非平面晶片組件

专利摘要:
本發明係敘述一種非平面積體電路裝置，其包含一彈性結構以及與前述彈性結構接合之至少一固定結構。上述彈性結構可彎曲成一期望形變。上述彈性結構可包含複數個接觸區域。電路可內嵌於上述彈性結構中，用以實施處理操作。於一實施例中，上述固定結構可透過上述接觸區域與上述彈性結構接合以提供保持限制，用以使上述彈性結構得以保持彎曲。接合墊亦可用以連接以電性訊號進行之通訊。
公开号:TW201322405A
申请号:TW101135413
申请日:2012-09-26
公开日:2013-06-01
发明作者:Long-Sheng Fan
申请人:Nat Univ Tsing Hua；
IPC主号:H01L2224-00

专利说明:
非平面晶片組件
本發明一般而言係有關於微型裝置，特定而言係有關於三維曲面彈性裝置晶片之組件。
積體電路業依賴於「平面」技術以減少光蝕刻方法之特徵尺寸限制並根據摩爾定律(Moore's law)發展，乃因當數值孔徑被增加以定義光蝕刻方法中的更細微之特徵時，焦距深度會被降低。然而，基於此平面技術之裝置平面表面可能會限制在這些裝置間或與一或多個外部系統間之互動及/或互連的幾何條件。
因此，傳統平面技術可能無法提供具有非平面幾何之裝置，以將裝置間或與外部系統間之互動的複雜性最小化。
於一實施例中，一種用於非平面(例如類球面)結構例如半導體晶片(或晶片堆疊)之非平面表面片體的組裝方法可包含將受應力膜沈積於薄晶片之薄半導體基板的其中一側(或兩側)，以用於晶片之小型形變。
於另一實施例中，受應力膜可沈積成具有受應力膜圖案(例如藉由利用光蝕刻及蝕刻或掀離(lift-off)製程)，以用於具有控制形狀之小型形變。
於另一實施例中，槽孔可產生於薄晶片上，且受應力膜可沈積成使得晶片之大型形變得以進行。
於另一實施例中，槽孔可產生於薄晶片上，且晶片可接合至限制元件(例如環形片體或另一晶片)之分離塊體，以使晶片之較大型形變得以進行。上述接合可為機械性限制，以在元件(包含晶片)的接合塊體之間提供電性連結。
於另一實施例中，將具有受應力膜之槽孔與限制元件結合可形成用於晶片之彎曲表面。
於另一實施例中，二個或以上之經開槽的晶片塊體可接合成具有相互或多個限制以將彎曲塊體保持於適當地方。
於某些實施例中，因而形成之彎曲結構可適用於腦機介面(例如視網膜義體)或處理單元之三維互連的新結構。
本發明之一實施例包含一種非平面積體電路裝置，其包含一彈性結構以及與前述彈性結構接合之至少一固定結構。上述彈性結構可彎曲成一期望形變。上述彈性結構可包含複數個接觸區域。電路可內嵌於上述彈性結構中，用以實施處理操作。於一實施例中，上述固定結構可透過上述接觸區域與上述彈性結構接合以提供保持限制，用以使上述彈性結構得以保持彎曲。
於另一實施例中，一種具有三維形狀表面之三維積體電路裝置可包含複數個彈性晶片以及複數個接合墊。每一彈性晶片可彎曲成符合上述三維形狀表面。至少二個彈性晶片可配置成在裝置中彼此相對而無妨礙。上述彈性晶片可透過上述接合墊接合在一起。每一彈性晶片係透過二個或以上之接合墊與至少一個分離之彈性晶片接合，以提供相互保持限制，用以使經接合之彈性晶片保持彎曲。於一實施例中，上述裝置可包含連接路徑，其位於上述彼此相對之複數個彈性晶片之間，以使上述彼此相對之複數個彈性晶片之間得以進行直接通訊。上述接合墊及上述連接路徑可在上述複數個彈性晶片之間提供連結配置，以實施處理操作。
於又另一實施例中，一種植入彈性裝置可包含複數個光感測器用以接收光線、複數個微電極以及耦合至上述光感測器及上述微電極之電路。上述電路可驅動上述微電極以刺激神經元細胞，用以使上述神經元細胞得以感知上述光感測器所捕捉到之光線的景象。上述裝置可由彈性材料所製成，上述彈性材料具有槽孔以在材料中形成開孔。上述槽孔可使上述裝置得以彎曲成符合人類眼球形狀之上述期望形變，用以使上述微電極得以設置成緊鄰上述神經元細胞以用於上述刺激。
從後附圖式及以下詳細敘述將使讀者得以清楚了解本發明之其他特徵。
於此將敘述視網膜晶片組裝程序或(整合)半導體晶片之非平面(例如類球面(quasi-spherical))表面片體及其方法。於以下敘述中將提出若干特定細節，藉以徹底解釋本發明之實施例。然而，本領域具通常知識者皆應瞭解，本發明之實施例在不具有這些特定細節的情況下仍可實施。另外，眾所皆知的元件、結構及技術並未詳細顯示，以避免模糊本發明的技術重點。
