具有順應性觸件的微拾取陣列的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及微型器件。更具體地，本發明的實施例涉及具有順應性觸件的微拾取陣列。
【背景技術】
[0002]集成和封裝問題是微型器件商業化的主要障礙中的一個主要障礙，該微型器件諸如射頻(RF)微機電系統(MEMS)微型開關、發光二極管(LED)顯示系統、以及MEMS或基于石英的振蕩器。
[0003]用于轉移器件的傳統技術例如包括涉及使用轉移晶圓來從供體晶圓拾取器件陣列的“轉印”。然后，在移除轉移晶圓之前將該器件陣列鍵合到接收晶圓。已開發出一些轉印方法的變型來在轉移過程期間選擇性地對器件進行鍵合和去鍵合。在傳統轉印技術和轉印技術的變型兩者中，在將器件鍵合到接收晶圓之后使轉移晶圓與器件去鍵合。此外，在該轉移過程中涉及具有器件陣列的整個轉移晶圓。
[0004]近來，已提出使用彈性印模將半導體模片從主襯底轉移到目標襯底，在該彈性印模中，印模表面經由范德華力(van der ffaals forces)附著到半導體模片表面。
【發明內容】
[0005]本發明公開了一種用于從承載襯底轉移微型器件的微拾取陣列。在一個實施例中，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，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。在一個實施例中，間隙的擊穿電壓在環境壓力下可大于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]在一個實施例中，靜電轉移頭部陣列可與插頭電耦接。靜電轉移頭部可偏轉到底部襯底中的腔中。每個靜電轉移頭部可包括具有由電介質層覆蓋的電極表面的臺面結構。每個靜電轉移頭部還可包括與電極表面相鄰的由電介質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觸件耦接。頂側觸件可在接觸區域上接觸插頭，該接觸區域與頂側插頭區域共面并且小于該頂側插頭區域的三分之二。接觸墊可在插頭上與頂側觸件相背對并且可通過插頭與頂側觸件電耦接。接觸墊與頂側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。
[0007]在一個實施例中，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或多個腔，使得一個或多個電極可偏轉到一個或多個腔中。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層；以及在體硅襯底上形成頂側觸件。形成電介質層可包括對電極陣列進行熱氧化。另選地，形成電介質層可包括使用原子層沉積來毯覆式沉積電介質層或使用化學氣相沉積來沉積電介質層。形成微拾取陣列的方法還可包括蝕穿電介質層、電極互連件和掩埋氧化物層以暴露體硅襯底的插頭。頂側觸件可形成在插頭的暴露區域上。頂側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觸件相背對的接觸墊。接觸墊可通過插頭與頂側觸件電親接。
[0008]在一個實施例中，系統包括轉移頭部組件和微拾取陣列。轉移頭部組件可包括一個或多個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或多個順應性觸件、以及在微拾取陣列的前側上并且與一個或多個順應性觸件電耦接的靜電轉移頭部陣列。一個或多個操作電壓觸件可與一個或多個順應性觸件對準，并且鉗位電壓觸件可與和靜電轉移頭部陣列相背對的微拾取陣列的背側對準。因此，當將鉗位電壓施加到鉗位電壓觸件時，微拾取陣列保持緊貼轉移頭部組件并且插頭相對于底部襯底移動。
[0009]在一個實施例中，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、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。靜電轉移頭部陣列可與插頭電耦接。此外，每個靜電轉移頭部可包括具有電極表面的臺面結構、以及覆蓋電極表面的電介質層。
【附圖說明】
[0010]圖1是根據本發明的實施例的用于保持具有順應性觸件的微拾取陣列的轉移頭部組件的透視圖圖示。
[0011]圖2A是根據本發明的實施例的具有單極靜電轉移頭部陣列的微拾取陣列的平面圖圖示。
[0012]圖2B是根據本發明的實施例的具有雙極靜電轉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截取的組合橫截面側視圖圖示，其示出了根據本發明的實施例的具有與順應性觸件電耦接的靜電轉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側視圖圖示，其示出了根據本發明的實施例的順應性觸件。
