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3D IC 微凸塊電遷移研究
(2014)
陳智
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Chen Chih
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國立交通大學材料科學與工程學系（所）
三維積體電路(3D IC)已成為一個能比傳統覆晶封裝技術提供更高效能的關鍵科技。在 3D IC 技術中，不同的矽元件可以垂直且更短線長的方式連接。經由不同的方法，直徑約20 微米(μm)的微凸塊焊錫(micro bump)被用為晶片間的接合材料，與覆晶封裝技術中使用的焊錫比起來，微凸塊銲錫只有其五分之一的高度及二十五分之一的接觸面積。因此微凸塊焊錫中的電流密度將達到104A/cm2 而電遷移(EM)效應將成為一個非常重要的可靠度議題。由於微凸塊銲錫中焊錫的量較少，電遷移效應預期與傳統覆晶技術中的焊錫凸塊相比(高度約為70-100μm)將有相當大的不同。在此為期三年的計劃中，我們將製作微凸塊焊錫間距為40μm 之電遷移測試結構試片並且研究其中的電遷移效應。第一年的計劃中，我們將透過封裝公司設計電遷移試片的線路及製作微凸塊銲錫。同時也將研究傳統覆晶技術中的焊錫凸塊之電遷移效應，其銲錫凸塊高度約為5 至20　μm 並非常接近微凸塊銲錫的高度。在第二及第三年，我們將同時研究在低高度之覆晶技術焊錫及微凸塊銲錫中的電遷移效應及熱遷移效應。這項計畫將為了解微凸塊銲錫在3D IC 中的電遷移效應及熱遷移效應帶來重要的進展。
3D IC 微凸塊電遷移研究
(2012)
陳智
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Chen Chih
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國立交通大學材料科學與工程學系（所）
三維積體電路(3D IC)已成為一個能比傳統覆晶封裝技術提供更高效能的關鍵科技。在 3D IC 技術中，不同的矽元件可以垂直且更短線長的方式連接。經由不同的方法，直徑約20 微米(μm)的微凸塊焊錫(micro bump)被用為晶片間的接合材料，與覆晶封裝技術中使用的焊錫比起來，微凸塊銲錫只有其五分之一的高度及二十五分之一的接觸面積。因此微凸塊焊錫中的電流密度將達到104A/cm2 而電遷移(EM)效應將成為一個非常重要的可靠度議題。由於微凸塊銲錫中焊錫的量較少，電遷移效應預期與傳統覆晶技術中的焊錫凸塊相比(高度約為70-100μm)將有相當大的不同。在此為期三年的計劃中，我們將製作微凸塊焊錫間距為40μm 之電遷移測試結構試片並且研究其中的電遷移效應。第一年的計劃中，我們將透過封裝公司設計電遷移試片的線路及製作微凸塊銲錫。同時也將研究傳統覆晶技術中的焊錫凸塊之電遷移效應，其銲錫凸塊高度約為5 至20　μm 並非常接近微凸塊銲錫的高度。在第二及第三年，我們將同時研究在低高度之覆晶技術焊錫及微凸塊銲錫中的電遷移效應及熱遷移效應。這項計畫將為了解微凸塊銲錫在3D IC 中的電遷移效應及熱遷移效應帶來重要的進展。
3D IC 微凸塊電遷移研究
(2013)
陳智
;
Chen Chih
;
國立交通大學材料科學與工程學系（所）
三維積體電路(3D IC)已成為一個能比傳統覆晶封裝技術提供更高效能的關鍵科技。在 3D IC 技術中，不同的矽元件可以垂直且更短線長的方式連接。經由不同的方法，直徑約20 微米(μm)的微凸塊焊錫(micro bump)被用為晶片間的接合材料，與覆晶封裝技術中使用的焊錫比起來，微凸塊銲錫只有其五分之一的高度及二十五分之一的接觸面積。因此微凸塊焊錫中的電流密度將達到104A/cm2 而電遷移(EM)效應將成為一個非常重要的可靠度議題。由於微凸塊銲錫中焊錫的量較少，電遷移效應預期與傳統覆晶技術中的焊錫凸塊相比(高度約為70-100μm)將有相當大的不同。在此為期三年的計劃中，我們將製作微凸塊焊錫間距為40μm 之電遷移測試結構試片並且研究其中的電遷移效應。第一年的計劃中，我們將透過封裝公司設計電遷移試片的線路及製作微凸塊銲錫。同時也將研究傳統覆晶技術中的焊錫凸塊之電遷移效應，其銲錫凸塊高度約為5 至20　μm 並非常接近微凸塊銲錫的高度。在第二及第三年，我們將同時研究在低高度之覆晶技術焊錫及微凸塊銲錫中的電遷移效應及熱遷移效應。這項計畫將為了解微凸塊銲錫在3D IC 中的電遷移效應及熱遷移效應帶來重要的進展。
ALD 在 Damascene 銅製程應用之研究(II)
(2004)
陳智
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Chen Chih
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交通大學材料科學與工程系
ALD在Damascene銅製程應用之研究
(2002)
陳智
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Chen Chih
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交通大學材料科學與工程系
ALD在Damascene銅製程應用之研究(III)
(2005)
陳智
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Chen Chih
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交通大學材料科學與工程系
Circuit board with twinned CU circuit layer and method for manufacturing the same
(2014-09-16)
Chen Chih
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Hsiao Hsiang-Yao