說明書中所提到之「一實施例」係指與實施例有關而敘述之特定特徵、結構或特性可被包含於本發明的至少一實施例中。在本說明書中不同段落出現之「於一實施例中」並不一定全部指向同一實施例。
於一實施例中，具有非平面表面之整合主動元件、電晶體電路、轉換器(transducer)或微型系統係有利的，以改變這些裝置、子系統間之互動、互連的幾何條件，或與一或多個外部系統間之互動、互連的幾何條件。具有非平面形狀或幾何之整合裝置可使新運算架構(例如球形幾何為三維中之「圓桌論壇(round-table forum)」，其將表面上之運算元件間的互動、通訊及互連以及球體內之通訊/互動連結最佳化)得以使用。其使得將電子或光子接合至一般之生物神經系統有了新的方法(例如在腦機介面(brain-machine interface)中常遭遇到類球面表面)。
舉例而言，於人工視網膜之情況中，義體裝置(prosthesis device)與人類眼球後端處的視網膜之間的介面係為具有約12.5毫米(mm)之曲率半徑的類球面表面。為了將穿過眼球之互連的複雜度最小化，較佳為將作為介面之微型電極及電子電路放置在一起，並一同緊靠於視網膜神經元之表面。此說明書將會教導將典型剛性半導體電子器件形成為非平面形狀(於此例如為類球面)之方法。
第一A圖至第一D圖係顯示用於彈性晶片之非平面組件之示範性實施例的概要示意圖。第一A圖之組件100A可顯示類球面(quasi-spherical)形狀之人工視網膜義體裝置，上述類球面形狀與眼球內視網膜之形狀相符合，以使裝置得以緊靠視網膜神經元表面設置。形狀符合可因此減少神經元之所需電激發閥值(electrical excitation thresholds)，並增加裝置(例如透過電極)與視網膜神經元間之介面的顆粒度(granularity)。
於一實施例中，組件100A可包含彈性晶片103，其具有光感測器、電極、驅動電路等。彈性晶片103可加以機械限制(mechanically constrained)使其彎曲成期望之形狀，或透過固定結構101加以變形。例如，固定結構101可包含彈性高分子材料，其形狀具有期望曲率或變形成具有期望曲率。彈性晶片103可接合或固定至固定結構101，以保持彎曲成期望形狀。
現請參照第一B圖，組件100B可為相對球形組件，其包含多層的彈性晶片。例如，彈性晶片107、109可加以變形以促進彈性晶片107、109之表面元件間的通訊。彈性晶片107、109可設置或配置成彼此相對，以利用光束、導線或其他可行連結建立通訊路徑，例如通訊路徑111。於某些實施例中，面向同一方向之不同彎曲晶片(例如固定結構105、彈性晶片107)間的通訊路徑可基於貫穿矽穿透結構(through silicon via,TSV)。上述貫穿矽穿透結構可將薄積體電路晶片之某些焊墊引導通過其薄矽基板到達薄積體電路晶片之背側(例如從前側)，藉此多個晶片可堆疊且接合在一起。多個晶片，例如固定結構105、彈性晶片107，可基於這些晶片間之相互限制(mutual constraints)而在組件100B內保持彎曲。
組件100B之非平面幾何可使以連結或其他可行之非平面形特徵為基礎的運算架構得以使用。例如，於球形組件中之球形幾何可為三維幾何中之「圓桌論壇(round-table forum)」，用以將球形組件之表面上的運算元件(或彈性晶片之電路)間的互動、通訊及互連以及用於位在球形組件內之元件的通訊/互動連結最佳化。
現請參照第一C圖，非平面人工視網膜組件可以視網膜下(sub-retina)方式加以植入以用於眼球113。人工視網膜可包含彈性晶片117，其與眼球113之視網膜121緊密接觸。彈性晶片117可與固定結構115接合以保持彎曲，用以符合眼球113之形狀。於一實施例中，固定結構115與彈性晶片117兩者均可包含透明材料，以允許光線通過其中。
另則，於第一D圖中，非平面人工視網膜組件可以視網膜上(epi-retina)方式加以植入以供眼球113之用。人工視網膜可包含彈性晶片119，其從眼球113內側與視網膜121緊密接觸。此外，人工視網膜可包含固定結構123以提供機械約束，用以使彈性晶片119得以保持彎曲以符合眼球113之形狀。非平面人工視網膜組件可具有彈性，藉此可根據所期望之不同配置或形狀加以變形。
