用于控制可转移半导体结构的释放的结构及方法与流程

文档序号:14643267发布日期:2018-06-08 20:36
用于控制可转移半导体结构的释放的结构及方法与流程

本申请案主张2015年11月20日提出申请的标题为“用于控制可转移半导体结构的释放的系统及方法(Systems and Methods for Controlling Release of Transferable Semiconductor Structures)”的美国专利申请案第14/947,596号及2015年10月22日提出申请的标题为“用于控制可转移半导体结构的释放的系统及方法(Systems and Methods for Controlling Release of Transferable Semiconductor Structures)”的美国临时专利申请案第62/245,055号的优先权,所述两个专利申请案以其全文引用方式明确地并入本文中。

技术领域

所揭示技术一般来说涉及用于使用来自同质衬底的系链来控制微型装置的释放的系统及方法。



背景技术:

所揭示技术大体来说涉及可转移微型装置的形成。半导体芯片或裸片的自动组装装备通常使用真空操作式贴装头(例如真空夹持器或拾放工具)来拾取装置并将装置施加到衬底。使用此技术来拾取及放置超薄且小的微型装置通常是困难的。微转印准许选择并施加这些超薄、易碎或小的微型装置而不会对所述微型装置自身造成损坏。

微结构化印模可用于从上面形成有微型装置的同质源衬底拾取所述微型装置,将所述微型装置输送到非同质目的地衬底,并将所述微型装置印刷到所述目的地衬底上。表面粘附力用于控制对这些微型装置的选择及对所述微型装置到目的地衬底上的印刷。可大规模并行执行此过程,从而在单个拾取及印刷操作中转移数百到数千个离散结构。

电子有源组件可印刷到非同质目的地衬底上。举例来说,这些印刷技术可用于形成成像装置(例如平板液晶、LED或OLED显示装置)或用于数字射线照相板中。在每一例子中,将电子有源组件从同质衬底转移到目的地衬底(例如,用于(举例来说)形成主动微型装置组件阵列的非同质衬底)。使用弹性体印模从同质衬底拾取有源组件并将所述有源组件转移到目的地衬底。

微转印能够将高性能半导体微型装置并行组装到几乎任何衬底材料(包含玻璃、塑料、金属或其它半导体)上。衬底可以是透明或柔性的,借此准许产生柔性电子装置。柔性衬底可集成于大量配置中,包含脆性的基于硅的电子装置不可能达成的配置。另外,举例来说,一些塑料衬底在机械上是坚固的且可用于提供不易受由机械应力所导致的损坏或电子性能降级影响的电子装置。可使用这些材料通过能够以低成本在大衬底区域上方分布电子装置的连续高速印刷技术(例如,卷装地制造)来制作电子装置。此外,这些常规微转印技术可用于在与塑料聚合物衬底上的组装相容的温度下印刷半导体装置。另外,半导体材料可被印刷到大衬底区域上,借此能够将复杂集成电路连续高速地印刷于大衬底区域上方。此外,可提供在挠曲或变形装置定向上具有良好电子性能的完全柔性电子装置以达成宽广范围的柔性电子装置。然而,常规微转印技术缺少以低成本高效生产具有高密度装置的电子器件所需的可再生产性及精确度。

在常规微转印过程中,在将微型装置转移到目的地衬底之前,先提供具有牺牲层的同质源衬底,所述牺牲层具有牺牲材料且多个微型装置至少部分地形成于在所述牺牲层上方。所述微型装置可分布于所述同质源衬底上方且通过锚定件结构在空间上彼此分离。锚定件物理地连接或固定到所述同质源衬底,且系链将每一微型装置物理地固定到一或多个锚定件。

仍刚性地附接到衬底的锚定件结构及将可释放微型物件接合到锚定件的系链结构用于在微型物件从块体衬底的部分或完全分离之后立即维持微型物件的空间配置。当转移印模拾取装置时,所拾取的每一装置的系链断开。关于微转印,举例来说,参见2011年7月19日发布的美国专利第7,982,296号,所述美国专利的内容以其全文引用方式并入本文中。

然而,已证明,主动微型装置组件的释放不受可靠控制且不可预测,从而导致低效率、不可再生产性及错误。因此,需要用于高效且可预测地控制半导体结构的释放的经改进方法及系统。



技术实现要素:

所揭示技术大体来说涉及用于使用来自同质衬底的系链来控制微型装置的释放的系统及方法。所揭示技术提供微型装置组件从衬底的可靠地受控制及可预测释放,从而在微组装期间达成高效率、可再生产性及较少错误。在特定实施例中,所揭示技术每微型装置使用单个偏离中心系链来实现此目标。如本文中所描述,这能改进牺牲层的移除。举例来说,在一些实施例中,这改进对牺牲层的蚀刻,使得将微型装置下方的所要区域整体地移除,使得可微组装所述微型装置(例如,可通过弹性体印模拾取所述微型装置,从而导致系链断开)。

所揭示技术大体来说涉及用于使用系链来控制微型物件(装置)从同质衬底的释放的系统及方法。在一些实施例中,微型物件经设计或经配置使得在将所述微型物件从衬底释放时保持其定向及空间配置。仍刚性地附接到同质衬底的锚定件结构及将可释放微型物件接合到锚定件的系链结构用于在将微型物件从衬底部分或完全地释放之后立即维持微型物件的空间配置。可通过以下方式来完成此操作:通过底切、蚀刻、烧蚀或其它手段来选择性移除牺牲层(例如,至少部分位于微型物件下面的牺牲层)。在一些实施例中,牺牲层是上面生长着有源组件的同质衬底的一部分。此使每一微型装置通过至少一个锚定件及至少一个系链支撑在同质衬底上且连接到所述同质衬底。

在一个方面中,所揭示技术包含一种微型装置阵列,所述阵列包括:源衬底,其具有处理侧;牺牲层,其包括硅(1 0 0)牺牲材料、位于所述源衬底的所述处理侧上;多个可释放微型物件,其至少部分地形成于所述牺牲层上;多个锚定件结构,其位于所述源衬底的所述处理侧上,其中所述锚定件结构在不存在所述牺牲材料的情况下仍刚性地附接到所述源衬底;及多个系链,其中所述多个系链中的每一系链将所述多个可释放微型物件中的一个可释放微型物件连接到所述锚定件结构中的一者且每一可释放微型物件通过单个系链连接到锚定件。

在特定实施例中,所述多个系链中的每一者经定大小及定形以在弹性体印模接触对应微型物件以将所述对应微型物件从源衬底微转印到不同于所述源衬底的目标衬底时断开。

在特定实施例中,所述牺牲材料是所述源衬底的一部分。

在特定实施例中,所述锚定件结构形成连续结构,其沿至少一个维度横跨所述多个可释放微型物件中的一个以上可释放微型物件。

在特定实施例中,所述锚定件结构包括多个锚定件。

在特定实施例中,所述多个锚定件中的每一者的特征是局部有凹角或阴角,且所述多个可释放微型物件中的每一者的局部特征是有凸角或阳角。

在特定实施例中,所述多个系链中的每一者是宽度为10μm到40μm的系链。

在特定实施例中,所述多个系链中的每一者是具有狭窄形状且宽度为1μm到5μm、5μm到10μm、10μm到15μm、15μm到20μm或20μm到40μm的系链。

在特定实施例中,所述系链中的每一者包括一或多个凹口,所述一或多个凹口在相应可释放微型物件相对于所述锚定件结构移动时提供断裂点。

在特定实施例中,在平行于所述系链所附接的所述可释放微型物件或所述锚定件的边缘的方向上,所述系链的与所述锚定件接触的部分不和所述系链的与所述可释放微型物件接触的部分重叠。

在特定实施例中,所述系链具有未附接到所述锚定件或所述可释放微型物件的相对侧,其中所述相对侧在x方向及y方向中的至少一者上重叠。

在特定实施例中,所述可释放微型物件与所述锚定件在所述x方向上分离开一分离距离x,所述系链以锐角θ附接到所述锚定件或所述可释放微型物件,且所述系链附接到所述锚定件或可释放微型物件的处的第一边缘与第二边缘之间的距离是y,且y小于或等于x*tan(θ)。

在特定实施例中,第一对第一系链与第二系链在y方向上偏移且在偏移方向上不重叠,且第二对第一系链与第二系链在垂直于所述锚定件或可释放微型物件的边缘的x方向上偏移且在偏移方向上不重叠;或一对第一系链与第二系链在所述y方向上偏移且在偏移方向上不重叠,且在所述x方向上偏移且在偏移方向上不重叠。

在特定实施例中,不可能绘制出由所述锚定件、系链及微型物件覆盖的具有平行于<0 1 1>方向的边缘且具有穿过所述微型物件的边缘的矩形。

在特定实施例中,所述系链至少部分地形成于所述衬底的顶部表面中。

在特定实施例中,所述释放层具有各向异性蚀刻特性。

在特定实施例中,所述系链包含不与所述牺牲层直接接触的材料。

在另一方面中,所揭示技术包含一种使用(1 0 0)硅系统制成适合于微转印的薄且低成本的晶片封装微尺度装置的方法,所述方法包括:提供多个微尺度装置;使用微组装技术将所述微尺度装置组装到载体晶片上,其中所述载体晶片包括硅(1 0 0)及第一介电层;将所述经组装微尺度装置嵌入于第二介电层内;及将所述第一介电层及所述第二介电层图案化以与锚定件及系链界定所述微尺度装置中的每一者的周界,所述锚定件及系链在所述微尺度装置相对于所述载体晶片移动时保持所述微尺度装置相对于所述载体晶片的空间配置,借此提供具有适合于微转印到其它衬底的微尺度装置的晶片级薄晶片封装。

在特定实施例中,所述方法包含:在所述微尺度装置的顶部表面或底部表面中的至少一者上形成衬垫结构,借此形成可表面安装装置。

在特定实施例中,所述微尺度装置各自包括集成电路,所述集成电路与至少两个传感器及使用相同晶片级金属化物产生的天线互连。

在特定实施例中,所述方法包含:将所述微尺度装置微转印到卷带上;及使用带馈送式高速射片机来将所述微尺度装置施加到目的地衬底。

在特定实施例中,所述方法包含:使用晶片馈送式裸片附接工具来预模制所述微尺度装置,借此形成引线框架上封装。

在特定实施例中,所述方法包含:使用晶片馈送式裸片附接工具来形成所述微尺度装置的封装中封装装置。

在特定实施例中,所述方法包含:使用晶片馈送式裸片附接工具或晶片馈送式微型转印机来由所述微尺度装置形成晶片级封装。

在特定实施例中,不可能绘制出由所述锚定件、系链及微型物件覆盖的具有平行于<0 1 1>方向的边缘且具有穿过所述微型物件的边缘的矩形。

在特定实施例中,所述系链至少部分地形成于所述衬底的顶部表面中。

在特定实施例中,所述释放层具有各向异性蚀刻特性。

在特定实施例中,所述系链包含不与所述牺牲层直接接触的材料。

在特定实施例中,所述系链在围绕所述牺牲层的暴露表面绘制的凸包的区域中与衬底表面断开连接。

在另一方面中,所揭示技术包含一种制作可印刷组件阵列的方法,所述方法包括:在源衬底的处理侧上形成包括硅(1 0 0)牺牲材料的牺牲层;至少部分地在所述牺牲层上形成多个可释放微型物件;在所述源衬底上形成锚定件结构,所述锚定件结构在不存在所述牺牲材料的情况下仍刚性地附接到所述源衬底;形成多个系链,其中所述多个系链中的每一系链将所述多个可释放微型物件中的可释放微型物件连接到所述锚定件结构中的一者,所述多个系链中的每一系链位于所述多个可释放微型物件中的相应可释放微型物件的偏离中心、面向锚定件的边缘上,且每一系链经定形以响应于所述可释放微型物件的移动而断裂,使得在不存在牺牲材料的情况下:所述可释放微型物件相对于所述锚定件结构移动;所述系链变形并受到机械应力;且所述多个系链中的每一系链仍刚性地附接到相应锚定件及所述多个微型物件中的相应可释放微型物件两者,借此保持所述多个可释放微型物件相对于所述源衬底的空间配置;及移除在所述多个可释放微型物件下面的所述牺牲材料的至少一部分,使得所述可释放微型物件相对于所述锚定件结构移动且所述系链变形并受到机械应力。

