Тонкие и гибкие полупроводниковые элементы на трехмерных поверхностях

Тонкие и гибкие полупроводниковые элементы на трехмерных поверхностях

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА СМЕЖНЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение испрашивает преимущество заявки на патент США номер 61/674887, поданной 24 июля 2012 г.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область применения изобретения

Настоящее изобретение описывает способы получения устройства, включающего в себя гибкие полупроводниковые элементы, расположенные поверх электрических контактов. Более конкретно, эти гибкие полупроводниковые элементы могут деформироваться или изгибаться для закрепления на участках трехмерной формы. Способы, описанные в настоящем документе, могут применяться, например, в сфере запитываемых энергией офтальмологических устройств.

2. Описание смежной области

Традиционно офтальмологическое устройство, такое как контактная линза, интраокулярная линза или пробка для слезной точки, включало в себя биосовместимое устройство с корректирующим, косметическим или терапевтическим свойством. Например, контактная линза может выполнять одно или более из коррекции зрения, косметической коррекции и терапевтической функции. Каждая функция обеспечивается определенной физической характеристикой линзы. Конфигурация линзы с учетом свойства светопреломления позволяет корректировать характеристики зрения. Внедрение в материал линзы пигментов позволяет получить косметический эффект. Внедрение в материал линзы активного препарата позволяет использовать линзу в терапевтических целях. Такие физические характеристики реализуются без запитывания линзы энергией.

В последнее время высказываются предположения о возможности встраивания в контактную линзу активных компонентов. Такие компоненты могут включать, например, полупроводниковые устройства. Описано несколько примеров контактной линзы со встроенными полупроводниковыми устройствами, помещенной на глаза животного. Также описана возможность запитывания энергией и активации активных компонентов несколькими способами внутри структуры самой линзы. Топология и размер пространства, доступного в пределах структуры линзы, создает новые сложные условия для реализации различных функциональных возможностей линзы. Во многих вариантах осуществления необходимо предложить надежные, компактные и малозатратные средства для внедрения компонентов в офтальмологическое устройство. В некоторых вариантах осуществления может быть выгодно внедрять компоненты, которые могут быть тонкими и гибкими. Следовательно, желательно получить новые способы и системы форм-факторов, позволяющие создавать тонкие и гибкие компоненты с целью совершенствования производства офтальмологических устройств, а также общего совершенствования встраивания электронных компонентов в неплоские объекты. Важно отметить, что эти улучшения также могут применяться и в областях, не связанных с офтальмологией. Также желательно разработать способы для удовлетворения требований, предъявляемых офтальмологической и неофтальмологической сферами к электронным компонентам на трехмерных подложках.

ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Выполненные тонкими и гибкими полупроводниковые элементы, соответствующие настоящему изобретению, позволяют преодолеть недостатки предыдущего уровня техники, коротко описанные выше.

В настоящем изобретении описываются способы и устройства, относящиеся к использованию тонких гибких компонентов. В некоторых примерах осуществления полученные устройства могут быть внедрены в запитываемую энергией офтальмологическую линзу, обладающую дополнительной функциональностью. Например, тонкие гибкие компоненты могут быть включены в запитываемую энергией офтальмологическую линзу, содержащую участок переменной оптики, способный дискретно изменять оптические свойства линзы. Кроме этого, в настоящем изобретении предлагаются способы внедрения тонких и гибких полупроводниковых устройств и элементов в организующее пространство и/или функциональные структуры. В некоторых примерах осуществления к сфере действия изобретения могут относиться неполупроводниковые элементы. Например, в некоторых примерах осуществления может быть желательно использовать в качестве элемента тонкий гибкий фрагмент из двуокиси кремния со сквозной областью.

