epitaxieschicht 32 kann zusätzlich durch einen weiteren zweiten Release Layer 34 ergänzt werden, der zwischen Opferschicht 28 und Epitaxieschicht 32 gebildet ist. Dieser zweite Release Layer 34 kann je nach Ausführungs variante an verschiedenen Stellen angeordnet sein.

In Figur 3A und 3B ist jeweils eine Ausführungsvariante gezeigt, wo ein Aufnahmeelement 20 als pfahlartige, säulen- oder pfos tenartige Erhebung aus dem Wafer 12 einstückig vertikal zwischen zwei LEDs 16 durch die Opferschicht 28 ragt und vor der Epita xieschicht 32 endet. Die Epitaxieschicht 32 läuft hier nach oben eng zu und bildet dadurch einen V-förmigen Mesagraben 38 (siehe dazu auch Figuren 3C und 3D als Alternative) aus. Während in Figur 3A der zweite Release Layer 34 bis an eine Seitenfläche oder teilweise Unterseite des Kontaktpads 30 heranreicht, endet in Figur 3B der zweite Release Layer 34 in horizontaler Richtung vor dem Kontaktpad 30, wobei die Opferschicht 28 den verblei benden Spalt ausfüllt. Über den Mesagraben 38, also den Zwi schenraum zwischen zwei LEDs 16, kann dann beispielsweise eine gasförmige oder flüssige Ätzsubstanz an die Opferschicht 28 gelangen .

In Figur 3B ist die Delaminierungsschicht auf der freiliegenden Oberfläche des Aufnahmeelements durch den Ätzprozess ebenfalls mit entfernt. Durch Steuerung des Ätzprozess kann die Entfernung der Delaminierungsschicht selektiv eingestellt werden. Bei spielsweise kann die Delaminierungsschicht bezüglich dem ver wendeten Ätzprozess eine deutlich geringere Ätzgeschwindigkeit als für die Opferschicht 28 aufweisen. Dadurch kann eine voll ständige Entfernung der Opferschicht sichergestellt sein, ohne die Delaminierungsschicht oder das Trägersubstrat durch den Ätzprozess zu stark anzugreifen. In einer alternativen Ausge staltung, die hier jedoch nicht zu sehen ist, wird der Ätzpro zess auch verwendet, durch die Delaminierungsschicht und in das Aufnahmeelement hineinzuätzen. Mit anderen Worten wird die trichterförmige Aussparung zwischen den beiden LEDs in dem Auf nahmeelement fortgesetzt. Es ergibt sich damit für das Aufnah meelement eine V—oder U-förmige Vertiefung, und es bleiben zwei Säulen übrig, auf denen die LEDs liegen. Die Tiefe einer solchen Ätzung im Aufnahmeelement kann ebenfalls durch den Prozess ein gestellt sein. Generell wird dabei jedoch nicht das ganze Auf nahmeelement durchgeätzt. Vielmehr wird das Aufnahmeelement nur noch bis zur Hälfte seiner Höhe oder weniger geätzt, so dass eine ausreichende Stabilität der Aufnahmeelemente gewährleistet bleibt. Insbesondere ist sichergestellt, dass die übrigbleiben den Säulen beim Abnehmen der LEDs nicht brechen, sondern die LED über eine Überwindung der Haftkraft der Delaminierungs schicht abgehoben wird.