第二A圖係顯示沈積有受應力薄膜(stressed thin film)之彈性結構(或裝置)的橫切面圖之方塊圖。於一實施例中，結構200可包含薄的元件層205，其夾設於阻障層(barrier layer)203與聚合物層210之間。元件層205可基於用於醫療植入之薄金屬氧化物半導體(MOS，Metal Oxide Semiconductor)晶粒，其由阻障層203及生物相容之聚合物層210所包覆，以使其免受元件腐蝕及/或毒害活體組織。結構200A可足夠薄以根據來自受應力膜層207之應力或拉伸力進行捲曲(或彎曲、變形)。
於某些實施例中，受應力薄膜，例如受應力膜層207，可沈積於薄結構或晶片之其中一側或兩側上，以達到晶片之期望形變(例如具有某個角度之彎曲)。例如，受應力薄膜可加以預先壓縮或預先拉伸，以在不同方向施加彎曲力(bending force)。受應力薄膜可選擇性地在製程期間加以圖案化(例如藉由光蝕刻及蝕刻程序形成環狀或長條紋狀)，以產生各種薄結構用之彎曲形狀(例如以波狀方式或其他可行之形式)。結構200在從經由黏著劑211附著之厚晶圓載具(carrier wafer)209(或操作晶圓(handle wafer))鬆開時可能會捲曲。
第二B圖係根據此處所述實施例顯示以波狀方式變形之非平面裝置的概要示意圖。例如，非平面積體電路裝置200B可包含以波狀方式彎曲之彈性薄結構213。受應力膜215、217可形成(例如透過圖案遮罩)在彈性薄結構213之兩側上，以形成特定(或預先指定)圖案(例如條紋狀、鋸齒狀或其他可行圖案等)，用以將彈性薄結構213彎曲成期望之形變，例如波狀方式。於一實施例中，受應力膜215可加以預先壓縮或可為有壓縮性的。另則，受應力膜可加以預先拉伸。受應力膜215、217可提供位移限制(displacement constraints)或力，例如龐大之殘餘薄膜應力，以將彈性薄結構213彎曲成期望之形變。非平面裝置可包含預先壓縮之膜、預先拉伸之膜或有壓縮性之膜的組合，其以指定圖案形成，以根據指定圖案提供應力分配，用以達到裝置之期望形變。
根據一實施例，期望形變可包含晶片彎曲曲率。例如，若彈性晶片欲被從平面盤體變形成非平面球面片體，則可計算出彈性晶片之外圓圓周所需要縮減的量。於一實施例中，當源自於基板彎曲之位移遠小於晶圓厚度(例如元件層205之厚度)時，具有殘餘膜應力之沈積薄膜(於相對厚之基板上)所造成的晶片彎曲曲率可基於「史東納(Stoney)方程式」(或近似方程式)加以估算。對於薄晶片上之較大應力而言，當位移可輕易地因二維限制(two-dimensional constraints)而大於基板厚度時，數值方法(numerical methods)可用以計算晶片彎曲曲率，而無需透過近似方程式超估位移。
第三A圖至第三C圖係根據此處所述之實施例顯示以槽孔(slots)為基礎之示範性非平面晶片的概要示意圖。例如，概要圖300A可包含薄晶粒或晶圓之薄晶片305以及經誇張化之槽孔301、303，前述槽孔301之尖端307處具有應力消除圓角。當薄晶片305被變形時，槽孔301之兩側可能會接觸或閉合。薄晶片305在製程期間可於載體基板(carrier substrate)上預先加壓，而當從載體基板鬆開時變成彎曲。
於一實施例中，薄晶片305可包含具有若干(一個或以上)放射狀槽孔之圓形晶片，前述放射狀槽孔從圓形晶片之中心以扇形/楔形往向外之方向延伸(以直線路徑或以彎曲路徑、螺旋路徑、鋸齒路徑或其他可行路徑)，而剩餘邊緣移除。放射狀槽孔可從薄晶片305之邊緣延伸並在到達薄晶片305中心之前(或距離薄晶片305中心一段距離)止於槽孔之尖端處(例如寬度約1微米(μm)之細微尖端)，例如槽孔301之尖端307。於一實施例中，槽孔之尖端可設置於薄晶片內，以適應例如微型製程之解析度限制及/或晶片形變所引發在槽孔尖端處之應力強度因子(stress intensity factors)增強。槽孔尖端周圍例如槽孔301之尖端307的周圍的角落可加以圓形化，以減少當有關晶片被變形或彎曲時與尖銳角有關之應力集中並使圓形槽孔角落上之應力散開。
