专利名称：半导体集成电路芯片及其形成方法
技术领域：
本发明关于一种半导体集成电路芯片及其形成方法。本发明是延续让渡给本案受让人的中国发明专利申请案号200310115136.9，申请日为2003年11月20日，发明名称为「晶片装置的表面处理方法及使用该方法所形成的晶片装置」。
背景技术：
本发明关联到以下其中一个发明人的下述专利(a).中国发明专利申请案号02105960.8，申请日为2002年4月10日，发明名称为「电容式指纹读取晶片」，公开号为1450489；(b).中国发明专利申请案号02123058.7，申请日为2002年06月13日，发明名称为「压力式指纹读取晶片及其制造方法」，公开号为1464471；(c).中国发明专利申请案号02124906.7，申请日为2002年06月25日，发明名称为「温度传感器及其运用该温度传感器的指纹辨识晶片」，公开号为1463674；(d).中国发明专利申请案号02132054.3，申请日为2002年09月10日，发明名称为「电容式压力微感测元及其应用的指纹读取晶片结构」，公开号为1482440；(e).中国发明专利申请案号03124183.2，申请日为2003年5月6日，发明名称为「一种电容式指纹传感器及其制造方法」；(f).中国台湾发明专利申请案号093110603，申请日为2004年4月16日，发明名称为「可抗静电与应力破坏及防残污干扰之晶片式传感器」，证书号码为发明第233198号；及(g)中国发明专利申请案号200510085423.9，申请日为2005年7月18日，发明名称为「具有图像比较功能的滑动式影像感测晶片及其处理方法」。
在半导体制造工艺领域所提供的芯片制造方式中，通常需考虑芯片所提供的电特性，并且需将芯片透过封装的程序设置于封装基体中，以免除例如压力及静电等外力的任何可能的破坏。
然而，随着芯片应用领域的发展，新的应用使得设计上必须裸露部份的芯片表面于环境中，例如芯片式的指纹传感器便需要提供一与手指接触的芯片表面，以读取手指的纹路，作为身份识别使用。
为此，芯片表面的机械特性便必须被加以考虑以提供一耐磨、耐压并且能够具有斥水、斥油及防污的表面特性。
现有技术上，电容式指纹感测芯片的基础结构为在一硅基材内制作相关感测及控制处理电路，在芯片的表面布置阵列型的多个金属板作为感测电极(从此感测电极以下包含感测及控制处理电路及硅基材将统称为基板结构)，并且形成一介电材料层于芯片的最外表面，兼做感测电容介电质以及芯片裸露于外的保护层。为达到上述芯片表面耐压及耐磨的特性，现有技术都是利用一坚硬的介电材料作为最外表层的保护层，例如世界专利WO 01/06448A1、WO 03/098541A1、美国专利第6,091,082、欧洲专利EP1256899、美国专利第6,114,862号及美国专利第6,515,488号，都揭露了此一架构。简而言之，现有技术的发明不外乎例如氧化硅、氮化硅、碳化硅中的一坚硬材料层形成于基板结构上方。
其中氧化硅及氮化硅为形成亲水性表面的亲水性材料，容易造成手指油污或手指汗水残留。而碳化硅材料虽然有较好的斥水性特色，然而无良好的斥油特性，仍然容易残留油脂，长久使用下，造成影像变质。再者，当上述材料沉积时，表面粗糙度不易控管，有时需要通过化学机械研磨(CMP)来达到良好的表面平整度及不易残留油污的表面特性，却也增加制造的复杂度。Thomas在美国专利第6,515,488号公告中，揭露了通过氧化硅的沉积及后续的CMP工艺而将氧化硅填满多个小孔洞而达到平整的外表面。然而，此举又使制造过程太过复杂，而不适合于一般商业芯片代工厂的制造程序。
