專利名稱：消除晶圓及晶粒上金屬凸塊的高度差異的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及消除晶圓(wafer)及晶粒(die)上金屬凸塊(metal bump)之間的高度差異(height difference)的方法。
背景技術(shù)：
以現(xiàn)今凸塊的制程技術(shù)，一片晶圓或晶粒上所有金屬凸塊的平坦化以及高度的均勻性總是難以控制。其主要的原因在于電鍍時(shí)的電流密度與電鍍液的濃度均不易控制。也因?yàn)槿绱?，無論是單一晶圓內(nèi)(within wafer)，或是兩晶圓之間(wafer-wafer)或晶粒間的金屬凸塊高度始終無法有效控制。
請參考圖1，晶圓或晶粒10上具有復(fù)數(shù)個金屬凸塊100。由于前述金屬凸塊制程的不均勻性，復(fù)數(shù)個金屬凸塊100中會具有高度最低的金屬凸塊101與高度最高的金屬凸塊102，兩者的高度差異為ΔX。如圖1所示ΔX的高度差異會導(dǎo)致效率的降低。
綜上所述，針對晶圓及晶粒上的金屬凸塊的高度差異的消除，需要能解決金屬凸塊的高度均勻性不佳問題的平坦化方法，以提高金屬凸塊高度的均勻性與產(chǎn)品的效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供數(shù)種方法，以實(shí)質(zhì)上消除晶圓及晶粒上復(fù)數(shù)個金屬凸塊之間的高度差異。
在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，實(shí)質(zhì)上消除晶圓及晶粒上復(fù)數(shù)個金屬凸塊之間的高度差異的方法，包括使用具有平面壓板(pressure plate)的加壓裝置(pressure device)。首先對齊(align)平面壓板與晶圓及晶粒，使得平面壓板對齊晶圓及晶粒上需要消除復(fù)數(shù)個金屬凸塊之間高度差異的區(qū)域(region)。經(jīng)由平面壓板加壓(press)于晶圓及晶粒至預(yù)定高度(predetermined height)，預(yù)定高度系指平面壓板與晶圓及晶粒的距離。接著，分離平面壓板與晶圓及晶粒。
在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，實(shí)質(zhì)上消除晶圓及晶粒上復(fù)數(shù)個金屬凸塊之間的高度差異的方法，包括使用具有平面壓板的加壓裝置。相鄰的任意兩金屬凸塊間具有間隙。首先，涂布保護(hù)層材料于復(fù)數(shù)個金屬凸塊上以及各間隙中，以形成保護(hù)層。對齊平面壓板與晶圓及晶粒，使得平面壓板對齊晶圓及晶粒上需要消除復(fù)數(shù)個金屬凸塊之間高度差異的區(qū)域。經(jīng)由平面壓板加壓于晶圓及晶粒至預(yù)定高度，此預(yù)定高度系指平面壓板與晶圓及晶粒的距離。接著，分離平面壓板與晶圓及晶粒，并且移除各間隙間的保護(hù)層材料。
在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，實(shí)質(zhì)上消除晶圓及晶粒上復(fù)數(shù)個金屬凸塊之間的高度差異的方法，包括使用具有平面壓板的加壓裝置。相鄰的任意兩金屬凸塊間具有間隙。首先，涂布保護(hù)層材料于復(fù)數(shù)個金屬凸塊上以及各間隙中，以形成保護(hù)層。對齊平面壓板與晶圓及晶粒，使得平面壓板對齊晶圓及晶粒上需要消除復(fù)數(shù)個金屬凸塊之間的高度差異的區(qū)域。經(jīng)由平面壓板加壓于晶圓及晶粒至預(yù)定高度，此預(yù)定高度系指平面壓板與晶圓及晶粒的距離。分離平面壓板與晶圓及晶粒，并且研磨晶圓及晶粒及保護(hù)層，以增加平整度。接著，移除各間隙間的保護(hù)層材料。


圖1為先前技術(shù)中，晶圓或晶粒上具有復(fù)數(shù)個金屬凸塊的示意圖。
圖2A為依照本發(fā)明的實(shí)施例，平面壓板和晶圓或晶粒對齊的示意圖。