在特定实施例中,所述移除过程相对于释放所述锚定件结构的速率在所述多个可释放微型物件下方迅速进展。

在特定实施例中,所述多个系链中的每一系链具有宽度为10μm到40μm的狭窄形状,借此抑制局部凹角或阴角的形成。

在特定实施例中,所述牺牲层具有各向异性晶体结构,所述移除过程由于所述各向异性晶体结构而在一些方向上进展较快且在其它方向上进展较慢。

在特定实施例中,所述多个系链中的每一系链包括一或多个凹口,所述凹口在可释放微型物件移动时为所述可释放微型物件提供断裂点。

在特定实施例中,所述移除过程在接近给定系链的区域处达到完成。

在特定实施例中,所述系链至少部分地形成于所述衬底的顶部表面中。

在特定实施例中,所述释放层具有各向异性蚀刻特性。

在特定实施例中,所述系链包含不与所述牺牲层直接接触的材料。

在特定实施例中,所述系链在围绕所述牺牲层的暴露表面绘制的凸包的区域中与衬底表面断开连接。

在另一方面中,所揭示技术包含一种制作多个可转移微型物件的方法,所述方法包括:在源衬底的处理侧上形成包括硅(1 0 0)牺牲材料的牺牲层;至少部分地在所述牺牲层上形成多个可释放微型物件(例如,可印刷电子组件、可印刷有源组件、微型装置、微尺度装置);将聚合物层(例如,光致抗蚀剂材料、光可界定材料)施加于所述多个可释放微型物件及所述源衬底的至少一部分上方,其中所述聚合物层囊封所述多个可释放微型物件(例如,所述多个可释放微型物件的除与所述牺牲层接触的部分以外的部分);处理所述聚合物层以:(i)在所述源衬底上为所述多个可转移微型物件形成多个锚定件结构,(ii)在每一可转移微型物件与所述多个锚定件结构中的一个预定锚定件结构之间形成至少一个系链,及(iii)针对所述可释放微型物件中的每一者,在所述聚合物层中形成通到相应可转移微型物件下面的所述牺牲层的一部分的进入端口;及移除(例如,通过底切蚀刻或烧蚀)所述多个可释放微型物件下面的所述牺牲层的至少一部分。

在特定实施例中,一或多个锚定件结构在所述可转移微型物件移动时仍刚性地附接到所述衬底。

在特定实施例中,在所述多个可释放微型物件下面的所述牺牲层的至少一部分致使所述多个可释放微型物件中的每一者移动并对所述多个系链的相应子组施加应力。

在特定实施例中,所述多个系链的相应子组包括单个系链。

在特定实施例中,所述方法包含:转移所述可释放微型物件及从所述微型物件移除所述聚合物的至少一部分。

在特定实施例中,从所述微型物件移除所述聚合物的至少一部分包括进行所述聚合物的溶解、蚀刻及灰化中的至少一者。

在特定实施例中,所述方法包含:通过使印刷印模的至少一部分接触所述聚合物的对应部分来转移所述可释放微型物件。

在特定实施例中,所述系链至少部分地形成于所述衬底的顶部表面中。

在特定实施例中,所述释放层具有各向异性蚀刻特性。

在特定实施例中,所述系链包含不与所述牺牲层直接接触的材料。

在特定实施例中,所述系链在围绕所述牺牲层的暴露表面绘制的凸包的区域中与衬底表面断开连接。

在另一方面中,所揭示技术包含一种微型装置阵列,所述阵列包括:源衬底,其具有处理侧;牺牲层,其包括硅(1 0 0)牺牲材料、位于所述源衬底的所述处理侧上;多个可释放微型物件,其至少部分地形成于所述牺牲层上;多个锚定件结构,其位于所述源衬底的所述处理侧上,其中所述锚定件结构在不存在所述牺牲材料的情况下仍刚性地附接到所述源衬底;及多个系链,其中所述多个系链中的每一系链将所述多个可释放微型物件中的一个可释放微型物件连接到所述锚定件结构中的一者且所述多个系链中的每一系链位于所述多个可释放微型物件中的所述相应可释放微型物件的偏离中心、面向锚定件的边缘上,使得在不存在所述牺牲材料的情况下所述可释放微型物件相对于所述锚定件结构移动且所述系链变形并受到机械应力。

在特定实施例中,所述多个系链中的每一者经定大小及定形以在弹性体印模接触对应微型物件以将所述对应微型物件从源衬底微转印到不同于所述源衬底的目标衬底时断开。

在特定实施例中,所述牺牲材料是所述源衬底的一部分。

在特定实施例中,所述锚定件结构形成连续结构,其沿至少一个维度横跨所述多个可释放微型物件中的一个以上可释放微型物件。

在特定实施例中,所述锚定件结构包括多个锚定件。

在特定实施例中,所述多个锚定件中的每一者的特征是局部地有凹角或阴角,且所述多个可释放微型物件中的每一者的局部特征是有凸角或阳角。

在特定实施例中,所述多个系链中的每一者是宽度为10μm到40μm的系链。

在特定实施例中,所述多个系链中的每一者是具有狭窄形状且宽度为1μm到5μm、5μm到10μm、10μm到15μm、15μm到20μm或20μm到40μm的系链。

在特定实施例中,所述系链中的每一者包括一或多个凹口,所述一或多个凹口在相应可释放微型物件相对于所述锚定件结构移动时提供断裂点。

在特定实施例中,不可能绘制出由所述锚定件、系链及微型物件覆盖的具有平行于<0 1 1>方向的边缘且具有穿过所述微型物件的边缘的矩形。

在特定实施例中,具有平行于<0 1 1>方向的边缘的由所述锚定件、系链及可印刷结构覆盖的任一矩形不具有穿过所述可印刷微型物件的边缘。

在特定实施例中,不可能绘制出由所述锚定件、系链及可印刷微型物件覆盖的具有平行于<0 1 1>方向的边缘且具有穿过所述可印刷微型物件的边缘的矩形。

在特定实施例中,所述系链至少部分地形成于所述衬底的顶部表面中。

在特定实施例中,所述释放层具有各向异性蚀刻特性。

在特定实施例中,所述系链包含不与所述牺牲层直接接触的材料。

在特定实施例中,所述系链在围绕所述牺牲层的暴露表面绘制的凸包的区域中与衬底表面断开连接。

在一个方面中,所揭示技术包含一种微型装置阵列,所述阵列包含:源衬底,其具有处理侧;牺牲层,其包括硅(1 0 0)牺牲材料、位于所述源衬底的所述处理侧上;多个可释放微型物件,其至少部分地形成于所述牺牲层上;多个锚定件结构,其位于所述源衬底的所述处理侧上,其中所述锚定件结构在不存在所述牺牲材料的情况下仍刚性地附接到所述源衬底;及多个系链,其中所述多个系链中的每一系链将所述多个可释放微型物件中的一个可释放微型物件连接到所述锚定件结构中的一者且每一可释放微型物件通过单个系链连接到锚定件。

在特定实施例中,所述多个系链中的每一者经定大小及定形以在弹性体印模接触对应微型物件以将所述对应微型物件从源衬底微转印到不同于所述源衬底的目标衬底时断开。

在特定实施例中,所述牺牲材料是所述源衬底的一部分。

在特定实施例中,所述锚定件结构形成连续结构,其沿至少一个维度横跨所述多个可释放微型物件中的一个以上可释放微型物件。

在特定实施例中,所述锚定件结构包括多个锚定件。

在特定实施例中,所述多个锚定件中的每一者的特征是局部地有凹角或阴角,且所述多个可释放微型物件中的每一者的局部特征是有凸角或阳角。

在特定实施例中,所述多个系链中的每一者是宽度为10μm到40μm的系链。

在特定实施例中,所述多个系链中的每一者是具有狭窄形状且宽度为1μm到5μm、5μm到10μm、10μm到15μm、15μm到20μm或20μm到40μm的系链。

在特定实施例中,所述系链中的每一者包括一或多个凹口,所述一或多个凹口在相应可释放微型物件相对于所述锚定件结构移动时提供断裂点。

在特定实施例中,所述系链、所述可印刷结构及所述锚定件具有使得不可绘制出具有平行于<0 1 1>方向的边缘且具有穿过所述可印刷物件的边缘的矩形的几何形状,使得所述矩形的所有部分由所述锚定件、系链及可印刷结构覆盖。

在另一方面中,所揭示技术包含一种使用(1 0 0)硅系统制成适合于微转印的薄且低成本的晶片封装微尺度装置的方法,所述方法包括:提供多个微尺度装置;使用微组装技术将所述微尺度装置组装到载体晶片上,其中所述载体晶片包括硅(1 0 0)及第一介电层;将所述经组装微尺度装置嵌入于第二介电层内;及将所述第一介电层及所述第二介电层图案化以与锚定件及系链界定所述微尺度装置中的每一者的周界,所述锚定件及系链在所述微尺度装置相对于所述载体晶片移动时保持所述微尺度装置相对于所述载体晶片的空间配置,借此提供具有适合于微转印到其它衬底的微尺度装置的晶片级薄晶片封装。

在特定实施例中,在所述微尺度装置的顶部表面或底部表面中的至少一者上形成衬垫结构,借此形成可表面安装装置。

在特定实施例中,所述微尺度装置各自包括集成电路,所述集成电路与至少两个传感器及使用相同晶片级金属化物产生的天线互连。

在特定实施例中,所述方法包含:将所述微尺度装置微转印到卷带上;及使用带馈送式高速射片机来将所述微尺度装置施加到目的地衬底。

在特定实施例中,所述方法包含:使用晶片馈送式裸片附接工具来预模制所述微尺度装置,借此形成引线框架上封装。

在特定实施例中,所述方法包含:使用晶片馈送式裸片附接工具来形成所述微尺度装置的封装中封装装置。

在特定实施例中,所述方法包含:使用晶片馈送式裸片附接工具或晶片馈送式微型转印机来由所述微尺度装置形成晶片级封装。

在另一方面中,所揭示技术包含一种制作可印刷组件阵列的方法,所述方法包含:在源衬底的处理侧上形成包括硅(1 0 0)牺牲材料的牺牲层;至少部分地在所述牺牲层上形成多个可释放微型物件;在所述源衬底上形成锚定件结构,所述锚定件结构在不存在所述牺牲材料的情况下仍刚性地附接到所述源衬底;形成多个系链,其中所述多个系链中的每一系链将所述多个可释放微型物件中的一个可释放微型物件连接到所述锚定件结构中的一者,所述多个系链中的每一系链位于所述多个可释放微型物件中的相应可释放微型物件的偏离中心、面向锚定件的边缘上,且每一系链经定形以响应于所述可释放微型物件的移动而断裂,使得在不存在牺牲材料的情况下:所述可释放微型物件相对于所述锚定件结构移动;所述系链变形并受到机械应力;且所述多个系链中的每一系链仍刚性地附接到相应锚定件及所述多个微型物件中的相应可释放微型物件两者,借此保持所述多个可释放微型物件相对于所述源衬底的空间配置;及移除在所述多个可释放微型物件下面的所述牺牲材料的至少一部分使得所述可释放微型物件相对于所述锚定件结构移动且所述系链变形并受到机械应力。