В некоторых примерах осуществления в таких структурах могут быть неплоские участки, т.е. имеющие трехмерную форму. В этих вариантах осуществления на сложную поверхность таких участков могут быть нанесены металлические контакты и элементы электрической разводки. Тонкие и гибкие полупроводниковые компоненты могут быть размещены поверх металлических контактов, элементов электрической разводки и сложных поверхностей. Для закрепления гибких устройств иногда может потребоваться изогнуть или деформировать эти устройства относительно их нормального покоящегося состояния, чтобы они прилегали к сложной поверхности.

В зависимости от требуемых характеристик устройства, возможно множество различных конфигураций структур, организующих пространство и входящих в них областей. У разных конфигураций в этих областях могут быть сформированы сложные трехмерные поверхности, что иногда может потребовать гибкости некоторых или всех компонентов устройства. Например, в цилиндрических конфигурациях, рассчитанных на размещение вокруг какого-либо компонента офтальмологического устройства, гибкая поверхность может окружать по меньшей мере часть радиального контура компонента офтальмологического устройства. Если плоскую поверхность свернуть по радиальному контуру с получением цилиндрической формы, ось этой цилиндрической конфигурации можно определить как направление, перпендикулярное этому радиальному контуру.

Для размещения тонких и гибких полупроводниковых элементов в/на различных трехмерных поверхностях можно применять различные способы и конфигурации, и это будет очевидно для специалиста в данной области на основании способов и примеров, приведенных в настоящем описании. В некоторых аспектах настоящего изобретения способы и конфигурации могут обеспечивать дополнительную или улучшенную функциональность самого устройства, т.е. конструкционных особенностей. В некоторых примерах осуществления, относящихся, в частности, к офтальмологическим линзам, примером конфигурации, используемой для предотвращения непредусмотренного рассеяния света полупроводниковыми элементами и удовлетворяющей требованиям по занимаемому в устройстве месту, является цилиндрическая конфигурация, расположенная вокруг компонента, например, компонента переменной оптики, и ось этой конфигурации может быть ориентирована по направлению, по которому может проникать луч света при прохождении по меньшей мере через некоторые части офтальмологического устройства к глазу. Это направление может быть названо осью оптического пути.

Другие типы характеристик устройства могут определять, к какой области поверхности возможно прикрепление гибких устройств. В некоторых примерах осуществления к этим областям поверхности могут относиться конфигурации, имеющие коническую или конусообразную форму. Особенности цилиндрических конструкционных элементов в некоторой степени сходны с особенностями конических элементов; однако они отличаются тем, что в коническом элементе размер верхнего радиального контура изогнутого полупроводника может отличаться от размера нижнего радиального контура. Это понятно, если рассмотреть характеристики простого усеченного конуса, где один конец имеет меньший радиус, чем второй. Тонкие полупроводниковые устройства могут быть изогнуты в конус; однако, в отличие от цилиндрического элемента, исходная форма гибкого устройства, изгибаемая в конус, не является прямолинейной - то есть не имеет прямых периферических сторон. Вместо этого используются изогнутые или криволинейные стороны.

Другой тип элементов, используемый в офтальмологических устройствах и способный описать область поверхности, к которой могут крепиться гибкие компоненты, может являться производным от форм, именуемых клапанами. Клапаны представляют собой области, которые могут располагаться вдоль общей поверхности офтальмологического устройства. Клапаны могут быть плоскими и не плоскими. В случае неплоских клапанов топология поверхности клапана может меняться во множестве направлений; однако типичным является изменение как в направлении радиуса офтальмологического устройства, так и в направлении, проходящем перпендикулярно кнаружи от радиального направления. Гибкие устройства могут быть установлены на поверхности этих клапанов и соединяться несколькими способами, в том числе при помощи соединительных деталей, выполненных на более крупных поверхностях клапанных элементов. В соответствующих аспектах изобретения в офтальмологических устройствах могут использоваться различные конфигурации клапанов для улучшения снабжения глаза кислородом.

