高分子材料與晶片的局部接合結構的製作方法
2023-10-11 10:07:14 2
專利名稱：高分子材料與晶片的局部接合結構的製作方法
技術領域：
本發明是關於一種高分子材料與晶片的局部接合結構，尤指應用一種低溫及應力低的高分子材料局部與晶片接合的技術。
背景技術：
已知晶片接合技術，包含(1)陽極接合法，其必須在高溫度、高電壓的條件下才可進行；(2)共晶熔點接合法，其必須加熱至共晶點，且汙染性明顯大於其它方法；(3)有機物質接合法，其接合處的強度明顯不足。現行半導體製程的晶片接合技術是以採用硬質樹脂材料封裝，該晶片接合技術，包含第一基板、第二基板、一硬質樹脂材料。首先，是將電路布局於所述第一基板上，且對準(alignment)兩片基板的接合位置。接著，以旋塗式(spin-coating)的方式將該硬質樹脂材料塗布兩基板間，並施以一適當溫度烘烤以去除水分及部分溶劑。最後，通過一接合機臺以應力加壓的方式用以接合該第一基板與該第二基板，完成晶片接合的過程。
此種已知的硬質樹脂材料接合技術不但體積過大，且電路之間的應力過大，對於植入人體生物兼容性有所限制不適合應用於生醫檢測。
此外，已知晶片接合技術所採用的方法還有(4)晶片直接接合法，請參閱美國專利字號第6225154號所述，如圖1A所示，第一矽晶片2，是將一電路元件1布局於該第一矽晶片2上。一玻璃層3，是以旋塗式玻璃(spin-on-Glass；SOG)的方式，塗蓋一層化合物溶劑於該第一矽晶片2，並以低溫度烘烤以去除水分及部分溶劑。如圖1B所示，施以一適當溫度(300℃～1400℃)將該第二矽晶片4與該玻璃層3接合，此接合法必須具有極為平坦的表面。(5)光阻層局部晶片接合法，請參閱中國臺灣專利公告號第507345號所述，如圖2A所示，第一基板5與第二基板6置入一接合機臺7的真空腔70內抽真空，對應該第一基板5的接合處51a與一第二基板6的接合處61a，並以一隔離片71隔開，使用加熱器72溫度至200℃以下，抽去該隔離片71並施以100N以下的壓力，以進行一加壓過程。如圖2B所示，為接合完成的示意圖。圖中第一基板5的接合處51a與該第二基板6的接合處61a對應接合後，形成新的接合處8。此種光阻接合法，當光阻層為負光阻層則必須再活化該接合處，以去除該接合處的連結(cross linking)，接合的過程較為繁雜。
本發明鑑於已知技術的缺失，思及改良發明的意念，發明出本案的高分子材料與晶片的局部接合結構。
發明內容
本發明的一主要目的是提供一種高分子材料與晶片的局部接合結構，提供一高分子材料層與一基板，達到低溫的局部晶片接合技術。
本發明的另一目的是提供一種高分子材料與晶片的局部接合結構，其中利用該基板的一金屬層作為一加熱導體，並利用電流產生一適當的溫度，使得該高分子材料層與該基板瞬間完成局部密封接合，而不影響內部電路與其它材料的特性。
本發明的另一目的是提供一種高分子材料與晶片的局部接合結構，利用一金屬導線加以極細化提高電流密度；再則，是將該金屬導線成曲折狀環繞於該基板側邊，使其成為一加熱導體，使得該高分子材料層與該基板可再瞬間完成局部密封接合，而不影響內部電路與其它材料的特性。
本發明的另一目的是提供一種高分子材料與晶片的局部接合結構，利用一高分子材料用以形成一空腔體，並利用該空腔體與該基板的側邊的面積，即可達到有效的接合，使得晶片內的結構體可以自由運作，如此一來，即能有效應用於慣性傳感器、壓力傳感器以及流體控制。