在特定实施例中,所述移除过程相对于释放所述锚定件结构的速率在所述多个可释放微型物件下方迅速进展。

在特定实施例中,所述多个系链中的每一系链具有宽度为10μm到40μm的狭窄形状,借此抑制局部凹角或阴角的形成。

在特定实施例中,所述牺牲层具有各向异性晶体结构,所述移除过程由于所述各向异性晶体结构而在一些方向上进展较快且在其它方向上进展较慢。

在特定实施例中,所述多个系链中的每一系链包括一或多个凹口,所述凹口在可释放微型物件移动时为所述可释放微型物件提供断裂点。

在特定实施例中,所述移除过程在接近给定系链的区域处达到完成。

在另一方面中,所揭示技术包含一种制作多个可转移微型物件的方法,所述方法包括:在源衬底的处理侧上形成包括硅(1 0 0)牺牲材料的牺牲层;至少部分地在所述牺牲层上形成多个可释放微型物件(例如,可印刷电子组件、可印刷有源组件、微型装置、微尺度装置);将聚合物层(例如,光致抗蚀剂材料、光可界定材料)施加于所述多个可释放微型物件及所述源衬底的至少一部分上方,其中所述聚合物层囊封所述多个可释放微型物件(例如,所述多个可释放微型物件的除与所述牺牲层接触的部分以外的部分);处理所述聚合物层以:(i)在所述源衬底上为所述多个可转移微型物件形成多个锚定件结构,(ii)在每一可转移微型物件与所述多个锚定件结构中的预定锚定件结构之间形成至少一个系链,及(iii)针对所述可释放微型物件中的每一者,在所述聚合物层中形成通到相应可转移微型物件下面的所述牺牲层的一部分的进入端口;及移除(例如,通过底切蚀刻或烧蚀)所述多个可释放微型物件下面的所述牺牲层的至少一部分。

在特定实施例中,一或多个锚定件结构在所述可转移微型物件移动时仍刚性地附接到所述衬底。

在特定实施例中,在所述多个可释放微型物件下面的所述牺牲层的至少一部分致使所述多个可释放微型物件中的每一者移动并对所述多个系链的相应子组施加应力。

在特定实施例中,所述多个系链的相应子组包括单个系链。

在特定实施例中,所述方法包含:转移所述可释放微型物件及从所述微型物件移除所述聚合物的至少一部分。

在特定实施例中,从所述微型物件移除所述聚合物的至少一部分包括进行所述聚合物的溶解、蚀刻及灰化中的至少一者。

在特定实施例中,所述方法包含:通过使印刷印模的至少一部分接触所述聚合物的对应部分来转移所述可释放微型物件。

在特定实施例中,所述系链、所述可印刷结构及所述锚定件具有使得不可绘制出具有平行于<0 1 1>方向的边缘且具有穿过所述可印刷物件的边缘的矩形的几何形状,使得所述矩形的所有部分由所述锚定件、系链及可印刷结构覆盖。

在另一方面中,所揭示技术包含一种微型装置阵列,所述阵列包括:源衬底,其具有处理侧;牺牲层,其包括硅(1 0 0)牺牲材料、位于所述源衬底的所述处理侧上;多个可释放微型物件,其至少部分地形成于所述牺牲层上;多个锚定件结构,其位于所述源衬底的所述处理侧上,其中所述锚定件结构在不存在所述牺牲材料的情况下仍刚性地附接到所述源衬底;及多个系链,其中所述多个系链中的每一系链将所述多个可释放微型物件中的可释放微型物件连接到所述锚定件结构中的一者且所述多个系链中的每一系链位于所述多个可释放微型物件中的所述相应可释放微型物件的偏离中心、面向锚定件的边缘上,使得在不存在所述牺牲材料的情况下所述可释放微型物件相对于所述锚定件结构移动且所述系链变形并受到机械应力。

在特定实施例中,所述多个系链中的每一者经定大小及定形以在弹性体印模接触对应微型物件以将所述对应微型物件从源衬底微转印到不同于所述源衬底的目标衬底时断开。

在特定实施例中,所述牺牲材料是所述源衬底的一部分。

在特定实施例中,所述锚定件结构形成连续结构,其沿至少一个维度横跨所述多个可释放微型物件中的一个以上可释放微型物件。

在特定实施例中,所述锚定件结构包括多个锚定件。

在特定实施例中,所述多个锚定件中的每一者的特征是局部地有凹角或阴角,且所述多个可释放微型物件中的每一者的局部特征是有凸角或阳角。

在特定实施例中,所述多个系链中的每一者是宽度为10μm到40μm的系链。

在特定实施例中,所述多个系链中的每一者是具有狭窄形状且宽度为1μm到5μm、5μm到10μm、10μm到15μm、15μm到20μm或20μm到40μm的系链。

在特定实施例中,所述系链中的每一者包括一或多个凹口,所述一或多个凹口在相应可释放微型物件相对于所述锚定件结构移动时提供断裂点。

在特定实施例中,所述系链、所述可印刷结构及所述锚定件具有使得不可绘制出具有平行于<0 1 1>方向的边缘且具有穿过所述可印刷物件的边缘的矩形的几何形状,使得所述矩形的所有部分由所述锚定件、系链及可印刷结构覆盖。

在另一方面中,本发明是针对于一种微型装置阵列,所述阵列包括:源衬底,其具有处理侧;牺牲层,其包括牺牲材料、位于所述源衬底的所述处理侧上;多个可释放微型物件,其至少部分地形成于所述牺牲层上;多个锚定件结构,其位于所述源衬底的所述处理侧上,其中所述锚定件结构在不存在所述牺牲材料的情况下仍刚性地附接到所述源衬底;及多个系链,其中所述多个系链中的每一系链将所述多个可释放微型物件中的一个可释放微型物件连接到所述锚定件结构中的一者且所述多个系链中的每一系链位于所述多个可释放微型物件中的所述相应可释放微型物件的偏离中心、面向锚定件的边缘上,使得在不存在所述牺牲材料的情况下所述可释放微型物件相对于所述锚定件结构移动且所述系链变形并受到机械应力。

在特定实施例中,所述多个系链中的每一者经定大小及定形以在弹性体印模接触对应微型物件以将所述对应微型物件从源衬底微转印到不同于所述源衬底的目标衬底时断开。

在特定实施例中,所述牺牲材料是所述源衬底的一部分。在特定实施例中,所述锚定件结构形成连续结构,其沿至少一个维度横跨所述多个可释放微型物件中的一个以上可释放微型物件。在特定实施例中,所述锚定件结构包括多个锚定件。

在特定实施例中,所述多个锚定件中的每一者的特征是局部地有凹角或阴角,且所述多个可释放微型物件中的每一者的局部特征是有凸角或阳角。

在特定实施例中,所述多个系链中的每一者是宽度为具有10μm到40μm的系链。在特定实施例中,所述多个系链中的每一者是具有狭窄形状且宽度为1μm到5μm、5μm到10μm、10μm到15μm、15μm到20μm或20μm到40μm的系链。

在特定实施例中,所述牺牲层具有各向异性晶体结构。

在特定实施例中,所述牺牲层包括选自由以下各项组成的群组的材料:硅(1 0 0)、InAlP、InP、GaAs、InGaAs、AlGaAs、GaSb、GaAlSb、AlSb、InSb、InGaAlSbAs、InAlSb及InGaP。在特定实施例中,所述牺牲层包括硅(1 0 0)。

在特定实施例中,所述系链中的每一者包括一或多个凹口,所述一或多个凹口在相应可释放微型物件相对于所述锚定件结构移动时提供断裂点。

在特定实施例,所述源衬底包括选自由以下各项组成的群组的部件:硅(1 0 0)、硅、磷化铟、砷化镓及蓝宝石。

在特定实施例中,所述系链中的每一者具有大于1的纵横比。

在另一方面中,本发明是针对于一种使用(1 0 0)硅系统制成适合于微转印的薄且低成本的晶片封装微尺度装置的方法,所述方法包括:提供多个微尺度装置;使用微组装技术将所述微尺度装置组装到载体晶片上,其中所述载体晶片包括硅(1 0 0)及第一介电层;将所述经组装微尺度装置嵌入于第二介电层内;将所述第一介电层及所述第二介电层图案化以与锚定件及系链界定所述微尺度装置中的每一者的周界,所述锚定件及系链在所述微尺度装置相对于所述载体晶片移动时保持所述微尺度装置相对于所述载体晶片的空间配置,借此提供具有适合于微转印到其它衬底的微尺度装置的晶片级薄晶片封装。

在特定实施例中,所述方法进一步包括:在所述微尺度装置的顶部表面或底部表面中的至少一者上形成衬垫结构。

在特定实施例中,所述微尺度装置各自包括集成电路,所述集成电路与至少两个传感器及使用相同晶片级金属化物产生的天线互连。在特定实施例中,所述方法进一步包括:将所述微尺度装置微转印到卷带上;及使用带馈送式高速射片机来将微尺度装置施加到目的地衬底。

在特定实施例中,所述方法进一步包括:使用晶片馈送式裸片附接工具来预模制所述微尺度装置,借此形成引线框架上封装。

在特定实施例中,所述方法进一步包括:使用晶片馈送式裸片附接工具来形成所述微尺度装置的封装中封装装置。

在特定实施例中,所述方法进一步包括:使用晶片馈送式裸片附接工具或晶片馈送式微型转印机来由所述微尺度装置形成晶片级封装。

在另一方面中,本发明是针对于一种制作可印刷组件阵列的方法,所述方法包括:在源衬底的处理侧上形成包括牺牲材料的牺牲层;至少部分地在所述牺牲层上形成多个可释放微型物件;在所述源衬底上形成锚定件结构,所述锚定件结构在不存在所述牺牲材料的情况下仍刚性地附接到所述源衬底;形成多个系链,其中所述多个系链中的每一系链将所述多个可释放微型物件中的一个可释放微型物件连接到所述锚定件结构中的一者,所述多个系链中的每一系链位于所述多个可释放微型物件中的相应可释放微型物件的偏离中心、面向锚定件的边缘上,且每一系链经定形以响应于所述可释放微型物件的移动而断裂,使得在不存在牺牲材料的情况下:所述可释放微型物件相对于所述锚定件结构移动;所述系链变形并受到机械应力;且所述多个系链中的每一系链仍刚性地附接到相应锚定件及所述多个微型物件中的相应可释放微型物件两者,借此保持所述多个可释放微型物件相对于所述源衬底的空间配置;移除在所述多个可释放微型物件下面的所述牺牲材料的至少一部分使得所述可释放微型物件相对于所述锚定件结构移动且所述系链变形并受到机械应力。

在特定实施例中,所述移除过程相对于释放所述锚定件结构的速率在所述多个可释放微型物件下方迅速进展。在特定实施例中,所述多个系链中的每一系链具有宽度为10μm到40μm的狭窄形状,借此抑制局部凹角或阴角的形成。

在特定实施例中,所述牺牲层具有各向异性晶体结构,所述移除过程由于所述各向异性晶体结构而在一些方向上进展较快且在其它方向上进展较慢。

在特定实施例中,所述多个系链中的每一系链包括一或多个凹口,所述凹口在可释放微型物件移动时为所述可释放微型物件提供断裂点。

在特定实施例中,所述移除过程在接近给定系链的区域处达到完成。

在特定实施例中,所述源衬底是选自由以下各项组成的群组的材料:硅(1 0 0)、硅、磷化铟、砷化镓及蓝宝石。

在特定实施例中,所述多个系链中的每一者具有小于1的纵横比。

在另一方面中,本发明是针对一种制作多个可转移微型物件的方法,所述方法包括:在源衬底的处理侧上形成包括牺牲材料的牺牲层;至少部分地在所述牺牲层上形成多个可释放微型物件(例如,可印刷电子组件、可印刷有源组件、微型装置、微尺度装置);将聚合物层(例如,光致抗蚀剂材料、光可界定材料)施加于所述多个可释放微型物件及所述源衬底的至少一部分上方,其中所述聚合物层囊封所述多个可释放微型物件(例如,所述多个可释放微型物件的除与所述牺牲层接触的部分以外的部分);处理所述聚合物层以:(i)在所述源衬底上为所述多个可转移微型物件形成多个锚定件结构,(ii)在每一可转移微型物件与所述多个锚定件结构的预定锚定件结构之间形成至少一个系链,及(iii)针对所述可释放微型物件中的每一者,在所述聚合物层中形成通到相应可转移微型物件下面的所述牺牲层的一部分的进入端口;及移除(例如,通过底切蚀刻或烧蚀)所述多个可释放微型物件下面的所述牺牲层的至少一部分。

