CN111128832B - 微元件转移装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种微元件的转移装置及其制造方法，其中转移装置包括基板、金属布线和多个硅电极。金属布线形成于基板的平坦表面，包括多个电极驱动单元。硅电极形成于金属布线背对基板的一侧，每一硅电极对应一电极驱动单元设置，被电极驱动单元驱动以拾取或释放微元件。本申请所提供的转移装置可以通过静电吸附实现微元件的大量转移，大大提升转移效率。

Description

微元件转移装置及其制造方法
技术领域
本申请涉及微元件相关技术领域，特别是涉及一种微元件转移装置及其制造方法。
背景技术
人们日常生活所使用的设备中，元件微小化成为发展趋势之一，例如在显示设备中应用微型发光二极管(Micro-LED)，即在显示面板上集成多个微小尺寸的发光二极管(LED，Liquid Emitting Diode)，成为当前显示技术的发展方向之一。具体由于微型发光二极管具有极高的发光效率和寿命，因此越来越多的企业开始研发微型发光二极管显示面板，微型发光二极管有希望成为下一代显示技术。
对于当前的微型发光二极管显示面板的制造，由于制备工艺的限制，其无法实现微型发光二极管的高效批量转移。
发明内容
本申请提供一种微元件的转移装置及其制造方法，以解决现有技术中无法实现微元件批量转移的问题。
为解决上述技术问题，本申请提出一种微元件的转移装置。转移装置包括：基板、金属布线和多个硅电极。基板包括平坦表面；金属布线，形成于基板的平坦表面，包括多个电极驱动单元。硅电极，形成于金属布线背对基板的一侧，每一硅电极对应一电极驱动单元设置，被电极驱动单元驱动以拾取或释放微元件。
其中，金属布线包括依次层叠于基板上的粘附金属层和键合金属层，硅电极形成于键合金属层背对基板的一侧上。
其中，电极驱动单元包括电极键合区和驱动导线区；硅电极形成于电极键合区背对基板的一侧上。
其中，多个电极驱动单元阵列排布，多个硅电极阵列排布。
其中，金属布线进一步包括驱动连接片，连接于多个电极驱动单元；驱动连接片用于与外部电路之间连接，以使得外部电路通过驱动连接片控制电极驱动单元。
其中，硅电极的表面铺设有电介质层。
其中，硅电极为低阻硅电极。
为解决上述技术问题，本申请提出一种微元件转移装置的制造方法。制造方法包括：提供一基板，基板包括平坦表面。在基板的平坦表面形成金属布线，金属布线包括多个电极驱动单元。在金属布线上形成多个硅电极，每一硅电极对应一电极驱动单元设置。
其中，在金属布线上形成多个硅电极，包括：在金属布线上沉积形成硅电极层；对硅电极层进行图案化处理，以形成多个硅电极。
其中，在金属布线上形成多个硅电极，包括：提供一硅片，硅片包括衬底层和顶层硅；对顶层硅进行图案化处理，以形成多个硅电极；将形成多个硅电极的硅片与形成金属布线的基板键合，使硅电极形成于金属布线上。
本申请微元件转移装置包括基板、金属布线和多个硅电极。金属布线，形成于基板的表面，包括多个电极驱动单元。硅电极，形成于金属布线背对基板的一侧，每一硅电极对应一电极驱动单元设置，被电极驱动单元驱动以拾取或释放微元件。本申请的转移装置采用静电吸附微元件实现了微元件的大批量转移，提高了转移效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请微元件转移装置一实施例的结构示意图；
图2是本申请微元件转移装置另一实施例的结构示意图；
图3是图2所示微元件转移装置实施例中电极驱动单元的一种结构示意图；
图4是图2所示微元件转移装置实施例中电极驱动单元的另一种结构示意图；
图5是本申请微元件转移装置制造方法一实施例的流程示意图；
图6是图5所示的制造方法中在金属布线上形成多个硅电极一实施例的流程示意图；
图7是图6所示的制造方法一实施例的工艺过程示意图；
图8是图5所示的制造方法中在金属布线上形成多个硅电极另一实施例的流程示意图；
图9是图8所示的制造方法一实施例的工艺过程示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对发明所提供的一种微元件的转移装置及其制造方法做进一步详细描述。