在US6762470专利中，Siegel等人揭露了制作Teflon材料于芯片表面的设计，其用意有一部份便是为了解决斥水、斥油及防污的表面特性问题。然而铁氟龙(Teflon为美国杜邦公司的商标)的氟碳聚合体与半导体芯片表面的氧化硅、氮化硅等表面能较高的材料无法有效键结。所以，单纯利用此类材料所制成的指纹传感器在经过多次指纹测试磨擦便会容易脱落。
为解决此一问题，本案的同一个发明人在中国发明专利200310115136.9号中揭露了利用在氟碳聚合体的另一端接上硅烷基为一最佳的材料选择，此乃因为硅烷基中的Si-O-CH3或Si-O-C2H5很容易水解成Si-O-或Si-OH基，此基便可与半导体芯片表面的氧化硅、氮化硅等形成-Si-O-Si-或Si-O-H等高键结强度的共价键或氢键。
为了便于制造与生产，上述方法是将高分子单体制备成溶液型式，其处理方法为将此溶液利用浸泡、如光致抗蚀剂旋布方式(spin coating)或喷洒方式(spray coating)，涂布于一半导体芯片表面，随后提供一高温(＞60℃)及高湿(90％)环境，以利固化聚合。
然而，此种方法的一个主要缺点就是高分子单体的制作及固化过程仅能在芯片表面形成分子层的厚度，也就是说其最大厚度仅约数十纳米，很容易因芯片不当使用时被刮除，降低了防污的效果。
再者，因为芯片的制造过程本来就会在表面产生不平坦的现象，利用中国200310115136.9号发明专利的方法也无法形成一平坦表面。同样地，容易累积污垢于芯片表面的缝隙中。
最重要的是，为了符合未来的环保要求，含有卤素化合物的电子制品将会被禁止使用，为此上述利用氟化物解决芯片表面斥水、斥油及防污的表面特性的方法将有很大的环保问题。
延续中国200310115136.9号发明专利的精神，以解决芯片表面防污，同时也克服其所面临的问题，本发明将提供另一解决方法。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种半导体集成电路芯片的表面处理方法及使用该方法所形成的半导体集成电路芯片，以防止譬如污垢、水及油脂的外部因素干扰譬如电容式指纹传感器的该半导体集成电路芯片的运作。
为达上述目的，本发明提供一种半导体集成电路芯片，其包含一集成电路芯片本体，具有至少一表面；及一纳米表面结构树酯保护膜，其形成于该至少一表面上，该纳米表面结构树酯保护膜含有多个纳米颗粒及一树酯材料，用以保护该集成电路芯片本体免受于外部干扰。
此外，本发明也提供一种前述半导体集成电路芯片的形成方法，包含以下步骤提供一集成电路芯片本体，该集成电路芯片本体具有外露的至少一表面；涂敷含有多个纳米颗粒及一树酯材料的一合成树酯于该集成电路芯片本体的该至少一表面上；及于适当的环境设定下，烘烤该合成树酯以使其固化，而形成具有莲花效应(lotus effect)的一纳米表面结构树酯保护膜用来保护该集成电路芯片本体免受于外部干扰。
本发明的效果是显著的本发明的主要应用标的是形成一纳米表面结构树酯保护膜于一种半导体集成电路芯片表面，使得该半导体集成电路芯片表面具有防污、疏水及疏油特性，特别适用于半导体指纹感测芯片，例如电容式、电场式、热感应式或其它可能的感测方式的指纹感测芯片，以防止使用者指垢及指纹残留、提高指纹读取及辨识的品质。本发明所使用的材料为纳米表面结构的合成树酯，其优点是纳米表面结构具有(lotus effect)莲花效应，可以斥油斥水及防污。而且合成树酯的硬度及耐磨性都非常好，芯片表面不易刮伤。且因为没有使用卤素化合物，所以本发明也符合当今的环保要求。
图1显示依据本发明较佳实施例的半导体集成电路芯片的表面处理方法的示意图。
图2显示图1的半导体集成电路芯片的一应用实施例。
图3显示利用图2的半导体集成电路芯片所获得的一指纹图像的示意图。