在特定实施例中,一或多个锚定件结构在所述可转移微型物件移动时仍刚性地附接到所述衬底。

在特定实施例中,在所述多个可释放微型物件下面的所述牺牲层的至少一部分致使所述多个可释放微型物件中的每一者移动并对所述多个系链的相应子组施加应力。

在特定实施例中,所述多个系链的相应子组包括单个系链。

在特定实施例中,所述方法进一步包括:转移所述可释放微型物件及从所述微型物件移除所述聚合物的至少一部分。在特定实施例中,所述方法进一步包括:从所述微型物件移除所述聚合物的至少一部分包括进行所述聚合物的溶解、蚀刻及灰化中的至少一者。在特定实施例中,所述方法进一步包括:通过使印刷印模的至少一部分接触所述聚合物的对应部分来转移所述可释放微型物件。

在特定实施例中,使用单系链设计来控制衬底(例如Si(1 0 0))上的可释放结构中的内应力的松弛。单系链设计除其它益处外还提供额外益处:在微组装过程中,在从同质衬底移除之后立即更容易地断开。在特定实施例中,使用狭窄系链设计(例如,宽度为1μm到5μm、5μm到10μm、10μm到15μm、15μm到20μm或20μm到40μm的系链)来在从所述牺牲层蚀刻所述牺牲材料时避免底切蚀刻前端的钉扎。

在特定实施例中,所揭示技术包含制作可印刷组件阵列的方法。所述方法可包含:在源衬底的处理侧上形成具有牺牲材料的牺牲层;至少部分地在所述牺牲材料上形成多个可释放微型物件(例如,可印刷电子组件、可印刷有源组件);在所述源衬底上形成锚定件结构,所述锚定件结构在所述牺牲材料至少部分地被移除时在不存在所述牺牲材料的情况下仍刚性地附接到所述衬底;执行移除过程(例如,蚀刻或烧蚀式地底切所述微型物件)以从在所述多个可释放微型物件下面的所述牺牲层移除所述牺牲材料的至少一部分,借此致使所述多个可释放微型物件中的每一者松弛并在所述微型物件相对于所述锚定件结构移动时对多个系链的相应子组(例如,单个系链)施加机械应力,使得(举例来说)响应于与弹性体印模接触,所述系链变形并受到机械应力。

在特定实施例中,所述多个系链中的单个系链将所述多个微型物件中的每一者物理地固定到所述锚定件结构,借此控制在执行所述底切移除过程之后所述多个可释放微型物件中的内应力的松弛。所述多个系链中的每一系链可经定形以响应于施加到其的压力(例如,在转移/印刷期间)而断裂。所述多个系链中的每一系链可仍刚性地附接到相应锚定件及所述多个微型物件中的相应可释放微型物件两者,借此在将所述多个微型物件的至少一部分从所述源衬底转移(例如,经由微转印)之后立即保持剩余微型物件的所述空间配置。

在特定实施例中,所揭示技术包含微型物件阵列。所述阵列可包含源衬底;牺牲层,其在所述源衬底的处理侧上;多个可释放微型物件(例如,可印刷电子组件、可印刷有源组件),其至少部分地形成于所述牺牲层材料的顶部上;锚定件结构,其位于所述源衬底的所述处理侧上,其中所述锚定件结构在移除所述牺牲层时仍刚性地附接到所述衬底,借此保持所述多个可释放微型物件相对于所述源衬底的空间配置;多个系链,其中所述多个系链的子组(例如,单个系链)将所述多个可释放微型物件中的每一者连接到所述锚定件结构,借此控制在移除过程移除(例如,底切蚀刻或烧蚀)在所述多个可释放微型物件下面的所述牺牲层的至少一部分时所述多个可释放微型物件中的内应力的松弛。

锚定件结构可在通过所述移除过程(例如,底切蚀刻或烧蚀)移除所述牺牲层时仍刚性地附接到所述衬底,借此致使所述多个可释放微型物件移动并对所述多个系链的至少一部分施加额外应力,在执行所述牺牲材料移除之后,所述多个系链中的每一者将所述多个可释放微型物件中的一者经由所述锚定件结构连接到所述衬底。

在特定实施例中,所揭示技术包含使用绝缘体上硅源晶片与(1 0 0)处置晶片来制成待转移的集成电路的方法。所述方法可包含:形成包括具有(1 0 0)定向的处置晶片的绝缘体上硅晶片;在所述绝缘体上硅晶片上形成多个待转移的集成电路;将装置硅层图案化(例如,借此物理地界定集成电路的形状);围绕所述待转移的集成电路中的每一者的周界图案化并蚀刻穿过介电层,借此界定多个微型装置;及沉积无机电介质以钝化所述暴露装置硅。

在特定实施例中,所揭示技术包含一种使用(1 0 0)系统产生适合于微转印的薄且低成本的晶片封装微尺度装置的方法。所述方法可包含:提供多个微尺度装置及使用微组装技术将所述微尺度装置组装到载体晶片上,其中所述载体晶片包括(1 0 0)定向硅及第一介电层(例如,有机材料(举例来说,聚酰亚胺),或无机材料(举例来说,二氧化硅));将所述经组装微型装置嵌入于第二介电层(例如,有机材料,举例来说,旋涂聚酰亚胺或经沉积无机材料)内;所述第一介电层及所述第二介电层图案化将以与锚定件及系链界定所述微尺度装置的周界,所述系链在所述微尺度装置相对于所述载体晶片移动时保持所述微尺度装置相对于所述载体晶片的空间配置,借此提供具有适合于微转印到其它衬底的微尺度装置(例如,使用真空筒夹或使用物理地接触所述装置的转移元件)的晶片级薄晶片封装。

在特定实施例中,所揭示技术包含制作多个可转移微型物件的方法。所述方法包含:在源衬底的处理侧上形成包含牺牲材料的牺牲层;至少部分地在所述牺牲层上形成多个可释放微型物件(例如,可印刷电子组件、可印刷有源组件、微型装置、微尺度装置);将聚合物层(例如,光致抗蚀剂材料、光可界定材料)施加于所述多个可释放微型物件及所述源衬底的至少一部分上方,其中所述聚合物层囊封所述多个可释放微型物件(例如,所述多个可释放微型物件的除与所述牺牲层接触的部分以外的部分);处理所述聚合物层以:(i)针对所述多个可转移微型物件在所述源衬底上形成多个锚定件结构,所述一或多个锚定件结构在所述可转移微型物件的所述牺牲层移动时仍刚性地附接到所述衬底,(ii)在每一可转移微型物件与所述多个锚定件结构的预定锚定件结构之间形成至少一个系链,及(iii)针对所述可释放微型物件中的每一者,在所述聚合物层中形成通到相应可转移微型物件下面的所述牺牲层的一部分的进入端口;及执行移除过程(例如,底切蚀刻或烧蚀)以移除所述多个可释放微型物件下面的所述牺牲层的至少一部分(例如,借此致使所述多个可释放微型物件中的每一者移动并对所述多个系链的相应子组(例如,单个系链)施加应力)。

在特定实施例中,所揭示技术允许在制作微型装置阵列期间采用单个聚合物层(例如,光致抗蚀剂或光敏材料)。单个层(例如,囊封结构)可用作锚定件结构、系链结构或囊封结构或所有三个结构。在一些实施例中,囊封结构用于在装置制作及微印刷过程期间保护微型装置阵列(包含其任何化学敏感层)及提供接触及粘附界面到微印刷过程中所采用的转移元件。所述囊封结构可提供电绝缘及免受污染物、湿气及氧化剂影响的保护。所述层可进一步达成可印刷物件的底部、顶部或侧面上的电接触。

在一些实施例中,所述单个聚合物层改进给定晶片的所述可印刷微型装置的密度。支撑性不可印刷结构(例如,锚定件及系链)可经制作使得毗邻可印刷结构之间的距离较小(例如,小于可印刷结构的宽度的一半)。

在一些实施例中,聚合物(例如,光致抗蚀剂或光敏材料)具有作为系链期望的断裂特性,例如在释放过程期间维持可印刷结构的空间配置的足够刚度。在通过溶解、蚀刻、灰化或其它过程转移之后,还可从可印刷物件及目标衬底选择性地移除形成锚定、拴系或囊封的聚合物。在一些实施例中,所述聚合物还具有足够粘附性以用作与微印刷系统的转移元件的接触界面以从同质衬底被拾取且可经处理以用作一旦所述微型装置已被转移到目的地衬底便将所述转移元件与所述微型装置分离的界面。因此,在实施例中,通过使印刷印模的至少一部分接触所述聚合物的对应部分来转移所述可释放微型物件。

在特定实施例中,所揭示技术允许在制作微型装置阵列期间采用介电层(例如,二氧化硅或氮化硅)。所述介电层可用作锚定件结构、系链结构或囊封结构或所有三个结构。在一些实施例中,囊封结构用于在装置制作及微印刷过程期间保护微型装置阵列(包含其任何化学敏感层)及提供接触及粘附界面到微印刷过程中所采用的转移元件。所述囊封结构可提供电绝缘及免受污染物、湿气及氧化剂影响的保护。所述层可进一步达成可印刷物件的底部、顶部或侧面上的电接触。

在一些实施例中,所述介电层改进给定晶片的所述可印刷微型装置的密度。支撑性不可印刷结构(例如,锚定件及系链)可经制作,使得毗邻可印刷结构之间的距离较小(例如,小于可印刷结构的宽度的一半)。

在一些实施例中,介电层具有作为系链期望的断裂特性,例如在释放过程期间维持可印刷结构的空间配置的足够刚度。在通过溶解、蚀刻或其它过程转移之后,还可从可印刷物件及目标衬底选择性地移除形成锚定、拴系或囊封的电介质。在一些实施例中,所述介电层还具有足够粘附性以用作与微印刷系统的转移元件的接触界面以从同质衬底被拾取且可经处理以用作一旦所述微型装置已被转移到目的地衬底便将所述转移元件与所述微型装置分离的界面。因此,在实施例中,通过使印刷印模的至少一部分接触所述介电材料的对应部分来转移所述可释放微型物件。

在另一方面中,所揭示技术包含一种微型装置阵列,所述阵列包括:源衬底,其具有处理侧;牺牲层,其包括硅牺牲材料、位于所述源衬底的所述处理侧上;多个可释放微型物件,其至少部分地形成于所述牺牲层上;多个锚定件结构,其位于所述源衬底的所述处理侧上,其中所述锚定件结构在不存在所述牺牲材料的情况下仍刚性地附接到所述源衬底;及多个系链,其中所述多个系链中的每一系链将所述多个可释放微型物件中的一个可释放微型物件连接到所述锚定件结构中的一者且所述多个系链中的每一系链位于所述多个可释放微型物件中的所述相应可释放微型物件的偏离中心、面向锚定件的边缘上,使得在不存在所述牺牲材料的情况下所述可释放微型物件相对于所述锚定件结构移动且所述系链变形并受到机械应力。

在特定实施例中,所述多个系链中的每一者经定大小及定形以在弹性体印模接触对应微型物件以将所述对应微型物件从源衬底微转印到不同于所述源衬底的目标衬底时断开。

在特定实施例中,所述牺牲材料是所述源衬底的一部分。

在特定实施例中,所述锚定件结构形成连续结构,其沿至少一个维度横跨所述多个可释放微型物件中的一个以上可释放微型物件。

在特定实施例中,所述锚定件结构包括多个锚定件。

在特定实施例中,所述多个锚定件中的每一者的特征是局部地有凹角或阴角,且所述多个可释放微型物件中的每一者局部特征是有凸角或阳角。

在特定实施例中,所述多个系链中的每一者是宽度为10μm到40μm的系链。

在特定实施例中,所述多个系链中的每一者是具有狭窄形状且宽度为1μm到5μm、5μm到10μm、10μm到15μm、15μm到20μm或20μm到40μm的系链。

在特定实施例中,所述牺牲层具有各向异性晶体结构。

在特定实施例中,所述牺牲层包含选自由以下各项组成的群组的材料:硅(1 0 0)、InAlP、InP、GaAs、InGaAs、AlGaAs、GaSb、GaAlSb、AlSb、InSb、InGaAlSbAs、InAlSb及InGaP。