Настоящее описание позволяет получить ряд преимуществ в различных типах устройств, где гибкость может оказаться благоприятной и где присутствует общая ограниченность пространства. Одним типом устройств являются полупроводниковые устройства с находящимися на них и внутри них интегральными схемами. Возможно применение множества полупроводниковых устройств, в том числе изготовленных из кремния в различных его формах, в том числе кристаллических, поликристаллических и аморфных, а также из других полупроводников, таких как кремний-германиевый сплав и арсенид галлия. Также сложная структура устройства может быть сформирована из подложек, в которых полупроводниковый слой может быть весьма тонким и изготовленным с размещением поверх слоя изолятора. Тонкие варианты слоев типа «полупроводник на изоляторе» могут обладать такими характеристиками, как тонкость и относительная прозрачность, полезными для случаев, где взаимодействие света с массой полупроводника или устройством типа «полупроводник на изоляторе» может иметь дополнительную значимость для функционирования устройства. Так, в некоторых примерах осуществления дополнительную важность с точки зрения функционирования может иметь возможность конфигурирования устройств, предусматривающих использование световых сигналов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР

Вышеизложенные и прочие характеристики и преимущества настоящего изобретения станут очевидными после следующего более подробного описания предпочтительных вариантов осуществления изобретения, проиллюстрированных с помощью прилагаемых фигур.

На фиг. 1A и 1B представлен пример трехмерной подложки, которую можно применять в некоторых офтальмологических устройствах.

На фиг. 2A и 2B представлены примеры особенностей утончения подложек из полупроводника и полупроводника на изоляторе.

На фиг. 3A и 3B представлен пример структуры с клапанами, включенной в офтальмологическое устройство.

На фиг. 4A и 4B представлены примеры вертикальных конструкционных элементов, расположенных на структурах офтальмологического устройства.

На фиг. 5A и 5B представлены примеры конических конструкционных элементов, расположенных на структурах офтальмологического устройства.

На фиг. 6 представлен пример радиального бороздчатого конструкционного элемента, расположенного на структурах офтальмологического устройства.

На фиг. 7 представлена оптическая область офтальмологического устройства с примером осуществления прозрачных полупроводниковых элементов.

На фиг. 8A–8D представлены особенности статического сгибания примерных вариантов клапанных, вертикальных, радиальных, бороздчатых и конических конфигураций.

На фиг. 9A–9D показаны примерные особенности создания контактов в различных типах конфигураций.

На фиг. 10A–10C показаны примеры особенностей, связанных с надежностью и конфигурацией схем и элементов схемы.

На фиг. 11A–11C показаны примеры особенностей, связанных с надежностью и конфигурацией соединительных деталей схемы.

На фиг. 12A–12C представлен пример спиральной структуры, встроенной во вставляемое офтальмологическое устройство.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к способам и устройствам, которые могут применяться при использовании тонких и гибких полупроводниковых устройств на трехмерных поверхностях. В следующих далее разделах приведено подробное описание примеров вариантов осуществления настоящего изобретения. Описания как предпочтительных, так и альтернативных вариантов осуществления изобретения являются только примерами осуществления изобретения. Предполагается, что специалисту в данной области будут понятны возможности создания модификаций и других вариантов осуществления изобретения. Поэтому необходимо учитывать, что объем представленного изобретения не ограничен приведенными примерами осуществления.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

В приведенном описании и пунктах формулы, относящихся к настоящему изобретению, используется ряд терминов, для которых будут приняты следующие определения:

«Цилиндрической формой» и иногда «формой цилиндра» в настоящем документе именуют гибкий компонент, имеющий по существу плоскую поверхность и охватывающий по меньшей мере часть радиального контура таким образом, что по меньшей мере часть поперечного сечения прямолинейной цилиндрической формы может образовывать круг, эллипс или овал. В некоторых цилиндрических формах ось цилиндрической конфигурации может быть образована направлением, перпендикулярным к радиальному контуру.

Термин «запитываемый энергией» в настоящем документе обозначает состояние, которое способно обеспечить подачу электрического тока или хранение в себе запаса электрической энергии.