In Figur 3C und 3D ist eine weitere Ausführungsvariante, ins besondere in Bezug auf die Ausführung des Aufnahmeelementes 20, gezeigt. Hierbei ragt das Aufnahmeelement 20 jeweils von der Ebene des Wafers 12 ausgehend einstückig durch die Opferschicht 28 bis zu einer gegenüberliegenden Seite der Trägerstruktur 10. Dabei ist das Aufnahmeelement 20 an seinem oberen Ende schräg zulaufend bzw. mit schrägen LED-Halteflächen 36 ausgeführt, was ein leichteres Abheben der LEDs 16 bei gleichzeitigem sicherem Sitz auf dem Wafer 12 erlauben kann. In Figur 3D endet, gemäß einem Beispiel, das Aufnahmeelement 20 vor dem Ende der Epita xieschicht 32 in vertikaler Richtung. Das Kontaktpad 30 verbin det die in der LED innenliegende Schichten und insbesondere die lichtemittierende Schicht. Wie in Figuren 3B und 3D gezeigt, ist das Kontaktpad 30 jeweils das vertikal am weitesten unten liegende Element und kann dadurch in direkten mechanischen und somit elektrischen Kontakt mit einem elektrischen Kontaktele ment (nicht gezeigt) auf einer Trägerfläche des Displays oder des Moduls, gegebenenfalls ohne zusätzliches überbrückendes Lot oder leitfähigem Kleber, gelangen. Ein Kontaktpad 30 kann bei spielsweise Kantenlängen in Bereich von 20 bis 100 pm aufweisen.

Figur 3E zeigt schließlich eine Ausgestaltung, bei der das Auf nahmeelement deutlich verbreitert ist und sich die Delaminie rungsschicht über die Oberfläche des Aufnahmeelements vollstän dig erstreckt. Wie in den Figuren 3C und 3D gezeigt, erstreckt sich Opferschicht 28 durch den trichterförmigen Bereich zwischen den einzelnen LEDs mit ihrer Epitaxie 32. Jede LED umfasst eine Epitaxie deren lateralen Abmessungen an der Lichtaustrittseite größer ist als an der dem Kontaktpad 32 zugewandten Seite. Mit anderen Worten, die LEDs verbreitern sich ausgehend von der Seite mit dem Kontaktpad 32.

Dadurch ergibt sich eine Schräge, die in der dargestellten Schnittstruktur „umgedreht" V-förmig ausgestaltet ist. Auf der Oberfläche der Flächen der Epitaxieschicht 32, insbesondere an den den Trichter bildenden schrägen Seiten und an der das Kon taktpad enthaltenen Oberfläche ist ein weitere Schicht 34 auf gebracht. Diese dient als Ätzstop und erzeugt mit der Delami nierungsschicht 26 zusammen eine definierte Haftkraft. Zum Ab heben wird nun durch Plasmaätzen, gasförmiges Ätzen oder einen anderen Prozess, die Opferschicht 28 in den V-förmigen Bereichen zwischen den LEDs und darunter entfernt, so dass die Chips lediglich mit ihrer Schicht 34 auf der Delaminierungsschicht der Aufnahmeelemente aufliegt.

In Figur 4 und Figur 5 ist jeweils ein Beispiel einer Trä gerstruktur 10 mit beispielhaft 24 LEDs 16 gezeigt, die in einer Matrix auf einem Wafer (nicht gezeigt) angeordnet sind. In Figur 4 sind insgesamt 17 Aufnahmeelemente 20 gezeigt. Diese sind teilweise in einem Mesagraben 38 zwischen jeweils zwei benach barten LEDs 16 angeordnet, teilweise auch an Ecken der jewei ligen LEDs 16. Diese Anordnung kann dazu führen, dass insgesamt weniger Aufnahmeelemente 20 als eine Gesamtzahl an LEDs 16 not wendig sind. Zusätzlich kann ein Aufnahmeelement 20 im hier gezeigten Beispiel bis zu vier angrenzende LEDs 16 stützen oder aufnehmen .