图4显示图1的半导体集成电路芯片的另一应用实施例。
图5显示利用图4的半导体集成电路芯片所获得的多个片段指纹图像结合成一指纹图像的示意图。
主要元件符号说明10……集成电路芯片本体11……表面12……芯片式指纹感测元13……静电放电金属网结构20……纳米表面结构树酯保护膜具体实施方式
本发明关于一种具有纳米表面结构树酯保护膜的半导体集成电路芯片及其形成方法，尤其关于一种能避免半导体集成电路芯片受到外部干扰的纳米表面结构树酯保护膜的形成方法及使用该方法所形成的半导体集成电路芯片。
传统的树酯都不具有疏水及疏油特性，主要原因为其分子结构基本上为碳氢结构。为了解决此一问题，本发明采取的作法是在树酯材料中参杂金属纳米颗粒、陶瓷纳米颗粒或高分子纳米颗粒，使得合成的树酯材料经过高温(譬如150℃)烘烤固化以后形成纳米粗糙面，或者利用高温固化相变化的原理也可以形成相同的粗糙面，具有等同于如莲花或莲花叶表面般的特性，此种特性可以通称为莲花效应(lotus effect)，这样的效应降低了表面能，也因此提高了疏水及疏油的特性。结合树酯材料及表面纳米结构的特性可以称之为纳米树酯，选用树酯的主要原因就是其耐磨及高硬度的特性[相较于其它如聚亚醯胺(polyimide)高分子材料]，相当适合应用于需要被摩擦的物体表面，例如本发明主要应用的滑动式指纹感测芯片表面保护。
以下将说明本发明的一种具有纳米表面结构树酯保护膜的半导体集成电路芯片的形成方法。请参见图1、2，该半导体集成电路芯片的保护膜的形成方法包含以下步骤。
首先，提供一集成电路芯片本体10，各该集成电路芯片本体10具有外露的至少一表面11。当将本发明应用于一种芯片式指纹传感器时，如图1所示，其集成电路芯片本体10更具有多个指纹感测元12，用以感测一手指的一全部或部分指纹，而该集成电路芯片本体10的外露的表面11数目仅有一个。该集成电路芯片本体10的表面11由介电材料例如氧化硅或氮化硅，或者部份裸露介电材料及部份裸露金属材料例如铝、金等所组成，于本实施例中，该裸露金属材料为一静电放电金属网结构13，以释放接近中的手指的静电电荷，且静电放电金属网结构13被该纳米表面结构树酯保护膜20所覆盖，或者从该纳米表面结构树酯保护膜20裸露出。
然后，通过譬如浸泡、旋转涂布(spin coating)或喷洒涂布(spray coating)方式而涂敷含有多个纳米颗粒及一树酯材料的一合成树酯于该集成电路芯片本体10的该至少一表面11上。
接着，于适当的环境设定下，烘烤该合成树酯以使其固化，而形成具有莲花效应(lotus effect)的一纳米表面结构树酯保护膜用来保护该集成电路芯片本体免受于外部干扰。由于制造厚度可以由制造参数决定，例如旋转涂布的转速设定，最佳厚度介于0.3至10微米之间。
因此，依据上述方法所形成的半导体集成电路芯片包含一集成电路芯片本体10及一纳米表面结构树酯保护膜20。该集成电路芯片本体10具有至少一表面11。各该纳米表面结构树酯保护膜20通过使用多个纳米颗粒及一树酯材料的一合成树酯而在该至少一表面11上形成固化的该纳米表面结构树酯保护膜。
由于纳米表面结构树酯保护膜的厚度可以控制，所以也可以此对原来芯片的不平坦表面做平坦化动作，来改进现有技术的上述缺点。
图2显示图1的半导体集成电路芯片的一应用例。如图2所示，该集成电路芯片本体10用以感测静置于其上的手指50的一指纹图像，如图3所示。
图4显示图1的半导体集成电路芯片的另一应用例。如图4所示，该集成电路芯片本体10用以感测滑动通过其中的手指50的多个片段指纹图像，以供后续接图处理成一指纹图像，如图5所示。
