TWI222189B - Semiconductor passivation using Battelle coatings - Google Patents

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Gordon Lee Graff
Peter Maclyn Martin
Mark Edward Gross
Ming Kun Shi
Michael Gene Hall
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Battelle Memorial Institute
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1222189 A7 五、發明說明（1 ) 發明背景 概略而言本發明係有關微電子裝置，特別係有關包封與 屏障堆疊之微電子裝置。 製造於半導體基材上的微電子裝置需要被鈍化或被包封 俾保護其不接觸大氣污染物及成份、機械損傷、應力、熱 應力及熱循環、下游處理、以及腐蝕性化學品。 微電子裝置鈍化可發揮數種功能。第一，’將微電子裝置 與其它微電子裝置變絕緣。保留半導體表面的復合速度。 也是應力緩衝來減少裂開。提供保護而不接觸光微影蝕刻 術過程中的處理化學品、·紫外光曝光及抗光蝕劑。此外， 其提供保護避免濕度、氧化劑、腐蝕性物質、刮傷及機械 損傷。最後，其提供獲得動離子，例如C1•及， Lavinger等人，眞空科學技術期刊A16(2)，1998年，3月 月，530頁。 習知金屬及陶瓷的氣密封提供有效的保護。但習知氣密 包圍體相當龐大（深度約4-6毫米），且造成製品重量顯著增 加’因而減少f微縮化的效果。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 今日淬多需要純化的裝置係製造於玻璃、溶合氧化矽及 陶瓷基材上。例如，非晶氮化矽（si3N4)及二氧化矽（si〇2) 薄膜用於p型半導體裝置占做爲保護塗層，先微影蝕刻術 處理之光罩，非揮發性金屬_氮化物_氧化物半導體記憶裝 置之電荷儲存系統，金屬層間的絕緣體，薄膜電晶體的閘 極絕緣體，以及極大型積體裝置的超薄電介質。用於積體 電路應用，二氧化矽爲應力緩衝層且氮化矽爲鈍化層，如 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 1222189 A7 B7 __ 五、發明說明（2 ) 美國專利第5,851，603號所述，併述於此以供參考。氮化石夕 主要係藉化學氣相沉積方法（CVD)沉積，例如大氣壓化學 氣相沉積（APCVD)、低壓化學氣相沉積（LPCVD)及電漿加 強式化學氣相沉積（PECVD)。但，使用藉標準半導體製程 如化學氣相沉積而沉積的無機物質有若干缺點。最嚴重缺 點係脆變，於機械應力下容易裂開，階遮蓋率不良，平面 化性質不良及屏障性質不良。藉電子迴旋加速器共振電衆 加強式氣相沉積（ECR PECVD)沉積氮化矽之最佳透氧率據 報告接近1立方厘米/平方米/日。二氧化矽之最佳透氧率也 接近1立方厘米/平方来/日。 由於此等問題，有大量努力試圖使用聚合物電介質來替 代無機材料例如氧化矽及氮化矽。令人感興趣的聚合物材 料包括聚酿亞胺、聚酿胺以及沛勒霖（paralyene)。有機材 料供良好黏者性、充份彈性以及充份抗拉強度。但此等 材料有脆變以及空隙等缺陷問題。C.p· Wong，Ceramic Trans. 33 ， 1993 ， ρ·125 。 無機及有機材料提供的屏障保護通常不足以確保可靠的 微電子裝置操作。在包封之前需要加上額外屏障層。例如 矽橡膠等材料用做爲屏障。積體電路可藉射出成型嵌置於 塑膠内而增加額外的水屏障保護。 環氧樹脂也用做爲屏障用途及-包封。用於包封的環氧樹 脂層厚度僅約習知氣密封要求層厚度的四分之一。但即使 該厚度產生之裝置在許多應用中仍然過重過魔大而無法接 受。此外，環氧樹脂具有對許多用途而言過高而無法接受 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) --------訂---------線！ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1222189