在特定实施例中,所述牺牲层包括硅(1 0 0)。

在特定实施例中,所述系链中的每一者包括一或多个凹口,所述一或多个凹口在相应可释放微型物件相对于所述锚定件结构移动时提供断裂点。

在特定实施例,所述源衬底包括选自由以下各项组成的群组的部件:硅(1 0 0)、硅、磷化铟、砷化镓及蓝宝石。

在特定实施例中,所述系链中的每一者具有大于1的纵横比。

在特定实施例中,所述牺牲层包括InAlP。

附图说明

通过参考结合附图所阐述的以下说明,本发明的前述及其它目标、方面、特征及优点将变得更显而易见及更好理解,在附图中:

图1是对上面形成有微型装置的实例性同质衬底的图解说明;

图2是对随时间进行的底切蚀刻过程的图解说明;

图3是对底切蚀刻具有单个系连的可转移半导体的过程的图解说明;

图4是对底切蚀刻具有偏离中心放置的单个系连的可转移半导体的过程的图解说明;

图5A及5B是对每可释放结构具有四个系链的实例性结构的图解说明;

图6A及6B是对针对(1 1 1)硅的系链的实例性图解说明;

图7A及7B图解说明在从可释放物件下面移除且在锚定结构下面较少地移除牺牲层时结晶选择性的额外设计;

图8是对实施于系链中的实例性凹口的图解说明;

图9是使用(1 1 1)硅提供超薄低成本封装装置的实例性方法的流程图;

图10A到10D图解说明使用绝缘体上硅晶片与(1 1 1)处置晶片来制成待转移的集成电路的处理器;

图11A到11C图解说明使用微组装技术来组装低成本载体晶片的实例性过程,所述微组装技术使用弹性体印模微转印来拾取薄微型装置并将其放置到另一载体晶片上;

图12A到12C图解说明用于使用(1 1 1)系统来产生触控的薄且低成本封装装置的实例性方法;

图13是对上面具有经释放介电结构的衬底的实例的图解说明;

图14是对晶片级(1 1 1)的以硅形成的封装的实例性可调适组装程序的图解说明;

图15是使用(1 1 1)释放系统的封装中的实例性系统的图解说明;

图16是对展示具有锚定件、系链的可释放微型物件及囊封的实例的图解说明;

图17是对释放及移除的图解说明,从而展示实例性可释放微型物件;

图18是对半导体装置的晶体定向的图解说明;

图19及20是对实例性系链设计的图解说明;

图21A及21B是实例性系链设计与硅结晶结构定向的剖面;

图22到24是对根据本发明的实施例的系链设计的图解说明;

图25是未有效地蚀刻的系链结构及硅结晶定向的说明性反例;

图26图解说明根据本发明的实施例的其中系链附接到可释放微型物件的拐角的实施例;

图27图解说明还具有重叠距离的拐角系链;

图28图解说明第一对系链,其在y方向上偏移且如所展示地在偏移方向上不重叠而有一定距离;及第二对系链,其在x方向上偏移且如所展示地在偏移方向上不重叠而有一定距离;

图29图解说明释放起来将有困难的配置;

图30图解说明在x方向及y方向两者上均偏移且在任一偏移方向上均不重叠的一对系链;且

图31A及31B是对系链及锚定件布置的实例的图解说明。

当结合图式理解时,本发明的特征及优点将因下文所陈述的详细说明而变得显而易见,其中通篇相似参考字标识对应元件。在图式中,相似参考符号通常指示相同、功能上类似及/或结构上类似的元件。

具体实施方式

如本文中所使用,所使用的“半导体元件”及“半导体结构”的表达是同义词,且在广义上指代半导体材料、结构、装置或装置的组件。半导体元件包含高质量单晶及多晶半导体、经由高温处理而制作的半导体材料、经掺杂半导体材料、有机及无机半导体以及具有一或多个额外半导体组件及/或非半导体组件的复合半导体材料及结构,例如介电层或材料及/或导电层或材料。半导体元件包含半导体装置及装置组件,所述装置组件包含但不限于晶体管、包含太阳能电池的光伏打器件、二极管、发光二极管、激光、p-n结、光电二极管、集成电路及传感器。另外,半导体元件可指代形成功能半导体装置或产品的零件或部分。

“半导体”是指在极低温度下是绝缘体但在约300凯文(Kelvin)的温度下具有极大导电性的任何材料。可通过添加杂质或掺杂物来改变且通过使用电场来控制半导体的电特性。在本说明中,使用术语“半导体”的目的在于与此术语在微电子及电子装置技术中的使用相一致。在本发明中所使用的半导体可包含:元素半导体,例如硅、锗及金刚石;及化合物半导体,举例来说IV族化合物半导体,例如SiC及SiGe;III-V族半导体,例如AlSb、AlAs、Aln、AlP、BN、GaSb、GaAs、GaN、GaP、InSb、InAs、InN及InP;III-V族三元半导体合金,例如AlxGa1-xAs;II-VI族半导体,例如CsSe、CdS、CdTe、ZnO、ZnSe、ZnS及ZnTe;I-VII族半导体CuCl;IV-VI族半导体,例如PbS、PbTe及SnS;层半导体,例如PbI2、MoS及GaSe;氧化物半导体,例如CuO及Cu2O。术语半导体包括本征半导体及掺杂有一种或多种选定材料的非本征半导体(包含具有p型掺杂材料及n型掺杂材料的半导体)以提供对于给定应用或装置有用的有益电子性质。术语“半导体”包含包括半导体及/或掺杂物的混合物的复合材料。在本发明的一些应用中所使用的具体半导体材料包含但不限于:Si、Ge、SiC、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InP、InAs、GaSb、InP、InAs、InSb、ZnO、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、PbS、PbSe、PbTe、AlGaAs、AlInAs、AlInP、GaAsP、GaInAs、GaInP、AlGaAsSb、AlGaInP及GaInAsP。多孔硅半导体材料对于本发明在传感器及发光材料(例如发光二极管(LED)及固态激光)领域中的应用来说有用。半导体材料的杂质是除半导体材料本身以外的原子、元素、离子及/或分子,或者提供于半导体材料中的任何掺杂物。杂质是半导体材料中存在的不期望有的材料,其可能会对半导体材料的电子性质产生负面影响,且包含但不限于氧、碳及金属,包含重金属。重金属杂质包含但不限于:元素周期表上介于铜与铅之间的元素族、钙、钠以及其所有离子、化合物及/或络合物。

“衬底”是指在上面或在其中进行(或已进行)过程(例如对半导体元件进行图案化、组装或集成)的结构或材料。衬底包含但不限于:(i)上面制作、沉积、转移或支撑着半导体元件的结构(也称为同质衬底);(ii)装置衬底,举例来说,电子装置衬底;(iii)具有供随后转移、组装或集成的元件(例如半导体元件)的供体衬底;及(iv)用于接纳可印刷结构(例如半导体元件)的目标衬底。供体衬底可以是但并不一定是同质衬底。

本文中所使用的“目的地衬底”是指用于接纳例如半导体元件等可印刷结构的目标衬底(例如,非同质衬底)。目的地衬底材料的实例包含聚合物、塑料、树脂、聚酰亚胺、萘二甲酸乙二酯、聚对酞酸乙二酯、金属、金属箔、玻璃、柔性玻璃、半导体及蓝宝石。

本文中所使用的术语“微型”及“微型装置”指代根据本发明的实施例的特定装置或结构的描述性大小。如本文中所使用,术语“微型”及“微型装置”意在指代0.5μm到250μm(例如,从0.5μm到2μm、2μm到5μm、5μm到10μm、10μm到20μm、20μm到50μm、20μm到50μm、50μm到100μm或100μm到250μm)尺度的结构或装置。然而,应了解,本发明的实施例未必受此限制,且实施例的特定方面可适用于更大或更小规模。

“可印刷”涉及能够被转移、组装、图案化、组织或集成到衬底上或衬底中而不会将衬底暴露于高温(即,在小于或等于约摄氏400、200或150度的温度下)的材料、结构、装置组件或集成式功能装置。在本发明的一个实施例中,能够经由溶液印刷、微转印或干转移接触印刷将可印刷材料、元件、装置组件或装置转移、组装、图案化、组织及/或集成到衬底上或衬底中。

本发明的“可印刷半导体元件”包括可(举例来说)通过使用干转移接触印刷、微转印或溶液印刷方法而被组装或集成到衬底表面上的半导体结构。在一个实施例中,本发明的可印刷半导体元件是一体式单晶、多晶或微晶无机半导体结构。在此描述的上下文中,一体式结构是具有机械连接特征的单片式元件。本发明的半导体元件可未经掺杂或经掺杂,可具有掺杂物的选定空间分布且可掺杂有多个不同掺杂物材料(包含p型及n型掺杂物)。本发明包含:微米结构的可印刷半导体元件,其具有大于或等于约1微米的至少一个剖面尺寸;及纳米结构的可印刷半导体元件,其具有小于或等于约1微米的至少一个剖面尺寸。在许多应用中所使用的可印刷半导体元件包括对高纯度块体材料(例如,使用常规高温处理技术产生的高纯度结晶半导体晶片)进行“由上而下”处理得来的元件。在一个实施例中,本发明的可印刷半导体元件包括复合结构,所述复合结构具有以可操作方式连接到至少一个额外装置组件或结构(例如,导电层、介电层、电极、额外半导体结构或其任何组合)的半导体。在一个实施例中,本发明的可印刷半导体元件包括可拉伸半导体元件或异质半导体元件。

术语“柔性”是指材料、结构、装置或装置组件可逆地变形成弯曲形状(例如)而无需遭受引起显著应变(例如表征材料、结构、装置或装置组件的故障点的应变)的变换的能力。

“塑料”是指可被模制或定形(通常在加热时)且被硬化成所要形状的任何合成或天然存在的材料或材料组合。在本发明的装置及方法中所使用的示范性塑料包含但不限于聚合物、树脂及纤维素衍生物。在本描述中,术语“塑料”打算包含复合塑料材料,所述复合塑料材料包括具有一或多种添加剂(例如,结构增强剂、填充剂、纤维、塑化剂、稳定剂或可提供所要化学或物理地性质的添加剂)的一或多种塑料。

本说明中所使用的“电介质”及“介电材料”是同义的,且指代具有高电流流动抵抗性且可被所施加的电场极化的物质。有用介电材料包含但不限于SiO2、Ta2O5、TiO2、ZrO2、Y2O3、SiN4、STO、BST、PLZT、PMN及PZT。

“聚合物”指代包括多个重复化学基团(通常称为单体)的分子。聚合物通常由高分子质量表征。本发明中可使用的聚合物可以是有机聚合物或无机聚合物且可以是非晶质、半非晶质、结晶或部分结晶状态。聚合物可包括具有相同化学组合物的单体或可包括具有不同化学组合物的多个单体,例如共聚物。具有链接式单体链的交联聚合物对本发明的一些应用尤其有用。本发明的方法、装置及装置组件中可用的聚合物包含但不限于塑料、弹性体、热塑性弹性体、弹性塑料、恒温器、热塑性塑料及丙烯酸酯。示范性聚合物包含但不限于:缩醛聚合物、可生物降解聚合物、纤维素聚合物、氟聚合物、耐纶、聚丙烯腈聚合物、聚醯胺-亞醯胺聚合物、酰亚胺、聚芳香酯、聚苯并咪唑、聚丁烯、聚碳酸酯、聚酯、聚醚醯亞胺、聚乙烯、聚乙烯共聚物及经改质聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基戊烯、聚伸苯醚及聚苯硫、聚邻苯二甲酰胺、聚丙烯、聚氨酯、苯乙烯树脂、砜基树脂、乙烯基树脂或上述这些聚合物的任何组合。

如本文中所使用的“微转印”指代用于将微米或纳米材料、装置及半导体元件确定性组装成具有二维及三维布局的空间组织型功能布置的系统、方法及技术。通常难以拾取并放置超薄或小装置;然而,微转印准许选择并施加这些超薄、易碎或小装置(例如微型LED)而不会对装置本身造成损坏。微米结构的印模(例如,弹性体印模、静电印模或混合弹性体/静电印模)可用于拾取微型装置,将微型装置输送到目的地衬底,并将微型装置印刷到目的地衬底上。在一些实施例中,表面粘附力用于控制对这些装置的选择及到目的地衬底上的印刷。此过程可被大规模地并行执行。印模可经设计以在单个拾取及印刷操作中转移单个装置或数百到数千个离散结构。对于微转印的论述,通常参见美国专利第7,622,367号及第8,506,867号,所述美国专利中的每一者特此以其全文引用方式并入本文中。

