具有順應(yīng)性觸件的微拾取陣列的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微型器件。更具體地，本發(fā)明的實(shí)施例涉及具有順應(yīng)性觸件的微拾取陣列。
【背景技術(shù)】
[0002]集成和封裝問題是微型器件商業(yè)化的主要障礙中的一個(gè)主要障礙，該微型器件諸如射頻(RF)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)微型開關(guān)、發(fā)光二極管(LED)顯示系統(tǒng)、以及MEMS或基于石英的振蕩器。
[0003]用于轉(zhuǎn)移器件的傳統(tǒng)技術(shù)例如包括涉及使用轉(zhuǎn)移晶圓來從供體晶圓拾取器件陣列的“轉(zhuǎn)印”。然后，在移除轉(zhuǎn)移晶圓之前將該器件陣列鍵合到接收晶圓。已開發(fā)出一些轉(zhuǎn)印方法的變型來在轉(zhuǎn)移過程期間選擇性地對器件進(jìn)行鍵合和去鍵合。在傳統(tǒng)轉(zhuǎn)印技術(shù)和轉(zhuǎn)印技術(shù)的變型兩者中，在將器件鍵合到接收晶圓之后使轉(zhuǎn)移晶圓與器件去鍵合。此外，在該轉(zhuǎn)移過程中涉及具有器件陣列的整個(gè)轉(zhuǎn)移晶圓。
[0004]近來，已提出使用彈性印模將半導(dǎo)體模片從主襯底轉(zhuǎn)移到目標(biāo)襯底，在該彈性印模中，印模表面經(jīng)由范德華力(van der ffaals forces)附著到半導(dǎo)體模片表面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明公開了一種用于從承載襯底轉(zhuǎn)移微型器件的微拾取陣列。在一個(gè)實(shí)施例中，微拾取陣列包括具有通孔的底部襯底、在該通孔之上的柔性膜、以及由柔性膜支撐并且可在通孔內(nèi)相對于底部襯底移動的插頭。柔性膜可包含硅層并且可偏轉(zhuǎn)，使得插頭可相對于底部襯底沿與柔性膜正交的軸移動不超過5 μ m。間隙可使插頭與底部襯底分開。在一個(gè)實(shí)施例中，間隙的擊穿電壓在環(huán)境壓力下可大于100伏特。例如，間隙可使插頭與底部襯底分開超過10 μ m以獲得擊穿電壓。
[0006]在一個(gè)實(shí)施例中，靜電轉(zhuǎn)移頭部陣列可與插頭電耦接。靜電轉(zhuǎn)移頭部可偏轉(zhuǎn)到底部襯底中的腔中。每個(gè)靜電轉(zhuǎn)移頭部可包括具有由電介質(zhì)層覆蓋的電極表面的臺面結(jié)構(gòu)。每個(gè)靜電轉(zhuǎn)移頭部還可包括與電極表面相鄰的由電介質(zhì)層覆蓋的第二電極表面。電極互連件可將電極表面與插頭電耦接。同樣，第二電極互連件可將第二電極表面與第二插頭電耦接。例如，電極互連件可與插頭上的頂側(cè)觸件耦接。頂側(cè)觸件可在接觸區(qū)域上接觸插頭，該接觸區(qū)域與頂側(cè)插頭區(qū)域共面并且小于該頂側(cè)插頭區(qū)域的三分之二。接觸墊可在插頭上與頂側(cè)觸件相背對并且可通過插頭與頂側(cè)觸件電耦接。接觸墊與頂側(cè)觸件之間的插頭上的電阻可在介于1千歐姆與100千歐姆之間的范圍內(nèi)。
[0007]在一個(gè)實(shí)施例中，一種形成微拾取陣列的方法包括蝕刻絕緣體上硅(SOI)疊層的頂部硅層以形成電極陣列，以及蝕穿SOI疊層的體硅襯底直至SOI疊層的掩埋氧化物層，以形成使插頭與體硅襯底的底部襯底分開的間隙。插頭可相對于底部襯底移動。還可蝕刻底部襯底以在電極陣列的正下方形成一個(gè)或多個(gè)腔，使得一個(gè)或多個(gè)電極可偏轉(zhuǎn)到一個(gè)或多個(gè)腔中。形成微拾取陣列的方法還可包括:蝕刻頂部硅層以形成電極互連件；在電極陣列之上形成電介質(zhì)層；以及在體硅襯底上形成頂側(cè)觸件。形成電介質(zhì)層可包括對電極陣列進(jìn)行熱氧化。另選地，形成電介質(zhì)層可包括使用原子層沉積來毯覆式沉積電介質(zhì)層或使用化學(xué)氣相沉積來沉積電介質(zhì)層。形成微拾取陣列的方法還可包括蝕穿電介質(zhì)層、電極互連件和掩埋氧化物層以暴露體硅襯底的插頭。頂側(cè)觸件可形成在插頭的暴露區(qū)域上。頂側(cè)觸件可通過電極互連件與電極陣列電耦接。形成微拾取陣列的方法還可包括:蝕穿SOI疊層的背側(cè)氧化物層以暴露體硅襯底的插頭；以及在體硅襯底的插頭上形成與頂側(cè)觸件相背對的接觸墊。接觸墊可通過插頭與頂側(cè)觸件電親接。