[0015]圖4B是沿圖2B的線B-B或C_C的一部分截取的橫截面側視圖圖示，其示出了根據本發明的實施例的具有電介質填充的間隙的順應性觸件。
[0016]圖5是根據本發明的實施例的具有順應性觸件的微拾取陣列的頂側部分的透視圖圖示。
[0017]圖6A是根據本發明的實施例的具有由柔性膜支撐的順應性觸件的微拾取陣列的可移動部分的橫截面側視圖圖示。
[0018]圖6B是根據本發明的實施例的具有施加到由柔性膜支撐的順應性觸件的負載(其與施加到微拾取陣列的夾持區域的夾持力相反)的微拾取陣列的可移動部分的橫截面側視圖圖示。
[0019]圖7-圖24示出了根據本發明的實施例的形成具有與順應性觸件電耦接的靜電轉移頭部陣列的微拾取陣列的方法。
[0020]圖25是根據本發明的實施例的具有微拾取陣列和轉移頭部組件的系統的橫截面側視圖圖示。
[0021]圖26是根據本發明的實施例的微拾取陣列與轉移頭部組件之間的觸件的示意性頂視圖圖示。
【具體實施方式】
[0022]本發明的實施例描述了一種用于轉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器件或微芯片結構中的任一者。盡管具體地針對微型LED器件描述了本發明的一些實施例，但本發明的實施例并不限于此，并且某些實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]在各種實施例中，參照附圖進行描述。然而，某些實施例可在不存在這些具體細節中的一個或多個具體細節的情況下實施，或者與其他已知的方法和配置結合實施。在以下描述中，闡述許多具體細節諸如特定配置、尺寸和工藝等以提供對本發明的徹底理解。在其他情況下，還未對熟知的工藝和制造技術進行特別詳細的描述，以免不必要地模糊本發明。貫穿本說明書所提到的“一個實施例”(“one embodiment”，“an embodiment”)等是指結合實施例所述的特定特征、結構、配置或特性被包括在本發明的至少一個實施例中。因此，貫穿本說明書在多處出現短語“一個實施例”(“one embodiment”，“an embodiment”)等不一定是指本發明的同一實施例。此外，特定特征、結構、配置或特性可以任何適當的方式結合在一個或多個實施例中。
[0024]本文所使用的術語“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或多個中間層。一層在多層“之間”可為直接與該多層接觸或可具有一個或多個中間層。
[0025]在不限于特定理論的情況下，本發明的實施例描述用于支撐靜電轉移頭部陣列的微拾取陣列，該靜電轉移頭部陣列根據靜電夾使用異性電荷相吸來拾取微型器件的原理進行操作。根據本發明的實施例，向靜電轉移頭部施加吸合電壓以便在微型器件上生成夾持壓力。如本文所使用的術語“微型”器件或“微型”LED器件可指根據本發明的實施例的特定器件或結構的描述性尺寸，諸如1 μπι到100 μm的尺度。然而，本發明的實施例并不一定限于此，并且實施例的某些方面可適用于更大和可能更小的尺度。在一個實施例中，微型器件陣列中的單個微型器件和靜電轉移頭部陣列中的單個靜電轉移頭部兩者具有1 μπι到100 μ m的最大尺寸，例如接觸表面的長度或寬度。在一個實施例中，微型器件陣列的節距和對應的靜電轉移頭部陣列的節距為(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的節距容納約1.65億個微型LED器件，或以5 μ mX 5 μ m的節距容納約6.60億個微型LED器件。轉移工具包括微拾取陣列以及與對應的微型LED器件陣列的節距的整數倍相匹配的靜電轉移頭部陣列，該轉移工具可用于拾取該微型LED器件陣列并將其轉移并鍵合到接收襯底。這樣，可以高轉移速率來將微型LED器件集成并裝配到異類集成系統中，包括從微型顯示器到大面積顯示器的范圍內的任何尺寸的襯底。例如，lcmX lcm的靜電轉移頭部陣列在每次轉移操作中可拾取、轉移并鍵合多于100, 000個微型器件，其具有能夠轉移更多的微型器件的更大的靜電轉移頭部陣列。
[0026]在一個方面，本發明的實施例描述了一種具有靜電轉移頭部陣列和一個或多個順應性觸件的微拾取陣列。靜電轉移頭部陣列可由具有通孔的底部襯底支撐。順應性觸件可包括在通孔之上并且在通孔內支撐插頭的柔性膜。插頭的背側可與轉移頭部組件物理耦接，該轉移頭部組件可用于定位包括靜電轉移頭部陣列的微拾取陣列。當將夾持力施加到微拾取陣列的背側上的夾持區域時，轉移頭部組件的操作電壓觸件可將相反的反應性負載施加到插頭，使