本發明的另一目的是提供一種高分子材料與晶片的局部接合結構，其中並未改變高分子材料與晶片的局部接合結構的實質設計，其中該金屬導線為多層金屬的製程方式，利用外部磁場或以外部電感感應的方式達到局部晶片接合作用。
本發明的另一目的是提供一種高分子材料與晶片的局部接合結構，其中並未改變高分子材料與晶片的局部接合結構的實質設計，利用該金屬導線擺放的位置，達到局部加熱的效果以不影響晶片。
本發明的另一目的是提供一種高分子材料與晶片的局部接合結構，其中並未改變高分子材料與晶片的局部接合結構的實質設計，利用該高分子材料的均被性高、彈性大、不同的斥水親水性、應力低、熔點低以及密封性高的特點，其與晶片接合後可形成具有生物兼容性的物體，適合應用於生醫檢測。
本發明的另一目的是提供一種高分子材料與晶片的局部接合結構，其中並未改變高分子材料與晶片的局部接合結構的實質設計，該基板為矽(Silicon，Si)、砷化鎵(Gallium Arsenide，GaAs)、碳化矽(SiliconCarbide，SiC)、氮化鎵(Gallium Nitride，GaN)以及藍寶石(Sapphire)其中之一。
有鑑於此，為實現上述目的，本發明提供一種高分子材料與晶片的局部接合結構，包含一基板，是將電路元件布局於該基板；一高分子材料層，是形成於該基板的上方以及一金屬導線，是為極細的該金屬導線作為一加熱導體布局於該基板周圍，並利用電流產生一適當的溫度，使得該高分子材料層與該基板可瞬間完成局部密封接合，而不影響內部電路。
其中，所述金屬導線為一曲折狀以增加電流密度，且可利用該金屬導線的擺放位置，以限制溫度升高的範圍達到局部加熱的效應。
本發明還提供一種空腔體與晶片的局部接合結構，包含一基板，是將電路元件布局於該基板；一空腔體，利用一高分子材料形成於所述基板之上；以及一金屬導線，為極細的金屬導線，作為一加熱導體布局於所述基板周圍，並利用電流產生一適當的溫度，使得所述高分子材料層與所述基板可瞬間完成局部密封接合，使得該基板內的電路可以自由運作。
其中也可利用該金屬導線的擺放位置，以限制溫度升高的範圍達到局部加熱的效應。
本發明又提供一種多層金屬與晶片的局部接合結構，包含一基板，是將電路元件布局於該基板；一金屬導線，為多層金屬的製程方式；以及一高分子材料層，形成於所述基板的上、下相對位置，並包覆所述金屬導線形成上下連接的電感形態，利用電流產生一適當的溫度，使得該高分子材料層與所述基板可瞬間完成局部密封接合。
其中也可利用該金屬導線的擺放位置，以限制溫度升高的範圍達到局部加熱的效應，且所述局部接合結構可利用外部磁場或外部電感達到局部瞬間結合。
本發明還提供一種高分子材料與晶片的局部接合結構，包含一基板；一高分子材料層，形成於所述基板之上以及一金屬層，利用所述基板的該金屬層作為一加熱導體，促使所述高分子材料層與所述基板瞬間完成局部密封接合，以不影響內部電路元件。
其中也可利用該金屬導線的擺放位置，以限制溫度升高的範圍達到局部加熱的效應。
此外，所述高分子材料層具有不同的斥水親水性(hydrophilic)、應力低、熔點低以及密封性高的特性，是應用於標準半導體製程。該高分子材料層能在低溫下以旋塗(spin-coating)或化學氣相沉積(Chemical VaporDeposition，CVD)的方式達到良好的均勻性(conformity)，能利用該基板的電路本身具有的金屬層或以極細的該金屬導線繞成曲折狀(meander)於該基板側邊以增加電流密度，接著，再利用局部電流加熱方式以產生足夠溫度，促使該高分子材料層與該基板瞬間密合(hermetic)。如此一來，即可達到局部加熱的效果且不影響該晶片的電路特性。
