[发明专利]具有硅电极的顺应性双极微型器件转移头

说明书

技术领域

本发明涉及微型器件。更具体地说，本发明的实施例涉及顺应性双极微型器件转移头以及将一个或多个微型器件转移到接收衬底的方法。

背景技术

集成和封装问题对于诸如射频(RF)微型机电系统(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微型器件商业化的来说是主要障碍之一。

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。一种这样的实现为“直接印刷”，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去除转移晶圆。其他这样的实现为包含两次键合/解除键合步骤的“转印”。在转印中，转移晶圆可从施主晶圆拾取器件阵列，并且随后将器件阵列键合到接收晶圆，随后去除转移晶圆。

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除键合。在直接印刷和转印技术的传统和变型两者中，在将器件键合到接收晶圆之后将转移晶圆从器件解除键合。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

本发明公开了顺应性双极微型器件转移头和头部阵列，以及将一个或多个微型器件转移到接收衬底的方法。例如，接收衬底可为但不限于显示衬底、照明衬底、具有诸如晶体管或集成电路(IC)的功能器件的衬底、或者具有金属配电线路的衬底。

在一个实施例中，顺应性双极微型器件转移头阵列包括基础衬底和在基础衬底上方的图案化硅层。例如，基础衬底可为(100)体硅衬底。图案化硅层包括第一硅互连件、与第一硅互连件电连接的第一硅电极阵列、第二硅互连件以及与第二硅互连件电连接的第二硅电极阵列。第一硅电极阵列和第二硅电极阵列中的每个硅电极包括电极引线和在第一硅互连件和第二硅互连件上方突出的台面结构。第一硅电极阵列和第二硅电极阵列对齐作为双极硅电极对阵列且彼此电绝缘。第一硅互连件和第二硅互连件可彼此平行。每个硅电极也能够偏转到基础衬底和硅电极之间的空腔内。例如，可在基础衬底中形成一个或多个空腔。在一个实施例中，第一硅电极阵列和第二硅电极阵列能够偏转到基础衬底中的同一空腔内。在这样的实施例中，双极硅电极对阵列能够偏转到基础衬底中的同一空腔内。空腔还可缠绕在第一硅电极和第二硅电极中的一者或两者的末端周围。在一个实施例中，双极电极对阵列中的每个双极硅电极对能够偏转到独立空腔内。电介质层诸如硅氧化物、铪氧化物、铝氧化物或钽氧化物覆盖每个台面结构的顶部表面。掩埋氧化物层可形成在图案化硅层和基础衬底之间。

在一个实施例中，双极硅电极对阵列形成跨接在第一硅互连件和第二硅互连件之间的支撑梁阵列。例如，氧化物接合部阵列可形成在第一硅电极阵列和第二硅电极阵列之间。图案化硅层可位于掩埋氧化物层上并与其直接接触，其中氧化物接合部位于掩埋氧化物层上并与其直接接触。氧化物接合部可平行于或垂直于第一硅互连件阵列和第二硅互连件阵列，并且位于第一硅电极阵列的台面结构和第二硅电极阵列的台面结构之间。支撑梁还可包括例如在硅电极的硅电极引线中的弯曲部。氧化物接合部阵列可沿支撑梁阵列的纵向长度或横向宽度将第一硅电极阵列和第二硅电极阵列分开。

在一个实施例中，双极硅电极对阵列形成跨接在第一硅互连件和第二硅互连件之间的臂梁阵列。在一个实施例中，双极硅电极对中的每个硅电极为独立悬臂梁，并且开放空间位于第一硅电极阵列的台面结构和第二硅电极阵列的台面结构之间。悬臂梁可包括弯曲部。在一个实施例中，第一硅电极阵列和第二硅电极阵列的台面结构未被开放空间分开。例如，氧化物接合部阵列可形成在第一硅电极阵列和第二硅电极阵列之间用于悬臂梁阵列。图案化硅层可位于掩埋氧化物层上并与其直接接触，其中氧化物接合部位于掩埋氧化物层上并与其直接接触。在一个实施例中，氧化物接合部沿悬臂梁阵列的纵向长度将第一硅电极阵列和第二硅电极阵列分开。在一个实施例中，氧化物接合部平行于第一硅互连件和第二硅互连件，并且位于第一硅电极阵列的台面结构和第二硅电极阵列的台面结构之间。

在一个实施例中，掩埋硅氧化物层位于图案化硅层和基础衬底之间。第一通孔从基础衬底的背侧穿过基础衬底和掩埋硅氧化物层延伸至图案化硅层，并且与第一硅互连件和第一硅电极阵列电连接。第二通孔从基础衬底的背侧穿过基础衬底和掩埋硅氧化物层延伸至图案化硅层，并且与第二硅互连件和第二硅电极阵列电连接。这些通孔可延伸穿过图案化硅层或者终止于图案化硅层的底部表面处。