[0008]在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)移頭部組件和微拾取陣列。轉(zhuǎn)移頭部組件可包括一個(gè)或多個(gè)操作電壓觸件和鉗位電壓觸件。微拾取陣列可包括底部襯底、穿過底部襯底形成的一個(gè)或多個(gè)順應(yīng)性觸件、以及在微拾取陣列的前側(cè)上并且與一個(gè)或多個(gè)順應(yīng)性觸件電耦接的靜電轉(zhuǎn)移頭部陣列。一個(gè)或多個(gè)操作電壓觸件可與一個(gè)或多個(gè)順應(yīng)性觸件對準(zhǔn)，并且鉗位電壓觸件可與和靜電轉(zhuǎn)移頭部陣列相背對的微拾取陣列的背側(cè)對準(zhǔn)。因此，當(dāng)將鉗位電壓施加到鉗位電壓觸件時(shí)，微拾取陣列保持緊貼轉(zhuǎn)移頭部組件并且插頭相對于底部襯底移動。
[0009]在一個(gè)實(shí)施例中，微拾取陣列還可包括底部襯底中的通孔、通孔之上的柔性膜、以及在通孔內(nèi)、由柔性膜支撐的插頭。間隙可使插頭與底部襯底分開并且插頭可相對于底部襯底移動。靜電轉(zhuǎn)移頭部陣列可與插頭電耦接。此外，每個(gè)靜電轉(zhuǎn)移頭部可包括具有電極表面的臺面結(jié)構(gòu)、以及覆蓋電極表面的電介質(zhì)層。
【附圖說明】
[0010]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于保持具有順應(yīng)性觸件的微拾取陣列的轉(zhuǎn)移頭部組件的透視圖圖示。
[0011]圖2A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有單極靜電轉(zhuǎn)移頭部陣列的微拾取陣列的平面圖圖示。
[0012]圖2B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有雙極靜電轉(zhuǎn)移頭部陣列的微拾取陣列的平面圖圖示。
[0013]圖3是沿圖2B的線A-A、B-B和C-C截取的組合橫截面?zhèn)纫晥D圖示，其示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有與順應(yīng)性觸件電耦接的靜電轉(zhuǎn)移頭部陣列的微拾取陣列。
[0014]圖4A是沿圖2B的線B-B或C_C的一部分截取的橫截面?zhèn)纫晥D圖示，其示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的順應(yīng)性觸件。
[0015]圖4B是沿圖2B的線B-B或C_C的一部分截取的橫截面?zhèn)纫晥D圖示，其示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有電介質(zhì)填充的間隙的順應(yīng)性觸件。
[0016]圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有順應(yīng)性觸件的微拾取陣列的頂側(cè)部分的透視圖圖示。
[0017]圖6A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有由柔性膜支撐的順應(yīng)性觸件的微拾取陣列的可移動部分的橫截面?zhèn)纫晥D圖示。
[0018]圖6B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有施加到由柔性膜支撐的順應(yīng)性觸件的負(fù)載(其與施加到微拾取陣列的夾持區(qū)域的夾持力相反)的微拾取陣列的可移動部分的橫截面?zhèn)纫晥D圖示。
[0019]圖7-圖24示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的形成具有與順應(yīng)性觸件電耦接的靜電轉(zhuǎn)移頭部陣列的微拾取陣列的方法。
[0020]圖25是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有微拾取陣列和轉(zhuǎn)移頭部組件的系統(tǒng)的橫截面?zhèn)纫晥D圖示。
[0021]圖26是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的微拾取陣列與轉(zhuǎn)移頭部組件之間的觸件的示意性頂視圖圖示。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明的實(shí)施例描述了一種用于轉(zhuǎn)移微型器件或微型器件陣列的裝置和方法。例如，微型器件或微型器件陣列可為在相關(guān)美國專利申請13/372，222、13/436，260、13/458，932和13/711，554中所示和所述的微型LED器件或微芯片結(jié)構(gòu)中的任一者。盡管具體地針對微型LED器件描述了本發(fā)明的一些實(shí)施例，但本發(fā)明的實(shí)施例并不限于此，并且某些實(shí)施例還可適用于其他微型LED器件和微型器件諸如二極管、晶體管、集成電路(1C)芯片和MHMS。
