CN103565580B - 在三维表面上的薄化且柔性的半导体元件 - Google Patents

Abstract

本发明描述了形成一种装置的方法，在所述装置上，将柔性组件元件附接到三维表面上。在某些方面，本发明包括：将柔性半导体器件结合到具有电触头的三维表面上。在某些方面，可将形成的器件结合到眼科装置中。

Description

在三维表面上的薄化且柔性的半导体元件

相关申请的交叉引用

本发明要求2012年7月24日提交的美国申请序列号61/674,887的权益。

背景技术

1.技术领域

本发明描述了用于形成包括位于电互连部上的柔性半导体元件的装置的方法。更具体地，所述柔性半导体元件可变形或弯曲，以便附接至三维成形的区域。本文所述的方法可用于例如通电眼科装置的领域。

2.相关领域的讨论

传统上，诸如接触镜片、眼内透镜或泪点塞等眼科装置包括具有矫正、美容或治疗特性的生物相容性装置。例如，接触镜片可提供以下功能中的一种或多种：视力矫正功能、美容增强作用以及治疗效果。每种功能由透镜的物理特性提供。将折射特性结合到透镜中的设计可提供视力矫正功能。掺入透镜中的颜料可提供美容增强作用。掺入透镜中的活性剂可提供治疗功能。无需使透镜处于通电状态就能实现这些物理特性。

最近，有理论表明，可将有源组件结合到接触镜片中。一些组件可包括半导体器件。一些例子已经示出了在置于动物眼睛上的接触镜片中嵌入的半导体器件。还已经描述了如何以众多方式在透镜结构本身内使有源组件通电和激活。由透镜结构限定的空间的拓扑学和大小创造用于限定不同功能的新的且挑战性的环境。在许多实施例中，重要的是，提供可靠的、紧凑的且节省成本的装置来将组件结合到眼科装置内。在某些实施例中，可能有利的是，包括薄化且柔性的组件。因此，为了改进眼科装置的生产并且为了将电子组件结合到非平面应用中的一般进步，设计了新颖的方法和形状因数解决方案，其可以实现一些组件的薄化和柔性。重要的是，注意到这些改进还可以用于非眼科应用中。还期望的是，产生解决了与三维衬底上的电子组件有关的眼科和非眼科需求的方法。

发明内容

根据本发明的薄化且柔性的半导体元件克服了与如上所简要描述的现有技术有关的缺点。

本发明描述了与薄化的柔性组件的应用有关的方法和装置。在某些示例性实施例中，可以将所得的装置结合到具有附加功能的通电眼科透镜中。例如，可以将薄化的柔性组件包括在这样的通电眼科透镜中：其包括能够以离散的方式改变透镜的光学特性的可变光学部分。此外，本发明教导了将薄化且柔性的半导体器件和元件结合到限定空间的结构和/或功能结构中的方法。在某些示例性实施例中，可以存在在本发明的范围内的非半导体元件。例如，在某些示例性实施例中，可能期望包括薄的柔性的具有通孔的二氧化硅片作为元件。

在某些示例性实施例中，这些结构将具有这样的区域：在所述区域中是非平面的并因此具有三维形状。在这些实施例中，所述区域可在复杂表面上具有沉积的冶金学触头和电路由部件。薄化且柔性的半导体组件可被施加到冶金学触头、电路由部件上、以及复杂表面上。为了附接该柔性元件，所述装置有时可能需要从它们的正常备用状态弯曲或变形，以便适形于复杂表面。

取决于装置的期望特征，其中的限定空间的结构和区域可存在许多不同的设计。所述不同的设计可在所述区域内产生复杂三维表面，这有时可能要求一些或所有装置组件的柔性。例如，在设计成围绕眼科装置组件放置的圆柱形设计中，柔性表面可围绕眼科装置组件的径向路径的至少一部分弯曲。当平坦表面围绕径向路径回转以形成圆柱形形状时，可以在与径向路径垂直的方向限定圆柱形设计的轴线。

根据本公开内容所描述的方法和例子，众多可用于将薄化且柔性的半导体元件定位在不同的三维表面内部或表面上的方法和设计对于本领域的技术人员而言将是显而易见的。在本发明的某些方面，所述方法和设计可提供装置本身的附加的或改进的功能，即设计部件。在某些尤其是涉及眼科透镜的示例性实施例中，用于防止半导体元件的意外光散射和适应装置的空间需求的设计例子包括围绕组件(例如，可变光学组件)定位的圆柱形设计，其轴线指向这样的方向：当光束穿过眼科装置的至少某些部分前进并进入眼中时，所述光束可呈现的方向。这可以被称作光路的轴线。

其它类型的装置特征可能决定可附接柔性组件的表面区域。在某些示例性实施例中，所述表面区域可包括圆锥形或锥形的设计。圆柱形设计部件与锥形部件共有一些相似性；然而，它们的差异在于，在锥形部件中，弯曲的半导体的顶部径向路径和底径向路径的尺寸可能是不同的。这通过简单的截锥(其中一端的半径小于另一端的半径)部件来理解。薄化的半导体器件可以弯曲成圆锥；然而，不同于圆柱形设计类型的部件，要将柔性元件弯曲成圆锥的起始形状不是直线的-即它不具有直线周围侧边。相反，它具有弯曲的或曲线的侧边。

在眼科装置中使用的不同类型的部件(其可能描述可连接柔性元件的表面区域)可以源自被称作片状垂悬区(Flap)形状。片状垂悬区是可以沿着眼科装置的一般表面形状部署的区域。片状垂悬区可以是平坦的或非平坦的。就非平坦的片状垂悬区而言，片状垂悬区的表面拓扑学可以在多个方向变化；然而，一种典型情况具有在眼科装置的径向方向上和在与径向方向向外垂直的方向上的变化。可以将柔性元件部署在这些片状垂悬区的表面上并以多种方式互连，所述方式包括通过使用形成于片状垂悬区部件的更大表面上的互连部。在本发明的相关方面，可以将不同的片状垂悬区设计用于眼科装置中以增加眼睛的氧暴露。