本案將通過以下圖標與詳細說明，作進一步詳細敘述。
圖1A、圖1B是已知晶片直接接合法的示意圖；圖2A是已知光阻層接合法的示意圖；圖2B是已知光阻層接合完成後的示意圖；圖3A是本發明較佳實施例的晶片局部接合結構的分解圖；圖3B是本發明較佳實施例的局部晶片結構的上視圖；圖3C是本發明的空腔體示意圖；圖3D是本發明的多層金屬結構的示意圖。
主要元件符號說明1第一矽晶片 301、301a、301b高分子材料層2電路元件 302、302a、302b、302c基板3玻璃層 304、304a金屬導線4第二矽晶片 306內部電路5第一基板 308、308a接合處6第二基板 310空腔體7接合機臺8接合處70真空腔51a、61a接合處71隔離片72加熱器300晶片
具體實施例方式
請參考圖3A，其為本發明較佳實施例的晶片局部接合結構的分解圖。如圖3A所示，能應用於現行半導體製程的晶片接合結構，該晶片300包含一高分子材料層301、一基板302以及一金屬導線304。首先，利用如聚對二甲苯(Poly-para-xylylene)等類的高分子材料，能在低溫下以旋塗(spin-coating)或化學氣相沉積(CVD)的方式達到良好的均勻性(conformity)，並利用高分子材料的特點彈性大、不同的斥水親水性、應力低、熔點低以及密封性高，以形成該高分子材料層301。接著，將該金屬導線304形成一曲折狀作為一加熱導體，並且環繞於該基板302側邊，用以增加電流密度能產生一適當的溫度。最後，將該高分子材料層301與該基板302瞬間完成局部密封接合，兩個板層之間形成一接合處308，有效利用局部加熱的方式且不影響該基板302的內部電路，完成該晶片300接合的過程。
請參考圖3B，其為本發明較佳實施例的局部晶片結構的上視圖。一基板302a為矽(Si)、砷化鎵(GaAs)、碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)以及藍寶石(Sapphire)其中之一，是提供一金屬導線304a，加以極細化並環繞於該基板302a側邊以提高電流密度，使得晶片瞬間局部密封接合時，能不影響該基板302a的一內部電路306與其它材料的特性。再則，可利用該基板的一金屬層(圖中未標示)作為一加熱導體，並利用電流產生一適當的溫度，使得該高分子材料層301與該基板瞬間完成局部密封接合，而不影響內部電路與其它材料的特性。如此一來，該高分子材料與晶片接合後可形成具有生物兼容性的物體，適合應用於生醫檢測。
進一步來說，請參考圖3C，其為本發明的空腔體示意圖。如圖3C所示，是將該高分子材料用以形成一空腔體310，並利用該空腔體310與該基板302b的側邊的面積，即可達到有效的接合，兩個板層之間形成一接合處308a，使得晶片內的結構體可以自由運作，如此一來，即能有效應用於慣性傳感器、壓力傳感器以及流體控制。
另外，請參考圖3D，其為本發明的多層金屬結構的示意圖。如圖3D所示，其中該金屬導線為多層金屬，是利用製程方式將該金屬導線包覆(cladding)於該高分子材料中，以形成兩層高分子材料層301a、301b，而兩層高分子材料層301a、301b之間具有一基板302c，且利用外部磁場或以外部電感感應的方式達到局部晶片接合方式。
另外，值得一提的是，本發明的高分子材料與晶片的局部接合結構，是利用該金屬導線擺放的位置，達到局部加熱的效果以不影響晶片的內部電路。
另外，值得一提的是，本發明的高分子材料與晶片的局部接合結構，是利用該高分子材料的均被性高、彈性大、不同的斥水親水性、應力低、熔點低以及密封性高的特點，其與晶片接合後可形成具有生物兼容性的物體，適合應用於生醫檢測或流體控制。