在较佳实施例的详细说明中所提出的具体实施例仅用以方便说明本发明的技术内容，而非将本发明狭义地限制于上述实施例，在不超出本发明的精神及权利范围的情况，所做的种种变化实施，皆属于本发明的范围。
权利要求
1.一种半导体集成电路芯片，其特征在于，包含一集成电路芯片本体，具有至少一表面；及一纳米表面结构树酯保护膜，其形成于该至少一表面上，该纳米表面结构树酯保护膜含有多个纳米颗粒及一树酯材料，用以保护该集成电路芯片本体免受于外部干扰。
2.如权利要求1所述的半导体集成电路芯片，其特征在于，该纳米表面结构树酯保护膜的厚度介于0.3至10微米之间。
3.如权利要求1所述的半导体集成电路芯片，其特征在于，该集成电路芯片本体更具有多个指纹感测元，用以感测一手指的一全部或部分指纹。
4.如权利要求1所述的半导体集成电路芯片，其特征在于，该集成电路芯片本体用以感测滑动通过其中的一手指的多个片段指纹图像。
5.如权利要求1所述的半导体集成电路芯片，其特征在于，该集成电路芯片本体用以感测静置于其上的一手指的一指纹图像。
6.如权利要求1所述的半导体集成电路芯片，其特征在于，该至少一表面由氧化硅或氮化硅所组成。
7.如权利要求1所述的半导体集成电路芯片，其特征在于，该集成电路芯片本体更具有一静电放电金属网结构，以释放静电电荷。
8.如权利要求7所述的半导体集成电路芯片，其特征在于，该静电放电金属网结构从该纳米表面结构树酯保护膜裸露出。
9.一种如权利要求1所述的半导体集成电路芯片的形成方法，其特征在于，包含以下步骤提供一集成电路芯片本体，该集成电路芯片本体具有外露的至少一表面；涂敷含有多个纳米颗粒及一树酯材料的一合成树酯于该集成电路芯片本体的该至少一表面上；及于适当的环境设定下，烘烤该合成树酯以使其固化，而形成具有莲花效应的一纳米表面结构树酯保护膜用来保护该集成电路芯片本体免受于外部干扰。
10.如权利要求9所述的半导体集成电路芯片的形成方法，其特征在于，该纳米表面结构树酯保护膜的厚度介于0.3至10微米之间。
11.如权利要求9所述的半导体集成电路芯片的形成方法，其特征在于，涂敷该合成树酯的该步骤是通过浸泡、旋转涂布或喷洒涂布方式而达成。
12.如权利要求9所述的半导体集成电路芯片的形成方法，其特征在于，该集成电路芯片本体更具有多个指纹感测元，用以感测一手指的一指纹。
13.如权利要求9所述的半导体集成电路芯片的形成方法，其特征在于，该集成电路芯片本体用以感测滑动通过其中的一手指的多个片段指纹图像。
14.如权利要求9所述的半导体集成电路芯片的形成方法，其特征在于，该集成电路芯片本体用以感测静置于其上的一手指的一指纹图像。
15.如权利要求9所述的半导体集成电路芯片的形成方法，其特征在于，更包含以下步骤对该纳米表面结构树酯保护膜予以平坦化。
全文摘要
一种半导体集成电路芯片，包含一集成电路芯片本体及一纳米表面结构树脂保护膜；集成电路芯片本体具有至少一表面；纳米表面结构树脂保护膜形成于该至少一表面上；纳米表面结构树脂保护膜含有多个纳米颗粒及一树脂材料，用以保护集成电路芯片本体免受于外部干扰。一种前述半导体集成电路芯片的形成方法，包含以下步骤提供一集成电路芯片本体，该集成电路芯片本体具有外露的至少一表面；涂敷含有多个纳米颗粒及一树脂材料的一合成树脂于该集成电路芯片本体的该至少一表面上；于适当的环境设定下，烘烤该合成树脂以使其固化，而形成具有莲花效应的一纳米表面结构树脂保护膜用来保护该集成电路芯片本体免受于外部干扰。
文档编号H01L21/02GK101047153SQ20061006597
公开日2007年10月3日 申请日期2006年3月29日 优先权日2006年3月29日
发明者周正三, 范成至 申请人:祥群科技股份有限公司