A circuit board with twinned Cu circuit layer and a method for manufacturing the same are disclosed, wherein the method comprises the following steps: (A) providing a substrate with a first circuit layer formed thereon, wherein the first circuit layer comprises a conductive pad; (B) forming a first dielectric layer on the surface of the substrate; (C) forming plural openings in the first dielectric layer, wherein each opening penetrates through the first dielectric layer and communicates with the conductive pad to expose the conductive pad; (D) forming a Cu seeding layer in the openings; (E) forming a nano-twinned Cu layer in the openings with an electroplating process; and (F) annealing the substrate to transfer the material of the Cu seeding layer into nano-twinned Cu, wherein the nano-twinned Cu layer and the transferred Cu seeding layer are formed into a second circuit layer.
Electric connecting structure comprising preferred oriented Cu6Sn5 grains and method for fabricating the same
(2015-02-10)
Chen Chih
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Lin Han-Wen
An electric connecting structure comprising preferred oriented Cu6Sn5 grains and a method for fabricating the same are disclosed. The method of the present invention comprises steps: (A) providing a first substrate; (B) forming a first nano-twinned copper layer on part of a surface of the first substrate; (C) using a solder to connect the first substrate with a second substrate having a second electrical pad, in which the second electrical pad comprises a second nano-twinned copper layer, and the solder locates between the first nano-twinned copper layer and the second nano-twinned copper layer; and (D) reflowing at the temperature of 200° C. to 300° C. to transform at least part of the solder into an intermetallic compound (IMC) layer, in which the IMC layer comprises plural Cu6Sn5 grains with a preferred orientation; wherein at least 50% in volume of the first and second nano-twinned copper layer comprises plural grains.
Electrical connecting element having nano-twinned copper, method of fabricating the same, and electrical connecting structure comprising the same
(2015-02-17)
Chen Chih
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Chiu Wei-Lan
An electrical connecting element, a method of fabricating the same, and an electrical connecting structure comprising the same are disclosed. The method of fabricating the electrical connecting structure having twinned copper of the present invention comprises steps of: (A) providing a first substrate; (B) forming a nano-twinned copper layer on part of a surface of the first substrate; (C) forming a solder on the nano-twinned copper layer of the first substrate; and (D) reflowing the nano-twinned Cu layer and solder to produce a solder joint, wherein at least part of the solder reacts with the nano-twinned copper layer to produce an intermetallic compound (IMC) layer which comprises a Cu3Sn layer, This invention reduces the voids formation in the interface between the intermetallic compound and the solder, and then enhances the reliability of solder joints.