所揭示技术大体来说涉及用于使用系链来控制微型物件(装置)从同质衬底的释放的系统及方法。在一些实施例中,微型物件经设计或经配置使得在将所述微型物件从衬底释放时保持其定向及空间配置。仍刚性地附接到同质衬底的锚定件结构及将可释放微型物件接合到锚定件的系链结构用于在微型物件从衬底的部分或完全释放之后立即维持微型物件的空间配置。可通过以下方式来完成此操作:通过底切、蚀刻、烧蚀或其它手段来选择性移除牺牲层(例如,至少部分在微型物件下面的牺牲层)。在一些实施例中,牺牲层是上面生长着有源组件的同质衬底的一部分。这使每一微型装置通过至少一个锚定件及至少一个系链支撑在同质衬底上且连接到所述同质衬底。

在一些实施例中,用以移除在可释放微型物件下面的牺牲层的蚀刻过程具有结晶相依性,因此在晶体结构的一些方向上蚀刻较快且在晶体结构的其它方向上蚀刻较慢。由于易受不同蚀刻速率影响的悬空键的数目的差异,拐角结构在不同速率下蚀刻。举例来说,在平面晶体结构中,通常连接到四个邻近者的晶体原子或分子在凸角处将仅连接到两个邻近者但在凹角处将连接到三个邻近者。通常连接到八个邻近者的晶体原子在凸角处将仅连接到三个邻近者但在凹角处将连接到七个邻近者。因此,由牺牲层制成的结构的凸角或阳角相对快速地被蚀刻,从而逐渐地蚀刻且产生平行于晶体中的快速蚀刻平面的蚀刻前端。由牺牲层制成的结构的凹角或阴角具有较少的易受影响悬空键,且蚀刻更缓慢,从而形成由缓慢蚀刻平面界定的缓慢移动或钉扎/停止蚀刻前端,前提是蚀刻剂的所得蚀刻前端可形成并维持特征为有阴角/凹角的局部形状。展现此种结晶选择性的一些释放层(也被称为牺牲层)包含Si(1 1 1)、Si(1 1 0)、InAlP、InP、GaAs、InGaAs、AlGaAs、GaSb、GaAlSb、AlSb、InSb、InGaAlSbAs、InAlSb及InGaP。

在用于形成可释放微型物件的区及在用于形成锚定结构的区两者中提供至少暂时地横跨第一衬底的整个区域的牺牲层通常是便利的。在那些应用中,可使用其中锚定件形成沿至少一个维度横跨一个以上可释放微型物件的连续结构的锚定设计或其中锚定件定位在可释放微型物件周围的设计。在一些实施例中,锚定结构经设计有局部凹角或阴角且可释放微型物件经设计有凸角/阳角。在一些实施例中,牺牲材料移除蚀刻在可释放微型物件下面迅速进展(例如,相对于锚定件形成的速率)。这些设计可进一步受益于包含较少局部凹角或阴角的系链设计,距离来说因具有窄于系链所附接的锚定件结构的狭窄形状。在一些实施例中,狭窄系链意指宽度为1μm到100μm、1μm到5μm、5μm到10μm、10μm到15μm、15μm到20μm或20μm到40μm的系链。在一些实施例中,狭窄系链的宽度是1μm到50μm或5μm到10μm。

图1是对实例性同质衬底102的图解说明,其中微型装置(例如,106a、106b及106c)形成于同质衬底102上的作用层106中。同质衬底102将取决于上面所形成的微型装置的类型而变化。实例性同质衬底包含半导体材料(例如,非晶质、多晶、微晶或结晶半导体)、金属、聚合物或玻璃。作用层106(包含有源组件106a到106c)可包含半导体,例如结晶Si、GaAs、GaN或III-V化合物半导体。

牺牲层104形成于同质衬底102上。有源组件106可形成于作用层106中,作用层106形成于牺牲层104上。有源组件106a到106c分布于同质衬底102上方且通过锚定件108a到108b(统称为锚定件108)在空间上彼此分离。锚定件108通过牺牲层104a、104b的部分物理地连接或固定到同质衬底102。有源组件106a到106c通过系链110a到110d(统称为系链110)悬置于同质衬底102上面,系链110a到110d将每一有源组件106a到106d物理地固定到一或多个锚定件108。在一些实施例中,单个锚定件或系链(未展示)用于将每一有源组件106a到106c固定到衬底102。系链110及锚定件108可至少部分地导电,借此将每一有源组件106a到106c电连接到一或多个系链110或锚定件108。在一些实施例中,电功能锚定件108包含无源电元件(例如电导体、电阻器、电容器或接触垫)或有源组件(例如,晶体管及电容器)。

锚定件108通过在电功能锚定件108下面的牺牲层104连接到衬底层102。在一些实施例中,牺牲层104不存在于有源组件106a到106d下面的区域112a到112c(统称为112)中,借此将有源组件106a到106d与锚定件108隔离。在一些实施例中,在已执行蚀刻过程以从那些区域移除牺牲层104之后,源组件106a到106d下面的区域112中无牺牲层104。举例来说,在一些实施例中,可转移半导体结构生长于同质衬底材料(例如Si(1 0 0))上。可通过底切蚀刻衬底材料或形成于同质衬底材料与可转移半导体结构之间的牺牲材料来释放所述结构。

在一些实施例中,系链110或锚定件108是异质的,使得其由除基底衬底材料以外的材料(例如,除形成同质衬底的半导体材料以外的材料)制成。举例来说,系链110或锚定件108可以是结晶质、多晶质、非晶质或可延展物质。

牺牲层104可以是氧化物,例如二氧化硅。系链110可包含金属、半导体或经掺杂半导体,及/或金属层,借此在锚定件108与可印刷有源组件106a到106d之间提供导电性。系链110或锚定件108可包含非导电电介质或树脂。

图2图解说明随时间底切蚀刻牺牲层的过程。图2中的虚线指示在半导体装置202(对应于有源组件106a到106d)下面的蚀刻剂的范围。在用以释放半导体结构202的蚀刻过程开始之前,在t=0处展示半导体装置202。在一些实施例中,锚定件结构108形成为垂直于结晶硅111的(1 2 2)方向族。在一些实施例中,锚定件结构108形成是待释放的装置202的至少两倍宽的结构。在一些实施例中,锚定件结构108包围待释放的装置202结构使得不通过底切蚀刻释放锚定件结构108。在一些实施例中,牺牲层104的定向经选择以允许底切蚀刻进展根据图2发生,如从t=0到t=6所展示,其中垂直快速蚀刻方向对应于虚线蚀刻前端在装置202下方的进展。在一些实施例中,牺牲层104具有足够厚度以允许一旦移除牺牲材料,蚀刻剂便流动于牺牲层104内。

在一些实施例中,待释放的装置202结构支承残余应力,所述残余应力(举例来说)归因于作用材料(例如,作用层106)或缓冲区的外延生长。在通过底切蚀刻释放之后,装置202结构立即可部分或完全松弛、变形或移动且因此对仍附接到衬底的结构的部分(例如,对应于图1的系链110的系链204)施加额外应力。在一些实施例中,如果施加到系链204的应力大到足以使系链204断裂,那么在微印刷过程中采用(例如,由保形转移元件拾取)微型装置202之前,装置202结构可过早地损失在释放化学物中。

图3是对底切蚀刻具有单个系链304(对应于图1的系链110)的可转移半导体302(对应于有源组件106a到106d)的过程的图解说明。根据图3中用虚线所展示的进展,发生半导体装置302下面的底切蚀刻进展。在一些实施例中,待释放的装置302结构支承残余应力,所述残余应力(举例来说)归因于作用材料(例如,作用层106)或缓冲区的外延生长。在通过底切蚀刻的释放之后,装置302结构立即可部分或完全松弛、变形或移动且因此对仍附接到衬底的结构的部分(例如,对应图1的系链110的系链304)施加额外应力。如果装置302结构是由在面向锚定件的边缘装置302结构的中心点处的单个系链304支承,那么底切在结构的中心处沿线完成,且未经拴系边缘的自由膨胀或收缩可适应在释放之后立即发生的变形而不会对系链304施加应力。

图4图解说明将可转移半导体装置402(对应于有源组件106a到106d)底切蚀刻掉(举例来说)至少5%、10%、20%、50%或更多,可转移半导体装置402具有单个系链404(对应于图1的系链110),单个系链404相对于装置402的边缘而被偏离中心放置。在一些实施例中,(举例来说)在Si(1 0 0)上的可释放结构的单个系链404相对于装置402的边缘而被放置在偏心406处、位于面向锚定件边缘408上,例如系链404并不位于装置402的中点处或位于装置402的中心线沿线。在最后释放系链404附近的区域410的情况下,底切蚀刻进展达到完成。在此配置中,设计除其它外还提供额外保证:未经拴系边缘的自由膨胀/收缩适应可释放结构中的残余应力的松弛,且在释放过程期间残余应力的松弛不会使系链404断开且不会导致合格率降低。在一些实施例中,偏离中心系链404更可能在装置402下方未经释放区比较少的情况下(例如,完全或接近完全)完成。如图4中的图解说明中所展示,由于系链404定位于偏离中心的位置中,因此不存在蚀刻平面的阻滞(停止)。

图5A到B图解说明每可释放结构504(对应于有源组件106a到106d)具有四个系链502A到502D(统称为系链502,对应于图1的系链110)的实例性结构。在例如Si(1 1 0)的衬底102(图1中所展示)上产生可释放结构504的一些实施例中,系链502A到502D是偏离中心的且被放置在芯片504的周界上的若干位置处,以在结构被释放之前通过在缓慢蚀刻平面的相交点处产生凹顶点来阻滞蚀刻前端506。在一些实施例中,来自缓慢蚀刻平面的钉扎被避免。

在一些实施例中,系链502经设计(例如,在其放置方面)使得其不支撑缓慢蚀刻平面的相交点处的凹顶点,借此避免对蚀刻前端的阻滞。举例来说,对于(1 1 1)硅来说,这些系链502可(举例来说)具有1.732的纵横比。在一些实施例中,纵横比是从1.3到1.5、1.5到1.7、1.7到1.9或1.9到2.1。在一些实施例中,系链502的临界纵横比取决于经蚀刻材料的晶体定向。所述临界纵横可:通过蚀刻具有不同纵横比的系链以确定有用纵横比而按照经验确定,或通过在优选蚀刻条件下对不同方向上的蚀刻速率进行比较来计算。

图6A及6B是对特定于(1 1 1)硅的系链的实例性图解说明。图18是半导体装置的晶体定向的先前技术图解说明。系链602(对应于图1的系链110)的纵横比可经设定以避免来自缓慢蚀刻平面的钉扎。不同晶体可具有不同临界纵横比。图6A及6B中所展示的繫链602具有两个不同纵横比,这是因为图6A中的系链602的宽度小于图6B中的系链602的宽度,且纵横比是通过将系链602的宽度除以高度来定义。分别地,图6A中所展示的系链602具有小于1.732的纵横比,且图6B中所展示的系链具有大于1.732的纵横比。如图6A中所展示,具有小于1.732的纵横比的系链602可形成阻滞底切的顶点(由虚线描绘的三角形的面对拐角)。相比来说,如图6B中所展示,具有大于1.732的纵横比的系链604不阻滞底切。

图7A及7B图解说明从可释放物件704a到704d(统称为704且例如图1的有源组件106a到106c)下面移除牺牲层702a及702b(统称702)同时减少从锚定结构下面移除的牺牲层702的量的结晶选择性的额外设计。在微组装中,在特定实施例中,将(举例来说)由沟槽706a到706d(统称为706)所描绘的微型物件704a到704d从第一衬底释放同时保持其定向及空间配置直到其由保形转移元件(例如,弹性体印模)选择(例如,拾取)为止是有用的。仍刚性地附接到第一衬底的锚定件结构及将可释放微型物件接合到锚定件的系链结构708a到708h(统称为708)可用于在微型物件704从第一衬底的部分或完全释放之后立即维持微型物件的空间配置。举例来说,可通过以下方式来完成此操作:通过蚀刻或烧蚀或其它手段选择性移除牺牲层702。在此实例中,物件704a利用单个系链708a固定到锚定件结构,物件704b利用两个系链708b及708c固定到锚定件结构,物件704c利用四个系链708d、708e、708f及708g固定到锚定件结构,且物件704d利用两个系链708h及708i固定到锚定件结构。在一些实施例中,用相同数目个系链固定同质衬底上的每一物件704。

