具有硅电极的顺应性双极微型器件转移头制造技术

本发明专利技术描述了一种顺应性双极微型器件转移头阵列以及由SOI衬底形成顺应性双极微型器件转移阵列的方法。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。图案化硅层可包括第一硅互连件和第二硅互连件以及与第一硅互连件和第二硅互连件电连接且能够偏转到位于基础衬底和硅电极之间的一个或多个空腔内的第一硅电极阵列和第二硅电极阵列。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及微型器件。更具体地说，本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。覆盖第一阵列和第二阵列中的每个台面结构的顶部表面的电介质层可由诸如硅氧化物、铪氧化物、铝氧化物和钽氧化物的材料形成。在一些实施例中，第一电介质层侧向位于双极电极配置中的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，并且位于覆盖第一阵列和第二阵列中的每个台面结构的顶部表面的电介质层下方。电介质层可具有比第一电介质层更高的电介质常数或电介质击穿强度。在一个实施例中，形成顺应性双极微型器件转移头阵列的方法包括蚀刻绝缘体上硅叠堆的顶部硅层来形成与第一硅互连件电连接的第一硅电极阵列以及与第一硅电极阵列对齐且与第二硅互连件电连接的第二硅电极阵列以形成双极硅电极对阵列，其中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以及在第一硅互连件和第二硅互连件上方突出的台面结构。随后在第一硅电极阵列和第二硅电极阵列上方形成电介质层，以及将一个或多个空腔蚀刻到基础衬底中第一硅电极阵列和第二硅电极阵列正下方，使得第一硅电极阵列和第二硅电极阵列中的每个硅电极能够偏转到一个或多个空腔内。例如可用SF6或XeF2的氟化等离子体实现对一个或多个空腔的蚀刻。在一个实施例中，独立空腔被蚀刻在基础衬底中每个双极硅电极对正下方。在一个实施例中，单个空腔被蚀刻在基础衬底中双极硅电极对阵列正下方。在一个实施例中，该单个空腔被蚀刻在基础衬底中，使得其缠绕第一硅互连件和第二硅互连件中的一者或两者周围。对顶部硅层的蚀刻可使得掩埋氧化物层暴露。可借助各种技术实现电介质层的形成。在一些实施例中，电介质层包括热氧化硅电极阵列。在一些实施例中，在形成电介质层之后图案化层形成在掩埋氧化物层和电介质层上方，并且使用图案化层蚀刻掩埋氧化物层以暴露部分基础衬底。在基础衬底中第一硅电极阵列和第二硅电极阵列正下方蚀刻一个或多个空腔时，该电介质层可用作蚀刻掩模。在一个实施例中，在蚀刻绝缘体上硅叠堆的顶部硅层来形成第一硅电极阵列和第二硅电极阵列的同时在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蚀刻接合部沟槽阵列。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种顺应性双极转移头阵列，包括：基础衬底；在所述基础衬底上方的图案化硅层，所述图案化硅层包括第一硅互连件、与所述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所述第二硅互连件电连接的第二硅电极阵列，其中所述第一硅电极阵列和所述第二硅电极阵列的每个硅电极包括电极引线和台面结构，并且每个台面结构在所述第一硅互连件和所述第二硅互连件上方突出，并且每个硅电极能够偏转到位于所述基础衬底和所述硅电极之间的空腔内，其中所述第一硅电极阵列和所述第二硅电极阵列对齐且彼此电绝缘；和电介质层，所述电介质层覆盖所述第一硅电极阵列和所述第二硅电极阵列的每个台面结构的顶部表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.07.06 US 13/543,680;2012.07.06 US 13/543,6751.一种顺应性双极转移头阵列，包括：
基础衬底；
在所述基础衬底上方的图案化硅层，所述图案化硅层包括第一
硅互连件、与所述第一硅互连件电连接的第一硅电极阵列、第二硅
互连件以及与所述第二硅互连件电连接的第二硅电极阵列，其中所
述第一硅电极阵列和所述第二硅电极阵列的每个硅电极包括电极引
线和台面结构，并且每个台面结构在所述第一硅互连件和所述第二
硅互连件上方突出，并且每个硅电极能够偏转到位于所述基础衬底
和所述硅电极之间的空腔内，其中所述第一硅电极阵列和所述第二
硅电极阵列对齐且彼此电绝缘；和
电介质层，所述电介质层覆盖所述第一硅电极阵列和所述第二
硅电极阵列的每个台面结构的顶部表面。
2.根据权利要求1所述的顺应性双极转移头阵列，其中所述第一硅电