本公开内容可以在不同类型的装置(其中柔性可能是有利的并且通常存在空间限制)中实现众多优点。一种类型的装置包括具有构建在其表面和内部的集成电路的半导体器件。存在众多的半导体器件，包括由不同形式的硅(包括晶体硅、多晶硅和非晶硅)连同其它半导体(诸如砷化硅、砷化锗和砷化镓)制成的那些。同样，可以由衬底形成复杂的器件结构，其中半导体层是显著薄的，并且以将其放在绝缘体层上面的方式制造。薄化形式的这种在绝缘体层上面的半导体层可以产生显著薄的且相对透明的特征，其中与半导体本身或半导体在绝缘体上型装置的光相互作用性质对于装置性能可能具有附加的重要性。例如，在某些示例性实施例中，对于装置性能的附加重要性可以包括构造对于光相互作用信号而言有用的装置的能力。

附图说明

根据本发明的优选实施例(如在附图中示出的)的下述更具体的描述，本发明的前述和其它特征和优点将显而易见。

图1A和1B示出了可以用于某些眼科装置中的示例性三维衬底。

图2A和2B示出了用于半导体和在绝缘体衬底上的半导体的薄化的示例性方面。

图3A和3B示出了结合到眼科装置中的示例性片状垂悬区结构。

图4A和4B示出了位于眼科装置的结构上的示例性的垂直设计部件。

图5A和5B示出了位于眼科装置的结构上的示例性的锥形设计部件。

图6示出了位于眼科装置的结构上的示例性径向沟设计部件。

图7示出了具有透明半导体元件的示例性实现的眼科装置的光学区域。

图8A-8D示出了片状垂悬区设计、垂直设计、径向设计、沟设计和锥形设计静止弯曲外貌的示例性表示。

图9A-9D示出了不同设计类型的示例性互连方面。

图10A-10C示出了示例性的电路和电路元件可靠性及其设计方面。

图11A-11C示出了示例性的电路互连可靠性及其设计方面。

图12A-12C示出了结合到眼睛插入装置中的示例性螺旋结构。

具体实施方式

本发明涉及对于位于三维表面上的薄且柔性的半导体器件的应用而言有用的方法和装置。在下述部分中，将给出本发明的实施例的详细示例性描述。优选的和可替代的实施例的描述仅仅是示例性实施例，并且本领域的技术人员应当理解，变化、改进和改变可以是显而易见的。因此，应当理解，所述示例性实施例不限制基础发明的范围。

词汇表

在与本发明有关的本说明书和权利要求书中，可以使用以下定义所适用的各个术语：

本文中使用的并且有时被称作“圆柱形”的“圆柱体形状”是指这样的通常平坦表面柔性组件：其围绕径向路径的至少一部分弯曲，使得在横截面中，圆形、环形、椭圆形或卵形可以形成直线圆柱形的至少一部分。在某些圆柱形中，可以由与径向路径垂直的方向限定圆柱形设计的轴线。

本文中使用的“通电”是指能够供给电流或能够在其内部存有电能的状态。

本文中使用的“能量”是指让物理系统做功的能力。在本发明范围内的许多应用可涉及能够在做功过程中执行电作用的能力。

本文中使用的“能源”是指能够通电或使逻辑或电器件处于通电状态的装置或层。

本文中使用的“能量采集器”是指能够从环境中提取能量并将其转化为电能的装置。

本文中使用的“功能化”是指使得层或装置能够执行功能，包括例如，通电、激活或控制。

本文中使用的“片状垂悬区”是指可以附接柔性组件的表面区域。在不同的示例性实施例中，片状垂悬区可以是平坦的或非平坦的。在非平坦的片状垂悬区的情况下，片状垂悬区的表面拓扑学可以在多个方向变化；但是，一种典型情况具有在眼科装置的径向方向上和在与径向方向向外垂直的方向上的变化。可以将柔性元件部署在这些片状垂悬区的表面上并以多种方式互连，所述方式包括通过使用形成于片状垂悬区部件的更大表面上的互连部。例如，在通电的眼科装置的不同设计中，可以使用片状垂悬区来给眼科装置可停靠的眼睛表面提供改善的氧暴露。

本文中使用的“柔性的”表示物体的下述能力：其从具有第一种三维形状的状态在空间上变形或弯曲成为具有第二种不同三维形状的状态，其中所述变形的物体在变形过程中没有发生肉眼可见的断裂。

本文中使用的且有时被称作“眼科装置”的“透镜”是指位于眼睛内或眼睛表面上的任何眼科装置。这些装置可提供光学矫正或可以是美容性的。例如，术语透镜可以表示接触镜片、眼内透镜、覆盖镜片、眼部插入物、光学插入物或其它类似的装置，其用于矫正或改进视力，或用于在美容方面方面增强眼睛生理学(如虹膜颜色)而不会影响视力。在某些示例性实施例中，本发明的优选透镜为通电的通常较软的接触镜片，其由有机硅弹性体或水凝胶(包括但不限于有机硅水凝胶和氟水凝胶)制成。

本文中使用的“形成透镜的混合物”或“反应性混合物”或“RMM”(反应性单体混合物)是指可被固化并交联或可被交联而形成眼科透镜的单体或预聚物材料。各种实施例可包括透镜形成混合物，所述透镜形成混合物含有一种或多种添加剂，例如紫外线隔离剂、着色剂、光引发剂或催化剂以及眼科透镜(例如接触镜片或眼内透镜)可能需要的其它添加剂。

“形成透镜的表面”是指用于模制透镜的表面。在某些示例性实施例中，任何此类表面可以具有光学质量表面光洁度，这指示，它足够光滑，并且成型使得透镜表面在光学上是可接受的，所述透镜表面通过与模塑表面接触的透镜形成材料的聚合而成型。此外，在某些示例性实施例中，形成透镜的表面可以具有给透镜表面赋予期望的光学特性所必需的几何形状，包括球形、非球形以及柱形度数、波前像差矫正、角膜形貌学校正等，以及它们的任何组合。