五、發明說明（3 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 的水蒸氣通透率。 目前：於微電子的鈍化層包括厚度至多約i微米之二氧 夕氮化發以及氧氮化石夕。此等層係藉C V D及反應性 :控管濺鍍方法沉積，要求基材及處理溫度高達綱。c。 :CVD沉積的材料也有極大應力(換言之，大於1〇,〇〇〇百 萬巴斯卡）。 無機層常常接著爲旋轉料聚醯亞胺層厚約0 5微米。聚 醯亞胺層用於鈍化、包封、+面化以及黏合/成形成爲封 裝體。該層被旋塗上且於高達滅溫度硬化。聚醯亞胺 I氧及水蒸氣屏障性質不良且屬於聚合物基材典型性質 (>1〇立方厘米/平方米/日）。聚醯亞胺極爲透明且強力吸收 可士光波長。聚醯亞胺薄膜有大量空隙，造成積體電路的 可仏度問冑1隙也造成熱點及裂痕而可能損害積體電路 組件。 另員用來保濩微電子電路之方法係蒸氣沉積聚對二甲 «膜。但聚對二甲苯之水蒸氣通透率對許多用途而言過 高。此外，聚對：甲苯於超過約12(rc之溫度時進行熱氧 化。 、 、 此外，PECVD塗層有針孔、階遮蓋率不良及微粒等問 題。塗層品質通常不佳。此等層之沉積處理可能損害例如 積體電路、有機發光裝置、發光多合物以及微雷射等溫度 敏感材料。結果，使用習知沉積方法無法於半導體基材上 達成全然有效的溫度敏感裝置的包封。此外，爲了獲得所 需包封及鈍化，目前鈍化層的厚度需媲美裝置厚度及大 適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） II-----訂·--------線皿· c請先閱—讀背面之注意事項再填寫本頁)
r— I 1 I I I I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1222189 A7 ， -----B7 —_ 五、發明說明（4 ) 小’結果導致製造多層積體電路時的問題。最後，如前文 討論，此等材料之屏障性質對許多用途仍嫌不足。 此，需要有改良的輕薄短小的屏障構造其可用於包封 微電子裝置，以及此種包封和微電子裝置之製法。 發明综述 、本發明經由提供一種包封後的微電子裝置以及此種裝置 之製法而滿足此等需求。裝置包括-半導體基材，一微電 子裝置毗鄰該半導體基材，以及至少一第一屏障堆疊毗鄰 該微電子基材。毗鄰一詞表示在旁但並非必要緊鄰其旁。 可有額外的介入層。屏障堆疊包封微電子裝置。包括至少 第一屏障及至少一第一聚合物層。包封後的微電子裝置 選擇11包括至少一第二屏障堆疊位在半導體基材與微電子 裝置間。第二屏障堆疊包括至少_第二厚障層以及至少一 第二聚合物層。 較佳，第一及第二屏障堆疊之第一及第二屏障層中之任 一者或二者實質爲透明。第一屏障層中之至少一層較佳包 含一種選自金屬氧化物、金屬氮化物、金屬碳化物、金屬 氧氮化物、金屬氧硼化物及其組合之材料。 第一及第二屏障層之任一層’若有所需，可爲實質上不 透明。不透明屏障層較佳選自不透明金屬、不透明聚合 物、不透明陶瓷及不透明金屬陶資；。 第一及第二屏障堆疊之聚合物較佳爲含丙晞酸酯聚合 物。用於此處，含丙烯酸酯聚合物一詞包括含丙晞酸酯聚 合物、含甲基丙烯酸酯聚合物及其組合。第一及/或第二 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） ---------------------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1222189 Α7 -------- Β7 五、發明說明（5 ) 屏障堆疊之聚合物層可相同或相異。 半導體基材可爲軟性或硬性。 微電子基材較佳選自積體電路、電荷耦合裝置、發光二 極體、發光聚合物、有機發光裝置、金屬感應器襯墊、微 碟雷射、電激發顯示裝置、光激發顯示裝置κ微電激系統 及太陽能電池。 包封的微電子裝置，若有所需，可包括額外層，例如聚 合物光滑層、耐刮層或其它功能層。包封微電子裝置也包 括一蓋毗鄰至少一第一屏障堆疊。 本發明也涉及一種製造包封微電子裝置之方法。該方法 包括提供半導體基材，帶有微電子裝置於其上，以及放置 至少一第一屏障堆疊於微電子裝置上俾包封微電子裝置。 屏障堆疊包括至少一障壁層及至少一第一聚合物層。 U電子裝置可藉擴散、沉積之離子植入、或積層而置於 半導體基材上。該至少一第一屏障堆疊可藉沉積，較佳藉 眞空沉積或藉積層屏障堆疊於環境敏感裝置上而置於微電 子裝置上。積層可使用黏著劑、焊接、超音波熔接、加壓 或加熱進行。 於微電子裝置放置於該處前，可將第二屏障堆疊置於半 導體基材上。第二屏障堆疊包括至少一第二屏障層以及至 少一第二聚合物層。第二屏障乎疊可沉\積於半導體基材 上’較佳藉眞空沉積達成。 若有所需，半導體基材可由包封微電子裝置移開-。 如此’本發明之一目的係提供一種包封微電子裝置以及 -8- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ! !1 Φtr---------線 —Φ!Ί-------- ~靖先閱讀背面之>i意事項再填寫本頁} 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1222189 A7 ------ B7 五、發明說明（6) 提供此種裝置之製法。 圖式之簡要説明 圖1爲本發明之包封微電子裝置之第一具體實施例之剖 面圖。 圖2爲本發明之包封微電子裝置之第二具體實施例之剖 面圖。 發明説明 本發明之包封微電子裝置之一具體實施例顯示於圖1。 