极阵列和所述第二硅电极阵列中的每个硅电极能够偏转到所述基础
衬底中的空腔中。
3.根据权利要求2所述的顺应性双极转移头阵列，其中所述第一硅电
极阵列和所述第二硅电极阵列能够偏转到所述基础衬底中的同一空
腔中。
4.根据权利要求3所述的顺应性双极转移头阵列，其中所述第一硅互
连件和所述第二硅互连件是平行的。
5.根据权利要求3所述的顺应性双极转移头阵列，其中所述空腔缠绕
在所述第一硅电极和所述第二硅电极中的一者的末端周围。
6.根据权利要求3所述的顺应性双极转移头阵列，其中所述空腔缠绕
在所述第一硅电极和所述第二硅电极两者的末端周围。
7.根据权利要求1所述的顺应性双极转移头阵列，其中所述第一硅电
极阵列和所述第二硅电极阵列形成跨接在所述第一硅互连件和所述
第二硅互连件之间的支撑梁阵列。
8.根据权利要求7所述的顺应性双极转移头阵列，还包括位于所述第
一硅电极阵列和所述第二硅电极阵列之间的氧化物接合部阵列。
9.根据权利要求8所述的顺应性双极转移头阵列，其中所述图案化硅
层位于掩埋氧化物层上并与所述掩埋氧化物层直接接触，并且所述
氧化物接合部位于所述掩埋氧化物层上并与所述掩埋氧化物层直接
接触。
10.根据权利要求9所述的顺应性双极转移头阵列，其中所述氧化物接
合部平行于所述第一硅互连件和所述第二硅互连件。
11.根据权利要求10所述的顺应性双极转移头阵列，其中所述支撑梁包
括弯曲部。
12.根据权利要求10所述的顺应性双极转移头阵列，其中所述氧化物接
合部阵列沿所述支撑梁阵列的纵向长度将所述第一硅电极阵列和所
述第二硅电极阵列分开。
13.根据权利要求9所述的顺应性双极转移头阵列，其中所述氧化物接
合部垂直于所述第一硅互连件和所述第二硅互连件。
14.根据权利要求9所述的顺应性双极转移头阵列，其中所述氧化物接
合部阵列沿所述支撑梁阵列的横向宽度将所述第一硅电极阵列和所
述第二硅电极阵列分开。
15.根据权利要求1所述的顺应性双极转移头阵列，其中所述第一硅电
极阵列和所述第二硅电极阵列形成位于所述第一硅互连件和所述第
二硅互连件之间的悬臂梁阵列。
16.根据权利要求15所述的顺应性双极转移头阵列，其中所述第一硅电
极阵列和所述第二硅电极阵列的每个硅电极为独立悬臂梁，并且所
述顺应性双极转移头阵列还包括位于所述第一硅电极阵列的台面结
构和所述第二硅电极阵列的台面结构之间的开放空间。
17.根据权利要求15所述的顺应性双极转移头阵列，其中所述悬臂梁包
括弯曲部。
18.根据权利要求17所述的顺应性双极转移头阵列，其中所述悬臂梁跨
接在所述第一硅互连件和所述第二硅互连件之间，并且所述顺应性
双极转移头阵列还包括位于所述第一硅电极阵列和所述第二硅电极
阵列之间的氧化物接合部阵列。
19.根据权利要求18所述的顺应性双极转移头阵列，其中所述图案化硅
层位于掩埋氧化物层上并与所述掩埋氧化物层直接接触，并且所述
氧化物接合部位于所述掩埋氧化物层上并与所述掩埋氧化物层直接
接触。
20.根据权利要求18所述的顺应性双极转移头阵列，其中所述氧化物接
合部阵列沿所述悬臂梁阵列的纵向长度将所述第一硅电极阵列和所
述第二硅电极阵列分开。
21.根据权利要求18所述的顺应性双极转移头阵列，其中所述氧化物接
合部平行于所述第一硅互连件和所述第二硅互连件。
22.根据权利要求1所述的顺应性双极转移头阵列，还包括：
位于所述图案化硅层和所述基础衬底之间的掩埋硅氧化物层；
第一通孔，所述第一通孔从所述基础衬底的背侧穿过所述基础
衬底和所述掩埋硅氧化物层延伸至所述图案化硅层，并且与所述第
一硅互连件和所述第一硅电极阵列电连接；以及
第二通孔，所述第二通孔从所述基础衬底的背侧穿过所述基础
衬底和所述掩埋硅氧化物层延伸至所述图案化硅层，并且与所述第
二硅互连件和所述第二硅电极阵列电连接。
23.根据权利要求22所述的顺应性双极转移头阵列，还包括位于所述电
介质层下方的第一电介质层。
24.根据权利要求23所述的顺应性双极转移头阵列，其中所述第一电介
质层至少部分地侧向位于所述第一硅电极阵列的台面结构和所述第
二硅电极阵列的台面结构之间。
25.根据权利要求23所述的顺应性双极转移头阵列，其中所述电介质层
具有比所述第一电介质层更高的电介质常数或电介质击穿强度。
26.根据权利要求1所述的顺应性双极转移头阵列，其中所述基础衬底
为体硅衬底。
27.根据权利要求1所述的顺应性双极转移头阵列，其中所述基础衬底
为(100)体硅衬底。
28.一种形成顺应性双极转移头阵列的方法，包括：
蚀刻绝缘体上硅叠堆的顶部硅层来形成与第一硅互连件电连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·格尔达，A·比布尔，
申请(专利权)人：勒克斯维科技公司，
类型：发明
国别省市：美国;US