Термин «энергия» в настоящем документе относится к способности физической системы совершать работу. В рамках настоящего изобретения упомянутая способность, как правило, может относиться к способности выполнения электрических действий при совершении работы.

Термин «источник энергии» в настоящем документе относится к устройству или слою, который может снабжать устройство энергией или переводить логическое или электрическое устройство в состояние запитываемого энергией устройства.

Термин «устройства сбора энергии» в настоящем документе относится к устройству, способному извлекать энергию из окружающей среды и преобразовывать ее в электрическую энергию.

Термин «функционализированный» в настоящем документе обозначает получение слоя или устройства, способного выполнять некоторую функцию, включая, например, запитывание энергией, активацию или управление.

Термин «клапан» в настоящем документе обозначает область поверхности, к которой могут крепиться гибкие компоненты. В различных примерах осуществления клапаны могут быть плоскими или неплоскими. В случае неплоских клапанов топология поверхности клапана может меняться во множестве направлений; однако типичным является изменение как в радиальном направлении, так и в направлении, проходящем перпендикулярно кнаружи от радиального направления. Гибкие устройства могут быть установлены на поверхности этих клапанов и соединяться несколькими способами, в том числе при помощи соединительных деталей, выполненных на более крупных поверхностях клапанных элементов. Например, в различных конфигурациях запитываемых энергией офтальмологических устройств клапаны могут обеспечивать улучшенное снабжение кислородом поверхности глаза, на который может быть помещено офтальмологическое устройство.

Термин «гибкий» в настоящем документе означает способность элемента подвергаться пространственной деформации или изгибанию из состояния с первой трехмерной формой в состояние со второй, отличной трехмерной формой, причем деформируемый элемент не должен макроскопически разламываться при деформации.

Термин «линза», а также иногда применяемый термин «офтальмологическое устройство» относятся к любому офтальмологическому устройству, находящемуся в или на глазу. Такие устройства могут обеспечить возможность оптической или косметической коррекции. Например, термин «линза» может относиться к контактной линзе, интраокулярной линзе, накладной линзе, глазной вставке, оптической вставке или другому аналогичному устройству, которое используется для коррекции или модификации зрения или для косметической коррекции физиологии глаза (например, изменения цвета радужной оболочки) без ущерба для зрения. В некоторых примерах осуществления предпочтительные линзы настоящего изобретения представляют собой запитываемые энергией по существу мягкие контактные линзы, изготовленные из кремниевых эластомеров или гидрогелей, включающих в себя, без ограничений, силикон-гидрогели и фторсодержащие гидрогели.

Термин «линзообразующая смесь» или «реакционная смесь мономера» (RMM) в настоящем документе относится к мономерному или преполимерному материалу, который может быть полимеризован и сшит или сшит с образованием офтальмологической линзы. Различные варианты осуществления могут включать линзообразующие смеси с одной или более добавками, такими как УФ-блокаторы, оттеночные добавки, фотоинициаторы или катализаторы, а также прочие желаемые добавки для офтальмологических линз, таких как контактные или интраокулярные линзы.

Термин «линзообразующая поверхность» относится к поверхности, которая используется для литья линзы. В некоторых примерах осуществления любая такая поверхность может иметь оптическое качество поверхности, что означает, что данная поверхность является достаточно гладкой и получена таким образом, что поверхность линзы, изготовленной путем полимеризации линзообразующего материала, который находится в контакте с формирующей поверхностью, была оптически приемлемого качества. Кроме того, в некоторых примерах осуществления линзообразующая поверхность может иметь такую геометрию, которая необходима для придания поверхности линзы желаемых оптических характеристик, включая коррекцию сферических, асферических и цилиндрических аберраций, коррекцию аберраций волнового фронта, коррекцию топографии роговицы и т.п., а также любых их комбинаций.