包封微電子裝置100包括一半導體基材105、微電子裝置 110及115，以及第一屏障堆疊120。微電子裝置115係嵌置 於半導體基材105。微電子裝置110置於半導體基材1〇5 上。第一屏障堆疊120包括至少一第一屏障層125以及至少 一第一聚合物層130。第一屏障堆疊12〇包封且鈍化微電子 裝置110及115。 半導體基材105可爲硬性或軟性。 微電子裝置110及115，例如包括但非限於積體電路、電 荷耦合裝置、#光二極體、發光聚合物、有機發光裝置、 金屬感應器襯墊、微碟雷射、電激發顯示裝置、光激發顯 示裝置、微電激系統及太陽能電池。此等微電子裝置可使 用已知技術製造’例如述於美國專利第6,〇43,523及 6,030,852號（電荷耦合裝置）；-美國專利第6,〇4〇,588及 6,067，188 號（LEDs);美國專利第 6,〇23,373，6,023，124， 6,023，125 號（LEPs);美國專利第 5,629,389，5,747，182， 5,844,363 ’ 5,872,355，5,902,688 及 5,948,552 號（OLEDs); -9 _ 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） ~ ---------------------訂---------線 — * · (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1222189 A7 B7 五、發明說明（7 )
Martin等人，塑膠微流體組件之製造，SPIE議事錄3515， 1998，177 ; Matson等人，以聚合物爲基礎之微流體分析裝 置之製造方法，μ-TAS ‘98議事錄，1998年（金屬感應器襯 墊）；美國專利第5,825,799及5,790,582號（微碟雷射）；美國 專利第5,995,273，5,888,431及4,253,741號（電激發顯示裝 置）；美國專利第4,838,483及5,604,626號（光激發顯示裝 置）；美國專利第5,761，350及6,046,066號（微電激系統）；以 及M· Sittig，光輔導發電用太陽能電池，能量技術综覽第 48期，諾意斯資料（Noyes Data)公司，紐約1979年（太陽能 電池），併述於此以供參考。 各屏障堆疊120中，可有一或多屏障層125及一或多聚合 物層130。屏障堆疊之屏障層及聚合物層可由相同材料或 不同材料製成。屏障層典型厚約100-400埃，聚合物層典 型厚約1000- 10,000埃。 雖然圖1顯示屏障堆疊帶有單一屏障層及單一聚合物 層’但屏障堆疊可有一或多聚合物層以及一或多屏障層。 可有一聚合物層及一屏障層，可有一或多聚合物層與一或 多屏障層之一側上，可有一或多聚合物層與一或多異障層 ^ 側上。主要特點爲屏障堆®至少有一聚合物層以及至 少一屏障層。 於屏障堆疊頂上可有額外頂塗-亨，例如若有所需，可有 有機或供機層、平面化層、透明導體層、抗反射塗層或其 它功能層。 選擇性地，半導體基材可置於塑膠基材上。此例中，屏
請 先 閱 讀- 背 Sj 之 注 意 事 項 再 填羞 寫羣 本 頁I I 訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -10- 1222189 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（8) 障堆疊於半導體基材置於其上之前較佳置於塑膠基材上。 本發明之包封微電子裝置之第二具體實施例顯示於圖 2。包封微電子裝置200有一半導體基材2〇5。半導體基材 205上有耐刮層210來保護。當涵括耐刮層時，較佳半導體 基材二邊有耐刮層。如此有料防止歸半導體基材 曲、 於耐刮層210頂上，有一聚合物光滑層215。聚合物光滑 層可降低表面粗度以及包住表面缺陷，例如凹坑、刮痕及 凹洞。如此產生沉積隨後各層之理想的平面化層。依據預 定用途而定，可有額外層沉積於半導體基材2〇5上，例如 有機或無機層、平面化層、電激層、抗反射塗層及其它功 能層。藉此方式，半導體基材可特別修整適合不同用途。 第一厚障堆疊220係於聚合物光滑層2 15上。第一厚障堆 疊220包括第一屏障層225及第一聚合物層23〇。第一屏障 層225包括屏障層235及240。屏障層235及24〇可由相同屏 障材料或不同屏障材料製成。 有微電子裝置245及250。微電子裝置245係嵌置於基材 205。微電子裝置250係置於第一屏障堆疊22〇上。有第二 屏障堆疊255設置於微電子裝置250上且包封之。第二屏障 堆疊255有一屏障層260及一聚合物層265，但如前文討論 可有一或多屏障層及一或多聚合，層。第一及第二屏障堆 疊之屏障層及聚合物層可相同或相異。雖然圖2僅顯示第 一厚障堆疊及僅顯示一第二屏障堆疊，但屏障堆疊數目並 無限制。