上述本發明的具體實施例與圖標是使熟知此技術的人士所能了解，然而本專利的權利範圍並不局限在上述實施例。
綜上所述，基於解說本發明的功能與結構原理的目的而顯示及說明本發明的具體實施例，並且可對所述具體實施例進行均等變化，而不致脫離此類原理。因此，本發明專利範圍包括涵蓋於本案申請專利範圍的精神與範圍內的所有均等變化。
權利要求
1.一種高分子材料與晶片的局部接合結構，其特徵在於包含一基板，是將電路元件布局於該基板；一高分子材料層，形成於所述基板之上以及一金屬導線，為極細的金屬導線，作為一加熱導體布局在所述基板周圍，並利用電流產生一適當的溫度，使得所述高分子材料層與所述基板可瞬間完成局部密封接合，以不影響內部電路元件。
2.如權利要求1所述的高分子材料與晶片的局部接合結構，其特徵在於，所述金屬導線為一曲折狀以增加電流密度。
3.如權利要求1所述的高分子材料與晶片的局部接合結構，其特徵在於，利用該金屬導線的擺放位置，以限制溫度升高的範圍達到局部加熱的效應。
4.一種空腔體與晶片的局部接合結構，其特徵在於包含一基板，是將電路元件布局於該基板；一空腔體，利用一高分子材料形成於所述基板之上；以及一金屬導線，為極細的金屬導線，作為一加熱導體布局於所述基板周圍，並利用電流產生一適當的溫度，使得所述高分子材料層與所述基板可瞬間完成局部密封接合，使得該基板內的電路可以自由運作。
5.如權利要求4所述的空腔體與晶片的局部接合結構，其特徵在於，利用該金屬導線的擺放位置，以限制溫度升高的範圍達到局部加熱的效應。
6.一種多層金屬與晶片的局部接合結構，其特徵在於包含一基板，是將電路元件布局於該基板；一金屬導線，為多層金屬的製程方式；以及一高分子材料層，形成於所述基板的上、下相對位置，並包覆所述金屬導線形成上下連接的電感形態，利用電流產生一適當的溫度，使得該高分子材料層與所述基板可瞬間完成局部密封接合。
7.如權利要求6所述的多層金屬與晶片的局部接合結構，其特徵在於，利用該金屬導線的擺放位置，以限制溫度升高的範圍達到局部加熱的效應。
8.如權利要求7所述的多層金屬與晶片的局部接合結構，其特徵在於，所述局部接合結構可利用外部磁場或外部電感達到局部瞬間結合。
9.一種高分子材料與晶片的局部接合結構，其特徵在於包含一基板；一高分子材料層，形成於所述基板之上以及一金屬層，利用所述基板的該金屬層作為一加熱導體，促使所述高分子材料層與所述基板瞬間完成局部密封接合，以不影響內部電路元件。
10.如權利要求9所述的高分子材料與晶片的局部接合結構，其特徵在於，利用該金屬導線的擺放位置，以限制溫度升高的範圍達到局部加熱的效應。
全文摘要
本發明提供一種高分子材料與晶片的局部接合結構，該局部晶片接合結構包含一基板、一金屬導線、一高分子材料層，該高分子材料層具有不同的斥水親水性、應力低、熔點低以及密封性高的特性，是應用於標準半導體製程。該高分子材料層能在低溫下以旋塗或化學氣相沉積的方式達到良好的均勻性，能利用該基板的電路本身具有的金屬層或以極細的該金屬導線繞成曲折狀於該基板側邊以增加電流密度，接著，再利用局部電流加熱方式以產生足夠溫度，促使該高分子材料層與該基板瞬間密合。如此一來，即可達到局部加熱的效果且不影響該晶片的電路特性。
文檔編號H01L21/50GK1941332SQ20051010808
公開日2007年4月4日 申請日期2005年9月29日 優先權日2005年9月29日
發明者溫榮弘, 傅建中 申請人:沛亨半導體股份有限公司