相關(guān)申請案

本申請案主張標(biāo)題為“用于制備用于微組裝的gan及相關(guān)材料的系統(tǒng)及方法”的2014年6月18日提出申請的第62/014,070號美國臨時(shí)專利申請案的優(yōu)先權(quán)及權(quán)益，所述美國臨時(shí)專利申請案的內(nèi)容以全文引用的方式并入本文中。

本發(fā)明涉及用于提供可使用大規(guī)模并行微轉(zhuǎn)印印刷方法來印刷的微尺度裝置的結(jié)構(gòu)及方法。

背景技術(shù)：

所揭示技術(shù)大體來說涉及可轉(zhuǎn)印微型裝置的形成。半導(dǎo)體芯片或裸片自動化組裝設(shè)備通常使用真空操作放置頭(例如真空抓持器或取放工具)以拾取并將裝置應(yīng)用于襯底。使用此技術(shù)來拾取及放置超薄及/或小裝置通常是困難的。微轉(zhuǎn)印印刷準(zhǔn)許選擇并應(yīng)用這些超薄、易碎及/或小裝置而不對所述裝置本身造成損壞。

微結(jié)構(gòu)印模可用于拾取微型裝置，將所述微型裝置輸送到目的地，及將所述微型裝置印刷到目的地襯底上。表面粘附力用于控制對這些裝置的選擇并將其印刷到目的地襯底上。此過程可大規(guī)模地并行執(zhí)行。印?？山?jīng)設(shè)計(jì)以在單個(gè)拾取及印刷操作中轉(zhuǎn)印數(shù)百到數(shù)千個(gè)離散結(jié)構(gòu)。

微轉(zhuǎn)印印刷還實(shí)現(xiàn)將高性能半導(dǎo)體裝置并行組裝到包含玻璃、塑料、金屬或其它半導(dǎo)體的幾乎任何襯底材料上。襯底可為柔性的，借此準(zhǔn)許產(chǎn)生柔性電子裝置。柔性襯底可集成于大量配置中，包含在脆性基于硅的電子裝置的情況下不可能的配置。另外，舉例來說，塑料襯底是機(jī)械強(qiáng)固的且可用于提供較不易于遭受由機(jī)械應(yīng)力引起的損壞及/或電子性能降級的電子裝置。因此，這些材料可用于通過能夠以低成本在大襯底區(qū)域上方產(chǎn)生電子裝置的連續(xù)、高速印刷技術(shù)(例如，卷對卷制造)來制作電子裝置。

此外，這些微轉(zhuǎn)印印刷技術(shù)可用于在與塑料聚合物襯底上的組裝兼容的溫度下印刷半導(dǎo)體裝置。另外，半導(dǎo)體材料可印刷到大襯底區(qū)域上，借此實(shí)現(xiàn)復(fù)雜集成電路在大襯底區(qū)域上方的連續(xù)、高速印刷。此外，在彎曲或變形裝置定向上具有良好電子性能的完全柔性電子裝置可經(jīng)提供以實(shí)現(xiàn)廣泛范圍的柔性電子裝置。

電子有源組件可印刷于非同質(zhì)襯底上方。舉例來說，這些印刷技術(shù)可用于形成成像裝置(例如平板液晶、led或oled顯示裝置)，及/或用于數(shù)字射線照相板中。在每一實(shí)例中，必須將電子有源組件從同質(zhì)襯底轉(zhuǎn)印到目的地襯底(例如，有源組件的陣列分布于其上的非同質(zhì)襯底)。使用彈性體印模從同質(zhì)襯底拾取有源組件并將其轉(zhuǎn)印到目的地襯底。有源組件的釋放必須受控制且可預(yù)測。

在微轉(zhuǎn)印印刷中，小芯片通常形成在硅襯底及犧牲層上，所述犧牲層通過使用光刻過程蝕刻來底切以形成系鏈。硅襯底促進(jìn)在晶片與小芯片之間形成系鏈，所述系鏈在微轉(zhuǎn)印印刷過程期間斷開以釋放小芯片。然而，形成gan裝置的常規(guī)方法并不會導(dǎo)致形成可使用微轉(zhuǎn)印印刷技術(shù)組裝的微尺度裝置。另外，形成gan裝置的常規(guī)方法并不會在藍(lán)寶石上實(shí)現(xiàn)可印刷gan裝置。盡管與藍(lán)寶石相比相對不昂貴，但硅比起藍(lán)寶石與構(gòu)成led的gan晶體結(jié)構(gòu)具有甚至更大的晶格不匹配，這進(jìn)一步降低所得led的性能。因此，在一些實(shí)施例中，期望使用藍(lán)寶石襯底形成可印刷結(jié)構(gòu)，例如led。然而，不存在用于底切形成于藍(lán)寶石襯底上的小芯片以實(shí)現(xiàn)用于微轉(zhuǎn)印印刷的小芯片釋放的可用方法。