槽孔可藉由將晶片之一部分狹窄通道區(例如切孔、縱向開孔或狹窄開孔)例如薄晶片305之槽孔301移除(或切割、撕開)而形成，例如透過微型製程中之深活性離子蝕刻。上述槽孔可減少晶片之形變應力，例如切線同平面應力(tangential in-plane stress)，並增加晶片之可容許變形角度。於一實施例中，上述槽孔可能會切斷晶片內橫跨槽孔之電路元件之間的直接通訊，因此槽孔周圍可能需要跨接器(jumpers)(透過接合墊至限制軟性結構(constraining flex)或另一限制晶片(constraining chip)，將於以下敘述)或較長之輸電軌道(power rail)及資料匯流排，以分配電源、接地及訊號線。
第三B圖係顯示疊層型薄圓盤形晶片結構，其製造有槽孔及受應力膜，以折彎或彎曲成類球面片體，並在從製程期間所使用之晶圓載具鬆開後仍保持彎曲。固定結構可在橫跨晶片結構中之槽孔之下予以接合，以防止彎曲晶片放鬆回到其原本平面形狀。受應力膜可提供額外之彎曲力，以助於約束晶片使其保持在期望形變下。雖然具有一個或以上之槽孔的薄結構上之受應力薄膜所導致的彎曲效果可大為增加，但大幅之彎曲(例如彎曲30微米厚之視網膜晶片所造成之70-90微米的邊緣位移)可能係與二維限制有關。形變角度可例如以邊緣位移之微米數加以測量。因此，可能需要具有龐大應力(例如外部彎曲)之相對較厚膜以達到期望之大曲率。
第三C圖係顯示用以彎曲平面晶片之示範性機制。當直徑”d”之平面圓盤(例如包含平面晶片)被彎曲成曲率半徑”R”309時，從半徑之中心延伸到圓盤直徑線之端點的角度311為2θ，其中2R*θ=d。圓盤之原本圓周係為S=π*d=2πR*θ；然而，若圓盤被變形成球面形片體，則經變形之圓周313應為S’=2πR*Sin(θ)。由於當θ>0時θ>Sin(θ)，故圓盤將經歷對於彎曲之同平面(in-plane)切線壓應力(compressive stresses)，乃因在半徑r小於或等於R之處有過量之圓周2πr*[θ-Sin(θ)]。槽孔以適當量之方式移除此過量部分，藉此當圓盤被變形成球面形狀時，槽孔之兩邊會被放置在一起。此從平面晶片移除某些過量材料以成為彎曲非平面形狀之原則可應用於此處所述之某些實施例中。
第四A圖至第四B圖係顯示組裝有軟性結構的薄晶片之示範性實施例的概要示意圖。概要圖400A可包含固定結構401及薄晶片403。於一實施例中，固定結構401可為環狀圈形之軟性結構(例如從軟性結構”纜線”所形成)。軟性結構可包含聚合物(例如聚醯胺(Polyamide))，其可為透明或半透明、可變形且/或可模製。於某些實施例中，軟性結構可成形為整個塊體或根據所需要之期望形變成形為不同可行之形狀。薄晶片403可基於具有狹縫之薄晶圓/晶粒，以用於大型形變。於一實施例中，薄晶片403可包含具有四個狹縫(或槽孔)例如槽孔405之彈性材料，以增加晶片之彈性以用於大型形變。固定結構401可接合至彈性薄晶片403，以使晶片保持於彎曲狀態。形成在薄晶片上的槽孔之數量及/或圖案(例如2、12或其他可行數量的槽孔)可依據晶片中之期望形變加以改變。
現請參照第四B圖，組件400B可包含彎曲薄晶片403，其透過例如接合墊407與固定結構401相接合。來自固定結構401(或軟性結構)之機械限制可使薄晶片403維持彎曲，而不會放鬆回到其原本平坦狀態。固定結構401可包含金屬線及具有適當厚度(例如約10微米)之金屬接合墊。薄晶片403可包含配對(於相應位置)之接合墊，其欲與固定結構401之對應金屬接合墊相接合。當上述金屬受到壓力且於溫度升高之情況下(一般控制在150度C至450度C的範圍內)時可形成薄膜接合(例如金接合至金)。薄膜接合亦可用作為用於資料傳遞及電力分配之電性連結。
第五A圖至第五F圖係顯示用於非平面彈性裝置之組裝(或接合)程序的示範性順序之方塊圖。例如，非平面彈性裝置可基於透過配對墊與彈性裝置接合之彎曲薄晶圓/晶粒加以製造或生產。於第五A圖之順序500A，於一實施例中，支架單元501可包含具有內凹形狀例如凹部503之透明支架，用以容納軟性結構或固定結構。凹部503可容納軟性結構材料(例如聚合物)，其可加以模製或成形。