本文中使用的“锂离子电池”是指这样的电化学电池：锂离子穿过所述电池移动而产生电能。这种通常被称为电池的电化学电池可按其典型方式进行重通电或再充电。

本文中使用的“衬底插入物”是指能够支持在眼科透镜内的能源的可变形的或刚性的衬底。在某些示例性实施例中，所述衬底插入物也支持一个或多个组件。

本文中使用的“模具”是指可以用于从未固化的制剂形成透镜的刚性或半刚性物体。一些优选的模具包括构成前曲面模具部分和后曲面模具部分的两个模具部分。

本文中使用的“光学区”是指这样的眼科透镜区域：眼科透镜佩戴者可以透过该区域进行观看。

本文中使用的“功率”是指每单位时间内所做的功或所传递的能量。

本文中使用的且也被称作“可重通电的”的“可再充电的”是指恢复到具有更大做功能力的状态的能力。在本发明范围内的许多用途可与能够在一定的恢复时间段内使电流以一定速率流动的恢复能力相关。

本文中使用的且也被称作“再充电”的“重通电”是指恢复到具有更大的做功能力的状态。在本发明范围内的许多用途可与能够使装置在一定的恢复时间段内使电流以一定速率流动的恢复能力相关。

本文中使用的“从模具释放”是指，透镜与模具完全分离，或者只是松散地附接，使得它可通过轻轻搅动移除或用拭子推离。

本文中使用的“堆叠的”是指，将至少2个组件层放置成彼此靠近，使得所述层之一的一个表面的至少一部分接触第二层的第一表面。在某些示例性实施例中，可以将膜(不论用于粘附还是其它功能)安设在通过所述膜彼此接触的2个层之间。

本文中使用的且有时被称作“SIC-装置”的“堆叠的集成组件装置”是指这样的堆叠技术的产品：所述技术借助于将每个层的至少一部分彼此堆叠，可以将衬底(其可含有电器件和机电器件)的薄层装配成工作集成装置。所述层可包含不同类型、材料、形状和大小的组件装置。此外，所述层可以由不同的装置生产技术来制备，以配合和呈现不同的外形(根据需要)。

本文中使用的“三维表面”是指表面在其范围的某些部分中在宏观水平不是平面的性质。例如，球体或人眼的表面是三维表面，因为在这样的表面上的点通常不处于单个平面中。典型的电子电路板的表面可以是非三维表面的表面，因为这样的电路板通常在性质上是平面的；尽管在微观水平它们并非完全平面的。

具有集成的半导体器件的三维装置

通过将薄且柔性的半导体片结合到需要特定三维形状的组件和装置中，可以产生众多新颖的装置。在一类这样的装置的一个例子中，考虑到可结合到电活性组件的眼科装置。

参考图1A和1B，描绘了示例性眼科装置的示例性三维衬底100。可以将不同的眼科装置实施例形成于示例性三维衬底上，且可以功能化以包括活动调焦元件。所述活动调焦器件可以在利用能量的同时起作用，所述能量可储存在一个或多个通电元件中。在三维衬底上的迹线可以用于提供形成通电元件的良好基础，在其上面固定、连接或支持半导体。半导体器件可以充分薄化，以具有某种弯曲或以其它方式变形的能力，以便以更共形的方式安装到三维表面上。另外，将描述示例性三维系统、方法、仪器和与这些概念有关的形成的示例性装置的一般方面。

在图1的示例性眼科装置中，三维衬底可以包括光学活性的区域110。如果所述装置是调焦元件，区域110可以代表插入装置的前表面，所述插入装置包括调焦元件，光穿过所述调焦元件进入用户的眼中。在该区域之外，通常可以存在眼科装置的周围区域，其未在光学相关路径中。因此，可能适当的是，将与活动调焦功能有关的组件放在这样的周围区域中。在某些示例性实施例中，这些组件可以由薄且柔性的半导体形成。另外，所述组件可以通过金属或其它传导性的迹线彼此电连接。还可以使用迹线来提供支撑件，用于将通电元件结合到眼科装置中。

在某些示例性实施例中，所述通电元件可以是电池。例如，所述电池可以是固态电池，或者可供选择地，它可以是湿电池。在这些例子的任一个中，最少可存在至少两条导电的迹线，以提供在电池的阳极和电池的阴极之间的电流流动。所述电池可以给装置中的其它有源元件提供电势和电流，以实现它们的通电。在图1的示例性装置中，一个电池连接可以限定在电迹线150的区域。为了举例目的，电迹线150可以是阳极连接，并代表通电元件与集成的半导体器件的(-)势连接。可以包括另一个电池或通电元件连接160。再次，为了举例目的，这样的连接可以代表阴极连接。该连接160也可以代表通电元件与结合的装置的(+)势连接。

在100处可以观察到，电迹线可以分别连接至零件150和160以及零件140和170。可以观察到，迹线140和170二者可以是分离的迹线，它们可以位于邻近迹线的附近。140的邻近迹线可以是130，170的邻近迹线可以是180。当在这些迹线上生产电池元件时，邻近迹线130和180可以代表相反的电池化学或电极类型。因而，迹线130可以连接至这样的化学层：其可以作为迹线之间的电池的阴极起作用。

迹线130和180可以通过区域120彼此连接。在某些示例性实施例中，区域120可以未被化学层覆盖，或被化学层部分地覆盖。因此，它可以作为电互连来起作用。显而易见，在该例子中，可存在2对被构造为电池的电单元，并且布局和设计的性质以串联方式连接这些电池。因此，在连接150和160两边的总电性能可以视作2个电池的组合。

在190处，可描绘该区域的沿着虚线的横截面。在100的低级表示中，描绘了与薄半导体的讨论有关的许多部件。在本示例性实施例中，在160处，描绘了上述的2个通电连接之一，并且存在于150处的通电连接可以在通电连接160后面的部位之外。在该图上，将芯片形式的半导体表示为191。为了例证目的，所述半导体可以使用焊接球或传导性的环氧树脂连接与半导体包装件上的传导性元件连接。在半导体包装件内可安置半导体芯片，或者所述半导体芯片可以是裸管芯。可以使用倒装晶片管芯连接。就示例性眼科装置的目的而言，这类装置可以较好地起作用；但是，在其它应用中，可能存在这样的包装的厚半导体芯片所需要的附加厚度和区域尺寸。薄化的半导体与三维衬底的直接连接，可能允许使用更小的装置厚度、结合更多的半导体器件和与薄形状因数及薄化的未包装的半导体的柔性性质有关的其它改进。尽管薄化的半导体片可以形成为与芯片191的类型类似的形状，当考虑薄半导体的柔性性质时，许多其它类型的形状和尺寸可以是实用的。