圖2B為依照本發(fā)明的實(shí)施例，平面壓板加壓于晶圓或晶粒上的金屬凸塊的示意圖。
圖2C為依照本發(fā)明的實(shí)施例，分離平面壓板和晶圓或晶粒的示意圖。
圖3A為依照本發(fā)明的實(shí)施例，以保護(hù)材料涂布于晶圓或晶粒上以形成保護(hù)層的示意圖。
圖3B為依照本發(fā)明的實(shí)施例，平面壓板加壓于晶圓或晶粒上的金屬凸塊的示意圖。
圖3C為依照本發(fā)明的實(shí)施例，平面壓板加壓于保護(hù)層的示意圖。
圖3D為依照本發(fā)明的實(shí)施例，分離平面壓板和晶圓或晶粒的示意圖。
圖3E為依照本發(fā)明的實(shí)施例，移除金屬凸塊間隙中保護(hù)材料后的示意圖。
組件符號說明10晶圓或晶粒100金屬凸塊
101最低的金屬凸塊102最高的金屬凸塊110間隙 20平面壓板30保護(hù)材料具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供數(shù)種方法，以實(shí)質(zhì)上消除晶圓及晶粒上復(fù)數(shù)個金屬凸塊之間的高度差異，以達(dá)到金屬凸塊平坦化的效果。
當(dāng)晶圓或晶粒上具有如圖1的金屬凸塊100的高度差異時(shí)，可由如圖2A到圖2C所述的方法來達(dá)到金屬凸塊的平坦化效果。在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，加壓裝置(未圖示)具有平面壓板20，如圖2A所示。平面壓板20和晶圓或晶粒10對齊，使得平面壓板20對齊晶圓或晶粒10上需要消除復(fù)數(shù)個金屬凸塊100之間高度差異的區(qū)域。
圖2B中，平面壓板20加壓于晶圓或晶粒10至預(yù)定高度H1，預(yù)定高度H1系指平面壓板20與晶圓或晶粒10的距離，即金屬凸塊100平坦化后的高度。加壓時(shí)，在晶圓或晶粒上的壓力優(yōu)選每平方微米(μm)為1至5公斤(kg)，即1-5kg/μm2。加壓的時(shí)間優(yōu)選5-30秒(sec)。加壓時(shí)可將晶圓或晶粒加熱至攝氏100-250度(℃)，以利于金屬凸塊平坦化的進(jìn)行。接著，在圖2C中，分離平面壓板20與晶圓或晶粒10，達(dá)到金屬凸塊100的平坦化。
在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，相鄰的任意兩金屬凸塊100間具有間隙101。首先涂布保護(hù)層材料于圖中的晶圓或晶粒10上，此保護(hù)材料會充填至任意兩個相鄰的金屬凸塊100之間的間隙110，并且會遮蔽所有的金屬凸塊100，以形成保護(hù)層30。接著如圖3B所示，加壓裝置(未圖示)具有平面壓板20。對齊平面壓板20及晶圓或晶粒10，使得平面壓板20對齊晶圓或晶粒10上需要消除復(fù)數(shù)個金屬凸塊100之間的高度差異的區(qū)域。
在圖3C中，平面壓板20加壓于晶圓或晶粒10至預(yù)定高度H2，該預(yù)定高度H2系指平面壓板20與晶圓或晶粒10的距離。加壓時(shí)，在晶圓或晶粒上的壓力優(yōu)選每平方微米(μm)為1至5公斤(kg)，即1-5kg/μm2。加壓的時(shí)間優(yōu)選為5-30秒(sec)。加壓時(shí)可將晶圓或晶粒加熱至攝氏100-250度(℃)，以利于金屬凸塊平坦化的進(jìn)行。接著在圖3D中，分離平面壓板20與晶圓或晶粒10。移除各間隙101間的保護(hù)層材料，則平坦化后的金屬凸塊100如圖3E所示。
在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，其步驟和第二實(shí)施例相似，從圖3A到圖3D的涂布保護(hù)層30及加壓平坦化的步驟相同。在未移除各間隙101間的保護(hù)層材料30前，先對金屬凸塊100及保護(hù)層材料30加以研磨，如使用化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)，來增加平坦度。然后移除各間隙110中的保護(hù)層材料30，以完成晶圓或晶粒100上所有金屬凸塊100的平坦化，如圖3E所示。