於第五B圖之順序500B，軟性結構507可在凹部503內以工具加工。於一實施例中，擠壓單元505及支架單元501可被放置在一起且同時施加壓力/熱，以將軟性結構507形成為彎曲形狀。擠壓單元505及支架單元501可成形為具有匹配表面，前述匹配表面具有共同或相容之曲率半徑。軟性結構507可夾設於具有球面表面之擠壓單元505(例如上方單元)與具有匹配球面凹部之支架單元501(例如下方單元)之間。於一實施例中，軟性結構507可包含聚合物型環，其由真空(在對應區之表面上具有真空孔且在支架單元501內具有真空通道)或靜電力(例如利用靜電吸附盤(electrostatic chuck))所保持住。於第五C圖之順序500C，擠壓單元505可加以移動以從支架單元501分離，並離開軟性結構507以使其於適當地方(例如凹部503內)保持變形(或成型)。於某些實施例中，與軟性結構接合之薄晶片可基於軟性結構與薄晶片間之相互約束而加以變形，而無需用模具塑造軟性結構。
現請參照第五D圖，於順序500D，在擠壓單元517與支架單元501對準之後，擠壓單元517與支架單元501可放置在一起，以用於薄晶片(或晶圓)509與軟性結構507之間的接合。例如，薄晶片509可在特定區域處例如接合區511與軟性結構507接合或結合。薄晶片509可包含金屬型焊墊。相應地，軟性結構507可包含配對焊墊。於一實施例中，擠壓單元505可與支架單元501對準(例如透過三維旋轉移動)，以使薄晶片509之焊墊與軟性結構507之對應配對焊墊相接觸。擠壓單元505與支架單元501中之至少一者可為透明，以允許進行對準。第五B圖之擠壓單元505與擠壓單元517可為複數個擠壓單元中之一部分，前述複數個擠壓單元係在用於非平面裝置之一共同組裝裝置中且具有以不同曲率彎曲之表面。
於一實施例中，熱與壓力可加以施加以接合薄晶片509與軟性結構507，例如一同施加至焊錫金屬焊墊及對應之配對焊墊。薄晶片可例如透過真空或靜電力保持在擠壓單元505(例如頂部擠壓)上。在薄晶片509之焊墊與軟性結構507之配對焊墊對準之後，擠壓單元517可對著支架單元501予以擠壓。
於某些實施例中，軟性結構507可透過透明底部支架例如支架單元501加以製造。多層晶片可透過施加於擠壓單元與支架單元501之間的壓力及熱加以接合。支架單元501可與不同形狀或類型之凹部結合，以依據不同晶片設計使軟性結構或彈性晶片例如軟性結構507變形。當接合完畢時，於第五E圖之順序500E，擠壓單元505可從支架單元501移開，用以鬆開以非平面形狀與軟性結構507接合之薄晶片509。接合墊在從接合壓力/熱冷卻下來時可能會硬化，以使分離之晶片/晶圓黏合(或接合)在一起成彎曲或非平面形狀。於一實施例中，於順序5E之後，與軟性結構507接合之薄晶片509可以阻障層及/或聚合物層加以鈍化(或塗佈)(例如用以免於受到腐蝕)。軟性結構507(例如分離之晶片相互限制以保持彎曲)與薄晶片509之間的空氣隙可以導熱介電材料予以回填，以增加散熱能力。
第五F圖係顯示薄晶片509與軟性結構507間之接合墊的誇大示意圖。例如，薄晶片509之焊墊513可與軟性結構507之配對焊墊515相接合(或焊接)。焊墊513及配對焊墊515可包含相同或不同之傳導材料(例如金)。非平面裝置之接合接觸，例如與配對焊墊515接合之焊墊513，可以硬鈍化薄層加以覆蓋或塗佈(例如汽相塗佈或真空塗佈)，上述硬鈍化薄層可由氮化矽、鑽石碳(diamond carbon)或其他可行材料製成，以提供絕緣及防止暴露裝置之接合接觸。於一實施例中，接合接觸可在不同部分之彎曲晶片之間提供機械結合限制(mechanical joining constraints)及/或選擇性的電性連結。
第六A圖至第六B圖係顯示受到相互限制之非平面晶片的示範性實施例之概要示意圖。例如，第六A圖之概要圖600A可顯示二個薄晶圓/晶粒，其具有短距錯開之狹縫及配對接合焊墊，以用於彎曲晶片組件之相互限制。於一實施例中，第一薄晶片601及第二薄晶片607均可包含四個具有配對金屬接合焊墊之放射狀槽孔。薄晶片可予以組裝成槽孔以一角度對準。例如，在經組裝之彎曲薄晶片中槽孔605可以例如45度角相交於槽孔603。
現請參照第六B圖，組件600B可包含第一薄晶片601及第二薄晶片607，其透過相互限制而彎曲。由於相互限制係在接合位置處(例如接合焊墊區域)施加於彼此，故經組裝之彎曲薄晶片，例如第一薄晶片601及第二薄晶片607，不會鬆開回到原本平坦或平面狀態。於一實施例中，接合焊墊可為成對且橫跨薄晶片之每一槽孔，以將橫跨槽孔之晶片部分黏合在一起。
