具有顺应性触件的微拾取阵列的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微型器件。更具体地，本发明的实施例涉及具有顺应性触件的微拾取阵列。
【背景技术】
[0002]集成和封装问题是微型器件商业化的主要障碍中的一个主要障碍，该微型器件诸如射频(RF)微机电系统(MEMS)微型开关、发光二极管(LED)显示系统、以及MEMS或基于石英的振荡器。
[0003]用于转移器件的传统技术例如包括涉及使用转移晶圆来从供体晶圆拾取器件阵列的“转印”。然后，在移除转移晶圆之前将该器件阵列键合到接收晶圆。已开发出一些转印方法的变型来在转移过程期间选择性地对器件进行键合和去键合。在传统转印技术和转印技术的变型两者中，在将器件键合到接收晶圆之后使转移晶圆与器件去键合。此外，在该转移过程中涉及具有器件阵列的整个转移晶圆。
[0004]近来，已提出使用弹性印模将半导体模片从主衬底转移到目标衬底，在该弹性印模中，印模表面经由范德华力(van der ffaals forces)附着到半导体模片表面。
【发明内容】
[0005]本发明公开了一种用于从承载衬底转移微型器件的微拾取阵列。在一个实施例中，微拾取阵列包括具有通孔的底部衬底、在该通孔之上的柔性膜、以及由柔性膜支撑并且可在通孔内相对于底部衬底移动的插头。柔性膜可包含硅层并且可偏转，使得插头可相对于底部衬底沿与柔性膜正交的轴移动不超过5 μ m。间隙可使插头与底部衬底分开。在一个实施例中，间隙的击穿电压在环境压力下可大于100伏特。例如，间隙可使插头与底部衬底分开超过10 μ m以获得击穿电压。
[0006]在一个实施例中，静电转移头部阵列可与插头电耦接。静电转移头部可偏转到底部衬底中的腔中。每个静电转移头部可包括具有由电介质层覆盖的电极表面的台面结构。每个静电转移头部还可包括与电极表面相邻的由电介质层覆盖的第二电极表面。电极互连件可将电极表面与插头电耦接。同样，第二电极互连件可将第二电极表面与第二插头电耦接。例如，电极互连件可与插头上的顶侧触件耦接。顶侧触件可在接触区域上接触插头，该接触区域与顶侧插头区域共面并且小于该顶侧插头区域的三分之二。接触垫可在插头上与顶侧触件相背对并且可通过插头与顶侧触件电耦接。接触垫与顶侧触件之间的插头上的电阻可在介于1千欧姆与100千欧姆之间的范围内。
[0007]在一个实施例中，一种形成微拾取阵列的方法包括蚀刻绝缘体上硅(SOI)叠层的顶部硅层以形成电极阵列，以及蚀穿SOI叠层的体硅衬底直至SOI叠层的掩埋氧化物层，以形成使插头与体硅衬底的底部衬底分开的间隙。插头可相对于底部衬底移动。还可蚀刻底部衬底以在电极阵列的正下方形成一个或多个腔，使得一个或多个电极可偏转到一个或多个腔中。形成微拾取阵列的方法还可包括:蚀刻顶部硅层以形成电极互连件；在电极阵列之上形成电介质层；以及在体硅衬底上形成顶侧触件。形成电介质层可包括对电极阵列进行热氧化。另选地，形成电介质层可包括使用原子层沉积来毯覆式沉积电介质层或使用化学气相沉积来沉积电介质层。形成微拾取阵列的方法还可包括蚀穿电介质层、电极互连件和掩埋氧化物层以暴露体硅衬底的插头。顶侧触件可形成在插头的暴露区域上。顶侧触件可通过电极互连件与电极阵列电耦接。形成微拾取阵列的方法还可包括:蚀穿SOI叠层的背侧氧化物层以暴露体硅衬底的插头；以及在体硅衬底的插头上形成与顶侧触件相背对的接触垫。接触垫可通过插头与顶侧触件电親接。
[0008]在一个实施例中，系统包括转移头部组件和微拾取阵列。转移头部组件可包括一个或多个操作电压触件和钳位电压触件。微拾取阵列可包括底部衬底、穿过底部衬底形成的一个或多个顺应性触件、以及在微拾取阵列的前侧上并且与一个或多个顺应性触件电耦接的静电转移头部阵列。一个或多个操作电压触件可与一个或多个顺应性触件对准，并且钳位电压触件可与和静电转移头部阵列相背对的微拾取阵列的背侧对准。因此，当将钳位电压施加到钳位电压触件时，微拾取阵列保持紧贴转移头部组件并且插头相对于底部衬底移动。
[0009]在一个实施例中，微拾取阵列还可包括底部衬底中的通孔、通孔之上的柔性膜、以及在通孔内、由柔性膜支撑的插头。间隙可使插头与底部衬底分开并且插头可相对于底部衬底移动。静电转移头部阵列可与插头电耦接。此外，每个静电转移头部可包括具有电极表面的台面结构、以及覆盖电极表面的电介质层。
【附图说明】
[0010]图1是根据本发明的实施例的用于保持具有顺应性触件的微拾取阵列的转移头部组件的透视图图示。
[0011]图2A是根据本发明的实施例的具有单极静电转移头部阵列的微拾取阵列的平面图图示。
[0012]图2B是根据本发明的实施例的具有双极静电转移头部阵列的微拾取阵列的平面图图示。
[0013]图3是沿图2B的线A-A、B-B和C-C截取的组合横截面侧视图图示，其示出了根据本发明的实施例的具有与顺应性触件电耦接的静电转移头部阵列的微拾取阵列。
