微型器件稳定柱的制作方法
【专利说明】微型器件稳定柱
[0001]相关专利申请
[0002]本专利申请是于2012年9月24日提交的共同未决的美国专利申请13/625，825的部分继续申请，该专利申请以引用方式并入本文。
技术领域
[0003]本发明涉及微型器件。更具体地，本发明的实施例涉及承载衬底上的微型器件的稳定性。
【背景技术】
[0004]对于微型器件诸如射频(RF)微电子机械系统(MEMS)微型开关、发光二极管(LED)显示系统和MEMS或基于石英的振荡器的商业化，集成和封装问题是主要障碍之一。
[0005]用于转移器件的传统技术包括通过晶圆键合从转移晶圆转移到接收晶圆。一种这样的具体实施为“直接印刷”，其涉及器件阵列从转移晶圆到接收晶圆的一次键合步骤以及随后移除转移晶圆。其他这样的具体实施为包含两次键合/解键合步骤的“转印”。在转印过程中，转移晶圆可从供体晶圆拾取器件阵列，并且随后将器件阵列键合至接收晶圆，随后移除转移晶圆。
[0006]已开发出一些印刷工艺变型，其中可在转移过程中对器件选择性地键合和解键合。在直接印刷和转印技术的传统和变型两者中，在将器件键合至接收晶圆之后将转移晶圆从器件解键合。此外，在该转移过程中涉及具有器件阵列的整个转移晶圆。
【发明内容】
[0007]本发明公开了形成待拾取的微型器件阵列的结构和方法。在一个实施例中，结构包括稳定层，该稳定层包括稳定柱阵列，并且该稳定层由热固性材料诸如环氧树脂或苯并环丁烯(BCB)形成，其与固化期间的10%或更小的体积收缩相关联，或更具体地与固化期间的约6%或更小的体积收缩相关联。微型器件阵列位于稳定柱阵列上，其中每个微型器件包括底表面，该底表面比底表面正下方的对应稳定柱宽。底部导电触点阵列可形成于微型器件阵列的底表面上。顶部导电触点阵列可形成于微型器件阵列的顶部上。在一个实施例中，稳定柱阵列由I μ m至100 μ m或更具体地I μ m至20 μ m的节距分隔。
[0008]稳定层可被键合至承载衬底。粘合增进剂层可形成于承载衬底和稳定层之间以增加粘附力。牺牲层也可定位于稳定层和微型器件阵列之间，其中稳定柱阵列也延伸穿过牺牲层的厚度。在一个实施例中，牺牲层由材料诸如氧化物或氮化物形成。蚀刻停止检测层诸如钛也可定位于牺牲层和微型器件阵列之间，其中稳定柱阵列延伸穿过蚀刻停止检测层的厚度。粘合增进剂层也可形成于稳定层和牺牲层之间以增加粘附力，其中稳定柱阵列也延伸穿过粘合增进剂层的厚度。
[0009]微型器件阵列可为微型LED器件，并且可被设计为发出特定波长，诸如红光、绿光、或蓝光。在一个实施例中，每个微型LED器件包括由P掺杂半导体层形成的器件层、P掺杂半导体层上方的一个或多个量子阱层、和η掺杂半导体层。例如，在微型LED器件被设计为发出红光的情况下，P掺杂层可包含GaP并且η掺杂层可包含AlGalnP。器件层布置也包括欧姆接触层，诸如η掺杂半导体层上方的GaAs。
[0010]稳定柱阵列可对中于微型器件阵列下方的X-y中心，或者可偏心于微型器件阵列下方的χ-y中心。每个稳定柱可横跨在两个相邻微型器件的边缘下方。另外，两个或更多个稳定柱可形成于每个微型器件下方。
[0011]在一个实施例中，形成微型器件阵列包括:在器件层上方形成稳定柱阵列，将稳定柱阵列和器件层转移到承载衬底，并且使器件层图案化以在稳定柱阵列上方形成对应的微型器件阵列。图案化牺牲层也可被移除以在每个微型器件下方形成开放空间。形成稳定柱阵列可包括在器件层上方形成包括开口阵列的图案化牺牲层，并且在图案化牺牲层上方和开口阵列内形成稳定层以形成稳定柱阵列。在一个实施例中，开口阵列形成于器件层上的导电触点阵列正上方。