屏障堆疊數目依據使用的半導體基材材料以及特 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） --------------------訂---------線 I ·* (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1222189 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（9) 定用途需要的水蒸氣及氧氣滲透阻力程度決定。一或二屏 障堆®即足夠對某些用途提供屏障性質。最苛刻的環境可 能要求5或5以上屏障堆疊。 於第二屏障堆疊255上方有一蓋27〇。蓋可爲硬性或軟 性。軟盍可由任何軟質材料製成，包括但非限於：例如聚 伸乙基對苯二甲酸酯（PET)，聚伸乙基環烷酸酯（pEN)，或 高溫聚合物例如聚醚砜（PES)、聚醯亞胺類、或傳司方 (Transphan™)(高玻璃化溫度環狀晞烴聚合物得自德國威恩 芮羅佛（Lofo)高科技薄膜公司）；金屬；紙；織物及其組 合。應該較佳爲玻璃、金屬或半導體製成。' 包封彳政電子裝置之製法將參照圖2顯示之具體實施例説 明如後。微電子裝置可藉擴散及離子植入而嵌置於半導體 基材内部。任何預定之初層，例如耐刮層、平面化層、導 電層等可藉塗覆、沉積或其它方式設置於半導體基材上。 較佳涵括聚合物光滑層而提供其餘各層的光滑基礎。光滑 層可藉沉積聚合物，如含丙晞酸酯聚合物之半導體基材或 刖一層上形成。聚合物層可藉眞空或施用大氣處理如旋塗 及/或噴塗而沉積而成。較佳，沉積含丙晞酸酯單體、寡 聚物或树脂然後原位聚合而形成聚合物層。用於此處，含 丙晞S曰單骨豆、养聚物或樹脂一詞包括含丙晞酸酯單體、 寡聚物及樹脂，含甲基丙烯酸酯浑體、寡聚物及樹脂及其 組合。 然後，第一屏障堆疊置於半導體基材上。第一及第二屏 障堆疊包括至少一屏障層及至少一聚合物層。屏障堆疊較 •12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------訂----------- ('請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 1222189 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _____B7___ 五、發明說明（1〇) 佳藉眞空沉積製成。屏障層可眞空沉積於聚合物光滑層、 半導體基材或前一層上。然後聚合物層沉積於屏障層上， 較佳沉積方法係藉閃著含丙晞酸酯單體、寡聚物或樹脂， 冷凝於屏障層上，及於眞空腔室原位聚合。美國專利第 5,44〇,446及5,725,909號併述於此以供參考，説明薄膜屏障 堆®之沉積方法。 眞空沉積包括閃著含丙烯酸酯單體、寡聚物及樹脂伴以 於眞空下原位聚合，電漿沉積之聚合含丙烯酸酯單體、寡 聚物或樹脂以及藉濺鍍、化學氣相沉積、電漿加強式化學 氣相沉積、蒸發、昇華、.電子迴旋加速器共振電漿加強式 氣相沉積（ECR-PECVD)，及其組合而眞空沉積屏障層。 爲了保護屏障層的完整性，於沉積後以及下游處理前需 避免於沉積層上形成缺陷及/或微裂痕。包封微電子裝置 較佳係製造成屏障層不直接接觸任何設備，例如網塗系统 的滾輪以防可能因於輥或滾輪上磨蝕造成的缺陷。此項目 的可藉沉積系統設計達成，沉積系統設計成屏障層於接觸 或觸及任何處瑝裝置之前經常性係由聚合物層所覆蓋。 然後另一微電子裝置置於第一屏障層上。該微電子裝置 可藉沉積、擴散、離子植入或積成而置於半導體基材上。 沉積可爲眞空沉積。積成可使用黏著劑如黏膠等、焊接、 超音波熔接，加壓或加熱來密封微電子裝置至半導體基 材。 ·土 然後第二屏障堆疊置於微電子裝置上而包封之。第二屏 障堆疊可藉沉積或積成而置於微電子裝置上。 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） -------------·%--------訂 i 、請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線—蜂· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1222189 A7 -------B7 五、發明說明（11) 第一及第二屏障堆疊之屏障層可爲任一種屏障材料。第 一及第二屏障堆疊之屏障層可由相同或不同材料製成。此 外，多層相同或不同屏障材料之屏障層可用於一屏障堆 疊。 屏障堆疊依據微電子裝置之設計及用途而定可爲透明或 不透明。較佳透明屏障材料包括，但非限於金屬氧化物: 金屬氮化物、金屬碳化物、金屬氧氮化物、金屬氧硼化物 及其組合。金屬氧化物較佳係選自氧化矽、氧化鋁、氧化 鈦、氧化銦、氧化錫、銦錫氧化物、氧化妲、氧化錯、氧 化鈮及其組合。金屬氮化物較佳係選自氮化鋁、氮化矽、 氮化硼及其組合。金屬氧氮化物較佳係選自氧氮化鋁、氧 氮化矽、氧氮化硼及其組合。 