本申请的转移装置用于实现微元件的转移，以微型发光二极管显示面板为例，本申请转移装置能够实现批量微型发光二极管的选择性转移。其他与微型发光二极管有相同微小特征的微元件均可采用本申请的转移装置实现批量化选择性转移。微型发光二极管即本申请所述的微元件在显示面板中用于实现像素的自发光，一个微元件用作一个像素点，在当前显示面板中，像素点个数一般成千上万，因而对应在显示面板上所设置的微元件也有成千上万个。一般来说，微元件首先在生长基底上延展出，然后由生长基底转移到驱动基板上以构成显示面板，对于该转移过程，本申请所提出的转移装置采用静电吸附微元件，通过给电极施加电压控制电极选择性的拾取或释放微元件，实现微元件的大量转移，提高了显示面板的生产效率。
具体来说，本申请的转移装置请参阅图1，图1是本申请微元件转移装置一实施例的结构示意图。本实施例微元件转移装置100包括基板11，金属布线12和多个硅电极13。
基板11用作承载实现静电转移的金属布线12和硅电极13，其所选的材料可以是透明或非透明的材料，例如硅或派热克斯(Pyrex)玻璃。基板11为平坦结构，其设置金属布线的表面为平坦表面111，金属布线12包括多个电极驱动单元，形成于基板11的平坦表面111。即通过在基板11的平坦表面111进行金属布线12，以形成多个电极驱动单元，由于金属布线12形成在平坦表面111，其自身也形成为平坦层，因而相较于形成在凹凸表面，本实施例中形成在平面的金属布线12可以更为精细化。金属布线12构成了电传输电路，可实现对每个电极的单独驱动。
硅电极13形成于金属布线12背对基板11的一侧，每一个硅电极13对应一个电极驱动单元设置，被电极驱动单元驱动以拾取或释放微元件。本实施例中，形成在金属布线12上的硅电极13可同时作为对应微元件的凸点结构和实现静电吸取的静电电极。其中，硅电极13使用硅材料制作，可通过晶圆键合的方式直接形成在平坦的金属布线12上，若采用其他材料制作凸点结构或静电电极，则需要设置凹凸结构，并在凹凸结构上形成金属布线来构成静电电极，且还需在静电电极上设置凸点结构以对应吸取微元件。
并且，硅电极13直接形成在平坦的金属布线12上，可设置构成较高的静电电极，从而对微元件产生一定强度的吸附力，并且一定高度的静电电极对其相邻微元件的静电吸附影响较小。而在凹凸结构上形成金属布线来构成静电电极的方式中，凹凸结构不能过高，否则不利于金属布线。因而本实施例中采用硅电极，不仅结构简单，工艺简单，而且在对微元件的吸附上更为高效稳固。此外，本实施例的转移装置通过金属布线构成电极驱动单元，以控制每个硅电极，当向金属布线，即向电极驱动单元施加电压时，硅电极形成静电吸附力拾起微元件。本实施例转移装置的每个电极驱动单元可单独控制，即每个硅电极可独立驱动，继而可实现选择性拾取或释放微元件。
基于图1所示转移装置实施例，本申请进一步提出另一实施例，可参阅图2，图2是本申请微元件转移装置另一实施例的结构示意图。转移装置200包括基板21、金属布线22、多个硅电极23、绝缘层24、电介质层25。对图1所示实施例的描述内容均可应用于图2所示实施例，在此不再赘述。
需要说明的是，本实施例中，基板21厚度为250～1000μm，其表面还形成有平坦的绝缘层24，而金属布线22则形成于绝缘层24表面，绝缘层24可由氧化硅、氮化硅或三氧化铝等材料沉积而成，以便于金属布线22的沉积，且避免硅材料的基板21影响金属布线22。绝缘层24的厚度可以为0.1～3μm。
金属布线22可采用单层金属制造形成，具体采用微电子金属材料，如Cr、Cu、Au、Ni、W、Mo、Ti、TiN等，其厚度可以为0.1～1μm。金属布线22也可采用多层金属制造形成。例如本实施例中金属布线22包括依次层叠于基板上的粘附金属层和键合金属层，其中，粘附金属层采用容易粘附于绝缘层24上的金属Ti、TiN等，厚度可以为0.1～1μm，而键合金属层则采用容易与硅电极实现键合的材料Au等，厚度可以为0.1～2μm。硅电极23也形成于键合金属层背对基板21的一侧上。
硅电极23形成于键合金属层背对基板的一侧。硅电极23可以是单电极也可以是双电极，对于不同类型的电极，金属布线22采用不同的设计，即所形成的电极驱动单元221相应采用不同结构。