В настоящем документе «литий-ионный элемент» означает электрохимический элемент, в котором электрическая энергия вырабатывается в результате движения ионов лития через элемент. Такой электрохимический элемент, как правило, называемый батареей, в своей типичной форме может быть возвращен в состояние с более высоким зарядом или перезаряжен.

В настоящем документе «вставка подложки» означает формуемую или жесткую подложку, способную нести источник энергии в офтальмологической линзе. В некоторых примерах осуществления вставка подложки также несет один или более компонентов.

Используемый в настоящем документе термин «форма для литья» означает жесткий или полужесткий объект, который может использоваться для формования линз из неполимеризованных составов. Некоторые предпочтительные формы для литья включают в себя две части, образующие переднюю изогнутую часть формы для литья и заднюю изогнутую часть формы для литья.

Термин «оптическая зона» в настоящем документе означает участок офтальмологической линзы, через который пользователь офтальмологической линзы может видеть.

В настоящем документе термин «мощность» означает совершаемую работу или переданную энергию за единицу времени.

Термин «перезаряжаемый» или «повторно заряжаемый» в настоящем документе обозначает возможность восстановления состояния повышенной способности к совершению работы. В рамках настоящего изобретения упомянутая способность, как правило, может относиться к восстановлению способности испускать электрический ток определенной величины с определенной скоростью в течение определенного промежутка времени.

Термин «перезарядка» или «повторная зарядка» в настоящем документе означает восстановление запаса энергии до состояния повышенной способности к совершению работы. В рамках настоящего изобретения указанная способность может относиться к восстановлению способности устройства испускать электрический ток определенной величины с определенной скоростью в течение определенного промежутка времени.

Используемый в настоящем документе термин «извлеченная из формы для литья» означает, что линза либо полностью отделена от формы для литья, либо лишь слабо прикреплена к ней и может быть легко отсоединена легким встряхиванием или сдвинута с помощью тампона.

Используемый в настоящем документе термин «наложение» означает размещение по меньшей мере двух слоев-компонентов в непосредственной близости друг к другу таким образом, что по меньшей мере часть одной поверхности одного из слоев находится в контакте с первой поверхностью второго слоя. В некоторых примерах осуществления между двумя слоями может находиться пленка, обеспечивающая сцепление или выполняющая иные функции, так что слои находятся в контакте друг с другом через указанную пленку.

Используемый в настоящем документе термин «многослойные интегрированные многокомпонентные устройства», иногда именуемые SIC-устройствами, относится к результату применения технологий упаковки, позволяющих собирать тонкие слои подложек, которые могут включать электрические и электромеханические устройства, в функциональные интегрированные устройства путем наложения по меньшей мере части каждого слоя друг на друга. Такие слои могут включать изготовленные из различных материалов устройства различных типов, форм и размеров. Кроме того, слои могут быть выполнены по различным технологиям изготовления устройств для получения различных желаемых форм.

Термин «трехмерные поверхности» в настоящем документе обозначает свойство поверхности быть на макроскопическом уровне неплоской в некоторых своих частях. Поверхность сферы или человеческого глаза, например, будет трехмерной, поскольку точки данной поверхности по существу находятся не в одной плоскости. Поверхность типовой электронной платы может не быть трехмерной поверхностью, поскольку такие платы обычно являются плоскими, даже если на микроскопическом уровне они не являются идеально плоскими.

Трехмерные устройства со встроенными полупроводниковыми устройствами

В результате интеграции тонких и гибких фрагментов полупроводников в компоненты и устройства, которым требуется определенная трехмерная форма, могут быть получены многочисленные новые устройства. В качестве примера одного такого типа устройства рассматриваются офтальмологические устройства, которые могут содержать электроактивные компоненты.