因此，需要實(shí)現(xiàn)可經(jīng)微轉(zhuǎn)印印刷的形成于襯底(例如，硅或藍(lán)寶石)上的微型led小芯片的構(gòu)造的結(jié)構(gòu)及方法。還需要實(shí)現(xiàn)印刷于目的地襯底上的小芯片的電互連的簡單且廉價(jià)的方法及結(jié)構(gòu)。此外，需要允許使用比常規(guī)方法少的處理步驟來電連接印刷結(jié)構(gòu)(例如，印刷led)的電觸點(diǎn)的方法及結(jié)構(gòu)。

因此，需要用于在gan及適于微轉(zhuǎn)印印刷的相關(guān)材料中制備高性能、小型且密集的結(jié)構(gòu)陣列的可預(yù)測且可控制的系統(tǒng)及方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一個(gè)方面中，本發(fā)明是針對一種從硅同質(zhì)襯底制備經(jīng)釋放或可釋放結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括：在包括si(111)的襯底上沉積選自由以下各項(xiàng)組成的群組的一或多個(gè)成員：gan、algan、ingan、ingaaln及sin，借此形成外延材料；使用所述外延材料在所述襯底上形成裝置；在所述外延材料中將包括所述裝置的可釋放結(jié)構(gòu)劃界，借此部分地暴露所述襯底；形成錨定結(jié)構(gòu)及拴系結(jié)構(gòu)，使得在所述襯底與蝕刻劑接觸之后所述可釋放結(jié)構(gòu)通過所述錨定結(jié)構(gòu)及拴系結(jié)構(gòu)將所述裝置連接到所述襯底；用蝕刻劑將在所述可釋放結(jié)構(gòu)下方的硅材料移除，借此形成包括所述裝置的可印刷結(jié)構(gòu)，其中通過所述系鏈結(jié)構(gòu)及錨結(jié)構(gòu)維持所述可印刷結(jié)構(gòu)的空間定向；及將所述襯底及通過錨定結(jié)構(gòu)及/或拴系結(jié)構(gòu)連接到所述襯底的所述可印刷結(jié)構(gòu)暴露于一或多種化學(xué)試劑以用于調(diào)節(jié)所述經(jīng)釋放結(jié)構(gòu)的新暴露的表面。

在某些實(shí)施例中，將所述襯底及所述可印刷結(jié)構(gòu)暴露于一或多種化學(xué)試劑包括暴露于經(jīng)加熱的磷酸。在某些實(shí)施例中，將所述襯底及所述可印刷結(jié)構(gòu)暴露于一或多種化學(xué)試劑會將表面粗糙度賦予所述新暴露的表面。

在某些實(shí)施例中，所述蝕刻劑是經(jīng)加熱的氫氧化四鉀基銨、氫氧化鉀、氫氧化鈉或用于執(zhí)行各向異性硅蝕刻的堿性溶液。

在某些實(shí)施例中，形成裝置包括沉積及/或圖案化電介質(zhì)及/或?qū)щ姳∧ぁ?/p>

在某些實(shí)施例中，在所述外延材料中形成所述錨定結(jié)構(gòu)及拴系結(jié)構(gòu)。

在某些實(shí)施例中，由非外延材料形成所述錨定及拴系結(jié)構(gòu)。

在某些實(shí)施例中，所述非外延材料包括選自由以下各項(xiàng)組成的群組的一或多種外延材料：氮化硅、氧化硅。

在某些實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括：形成一或多個(gè)囊封結(jié)構(gòu)以囊封所述可印刷結(jié)構(gòu)的至少一部分。

在某些實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括：在移除在所述結(jié)構(gòu)下方的硅材料之前，在經(jīng)暴露硅中形成凹部。

在某些實(shí)施例中，在所述經(jīng)暴露硅中形成凹部包括蝕刻所述經(jīng)暴露硅。

在某些實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括：微轉(zhuǎn)印印刷所述可印刷結(jié)構(gòu)中的一或多個(gè)可印刷子結(jié)構(gòu)。

在某些實(shí)施例中，所述微轉(zhuǎn)印印刷包括：使所述可印刷結(jié)構(gòu)中的一或多個(gè)可印刷結(jié)構(gòu)與具有接觸表面的保形轉(zhuǎn)印裝置接觸，其中所述接觸表面與所述一或多個(gè)可印刷結(jié)構(gòu)之間的接觸將所述一或多個(gè)可印刷結(jié)構(gòu)粘附到所述接觸表面；使安置在所述接觸表面上的所述一或多個(gè)可印刷結(jié)構(gòu)與目的地襯底的接納表面接觸；及使所述保形轉(zhuǎn)印裝置的所述接觸表面與所述一或多個(gè)可印刷結(jié)構(gòu)分離，其中將所述一或多個(gè)可印刷結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)印到所述接納表面上，借此將所述一或多個(gè)可印刷結(jié)構(gòu)組裝在所述目的地襯底的所述接納表面上。