請注意，在未進(jìn)行本發(fā)明的方法之前，所有電鍍于晶圓或晶粒10上的金屬凸塊100的高度均比預(yù)定的高度H1及H2還高，以提供后續(xù)加壓或研磨可控制的范圍。
本發(fā)明的方法所使用的保護(hù)材料必須為可以以化學(xué)方法從間隙110中移除者，一般而言多為有機(jī)高分子材料或光組劑。適合的有機(jī)高分子材料包含聚芳烯醚(polyarylene ether)、聚酰亞胺硅氧烷(polyimide siloxane)、氟化聚酰亞胺(fluorinated polyimide)、乙烯基醚(vinyl ethers)、氟化聚芳烯醚(fluorinatedpolyarylene ether，F(xiàn)ARE)以及苯環(huán)丁烯(benezo cyclobutene)。而使用的光阻劑則多為印刷電路板(PCB)制程所用的干、濕膜。干膜或濕膜一般為樹酯類的材料，由于已經(jīng)廣為印刷電路板制程所使用，在此不在贅述。
在金屬凸塊制作之前的平坦化制程，都已經(jīng)廣為人們所熟知，唯獨(dú)金屬凸塊部分一直為人們所忽略。金屬凸塊是晶圓及晶粒對外界溝通的主要橋梁，如果無法有效將金屬凸塊平坦化，而影響到后續(xù)制程的效率，先前再多的努力都是枉然。以本發(fā)明的方法，利用加壓或結(jié)合研磨的方式，將晶圓及晶粒上所有金屬凸塊間的高度差異消除后，不但可以控制單一晶圓及晶粒上所有金屬凸塊的高度實(shí)質(zhì)上相等外，亦可進(jìn)一步控制每一片晶圓及晶粒上金屬凸塊的高度實(shí)質(zhì)相等，大大地增加后續(xù)制程的可靠度與效率。
熟悉本項(xiàng)技術(shù)人員應(yīng)該清楚了解，本發(fā)明可以在不脫離本發(fā)明的精神與范圍下，以許多其它特定形式加以實(shí)施。因此，現(xiàn)在提供的實(shí)施例應(yīng)該被當(dāng)作說明性的，而不是限制性的，此發(fā)明不受文中所給細(xì)節(jié)的局限，而可以于隨附權(quán)利要求的范圍內(nèi)作均等的變化與修改。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)質(zhì)上消除晶圓及晶粒上復(fù)數(shù)個金屬凸塊之間的高度差異的方法，加壓裝置具有平面壓板，該方法包含下列步驟對齊該平面壓板與該晶圓及晶粒，使得該平面壓板對齊該晶圓及晶粒上需要消除復(fù)數(shù)個該金屬凸塊之間的該高度差異的區(qū)域；經(jīng)由該平面壓板加壓于該金屬凸塊至預(yù)定高度，該預(yù)定高度系指該平面壓板與該晶圓及晶粒的距離；以及分離該平面壓板與該晶圓及晶粒。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該平面壓板加壓于該金屬凸塊上的壓力為1-5kg/μm2。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該平面壓板加壓于該金屬凸塊上的時(shí)間間隔為5-30秒。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包含下列步驟加熱該晶圓至攝氏100-250度，在該平面壓板加壓于該金屬凸塊時(shí)。
5.一種實(shí)質(zhì)上消除晶圓及晶粒上復(fù)數(shù)個金屬凸塊之間的高度差異的方法，相鄰的任意兩金屬凸塊之間具有間隙，加壓裝置具有平面壓板，該方法包含下列步驟涂布保護(hù)層材料于該復(fù)數(shù)個金屬凸塊上以及各該間隙中，以形成保護(hù)層；對齊該平面壓板與該晶圓及晶粒，使得該平面壓板對齊該晶圓及晶粒上需要消除該復(fù)數(shù)個金屬凸塊之間的該高度差異的區(qū)域；經(jīng)由該平面壓板加壓于該金屬凸塊及該保護(hù)層至預(yù)定高度，該預(yù)定高度系指該平面壓板與該晶圓及晶粒的距離；分離該平面壓板與該晶圓及晶粒；以及移除各該間隙間的該保護(hù)層材料。