作为参考，在192处可存在这样的眼科装置区域：其中在100的顶段中描绘的前光学片可以与后光学片连接。在192处，描绘的具有区域192的后光学片部分是前光学片与后光学片的组合，其拓扑学可以提供一个或几个部件来密封两个光学片之间的组件。在该产生密封的区域中的部件集合被称作胶槽。如在下面的部分中进一步讨论的，在薄化的半导体器件可以结合到其它三维结构中的其它示例性实施例中，胶槽区域也可以是有关的。

半导体元件的薄化

现在参考图2，在200处，描绘了可以用于本发明的一些示例性实施例的将半导体器件薄化的方法的一般性质。在210处，描绘了具有完整厚度的衬底的一部分的表示，所述衬底已经通过半导体生产线进行了加工。通常，这样的衬底(未按比例显示)可以是500-900微米厚，取决于本领域已知的许多因素。衬底210可以是整体的或“本体”半导体型衬底。作为一个例子，衬底210的大部分厚度可以由高纯的掺杂过的晶体硅组成，其中仅衬底的薄表面具有在其上面的器件和互连。

由于多种原因，在工业中的一项通用标准是，在衬底上使用该器件之前，将加工过的晶片薄化。在220处，在薄化之后，衬底可呈现的厚度为起始厚度的分数。这可导致非常薄的衬底。因此，在由层235和230构成的“放大的”横截面表示中可以发现薄化的材料。实现非常薄的产品结果(其中产品的末端厚度可以薄至30微米厚或甚至更小)的方法是目前可得到的，且是现有技术已知的。在这样的薄化产物的一个例子中，2层可以代表一个非常薄的本体半导体层230和一个由半导体器件的金属化或互连235构成的层。

参考图2B，做出了类似的薄化方法描述，但是针对使用硅在绝缘体上类型的衬底的情况。在由层250、251和252形成的衬底中，表示了半导体在绝缘体上型衬底。如本领域已知的，存在许多类型的可能的半导体在绝缘体上型衬底。一个例子可以包括，非常纯的晶体硅的本体层250，在该层上面安置绝缘体区域，诸如二氧化硅251。在绝缘体区域251上可以安置另一个半导体层252，后者例如可以包含几百埃厚的硅层。这种层组合会提供半导体(硅)在绝缘体(二氧化硅)上型衬底的一个例子。

由于半导体(硅)顶层可以非常薄，可以使用多种方法来将整个衬底作为整体进行薄化。在一个例子中，可以在磨操作中将后硅层250磨掉，达到它的残余厚度被标称为零厚度的地方。在实践中，这样的磨操作可能具有固有的不均匀性，可能存在背侧上有残余硅的区域。因此，可以使用附加的加工(例如，通过反应离子刻蚀)来选择性地除去硅，并且不除去二氧化硅。在该加工后，剩余的衬底260可以是非常薄的器件层272与绝缘体层271(它是层251的剩余部分)的组合。在薄氧化物层上可存在薄半导体层272(在描述薄化之前，以前的252)。在该层上可存在半导体器件的金属化或互连层275。

当如在具有层230和235或具有层271、272和275的装置中所示将装置薄化时，可产生许多性能。在本文中首要讨论的是，薄衬底可呈现一定程度的柔性，这是完整厚度衬底通常不具有的。在某些限制内，薄衬底可以变形以适形于其它三维衬底，在所述其它三维衬底上面可以固定所述薄衬底。在变形过程中，所述器件可能发生一些附加的缺陷，除了其它方面以外，所述缺陷可能随弯曲程度和电路设计的性质而变化。在某些示例性实施例中，在应用所需的变形程度会导致任何微小的、但是可容许的缺陷增加的情况下，可以结合不同的设计部件以进行补偿。

薄衬底的另一个重要方面是，光(甚至在可见光谱中)可与薄化的衬底相互作用的程度。甚至在薄化后的衬底半导体厚度仍然足以吸收入射光辐射的情况(层230可能如此)下，这样的层可具有显著水平的来自这种吸收的光电流，其可能需要设计改变或其它动作来掩蔽薄层免于与光的相互作用。在一个非限制性例子中，通过使用一些构造在三维衬底上的互连部件(例如，图1中的部件170可能如此)，可能屏蔽该设计的至少某些部分。

回去参考图2B，层272(它是安置在绝缘体层271上的薄半导体层)可透过入射光。此外，大部分的入射光可能穿过绝缘体层271和半导体层272而前进。如果使用专门的冶金学(例如，从氧化铟锡或其它“透明金属”形成)，可能建立这样的薄电子层：其可以是柔性的，并使用半导体在绝缘体上型衬底，其中所述半导体层是非常薄的且透明的。另外，使用这类薄且透明的装置，可能将电子层连接在这样的眼科装置部分中：光在该部分可穿过眼科装置并进入眼中。

当半导体器件变薄时，它们可以变成柔性的。该柔性是在本文的一些发明点中讨论的因素。尽管如此，对于弯曲装置可能存在一些限制，或者可供选择地，当弯曲它们时，在所述装置中可能发生一些附加的缺陷模式。因此，尽管已经提及并且将在以后的部分中提及对装置半导体的弯曲的一些描述，但是在存在高弯曲程度的情况下，弯曲片的背托在所述装置向相对刚性片的稳定化(在它已经弯曲成三维结构以后)中可能是重要的。

在涉及弯曲薄化的半导体元件使得它与三维表面特征匹配的任一个不同示例性实施例中，可能需要附着弯曲的装置以将弯曲构型锁定就位。在某些示例性实施例中，使用互连技术可以连接装置。例如，可以使用焊接球来将柔性半导体元件上的触头附着至可位于三维表面上的匹配接触部件。在某些情况下，这些接触点可提供电功能，在其它情况下，它们可以为了提供用于附接柔性元件的装置而存在，并且在其它情况下，它们可以提供两种功能。在连接接触部件以后，可以在所得的结构的底部涂布粘合材料。在底涂中，可以使粘合剂流入柔性元件和三维衬底之间的空隙中。在某些示例性实施例中，在柔性元件表面及其在三维衬底上的对应表面部件之间不进行柔性元件和装置中的电互连之间的互连的情况下，用粘合剂使柔性衬底附着于三维表面可以是附连所述元件的方式。众多连接和粘合技术可以用于附连和稳定柔性的薄化的半导体片。

