DE102016109459B4 - Optimierter Transfer Print (Überführungsdruck) zwischen Trägersubstraten als Verfahren, Trägersubstrat und mikro-technisches Bauelement - Google Patents

Optimierter Transfer Print (Überführungsdruck) zwischen Trägersubstraten als Verfahren, Trägersubstrat und mikro-technisches Bauelement Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Überführung von Bauelementen von einem ersten Trägersubstrat (10) auf ein zweites Trägersubstrat (20), mit- externes Herstellen von ersten Bauelementen (12) auf dem ersten Trägersubstrat (10) in einem zweidimensionalen Raster (X+X, Y+Y);- internes Festlegen von Positionen auf dem zweiten Trägersubstrat (20) auf der Grundlage des zweidimensionalen Rasters und von auf dem zweiten Trägersubstrat (20) hergestellten zweiten Bauelementen (22) für zumindest einige der ersten Bauelemente (12);- Ablösen mehrerer Bauelemente (24) der ersten Bauelemente (12) von dem ersten Trägersubstrat (10) unter Beibehaltung des zweidimensionalen Rasters;- Aufbringen der mehreren Bauelemente (24) auf das zweite Trägersubstrat (20) an den festgelegten Positionen unter Beibehaltung des zweidimensionalen Rasters,- wobei Rastermaße des zweidimensionalen Rasters in zwei zueinander linear unabhängigen Richtungen jeweils der Summe der Größe (X, Y) eines ersten Bauelements (12) und des für seine Ablösung erforderlichen Zwischenraums (X, Y) in der jeweiligen linear unabhängigen Richtung entsprechen,- wobei die festgelegten Positionen auf dem zweiten Trägersubstrat (20) ganzzahligen Vielfachen der Rastermaße des zweidimensionalen Rasters in den linear unabhängigen Richtungen entsprechen.

Description

  • Die Offenbarung betrifft allgemein das technische Gebiet der Herstellung von mikro-technischen Bauelementen, also Bauelemente, die unter Anwendung von mikro-technischen Prozessen, die zB. zur Herstellung von integrierten Schaltungen, mikro-mechanischen, mikro-opto-elektronischen, mikro-elektro-mechanischen Komponenten angewendet werden, in denen zumindest einige Abmessungen von Komponenten im Bereich von einigen 100µm bis unter 1µm liegen. Insbesondere betrifft diese Offenbarung das Gebiet der mikro-technischen Bauelemente, wobei Bauelemente oder Komponenten davon auf einem Trägersubstrat hergestellt und anschließend auf ein weiteres Trägersubstrat, auf welchem andere Bauelemente hergestellt sein können, überführt werden.
  • Bei der Herstellung von modernen mikro-technischen Bauelementen, zB. integrierten Schaltungen, und dergleichen, gibt es zunehmend Bestrebungen, unterschiedliche Fertigungsprozesse und daraus resultierende Bauelemente oder Komponenten miteinander zu kombinieren, um etwa die unterschiedlichen Eigenheiten der diversen Fertigungsprozesse und der dabei angewandten Materialien in geeigneter Weise zusammen zu führen. In dieser Hinsicht wird eine Technik des so genannten Überführungsdruckens (so genannter „Transfer Print“) angewendet, wobei beispielsweise Halbleiter-Bauelemente von einer ersten Halbleiterscheibe gelöst und mit einem Stempel auf eine zweite Halbleiterscheibe überführt und dort aufgedruckt bzw. aufgebracht werden.
  • US 2009/0294803 A1 , DE 11 2011 101 135 T5 und US 8 664 699 B2 beschreiben die Technik des Überführungsdrucks, bei welchem Halbleiter-Bauelemente von einer ersten Halbleiterscheibe mittels eines aus Elastomermaterial hergestellten Stempels auf ein neues Substrat überführt werden können. Dieses zweite Substrat könnte beispielsweise auch eine zweite Halbleiterscheibe sein. Die zu überführenden Bauelemente werden zunächst maskiert und seitlich frei geätzt. Bei diesem Ätzschritt wird bis auf kleine so genannte brechbare Anbinde-Elemente um das Bauelement herum geätzt. In einem nächsten Ätzschritt wird unterhalb des Bauelements Material weg geätzt, so dass das Bauelement nunmehr im Wesentlichen frei liegt und nur noch von den Anbinde-Elementen mechanisch gehalten wird. Einige Bauelemente werden in konformen Kontakt mit der Oberfläche des Stempels gebracht, so dass diese Bauelemente durch Haftung am Stempel von der ersten Halbleiterscheibe abgelöst werden können, d.h. die Anbinde-Elemente werden gebrochen. Anschließend werden die am Stempel anhaftenden Bauelemente in konformen Kontakt mit dem neuen Trägersubstrat gebracht und dort fixiert.
  • Mit diesem Verfahren ist es beispielsweise möglich, mehrere auf einem ersten Trägersubstrat hergestellte Bauelemente, zB. Gallium-Nitrid-Transistoren (GaN-Transistoren) pro Stempelvorgang von einer ersten Halbleiterscheibe auf eine zweite Halbleiterscheibe zu überführen, wobei sich die erste und die zweite Halbleiterscheibe in einer oder mehreren Eigenschaften voneinander unterscheiden können. Beispielsweise können sich die Halbleiterscheiben, die als entsprechende Trägersubstrate dienen, in der Materialart, in der Kristallorientierung, im Scheibendurchmesser und in der Scheibendicke unterscheiden, und es werden gegebenenfalls unterschiedliche Prozesstechniken eingesetzt, um auf den jeweiligen Trägersubstraten die gewünschten Bauelemente bzw. Komponenten herzustellen. Nach dem Überführungsdruck können in weiteren Halbleiterprozess-Verarbeitungsschritten beispielsweise Isolationsschichten und/oder leitfähige Schichten über dem zweiten Trägersubstrat, das nunmehr an geeigneten Positionen die zuvor überführten Bauelemente aufweist, abgeschieden und anschließend strukturiert werden, um die für die gewünschte Funktion erforderlichen mechanischen und/oder elektrischen und/oder optischen Verbindungen herzustellen. Die Bearbeitung auf der Basis des gesamten Trägersubstrats ermöglicht eine kostengünstige Fertigung, da die Bearbeitung für eine Vielzahl von zusammengesetzten Bauelementen, zB. von Schaltkreisen, im gleichen Arbeitsschritt erfolgt, wie dies auch für die Herstellung standardmäßiger integrierter Schaltungen bekannt ist. Beispielsweise können GaN-Transistoren mit hoher Elektronenbeweglichkeit und damit hoher Leitfähigkeit durch eine mit Kontaktdurchführungen versehenen Isolationsschicht nach ihrer Überführung auf ein anderes geeignetes Trägersubstrat abgedeckt, strukturiert und mit einer Metallschicht verdrahtet werden.