[0014]图4A是沿图2B的线B-B或C_C的一部分截取的横截面侧视图图示，其示出了根据本发明的实施例的顺应性触件。
[0015]图4B是沿图2B的线B-B或C_C的一部分截取的横截面侧视图图示，其示出了根据本发明的实施例的具有电介质填充的间隙的顺应性触件。
[0016]图5是根据本发明的实施例的具有顺应性触件的微拾取阵列的顶侧部分的透视图图示。
[0017]图6A是根据本发明的实施例的具有由柔性膜支撑的顺应性触件的微拾取阵列的可移动部分的横截面侧视图图示。
[0018]图6B是根据本发明的实施例的具有施加到由柔性膜支撑的顺应性触件的负载(其与施加到微拾取阵列的夹持区域的夹持力相反)的微拾取阵列的可移动部分的横截面侧视图图示。
[0019]图7-图24示出了根据本发明的实施例的形成具有与顺应性触件电耦接的静电转移头部阵列的微拾取阵列的方法。
[0020]图25是根据本发明的实施例的具有微拾取阵列和转移头部组件的系统的横截面侧视图图示。
[0021]图26是根据本发明的实施例的微拾取阵列与转移头部组件之间的触件的示意性顶视图图示。
【具体实施方式】
[0022]本发明的实施例描述了一种用于转移微型器件或微型器件阵列的装置和方法。例如，微型器件或微型器件阵列可为在相关美国专利申请13/372，222、13/436，260、13/458，932和13/711，554中所示和所述的微型LED器件或微芯片结构中的任一者。尽管具体地针对微型LED器件描述了本发明的一些实施例，但本发明的实施例并不限于此，并且某些实施例还可适用于其他微型LED器件和微型器件诸如二极管、晶体管、集成电路(1C)芯片和MHMS。
[0023]在各种实施例中，参照附图进行描述。然而，某些实施例可在不存在这些具体细节中的一个或多个具体细节的情况下实施，或者与其他已知的方法和配置结合实施。在以下描述中，阐述许多具体细节诸如特定配置、尺寸和工艺等以提供对本发明的彻底理解。在其他情况下，还未对熟知的工艺和制造技术进行特别详细的描述，以免不必要地模糊本发明。贯穿本说明书所提到的“一个实施例”(“one embodiment”，“an embodiment”)等是指结合实施例所述的特定特征、结构、配置或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在多处出现短语“一个实施例”(“one embodiment”，“an embodiment”)等不一定是指本发明的同一实施例。此外，特定特征、结构、配置或特性可以任何适当的方式结合在一个或多个实施例中。
[0024]本文所使用的术语“在……之上”、“到”、“在……之间”和“在……上”可指一层或部件相对于其他层或部件的相对位置。一层在另一层“之上”或“上”或者键合“到”另一层可为直接与另一层接触或可具有一个或多个中间层。一层在多层“之间”可为直接与该多层接触或可具有一个或多个中间层。
[0025]在不限于特定理论的情况下，本发明的实施例描述用于支撑静电转移头部阵列的微拾取阵列，该静电转移头部阵列根据静电夹使用异性电荷相吸来拾取微型器件的原理进行操作。根据本发明的实施例，向静电转移头部施加吸合电压以便在微型器件上生成夹持压力。如本文所使用的术语“微型”器件或“微型”LED器件可指根据本发明的实施例的特定器件或结构的描述性尺寸，诸如1 μπι到100 μm的尺度。然而，本发明的实施例并不一定限于此，并且实施例的某些方面可适用于更大和可能更小的尺度。在一个实施例中，微型器件阵列中的单个微型器件和静电转移头部阵列中的单个静电转移头部两者具有1 μπι到100 μ m的最大尺寸，例如接触表面的长度或宽度。在一个实施例中，微型器件阵列的节距和对应的静电转移头部阵列的节距为(1 μπι到100 μπι) X (1 μπι到100 μπι)。在这些密度下，例如，6英寸的承载衬底可以10 μ mX 10 μ m的节距容纳约1.65亿个微型LED器件，或以5 μ mX 5 μ m的节距容纳约6.60亿个微型LED器件。转移工具包括微拾取阵列以及与对应的微型LED器件阵列的节距的整数倍相匹配的静电转移头部阵列，该转移工具可用于拾取该微型LED器件阵列并将其转移并键合到接收衬底。这样，可以高转移速率来将微型LED器件集成并装配到异类集成系统中，包括从微型显示器到大面积显示器的范围内的任何尺寸的衬底。例如，lcmX lcm的静电转移头部阵列在每次转移操作中可拾取、转移并键合多于100, 000个微型器件，其具有能够转移更多的微型器件的更大的静电转移头部阵列。
[0026]在一个方面，本发明的实施例描述了一种具有静电转移头部阵列和一个或多个顺应性触件的微拾取阵列。静电转移头部阵列可由具有通孔的底部衬底支撑。顺应性触件可包括在通孔之上并且在通孔内支撑插头的柔性膜。插头的背侧可与转移头部组件物理耦接，该转移头部组件可用于定位包括静电转移头部阵列的微拾取阵列。当将夹持力施加到微拾取阵列的背侧上的夹持区域时，转移头部组件的操作电压触件可将相反的反应性负载施加到插头，使