眼科三维装置与柔性元件的关联

现在参考图3A和3B，在300处，描绘了用于眼科装置中的第二种三维装置。在302处，描绘了这样的材料，其可以优选地包含可用于形成眼科装置的水凝胶聚合物。可以将包括电活性光学区域303的插入物包含在聚合的水凝胶材料302中。可以用互连装置301包围在电活性光学插入物的边缘周围。在一些例子中，所述互连装置可以完全包围在插入物周围，或者在其它例子中，所述互连装置可以包围在插入物的一部分周围。所述互连装置可以是三维成形的聚合片，在其上面可以已经沉积或以其它方式形成互连。当形成片301时，可以用可被描述为片状垂悬区304的部件形成。在图3B的横截面中也可以在306处观察到片状垂悬区304，在图3B中，成形的圆柱形设计305包围具有电活性装置307的插入物。

片状垂悬区和沉积的互连可以形成良好表面，在该表面上附着和连接柔性薄半导体器件。如描述的，柔性半导体器件341可以是相对较大的器件，其可以连接在片状垂悬区部件之一上。可替代地，在某些示例性实施例中，可以将半导体器件的众多薄条连接在片状垂悬区型部件上，如321和322所示。在每个这样的情况下，由于片状垂悬区和电子装置二者的柔性，电子装置可以弯曲成三维形状。可能有益的是，考虑这样的弯曲发生在二维上，例如，既在从眼科装置的中心向外辐射的方向上径向地，也在与径向方向垂直的方向上。由于片状垂悬区部件在它们之间具有显著的空间，这样的支撑件和组件设计的另一个特征可以是，所述眼科透镜可包括由氧可透过的水凝胶材料制成的其大部分主体，这可以为眼睛提供氧透过益处。

参考图4A和4B，在400处，描绘了薄且柔性的元件的不同示例类型的固定路线图。在这些示例性描绘中，薄且柔性的元件可以沿着眼科透镜插入物的某些部分以径向方式连接。也就是说，当柔性半导体的长度足以从起点达到终点时，柔性半导体可以包围在环形部件的周围，所述环形部件形成例如管状部件。在410处，横截面表示描绘了柔性薄半导体的一部分，所述柔性薄半导体包围在前光学片(参见参考零件100)的胶槽(参见参考零件192)的三维表面部件周围且与其附连。在另一个类似的示例性实施例中，在440处，柔性半导体可以包围在更外缘450周围，由此借助于增加的直径和因此增加的周长而允许接近更多的区域。

当以这样的管样方式包围半导体片时，可以将半导体的弯曲表征为沿着一维发生。图4A和4B的描绘可以描述为以圆柱状特征取向，其中半导体呈垂直取向。在处于该垂直取向的柔性半导体的表面上的点的任何局部区域，所述表面将在垂直方向“显得”平坦，但是在正交方向，所述表面是弯曲的。弯曲程度随半导体可以固定的表面的曲率半径而变化，并且因此，半导体在420处可以比在450处更“弯曲”或屈曲或应变。在微观水平，在半导体本身和装置的其它对应元件(例如，如金属互连)中可存在不对称的应力。

现在参考图5A和5B，在500处，描绘了另一种类型的弯曲固定的半导体。在横截面510中的520所示的取向和在横截面540中的550所示的取向，柔性半导体可以排列成锥形排列。但是，用于形成圆锥的起始硅片可以是曲线的，而不是直线的。半导体层的弯曲程度可以与上述的径向弯曲的半导体器件的弯曲程度类似。但是，由于所述片在施用它们之前是弯曲的形状，在微观水平弯曲的性质将是不同的，并且在某些示例性实施例中，可能提供缺陷水平优点。

柔性的薄化电子装置的锥形布局可能具有其它物理属性优点。在容纳薄化的半导体器件的三维物体的某些示例性实施例中，三维物体(包括支撑件和连接的装置)的总厚度可以是重要的。在片状垂悬区-型实施例中，连接的电子装置给衬底片状垂悬区添加的高度可以是最小的，在某些实现中，该最小厚度添加可以接近于电子装置的厚度。在片状垂悬区实现中，对半导体器件片的尺寸参数的限制可能不是严格的。另一方面，就圆柱形柔性半导体而言，实际上可能具有这样的一个实施例，其中不存在向眼科装置的净厚度添加，因为装置厚度和互连的效果可以径向分布。但是，在包括径向片实现的某些示例性实施例中，薄化的半导体器件的最大宽度(任意选择为在所述垂直维的尺寸)可能受到显著限制：小于50微米。一个锥形实施例可以具有在所述2个实施例之间的这些类型的特征。可能存在向眼科装置添加的一些高度，因为基于圆锥截面角，一些厚度不会径向分布。可替代地，通过圆锥截面角的相同效应，半导体器件的宽度也可以宽于纯径向实现或圆柱形状型实现。

现在参考图6，在600处，取向(其已经成为相同发明实体的现有技术的堆叠集成装置的一个例子)可以与在三维的连接的半导体器件背景中的评论有关。本领域的技术人员从本公开内容显而易见，迄今已经讨论的所有示例性实施例与堆叠的装置实现具有关联，但是为了易于描述，已经使用具有单层的实施例来描述本发明的本质。尽管如此，就堆叠的装置的这些描述和实现所符合的技术而言，对所述技术没有限制。

回去参考图6，在610处，可存在插入部分，其可代表活动的眼科装置，该装置可由薄且柔性的半导体器件控制，并由眼科装置内的通电元件通电。在600处图解的实现类型也可以被称作本公开内容的沟型实现。在某些这样的实施例中，将有源元件和薄半导体器件包围在介质插入物620中。在660处，表示了薄化且柔性的半导体器件。在这些实施例类型中，半导体可以呈大致平坦的或平面的取向，因为它可以附接到眼科装置中的接近平面的表面上。该装置越薄，可以向总眼科装置添加的高度就越小。但是，为了对眼科装置的最小影响，在该环形半导体区域的情况下，宽度可能受限。在某些示例性实施例中，可能使片达到0.25mm的宽度，并且仍然不会显著增加总眼科装置的尺寸。重要的是，注意到，在替代实施例中，堆叠的管芯方案可包括具有递增的和/或递减的直径的锥形结构。但是，像圆锥型实现一样，在安装进眼科装置之前必须裁剪或切割的粗硅片是曲线的而不是直线的，这在半导体器件实现中更常见。不同于以前讨论的实现，由于半导体的弯曲不会发生在这些类型的实施例中，在衬底中可存在更少的应力诱导的效应。