<111>奈米雙晶銅墊層之銲錫接點的電遷移及界面冶金反應研究
(2015)
陳智
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Chen Chih
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國立交通大學材料科學與工程學系（所）
我們實驗室於去年電鍍出高密度<111>奈米雙晶銅並發表在科學(Science)期刊上，發現加入<111>奈米雙晶銅提升可以減緩Kirkendall voids生成，並能控制生長於其上的介金屬化合物(intermetallic compounds)方向。因此<111>奈米雙晶銅很有潛力應用於封裝產業上。本計畫將對<111>奈米雙晶銅應用於微電子封裝做一系列的研究，針對<111>奈米雙晶銅/銲錫界面的電遷移(electromigration)與奈米雙晶銅墊層對/銲錫冶金反應的議題上有系統性的研究，銲錫接點越做越小，其電遷移與冶金反應可靠度就更重要。第一年我們將製作具有不同微結構的銅墊層與無鉛銲錫試片，研究<111>奈米雙晶銅墊層與銲錫冶金反應，研究Kirkendall voids生與生長於其上的介金屬化合物方向。使用電子背向散射儀(EBSD)觀測奈米雙晶銅與介金屬化合物的晶格方向。並同時用微影技術製作 <111>奈米雙晶銅/銲錫界面的結構，研究其電遷移。同時開始設計與製造覆晶<111>奈米雙晶銅銲錫接點電遷移試片。第二年將持續研究<111>奈米雙晶銅如何影響Kirkendall voids與生長於其上的介金屬化合物方向。並開始研究覆晶<111>奈米雙晶銅銲錫接點電遷移，找出其破壞時間及機制與無<111>奈米雙晶銅銲錫接點有何不同。第三年我們將持續研究<111>奈米雙晶銅如何影響覆晶奈米雙晶銅銲錫接點電遷移，並將這些覆晶接點加熱成完全介金屬化合物接點，再研究<111>奈米雙晶銅/介金屬化合物接點的電遷移。探討其破壞機制。此計畫將會在科學研究及應用於為電子產業有很多的貢獻。
<111>奈米雙晶銅墊層之銲錫接點的電遷移及界面冶金反應研究
(2013)
陳智
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Chen Chih
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國立交通大學材料科學與工程學系（所）
<111>奈米雙晶銅墊層之銲錫接點的電遷移及界面冶金反應研究
(2014)
陳智
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Chen Chih
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國立交通大學材料科學與工程學系（所）
Method for inhibiting growth of intermetallic compounds
(2014-09-16)
Chen Chih
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Tu King-Ning
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Hsiao Hsiang-Yao
The present invention relates to a method for inhibiting growth of intermetallic compounds, comprising the steps of: (i) preparing a substrate element including a substrate on which at least one layer of metal pad is deposited, wherein at least one thin layer of solder is deposited onto the layer of metal pad, and then carry out reflowing process; and (ii) further depositing a bump of solder with an appropriate thickness on the substrate element, characterized in that a thin intermetallic compound is formed by the reaction of the thin solder layer and the metal in the metal pad after appropriate heat treatment of the thin solder layer. In the present invention, the formation of a thin intermetallic compound is able to slow the growth of the intermetallic compound and to prevent the transformation of the intermetallic compounds.
On-chip inductor structure and method for manufacturing the same
(2013-02-12)
Chao Tzu-Yuan
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Hsu Ming-Chieh
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Cheng Yu-Ting
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Chen Chih
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Lin Chien-Min
The present invention relates to a an on-chip inductor structure and a method for manufacturing the same. The an on-chip inductor structure according to the present invention comprises a substrate, a porous layer, a plurality of conductors, and an inductor. The porous layer is disposed on the substrate and has a plurality of voids; each of the plurality of conductors is disposed in the plurality of voids, respectively; and the inductor is disposed on the porous layer. Because the plurality of conductors is used as the core of the inductor, the inductance is increased effectively and the area of the an on-chip inductor is reduced. Besides the manufacturing method according to the present invention is simple and compatible with the current CMOS process, the manufacturing cost can be lowered.