依據微電子裝置之設計而定，不透明屏障層可用於若干 厚障堆疊。不透明屏障材料包括，但非限於金屬、陶資、 聚合物或金屬陶瓷。不透明金屬陶瓷例如包括，但非限於 氮化錐、氮化鈦、氮化铪、氮化妲、氮化鈮、二矽化鎢、 一侧化欽及二知化結。 第一及第二屏障堆疊之聚合物層較佳爲含丙缔酸醋單 體、寡聚物或樹脂。第-及第二厚障堆叠之聚合物層可相 同或相異。此外’於各屏障堆疊内部之聚合物層可相同或 相異。 - 由於包封/異障堆疊可爲具有不同介電常數、折射指數及 消光係數的透明層，故各層的光干涉可用來增加塗層的功 能。經由調整層厚度，塗層可設計成發揮抗反射、帶通、 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^1 ϋ ϋ βϋ n ϋ ϋ 一：口，· n ϋ I ϋ ϋ ·ϋ ϋ ϋ ϋ ·ϋ ϋ ·ϋ ϋ ϋ ϋ ϋ n I n ϋ I ϋ ϋ I . ~請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1222189 Α7 ____________ Β7 五、發明說明（12) 凹口滤波器、雙色及高反射功能，如此控制進出裝置的光 強度及波長。可用於光感應器裝置例如有機發光裝置、微 雷射、發光聚合物及發光二極體。 較佳具體實施例中，料堆疊包括—聚合物層及二厚障 層。二屏障層可由相同厚障材料或不同厚障材料製成。本 具體實施例之各屏障層厚度爲約單一屏障層厚度之半，或 約100至150埃。但厚度並無特殊限制。 當屏障層係由相同材料製成時，其可使用二來源藉循序 沉積或使用相同來源而二次通過沉積。若使用二沉積來 源，則沉積條件對各來源可有不同，結果導致微結構及缺 陷微度的差異。可使用任何類別沉積來源。可使用不同類 型沉積方法，例如磁控管濺鍍及電子束蒸鍍來沉積二屏障 層0 一屏障層之顯彳政結構由於沉積來源/參數不同結果不匹 配。屏障層甚至具有不同的晶體結構。例如氧化鋁可以不 同晶體方向性的不同晶相（α，γ)存在。顯微結構的不匹配 有助於將w比鄰筹障層之缺陷解除耦合，加強氣體及水蒸氣 通透的彎曲路徑。 當屏障層係由不同材料製成時，需要二沉積來源。可藉 多種技術達成。例如，若材料係藉濺鍍沉積，則可使用具 有不同組成的賤鍍靶來獲得不同）且成的薄膜。另外，可使 用二種相同組成的濺鍍靶但帶有不同的反應性氣體。也可 使用二種不同類型的沉積來源。此種配置中，藉由不同顯 微結構以及二種材料的晶格參數甚至可讓二層晶格更加不 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） ^^1 ^^1 ^^1 ^^1 «ϋ i^i ttw I— —Bi ·ϋ · 11 11 i^i i-n in ϋ an ^ · ·ϋ ϋ n i_i·· §mam» ϋ I _ * (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1222189 A7 B7 五、發明說明（13) 匹配。 單通輥對輥眞空沉積三層組合於PET基材上，以及PET 基材/1合物層/屏障層/聚合物層對氧及水蒸氣的通透性比 較單獨於P E T上的單一氧化物層可降低超過五次冪幅度。
參考 J.D· Affinity ’ Μ·Ε· Gross，C.A. Coronado，G.L. Graff，ΕΝ Greenwell 及 Ρ·Μ· Martin，使用 PAL 方法製造聚 金—物氧化物，產J1月屏障層，眞空陷口協會第39屆年度技術會 議議事錄，具2網塗議程，19 9 6年，3 9 2 - 3 9 7頁；J · D
Affinito，S. Eufinger，Μ·Ε· Gross，G.L· Graff 及 P.M.
Martin，PAL/氧化物/PAL展障層少性能差異起源於使用紫 1 卜光或電子束聚合PAL層，薄固體膜，第308期，1997 年，19- 25頁。儘管對單獨聚合物多層（pal)層的通透率有 影響，但若不含屏障層（氧化物、金屬、氮化物、氧氮化 物）層’則幾乎無法測量。相信屏障性質的改良係由於二 大因素。第一’輥對輥僅塗覆氧化物層之通透率受到氧化 物層缺陷的傳導限制，氧化物層的缺陷係來自於沉積期間 以及塗覆後的基材捲取於系統惰輪/輥軸時。下方基材的 粗糙（高點）複製於所沉積的無機屏障層。此等結構於網處 理/拾取過程中遭遇機械損傷，結果導致於沉積膜形成缺 陷。此等缺陷嚴重限制膜的最終屏障性能。於單次通過聚 合物/屏障/聚合物處理時，第一丙烯酸系層平面化基材且 提供隨後沉積無機屏障薄膜的理想表面。第二聚合物層提 供強勁的「保護」膜，其將對屏障層的損害減至最低，同 時也平面化該結構用於隨後的屏障層（或微電子裝置）的沉 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂-— 線—辛· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1222189 A7 _ _ B7 五、發明說明（14) 積。