在某些實(shí)施例中，所述保形轉(zhuǎn)印裝置是彈性體印模。

在另一方面中，本發(fā)明是針對一種使用具有受控膠粘性的中間襯底從同質(zhì)裝置襯底制備用于微組裝的可印刷材料的方法，所述方法包括：在所述同質(zhì)裝置襯底上沉積一或多種材料，借此形成外延材料；用所述外延材料在所述襯底上形成裝置；在所述外延材料中將包括所述裝置的可釋放結(jié)構(gòu)劃界，借此部分地暴露所述裝置襯底；形成錨定結(jié)構(gòu)及拴系結(jié)構(gòu)使得在所述襯底與蝕刻劑接觸之后所述可釋放結(jié)構(gòu)通過所述錨定結(jié)構(gòu)及拴系結(jié)構(gòu)連接到所述襯底；將所述外延材料暫時(shí)接合到所述中間襯底并執(zhí)行激光剝離過程，借此使所述外延材料與所述裝置襯底分離且借此反轉(zhuǎn)用于微組裝的所述外延材料，其中：所述中間襯底的所述受控膠粘性經(jīng)配置使得轉(zhuǎn)印元件可將所述材料從所述中間襯底移除以用于微組裝，且所述同質(zhì)襯底對激光照射是透明的，所述激光照射被所述同質(zhì)襯底上的吸收層強(qiáng)烈吸收使得在暴露于所述激光照射時(shí)所述吸收層至少部分地分解或以其它方式形成可起始所述同質(zhì)襯底與用于微組裝的所述裝置之間的分離的界面；至少部分地完成裝置在所述中間襯底上的所述形成或劃界；形成不溶于用于將所述外延材料從所述中間襯底釋放的蝕刻劑的錨定、拴系或囊封結(jié)構(gòu)；通過移除定位于所述中間襯底的至少一部分與所述裝置的至少一部分之間的可選擇性移除層的至少一部分來將所述裝置從所述中間襯底釋放，借此經(jīng)由所述中間襯底從所述同質(zhì)襯底形成可印刷可微組裝裝置；及將所述中間襯底上的用于微組裝的所述經(jīng)釋放材料轉(zhuǎn)印到第二中間印模，借此以不同非反轉(zhuǎn)配置呈現(xiàn)用于微組裝的所述外延材料，所述第二中間印模也具有受控膠粘性使得所述第二中間印?？蓪⒂糜谖⒔M裝的所述材料從所述中間印模移除且轉(zhuǎn)印元件可將用于微組裝的所述外延材料從所述第二中間印模移除。

在某些實(shí)施例中，所述裝置襯底包括選自由以下各項(xiàng)組成的群組的成員：藍(lán)寶石、砷化鎵、磷化銦及絕緣體上硅。

在某些實(shí)施例中，沉積于所述裝置襯底上的所述一或多種材料包括選自由以下各項(xiàng)組成的群組的至少一個(gè)成員：gan、algan及sin。

在某些實(shí)施例中，所述中間襯底包括印模。在某些實(shí)施例中，所述中間襯底包括具有受控膠粘性的保形彈性體。

在某些實(shí)施例中，在所述外延材料中形成所述錨定結(jié)構(gòu)及拴系結(jié)構(gòu)。在某些實(shí)施例中，由非外延材料形成所述錨定及拴系結(jié)構(gòu)。

在某些實(shí)施例中，所述非外延材料包括選自由以下各項(xiàng)組成的群組的一或多種外延材料：氮化硅、氧化硅。

在某些實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)印元件包括彈性體印模。

在某些實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括：執(zhí)行熱處理以將所述外延材料(及/或其上/其中的裝置)暫時(shí)接合到所述中間襯底以形成經(jīng)接合襯底對。

在某些實(shí)施例中，所述中間襯底的所述膠粘性是通過交聯(lián)密度、表面化學(xué)、表面紋理、表面組合物、彈性體層厚度及/或表面形貌來控制。在某些實(shí)施例中，所述中間襯底的所述膠粘性是通過壓力或溫度來控制。在某些實(shí)施例中，所述中間襯底的所述膠粘性是通過形貌特征的暫時(shí)崩陷或粘彈率相依粘附效應(yīng)而形成，借此形成暫態(tài)膠粘性。

在某些實(shí)施例中，用于微組裝的所述外延材料包括選自由以下各項(xiàng)組成的群組的一或多個(gè)成員：gan、algan、ingan、ingaaln及sin。

在某些實(shí)施例中，所述同質(zhì)襯底包括藍(lán)寶石，且用于微組裝的所述外延材料包括gan、algan、ingan、alingan、sin及非外延材料中的至少一者。在某些實(shí)施例中，所述同質(zhì)襯底包括砷化鎵，且用于微組裝的所述外延材料包括gaas、ingaalp、ingap、inalp、algaas、(in)ganas(sb)、ingaasp、(si)ge、sigesn及非外延材料中的至少一者。在某些實(shí)施例中，所述同質(zhì)襯底包括磷化銦，且用于微組裝的所述外延材料包括ingaas、inalgaas、inalas、ingaasp、inp、ingaalasp、gesn、sigesn及非外延材料中的至少一者。在某些實(shí)施例中，所述同質(zhì)襯底包括絕緣體上硅，且用于微組裝的所述外延材料包括ingaas、inalgaas、inalas、ingaasp、inp、ingaalasp、gesn、sigesn及非外延材料中的至少一者。

