[发明专利]一种基于干法刻蚀的悬挂式微器件结构转移方法

说明书

一种基于干法刻蚀的悬挂式微器件结构转移方法，首先在衬底上生长微器件所需的外延层以及沉积刻蚀掩膜层；接着通过光刻与随后的各向异性干法刻蚀形成分立的微器件阵列；然后通过各向同性干法刻蚀将露出的衬底表面继续深刻蚀，使微器件形成为悬挂式结构；最后通过粘性物质完成微器件的结构转移。本发明避免了激光剥离带来的样品烧毁现象，工艺稳定，而且省去了生长腐蚀停层或牺牲层和钝化保护器件的工艺，也省去了金属键合焊接工艺，因而工艺简便，节省了制备成本和提高了制备效率。

技术领域

本发明属于微纳加工技术领域，具体是涉及一种基于干法刻蚀的悬挂式微器件结构转移方法。

背景技术

得益于微纳加工技术的发展，现在器件集成度越来越高，器件尺寸越来越小，如微米级发光二极管(micro-LED)，微型薄膜晶体管(TFT)，光子探测器，微腔激光器等。对于某些应用，这些微纳光电子器件需要从其外延层生长的衬底转移到另外一种衬底，从而实现微器件的高密度异质集成。例如，高分辨率micro-LED显示器，通常是通过把三色micro-LED芯片大批量转移和组装到TFT或CMOS背板的方案来实现(如申请号为JP6131374-B1的日本专利)。因此，微器件结构的批量转移至关重要。寻求一种高效可靠的微器件转移方法，对于微器件集成制备而言，可以提高产品制备效率和良率，实现规模化生产。

微器件结构的转移主要包括两个步骤：一是器件从原衬底上剥离；二是器件转移至新衬底。目前，已存在多种器件转移方法。比如，使用湿法刻蚀牺牲层或者湿法背面刻蚀衬底将器件从原衬底剥离(参考文献Sang-IL Park, et al. Printed Assemblies ofInorganic Light-Emitting Diodes for Deformable and Semitransparent Displays,Science 2009, 325, 977 )。如果是蓝宝石衬底，可以利用激光剥离将蓝宝石衬底剥离(参考文献Tae-il Kim et al. High-Efficiency, Microscale GaN Light-Emitting Diodesand Their Thermal Properties on Unusual Substrates, small 2012, 8, No.11,1643-1649 )。这些剥离方法均可有效地将微器件从衬底剥离，但同时存在一定问题：激光剥离的方法，难以精准控制激光聚焦位置和能量，容易对器件产生损伤，且产生的气压会导致样品崩裂，剥离产品良率低；湿法去除牺牲层或者湿法背面刻蚀剥离衬底将器件从原衬底剥离，需要在外延片生长时多一层腐蚀停层或者腐蚀牺牲层，成本较高。而且湿法腐蚀控制精准度差，腐蚀速率不稳定，需要对器件表面和侧壁包裹钝化层(光刻胶或二氧化硅)进行保护，工艺复杂且不稳定。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种可以精准控制腐蚀速率，且工艺简单的基于干法刻蚀的悬挂式微器件结构转移方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明所述基于干法刻蚀的悬挂式微器件结构转移方法，其特点是包括以下步骤：

1）在衬底上外延生长微器件所需的外延层以及沉积刻蚀掩膜层；

2）通过光刻与随后的各向异性干法刻蚀，去除部分区域的刻蚀掩膜层、外延层和部分衬底，露出部分区域的衬底表面，完成微器件阵列的分立；

3）将单个微器件的横向尺寸设为A，利用各向同性干法刻蚀将露出的衬底表面继续深刻蚀，由于各向同性刻蚀会在微器件下出现横向刻蚀现象，因此当衬底垂直刻蚀至深度为A/3～2A时，衬底在微器件的底面形成有沙漏状结构，通过沙漏状结构而使微器件在衬底上形成为悬挂式微器件；

4）去除悬挂式微器件上的刻蚀掩膜层；

5）通过旋涂在临时衬底上的粘性物质对去除了刻蚀掩膜层的悬挂式微器件进行粘附拾取，使微器件转移至临时衬底上；