在一些实施例中,用以移除在可释放微型物件下面的牺牲层的蚀刻过程具有结晶相依性,其中蚀刻在晶体结构的一些方向上发生得较快且在晶体结构的其它方向上发生得较慢。在那些情形中,结构(例如,牺牲层)的凸角或阳角蚀刻较快速以渐进产生平行于快速蚀刻平面的蚀刻前端,如上文所描述。在这些例子中,结构(例如,牺牲层)的凹角或阴角蚀刻较慢,借此形成由缓慢蚀刻平面界定的缓慢移动或经钉扎/经阻止蚀刻前端(前提是蚀刻剂的所得蚀刻前端可形成并维持特征为有阴角/凹角的局部形状)。展现此种结晶选择性的具有结晶相依性的特定释放层(例如,牺牲层)包含Si(1 1 1)、Si(1 0 0)、InAlP、InP、GaAs、InGaAs、AlGaAs、GaSb、GaAlSb、AlSb、InSb、InGaAlSbAs、InAlSb及InGaP。

展现此种结晶选择性的另一释放层是Si(1 0 0)。在一些实施例中,衬底是具有平行于(1 0 0)平面的第一表面的Si晶片。在这些实施例中,例如KOH、NaOH或TMAH溶液的经加热水基移除微型装置下面的硅。蚀刻过程的结晶选择性使锚定结构下面的硅区未蚀刻或大多数未蚀刻。在这些实施例中,锚定结构及微型装置有效地耐受暴露于经加热水基。在特定实施例中,如果锚定结构及微型装置的晶体结构是不同的及/或以特定方式定向,那么其将不容易地蚀刻。因此,可蚀刻牺牲层而不(例如,最低限度地)蚀刻其它结构,例如锚定结构。另外,锚定结构及微型装置的平面内几何结构确定在暴露到经加热水基期间Si(1 0 0)的哪些区被蚀刻且哪些区留下。沿[1 0 0]方向蚀刻未被蚀刻掩模覆盖的Si(1 0 0)的区。平行于<0 1 1>方向且是长的及/或仅具有阴(凹)角的锚定结构不底切,而是保护锚定结构下面的硅区,从而随着蚀刻前端向下进展而形成垂直于{1 1 1}平面的锥形侧壁,借此形成在底切释放操作期间存留的锚定件。结晶选择性蚀刻剂底切凸角(阳角),借此释放可印刷物件以用于微组装。

在一些实施例中,锚定结构是平行于<0 1 1>方向延续的连续线。在一些实施例中,可印刷结构通过经设计以在由转移元件(举例来说,弹性体印模)取回之后立即断裂的单个拴系结构拴系到锚定件。在一些实施例中,可印刷结构拴系到两个锚定结构,所述两个锚定结构不沿平行于<0 1 1>方向的线对准以通过不底切的阴角的形成避免蚀刻前端的钉扎。在一些实施例中,可印刷结构由三个或多于三个系链拴系,其中每一系链连接可印刷结构与在可印刷结构的相对侧上的两个锚定结构中的一者。在特定实施例中,在平行于从在可印刷结构的相对侧上的一个锚定结构横跨到另一锚定结构的<0 1 1>方向的线上无对准的两个系链,借此避免在释放过程期间蚀刻前端的不需要钉扎。在一些实施例中,系链结构与<0 1 1>方向形成斜角。在一些实施例中,系链、可印刷结构及锚定件具有使得不可绘制出具有平行于<0 1 1>方向的边缘且具有穿过可印刷物件的边缘的矩形的几何形状,使得矩形的所有部分由锚定件、系链及可印刷结构覆盖。

参考图21A的剖面,同质衬底102使有源组件106与锚定件108及系链110一起形成于其上。同质衬底102经蚀刻以形成如图21B中所展示的腔区域112,从而使得可印刷有源组件106能够从同质衬底102释放且微转印到不同非同质衬底。图中提及硅晶体定向。

图22及23图解说明将产生可释放且可微转印有源组件106的Si 1 0 0的几何形状。图22的平面图图解说明与图21A及21B中相同的结构,其中到可印刷微型装置106的单个偏移系链108在左侧上且到可印刷有源组件106的两个偏移系链108在右侧上。偏移系链相对于可印刷有源组件106的一侧偏移。图23的平面图还图解说明与图21A及图21B中相同的结构,其中到可印刷有源组件106的三个系链108在左侧上(其中的至少一者、两者或全部偏移)且到可印刷有源组件106的四个偏移系链108在右侧上(其中的至少一者、两者或全部偏移)。

图24图解说明具有数个边缘的系链108,所述边缘不正交于可印刷有源组件106或锚定件的边缘且不正交于结晶方向[011]。此外,在实施例中,在y方向上,系链110的与锚定件110接触的部分不位于系链110的与可印刷有源组件106接触的部分之间,举例来说被分离开一距离109,如图24中所展示。在数学上,在此实施例中,可释放微型物件106在x方向上与锚定件108分离开一分离距离x,系链110以锐角θ附接到锚定件108或可释放微型物件106,系链110附接到锚定件108或可释放微型物件106处的第一边缘与第二边缘之间的距离是y,且y小于或等于x*tan(θ)。因此,x是锚定件108与可释放微型物件106之间的间隙,θ是系链110相对于锚定件108或可释放微型物件106的角度(其中角度0指示系链110平行于锚定件108或可释放微型物件106的边缘),且y是系链110在平行于锚定件108的边缘或平行于可释放微型物件106的边缘的方向上的宽度。图26图解说明具有附接到可释放微型物件106的拐角的类似系链110的实施例。这些结构更容易地释放,这是因为来自在系链110的任一侧上的邻近进入点的蚀刻前端将重叠且产生具有所有凸(外)角且不具有凹角的蚀刻掩模结构。

因此,在可释放实施例中,系链110具有不附接到锚定件108或可释放微型物件106的相对侧,且所述相对侧在y方向及x方向中的至少一者上重叠。

与图22到24的实施例形成对比,图25图解说明由于蚀刻前端经钉扎而不形成有效释放结构的系链108、锚定件110及可印刷有源组件106的布置。在这些情形中,类似系链108不偏移。如图25中所展示,系链108的与锚定件110接触的部分和系链108的与可印刷有源组件106接触的部分在y方向上重叠,举例来说重叠达一距离111。图27图解说明还具有重叠距离111的拐角系链110。这些结构不容易释放,这是因为来自系链110上方及下方的每一进入点的蚀刻前端在其重叠之前将因缓慢蚀刻平面及所有凹角而终止。

在参考图28的另一可释放实施例中,第一对系链110a、110b在y方向上偏移且在如以距离109a所展示的偏移方向上不重叠,且第二对系链110c、110d在x方向上偏移且在如以距离109b所展示的偏移方向上不重叠。此结构释放是因为来自邻近进入点的蚀刻前端将重叠且产生具有所有凸(外)角、不具有凹角的蚀刻掩模结构。相比之下,图29在释放上将有困难,这是因为系链110不偏移且来自每一进入点的蚀刻前端在其重叠之前将因缓慢蚀刻平面及所有凹角而终止。在图30中,所述系链对在x方向及y方向两者上偏移且不在任一偏移方向上重叠。因此,所述结构可有效地释放。

为解决此效应,在一些实施例中,提供至少暂时地横跨第一衬底的整个区域(在用于形成可释放微型物件的区中且在用于形成锚定结构的区中两者)的牺牲层。另外,在那些应用中,采用沿至少一个维度横跨一个以上可释放微型物件的连续结构。另一选择是,在一些实施例中,锚定件定位在可释放微型物件周围。

在这些实施例中,锚定结构的特征是局部有凹角或阴角,且可释放微型物件的局部特征是有凸角或阳角。在这些配置中,蚀刻在可释放微型物件下方迅速进展(例如,相对于释放锚定结构的速率)。

在一些实施例中,系链经设计以不支撑局部凹角或阴角的建立。在这些实施例中,系链配置有(举例来说)狭窄形状(例如,从10nm到100nm、100nm到500nm、500nm到1微米或1微米到10微米的宽度)。

在特定实施例中,目标是避免形成阻滞蚀刻过程的蚀刻阻挡材料(即锚定件、系链及可印刷结构)的几何形状。举例来说,针对蚀刻阻挡材料的特定几何形状,不可能绘制出由所述锚定件、系链及微型物件覆盖的具有平行于<0 1 1>方向的边缘且具有穿过所述微型物件的边缘的矩形。

在特定实施例中,系链形成于不同于释放层(例如,衬底上的硅或其它释放层)的顶部表面的平面上。具体来说,在此实施例中,系链在释放层上方形成空气桥,使得不论系链的平面图布局如何系链均不会阻滞蚀刻过程。

举例来说,在特定实施例中,锚定件结构与具有各向异性蚀刻特性的释放层(例如,Si 100、Si 111、InAlP或InAlGaAs)直接接触而形成。可印刷装置与释放层直接接触而形成。系链结构(即,可在印刷期间破裂的结构)将可印刷装置物理地连接到锚定件,但至少部分地与释放层(如空气桥)断开连接使得可描画包围可印刷装置的完全在释放层的暴露表面上的虚多边形,其中系链在所述虚多边形上方形成空气桥。以此方式,蚀刻阻挡结构的特征是有可印刷装置而非系链。所得蚀刻掩模的特征是有凸角(阳角)且将不阻滞释放层的蚀刻。可将虚多边形描述为凸包,其中凸包意指围绕不具有凹角的表面结构绘制的多边形–如围绕所述表面结构的橡皮圈。

图31A及31B图解说明系链结构3102及锚定件结构3104的各种实施例,其中系链3102至少部分地与释放层3106断开连接。在这些图解说明中,释放层3106位于衬底3108上,但在一些实施例中释放层3106是衬底3108本身的一部分。可印刷装置3112形成于释放层3106上。系链3102将装置3112连接到锚定件3104使得在移除释放层3106时由锚定件3104及系链3102维持装置3112的空间配置。如图31A及31B中所展示,系链3102经布置使得间隙3110(例如,空气间隙)存在于系链3102与释放层3106之间。

为便于控制可印刷微型装置从制作衬底的释放,系链可经定形以提供一致分离点。图8是对实施于对应于图1的系链110的系链804中的实例性凹口802的图解说明。拴系结构中的凹口802可用于在经释放微型物件由转移元件(例如结构化弹性体印模)取回时便于进控制断裂点。凹口802的宽度可用于在经释放微型物件由转移元件移除时控制使系链802断裂所需的力。

在本发明的另一方面中,所揭示技术能够制作且制造使用(1 0 0)硅的超薄低成本封装微尺度装置。图9是实例性方法900的流程图,方法900用于提供使用(1 0 0)硅的超薄低成本封装微尺度装置。首先制作待转移微尺度装置,例如微尺度集成电路或LED(步骤902)。举例来说,将微尺度装置组装到具有介电层的(1 0 0)硅晶片上(步骤904)。在一些实施例中,其它类型的晶片(例如玻璃、塑料或金属)可用作微型装置的目的地衬底。在一些实施例中,可使用薄膜金属化过程来互连经组装微型装置与其它功能元件(步骤906)。可将经组装微尺度装置及金属化层完全嵌入于介电层内(步骤908)。可将介电层图案化(步骤910)且可将经封装微尺度装置从下伏晶片释放(步骤912)并转移到另一衬底。可使用各种过程来将微尺度装置从下伏晶片释放,例如本文中所揭示的那些过程(例如,参见上文)。