  • US 7 932 123 B2 beschreibt Verfahren, bei denen mit mehreren so genannter „Ablöseschichten oder Freigabeschichten“ die funktionalen Strukturen, die auf einem geeigneten Trägersubstrat hergestellt wurden, „druckbar“ gemacht werden, so dass sie auf ein weiteres Trägersubstrat überführt werden können.
  • US 7 943 491 B2 und US 2013/0069275 A1 beschreiben ein kinetisch gesteuertes Verfahren, wobei durch die Ablösegeschwindigkeit bzw. Separationsgeschwindigkeit die auftretenden Adhäsionskräfte zwischen einem zu übertragenden Bauelement und dem Transferstempel verändert werden, um die zu übertragenden Bauelemente zeitweilig am Stempel zu befestigen und schließlich endgültig auf dem Empfänger zu fixieren. Bei schneller Ablösung werden hohe Adhäsionskräfte erzeugt, so dass die Bauelemente am Stempel temporär anhaften und vom Spender gelöst werden. Andererseits wird durch eine geringe Separationsgeschwindigkeit und damit durch eine kleine Adhäsionskraft ein Ablösen der Bauelemente von dem Überführungsstempel erreicht.
  • US 7 799 699 B2 beschreibt das Freiätzen von AlGaN/GaN-Hetero-Bauelementen auf (111-) Silizium. Durch eine geeignete Maskierung und vertikales Plasma-Ätzen werden freiliegende, d.h., nicht maskierte, Gräben neben dem Bauelement geätzt. In horizontaler Richtung werden die Bauelemente durch eine Ätzung des Silizium-Trägersubstrats mit Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) unter dem Bauelement frei geätzt. Eine mechanische Fixierung in horizontaler Richtung erfolgt durch geeignete Unterbrechungen der Gräben. Dies können Materialstege oder Anbinde-Elemente sein, die nicht weg geätzt werden.
  • US 2013/0210194 A1 offenbart ein elektrostatisches Transfer-Verfahren und bezieht sich auf das Transfer-Print Verfahren mit elastomeren Stempeln. Es wird ein Verfahren beschrieben mit einem ersten Träger mit darauf in einem Raster bereitgestellten ersten Bauelementen und einem zweiten Träger mit funktionalen Bauelementen, wie Transistoren, als zweiten Bauelementen, ebenfalls im Raster gebildet. Das Ablösen vom ersten Träger erfolgt mit einem Kopf/Stempel. Unter Beibehaltung des Rasters werden mehrere der ersten Bauelemente auf den zweiten Träger aufgebracht. Weitere erste Bauelemente, die auf dem ersten Träger bisher nicht abgelöst wurden, stehen zum Aufbringen an noch nicht belegte Positionen auf dem zweiten Träger bereit.
  • EP 2 339 614 A1 zeigt ein Transfer-Verfahren mit einem ersten Träger und darauf in einem Raster hergestellte erste Bauelementen, wie MEMS oder CMOS, und mit einem zweiten Träger, wie einem PCB oder einem Bauelementträgersubstrat, mit zweiten Bauelementen, wobei ein weiterer Träger die Bauelemente vom ersten Träger ablöst und auf den zweiten Träger aufbringt.
  • Die bekannten Techniken zur Herstellung von Bauelementen oder Komponenten davon auf einem ersten Trägersubstrat und deren Überführung auf ein zweites Trägersubstrat, das beispielsweise zur Herstellung anderer Bauelemente verwendet wird, erlauben die Herstellung effektiver mikro-technischer Bauelemente, zB. in Form integrierter Schaltungen, in denen unterschiedliche Komponenten eingesetzt werden, beispielsweise Steuerungselektronik auf der Grundlage der CMOS-Technologie in Verbindung mit Leistungstransistoren, die durch eine andere Technik hergestellt sind, so dass dieses Gebiet der Mikro-Technik eine große Bandbreite für vielseitige und leistungsfähige Bauelemente bereitstellt. Jedoch ist die Effizienz bei der Überführung von Bauelementen von einem Trägersubstrat auf ein weiteres Trägersubstrat relativ gering, da nur einige wenige Bauelemente oder auch nur ein einzelnes Bauelement pro Vorgang von dem ersten Trägersubstrat auf die gewünschte Position auf dem zweiten Trägersubstrat überführt werden.
  • Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, die Überführung von Bauelementen oder Bauelemente-Komponenten von einem Trägersubstrat auf ein weiteres Trägersubstrat oder auf mehrere Trägersubstrate so zu verbessern, dass eine größere Anzahl von Bauelementen effizient auf einem Trägersubstrat hergestellt und mit möglichst kleinem Aufwand, beispielsweise mit möglichst wenig Überführungsschritten, auf zumindest ein weiteres Trägersubstrat überführt werden kann.