中間聚合物層也可將存在於毗鄰無機屏障層的缺陷解 除耦合，如此形成氣體擴散時的彎蜒路徑。 用於本發明之屏障堆疊之通透性顯示於表1。本發明之 屏障堆疊於聚合物基材’如PET上，具有可量測的氧通透 率（OTR)及水蒸氣通透率（WVTR)値遠低於目前業界用於測 量通透性的儀器(摩控澳司傳（Mocon 〇xTran)2/2〇L及派馬 傳（Permatran))的偵測限度。表1顯示對7密耳pet上若干屏 堆疊於摩控（明尼蘇達州明那波里市）測得之〇 T R及 WVTR値（分別根據 ASTM F 1927-28 及 ASTM 1249-90測量） 連同其它材料之報告値。 表1 試樣 氧通透率（立方厘米/平 方米/日） 水蒸氣通透率（克/ 平方米/曰）+ 23〇C 3 8〇C 23〇C 3 8〇C 淨7密耳PET 7.62 - - - 1屏障堆疊 · <0.005 < 0.005* - 0_46 + 1屏障堆疊帶有 ITO <0.005 < 0.005* - 0.011 + 2屏障堆疊 <0.005 < 0.005* - < 0.005 + 2屏障堆疊帶有 ITO <0.005 < 0.005* - < 0.005 + 5屏障堆疊 <0.005 <0.005* - < 0.005 + -17- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---------------------訂---------線丨· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1222189 κι ______Β7 五、發明說明（15) 5屏障堆疊帶有 ITO 、 <0.005 < 0.005* - <0.005 + 杜邦薄膜1 PET/Si3N4 或 PEN/Si3N4) 0.3 培勒洛依德 (Polaroid)薄膜1 < 1.0 - - PET/A12 0.6 - 0.17 - PET/氧化矽2 0.7-1.5 - 0.15- 0.9 ·* 帝人（Teijin) LCD薄膜（HA等 級-TN/STN)3 <2 <5 (*)38°C，90%相對濕度，100。/〇氧 (+)3 8°C，100%相對濕度 1- P.F· Carcia，美國眞空協會第46屆國際斫討會，1999 年10月 2- Langowski，H.C·，第39屆年度技術會議議事錄， SVC ’ 398-401 頁，1996年 ， 3 -技術資料單 如表1資料顯示，本發明之屏障堆疊提供氧及水蒸氣通 透率比塗覆以鋁、氧化矽或氧化鋁的ρ Ε τ優異若干次冪幅 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21G X 297公爱) · 一 " --------------------訂---------丨 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1222189 A7 -- B7 五、發明說明（16) 度。屏障堆疊可極爲有效的防止氧及水滲透至下方的組 件，其性能實質上超越市面上的其它屏障塗層。屏障堆疊 具有於23°C及0%相對濕度之氧通透率低於〇〇〇5立方厘未^ 平方米/日，於38Ό及90%相對濕度之氧通透率低於〇〇〇5 ϋ方厘米/平方米/日，以及於38Τ&1〇〇%相對濕度之水蒸 氣通透率低於0.005克/平方米/日。屏障堆疊的實際通透率 低於此，但無法使用現有設備測量。 半導體鈍化可用於軟性及硬性半導體基材。屏障堆叠可 以分批、線上或工具組方式沉積，或沉積於沉積在軟性基 材如金屬箔及聚合物網上的薄膜電晶體上。包封/屏障堆 疊之沉積過程可用於積體電路製程且不會損害敏感的微環 路電路及主動裝置。屏障堆疊可沉積於非均勻表面上而可 有效包封及平面化表面結構。 由於較佳方法涉及閃著單體及磁控管濺鍍，沉積溫度低 於100°C，其遠低於CVD塗層方法要求的3〇〇。〇至8〇〇。(：， 以及塗層的應力可減至最低。由於溫度低，故該方法不會 損害或降級溫皮敏感組件。多層塗層可以高沉積速率沉 積。未使用苛性氣體或化學品，處理規模可放大至大型基 材及寬網。塗層之屏障性質可經由控制層數、材料及層設 计而配合各項應用。 本發明之包封方法提供微電子-裝置於半導體基材上的改 良包封。除了具有改良屏障性質外，化學抗性·、熱及衝擊 抗性、機械強勁性及塗層品質也改良。結果，可顯著延長 包封微電子裝置壽命。 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------訂---------線丨 ~請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) /% -8 11 2 2 2 A7 _B7_ 五、發明說明（17) 如此，本發明提供一種帶有微電子裝置之氣密密封需要 的格外屏障及其它性質之屏障堆疊。 雖然已經顯示某些代表性具體實施例及細節供舉例説明 本發明，但業界人士顯然易知可於此處揭示之組成及方法 做出多種變化而未悖離如隨附之申請專利範圍界定之本發 明之範圍。 --------------------訂---------線丨 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