在某些實(shí)施例中，用在所述襯底上的所述外延材料制成的所述裝置包括選自由以下各項(xiàng)組成的群組的一或多個(gè)成員：集成電路、led、hemt、hbt、激光器、vcsel、二極管、光電二極管、太陽能電池、二極管、齊納二極管、igbt、肖特基二極管、電容器及色彩轉(zhuǎn)換器。

在另一方面中，本發(fā)明是針對一種經(jīng)由中間襯底從同質(zhì)藍(lán)寶石襯底制備用于微組裝的經(jīng)釋放材料的方法，所述方法包括：在所述同質(zhì)藍(lán)寶石襯底上通過外延生長制備用于微組裝的材料以形成外延材料；將用于微組裝的所述材料粘附到中間襯底以形成經(jīng)接合襯底對；執(zhí)行激光剝離過程，借此將用于微組裝的所述材料與所述同質(zhì)藍(lán)寶石襯底分離并將所述經(jīng)接合襯底對分離，其中：借此反轉(zhuǎn)用于微組裝的所述材料，且所述藍(lán)寶石襯底對激光照射是透明的，所述激光照射被所述藍(lán)寶石襯底上的吸收層強(qiáng)烈吸收使得在暴露于所述激光照射時(shí)所述吸收層至少部分地分解或以其它方式形成可起始所述藍(lán)寶石襯底與用于微組裝的所述材料之間的分離的界面；形成不溶于用于將用于微組裝的所述材料從所述中間襯底釋放的蝕刻劑的錨定、拴系及/或囊封結(jié)構(gòu)；及通過移除定位于所述中間襯底的至少一部分與用于微組裝的所述材料的至少一部分之間的可選擇性移除層的至少一部分來將用于微組裝的所述材料從所述中間襯底釋放，借此將在可釋放結(jié)構(gòu)下方的硅移除并經(jīng)由所述中間襯底從藍(lán)寶石同質(zhì)襯底形成經(jīng)釋放可微組裝gan材料或裝置。

在某些實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括：將所述中間襯底上的用于微組裝的所述經(jīng)釋放材料轉(zhuǎn)印到中間印模，借此以用于微組裝的不同非反轉(zhuǎn)配置呈現(xiàn)用于微組裝的所述材料。

在某些實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括：在形成錨定、拴系及/或囊封結(jié)構(gòu)之前，至少部分地完成裝置在所述中間襯底上的所述形成及/或劃界。

在某些實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括：在通過外延生長制備用于微組裝的材料之后，在用于微組裝的材料中至少部分地形成裝置。在某些實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括：在通過外延生長制備用于微組裝的材料之后，在外延材料中將可釋放結(jié)構(gòu)劃界，從而部分地暴露所述藍(lán)寶石襯底。在某些實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括：在通過外延生長制備用于微組裝的材料之后，在所述外延材料中形成錨定結(jié)構(gòu)及/或拴系結(jié)構(gòu)。

在某些實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括：在通過外延生長制備用于微組裝的材料之后，從經(jīng)設(shè)計(jì)以經(jīng)受住所述釋放過程的非外延材料(例如，氮化硅或氧化硅)形成錨定及/或拴系結(jié)構(gòu)。

在某些實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括：在將用于微組裝的所述材料粘附到所述中間襯底之后，執(zhí)行熱處理以將用于微組裝的所述材料暫時(shí)接合到所述中間襯底，借此形成經(jīng)接合襯底對。

在某些實(shí)施例中，所述中間襯底是玻璃、陶瓷、硅、鍺、藍(lán)寶石或碳化硅。在某些實(shí)施例中，所述中間襯底是光活性、可蝕刻及可溶解中的至少一者。

在某些實(shí)施例中，用于微組裝的所述材料包括gan，且所述同質(zhì)襯底是藍(lán)寶石襯底。

在某些實(shí)施例中，用于微組裝的所述材料包括選自由以下各項(xiàng)組成的群組的一或多個(gè)成員：gan、algan、ingan、ingaain、alingan、sin及非外延材料。

附圖說明

通過參考聯(lián)合附圖作出的以下描述，本發(fā)明的前述及其它目標(biāo)、方面、特征及優(yōu)點(diǎn)將變得更顯而易見及更好理解，附圖中：

圖1是用于從硅襯底制備經(jīng)釋放gan的實(shí)例性方法的流程圖；

圖2是用于經(jīng)由中間印模從藍(lán)寶石襯底制備經(jīng)釋放gan的實(shí)例性方法的流程圖；

圖3是用于經(jīng)由中間襯底從藍(lán)寶石襯底制備經(jīng)釋放gan的方法的流程圖；

圖4是列舉可用于本發(fā)明的各種實(shí)施例的用于微組裝的材料及裝置、其同質(zhì)襯底及吸收層的實(shí)例的表；及

圖5a到5k圖解說明用于從體塊晶片形成可印刷物件的一系列步驟。

當(dāng)聯(lián)合圖式一起時(shí)，依據(jù)下文所陳述的詳細(xì)描述將更明了本發(fā)明的特征及優(yōu)點(diǎn)，其中在通篇中相似參考符號識別對應(yīng)元件。在圖式中，相似參考編號通常指示相同、功能上類似及/或結(jié)構(gòu)上類似的元件。

