TW201322348A - 用於非平面晶片組件之方法及裝置 - Google Patents

用於非平面晶片組件之方法及裝置 Download PDF

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Abstract

本發明係敘述一種用於非平面裝置之組裝的方法及裝置，上述非平面裝置係基於彎曲晶片。多個槽孔可予以產生以作為上述晶片中之縱向開孔，以減少彎曲應力進而增加上述晶片之形變可允許角度。上述晶片可透過上述槽孔加以變形至上述形變可允許角度內之期望形變。保持限制可予以提供於至少一部分之上述晶片上，以使上述晶片得以根據上述期望形變保持彎曲。

Description

用於非平面晶片組件之方法及裝置
本發明一般而言係有關於微型裝置之組裝程序，特定而言係有關於三維曲面彈性裝置晶片之組裝。
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。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。另則，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。"槽孔"可藉由具有變動寬度之連續開孔而形成，上述連續開孔從晶片內之一位置延伸到晶片邊緣且產生新的直線或彎曲邊緣及側壁以用於局部結構，且當局部結構受到彎曲或變形應力時可允許某些側向位移。上述接合可為機械性限制且選擇性地在橫跨槽孔(包含晶片)之元件接合塊體之間提供電性連結。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。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)或訊號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用於非平面裝置之組裝的方法及裝置，上述非平面裝置係基於彎曲晶片。多個槽孔可予以產生以作為上述晶片中之縱向開孔，以減少彎曲應力進而增加上述晶片之形變可允許角度。上述晶片可透過上述槽孔加以變形至上述形變可允許角度內之期望形變。保持限制可予以提供於至少一部分之上述晶片上，以使上述晶片得以根據上述期望形變保持彎曲。
於另一實施例中，彎曲晶片可包含多個晶片。一晶片(例如晶片中之第一晶片)可彎曲成一期望形變。另一晶片(例如晶片中之第二晶片)可變形成符合上述第一晶片之期望形變。上述經變形之晶片可彼此結合，使一晶片之連續塊體與另一晶片之槽孔相交，以在這些晶片之間提供保持限制，使這些晶片保持彎曲成上述期望形變。
於又另一實施例中，一種用於非平面彎曲晶片之組裝裝置可包含一組擠壓單元、一支架單元及一控制單元。上述擠壓單元可具有一第一表面，上述第一表面係根據一期望曲率彎曲。上述支架單元可具有一第二表面，上述第二表面係彎曲成符合上述期望曲率。上述控制單元可控制上述擠壓單元及上述支架單元之移動。上述擠壓單元可配置成在上述第一表面上將晶片變形成上述期望曲率。上述支架單元可配置成在上述第二表面上根據上述期望曲率將固定結構變形。上述控制單元可配置成使上述擠壓單元及上述支架單元得以透過移動擠壓單元而在上述第一表面與上述第二表面之間將上述晶片與上述固定結構接合。上述接合可提供保持限制予上述晶片及固定結構以保持彎曲。
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正對，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。
300A‧‧‧概要圖
301、303‧‧‧槽孔
305‧‧‧薄晶片
307‧‧‧尖端

Claims (10)