在下表中给出了不同类型的实现的一些典型方面的一些参考估测和代表。这些数字是代表性的，不应当用于限制本发明技术的范围。但是，考虑到某些参数，它们可能表现出在实施例类型和有关优点之间的差异。

表1-在三维表面上的薄的柔性元件的不同实现类型的对比

在该表中给出了“应力”参数。这可以是用于对比目的的优值。一般而言，所述参数意图指示，当以给定类型的实现布置时，衬底可能具有的弯曲程度，其中应力的量度是，对于在一个方向给定的1mm移动，衬底已经从它的标准的和平坦的状态弯曲的程度。可能最佳的是，将第一方向视作发生最大弯曲的“X”。第二应力参数“Y”可以基于与关于“X”所述相同的测量，但是当参考“未弯曲的”衬底时在正交方向。

“高度”测量意图暗示，该取向可能向眼科装置添加多少附加高度。该量度是一种相对量度，因为对高度的实际影响会被其它因素复杂化，所述其它因素包括在眼科透镜中的其它组件需要多少高度。如果半导体片的宽度(例如，在圆柱形类型取向)小于在透镜插入物内的活动眼科组件所需的高度，那么半导体片可能不会向眼科装置添加高度，无论它的宽度如何。

“形状”参数指示薄化的柔性半导体片的性质，因为它们被裁剪或切割为产品。与曲线切口相比，直线型切口可能是半导体器件更常见的，其中弧线可能代表裁剪或切割衬底以形成装置的性质。眼科装置类型实现的“长度”和“宽度”参数是薄化的硅片有多长和多宽可与给定类型的实现相一致的估测值。面积估测值是具有所述长度和宽度估测值的片的面积的简单计算。在最右列中，给出了特定设计可与氧在眼科装置(当它被佩戴时)下面扩散至眼科装置的光学活性部分的中心区域的能力相互作用的程度的相对估测值。

相对透明的薄化且柔性的半导体的特殊情况

如本文所述，可以使用一些方法来生产相对透明的装置，包括使用硅在绝缘体上型衬底和用于装置的冶金学的透明导电膜或“金属”膜。当使用本文包括的技术采用这样的装置时，可能将一些或所有柔性元件放入眼科装置的在光路或其部分中的区域内。在某些示例性实施例中，在非限制性例子中，这类柔性元件可以位于沟型布局上，其中所述沟现在位于光学区内，如图7、700所示。

在图7中，在100处，描绘了三维表面表示，其可以是用于眼科装置的电活性光学组件的前光学部分。现在，除了本文中讨论的元件以外，可以将圆柱形部件放置在更多光学活性的区域710中。存在众多定位所示的柔性衬底的方式，包括将所述片构造成圆锥型形状，或者可供选择地，模塑三维形状700，以具有支撑件710的平坦区域。如所述的，利用特殊技术来使柔性元件透明，不会干扰光路中的光。这样的薄化的且相对透明的装置不会显著干扰视觉。

在弯曲和附着柔性半导体器件以后的应力

回去参考表1，列出了不同的实现类型的“估测应力”参数。使用标准平坦硅沿着柔性元件1mm距离的可能的弯曲变化，衍生出这些参数。图8提供了描绘概念的不同方法。

现在参考图8A-8D，在800处，描绘了片状垂悬区设计、垂直设计、径向设计、沟设计和锥形设计静止弯曲外貌的示例性表示。在810处，描绘了片状垂悬区型实现。在该型实现中，可以使柔性衬底遭受应力以在2个不同的正交方向弯曲。片状垂悬区的表示可以从区域811形成，其中弯曲应力815和816可以在2个正交方向存在。由于片状垂悬区的性质，在某些实施例中，为了使它占据最小的空间，它可能呈现与眼科装置本体一致的形状。这样的形状有时会径向地以及与径向垂直地弯曲。

在820处，描绘了随着径向弯曲而发生的弯曲应力的表示。当围绕径向方向821弯曲柔性片时，它在与径向路径825正切的方向具有弯曲应力。但是，在与该方向垂直的方向(其可以表示为离开纸面的方向)，柔性半导体不会弯曲。

在830处，从顶视图角度描绘了锥形的弯曲831，类似地，在与圆锥835的半径正切的方向可能存在弯曲应力，并且沿着垂线，圆锥可以是平坦的且未弯曲的。但是，可存在一些精细差异。例如，圆锥实际上具有弯曲半径的2个不同极端。因此，与圆锥正切地以一定程度存在的弯曲的量可以随柔性半导体片而变化。因而，就这类取向而言，应力条件可以稍微更复杂。

在840处，描绘了沟型取向。在这些取向中，衬底通常具有切口，后者允许平坦地固定半导体片841。在这类平坦取向中，衬底可能没有像其它取向一样遭受弯曲应力。但是，如在表中已经提及的，这类取向可能需要半导体片成形为环形或半环形片。在某些情况下，形成没有直边的半导体片的方法可以使装置的周围区域遭受某种固有水平的应力，但是这可以不同于其它取向类型的弯曲模式诱导的应力。

互连方面-益处

不同的取向类型可以提供用三维装置内的其它组件形成电互连的不同方法。如前所述，眼科装置提供了从三维表面上的薄化且柔性的半导体产生的新发明的本质的良好例子。可能需要薄化且柔性的半导体器件来形成互连，包括例如下述中的一个或多个：在眼科装置内的其它半导体器件、通电元件、以及活性光学组件。