具體實(shí)施方式

圖1是用于從硅襯底制備可釋放gan裝置的實(shí)例性方法100的流程圖。在一些實(shí)施例中，在si(111)襯底上通過外延生長制備gan及相關(guān)(例如，algan、ingan、ingaain、sin)材料(102)。可在gan材料中至少部分地形成裝置(104)，舉例來說，通過額外圖案化電介質(zhì)或?qū)щ姳∧げ牧?104)。在外延材料中將可釋放結(jié)構(gòu)劃界，從而部分地暴露si(111)襯底(106)?？舍尫沤Y(jié)構(gòu)形成于源或同質(zhì)晶片襯底中且可通過以下步驟而從所述晶片釋放或移除：使結(jié)構(gòu)與經(jīng)圖案化印模(舉例來說，彈性體印模)物理接觸，將所述結(jié)構(gòu)粘附到所述印模，及將所述印模及所述結(jié)構(gòu)從所述晶片移除。此過程是通過使可釋放結(jié)構(gòu)與晶片部分分離(通過將犧牲層從結(jié)構(gòu)下方蝕除)來促進(jìn)。在一些實(shí)施例中，所述可釋放結(jié)構(gòu)是可釋放裝置本身。在其它實(shí)施例中，所述可釋放結(jié)構(gòu)包含所述裝置以及其它材料，舉例來說，在于印刷操作期間斷裂之后保持附接到裝置的系鏈的部分。

在一些實(shí)施例中，可在外延材料中形成錨定結(jié)構(gòu)或拴系結(jié)構(gòu)(108)。此些錨定或拴系結(jié)構(gòu)可具有以微米為單位的尺寸且通常小于可釋放裝置。另外，如果期望，錨定及/或拴系結(jié)構(gòu)可由例如氮化硅或氧化硅的非外延材料形成，且經(jīng)設(shè)計(jì)以經(jīng)受住釋放蝕刻過程。這些結(jié)構(gòu)可貫穿釋放過程維持物件的空間配置。維持空間配置的結(jié)構(gòu)(通常稱作為錨、系鏈或其它穩(wěn)定化結(jié)構(gòu))可包含光致抗蝕劑材料、環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺、電介質(zhì)、金屬及/或半導(dǎo)體。此些結(jié)構(gòu)貫穿釋放過程維持到同質(zhì)襯底或其它固定本體的接觸。在某些實(shí)施例中，光可定義材料有利于此種類的錨定、拴系結(jié)構(gòu)，提供形成的簡易性及在許多情形中提供通過溶解于濕化學(xué)品、有機(jī)溶劑或水性混合物中或通過在氧或氟化合物中灰化的移除簡易性。

在一些實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)經(jīng)形成以囊封可釋放結(jié)構(gòu)的至少一部分(110)，所述可釋放結(jié)構(gòu)包含在步驟104中至少部分地形成的裝置。在一些實(shí)施例中，囊封經(jīng)形成以覆蓋可釋放結(jié)構(gòu)。囊封材料從釋放過程中所使用的化學(xué)反應(yīng)囊封可釋放裝置的有源組件。

在一些實(shí)施例中，舉例來說，可通過蝕刻或剝蝕在經(jīng)暴露硅中形成凹部(例如，溝槽)(112)使得能夠形成可釋放結(jié)構(gòu)、錨、及/或系鏈。將同質(zhì)襯底及其上所包含的可釋放裝置暴露于各向異性硅蝕刻，舉例來說，經(jīng)加熱的氫氧化四鉀基銨或氫氧化鉀，或氫氧化鈉或其它堿性溶液，借此執(zhí)行釋放蝕刻并將在可釋放結(jié)構(gòu)下方的硅移除(114)。在一些實(shí)施例中，將襯底及連接到其的所釋放結(jié)構(gòu)暴露于化學(xué)試劑以用于調(diào)節(jié)或處理可釋放結(jié)構(gòu)的新暴露的表面(116)。此可通過(舉例來說)暴露于經(jīng)加熱的磷酸而完成以賦予表面粗糙度。此還可改善在將可釋放裝置釋放并轉(zhuǎn)印到目的地襯底時(shí)的印刷合格率。因此，方法100可用于從硅同質(zhì)襯底形成經(jīng)釋放的可微組裝gan材料或裝置。

圖2是用于經(jīng)由中間印模從藍(lán)寶石襯底制備可印刷gan的實(shí)例性方法200的流程圖。在一些實(shí)施例中，在藍(lán)寶石襯底上通過外延生長制備gan及相關(guān)(例如，algan、ingan、ingaain、sin)材料(202)。