具体请参阅图3和图4，图3是图2所示微元件转移装置实施例中电极驱动单元的一种结构示意图，图4是图2所示微元件转移装置实施例中电极驱动单元的另一种结构示意图。
图3和图4的电极驱动单元结构分别对应单电极和双电极，图3中电极驱动单元221包括一个驱动导线区2211和一个电极键合区2212；而图4中的电极驱动单元221则包括两个电极驱动线2211和两个电极键合区2212。
其中驱动导线区2211用于连接到驱动线路，而电极键合区2212则用于连接到硅电极23，因而本实施例中，粘附金属层主要构成驱动导线区2211，键合金属层则主要构成电极键合区2212。硅电极23即形成于电极键合区2212背对基板21的一侧上。
对于类似微型发光二极管显示面板中阵列排布的微型发光二极管，本申请对于阵列排布的微元件的转移，也相应采用阵列排布的设计，即金属布线22中的多个电极驱动单元221采用阵列排布，形成于金属布线22上的硅电极23也采用阵列排布。
为了实现对电极驱动单元221的电驱动，所形成的金属布线22中还包括驱动连接片222，驱动连接片222连接与多个电极驱动单元221与外部电路之间，使得外部电路通过驱动连接片222控制电极驱动单元221。
本实施例在硅电极23的表面还铺设有电介质层25，可有效防止电荷逸出。绝缘层24和电介质层25的材料可以是一样的，简化制作工艺。它们的材料可采用二氧化硅、氮化硅和三氧化二铝等绝缘介质，厚度设置为0.1～2μm。此外，硅电极23可以选择低阻硅作为电极，导电性能更佳。
本实施例中对移动装置的金属布线做了进一步的改进，将所有的金属布线都设置在平坦的绝缘层表面，既能单独控制每一个硅电极，也方便了工艺的制作。
由于微元件的体积很小，转移装置的硅电极也要设计得很小，本申请的微元件转移装置主要是利用微电机***(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)工艺制作所得。MEMS是指尺寸在几毫米乃至更小的高科技装置，内部结构一般在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能***。
具体制造过程请参阅图5，图5是本申请微元件转移装置制造方法一实施例的流程示意图。
S11：提供一基板。
本实施例中可选取一单晶硅片作为基板，其厚度250～1000μm。
S12：在基板的平坦表面形成绝缘层。
在基板一平坦表面制作绝缘层，可以选择沉积二氧化硅或氮化硅等绝缘材料，绝缘层厚度可选择在0.1～3μm。
S13：在绝缘层表面形成金属布线，金属布线包括多个电极驱动单元。
本实施例中，可采用溅射工艺完成金属布线的制作，对应于上述实施例，金属布线可以是单层金属，也可以是多层金属。以两层金属为例，可先在绝缘层表面溅射粘附金属层，以作为布线金属，材料可以选择为Ti和TiN，厚度为0.1～2微米；然后溅射工艺形成键合金属层，材料可以为Au，厚度为0.1～2微米。最后光刻腐蚀以图案化金属布线，形成电极驱动单元和驱动连接片。
S14：在金属布线上形成多个硅电极，每一个硅电极对应一电极驱动单元设置。
本步骤S14形成硅电极可以有多种工艺完成。首先请参阅图6和图7，图6是图5所示的制造方法中在金属布线上形成多个硅电极一实施例的流程示意图，图7是图6所示的制造方法一实施例的工艺过程示意图。
S141：在金属布线上沉积形成硅电极层。
可以采用化学气相沉淀(Chemical Vapor Deposition，CVD)或离子注入在金属布线及基板上沉积形成硅电极层，具体采用低阻硅。
S143：对硅电极层进行图案化处理，以形成多个硅电极。
可以使用光刻刻蚀硅电极层20，对应于电极驱动单元最终形成图案化的凸点硅电极。
本方式主要采用沉积和刻蚀工艺完成硅电极结构，工艺简单。
其次，请参阅图8和图9，图8是图5所示的制造方法中在金属布线上形成多个硅电极另一实施例的流程示意图。图9是图8所示的制造方法一实施例的工艺过程示意图。
S142：提供一硅片，硅片包括衬底层和顶层硅。
硅片30可以选择绝缘层上硅(SOI)材料，其具体包括顶层硅和衬底层，以及二者之间的埋氧层。该结构的硅片减少了寄生电容，具有更低的功耗。顶层硅的厚度选择1～100微米间，且电阻率小于1欧姆每厘米。