На фиг. 1A и 1B показан пример трехмерной подложки 100 для примера офтальмологического устройства. На основе этого примера трехмерной подложки могут быть созданы различные варианты осуществления офтальмологического устройства, которые могут быть функционализированы для включения активного фокусирующего элемента. Активное фокусирующее устройство может функционировать, используя энергию, хранящуюся в одном или более элементах питания. Дорожки, присутствующие на трехмерной подложке, могут использоваться для получения подходящего основания для формирования элементов питания, служащих для крепления, присоединения или опоры полупроводников. Полупроводниковые устройства могут быть выполнены весьма тонкими для обладания некоторой способностью к изгибанию или иной деформации с целью лучшего прилегания к трехмерным поверхностям. Кроме этого, будут описаны общие аспекты примеров трехмерных систем, способов, устройств и получающихся образцов устройств, связанных с этими концепциями.

В примере офтальмологического устройства, показанном на фиг. 1, трехмерная подложка может включать в себя область 110, являющуюся оптически активной. Если устройство представляет собой фокусирующий элемент, область 110 может представлять собой переднюю поверхность вставляемого устройства, содержащую фокусирующий элемент, через который свет попадает в глаз пользователя. За пределами этой области, как правило, может находиться периферическая область офтальмологического устройства, не попадающаяся на оптически значимом пути. Соответственно, вполне возможно разместить в этой периферической области компоненты, относящиеся к функции активной фокусировки. В некоторых примерах осуществления эти компоненты могут быть изготовлены из тонких и гибких полупроводников. Кроме этого, компоненты могут электрически соединяться друг с другом посредством металлических или иных проводящих дорожек. Эти дорожки могут использоваться в качестве опоры для внедрения в офтальмологическое устройство элементов питания.

В некоторых примерах осуществления элемент питания может представлять собой батарею. Например, батарея может представлять собой твердотельную батарею или, как вариант, батарею жидкостных элементов. В любом из этих примеров возможны по меньшей мере две электропроводящие дорожки, создающие электрический ток между анодом батареи и катодом батареи. Батарея может обеспечивать электрический потенциал и ток для других активных элементов устройства, предоставляя им питание. В примере устройства, показанном на фиг. 1, один контакт батареи может быть выполнен в области электрической дорожки 150. Для примера, электрическая дорожка 150 может представлять собой анодный контакт и являться отрицательным (–) полюсом элемента питания для встроенных полупроводниковых устройств. Может существовать и другой контакт 160 батареи или элемента питания. Снова для примера, этот контакт может представлять собой катодный контакт. Этот контакт 160 также может представлять собой положительный (+) полюс элемента питания для встроенных полупроводниковых устройств.

На элементе 100 видно, что электрические дорожки могут соединяться с элементами 150 и 160, а также с элементами 140 и 170 соответственно. Можно видеть, что обе дорожки 140 и 170 могут являться изолированными дорожками, которые могут быть проложены вблизи соседней дорожки. Соседней дорожкой для 140 может быть 130, а соседней дорожкой для 170 может быть 180. Соседние дорожки 130 и 180 при создании на них батарейных элементов могут соответствовать противоположным химическим реакциям или типам электродов. Таким образом, дорожка 130 может быть соединена с химическим слоем, заставляющим ее функционировать в качестве катода элемента батареи, расположенного между дорожками.

Дорожки 130 и 180 могут соединяться друг с другом в области 120. Область 120 в некоторых примерах осуществления может быть не покрыта химическими слоями или покрыта частично. Следовательно, она может использоваться в качестве электрического контакта. Из этого примера будет очевидно, что возможно получить две пары электрических ячеек, выполненных в виде батареи, и что расположение и конфигурация соединяют эти батареи последовательным подключением. Следовательно, общие электрические характеристики между контактами 150 и 160 можно считать комбинацией двух элементов батареи.