  • Die beanspruchten Erfindungen bauen auf der Erkenntnis auf, dass die geometrischen Eigenschaften der zu überführenden Bauelemente sowie die zu ihrer Ablösung vom Trägersubstrat erforderlichen Maßnahmen bei der Auswahl der geeigneten Positionen auf dem weiteren Trägersubstrat berücksichtigt werden, auf das die Bauelemente zu überführen sind. Die Positionen, an denen die zu überführenden Bauelemente auf dem empfangenden weiteren Trägersubstrat anzuordnen sind, werden so festgelegt, dass zum einen die funktionalen Erfordernisse, z.B. die Anbindung an bestehende Bauelemente oder Bauelemente-Strukturen auf dem empfangenden Trägersubstrat berücksichtigt sind oder in nachfolgenden Prozessschritten berücksichtigt werden können, und zum anderen die für die Herstellung der zu überführenden Bauelemente und deren Ablösung von ihrem Trägersubstrat erforderlichen geometrischen Gegebenheiten berücksichtigt sind, so dass beim Ablösen vom Trägersubstrat der zu überführenden Bauelemente und beim Aufbringen auf dem anderen Trägersubstrat jeweils die räumlichen Beziehungen zwischen den mehreren zu überführenden Bauelementen und den - auf dem empfangenden Trägersubstrat festgelegten - Positionen übereinstimmen. Es ist also möglich, bereits beim Ablösen der mehreren Bauelemente, die in einem einzelnen Schritt zu überführen sind, die durch ihre Anordnung auf der Trägerscheibe vorgegebene Geometrie zu nutzen und beizubehalten, da die räumliche Anordnung der festgelegten Positionen auf dem empfangenden Trägersubstrat ebenfalls unter Nutzung der gleichen Geometrie festgelegt ist (worden ist).
  • Insbesondere wird gemäß einer ersten Erfindung (Anspruch 1) der beanspruchten Erfindungsgruppe die zuvor genannte Aufgabe durch ein Verfahren zur Überführung von Bauelementen von einem ersten Trägersubstrat auf ein zweites Trägersubstrat gelöst. Das Verfahren umfasst die Herstellung von Bauelementen auf dem ersten Trägersubstrat in einem zweidimensionalen Raster. Es werden Positionen auf dem zweiten Trägersubstrat auf der Grundlage des zweidimensionalen Rasters für zumindest einige der Bauelemente festgelegt. Es werden mehrere der Bauelemente von dem ersten Trägersubstrat unter Beibehaltung des zweidimensionalen Rasters abgelöst und die mehreren Bauelemente werden auf dem zweiten Trägersubstrat an den festgelegten Positionen unter Beibehaltung des zweidimensionalen Rasters aufgebracht.
  • Dadurch gelingt es, mehrere Bauelemente des ersten Trägersubstrats, das beispielsweise eine Halbleiterscheibe ist, pro Überführung in geeigneter Weise zu platzieren, da die festgelegten Positionen auf dem zweiten Trägersubstrat, das beispielsweise ebenfalls eine Halbleiterscheibe sein kann, Positionen des zweidimensionalen Rasters repräsentiert. Es können also pro Überführung mehrere Bauelemente gleichzeitig auf mehrere festgelegte Positionen übertragen werden, wobei beim Ablösen eben diejenigen Bauelemente in dem zweidimensionalen Raster ausgewählt werden, die den Positionen auf dem zweiten Trägersubstrat entsprechen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechen die festgelegten Positionen auf dem zweiten Trägersubstrat ganzzahligen Vielfachen der Rastermaße des zweidimensionalen Rasters in den jeweiligen linear unabhängigen Richtungen. D.h., die Positionen auf dem zweiten Trägersubstrat, und damit auch die Anordnung der zu überführenden Bauelemente in möglicherweise bereits hergestellten Bauteilen bzw. Bauteilkomponenten auf dem zweiten Trägersubstrat, liegen auf Rasterpunkten, die durch das zweidimensionale Raster vorgegeben sind, so dass die Abstände der jeweiligen festgelegten Positionen und damit der auf das zweite Trägersubstrat zu überführenden Bauelemente als entsprechende Vielfache der Rastermaße des zweidimensionalen Rasters sind, und damit ohne weitere Maßnahmen, bis auf die ohnehin erforderliche Justierung bei der Überführung, beispielsweise die Justierung eines Stempels, eine Vielzahl von Bauelementen auf den korrekten Positionen angeordnet werden. Für jeden Überführungsschritt werden somit diejenigen Rasterpunkte auf dem ersten Trägersubstrat ausgewählt, die den festgelegten Positionen auf dem zweiten Trägersubstrat entsprechen und in eine Fläche passen, beispielsweise die Fläche eines Überführungsstempels, die für das Kontaktieren, Ablösen und Aufbringen verfügbar ist.
  • Die Auswahl der festgelegten Positionen auf dem empfangenden Trägersubstrat erfolgt also unter Berücksichtigung der geometrischen Aspekte im Hinblick auf die Größe der zu überführenden Bauteile und des für deren Ablösung erforderlichen Platzbedarfs um die Bauelemente herum, so dass die Anordnung der zu überführenden Bauelemente auf dem zweiten Trägersubstrat so erfolgt, dass eine effiziente Ausnutzung der Fläche des Trägersubstrats erreicht werden kann. Gleichzeitig dient dieses bei der Herstellung der zu überführenden Bauelemente entstehende Raster auch als Grundlage für die Auswahl der festgelegten Positionen auf dem zweiten Trägersubstrat. Beispielsweise können bereits Bauelemente auf dem zweiten (dem empfangenden) Trägersubstrat hergestellt sein, wobei deren Herstellung unter Berücksichtigung des zweidimensionalen Rasters so erfolgt, dass zumindest alle Positionen, an denen die zu überführenden Bauelemente anzubringen sind, auf der Grundlage des zweidimensionalen Rasters festgelegt sind. Dabei sind selbstverständlich auch entsprechende Entwurfskriterien so zu berücksichtigen, dass eine gewünschte Anbindung in elektrischer und/oder mechanischer und/oder optischer Hinsicht erreicht wird oder in nachfolgenden Prozessschritten erreicht werden kann.
  • Insbesondere in der Variante, in der Rastermaße des zweidimensionalen Rasters der Summe der Größe und des für seine Ablösung erforderlichen Zwischenraums in der jeweiligen linear unabhängigen Richtung entsprechen, beispielsweise in zwei zueinander senkrechten Richtungen, wie dies bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen üblicherweise der Fall ist, ergibt sich eine optimale Nutzung der Fläche des ersten Trägersubstrats, da nur der minimal erforderliche Flächenbedarf zur Herstellung und Ablösung der Bauelemente das Rastermaß, also der Abstand zweier benachbarter Rasterpunkte, festlegt und somit eine maximale Anzahl der zu überführenden Bauelemente auf dem ersten Trägersubstrat hergestellt werden kann.