  1. )6086號申請案 μ專利範圍替換本(93年4月）申清專利範圍 Α8 Β8 C8 D8
    1 ·—種被包封的微電子裝置，包含： 一半導體基材； 一微電子裝置，其係嵌置於該半導體基材；以及 至少一弟一屏障堆疊，其包含至少一屏障層以及至少 一第一聚合物層，該至少一第一屏障堆疊係毗鄰微電子 裝置，其中該至少一第一屏障堆疊包封該微電子裝置。 2·如申請專利範圍第1項之被包封的微電子裝置，其進一 步包含至少一第二屏障堆疊位於該半導體基材與微電子 裝置間，該至少一第二屏障堆疊包含至少一第二屏障層 及至少一第二聚合物層。 3 ·如申請專利範圍第1項之被包封的微電子裝置，其中該 至少一第一屏障層為實質上透明。 4·如申請專利範圍第2項之被包封的微電子裝置，其中該 至少一弟二屏障層為實質上透明。 5 ·如申請專利範圍第1項之被包封的微電子裝置，其中該 至少一第一屏障層中之至少一層包含一選自金屬氧化 物、金屬氮化物、金屬碳化物、金屬氧氮化物、金屬氧 硼化物及其組合之材料。 6·如申請專利範圍第5項之被包封的微電子裝置，其中該 金屬氧化物係選自氧化矽、氧化鋁、氧化鈦、氧化銦、 氧化錫、銦錫氧化物、氧化姮、氧化锆、氧化鈮及其組 合。 7.如申請專利範圍第5项之被包封的微電子裝置，其中該 金屬氮化物係選自氮化紹、氮切、氮化删及其组人^ 1222189 A8 B8 C8
    8. 如申請專利範圍第5項夕姑' m , 固弟）貝<被包封的微電子裝置，其中該 金屬氧氮化物係選自氣翁仆# 尽^ ^ 曰乳乱化鋁、虱氮化矽、氧氮化硼及 其組合。 9. 如申請專利範圍第i項之被包封的微電子裝置，其中該 至少一第一屏障層為實質上不透明。 10·如申凊專利範圍第2項之被包封的微電子裝置，其中該 至少一第二屏障層為實質上不透明。 11·如申請專利範圍第1項之被包封的微電子裝置，其中該 至少一第一屏障層中之至少一層係選自不透明金屬、不 透明聚合物、不透明陶瓷及不透明金屬陶瓷。 12·如申請專利範圍第2項之被包封的微電子裝置，其中該 至少一第二屏障層中之至少一層係選自不透明金屬、不 透明聚合物、不透明陶瓷及不透明金屬陶瓷。 13·如申請專利範圍第1項之被包封的微電子裝置，其中該 半導體基材包含一種軟性半導體基材材料。 14.如申請專利範圍第1項之被包封的微電子裝置，其中該 半導體基材包含一種硬性半導體基材材料。 15·如申請專利範圍第1項之被包封的微電子裝置，其中該 至少一弟一系》合物層中之至少^一層包括一種含丙缔酸酉旨 之聚合物。 16·如申請專利範圍第2項之被包封的微電子裝置，其中該 至少一第二聚合物層中之至少一層包括一種含丙埽酸酯 之聚合物。 17.如申請專利範圍第1項之被包封的微電子裝置，其中該 -2 -
    本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 1222189 A B c D 六、申請專利範圍 微電子裝置係選自積體電路、電荷耦合裝置、發光二核 體、發光聚合物、有機發光裝置、金屬感應器襯墊、微 碟雷射、電激發顯示裝置、光激發顯示裝置、微電機系 統及太陽能電池。 18.如申請專利範圍第1項之包封微電子裝置，其進一步包 含一聚合物光滑層毗鄰半導體基材。 19·如申請專利範圍第1項之包封微電子裝置，其進一步包 含一耐刮層眺鄰於半導體基材。 20·如申請專利範圍第1項之包封微電子裝置，其進一步包 含一抗反射塗層。 21.如申請專利範圍第1項之包封微電子裝置，其進一步包 含一抗指紋塗層。 22·如申請專利範圍第1項之包封微電子裝置，其進一步包 含一抗靜電塗層。 23·如申請專利範圍第1項之包封微電子裝置，其中該至少 一第一屏障層包含二屏障層。 24·如申請專利範圍第23項之包封微電子裝置，其中該二屏 障層係由相同屏障材料製成。 25.如申睛專利範圍第23項之包封微電子裝置，其中該二屏 障層係由不同屏障材料製成。 26·如申請專利範圍第丨項之包封微電子裝置，其中該通過 至）一第一屏障堆疊之氧通透率於23艽及〇%相對濕度係 低於0· 005 乂方厘米/平方米/日，以及通過至少一第一屏 障堆壹足氧通透率於38°c及9〇%相對濕度係低於立 張尺度適用_ _準(⑽）域格(21GX297公g---- 1222189