Элементом 190 представлено поперечное сечение через область по пунктирной линии. На нижнем изображении элемента 100 показан ряд элементов, относящихся к обсуждаемым тонким полупроводникам. В настоящем примере осуществления элементом 160 показан один из двух контактов питания, описанных выше, а контакты питания элемента 150 могут быть не видны за контактом питания 160. На фигуре полупроводник показан в виде кристалла 191. Для иллюстрации, полупроводник может быть подключен с помощью шарикового вывода или соединений из проводящей эпоксидной смолы к проводящим элементам, находящимся на корпусе полупроводника. Полупроводниковый кристалл может располагаться внутри корпуса полупроводника, или же полупроводниковый кристалл может представлять собой бескорпусный кристалл. Возможно применение перевернутого кристалла. Устройство такого типа может хорошо соответствовать целям примеров офтальмологических устройств; однако в других областях применения для такого толстого полупроводникового кристалла в корпусе может потребоваться дополнительная толщина и размеры соответствующей области. Прямое присоединение утонченного полупроводника к трехмерной подложке может способствовать получению устройств меньшей толщины, встраиванию большего количества полупроводниковых устройств и другим усовершенствованиям, связанным как с тонким форм-фактором, так и с гибкостью тонких бескорпусных полупроводников. Притом что утонченным фрагментам полупроводника может быть придана форма, сходная с формой кристалла 191, на практике возможны многие другие формы и размеры, если учесть гибкость тонких полупроводников.

Как показано в элементе 192, возможно наличие области офтальмологического устройства, в которой передний оптический фрагмент, показанный в верхней части элемента 100, может соединяться с задним оптическим фрагментом. Элементом 192 показан задний оптический фрагмент, и область 192 представляет собой комбинацию переднего и заднего оптических фрагментов с топологией, позволяющей с помощью одного или нескольких элементов запечатать компоненты между двумя оптическими фрагментами. Набор элементов этой области, в которой будет производиться запечатывание, называется клеевой канавкой. Как дополнительно описано в дальнейших разделах, область клеевой канавки также может быть важной и для других примеров осуществления, в которых утонченные полупроводниковые устройства могут встраиваться в другие трехмерные структуры.

Утончение полупроводниковых элементов

На фиг. 2, элемент 200, показана общая суть процессов утончения полупроводниковых устройств, которые могут использоваться в некоторых примерах осуществления настоящего изобретения. Элементом 210 показана часть подложки полной толщины, проходящей обработку на линии производства полупроводников. Как правило, толщина таких подложек (показана не в масштабе) может составлять 500–900 микрон в зависимости от ряда факторов, известных специалистам в данной области. Подложка 210 может представлять собой полупроводниковую подложку монолитного или «массивного» типа. Например, большая часть толщины подложки 210 может состоять из высокочистого, допированного, кристаллического кремния, и лишь тонкий слой подложки содержит устройства и контакты.

В силу различных причин по существу стандартом в промышленности является утончение кристаллических пластин перед использованием устройств на подложке. В элементе 220 после утончения подложка может приобрести толщину, в несколько раз меньшую исходной толщины. В результате можно получать очень тонкие подложки. Соответственно, утонченный материал представлен на «увеличенном» поперечном сечении, состоящем из слоев 235 и 230. В настоящее время существуют и известны специалистам в данной области способы получения очень тонкого изделия, где конечная толщина может достигать 30 микрон и даже меньше. В одном примере такого утонченного изделия два слоя могут представлять собой очень тонкий массивный слой полупроводника 230 и слой, образованный из металлических напылений или соединений 235 для полупроводникового устройства.

На фиг. 2B показано описание сходного процесса утончения, но для случая использования подложки типа «кремний на изоляторе». В подложке, образованной слоями 250, 251 и 252, представлен вариант типа «полупроводник на изоляторе». Как известно специалистам в данной области, возможно существование многих типов подложек «полупроводник на изоляторе». В качестве примера может служить массивный слой 250 очень чистого кристаллического кремния, на котором находится область изолятора, например, диоксида кремния 251. На области изолятора 251 может находиться другой слой полупроводника 252, который, например, может представлять собой слой кремния толщиной в пару сотен ангстрем. Такая комбинация слоев является примером подложки из полупроводника (кремний) на изоляторе (диоксид кремния).