  1. 一種用於非平面裝置之組裝方法，該非平面裝置係基於一個或以上之彎曲的晶片，該方法包含：產生複數個槽孔以作為該晶片中之縱向開孔，該槽孔減少位移應力以增加該晶片之形變可允許角度；透過該槽孔將該晶片變形至該形變可允許角度內之期望形變；以及提供保持限制於至少一部分之該晶片上，該保持限制使該晶片得以根據該期望形變保持彎曲。
  2. 如請求項1所述之用於非平面裝置之組裝方法，其中該期望形變對應於一類球面曲率，該類球面曲率與人類眼球相符合，其中該晶片中之至少一者係相對球形且具有一圓周，該圓周具有一中心，其中該晶片中之該至少一者具有該複數個槽孔中之一個或以上之特定槽孔，該複數個槽孔中之該一個或以上之特定槽孔係排列成放射狀圖案，該放射狀圖案係從該中心朝向該圓周向外延伸，其中該固定結構包含分離晶片，其中根據該期望形變該晶片與該分離晶片透過相互限制而維持彎曲，該相互限制包含藉由該固定結構之該保持限制，其中將該晶片變形之步驟包含：將受應力薄膜沈積於該晶片之至少一側上，該受應力薄膜為了至少一部分之該期望形變提供位移力，其中該受應力薄膜係加以圖案化以配置該位移力。
  3. 如請求項2所述之用於非平面裝置之組裝方法，其中該特定槽孔之每一者係成形為一通道區域，該通道區域從到該中心之一停止距離朝向該圓周伸展，其中產生複數個槽孔之步驟包含：將該晶片之該至少一者沿著該通道區域從該圓周朝向該中心之該停止距離進行切割，其中該停止距離係基於用以切割該晶片之該至少一者的設備之有限解析度而決定，其中該切割約在到該晶片之該中心的該停止距離處停止並形成細微尖端，其中該細微尖端在該通道區域周圍具有尖銳角落，其中將該晶片之該至少一者進行切割係對應於沿著該圓周之一開孔，其中該開孔之長度係基於該期望形變而決定，其中將該晶片之該至少一者進行切割之步驟包含移除晶片材料；以及將該細微尖端圓形化以形成該槽孔，使該槽孔在靠近到該中心的該停止距離處沒有尖銳角落之形狀。
  4. 如請求項1所述之用於非平面裝置之組裝方法，其中該期望形變係透過支架之彎曲表面而配置，其中該支架包含分配於該彎曲表面上之真空孔，其中將該晶片變形之步驟包含：將該晶片擠壓於該支架之該彎曲表面上，以使該晶片彎曲成該期望形變，其中該擠壓係基於透過該真空孔施加之真空吸力。
  5. 如請求項1所述之用於非平面裝置之組裝方法，其中該期望形變係透過支架之彎曲表面而配置，其中該支架包含該彎曲表面上之靜電吸附盤，其中將該晶片變形之步驟包含：將該晶片擠壓於該支架之該彎曲表面上，以使該晶片彎曲成該期望形變，其中該擠壓係基於透過該靜電吸附盤施加之靜電力。
  6. 如請求項1所述之用於非平面裝置之組裝方法，其中該晶片包含複數個焊墊，其中該保持限制係機械性限制該焊墊對於一個或以上之固定結構的相對位置，其中提供保持限制之步驟包含：根據該期望形變形成該固定結構之形狀，該固定結構包含與該晶片之該焊墊對應的配對焊墊，其中形成該固定結構之形狀的步驟包含在預定高溫的範圍內利用壓力模製該固定結構，使該固定結構符合該期望形變；以及將該焊墊與對應的該配對焊墊結合，且同時根據該期望形變維持該晶片之形狀，其中將該焊墊與對應的該配對焊墊結合之步驟包含：基於該期望形變將該晶片與該固定結構對準，以及在一控制範圍之高溫內將該晶片對著該固定結構擠壓；其中該複數個焊墊中之至少二者係接合至該固定結構中之其中一者，其中該複數個焊墊中之該至少二者係橫 跨該複數個槽孔之其中一者設置，其中該保持限制包含該一個或以上之固定結構的限制，以沿著該複數個槽孔之其中一者維持該晶片之該期望形變，其中該固定結構包含彈性材料。
  7. 一種用於三維彎曲晶片之組裝方法，該三維彎曲晶片包含一第一晶片及一第二晶片，該方法包含：將該第一晶片變形成一期望形變；將該第二晶片變形成符合該期望形變；以及將經變形之該第一晶片及該第二晶片彼此結合，以在該第一晶片與該第二晶片之間提供相互保持限制，使該第一晶片及該第二晶片保持彎曲成該期望形變。
  8. 如請求項7所述之用於三維彎曲晶片之組裝方法，其中該第一晶片包含複數個第一焊墊，其中該第二晶片包含複數個第二焊墊，該複數個第二焊墊對應於該第一晶片之該第一焊墊，其中將經變形之該第一晶片及該第二晶片彼此結合之步驟包含：將位於經變形之該第一晶片與該第二晶片之間的該第一焊墊及該第二焊墊對準，其中該第一晶片包含一第一槽孔以允許變形該第一晶片，其中該第二晶片包含一第二槽孔以允許變形該第二晶片，其中該對準使得該第一槽孔與該第二槽孔設置成以大體上正交之方式彼此相交；以及 於一控制高溫範圍內在經對準之該第一晶片與該第二晶片之間施加壓力，以結合該第一焊墊及該第二焊墊，其中經結合之該第一焊墊及該第二焊墊包含導電材料，其中該第一晶片及該第二晶片係透過在經結合之該第一焊墊及該第二焊墊之外的空氣隙而分離；其中該方法更包含：將該空氣隙以導熱材料回填，以使該第一晶片與該第二晶片之間得以透過該導熱材料進行散熱，以及將經結合之該第一焊墊及該第二焊墊鈍化，以使該導電材料與腐蝕隔絕。
  9. 一種用以製造非平面彎曲晶片之裝置，包含：一擠壓單元，具有一第一表面，該第一表面係根據一期望曲率彎曲；一支架單元，具有一第二表面，該第二表面係彎曲成符合該期望曲率；以及一控制單元，用以移動該擠壓單元及該支架單元，其中該擠壓單元係配置成在該第一表面上將晶片變形成該期望曲率，其中該支架單元係配置成在該第二表面上根據該期望曲率將固定結構變形，以及其中該控制單元係配置成使該擠壓單元及該支架單元得以在該第一表面與該第二表面之間將該晶片與該固定結構接合，該接合提供保持限制予該晶片及該固定結 構以保持彎曲。
  10. 如請求項9所述之用以製造非平面彎曲晶片之裝置，其中該擠壓單元之該第一表面係根據具有一第一曲率中心之該期望曲率進行彎曲，其中該支架單元之該第二表面係彎曲成符合具有一第二曲率中心之該期望曲率，其中該移動使該第一曲率中心得以重疊該第二曲率中心，以使該第一表面與該第二表面相配合，其中該晶片包含焊墊，其中該固定結構包含配對焊墊，該配對焊墊對應於該焊墊，其中該控制單元使得該擠壓單元在三旋轉維度中旋轉，以使該第一表面與該第二表面對準，其中該擠壓單元與該支架單元中之至少一者係為透明，以使該對準得以基於該焊墊及該配對焊墊。
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