图10A到10D图解说明使用绝缘体上硅晶片制成待转移的集成电路的过程。在一些实施例中,采用(1 0 0)处置晶片。如图10A中所展示,在此实例中,源衬底是绝缘体上硅晶片1002。在一些实施例中,可使用其它类型的晶片,例如半导体或金属晶片。开始晶片包含具有(1 0 0)定向的处置晶片。掩埋式氧化物层1004(例如,约1μm厚)直接位于源衬底1006的顶部表面上。装置硅层1008直接设置在掩埋式氧化物层1004的顶部表面上。

如图10B中所展示,一或多个集成电路1010(统称为装置1010)被制作(直接或间接)于装置硅层1008上。装置硅层1008可足够厚以起到块状硅一样的作用,可部分空乏或可完全空乏且可具有(举例来说)小于1微米、一微米或数微米(例如,2微米、10微米、50微米、100微米或1000微米)的厚度。在一些实施例中,提供端子无机介电钝化层,使得装置硅的布线金属化物不会被暴露。

如图10C中所展示,通过图案化并穿过在装置1010的周界周围的介电层而蚀刻出沟槽1014来界定微型装置。还将装置硅层图案化。如果装置硅暴露在装置的周界处,那么可沉积无机介电层以钝化此暴露硅。然后将钝化层图案化,从而形成无机介电部分1012a、1012b及1012c。在一些实施例中,将硅蚀刻到适当深度1016以释放装置1010(图10D)。如图10D中所展示,通过使用例如本文中所揭示的技术(例如,上文所描述)来底切牺牲层1018来从源衬底1006释放装置1010。在执行底切过程之后,通过本文中所描述的锚定件及/或系链(图10D中未展示)将装置1010固持在适当位置。

图11A到11C图解说明使用微组装技术来组装低成本载体晶片的实例性过程,所述微组装技术使用弹性体印模微转印来拾取薄微尺度装置并将薄微尺度装置放置到另一载体晶片上。图11A图解说明转移印模1102靠近源晶片1006上的一或多个待转移微尺度装置(例如,集成电路)1010。图11B图解说明转移印模1102从源晶片1006拾取装置1010。装置1010被转移到图11C中所展示的低成本载体晶片1112。在一些实施例中,在载体晶片1112上形成层1106,例如绝缘层或聚合物层(例如粘性聚合物层)。美国专利第7,622,367号、第7,943,491号及第8,506,867号中描述实例性转移技术,所述美国专利中的每一者特此以引用方式并入本文中。

图12A到12C图解说明使用(1 0 0)系统来产生薄且低成本封装微尺度装置的实例性方法。如图12A中所展示,使用微组装技术将微尺度装置1010a及1010b(统称为1010)组装到载体晶片1112上。在一些实施例中,载体晶片1112是(1 0 0)定向硅且包含介电层1206。介电层1206可以是有机的(例如,聚酰亚胺)或无机的(例如,二氧化硅)。在一些实施例中,所组装微尺度装置1010嵌入于第二介电层1202内,如图12B中所展示。此第二嵌入电介质1202可以是有机的(例如,旋涂聚酰亚胺)或可以是经沉积无机材料。然后,参考图12C,可以界定所要微尺度装置封装1204a及1204b且也界定锚定件108a到108c及系链110a到110d(如上文所描述)的方式将介电层1202及1206图案化,介电层1202及1206各自包含微尺度装置1010。举例来说,在一些实施例中,使用如上文所描述的底切移除过程将微尺度装置1010封装从晶片1102释放。所得晶片级薄及低成本微尺度装置1010封装适合于使用(举例来说)真空筒夹转移到其它衬底。在一些实施例中,衬垫结构形成于嵌入式微尺度装置1010的顶部或底部表面上,借此形成可表面安装装置。

图13是具有印刷到结构中的微尺度装置的实例性目的地衬底的图解说明。目的地衬底可由例如二氧化硅、玻璃或金属等无机材料制成。所印刷微尺度装置可嵌入于结构内,如图13中所展示。

图14是对具有晶片级(1 0 0)的以硅形成的封装的实例性可调适组装过程的图解说明。可将封装晶片1402上的微尺度装置转印到卷带1404。可将卷带1404提供到带馈送式高速射片机1406以用于组装。带馈送式高速射片机1406可将卷带1404上的微尺度装置封装成(举例来说)封装中封装模制封装1408或随后经模制到封装1410中的引线框架上封装。

在一些实施例中,将封装晶片1402提供到晶片馈送式裸片附接工具1412。晶片馈送式裸片附接工具1412可将微尺度装置封装到晶片级封装1402中。晶片馈送式裸片附接工具1412可封装随后模制到封装1410中的引线框架上封装上的微尺度装置。晶片馈送式裸片附接工具1412将微尺度装置封装到封装中封装装置1408中或晶片级封装(WLP)1414中。

在一些实施例中,将封装晶片提供到晶片馈送式微型转印机1416,晶片馈送式微型转印机1416将微尺度装置封装于晶片级封装1414中。

图15是对使用(1 0 0)释放系统的封装中的实例性系统1504的图解说明。所图解说明实例性装置150可包含小集成电路1514,小集成电路1514与两个不同类型的传感器1508、1510互连且还与使用常见晶片级金属化物制成的天线1512互连。此系统可完全嵌入于介电材料中且可从下伏(1 0 0)晶片释放,如上文所描述。装置1504可通过系链1502a到1502d耦合到锚定件1506a及1506b。此提供使用(举例来说)微组装技术组装到其它衬底上的小封装。

在本发明的另一方面中,锚定件110及系链108由单个聚合物层形成。在将微尺度装置制作于同质衬底上之后且在微印刷过程期间,聚合物层通过囊封所制作的微尺度装置来进一步用作对所述微尺度装置的保护。为此,囊封用于保护所制作微型装置内的任何化学敏感层。举例来说,所述囊封聚合物层提供电绝缘及保护以免受污染物、湿气及氧化剂的影响。囊封聚合物层进一步允许在可印刷物件的底部侧、顶部侧或横向侧上采用可电接触结构。

在一些实施例中,聚合物层可由具有足够刚度的光致抗蚀剂或光敏材料制成以在释放过程期间维持可印刷结构的空间配置。在通过溶解、蚀刻或其它过程进行转移之后,还可从可印刷物件及目标衬底选择性地移除形成微尺度装置的锚定件、系链或囊封的聚合物。聚合物可具有足够粘附性以用作与微印刷系统的转移元件的接触界面,使得其可从同质衬底被拾取且可经处理以用作一旦微尺度装置已经转移到目的地衬底即将所述转移元件与所述微尺度装置分离的界面。

在一些实施例中,单个聚合物层改进给定晶片的可印刷微型装置的密度。支撑性不可印刷结构(例如,锚定件及系链)可经制作使得毗邻可印刷结构之间的距离变小,举例来说,小于500微米、小于100微米、小于50微米、小于25微米或小于10微米。

图16图解说明包括由单个聚合物层1601形成的锚定件108、系链(未展示)及囊封层1602的可释放微型物件106的实施例。如图中所展示,可释放微型物件106是具有射极1604、集极1606、子集极1608及电衬垫1610的可印刷有源组件。可释放微型物件106制作于牺牲层104(在图中称为释放层)上方。

聚合物层1601施加于可释放微型物件106上方及同质源衬底102上方。如所展示,聚合物层1601囊封微型物件106的所暴露顶部区及侧部区。聚合物层1601还囊封牺牲层104的一部分。

为了将可释放微型物件106从同质衬底102分离,聚合物层1601经处理以形成在源衬底102上的锚定件结构108及系链结构110(未展示)。如图中所图解说明,锚定件结构108形成于同质衬底102(或其实质部分)上方以在牺牲层104内的牺牲材料被完全或部分移除时仍刚性地附接到衬底102。系链110(未展示)将锚定件结构108连接到可印刷微型物件106及聚合物层1601的囊封层1602。在一些实施例中,处理还在暴露牺牲层104的一部分的聚合物层1601中形成进入端口(图16中未展示)。进入端口1612(图17)允许对牺牲层104的接达以(举例来说)执行底切移除过程(例如,通过化学蚀刻)。

在一些实施例中,处理包含:在可释放微型物件106上形成光敏层(作为聚合物层),然后使光敏层的部分选择性地暴露于致能束(例如,电磁辐射束或电子束)以更改光敏层对光致抗蚀剂显影剂的可熔性。可使光敏层(或整个装置)暴露于热以将光敏层固化。随后,然后移除光敏层(例如,对光致抗蚀剂显影剂可溶或不可溶)的部分以界定可断开系链。

光可界定材料(例如光致抗蚀剂或可交联树脂)可用于制成锚定、拴系或囊封结构,从而使形成更容易,且在许多情形中通过溶解于湿化学品、有机溶剂或水性混合物中或通过在氧及/或氟化合物中灰化而使移除更容易。

底切移除过程可采用化学反应物来蚀刻牺牲层104(在图16中经展示为释放层),从而透过形成于锚定、拴系及/或囊封结构中的进入端口获得接达。蚀刻反应产物可透过外出端口退出在可释放微型物件下方的空间。在一些实施例中,外出端口与进入端口相同(例如,在图17中为1612)。当完全或部分移除释放层时,可释放微型物件被称为是至少部分地释放且待由转移元件移除。转移元件接触并粘附到部分释放物件。在一些实施例中,转移元件是保形的以与可释放物件的形貌的至少一部分紧密接触是有利的。举例来说,转移元件可包含保形材料,例如PDMS。

图17是对实例性可释放微型物件106的释放及移除的图解说明。如所展示,可释放微型物件106与转移元件1702接触。在一些实施例中,多个柱1704实施例接触可释放微型物件106。在其它实施例中,单个柱接触可释放微型物件106。在粘附到所释放物件106之后,转移元件1702移动远离同质衬底102同时维持粘附到所释放微型物件106,借此从其同质衬底102取回、移除、分离或拾取物件106。在移除过程中,锚定件108或系链110结构断裂或以其它方式失去与同质衬底102或所释放物件106的连接。在一些实施例中,系链110在由转移元件1702接触之后立即断裂。在特定实施例中,系链110在转移元件1702从同质衬底102拉动微型物件106时断裂。

在锚定及拴系结构中针对特定断裂性质、粘附性质或定义具有应力集中特征的几何形状而选择的材料有益于控制分离或断裂点。在一些实施例中,系链110由狭窄结构(在特定实施例中,或经定形有凹口)形成以提供断裂点且允许可印刷微型物件106与同质结构102分离。如上文所述,系链110可由有机材料(例如聚合物)或无机材料(例如硅、二氧化硅或氮化硅)制成。

仍参考图17,聚合物层1601(特定来说,囊封区1602)用作与转移元件1702的接触点。在其它实施例中,转移元件1702接触微型物件106本身。

如图19中所图解说明,在一个实施例中,系链设计包含使得不允许缓慢蚀刻平面阻滞横向底切的方式定向的系链1902。系链1902将沟槽1908分离且连接到芯片集1904及锚定件1906。如图20中所图解说明的关键参数是确保d>0,使得系链1902成角度。举例来说,此设计对InAlP释放层是有用的。

在一些实施例中,转移元件1702包含一或多个柱(举例来说,组织成阵列)以与给定可印刷微型物件106接触。在特定实施例中,转移元件1702形成单个表面以与聚合物层1601接触。

鉴于此处所描述的系统及方法的结构、功能及设备,在一些实施例中,提供用于提供微尺度装置的系统及方法。已描述用于提供微尺度装置的方法及设备的特定实施例,所述领域的技术人员现在将明了,可使用并入有本发明的概念的其它实施例。因此,本发明不应限于特定实施例,而是应仅受所附权利要求书的精神及范畴限制。

本发明的各种所描述实施例可与一或多个实施例结合使用,除非技术上不相容。

在其中将设备及系统描述为具有、包含或包括特定组件或将过程及方法描述为具有、包含或包括特定步骤的说明通篇,预期另外存在基本上由所叙述的组件组成或由所叙述的组件组成的所揭示技术的设备及系统,且存在基本上由所叙述的处理步骤组成或由所叙述的处理步骤组成的根据所揭示技术的过程及方法。

应理解,只要所揭示技术仍可操作,步骤的次序或执行特定动作的次序并不重要。此外,可同时实行两个或两个以上步骤或动作。

再多了解一些
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