  • In einer weiteren Variante werden weitere Bauelemente auf dem zweidimensionalen Raster auf dem ersten Trägersubstrat, die bislang nicht abgelöst wurden, abgelöst und auf dem zweiten Trägersubstrat unter Beibehaltung des zweidimensionalen Rasters an noch nicht belegten festgelegten Positionen aufgebracht. Somit kann der Schritt des Überführens mit einer Vielzahl von Bauelementen wiederholt werden, die ebenfalls auf der Grundlage des zweidimensionalen Rasters auf dem ersten Trägersubstrat abgelöst und gleichzeitig korrekt auf dem zweiten Trägersubstrat angeordnet werden können.
  • In einer weiteren Variante werden zweite Bauelemente auf dem zweiten Trägersubstrat unter Berücksichtigung des zweidimensionalen Rasters derart hergestellt, dass die festgelegten Positionen eine zur Funktion erforderliche räumliche Beziehung zu den zweiten Bauelementen haben. Wie zuvor angedeutet können so auf dem zweiten Trägersubstrat ebenfalls Bauelemente hergestellt werden, die zu ihrer korrekten Funktion ein oder mehrere der ersten Bauelemente erfordern, wobei die Anordnung und/oder die gesamte Gestaltung der zweiten Bauelemente so erfolgt, dass zumindest die festgelegten Positionen unter Berücksichtigung des zweidimensionalen Rasters ausgewählt sind. Wenn beispielsweise viele zweite Bauelemente, zB. als bevorzugt CMOS-integrierte Schaltungen, auf einer Halbleiterscheibe hergestellt werden und jeweils ein erstes Bauelement in jedem zweiten Bauelement vorgesehen ist, um die gewünschte Funktion zu erhalten, erfolgt die Herstellung der zweiten Bauelemente so, dass bauelemente-übergreifend die Positionen unter Berücksichtigung des zweidimensionalen Rasters ausgewählt sind. Auf diese Weise können die ersten Bauelemente für eine Vielzahl von zweiten Bauelementen, abhängig von der flächigen Ausdehnung der für die Überführung verwendeten Einrichtung, beispielsweise eines Elastomer-Stempels, übertragen und angeordnet werden.
  • Gleiches gilt für eine Situation, in der zumindest in einigen der zweiten Bauelemente zwei oder mehr erste Bauelemente aufzunehmen sind, wobei dann auch innerhalb eines einzelnen zweiten Bauelements die jeweiligen festgelegten Positionen entsprechend dem zweidimensionalen Raster ausgewählt werden, so dass nicht nur erste Bauelemente für unterschiedliche zweite Bauelemente sondern auch mehrere erste Bauelemente, die in einzelnen zweiten Bauelementen anzuordnen sind, gleichzeitig überführt werden können. In einer vorteilhaften Variante werden die zweiten Bauelemente unter Anwendung von CMOS-Prozesstechniken hergestellt. Auf diese Weise ist es möglich, gut bekannte und bewährte Prozesstechniken der CMOS-Technologie für die zweiten Bauelemente zu verwenden, während gleichzeitig in optimierter Weise die ersten Bauelemente, die somit Eigenschaften aufweisen, die durch standardmäßige CMOS-Techniken nicht oder nur unter erhöhtem Aufwand erhalten werden könnten, integriert werden können. Auch der umgekehrte Fall ist möglich, wenn auf dem ersten Trägersubstrat über CMOS-Prozesstechniken solche CMOS-Bauelemente als erste Bauelemente hergestellt werden, die auf das zweite Trägersubstrat übertragen werden.
  • In einer weiteren Variante werden auf einem weiteren Trägersubstrat Positionen auf der Grundlage des zweidimensionalen Rasters für zumindest einige der Bauelemente festgelegt und mehrere Bauelemente des ersten Trägersubstrats unter Beibehaltung des zweidimensionalen Rasters an den Positionen auf dem weiteren Trägersubstrat aufgebracht.
  • In einer Variante unterscheidet sich eine Anordnung der Positionen auf dem zweiten Trägersubstrat von einer Anordnung der Positionen auf dem weiteren Trägersubstrat. Das erste Trägersubstrat oder auch mehrere erste Trägersubstrate mit gleicher Beschaffenheit können verwendet werden, um in effizienter Weise die ersten Bauelemente auf Trägersubstrate mit generell unterschiedlicher Gestaltungsform zu überführen. Beispielsweise können auf dem zweiten Trägersubstrat und dem weiteren Trägersubstrat Bauelemente, d.h. integrierte Schaltungen, oder dergleichen, hergestellt werden, in denen beispielsweise die Anzahl der erforderlichen ersten Bauelemente und/oder deren Lage unterschiedlich sind, wobei dennoch keine Änderungen im Herstellungsprozess für die zu überführenden Bauelemente auf dem ersten Trägersubstrat erforderlich sind. Da auch auf dem weiteren Trägersubstrat die dort ausgewählten Positionen unter Berücksichtigung des zweidimensionalen Rasters ausgewählt sind, ist es beim Überführen lediglich erforderlich, die entsprechenden Rasterpositionen für das Ablösen auf der ersten Trägerscheibe auszuwählen und die abgelösten ersten Bauelemente auf das weitere Trägersubstrat zu überführen, an welchem sie automatisch korrekt positioniert sind.
  • Das Ablösen mehrerer der ersten Bauelemente von dem ersten Trägersubstrat und ein Überführen zum Aufbringen der mehreren Bauelemente auf das zweite Trägersubstrat kann mit einem Stempel erfolgt, dessen untere Stempelfläche dem zweidimensionalen Raster angepasst ist. Er vermag die Bauelemente durch Aufbringen von Adhäsionskräften vom ersten Trägersubstrat abzuheben.