Поскольку верхний слой полупроводника (кремний) может быть очень тонким, можно использовать множество способов утончения всей подложки в целом. Например, оборотный слой кремния 250 может стачиваться при помощи шлифовки до тех пор, пока остаточная толщина не будет по существу нулевой. На практике такая шлифовка может быть неравномерной, и на оборотной стороне могут остаться следы кремния. В результате может использоваться дополнительная обработка, например реактивное ионное травление, для избирательного удаления кремния с сохранением слоя диоксида кремния. После обработки оставшаяся подложка 260 может представлять собой очень тонкую комбинацию слоя устройств 272 и слоя изолятора 271, который остался от слоя 251. Поверх тонкого слоя оксида может размещаться тонкий слой полупроводника 272 (ранее 252, до показанного утончения). Поверх этого слоя может размещаться металлическое напыление или слои контактов 275 полупроводникового устройства.

При утончении устройства, представленного слоями 230 и 235 или слоями 271, 272 и 275, возможно проявление ряда особенностей. В качестве первого главного для данного обсуждения пункта, тонкая подложка может приобрести гибкость, не характерную для подложек, имеющих полную толщину. С некоторыми ограничениями эту тонкую подложку можно деформировать, чтобы она прилегала к другим трехмерным подложкам, к которым она может прикрепляться. В процессе деформации возможно некоторое дополнительное повреждение устройства, которое, среди прочего, зависит от степени изгиба и от конфигурации схемы. В некоторых примерах осуществления возможно встраивание различных компенсирующих конструкционных элементов, и в этом случае степень деформации, необходимая для применения, приведет к небольшому, но приемлемому повышению уровня повреждений.

Другим важным аспектом тонких подложек является то, что свет, даже видимого диапазона, может в какой-то мере взаимодействовать с утонченными подложками. Даже в тех случаях, где толщина полупроводниковой подложки после утончения может все же быть достаточной для поглощения падающего света, как, например, в случае слоя 230, в таком слое может возникать значительный фототок, который может потребовать изменения конфигурации или других мер для защиты тонких слоев от взаимодействия со светом. В качестве не ограничивающего изобретение примера возможно защитить по меньшей мере части конфигурации при помощи некоторых соединительных элементов, установленных поверх трехмерных подложек, например, при помощи элемента 170 на фиг. 1.

Как показано на фиг. 2B, слой 272, представляющий собой тонкий слой полупроводника, находящийся поверх слоя изолятора 271, может быть прозрачен для падающего света. Более того, возможно, чтобы значительная часть падающего света проходила и сквозь слой изолятора 271, и сквозь слой полупроводника 272. При использовании специализированной металлургии, например, деталей, изготовленных из оксида индия-олова или из других «прозрачных металлов», можно создавать гибкие электронные слои и использовать подложки из полупроводника на изоляторе, где слой полупроводника является очень тонким и прозрачным. Кроме этого, при использовании данного типа тонкого и прозрачного устройства возможно прикреплять электронные слои в тех частях офтальмологического устройства, где свет может проходить через офтальмологическое устройство в глаз.

Когда полупроводниковые устройства становятся тонкими, они могут становиться гибкими. Эта гибкость является фактором, рассматриваемым в настоящем изобретении. Тем не менее возможны некоторые ограничения по изгибанию устройств или, в качестве альтернативы, возможны некоторые дополнительные режимы повреждений, происходящих в сгибаемых устройствах. Следовательно, хотя описаны и в дальнейших разделах будут описываться некоторые варианты сгибания полупроводниковых устройств с применением значительных изгибов, для стабилизации устройства в относительно жесткий элемент после того, как оно было пригнано к трехмерной структуре, большое значение может иметь задняя опора для изогнутых элементов.

В любых различных примерах осуществления, связанных с изгибанием утонченного полупроводникового элемента таким образом, чтобы он прилегал к трехмерной поверхности, изогн