[0023]在各種實(shí)施例中，參照附圖進(jìn)行描述。然而，某些實(shí)施例可在不存在這些具體細(xì)節(jié)中的一個(gè)或多個(gè)具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施，或者與其他已知的方法和配置結(jié)合實(shí)施。在以下描述中，闡述許多具體細(xì)節(jié)諸如特定配置、尺寸和工藝等以提供對本發(fā)明的徹底理解。在其他情況下，還未對熟知的工藝和制造技術(shù)進(jìn)行特別詳細(xì)的描述，以免不必要地模糊本發(fā)明。貫穿本說明書所提到的“一個(gè)實(shí)施例”(“one embodiment”，“an embodiment”)等是指結(jié)合實(shí)施例所述的特定特征、結(jié)構(gòu)、配置或特性被包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，貫穿本說明書在多處出現(xiàn)短語“一個(gè)實(shí)施例”(“one embodiment”，“an embodiment”)等不一定是指本發(fā)明的同一實(shí)施例。此外，特定特征、結(jié)構(gòu)、配置或特性可以任何適當(dāng)?shù)姆绞浇Y(jié)合在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中。
[0024]本文所使用的術(shù)語“在……之上”、“到”、“在……之間”和“在……上”可指一層或部件相對于其他層或部件的相對位置。一層在另一層“之上”或“上”或者鍵合“到”另一層可為直接與另一層接觸或可具有一個(gè)或多個(gè)中間層。一層在多層“之間”可為直接與該多層接觸或可具有一個(gè)或多個(gè)中間層。
[0025]在不限于特定理論的情況下，本發(fā)明的實(shí)施例描述用于支撐靜電轉(zhuǎn)移頭部陣列的微拾取陣列，該靜電轉(zhuǎn)移頭部陣列根據(jù)靜電夾使用異性電荷相吸來拾取微型器件的原理進(jìn)行操作。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，向靜電轉(zhuǎn)移頭部施加吸合電壓以便在微型器件上生成夾持壓力。如本文所使用的術(shù)語“微型”器件或“微型”LED器件可指根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的特定器件或結(jié)構(gòu)的描述性尺寸，諸如1 μπι到100 μm的尺度。然而，本發(fā)明的實(shí)施例并不一定限于此，并且實(shí)施例的某些方面可適用于更大和可能更小的尺度。在一個(gè)實(shí)施例中，微型器件陣列中的單個(gè)微型器件和靜電轉(zhuǎn)移頭部陣列中的單個(gè)靜電轉(zhuǎn)移頭部兩者具有1 μπι到100 μ m的最大尺寸，例如接觸表面的長度或?qū)挾?。在一個(gè)實(shí)施例中，微型器件陣列的節(jié)距和對應(yīng)的靜電轉(zhuǎn)移頭部陣列的節(jié)距為(1 μπι到100 μπι) X (1 μπι到100 μπι)。在這些密度下，例如，6英寸的承載襯底可以10 μ mX 10 μ m的節(jié)距容納約1.65億個(gè)微型LED器件，或以5 μ mX 5 μ m的節(jié)距容納約6.60億個(gè)微型LED器件。轉(zhuǎn)移工具包括微拾取陣列以及與對應(yīng)的微型LED器件陣列的節(jié)距的整數(shù)倍相匹配的靜電轉(zhuǎn)移頭部陣列，該轉(zhuǎn)移工具可用于拾取該微型LED器件陣列并將其轉(zhuǎn)移并鍵合到接收襯底。這樣，可以高轉(zhuǎn)移速率來將微型LED器件集成并裝配到異類集成系統(tǒng)中，包括從微型顯示器到大面積顯示器的范圍內(nèi)的任何尺寸的襯底。例如，lcmX lcm的靜電轉(zhuǎn)移頭部陣列在每次轉(zhuǎn)移操作中可拾取、轉(zhuǎn)移并鍵合多于100, 000個(gè)微型器件，其具有能夠轉(zhuǎn)移更多的微型器件的更大的靜電轉(zhuǎn)移頭部陣列。
[0026]在一個(gè)方面，本發(fā)明的實(shí)施例描述了一種具有靜電轉(zhuǎn)移頭部陣列和一個(gè)或多個(gè)順應(yīng)性觸件的微拾取陣列。靜電轉(zhuǎn)移頭部陣列可由具有通孔的底部襯底支撐。順應(yīng)性觸件可包括在通孔之上并且在通孔內(nèi)支撐插頭的柔性膜。插頭的背側(cè)可與轉(zhuǎn)移頭部組件物理耦接，該轉(zhuǎn)移頭部組件可用于定位包括靜電轉(zhuǎn)移頭部陣列的微拾取陣列。當(dāng)將夾持力施加到微拾取陣列的背側(cè)上的夾持區(qū)域時(shí)，轉(zhuǎn)移頭部組件的操作電壓觸件可將相反的反應(yīng)性負(fù)載施加到插頭，使