  • Gemäß einer weiteren Erfindung (Anspruch 9) wird die genannte Aufgabe durch ein Trägersubstrat gelöst, das mikro-technische Bauelemente aufweist. Das Trägersubstrat umfasst extern hergestellte Bauelemente, die auf einem externen Trägersubstrat hergestellt und an festgelegten Positionen auf dem beanspruchten Trägersubstrat überführt worden sind. Das Trägersubstrat umfasst ferner auf dem Trägersubstrat intern hergestellte Bauelemente, die eine zur Funktion erforderliche räumliche Beziehung zu den extern hergestellten Bauelementen haben, wobei die festgelegten Positionen in einem zweidimensionalen Raster angeordnet sind, dessen Rastermaße in zwei linearen, unabhängigen Richtungen auf der Grundlage der Größe eines extern hergestellten Bauelements und eines für seine Ablösung erforderlichen Zwischenraums bestimmt sind.
  • Das beanspruchte Trägersubstrat umfasst somit mehrere mikro-technische Bauelemente, von denen zumindest einige jeweils eine Kombination aus den internen hergestellten und einem oder mehreren extern hergestellten Bauelementen sind, wobei die extern hergestellten Bauelemente aufgrund der Übertragungstechnik, die zuvor beschrieben ist, auf dem beanspruchten Trägersubstrat gemäß einem zweidimensionalen Raster angeordnet sind, dessen Rastermaße eben durch die geometrischen und herstellungsbedingten Eigenschaften der extern hergestellten Bauelemente bestimmt sind, wie dies bereits auch zuvor beschrieben ist. Insbesondere entspricht in einer Variante ein Abstand zweier extern hergestellter Bauelemente auf dem Trägersubstrat in einer jeweiligen linear unabhängigen Richtung einem ganzzahligen Vielfachen des entsprechenden Rastermaßes.
  • Gemäß einer dritten Erfindung wird die zuvor genannte Aufgabe durch ein mikro-technisches Bauelement gelöst (Anspruch 11). Das mikro-technische Bauelement umfasst ein Trägersubstrat mit darin und darauf intern hergestellten Bauelementkomponenten, die zB. eine integrierte Schaltung bilden. Ferner weist das mikro-technische Bauelement, das beispielsweise ein integrierter Schaltungschip sein kann, auf einem externen Trägersubstrat hergestellte und an festgelegten Positionen auf das Trägersubstrat überführte, extern hergestellte Bauelemente. Die intern hergestellten Bauelemente-Komponenten haben eine zur Funktion des mikro-technischen Bauelements erforderliche räumliche Beziehung zu den extern hergestellten Bauelementen, wobei die festgelegten Positionen einem zweidimensionalen Raster folgen, dessen Rastermaße in zwei linearen und unabhängigen Richtungen auf der Grundlage der Größe eines der extern hergestellten Bauelemente und des für seine Ablösung erforderlichen Zwischenraums bestimmt sind.
  • Das beanspruchte mikro-technische Bauelement, z.B. in Form eines integrierten Schaltungschips, weist mehrere extern hergestellte Bauelemente auf, die unter Anwendung der zuvor beschriebenen Techniken von einem anderen Trägersubstrat überführt worden sind und nunmehr Positionen auf dem mikro-technischen Bauelement einnehmen, die einem Raster entsprechen, das zuvor beschrieben ist. Auch hier gilt, dass in einer Variante ein Abstand zweier extern hergestellter Bauelemente in einer jeweiligen linear unabhängigen Richtung einem ganzzahligen Vielfachen des entsprechenden Rastermaßes entspricht.
  • Die Ausführungsformen der Erfindung sind anhand von einem Beispiel oder Beispielen dargestellt und nicht auf eine Weise, in der Beschränkungen aus den Figuren in die Patentansprüche übertragen oder hineingelesen werden. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren geben gleiche oder sehr ähnliche Elemente an.
    • 1 ist eine schematische Ansicht eines ersten Trägersubstrats mit Bauelementen und Zwischenräumen, die ein zweidimensionales Raster bilden, das als Basis für die Positionierung dieser Bauelemente auf einem zweiten Trägersubstrat dient.
    • 2 zeigt ein zweites Trägersubstrat mit zweiten Bauelementen, beispielsweise in Form von Schaltkreisen, und überführten Bauelementen aus dem ersten Trägersubstrat, wobei in dem Ausschnitt mit der vergrößerten Darstellung der 2a die Positionen und die überführten Bauelemente gezeigt sind, die auf der Grundlage des zweidimensionalen Rasters, das durch die ersten Bauelemente auf dem ersten Trägersubstrat bestimmt ist, festgelegt sind.
    • 3 zeigt einen schematischen vertikalen Querschnitt durch einen Stempel 30 mit einer elastomeren Unterseite 31 oder solchen Unterseitenstücken.
  • Generell ermöglichen alle Beispiele der Erfindung, dass auf einem empfangenden Trägersubstrat, z.B. einer Halbleiterscheibe, Bauelemente, z.B. CMOS-Schaltkreise hergestellt sind oder hergestellt werden. Pro Schaltkreis können ein oder mehrere Bauelemente eines Spender-Trägersubstrats, z.B. einer Halbleiterscheibe, per Überführungsdruck platziert werden. Die Bauelemente auf der Spender-Halbleiterscheibe werden sehr effizient, also möglichst vollständig verwendet (im Sinne von möglichst allen Bauelementen pro Trägerscheibe).
  • Pro Stempelvorgang werden dabei möglichst viele Bauelemente gleichzeitig transferiert und auf mehreren Positionen des empfangenden Trägersubstrats, zu dort eventuell anwesenden Bauelementen oder Schaltkreisen, gleichzeitig abgesetzt.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform werden die Positionen für die zu überführenden Bauelemente auf dem empfangenden Trägersubstrat, z.B. der Halbleiterscheibe, ausschließlich in einem Raster angeordnet, dessen Rastermaße in einer ersten Richtung, z.B. in den nachfolgend beschriebenen Figuren, die horizontale Richtung, und in einer zweiten, zur ersten Richtung linear unabhängigen Richtung, in der nachfolgenden Darstellung z.B. die vertikale Richtung, durch die Größe der zu überführenden Bauelemente und dem für das Freiätzen nötigen Zwischenraum auf dem Spender-Trägersubstrat, z.B. eine Halbleiterscheibe, definiert. Die Breite des Zwischenraums oder Ritzgrabens wird dabei durch die technischen Notwendigkeiten für das Freiätzen, z.B. nötige Breite für ein Grabenätzen in die benötigte Tiefe, und die Platzierung der Anbinde-Elemente vorgegeben. Dieses Raster wird auf dem empfangenden Trägersubstrat sowohl für zu überführende Bauelemente in benachbarten Schaltkreisen als auch bei mehreren zu überführenden Bauelementen pro Schaltkreis verwendet.