参考图9A-9D，描绘了不同的设计类型的示例性互连方面900。在910处，是与在片状垂悬区类型衬底上的装置有关的互连策略的表示。在911处，描绘了柔性元件的一个区域，其可以与邻接结构相对容易地连接。本领域的技术人员从与图1A和1B有关的讨论的本质显而易见，可能将电互连沉积在三维衬底的表面上。在这其中，可能稍微更复杂，因为可能沿着它的周围或它的区域与柔性半导体发生电互连。

在920，930和940处描绘的示例性装置具有用于形成互连的类似位置。这些位置分别显示在921，931和941处。对于与零件920类似的圆柱形类型实现，一片柔性半导体可以连接至基础衬底，所述基础衬底沿着半径连接至部件。在该情况下，互连可以沿着周围和/或在薄的柔性半导体的顶部和底部上根据需要在任意地方发生。因此，通过使薄半导体层彼此堆叠，可以衍生出一些附加实施例。

在圆柱形类型的取向中，可能存在于薄半导体器件的前侧或后侧之一或二者上的互连的厚度通常不会显著增加眼科装置的总厚度，这在某些实施例中可以成为一个优点。例如，在区域921中的互连可以包括许多不同类型，包括焊接球触头、传导性环氧树脂、丝连接策略和其它互连方式。如以前所述，在某些示例性实施例中，可以将互连直接沉积在三维表面上。另外，在某些情况下，可以在连接薄的柔性半导体器件之前，将薄的柔性互连衬底附接到三维表面。在这类例子中，然后可以将柔性半导体器件附接到互连衬底。这可不同于下述情况：其中可将柔性半导体器件附接到沉积在三维衬底表面上的互连。

在930处描绘的例子中，描绘了锥形实现。该情形可类似于圆柱形类型实现。一般而言，薄半导体层的装置可以在它们中具有更多的这样区域：所述区域具有锥形实现的给定半径。但是，在某些示例性实施例中，该构型可能造成眼科装置稍微加厚。或者可供选择地，半导体器件可利用的区域受限于眼科装置设计的厚度。将装置与其它组件互连的方式也可以类似于径向实现类型；然而，由于会产生成角的表面，补偿平坦表面和其它部件之间的互连可能是必要的。

在940处描绘的例子中，描绘了平坦的沟型实现。与半导体工业封装规范相比，在平坦的沟型实现中的互连通常可以是更标准的，这归因于薄的柔性半导体器件的平坦拓扑学。此外，尽管薄装置的柔性不可能像在沟型实现中那样多地起作用，薄化所减少的高度可能建立显著的优点。例如，当存在超过一个堆叠的装置时。

薄化的装置方面-光子效应的关联

已经结合半导体器件的薄化讨论了许多原理和创新概念，包括它们的增加的包装进小区域中的能力和它们的柔性能力，这由此会提供多种新颖的实施例和在三维表面上的半导体布局。薄化半导体的另一个方面可以包括，它们与光的相互作用会如何改变它们。因此，在某些示例性实施例中，光与半导体器件的相互作用可以用作它们的功能的活性方面。例如，当装置非常薄时，它们的感知进入半导体片的背(非装置)侧的光的能力可显著提高。这可存在许多原因。一般而言，衬底在较厚时其自身可能能够阻挡在衬底背侧上的光使其不会到达装置的前侧。当充分薄化时，没有被显著吸收的具有特定波长的光可能透过衬底。衬底的半导体掺杂水平也可能影响吸收特征。掺杂水平也会改变由光吸收产生的载荷子在可改变的衬底中移动的距离。由于衬底被薄化，所有这些因素与检测在薄化的半导体衬底的背侧入射的光信号有关。另一个相关的因素是，在装置所在的衬底的前侧，也存在绝缘体和金属化水平。这些水平与入射光具有高度的相互作用。由于衬底的背侧不可能具有这些层，感知透过背侧的光的能力再次得到提高。尽管如此，当衬底充分薄化时，可能感知透过前和后表面之一或二者的光。另外，装置相对于环境光源的几何形状的性质可能增强片状垂悬区和沟型实现的效应，因为它们倾向于具有相对于照明的可预期的一般方向最垂直的轮廓。

从相反角度看，感知光电流(归因于在半导体器件的背侧上的入射光)的能力可以指示，相同的效应可以发生在这样的装置区域：其中光电流的存在可能是不希望的，且可能导致影响半导体器件的性能的意外问题。因此，在某些示例性实施例中，可能重要的是，屏蔽薄装置。作为一个非限制性例子，可以使用互连冶金学来屏蔽光。在某些情况下，所述冶金学可以是互连线的某些部分。在其它情况下，可以安置金属部件，其唯一功能是，阻断光进入薄化的装置中。在某些实施例中，还可能有用的是，安置冶金学用于阻断光，其中所述冶金学具有窗或开口，其中存在感知光期望的区域。

可靠性方面

在某些示例性实施例中，本文公开的薄化的半导体可以由单晶衬底形成。由于衬底被薄化，在不发生晶体衬底断裂的情况下的变形能力可以变得更大。尽管如此，在某些实施例中，特别是当弯曲程度可能较大时，衬底可以提供来自屈曲的弯曲的显著应力，所述屈曲可在装置中产生不同的效应。装置中的一些效应类型可导致不同的缺陷模式，所述缺陷模式的发生可被应力的存在加速。示例性缺陷类型可以是由应力诱导的衬底相关缺陷。

另一种示例性缺陷类型可能涉及放在半导体器件上的金属化部件。可以设计金属化线，并在标准条件下定量，以在它们经历由电迁移等效应引起寿命早期失效的可能性之前携带特定水平的电流密度。在某些情况下，弯曲应力的引入可能需要在薄半导体器件的设计和生产中遵循其它方法。

改变薄化且柔性的半导体的实施例中的设计方面的众多方式可能减轻某些效应，包括晶体管匹配、氧化物应力、阈值电压等。现在参考图10A-10C，在1000处，示出了许多示例性方案。在1010处，显示了冗余的表示。描绘了相同元件(1011，1012，1013和1014)的多余拷贝，其中所述元件可以是单晶管、其它电路元件或设计块。在某些示例性实施例中，可能仅使用冗余元件中的一个或两个，而在其它实施例中，所述冗余元件可以以并联或串联方式进行连接，以辅助复原至应力诱导的缺陷。