[0012]将稳定柱阵列和器件层转移到承载衬底可包括将稳定层键合至承载衬底。可在将稳定层键合至承载衬底之前软烘烤稳定层，之后在将稳定层键合至承载衬底期间或之后硬烘烤稳定层。也可在将稳定层键合至承载衬底之后并且在图案化器件层以形成微型器件阵列之前，将生长衬底从器件层移除。在一个实施例中，在移除生长衬底之后将导电触点层沉积在器件层上方，使导电触点层退火以形成与器件层的欧姆接触，并使其图案化以在稳定柱阵列正上方的器件层上形成导电触点阵列。例如，退火可在300°c或更高的温度下执行。
[0013]在一个实施例中，方法包括使牺牲层图案化以在牺牲层中形成开口阵列，从而暴露形成于器件层上的导电触点阵列，其中器件层包括η掺杂半导体层、P掺杂半导体层、和介于η掺杂半导体层与P掺杂半导体层之间的量子阱层。然后将热固性材料施加在牺牲层上方和开口阵列内，并且固化热固性材料以使该热固性材料硬化。可由UV能量或热来执行固化。固化也可实现热固性材料的至少70%的交联。在固化期间，热固性材料可另外经受10%或更小的体积收缩。在一个实施例中，可利用经固化的热固性材料将支撑器件层的生长衬底键合至承载衬底。在一个实施例中，使牺牲层图案化并且牺牲层下方的蚀刻停止检测层被图案化以形成开口阵列，从而暴露导电触点阵列。在一个实施例中，利用视觉观察对完成蚀穿蚀刻停止检测层进行检测。
[0014]在一个实施例中，结构包括稳定层，该稳定层包括稳定柱阵列和稳定柱阵列上的微型芯片阵列，其中每个微型芯片包括底表面，该底表面比底表面正下方的对应稳定柱宽。底部导电触点阵列可形成于微型芯片阵列的底表面上。每个微型芯片也可包括与导电触点中的一个导电触点电连接的接触垫。在一个实施例中，稳定柱阵列由I μ m至100 μ m或更具体地Iym至20ym的节距分隔。稳定层可由热固性材料诸如环氧树脂或苯并环丁烯(BCB)形成，其与固化期间的10%或更小的体积收缩相关联，或更具体地与固化期间的约6%或更小的体积收缩相关联。
[0015]稳定层可被键合至承载衬底。粘合增进剂层可形成于承载衬底和稳定层之间以增加粘附力。牺牲层也可定位于稳定层和微型芯片阵列之间，其中稳定柱阵列也延伸穿过牺牲层的厚度。在一个实施例中，牺牲层由材料诸如氧化物或氮化物形成。蚀刻停止检测层诸如钛也可定位于牺牲层和微型芯片阵列之间，其中稳定柱阵列延伸穿过蚀刻停止检测层的厚度。粘合增进剂层也可形成于稳定层和牺牲层之间以增加粘附力，其中稳定柱阵列也延伸穿过粘合增进剂层的厚度。在一个实施例中，每个微型芯片位于多个稳定柱上。每个微型芯片也可包括完全延伸穿过微型芯片的通孔，其中该通孔不位于稳定柱正上方。
[0016]在一个实施例中，形成微型芯片阵列的方法包括:在包括集成电路的器件层上方形成稳定柱阵列，将稳定柱阵列和器件层转移到承载衬底，并且使器件层图案化以在稳定柱阵列上方形成对应的微型芯片阵列。微型芯片阵列中的每个微型芯片可形成于稳定柱阵列中的一个或多个稳定柱上方。图案化牺牲层也可被移除以在每个微型器件下方形成开放空间。形成稳定柱阵列可包括在器件层上方形成包括开口阵列的图案化牺牲层，并且在图案化牺牲层上方和开口阵列内形成稳定层以形成稳定柱阵列。在一个实施例中，开口阵列形成于器件层上的导电触点阵列正上方。在一个实施例中，开口的数量大于导电触点的数量。
[0017]将稳定柱阵列和器件层转移到承载衬底可包括将稳定层键合至承载衬底。可在将稳定层键合至承载衬底之前软烘烤稳定层，之后在将稳定层键合至承载衬底期间或之后硬烘烤稳定层。可在将器件层转移到承载衬底之后并且在使器件层图案化以形成微型芯片阵列之前使器件层减薄。也可蚀刻每个微型芯片以包括完全延伸穿过该微型芯片的通孔，其中该通孔不位于稳定柱正上方。