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中該平面壓板加壓于該金屬凸塊上的壓力為1-5kg/μm2。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中該平面壓板加壓于該金屬凸塊上的時(shí)間間隔為5-30秒。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，進(jìn)一步包含下列步驟加熱該晶圓至攝氏100-250度，在該平面壓板加壓于該金屬凸塊時(shí)。
9.如權(quán)利要求5所述的方法，其中該保護(hù)層材料為有機(jī)高分子材料。
10.如權(quán)利要求5所述的方法，其中該保護(hù)層材料為光組劑。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中該有機(jī)高分子材料選自包含聚芳烯醚、聚酰亞胺硅氧烷、氟化聚酰亞胺、乙烯基醚、氟化聚芳烯醚以及苯環(huán)丁烯的組群。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中該光組劑為印刷電路板制程用的干膜或濕膜。
13.一種實(shí)質(zhì)上消除晶圓及晶粒上復(fù)數(shù)個金屬凸塊之間的高度差異的方法，相鄰的任意兩金屬凸塊之間具有間隙，加壓裝置具有平面壓板，該方法包含下列步驟涂布保護(hù)層材料于該復(fù)數(shù)個金屬凸塊上以及各該間隙中，以形成保護(hù)層；對齊該平面壓板與該晶圓及晶粒，使得該平面壓板對齊該晶圓及晶粒上需要消除該復(fù)數(shù)個金屬凸塊之間的該高度差異的區(qū)域；經(jīng)由該平面壓板加壓于該金屬凸塊及該保護(hù)層至預(yù)定高度，該預(yù)定高度系指該平面壓板與該晶圓及晶粒的距離；分離該平面壓板與該晶圓及晶粒；研磨該晶圓及該保護(hù)層；以及移除各該間隙間的該保護(hù)層材料。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中該平面壓板加壓于該金屬凸塊上的壓力為1-5kg/μm2。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中該平面壓板加壓于該金屬凸塊上的時(shí)間間隔為5-30秒。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包含下列步驟加熱該晶圓至攝氏100-250度，在該平面壓板加壓于該金屬凸塊時(shí)。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其中該保護(hù)層材料為有機(jī)高分子材料。
18.如權(quán)利要求13所述的方法，其中該保護(hù)層材料為光組劑。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中該有機(jī)高分子材料選自包含聚芳烯醚、聚酰亞胺硅氧烷、氟化聚酰亞胺、乙烯基醚、氟化聚芳烯醚以及苯環(huán)丁烯的組群。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其中該光組劑為印刷電路板制程用的干膜或濕膜。
21.如權(quán)利要求13所述的方法，其中該研磨步驟使用化學(xué)機(jī)械研磨來完成。
全文摘要
利用加壓的方式或者結(jié)合研磨的方法，可一次消除整片晶圓及晶粒上所有金屬凸塊間的高度差異，使所有金屬凸塊都具有實(shí)質(zhì)上相同的高度。
文檔編號H01L21/463GK1519892SQ03101728
公開日2004年8月11日 申請日期2003年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月21日
發(fā)明者吳非艱 申請人:頎邦科技股份有限公司