In Figur 5 sind die Aufnahmeelemente 20 in ihrer Grundfläche nicht rund wie in Figur 156 ausgeführt, sondern weisen eine rechteckige oder quadratische Grundfläche auf. Dies bedeutet, dass die Kontaktflächen 36, mit der das Aufnahmeelement an der- LED 16 anliegt, sich ändert. Dies kann eine stabile Aufnahme der LED 16 gewährleisten, selbst wenn sich die LED 16 in seiner Lage leicht in x-Richtung oder y-Richtung verschiebt. Mit an deren Worten bleibt eine Gesamtkontaktfläche aus allen Kontakt flächen 36 an der LED 16 auch bei kleineren Verschiebungen in lateraler Richtung gleich oder zumindest annähernd gleich. Wei terhin können die Aufnahmeelemente 20 auch am äußeren Rand einer Trägerstruktur 12 angeordnet sein und an einer äußeren Seiten fläche einer LED 16 angreifen. Beispielhaft ist hier erkennbar, dass genau drei Auflagepunkte für dieselbe LED eine besonders stabile räumliche Stabilisierung bieten können. Auch hier kann ein Aufnahmeelement 20 zwei oder mehr angrenzende LEDs 16 ab stützen und so durch eine Mehrfachnutzung Platzbedarf und somit Kosten senken. In den gezeigten Beispielen ist die Auflagefläche gegenüber der Chipfläche stark vergrößert dargestellt. In prak- tischen Implementierungen ist die Auflagefläche deutlich klei ner, damit die Haftkraft verringert ist, so dass die Delamina- tionsschicht am Träger verleibt und nicht abreißt.

Figur 6A zeigt eine Ausführung, bei der mehrere LEDs 16 mono lithisch auf einem Trägersubstrat hergestellt wurden. Jede LED hat die Form eines Hexagons, d.h. 6 Seitenflächen, die jeweils einer Seitenfläche einer benachbarten LED gegenüberliegen. Die Ecken der einzelnen LEDs liegen jeweils auf einem Aufnahmeele ment 20 auf. Zudem ist eine Flankenstrukturierung vorgenommen, d.h. es sind Gräben geätzt worden, so dass die LED lediglich von den Aufnahmeelementen gehalten werden. Jede LED umfasst einen zentral angeordneten und runden aktiven Bereich 2a. der Bereich kann verschieden groß gewählt werden. In diesem Beispiel ist er allerdings von einem Bereich 2b umgeben, dessen Durch messer im Wesentlichen dem Abstand zweier gegenüberliegender Seitenflächen einer LED entspricht. Mit anderen Worten reicht der Bereich jeweils an die Seitenflanke einer jeden hexagonalen Struktur der LEDs, die Ecken einer jeden LED umfassen hingegen den Bereich 2b gerade nicht.

Figur 6B zeigt eine weitere Ausführungsform, die durch eine verbesserte Maskenstrukturierung erzeugt wurde. Hintergrund dieser Ausführung ist es, die Anzahl der benötigten Fotomasken und Transferschritte zu reduzieren. In dieser Ausführung wurde eine Fotomaske gewählt, welche zu kleineren Ausbuchtungen an den Ecken führt. Dadurch entsteht diese leicht veränderte Struk tur .

In den hier dargestellten Beispielen sind die LEDs mittels ver schiedener Halbleitertechniken gefertigt. Der Wafer, auf den transferiert wird, kann Kontaktflächen haben, so dass ein elektrischer Kontakt möglich ist. Ebenso können in diesem Wafer bereits Ansteuerung, Stromquellen und andere Elemente vorhanden sein. Die so transferierten LEDS werde anschließend in einigen Ausführungen weiterbearbeitet. Beispielsweise wird eine Konver- terschicht oder ein lichtformendes Element auf die LED aufge bracht. Grundsätzlich wurden in diesen Ausführungen einzelne LEDs transferiert. Jedoch ist das Verfahren nicht auf solche beschränkt. Ebenso können die vorstehenden Module mit diesen Trägerstrukturen geformt sein, um eine einfachere Transferie rung derartiger Module zu ermöglichen. Dabei werden die Säulen bzw. die Trägerelemente geformt nachdem bekannt ist welche Größe die Module haben sollen.

BEZUGSZEICHENLISTE

10 Trägerstruktur

12 Wafer

14 Trägerfläche eines Displays

5, 16 Mikrochip

18 Stempel/Stempelwerkzeug

20 Aufnahmeelement

22 Trägersubstrat

24 Schnitt (vertikal)

10, 26 Delaminierungsschicht, Delaminationsschicht

28 Sacrificial Layer, Opferschicht

30 Emitterchip

32 Epitaxieschicht

34 Zweiter Release Layer

15, 36 Mikrochip-Halteflächen

38 Mesagraben