第七A圖至第七B圖係顯示具有接合焊墊之組件的示範性上視圖及橫切面圖之概要示意圖。例如，第七A圖係顯示彎曲成類球面形之二個薄晶片堆疊之非平面三維封裝的上視圖，上述二個薄晶片堆疊例如第二薄晶片607在第一薄晶片601之上。在堆疊晶片之間的鄰近槽孔可以一角度對準(例如45度)，例如第二薄晶片607之槽孔605與第一薄晶片601之槽孔603。接合焊墊可設置於槽孔之兩側上，例如橫跨槽孔603之焊墊701與焊墊703。
第七B圖係顯示具有接合焊墊區域之薄膜接合的橫切面示意圖(例如未以誇張化之比例繪製)。例如，第二薄晶片607及第一薄晶片601可透過焊墊之接合例如焊墊703與配對焊墊705間的接合而保持彎曲。替代性地或選擇性地，薄晶片可透過黏著劑予以接合，以保持呈非平面形狀。
於一實施例中，堆疊多晶片之非平面組件的相鄰晶片間之回填層，例如回填707，可促使晶片間之散熱。回填層可包含導熱介電材料，以控制操作中組裝結構(或非平面晶片)之溫度上升。例如，非平面組件內所內嵌之高速處理電路所產生之熱可允許通過接合焊墊及回填層兩者，以助於冷卻非平面組件。於一實施例中，回填層可減少或消除非平面組件中空氣隙之熱絕緣。替代性地，非平面組件可浸沒於液體中，例如矽油(silicon oil)，以填滿空氣隙，用以提供冷卻效果。
前述堆疊並不限於兩層或限於圓形。可形成具有錯開之槽孔的多晶片非平面三維堆疊。電力、訊號及資料可在多層間跳越以越過槽孔，用以在堆疊塊體與相鄰塊體之間分配電力及訊號。由於主動裝置將會受到彎曲應力，故在系統設計時可考慮且預先補償應力所引發之效果例如N型金屬氧化物半導體(MOS)電晶體上縱向及橫向方向上之拉應力(tensile stresses)所導致之跨導(trans-conductance)上升以及對於P型電晶體而言上升亦或下降。
第八A圖至第八C圖係顯示用以組裝此處所述之一實施例中的薄晶粒/晶圓或基板之彎曲堆疊的示範性順序之方塊圖。例如，於第八A圖之順序800A，二個薄晶片，第一薄晶片807及第二薄晶片809，可保持於組裝裝置中。於一實施例中，上述組裝裝置可包含擠壓單元803(例如上方單元)、支架單元805(例如下方單元)以及控制單元801。擠壓單元803及/或支架單元805可以三維方式移動，包含平移及/或旋轉移動，例如由控制單元801所控制。
於一實施例中，第一薄晶片807及第二薄晶片809可由擠壓單元803及支架單元805藉由真空、靜電亦或其他手段分別保持住。例如，擠壓單元803或支架單元805可包含具有環狀小孔或真空通道之開孔的真空吸附盤，以提供吸力，用以保持住薄晶片。擠壓單元803及支架單元805可與配對表面結合，用以使所保持住之薄晶片變形。於一實施例中，第一薄晶片807在由擠壓單元803所保持住時可在擠壓單元803之第一彎曲表面811上變形。第二薄晶片809在由支架單元805所保持住時可在支架單元805之第二彎曲表面813上變形。第一薄晶片807及/或第二薄晶片809可包含槽孔以增加晶片彈性，用以進行變形(或捲曲、彎曲)。第一彎曲表面811及第二彎曲表面813可具有共同曲率以彼此匹配。
於第八B圖之順序800B，支架在對準之後可放置在一起。例如，支架單元805可為透明以允許透過第一薄晶片807及第二薄晶片809與擠壓單元803進行對準。於一實施例中，支架間之對準可基於第一薄晶片807與第二薄晶片809之間的匹配對應接合焊墊(例如基於遮罩)。
擠壓單元803可在三旋轉維度(three rotational dimensions)中旋轉，用以對準所保持住之晶片。於一實施例中，擠壓單元803可限制成在一平移維度中移動，例如朝向或遠離支架單元805，以使支架表面，例如第一彎曲表面811及第二彎曲表面813，得以彼此匹配。於某些實施例中，支架表面可與一共同曲率中心(或球中心)相匹配。
當擠壓單元803及支架單元805被放置在一起時，熱及壓力可加以施加，以在薄金屬膜接合區域之特定區域處例如接合區819接合第一薄晶片807與第二薄晶片809。薄金屬膜接合區域可包含焊墊，其與薄晶片之間的配對焊墊相對準。於一實施例中，焊墊可利用一控制範圍之高溫融化在一起。例如，對於錫(tin)/鉛(lead)型焊墊而言可使用約100-180度C的熱。另則，對於以金(gold)合金所製造之焊墊而言可能需要約350-450度C的熱。
於第八C圖之順序800C，擠壓單元803可鬆開所保持住之第一晶片807並使其本身從支架單元805分離。包含與第二晶片809相接合之第一晶片807的非平面組件可透過晶片間所建立之接合所提供的相互限制而保持彎曲。