PHOTO SENSOR AND METHOD OF FABRICATING THE SAME
(2013-01-10)
Chen Chih
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Liu Chien-Min
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Tseng Yuan-Chieh
A photo sensor and a method of fabricating the same are disclosed, the photo sensor of the present invention has ultra-high Schottky junction area per unit volume, and the photo sensor comprises: a first conductive layer; plural metallic nanowires, in which one end of each metallic nanowire connects with the first conductive layer and is covered with a semiconductive layer having a width of 1 nm to 20 nm; and a second conductive layer locating opposite to the first conductive layer, whereby the plural metallic nanowires locate between the first conductive layer and the second conductive layer, and the semiconductive layer contacts with the second conductive layer, wherein the photo sensor of the present invention is used to detect ultra violet (UV) light with a wavelength of 10 nm-400 nm.
Specimen box for electron microscope
(2013-11-05)
Chen Chih
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Tu King-Ning
The present invention relates to a specimen box for an electron microscope, which comprises a first substrate, a second substrate, and a metal adhesion layer. The first substrate has a first surface, a second surface, a first concave, and one or more first through holes, wherein the first through hole penetrates through the first substrate. The second substrate has a third surface, a forth surface, and a second concave. Besides, the metal adhesion layer is disposed between the first substrate and the second substrate to form a space for a specimen placed therein. In addition, the specimen box of the present invention further comprises one or more plugs. When the plug is assembled into the first through hole to seal the specimen box, the in-situ observation can be accomplished by using an electron microscope.
Specimen box for electron microscope
(2013-03-26)
Chen Chih
;
Tu King-Ning
The present invention relates to a specimen box for an electron microscope, comprising a first substrate, a second substrate, one or more photoelectric elements, and a metal adhesion layer. The first substrate has a first surface, a second surface, a first concave, and one or more first through holes, wherein the first through holes penetrate through the first substrate. The second substrate has a third