  • In einer Ausführungsform wird ein Abstand zweier Positionen und somit zweier zu überführender Bauelemente auf dem empfangenden Trägersubstrat in der ersten linear unabhängigen Richtung, z.B. die horizontale Richtung, als ganzzahliges Vielfaches des Rastermaßes in dieser Richtung definiert. In einer vorteilhaften Variante ist das zugrundeliegende Rastermaß die Summe aus der „horizontalen“ Bauelemente-Abmessung plus der horizontalen Zwischenraum-Abmessung. Der Abstand der zweiten Positionen in der anderen linear unabhängigen Richtung, also die „vertikale“ Richtung, ist definiert als ganzzahliges Vielfaches der Summe aus der „vertikalen“ Bauelemente-Abmessung plus der „vertikalen“ Zwischenraum-Abmessung.
  • Die Anordnung der Bauelemente auf dem ersten Trägersubstrat ist in einer Ausführungsform ein möglichst auf allen Positionen besetztes Raster mit dem oben definierten Rastermaß.
  • Die Anordnung der per Überführungsdruck aufgebrachten Bauelemente auf dem empfangenden Trägersubstrat ist ein gleichmäßiges Raster über die gesamte Scheibe, wobei aber nur jede m-te Position in „horizontaler“ Richtung und jede n-te Position in „vertikaler“ Richtung besetzt ist, wobei m, n = 1, 2, 3, ... gilt.
  • Die Anordnung der zu überführenden Bauelemente auf einer Einrichtung zum Überführen, z.B. einem Stempel 30 nach 3, ist daher ein gleichmäßiges Raster, wobei entsprechend den festgelegten Positionen somit nur jede m-te Position in „horizontaler“ Richtung und jede n-te Position in „vertikaler“ Richtung besetzt ist, wobei m, n = 1, 2, 3, ... gilt. D.h. beim Überführungsdruck wird jedes m-te Bauelement in „horizontaler“ Richtung und jedes n-te Bauelement in „vertikaler“ Richtung gleichzeitig überführt. Im nächsten Druckvorgang wird dieses Raster z.B. um ein Rastermaß versetzt und es werden die nächsten Bauelemente überführt.
  • Pro Überführungsvorgang wird eine Vielzahl von Bauelementen gleichzeitig transferiert.
  • Mit wenigen Überführungsdruckvorgängen, abhängig von der Größe der für die Überführung zur Verfügung stehenden Stempelfläche 31, wird das empfangende (zweite) Trägersubstrat komplett bedruckt. Es kann ein Maximum an Bauelementen aus dem (ersten) Trägersubstrat als Spender-Trägersubstrat entnommen und transferiert werden. Insbesondere können mit gleichem Design des ersten Trägersubstrats verschiedene Anordnungen auf dem zweiten Trägersubstrat, d.h. Trägersubstrate mit verschiedenen Bauelementen, so CMOS-Schaltkreisen, und mit verschiedenen Bauelemente-Anordnungen, bedruckt werden.
  • 1 zeigt ein erstes Trägersubstrat 10, z.B. in Form einer ersten Halbleiterscheibe, mit zu transferierenden Bauelementen 12. Die Bauelemente 12 besitzen eine Abmessung XA in einer ersten linearen Richtung, die nachfolgend als horizontale Richtung bezeichnet wird, und eine Abmessung YA in einer zweiten linearen Richtung, die nachfolgend als vertikale Richtung bezeichnet wird. Vertikal verlaufende Zwischenräume 14 mit einer Breite XB und horizontal verlaufende Zwischenräume 16 mit einer Breite YB werden festgelegt durch die Erfordernisse des Freiätzens und der Positionierung von Anbinde-Elementen.
  • 2 zeigt ein zweites Trägersubstrat 20, z.B. in Form einer zweiten Halbleiterscheibe, mit darauf angeordneten zweiten Bauteilen 22, z.B. CMOS-Schaltkreisen. Die CMOS-Schaltkreise 22 enthalten jeweils mindestens ein durch Überführungsdruck platziertes Bauelement 24. Die Kombination aus Bauteil 22 und Bauelement 24 bildet ein mikro-technisches Bauelement, so dass das zweite Trägersubstrat eine Vielzahl mikro-technischer Bauelemente aufweist. Nach der Fertigstellung der Bearbeitung der mikro-technischen Bauelemente, also der Kombination der Bauteile 22 und Bauelemente 24, können diese vereinzelt werden auf der Grundlage bekannter Techniken, so dass z.B. entsprechende Schaltungschips erhalten werden, die zumindest ein überführtes Bauelement und, in einer weiteren Ausführungsform, mehrere überführte Bauelemente 24 aufweisen, deren Position durch die zuvor und nachfolgend beschriebene Überführungsstrategie bestimmt ist.
  • Die Bauelemente 24 entsprechen grundsätzlich den Bauelementen 12 nach deren Überführung von dem ersten Trägersubstrat 10 auf das zweite Trägersubstrat 20 nach 2a, wobei Randbereiche der zu überführenden Bauelemente 12 aufgrund des Vorgangs des Ablösens modifiziert sein können, so dass ein unterschiedliches Bezugszeichen für die Bauelemente vor dem Ablösen und für die Bauelemente nach der Überführung verwendet ist.
  • 3 zeigt einen schematischen vertikalen Querschnitt durch einen Stempel 30 mit einer elastomeren Unterseite 31 oder solchen Unterseitenstücken. Auch ein wesentlicher Abschnitt oder der ganze Stempel kann aus einem nachgiebigem, insbesondere elastomeren Werkstoff gebildet sein, also mehr als zumindest die Unterseite. Er bewegt sich von der Spenderscheibe zu der aufnehmenden Scheibe und führt die Bauelemente 12 mit sich, die er nach Absenken auf der Aufnahmescheibe 20 platziert.