【附图说明】
[0018]图1A是根据本发明的一个实施例的本体LED衬底上的图案化导电触点层的横截面侧视图图示。
[0019]图1B是根据本发明的一个实施例的本体LED衬底上的图案化导电触点层的横截面侧视图图示。
[0020]图2是根据本发明的一个实施例的形成于本体LED衬底上方的牺牲层的横截面侧视图图。
[0021]图3A-图3D是根据本发明的实施例的形成于本体LED衬底上方的图案化牺牲层的横截面侧视图图示。
[0022]图4A是根据本发明的一个实施例的形成于本体LED衬底的图案化牺牲层中的开口上方或开口内的稳定层的横截面侧视图图示。
[0023]图4B是根据本发明的一个实施例的形成于本体LED衬底的图案化牺牲层中的开口上方或开口内的模制稳定层的横截面侧视图图示。
[0024]图5A-图5B是根据本发明的实施例将本体LED衬底与承载衬底放在一起的横截面侧视图图示。
[0025]图5C是根据本发明的一个实施例的键合至承载衬底的本体LED衬底的横截面侧视图图。
[0026]图6是根据本发明的一个实施例的移除生长衬底的横截面侧视图图示。
[0027]图7是根据本发明的一个实施例的移除蚀刻停止层的横截面侧视图图示。
[0028]图8A-图SB是根据本发明的实施例的形成于器件层上方的图案化导电触点层的横截面侧视图图示。
[0029]图9是根据本发明的一个实施例的形成于稳定柱阵列上的微型LED器件阵列的横截面侧视图图示。
[0030]图1OA-图1OB是根据本发明的实施例在移除牺牲层之后形成于稳定柱阵列上的微型LED器件阵列的横截面侧视图图示。
[0031]图1OC是根据本发明的一个实施例已拾取微型器件阵列之后的包括稳定柱的稳定层的顶视图图像。
[0032]图1lA是根据本发明的一个实施例的在移除牺牲层之后形成于稳定柱阵列上的微型LED器件阵列的横截面侧视图图示。
[0033]图1lB是根据本发明的实施例的稳定柱位置的示意性顶视图图示。
[0034]图12A是根据本发明的一个实施例的在移除牺牲层之后形成于稳定柱阵列上的微型LED器件阵列的横截面侧视图图示。
[0035]图12B是根据本发明的实施例的稳定柱位置的示意性顶视图图示。
[0036]图13A是根据本发明的一个实施例的在移除牺牲层之后形成于稳定柱阵列上的微型LED器件阵列的横截面侧视图图示。
[0037]图13B是根据本发明的实施例的稳定柱位置的示意性顶视图图示。
[0038]图14A是根据本发明的一个实施例的定位在承载衬底上的微型器件阵列上方的静电转移头阵列的横截面侧视图图示。
[0039]图14B是根据本发明的一个实施例的与微型器件阵列接触的静电转移头阵列的横截面侧视图图示。
[0040]图14C是根据本发明的一个实施例的拾取微型器件阵列的静电转移头阵列的横截面侧视图图示。
[0041]图14D是根据本发明的一个实施例的与接收衬底接触的微型器件阵列的横截面侧视图图示。
[0042]图14E是根据本发明的一个实施例的释放到接收衬底上的微型器件阵列的横截面侧视图图示。
[0043]图15A-图23B是根据本发明的一个实施例的用于在稳定柱阵列上制造微型芯片阵列的序列的横截面侧视图和顶视图图示。
【具体实施方式】
[0044]本发明的实施例描述了用于稳定微型器件阵列诸如承载衬底上的微型发光二极管(LED)器件和微型芯片以使其待拾取和转移到接收衬底的方法和结构。例如，接收衬底可为但不限于显示衬底、照明衬底、具有功能器件诸如晶体管或集成电路(IC)的衬底、或者具有金属再分配线路的衬底。尽管特别针对包括P-η 二极管的微型LED器件描述了本发明的一