於上述敘述中，本發明已參照其特定示範性實施例加以詳細敘述。本領域具通常知識者應得以領會，在不脫離本發明之較寬廣範圍下，可對本發明進行若干修改，上述較寬廣範圍係如下述申請專利範圍所提出者。本發明並不限於所揭露之特定形式、圖式、比例及詳細資訊。是故，本說明書及圖式係用以說明本發明，而非用以限制本發明。
100A‧‧‧組件
100B‧‧‧組件
101‧‧‧固定結構
103‧‧‧彈性晶片
105‧‧‧固定結構
107‧‧‧彈性晶片
109‧‧‧彈性晶片
111‧‧‧通訊路徑
113‧‧‧眼球
115‧‧‧固定結構
117‧‧‧彈性晶片
119‧‧‧彈性晶片
121‧‧‧視網膜
123‧‧‧固定結構
200A‧‧‧結構
200B‧‧‧非平面積體電路裝置
203‧‧‧阻障層
205‧‧‧元件層
207‧‧‧受應力膜層
209‧‧‧晶圓載具
210‧‧‧聚合物層
211‧‧‧黏著劑
213‧‧‧彈性薄結構
215‧‧‧受應力膜
217‧‧‧受應力膜
300A‧‧‧概要圖
301、303‧‧‧槽孔
305‧‧‧薄晶片
307‧‧‧尖端
309‧‧‧曲率半徑
311‧‧‧角度
313‧‧‧圓周
400A‧‧‧概要圖
400B‧‧‧組件
401‧‧‧固定結構
403‧‧‧薄晶片
405‧‧‧槽孔
407‧‧‧接合墊
500A‧‧‧順序
500B‧‧‧順序
500C‧‧‧順序
500D‧‧‧順序
500E‧‧‧順序
501‧‧‧支架單元
503‧‧‧凹部
505‧‧‧擠壓單元
507‧‧‧軟性結構
509‧‧‧薄晶片
511‧‧‧接合區
513‧‧‧焊墊
515‧‧‧配對焊墊
517‧‧‧擠壓單元
600A‧‧‧概要圖
600B‧‧‧組件
601‧‧‧第一薄晶片
603‧‧‧槽孔
605‧‧‧槽孔
607‧‧‧第二薄晶片
701‧‧‧焊墊
703‧‧‧焊墊
705‧‧‧配對焊墊
707‧‧‧回填
800A‧‧‧順序
800B‧‧‧順序
800C‧‧‧順序
801‧‧‧控制單元
803‧‧‧擠壓單元
805‧‧‧支架單元
807‧‧‧第一薄晶片
809‧‧‧第二薄晶片
811‧‧‧第一彎曲表面
813‧‧‧第二彎曲表面
819‧‧‧接合區
本發明係藉由後附圖式中之實例加以說明，而非用以限制本發明。後附圖式中相似之元件符號係指類似之元件。
第一A圖至第一D圖係顯示用於彈性晶片之非平面組件之示範性實施例的概要示意圖。
第二A圖係根據此處所述實施例顯示沈積有受應力薄膜之彈性結構的橫切面圖之方塊圖。
第二B圖係根據此處所述實施例顯示以波狀方式變形之非平面裝置的概要示意圖。
第三A圖至第三C圖係根據此處所述之實施例顯示以槽孔為基礎之示範性非平面晶片的概要示意圖。
第四A圖至第四B圖係顯示組裝有軟性結構的薄晶片之示範性實施例的概要示意圖。
第五A圖至第五F圖係顯示用於非平面彈性裝置之組裝程序的示範性順序之方塊圖。
第六A圖至第六B圖係顯示受到相互限制之非平面晶片的示範性實施例之概要示意圖。
第七A圖至第七B圖係顯示具有接合焊墊之組件的示範性上視圖及橫切面圖之概要示意圖。
第八A圖至第八C圖係顯示用以組裝此處所述之一實施例中的薄晶粒/晶圓之彎曲堆疊的示範性順序之方塊圖。
100B‧‧‧組件
105‧‧‧固定結構
107、109‧‧‧彈性晶片
111‧‧‧通訊路徑

权利要求:
Claims (10)
[1] 一種非平面積體電路裝置，包含：一彈性結構，彎曲成一期望形變，該彈性結構包含複數個接觸區域，其中該彈性結構包含內嵌於其中之電路，用以實施處理操作；以及至少一固定結構，透過該接觸區域接合至該彈性結構以提供保持限制，用以使該彈性結構得以保持彎曲。
[2] 如請求項1所述之非平面積體電路裝置，其中該固定結構係根據該期望形變彎曲，其中該固定結構係與該彈性結構接合以提供相互保持限制，用以使得該固定結構得以保持彎曲，其中該彈性結構包含一個或以上之槽孔，用以在該彈性結構中形成狹窄開孔，該槽孔係減少橫跨該狹窄開孔處的該彈性結構之同平面應力，以使該彎曲得以依照該期望形變，其中該彈性結構包含一表面，該表面具有一中心，其中該槽孔係以從該表面之該中心向外延伸之方向排列，其中該彎曲之方向係以三維方式向內朝向該中心，其中該接觸區域包含接合墊，該接合墊包含導電材料，該固定結構係透過該接合墊與該彈性結構接合。