  • Bei seiner Benutzung greift er - durch Adhäsionskräfte anhaftende Bauelemente 12 - von der ersten Scheibe auf, hebt sie ab und überführt sie. Das Anhaften der zu überführenden und durch Abdruck zu platzierenden (per „Überführungsdruck“) Bauelemente 12 auf der Stempelunterseite 31 (der Stempelbodenfläche) erfolgt in horizontaler Richtung mit einem Raster RX und (nicht sichtbar) in vertikaler Richtung mit einem Raster RY .
  • Das Rastermaß Rx in horizontaler Richtung ist dabei ein ganzzahliges Vielfaches der Summe der Bauelemente-Abmessungen XA und der Breite des Zwischenraums XB . R X = N * ( X A + X B )
    Figure DE102016109459B4_0001
    N=1, 2, 3 ...
  • Das Rastermaß RY in (nicht gezeigter) vertikaler Richtung ist dabei ein ganzzahliges Vielfaches der Summe der Bauelemente-Abmessungen YA und der Breite des Zwischenraums YB . R Y = N * ( Y A + Y B )
    Figure DE102016109459B4_0002
    N=1, 2, 3 ...
  • Die Auswahl der Positionen und damit Anordnung der durch Überführungsdruck platzierten Bauelemente 24 (der jeweilige Abstand zweier Bauelemente 24, auf dem zweiten Trägersubstrat 20) erfolgt in horizontaler Richtung mit einem Maß Rx und in vertikaler Richtung mit einem Maß RY . Das Maß RX in horizontaler Richtung ist in dieser Ausführungsform ein ganzzahliges Vielfaches der Summe der Bauelemente-Abmessungen XA und der Breite des Zwischenraums XB , und diese Summe bildet das grundlegende Rastermaß des zweidimensionalen Rasters in der ersten linear unabhängigen Richtung, mit dem die Bauelemente 12 auf dem ersten Trägersubstrat 10 angeordnet sind.
  • Das Maß bzw. die Position Rx ist also ein ganzzahliges Vielfaches des grundlegenden Rastermaßes (XA+XB) ... R X = N * ( X A + X B )
    Figure DE102016109459B4_0003
    N=1, 2, 3 ...
  • Das Maß bzw. die Position RY in vertikaler Richtung ist ein ganzzahliges Vielfaches der Summe der Bauelemente-Abmessungen YA und der Breite des Zwischenraums YB in der zweiten linear unabhängigen Richtung. Das Maß bzw. die Position RY ist also ein ganzzahliges Vielfache des grundlegenden Rastermaßes (YA+YB) ... R Y = N * ( Y A + Y B )
    Figure DE102016109459B4_0004
    N=1, 2, 3 ...
  • Die Festlegung von Positionen für die Bauelemente 24 durch die Maße RX und RY gelten von Bauelement 24 zu benachbartem Bauelement 24, dabei können die betreffenden Bauelemente innerhalb eines CMOS-Schaltkreises 22 aber auch in benachbarten Schaltkreisen liegen.
  • Durch die effiziente Überführung der Bauelemente 12 (oder 24) auf zweite Trägersubstrate 20, die zueinander unterschiedliche Konfigurationen haben können, aber auf denen jeweils die Positionen der überführten Bauelemente 24 durch die Maße RX und RY , die für alle zweiten Trägersubstrate auf den gleichen grundlegenden Rastermaßen beruhen, zB. XA+XB und YA+YB, können effizient kombinierte mikro-technische Bauelemente mit geringerem Aufwand im Vergleich zu konventionellen Überführungstechniken hergestellt werden. Es können GaN-Bauelemente, z.B. Hochvolt-HEMTs, in CMOS-Strukturen integriert werden. Also erste Bauelemente vom ersten Trägersubstrat auf das zweite Trägersubstrat übertragen werden (per Transfer-Printing).
  • Durch die Beispiele der Erfindung kann ein Überführungsdruck-Prozess deutlich effizienter werden und preisgünstiger angeboten werden. Darüber hinaus können im Gegensatz zu einer monolithischen Integration auch Prozesse mit kritischen Abmessungen kleiner 0.6µm mit integrierten GaN-Bauelementen versehen werden.
  • Umgekehrt betrachtet, können ebenso CMOS Bauelemente 12 abgenommen, überführt und auf das zweite Trägersubstrat gedruckt werden. Auch hierbei werden erste Bauelemente vom ersten Trägersubstrat auf das zweite Trägersubstrat übertragen (per Transfer-Printing).