在一些實(shí)施例中，可在gan材料中至少部分地形成裝置，舉例來說，通過添加及圖案化電介質(zhì)或?qū)щ姳∧げ牧?204)。電介質(zhì)材料可包含氧化物或氮化物，例如氧化硅或氮化硅。導(dǎo)電薄膜材料可包含經(jīng)圖案化金屬(舉例來說，通過蒸發(fā)或?yàn)R鍍而沉積)或經(jīng)摻雜半導(dǎo)體材料(例如，經(jīng)摻雜硅)。可在外延材料中將可印刷結(jié)構(gòu)劃界(206)。上述情形可通過部分地暴露藍(lán)寶石襯底來完成。另外，可形成錨定結(jié)構(gòu)或拴系結(jié)構(gòu)(208)?？稍谕庋硬牧现谢蚴褂梅峭庋硬牧?例如氮化硅或氧化硅)形成錨定或拴系結(jié)構(gòu)。形成系鏈或錨的材料經(jīng)挑選以經(jīng)受住釋放蝕刻過程使得錨/系鏈保持附接到襯底，借此保留結(jié)構(gòu)的空間定向。

抵靠第二襯底放置gan材料(210)。第二襯底可為彈性體、聚二甲基硅氧烷、玻璃、金屬、聚合物或塑料?？墒褂谜澈蟿觼韺⒌诙r底粘附到裝置。

在一些實(shí)施例中，可執(zhí)行用以將gan材料或裝置暫時(shí)接合到第二襯底的熱處理(212)。此形成經(jīng)接合襯底對，具有作為同質(zhì)藍(lán)寶石襯底的一個(gè)襯底及充當(dāng)包含保形彈性體且具有受控膠粘性的交遞襯底的第二襯底。所述膠粘性可為通過交聯(lián)密度、表面化學(xué)、表面紋理、表面組合物、彈性體層厚度及/或表面形貌來控制。膠粘性還可通過壓力或溫度來控制。此外，膠粘性可因形貌特征的暫時(shí)崩陷或粘彈率相依粘附效應(yīng)而是暫態(tài)的。

在一些實(shí)施例中，執(zhí)行激光剝離過程(214)，借此使gan材料或裝置從其同質(zhì)藍(lán)寶石襯底分離并使經(jīng)接合襯底對分離。在激光剝離過程之后，可將gan裝置反轉(zhuǎn)并粘附到具有受控膠粘性的第二襯底。受控膠粘性經(jīng)選擇使得轉(zhuǎn)印元件(例如，包含彈性體的轉(zhuǎn)印元件，例如，pdms)可將gan從第二襯底移除以用于微組裝。此外，可將中間印模上的經(jīng)釋放gan轉(zhuǎn)印到第二中間印模，借此以不同非反轉(zhuǎn)配置呈現(xiàn)gan。第二中間印模還可具有受控膠粘性(任選地，溫度、壓力及/或率相依受控膠粘性)使得第二中間印?？蓪an從中間印模移除且轉(zhuǎn)印元件可將gan從第二中間印模移除。

在一些實(shí)施例中，方法200可包含：至少部分地完成裝置在第二襯底上的形成或劃界(216)。上述情形可(舉例來說)通過添加金屬(例如，au、cu、ag、al、pd、pt、ni、co、pb、ti、fe、cr、v、w等)或電介質(zhì)膜(例如，sio2、si3n5、al2o3、zro2、tio2、ta2o5、鈦酸鋇鍶(bst/bsto)、氧化鈦酸鍶(sto)、鋯鈦酸鉛(pzt)等)及/或蝕刻gan材料的一部分來完成。因此，方法200可用于經(jīng)由中間印模從藍(lán)寶石同質(zhì)襯底形成經(jīng)釋放的可微組裝反轉(zhuǎn)gan材料或裝置。

圖3是用于經(jīng)由中間襯底從藍(lán)寶石同質(zhì)襯底制備經(jīng)釋放gan的方法300的流程圖。在一些實(shí)施例中，方法300包含：在藍(lán)寶石襯底上通過外延生長制備gan及相關(guān)(例如，algan、ingan、ingaain、sin)材料(302)。在一些實(shí)施例中，可在gan材料中至少部分地形成裝置(304)，舉例來說，通過添加及圖案化電介質(zhì)(例如，sio2、si3n5、al2o3、zro2、tio2、ta2o5、鈦酸鋇鍶(bst/bsto)、氧化鈦酸鍶(sto)、鋯鈦酸鉛(pzt)等)或?qū)щ?例如，包含au、cu、ag、al、pd、pt、ni、co、pb、ti、fe、cr、v、w等)薄膜材料。另外，可在外延材料中將可釋放結(jié)構(gòu)劃界(306)。上述情形可通過部分地暴露藍(lán)寶石襯底來完成。在一些實(shí)施例中，可形成錨定結(jié)構(gòu)及/或拴系結(jié)構(gòu)(308)。錨定及/或拴系結(jié)構(gòu)可形成于外延材料中或由例如氮化硅或氧化硅的非外延材料形成，經(jīng)設(shè)計(jì)以經(jīng)受住釋放蝕刻過程。

