[發明專利]裝配薄膜光電子器件的工藝

在審

• 申請號: 201810054202.2
• 申請日: 2014-11-11
• 公開（公告）號: CN108198875A
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）人: 斯蒂芬·R·弗里斯特;李圭相
• 申請（專利權）人: 密歇根大學董事會
• 主分類號: H01L31/0232
• 分類號: H01L31/0232;H01L31/18
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 韓峰;孫志湧

本發明涉及裝配薄膜光電子器件的工藝。所述工藝可包括：提供生長結構，所述生長結構包括具有生長表面的晶圓、犧牲層和器件區，其中所述犧牲層被置于所述晶圓與所述器件區之間，并且其中所述器件區具有最遠離所述晶圓的表面；提供主基板，其中所述主基板包含金屬箔；在所述器件區的表面上沉積第一金屬層；在所述主基板上沉積第二金屬層；通過在接合溫度下將所述第一金屬層和所述第二金屬層壓在一起來使所述第一金屬層接合至所述第二金屬層，其中所述接合溫度高于室溫且低于所述主基板的熔化溫度和500℃中的較低者。

本申請是申請號為201480061763.5、申請人為“密歇根大學董事會”、申請日為2014年11月11日、發明名稱為“裝配薄膜光電子器件的工藝”的發明專利申請的分案申請。

相關申請的交叉引用

本申請要求2013年11月11日提交的美國臨時申請第61/902,775號的權益，將其全文以引用的方式并入本文中。

關于聯邦資助研究的聲明

在美國政府支持下在由美國陸軍研究實驗室授予的合同No.W911NF下進行了本發明。政府對本發明享有一定權利。

聯合研究協議

本公開的主題是以代表和/或聯合以下各方中的一方或多方達成聯合大學-公司研究協議來進行：密歇根大學董事會(The Regents of the University of Michigan)和NanoFlex Power公司。該協議在本公開的主題準備日期當天及提前生效，并作為在協議范疇內所進行活動的成果制定。

技術領域

本發明一般地涉及一種用于薄膜器件的接合工藝，且特別涉及一種熱輔助冷焊接合工藝。

背景技術

電子領域中需要諸如單晶半導體基器件的薄膜技術，因為它們具有柔性、輕重量和高性能特性。與直接在主基板上形成有源區的諸如化學氣相沉積(CVD)、濺射和蒸發的基于溶液及沉積技術的薄膜制造工藝不同，諸如外延剝離(ELO)、剝落(spalling)及脫落(exfoliation)的薄膜剝離法需要將薄的有源區轉移至處理的或柔性的主基板的接合工藝。

在常規ELO工藝中，通常使用諸如熱脫離帶、蠟或膠等粘著物將剝離層附著至柔性二級處理(secondary handle)。這些粘著物能夠是體積大、沉重、易碎和易于降解的，同時還需要在分離外延后另外轉移至中間處理。為完全消除使用粘著物和中間處理轉移的必要性，已開發了在層生長后直接將外延表面附著至最終柔性基板的接合工藝。

一些直接附著接合工藝涉及到：將金屬層添加至有源區與柔性主基板的鄰接表面，并使用冷焊使它們接合。冷焊接合工藝通常包括在相對高的壓力(例如50MPa)下、在室溫下將兩個表面壓在一起，以獲得均勻接合的界面。在這種高壓下，如果壓力不均勻或如果器件具有意料之外的特征或缺陷，諸如連接表面上的點缺陷、錯位或粉塵，則冷焊接合可損傷半導體晶圓。對器件的損傷可降低制造速度并阻止晶圓重復使用。

替代性的直接附著接合工藝包括熱壓接合，其通常涉及到在高溫(即，高于金屬再結晶溫度)下施加較低壓力。然而，典型的柔性基板的玻璃化轉變和/或熔化溫度低于常用于直接附著接合工藝中的金屬層的再結晶溫度。在這種高溫下，柔性基板可變形或變成熔化的，并與其金屬層分離。在高溫下，由于半導體材料與柔性基板之間的熱膨脹系數不同，所以還能引發大量應力。

發明內容

在此公開了一種關于ELO工藝的特別有前景的用于接合金屬層的直接附著技術。具體地，公開了一種熱輔助冷焊接合工藝，所述工藝使用低于典型冷焊工藝的壓力及低于典型熱壓接合工藝的溫度。特別地，熱輔助冷焊可降低損傷半導體晶圓的可能性，從而提高晶圓的重復使用率，以生長額外的有源區。為實現該工藝的益處，本發明人已確定減少由壓力和熱量所引起的對生長結構的損傷的熱輔助冷焊參數。