  • Besonders bevorzugt werden GaN Bauelemente auf oder in CMOS Schaltkreise per Mikro Transfer Printing portiert und gedruckt. Ebenso können CMOS Schaltkreise oder Elemente davon auf oder zwischen GaN-Bauelemente gedruckt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    erstes Trägersubstrat (zB. als Halbleiterscheibe)
    12
    erstes Bauelement, horizontale Abmessung XA bzw. vertikale Abmessung YA
    14
    vertikal verlaufender Zwischenraum, Breite XB
    16
    horizontal verlaufender Zwischenraum, Breite YB
    20
    zweites Trägersubstrat (zB. als Halbleiterscheibe)
    22
    zweites Bauelement (zB. als CMOS-Schaltkreis)
    24
    durch Überführungsdruck platziertes Bauelement
    30
    Elastomerstempel
    31
    Elastomersegment

Claims (12)

  1. Verfahren zur Überführung von Bauelementen von einem ersten Trägersubstrat (10) auf ein zweites Trägersubstrat (20), mit - externes Herstellen von ersten Bauelementen (12) auf dem ersten Trägersubstrat (10) in einem zweidimensionalen Raster (XA+XB, YA+YB); - internes Festlegen von Positionen auf dem zweiten Trägersubstrat (20) auf der Grundlage des zweidimensionalen Rasters und von auf dem zweiten Trägersubstrat (20) hergestellten zweiten Bauelementen (22) für zumindest einige der ersten Bauelemente (12); - Ablösen mehrerer Bauelemente (24) der ersten Bauelemente (12) von dem ersten Trägersubstrat (10) unter Beibehaltung des zweidimensionalen Rasters; - Aufbringen der mehreren Bauelemente (24) auf das zweite Trägersubstrat (20) an den festgelegten Positionen unter Beibehaltung des zweidimensionalen Rasters, - wobei Rastermaße des zweidimensionalen Rasters in zwei zueinander linear unabhängigen Richtungen jeweils der Summe der Größe (XA, YA) eines ersten Bauelements (12) und des für seine Ablösung erforderlichen Zwischenraums (XB, YB) in der jeweiligen linear unabhängigen Richtung entsprechen, - wobei die festgelegten Positionen auf dem zweiten Trägersubstrat (20) ganzzahligen Vielfachen der Rastermaße des zweidimensionalen Rasters in den linear unabhängigen Richtungen entsprechen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei weitere erste Bauelemente (12) auf dem zweidimensionalen Raster auf dem ersten Trägersubstrat (10), die bislang nicht abgelöst wurden, abgelöst und auf dem zweiten Trägersubstrat (20) unter Beibehaltung des zweidimensionalen Rasters an noch nicht belegten, indes festgelegten Positionen aufgebracht werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweiten Bauelemente (22) auf dem zweiten Trägersubstrat (20) unter Berücksichtigung des zweidimensionalen Rasters (XA+XB, YA+YB) so hergestellt werden, dass die festgelegten Positionen eine zur technischen Funktion erforderliche räumliche Beziehung zu den zweiten Bauelementen (22) haben.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die zweiten Bauelemente (22) unter Anwendung von CMOS-Prozesstechniken hergestellt werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei auf einem weiteren Trägersubstrat Positionen auf der Grundlage des zweidimensionalen Rasters (XA+XB, YA+YB) für zumindest einige der ersten Bauelemente (12) festgelegt und mehrere erste Bauelemente auf dem ersten Trägersubstrat (10) unter Beibehaltung des zweidimensionalen Rasters an den Positionen auf dem weiteren Trägersubstrat aufgebracht werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei weitere Bauelemente auf dem weiteren Trägersubstrat unter Berücksichtigung des zweidimensionalen Rasters (XA+XB, YA+YB) so hergestellt wurden, dass die festgelegten Positionen eine zur technischen Funktion erforderliche räumliche Beziehung zu den weiteren Bauelementen haben, und die weiteren Bauelemente unter Anwendung von CMOS-Prozesstechniken hergestellt wurden.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei sich eine Anordnung der Positionen auf dem zweiten Trägersubstrat von einer Anordnung der Positionen auf dem weiteren Trägersubstrat unterscheidet.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ablösen der mehreren Bauelemente (24) von dem ersten Trägersubstrat (10) und ein Überführen zum Aufbringen der mehreren Bauelemente (24) auf das zweite Trägersubstrat (20) mit einem Stempel (30) erfolgt, dessen untere Stempelfläche dem zweidimensionalen Raster (XA+XB, YA+YB) angepasst ist.
  9. Trägersubstrat mit mikro-technischen Bauelementen (22, 24) und mit - auf einem externen Trägersubstrat (10) hergestellten und an festgelegten Positionen auf ein internes Trägersubstrat überführten, extern hergestellten Bauelementen (24); - auf dem internen Trägersubstrat (20) intern hergestellten Bauelementen (22), die eine zur Funktion erforderliche räumliche Beziehung zu den extern hergestellten, überführten Bauelementen (24) haben, wobei die festgelegten Positionen gemäß einem zweidimensionalen Raster (RX;RY) angeordnet sind, dessen Rastermaße in zwei unabhängigen, linearen Richtungen bestimmbar sind, auf der Grundlage der Größe (XA,YA) eines extern hergestellten, überführten Bauelements (24) und eines für seine Ablösung erforderlichen Zwischenraums (XB,YB); - wobei ein Abstand zweier extern hergestellter, überführter Bauelemente (24) auf dem internen Trägersubstrat (20) in einer jeweiligen linear unabhängigen Richtung einem ganzzahligen Vielfachen des entsprechenden Rastermaßes auf dem externen Trägersubstrat (10) entspricht.
  10. Trägersubstrat nach Anspruch 9, wobei das Rastermaß (RX;RY) in jeder der zwei linear unabhängigen Richtungen der jeweiligen Größe (XA, YA) des extern hergestellten Bauelements (12) und dem für seine Ablösung erforderlichen Zwischenraum (XB, YB) entspricht.
  11. Mikro-technisches Bauelement mit einem internen Trägersubstrat (20) mit darin und darauf intern hergestellten Bauelementkomponenten (22), und mit - auf einem externen Trägersubstrat (10) hergestellten und an festgelegten Positionen auf das interne Trägersubstrat (20) überführten, extern hergestellten Bauelementen (24); wobei - die intern hergestellten Bauelementkomponenten (22) eine zur Funktion des mikro-technischen Bauelements erforderliche räumliche Beziehung zu den extern hergestellten, überführten Bauelementen (24) haben; wobei - die festgelegten Positionen gemäß einem zweidimensionalen Raster (RX;RY) angeordnet sind, dessen Rastermaße in zwei linear unabhängigen Richtungen auf der Grundlage der Größe (XA, YA) eines der extern hergestellten, überführten Bauelemente (24) und des für seine Ablösung erforderlichen Zwischenraums (XB, YB) bestimmbar sind, - und ein Abstand zweier extern hergestellter, überführter Bauelemente (24) auf dem internen Trägersubstrat (20) in einer jeweiligen linear unabhängigen Richtung einem ganzzahligen Vielfachen des entsprechenden Rastermaßes auf dem externen Trägersubstrat (10) entspricht.
  12. Mikro-technisches Bauelement (22, 24) nach Anspruch 11, wobei das Rastermaß in jeder der zwei linear unabhängigen Richtungen der jeweiligen Größe (XA, YA) des extern hergestellten, überführten Bauelements (24) und dem für seine Ablösung erforderlichen Zwischenraum (XB, YB) entspricht.
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