S144：对顶层硅进行图案化处理，以形成多个硅电极。
刻蚀顶层硅形成多个硅电极，刻蚀深度为1～100微米，该刻蚀深度则最终作为所得到硅电极的高度。
S146：将形成多个硅电极的硅片与形成金属布线的基板键合，使硅电极形成于金属布线上。
将硅片30与基板进行晶圆键合，例如基板上的金属布线的键合金属采用金，则可通过金硅共晶键合等键合方式完成本步骤。然后通过刻蚀工艺去除硅片30的衬底层和埋氧层，以最终在基板上形成凸点硅电极。
本实施例中主要通过晶圆键合和刻蚀工艺完成硅电极的制作，工艺简单。
在完成步骤S14后，进一步的，本实施例中还进行步骤S15。
S15：在硅电极表面铺设电介质层，并在转移装置上形成驱动连接片。
在硅电极的表面铺设电介质层，本实施例中，可以通过原子层沉积生长致密的三氧化二铝，厚度可以为0.1～2微米。三氧化二铝是一种高硬度的化合物，且不具有导电性，是一种兼具保护作用的绝缘介质。最后，可以利用光刻刻蚀部分电介质层，以露出部分金属布线作为能够与外部电路连接的驱动连接片。
本实施例中公开了一种微元件转移装置的制造方法，该方法操作简单，工艺简单，在实际生产中容易大批量制作，具有较高的实用性和使用性。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种微元件的转移装置，其特征在于，包括：
基板，包括平坦表面，所述平坦表面形成有绝缘层；
金属布线，形成于所述基板的平坦表面的所述绝缘层上，包括多个电极驱动单元；
多个硅电极，形成于所述金属布线背对所述基板的一侧上，每一所述硅电极对应一所述电极驱动单元设置，被所述电极驱动单元驱动以拾取或释放所述微元件；
所述金属布线包括依次层叠于所述绝缘层上的粘附金属层和键合金属层，所述硅电极形成于所述键合金属层背对所述基板的一侧上；其中所述硅电极与所述键合金属层晶圆键合连接；
所述电极驱动单元包括电极键合区和驱动导线区；所述硅电极形成于所述电极键合区背对所述基板的一侧上，其中所述粘附金属层形成所述驱动导线区，所述键合金属层形成所述电极键合区。
2.根据权利要求1所述的转移装置，其特征在于，所述多个电极驱动单元阵列排布，所述多个硅电极阵列排布。
3.根据权利要求1所述的转移装置，其特征在于，所述金属布线进一步包括驱动连接片，连接于所述多个电极驱动单元；所述驱动连接片用于与外部电路之间连接，以使得所述外部电路通过所述驱动连接片控制所述电极驱动单元。
4.根据权利要求1所述的转移装置，其特征在于，所述硅电极的表面铺设有电介质层。
5.根据权利要求1所述的转移装置，其特征在于，所述硅电极为低阻硅电极。
6.一种微元件转移装置的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：
提供一基板，所述基板包括平坦表面，在所述平坦表面形成绝缘层；
在所述基板的平坦表面的绝缘层形成金属布线，所述金属布线包括多个电极驱动单元；
在所述金属布线上形成多个硅电极，每一所述硅电极对应一电极驱动单元设置；
在所述金属布线依次层叠于所述绝缘层上的粘附金属层和键合金属层，所述硅电极形成于所述键合金属层背对所述基板的一侧上；其中所述硅电极与所述键合金属层晶圆键合连接；
所述电极驱动单元包括电极键合区和驱动导线区；所述硅电极形成于所述电极键合区背对所述基板的一侧上，其中所述粘附金属层形成所述驱动导线区，所述键合金属层形成所述电极键合区。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述在所述金属布线上形成多个硅电极，包括：
在所述金属布线上沉积形成硅电极层；
对所述硅电极层进行图案化处理，以形成所述多个硅电极。
8.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述在所述金属布线上形成多个硅电极，包括：
提供一硅片，所述硅片包括衬底层和顶层硅；
对所述顶层硅进行图案化处理，以形成所述多个硅电极；
将形成多个所述硅电极的硅片与形成金属布线的基板键合，使所述硅电极形成于所述金属布线上。
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