抵靠第二襯底放置gan材料(310)借此形成經(jīng)接合襯底對，所述經(jīng)接合襯底對具有用作同質(zhì)藍(lán)寶石襯底的一個(gè)襯底及用作包括保形彈性體且具有受控膠粘性的襯底的第二襯底。在一些實(shí)施例中，可執(zhí)行用以將gan材料或裝置暫時(shí)接合到第二襯底的熱處理(312)，借此形成經(jīng)接合襯底對，所述經(jīng)接合襯底對具有用作同質(zhì)藍(lán)寶石襯底的一個(gè)襯底。第二襯底可為(i)玻璃、陶瓷、硅、鍺、藍(lán)寶石、碳化硅或包含可在熱及/或壓力下流動或保形且是任選地光活性、可蝕刻或可溶解的聚合物的其它化合物半導(dǎo)體襯底，(ii)玻璃、陶瓷、硅、鍺、藍(lán)寶石、碳化硅或包含可在熱及/或壓力下流動或保形且是任選地可蝕刻或可溶解的金屬的其它化合物半導(dǎo)體襯底，或(iii)玻璃、陶瓷、硅、鍺、藍(lán)寶石、碳化硅或包含可在熱及/或壓力下流動或保形的材料及可移除、可蝕刻或可溶解的另一下伏材料層的其它化合物半導(dǎo)體襯底，例如si(111)、光致抗蝕劑、剝離抗蝕劑或金屬。

執(zhí)行激光剝離過程(314)，以使gan材料或裝置從其同質(zhì)藍(lán)寶石襯底分離并使經(jīng)接合襯底對分離。將gan材料或裝置反轉(zhuǎn)并可將其粘附到第二襯底。在一些實(shí)施例中，至少部分地完成裝置在第二襯底上的形成及/或劃界(316)。上述情形可通過添加及圖案化金屬或電解質(zhì)膜，或蝕刻gan材料的一部分來完成。可形成經(jīng)設(shè)計(jì)以經(jīng)受住將gan材料從第二襯底釋放的過程的錨定、拴系或囊封結(jié)構(gòu)(318)?？赏ㄟ^將定位于第二襯底的至少一部分與gan材料或裝置的至少一部分之間的可選擇性移除層的至少一部分移除來將gan材料或裝置從第二襯底釋放(320)。在一些實(shí)施例中，可將中間襯底上的經(jīng)釋放可微組裝gan轉(zhuǎn)印到中間印模，借此以用于微組裝的不同非反轉(zhuǎn)配置呈現(xiàn)gan。因此，方法300可用于經(jīng)由中間襯底從藍(lán)寶石同質(zhì)襯底形成經(jīng)釋放的可微組裝gan材料或裝置。

圖4是列舉可使用的用于微組裝的材料及裝置、其同質(zhì)襯底及吸收層的實(shí)例的表。激光剝離促進(jìn)用于微組裝的半導(dǎo)體材料及裝置的制備。根據(jù)描述從藍(lán)寶石同質(zhì)襯底制備gan材料及裝置的本說明書的先前章節(jié)中所概述的過程將半導(dǎo)體材料及裝置至少部分地形成在其同質(zhì)襯底上并將其轉(zhuǎn)印到中間襯底或印模。激光剝離的關(guān)鍵元件包含對激光照射透明的同質(zhì)襯底，所述激光照射被同質(zhì)襯底上的層強(qiáng)烈吸收使得在暴露時(shí)吸收層可至少部分地分解或以其它方式形成可起始同質(zhì)襯底與用于微組裝的半導(dǎo)體材料及裝置之間的分離的界面。圖4列舉用于微組裝的相關(guān)材料及裝置、其同質(zhì)襯底及吸收層。

為形成例如藍(lán)色微型led的微型led，可在藍(lán)寶石襯底上生長gan(氮化鎵)半導(dǎo)體材料。藍(lán)寶石通常是特選用于外延gan層的生長襯底。然而，藍(lán)寶石限制最終led裝置的構(gòu)造及性能。舉例來說，gan/藍(lán)寶石復(fù)合物無法如硅一般容易切割。此外，與金屬相比，藍(lán)寶石具有較差導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性。

在一些實(shí)施方案中，激光反應(yīng)剝落層沉積在剛性襯底上且微型led形成在剝落層上。為將半導(dǎo)體從藍(lán)寶石移除或“剝離”，引導(dǎo)高強(qiáng)度激光光束穿過藍(lán)寶石并對準(zhǔn)gan。此在界面處形成使gan與藍(lán)寶石取消關(guān)聯(lián)的沖擊波使得將gan從藍(lán)寶石襯底剝落。激光剝離背后的原理是gan及藍(lán)寶石對uv光的不同吸收。gan強(qiáng)烈吸收激光輻射，而藍(lán)寶石由于其高帶隙能量而是不良uv吸收體。激光剝離可快速執(zhí)行且僅gan的界面層(或剝落層)達(dá)到高溫。