[3] 如請求項2所述之非平面積體電路裝置，其中該期望形變大體上符合一類球面形狀，其中該固定結構中之至少一者係透過該接觸區域中之至少二者接合至橫跨該槽孔之其中一者處的該彈性結構，該接觸區域中之該至少二者係設置鄰近該槽孔之該其中一者，其中該固定結構中之該至少一者提供一部分的該保持限制，以使該槽孔之該其中一者的開孔免於被擴大，其中該接觸區域中之該至少二者係橫跨該槽孔之該其中一者的兩側設置，其中該固定結構中之該至少一者包含聚合物材料，該聚合物材料彎曲成符合該期望形變之非平面形狀，以用於該彈性結構，其中至少一部分之該彈性結構及該固定結構係透過該非平面積體電路裝置中之回填層予以分離，其中該回填層包含能在該彈性結構與該固定結構之間散熱的導熱材料。
[4] 如請求項2所述之非平面積體電路裝置，其中該接合墊係以至少一鈍化層予以鈍化，以使該導電材料與腐蝕隔絕，其中該非平面積體電路裝置可植入於人眼中，以使該人眼得以感知光線之景象，其中該期望形變使該非平面積體電路裝置之植入得以符合人類眼球之形狀，其中該固定結構能實施額外之處理操作，其中該接合墊使該彈性結構與該固定結構之間得以彼此進行通訊，用以在該處理操作與該額外之處理操作之間進行協調，其中該通訊包含透過該固定結構橫跨槽孔至該彈性結構之資訊中繼，其中該彈性結構及該固定結構大體上係為透明，以使光線得以穿過該非平面積體電路裝置，其中該彈性結構包含一像素單元陣列，其中該像素單元陣列中之每一像素單元包含一感測器用以感測光線，一電極用以傳送刺激訊號至該電極之目標神經元細胞以用於感知，以及處理電路用以從該光線取得該刺激訊號以驅動該電極。
[5] 如請求項1所述之非平面積體電路裝置，其中該非平面積體電路裝置具有一三維形狀，其中該期望形變符合一部分的該三維形狀，該非平面積體電路裝置更包含：至少一分離彈性結構，該分離彈性結構能進行額外之處理操作，其中該分離彈性結構係彎曲成符合該三維形狀，以使該彈性結構之表面與該分離彈性結構之分離表面得以在該三維形狀中彼此相對，用以使該彈性結構與該分離彈性結構得以橫跨該表面及該分離表面在該非平面積體電路裝置內彼此直接通訊，其中該直接通訊係以無線實施。
[6] 一種三維積體電路裝置，該三維積體電路裝置具有一三維形狀表面，該三維積體電路裝置包含：複數個彈性晶片，該複數個彈性晶片中之每一彈性晶片係彎曲成符合該三維形狀表面；複數個接合墊，用以接合該彈性晶片，其中該複數個彈性晶片中之每一彈性晶片係透過二個或以上之該接合墊與該複數個彈性晶片中之至少一分離者接合，以提供相互保持限制，用以使經接合之該彈性晶片保持彎曲；以及連接路徑，該連接路徑位於該複數個彈性晶片中之至少二者之間，以使該複數個彈性晶片中之該至少二者之間得以進行直接通訊，其中該接合墊及該連接路徑在該複數個彈性晶片之間提供連結配置，以使該三維積體電路裝置得以實施處理操作。
[7] 如請求項6所述之三維積體電路裝置，更包含回填材料，其在該複數個彈性晶片之間且在該接合墊之外，該回填材料能導熱以消散來自該複數個彈性晶片之熱，其中該複數個彈性晶片中之該至少二者係設置成彼此相對，用以建立該連接路徑，其中該複數個彈性晶片中之至少一者包含一個或以上之槽孔，以在該複數個彈性晶片中之該至少一者中形成狹窄開孔，用以使該彎曲得以符合該三維形狀。
[8] 一種植入彈性裝置，包含：複數個光感測器，用以接收光線；複數個微電極；以及電路，耦合至該光感測器及該微電極，該電路驅動該微電極以刺激神經元細胞，用以使該神經元細胞得以感知該光感測器所捕捉到之該光線的景象，其中該植入彈性裝置係由彈性材料所製成，該彈性材料具有槽孔以形成開孔，其中該槽孔使該植入彈性裝置得以彎曲成符合人類眼球形狀之該期望形變，用以使該微電極得以設置成緊鄰該神經元細胞以用於該刺激。
[9] 一種非平面積體電路裝置，包含：一彈性結構，彎曲成一期望形變，該彈性結構包含至少一層受應力膜，以提供彎曲應力，用以彎曲該彈性結構，其中該受應力膜係以指定圖案形成於該彈性結構中，以促使該期望形變。
[10] 如請求項9所述之非平面積體電路裝置，其中該受應力膜係沈積於該非平面積體電路裝置之至少一側上，其中該受應力膜具有龐大之殘餘薄膜應力，其中該非平面積體電路裝置係根據該受應力膜之該薄膜應力的分配透過該指定圖案以三維波浪形式成形。

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