在1020处，描绘了实现冗余的不同方案的表示，其中冗余元件(1021，1022，1023和1024)可以在空间上分离。如果缺陷类型沿着晶体边界穿过晶格扩散或者以其它方式影响未被距离分离的多余部件，该方案可能是有用的。在1030处描绘了另一个方案，可以实现沿着薄化的半导体器件在不同位置处的冗余元件的多个拷贝(1031，1032和1033)。

现在参考图11A-11C，在1100处，显示了在冶金学中设计应力诱导的缺陷的稳健性的方法的例子。在1110处，在薄化的半导体器件上的金属线1111在标准条件下可以是有效的。在可能发生足够的弯曲应力以提供冶金学电迁移的缺陷模式的某些示例性实施例中，一种解决方案可以包括在1120中描绘的方法。在1121处，描绘了相同的电连接功能的表示，但是其中线宽于原始情况。这样的解决方案对于下述模式是有效的：其中附加横截面积对电流密度的减小可能是有用的。可替代地，在1130处描绘了另一个方案，其中多条线1131，1132和1133可以通过交叉线1135而连接。这样的网络可能提供向电流密度相关缺陷的回弹(通过增加传导的有效横截面)以及与下述缺陷有关的回弹：所述缺陷可被单独的应力诱导，其中多余的路径可以是更重要的。可存在众多的设计电路方面的方式，所述电路方面与应力在屈曲的和弯曲的薄半导体器件中的缺陷产生有关。

螺旋形薄半导体片

参考图12A-12C，显示了零件1200，即在具有三维形状的衬底上的半导体布局的另一个三维实施例。可以将薄硅片制备成在1210处的环形形状。裁剪操作可以将薄硅片剪成复杂曲线形状，其同时仍然是平坦的，可以是在1220处的螺旋形。现在，可以将螺旋形附接到插入物的三维成形的表面，例如，如在1230处可见。所述三维成形的表面可以呈螺旋形式。当将螺旋形的硅片安置在螺旋形的支持表面上时，可以将相对较小的和轻微的应力传递至硅衬底，以造成它呈现螺旋形。由于螺旋形会造成硅随着它在径向缠绕而在空间上上升(这可以通过在1231和1232之间可观察到的垂直位置的变化来观察)，所得的螺旋可以更好地匹配眼科透镜的典型形状。结果可能是这样的电子组件：其呈现螺旋的三维形状，向半导体衬底本身传递最小的应力。在1230处的图解显示了与插入片协作的单个螺旋电组件，所述插入片可用于包含在眼科装置中。在某些示例性实施例中，也可能存在螺旋形片的堆叠实现以及附加在衬底上的螺旋片的组合。

螺旋形可以具有胜过沟型实现的益处，因为多个完整的回旋可以安装在插入装置中，因此实现更多的电路区域。在其它方面，该实施例可以具有与已经提及的前述实施例类似的方面：它可以包含三维插入物，该类型的多个装置可以是堆叠的，该形式的薄化的半导体层可以与光相互作用，和使用方法来利用设计的冗余或其它应力补偿方面。当放入具有螺旋形表面的插入物中来支持裁剪的半导体时，螺旋形裁剪的半导体器件可以实现众多眼科实施例。

已经描述了具体例子来示出本发明技术的方面，所述方面涉及形成、形成方法、以及可用于在三维表面的电互连上形成功能化元件(诸如通电元件)的形成仪器。包括了所述例子以用于提供与描述有关的实现，并且无意以任何方式限制范围。因此，本公开内容意图包括本领域的技术人员显而易见的所有实施例。

尽管示出和描述了被认为是最实用和优选的实施例，但是显而易见的是，描述和示出的具体设计和方法的变型对于本领域的技术人员来讲不言而喻，并且可以在不脱离本发明的实质和范围的情况下使用。本发明不限于描述和示出的具体构造，但是应当构造成符合可落入所附权利要求的范围内的所有改变。

Claims (18)

1.一种生产电子装置的方法，包括以下步骤：

形成具有至少表面区域的第一衬底，其中所述表面区域不是平面的；

将电触头附接到所述表面区域上；以及

将包含柔性半导体的电子元件附接到所述电触头，其中所述柔性半导体弯曲以适形于所述非平面的表面。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述电子装置放入眼科装置内的步骤。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述表面区域包括弯曲表面，所述弯曲表面形成用于圆柱形电子元件的至少一部分的支撑件。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述圆柱形电子元件取向为其径向轴线沿着所述眼科装置的光路的轴线。

5.根据权利要求4所述的方法，其中执行所述电子装置的设计以包括至少一个冗余元件。

6.根据权利要求4所述的方法，其中所述半导体包括晶体硅。

7.根据权利要求4所述的方法，其中所述半导体包括多晶硅。

8.根据权利要求4所述的方法，其中所述半导体包括非晶硅。

9.根据权利要求2所述的方法，其中所述表面区域包括弯曲表面，其中其形成用于锥形电子元件的至少一部分的支撑件。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述锥形取向为其径向轴线沿着所述眼科装置的光路的轴线。

11.根据权利要求10所述的方法，其中执行所述电子装置的设计以包括至少一个冗余元件。

12.根据权利要求2所述的方法，其中所述表面区域包括弯曲表面，其中其形成包含非平坦的片状垂悬区形状的至少一部分的支撑件。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述片状垂悬区形状利用表面定向，所述表面的表面法线在所述眼科装置的光路的方向上。

14.根据权利要求13所述的方法，其中执行所述电子装置的设计以包括至少一个冗余元件。

15.一种眼科装置，包括：

具有至少表面区域的衬底，其中所述表面区域的至少一部分在其范围内不是平面的；

电触头，所述电触头形成于所述表面区域上；和

至少第一电子元件，所述至少第一电子元件包括附接到所述电触头的柔性半导体器件，其中所述柔性半导体适形于所述非平面的表面。

16.根据权利要求15所述的眼科装置，其中所述表面区域包括弯曲表面，其中其形成圆柱形的至少一部分。

17.根据权利要求15所述的眼科装置，其中所述表面区域包括弯曲表面，其中其形成锥形的至少一部分。

18.根据权利要求15所述的眼科装置，其中所述表面区域包括弯曲表面，其中其形成非平坦的片状垂悬区形状的至少一部分。