然后將gan晶片(及形成于gan晶片上的隨附微型led)轉(zhuǎn)印并接合到中間襯底。舉例來說，si(111)可用作中間襯底。然后將可印刷微型led形成在中間襯底上?？晌g刻si(111)或在將gan晶片轉(zhuǎn)印到si(111)晶片之前形成于si(111)上的犧牲層使得通過一或多個(gè)系鏈維持每一可印刷微型led的位置，所述系鏈在每一可印刷微型led由微轉(zhuǎn)印裝置拾取時(shí)斷裂。

圖5a到5k圖解說明用于從體塊晶片(例如適于使用橡膠印模(例如，微轉(zhuǎn)印印刷)組裝的那些晶片)形成可印刷物件的步驟序列。如在圖5a中所示，提供襯底500。此后，使用光刻方法且如在圖5b中所示在襯底500上形成裝置502。裝置502通常為形成于襯底上的許多裝置中的一者。裝置可為微電子、光電子或微機(jī)械裝置。在一些實(shí)施例中，溝槽504形成在裝置502周圍，如在圖5c中所示，借此在襯底500上形成凸出部505。

如在圖5d中所示，形成錨/系鏈結(jié)構(gòu)506。錨/系鏈結(jié)構(gòu)506接觸裝置502及襯底500。用于錨/系鏈結(jié)構(gòu)506的材料經(jīng)選定使得其不溶于釋放化學(xué)品中。在一些實(shí)施例中，錨/系鏈結(jié)構(gòu)是經(jīng)圖案化材料。所要材料層可施加到系統(tǒng)并經(jīng)圖案化(例如，使用光刻)。在一些實(shí)施例中，每裝置502存在多于一個(gè)錨/系鏈結(jié)構(gòu)506。

如在圖5e中所示，沉積并圖案化第二材料以形成犧牲層508。與錨/系鏈結(jié)構(gòu)506不同，犧牲層508可溶于釋放化學(xué)品中。因此，當(dāng)舉例來說借助適當(dāng)溶劑蝕刻時(shí)，將犧牲層508移除且錨/系鏈結(jié)構(gòu)506將保留。在一些實(shí)施例中，犧牲層508覆蓋裝置502的頂部表面但暴露錨定結(jié)構(gòu)506的至少一部分的頂部表面。

如在圖5f中所示，使用不溶于釋放化學(xué)品中的接合材料509(例如，樹脂、聚酰亞胺、環(huán)氧樹脂、共晶金屬、軟金屬)將第一襯底500的頂部表面接合到第二襯底510。

如在圖5g中所示，將第一襯底500移除(例如，通過激光剝離或背部研磨)以暴露裝置502的底部表面、錨定/拴系結(jié)構(gòu)506的一部分、犧牲層508的一部分及接合材料509的一部分。使用釋放化學(xué)品來蝕刻犧牲層508，借此形成由錨定/拴系結(jié)構(gòu)通過接合材料514連接到第二襯底510的可釋放且可印刷物件，如在圖5h中所示。通過以下步驟而發(fā)生印刷：使裝置502的底部側(cè)與轉(zhuǎn)印元件512接觸(圖5i)，及使轉(zhuǎn)印元件512與第二襯底510分離，借此使系鏈斷裂且使裝置與第二襯底510分離，如在圖5j中所示。

此方法尤其很好地適于由外延生長于藍(lán)寶石上的gan形成可印刷裝置(其中第一襯底通過激光剝離移除)，或適于從體塊硅晶片形成可印刷裝置，其中第一襯底通過背部研磨移除。

如在圖5k中所示，在一些實(shí)施例中，裝置在其頂部表面上包含一或多個(gè)凸出部516。這些凸出部516可為導(dǎo)電凸出部。凸出部516可接觸目的地襯底514上的接觸墊518，借此在將裝置502轉(zhuǎn)印到目的地襯底514之后改善連接性。

已描述方法及設(shè)備的特定實(shí)施方案，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員現(xiàn)在將明了，可使用并入有本發(fā)明的概念的其它實(shí)施例。因此，本發(fā)明不應(yīng)限于特定實(shí)施方案，而是應(yīng)僅受所附權(quán)利要求書的精神及范圍限制。

貫穿其中將設(shè)備及系統(tǒng)描述為具有、包含或包括特定組件或?qū)⑦^程及方法描述為具有、包含或包括特定步驟的描述，另外預(yù)期存在基本上由所敘述的組件組成或由所敘述的組件組成的所揭示技術(shù)的設(shè)備及系統(tǒng)，且存在基本上由所敘述的處理步驟組成或由所敘述的處理步驟組成的根據(jù)所揭示技術(shù)的過程及方法。

應(yīng)理解，只要所揭示技術(shù)保持可操作，步驟的次序或執(zhí)行特定動作的次序并不重要。此外，可同時(shí)實(shí)行兩個(gè)或多于兩個(gè)步驟或動作。