    方厘米/平方米/曰。 27·如申請專利範圍第}項之包封微電子裝置，其中該通過 至少一第一屏障堆疊之水蒸氣通透率於38它及1〇〇%相對 濕度係低於0.005克/平方米/日。 28.如申請專利範圍第1項之包封微電子裝置，進一步包含 一塑膠基材毗鄭於微電子裝置對側面上的半導體基材。 29·如申請專利範圍第2 8項之包封微電子裝置，進一步包含 至少一第三屏障堆疊係位於塑膠基材與聚合物基材間， 孩至少一第三屏障堆疊包含至少一第三屏障層及至少一 第三聚合物層。 3〇·如申請專利範圍第i項之包封微電子裝置，進一步包含 一蓋毗鄰該至少一第一屏障堆疊。 31· —種製造一種被包封的微電子裝置之方法，包含： 提供一半導體基材其嵌置有一微電子裝置於其中；以 及 ’、’ 設置至少一第一屏障堆疊其包含至少一第_屏障層及 至少一第一聚合物層於微電子裝置上俾包封該微電子 置。 32·如申請專利範圍第31項之方法，其中該設置至少一第一 屏障堆疊於微電子裝置上之步驟包含沉積至少一第一屏 障堆疊於微電子裝置上。 33.如申請專利範圍第32項之方法，其中該至少一第一屏障 堆疊係經真空沉積。 34·如申請專利範圍第32項之方法，其中該至少—第一屏障 -4 - 本紙張尺度適用中ϋ國家標準(CNS) A4規格(21G X 297公爱)" ________ 1222189 A8 B8 C8 ______D8 六、申請專利範圍 層係經真2沉積及該至少一第一聚合物層係經沉積。 35·如申請專利範圍第3 1項之方法，其中設置至少一第一屏 障堆疊於微電子裝置上之步驟包含積成至少一第一屏障 堆疊於微電子裝置上。 36.如申請專利範圍第35項之方法，其中該至少一第一屏障 堆疊係使用黏著劑積成。 37·如申請專利範圍第35項之方法，其中該至少一第一屏障 堆疊係加熱積成。 38·如申請專利範圍第3丨項之方法，其中該提供具有微電子 裝置於其上的半導體基材之步驟包含： 提供該半導體基材；以及 設置該微電子裝置於半導體基材上。 39.如申請專利範圍第3 8項之方法，其中該設置微電子裝置 於半導體基材之步驟包含沉積微電子裝置於半導體基材 上。 40·如申請專利範圍第39項之方法，其中該微電子裝置係經 真空沉積。 41.如申請專利範圍第3 8項之方法，其中該設置微電子裝置 於半導體基材之步驟包含積成微電子裝置於半導體基材 上。 42·如申請專利範圍第38項之方法，其中設置至少一第一屏 障堆疊於微電子裝置上之步驟包含使用擴散而設置至少 一第一屏障堆疊於微電子裝置上。 43.如申請專利範圍第3 8項之方法，其中設置至少一第一屏 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公爱) 1222189 A BCD 六、申請專利範圍 障堆®於微電子裝置上之步驟包含使用離子植入而設置 至少一第一屏障堆疊於微電子裝置上。 44. 如申請專利範圍第3 8項之方法，其進一步包含於設置微 電子裝置於其上之前，設置一第二屏障堆疊其包含至少 一第二屏障層及至少一第二聚合物層於半導體基材上。 45. 如申請專利範圍第44項之方法，其中該設置至少一第二 屏障堆疊於半導體基材上之步騾包含沉積至少一第二屏 障堆疊於半導體基材上。 46·如申請專利範圍第45項之方法，其中該至少一第二屏障 堆疊係經真空沉積。 47·如申請專利範圍第46項之方法，其中該至少一第二屏障 層係經真空沉積以及該至少一第二聚合物層係經沉積。 48. 如申請專利範圍第3丨項之方法，其進一步包含設置一蓋 於該至少一第一屏障堆疊上。 49. 如申請專利範圍第3丨項之方法，其中該至少一第一屏障 層包含二屏障層。 50. 如申請專利範圍第49項之方法，其中該二屏障層係使用 相同沉積來源沉積。 51. 如申請專利範圍第49項之方法，其中該二屏障層係使用 不同沉積來源沉積。 52·如申請專利範圍第49項之方法，其中該二屏障層係經真 空沉積。 53.如申請專利範圍第49項之方法，其中該二屏障層係由相 同屏障材料製成。 -6- 本紙張尺度適财® S家標準(CNS) A4規格(210X297公黄) 1222189 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍
    54.如申請專利範圍第49項之方法，其中該二屏障層係由不 同屏障材料製成。 55·如申請專利範圍第44項之方法，其中至少一第二屏障層 包含二屏障層。 56.如申請專利範圍第3丨項之方法，其進一步包含設置半導 體基材於一聚合物基材上。
    57·如申請專利範圍第56項之方法，其進一步包含於半導體 設置於聚合物基材上之前，設置至少一.第三屏障堆疊於 該聚合物基材上，該至少一第三屏障堆疊包含至少一第 三屏障層及至少一第三聚合物層。 58·如申請專利範圍第38項之方法，其中該微電子裝置係藉 擴散而嵌置於半導體基材。 * 59·如申請專利範圍第38項之方法，其中該微電子裝置係藉 離子植入而嵌置於半導體基材。
    本紙張尺度適用中國國豕標準(CNS) A4規格(210X 297公釐）
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