surface, a forth surface, and a second concave. The photoelectric element is disposed between the first substrate and the second substrate. In addition, the metal adhesion layer is disposed between the first substrate and the second substrate to form a space for a specimen contained therein. Besides, the present specimen box further comprises one or more plugs. When the plugs are assembled into the first through holes to seal the specimen box, the in-situ observation can be accomplished by using the electron microscope.
以臨場穿透性電子顯微鏡研究通電導致之錫晶鬚成長及錫晶粒旋轉
(2011)
陳智
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Chen Chih
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國立交通大學材料科學與工程學系（所）
由於環保意識的抬頭，傳統含鉛銲錫將禁止使用，並以無鉛銲錫取代之。採用無鉛銲錫作為引腳架的表面塗層時，引腳架的表面會有錫晶鬚生成，當不同接腳的引腳架接通時，將會使得元件短路，甚至燒毀，此一問題嚴重影響相關封裝的可靠度。這已經是數十年來困擾封裝業的議題。綜觀過去的研究成果，都是在錫晶鬚生成後觀察，推論其生成原因。本計劃將採用即時觀測的穿透式電子顯微鏡(In-situ TEM)技術，在TEM 腔體內，直接對試片通電，直接錄影觀測錫晶鬚的成長現象，包括原子的擴散供給、晶粒的消長以及晶粒旋轉等特性。藉由觀測所得的結果建立完整的錫晶鬚成長機制，提供錫晶鬚生長之基礎科學。目前已經得到清大材料系陳力俊教授的首肯，可以使用該 TEM，也獲得交大材料系吳文偉教授的支持，能夠提供在操作該TEM 的幫忙。特別是也獲得杜經寧院士的幫忙，願意提供國際合作來幫忙分析結果。本計劃將更深入研究錫晶鬚成長之機制，藉由高技術性的即時觀測掃描式電子顯微鏡，將於錫晶鬚成長之同時，直接錄影觀測在電遷移作用下銲錫的原子移動、差排滑移以及晶粒旋轉等特性，以建立一套完整之錫經鬚成長機制，很有機會在此議題的研究做一個關鍵性的突破，也會是一個很有影響力的研究。
以臨場穿透性電子顯微鏡研究通電導致之錫晶鬚成長及錫晶粒旋轉
(2012)
陳智
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Chen Chih
;
國立交通大學材料科學與工程學系（所）
由於環保意識的抬頭，傳統含鉛銲錫將禁止使用，並以無鉛銲錫取代之。採用無鉛銲錫作為引腳架的表面塗層時，引腳架的表面會有錫晶鬚生成，當不同接腳的引腳架接通時，將會使得元件短路，甚至燒毀，此一問題嚴重影響相關封裝的可靠度。這已經是數十年來困擾封裝業的議題。綜觀過去的研究成果，都是在錫晶鬚生成後觀察，推論其生成原因。本計劃將採用即時觀測的穿透式電子顯微鏡(In-situ TEM)技術，在TEM 腔體內，直接對試片通電，直接錄影觀測錫晶鬚的成長現象，包括原子的擴散供給、晶粒的消長以及晶粒旋轉等特性。藉由觀測所得的結果建立完整的錫晶鬚成長機制，提供錫晶鬚生長之基礎科學。目前已經得到清大材料系陳力俊教授的首肯，可以使用該 TEM，也獲得交大材料系吳文偉教授的支持，能夠提供在操作該TEM 的幫忙。特別是也獲得杜經寧院士的幫忙，願意提供國際合作來幫忙分析結果。本計劃將更深入研究錫晶鬚成長之機制，藉由高技術性的即時觀測掃描式電子顯微鏡，將於錫晶鬚成長之同時，直接錄影觀測在電遷移作用下銲錫的原子移動、差排滑移以及晶粒旋轉等特性，以建立一套完整之錫經鬚成長機制，很有機會在此議題的研究做一個關鍵性的突破，也會是一個很有影響力的研究。
以臨場穿透性電子顯微鏡研究通電導致之錫晶鬚成長及錫晶粒旋轉
(2010)
陳智
;
Chen Chih
;
國立交通大學材料科學與工程學系（所）
由於環保意識的抬頭，傳統含鉛銲錫將禁止使用，並以無鉛銲錫取代之。採用無鉛銲錫作為引腳架的表面塗層時，引腳架的表面會有錫晶鬚生成，當不同接腳的引腳架接通時，將會使得元件短路，甚至燒毀，此一問題嚴重影響相關封裝的可靠度。這已經是數十年來困擾封裝業的議題。綜觀過去的研究成果，都是在錫晶鬚生成後觀察，推論其生成原因。本計劃將採用即時觀測的穿透式電子顯微鏡(In-situ TEM)技術，在TEM 腔體內，直接對試片通電，直接錄影觀測錫晶鬚的成長現象，包括原子的擴散供給、晶粒的消長以及晶粒旋轉等特性。藉由觀測所得的結果建立完整的錫晶鬚成長機制，提供錫晶鬚生長之基礎科學。目前已經得到清大材料系陳力俊教授的首肯，可以使用該 TEM，也獲得交大材料系吳文偉教授的支持，能夠提供在操作該TEM 的幫忙。特別是也獲得杜經寧院士的幫忙，願意提供國際合作來幫忙分析結果。本計劃將更深入研究錫晶鬚成長之機制，藉由高技術性的即時觀測掃描式電子顯微鏡，將於錫晶鬚成長之同時，直接錄影觀測在電遷移作用下銲錫的原子移動、差排滑移以及晶粒旋轉等特性，以建立一套完整之錫經鬚成長機制，很有機會在此議題的研究做一個關鍵性的突破，也會是一個很有影響力的研究。