消除晶圓及晶粒上金屬凸塊的高度差異的方法
2023-11-03 01:28:32
專利名稱：消除晶圓及晶粒上金屬凸塊的高度差異的方法
技術領域：
本發明涉及消除晶圓(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：
以現今凸塊的製程技術，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。其主要的原因在於電鍍時的電流密度與電鍍液的濃度均不易控制。也因為如此，無論是單一晶圓內(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上具有複數個金屬凸塊100。由於前述金屬凸塊製程的不均勻性，複數個金屬凸塊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品的效率。
發明內容
本發明的目的在於提供數種方法，以實質上消除晶圓及晶粒上複數個金屬凸塊之間的高度差異。
在本發明的第一實施例中，實質上消除晶圓及晶粒上複數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複數個金屬凸塊之間高度差異的區域(region)。經由平面壓板加壓(press)於晶圓及晶粒至預定高度(predetermined height)，預定高度係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。
在本發明的第二實施例中，實質上消除晶圓及晶粒上複數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，塗布保護層材料於複數個金屬凸塊上以及各間隙中，以形成保護層。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複數個金屬凸塊之間高度差異的區域。經由平面壓板加壓於晶圓及晶粒至預定高度，此預定高度係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，並且移除各間隙間的保護層材料。
在本發明的第三實施例中，實質上消除晶圓及晶粒上複數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，塗布保護層材料於複數個金屬凸塊上以及各間隙中，以形成保護層。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複數個金屬凸塊之間的高度差異的區域。經由平面壓板加壓於晶圓及晶粒至預定高度，此預定高度係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，並且研磨晶圓及晶粒及保護層，以增加平整度。接著，移除各間隙間的保護層材料。
圖1為先前技術中，晶圓或晶粒上具有複數個金屬凸塊的示意圖。
圖2A為依照本發明的實施例，平面壓板和晶圓或晶粒對齊的示意圖。
圖2B為依照本發明的實施例，平面壓板加壓於晶圓或晶粒上的金屬凸塊的示意圖。
圖2C為依照本發明的實施例，分離平面壓板和晶圓或晶粒的示意圖。
圖3A為依照本發明的實施例，以保護材料塗布於晶圓或晶粒上以形成保護層的示意圖。
圖3B為依照本發明的實施例，平面壓板加壓於晶圓或晶粒上的金屬凸塊的示意圖。
圖3C為依照本發明的實施例，平面壓板加壓於保護層的示意圖。
圖3D為依照本發明的實施例，分離平面壓板和晶圓或晶粒的示意圖。
圖3E為依照本發明的實施例，移除金屬凸塊間隙中保護材料後的示意圖。
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保護材料具體實施方式
本發明提供數種方法，以實質上消除晶圓及晶粒上複數個金屬凸塊之間的高度差異，以達到金屬凸塊平坦化的效果。
當晶圓或晶粒上具有如圖1的金屬凸塊100的高度差異時，可由如圖2A到圖2C所述的方法來達到金屬凸塊的平坦化效果。在本發明的第一實施例中，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上需要消除複數個金屬凸塊100之間高度差異的區域。
圖2B中，平面壓板20加壓於晶圓或晶粒10至預定高度H1，預定高度H1係指平面壓板20與晶圓或晶粒10的距離，即金屬凸塊100平坦化後的高度。加壓時，在晶圓或晶粒上的壓力優選每平方微米(μm)為1至5公斤(kg)，即1-5kg/μm2。加壓的時間優選5-30秒(sec)。加壓時可將晶圓或晶粒加熱至攝氏100-250度(℃)，以利於金屬凸塊平坦化的進行。接著，在圖2C中，分離平面壓板20與晶圓或晶粒10，達到金屬凸塊100的平坦化。
在本發明的第二實施例中，相鄰的任意兩金屬凸塊100間具有間隙101。首先塗布保護層材料於圖中的晶圓或晶粒10上，此保護材料會充填至任意兩個相鄰的金屬凸塊100之間的間隙110，並且會遮蔽所有的金屬凸塊100，以形成保護層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上需要消除複數個金屬凸塊100之間的高度差異的區域。
在圖3C中，平面壓板20加壓於晶圓或晶粒10至預定高度H2，該預定高度H2係指平面壓板20與晶圓或晶粒10的距離。加壓時，在晶圓或晶粒上的壓力優選每平方微米(μm)為1至5公斤(kg)，即1-5kg/μm2。加壓的時間優選為5-30秒(sec)。加壓時可將晶圓或晶粒加熱至攝氏100-250度(℃)，以利於金屬凸塊平坦化的進行。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間的保護層材料，則平坦化後的金屬凸塊100如圖3E所示。
在本發明的第三實施例中，其步驟和第二實施例相似，從圖3A到圖3D的塗布保護層30及加壓平坦化的步驟相同。在未移除各間隙101間的保護層材料30前，先對金屬凸塊100及保護層材料30加以研磨，如使用化學機械研磨(CMP)，來增加平坦度。然後移除各間隙110中的保護層材料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，在未進行本發明的方法之前，所有電鍍於晶圓或晶粒10上的金屬凸塊100的高度均比預定的高度H1及H2還高，以提供後續加壓或研磨可控制的範圍。
本發明的方法所使用的保護材料必須為可以以化學方法從間隙110中移除者，一般而言多為有機高分子材料或光組劑。適合的有機高分子材料包含聚芳烯醚(polyarylene ether)、聚醯亞胺矽氧烷(polyimide siloxane)、氟化聚醯亞胺(fluorinated polyimide)、乙烯基醚(vinyl ethers)、氟化聚芳烯醚(fluorinatedpolyarylene ether，FARE)以及苯環丁烯(benezo cyclobutene)。而使用的光阻劑則多為印刷電路板(PCB)製程所用的幹、溼膜。幹膜或溼膜一般為樹酯類的材料，由於已經廣為印刷電路板製程所使用，在此不在贅述。
在金屬凸塊製作之前的平坦化製程，都已經廣為人們所熟知，唯獨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，而影響到後續製程的效率，先前再多的努力都是枉然。以本發明的方法，利用加壓或結合研磨的方式，將晶圓及晶粒上所有金屬凸塊間的高度差異消除後，不但可以控制單一晶圓及晶粒上所有金屬凸塊的高度實質上相等外，亦可進一步控制每一片晶圓及晶粒上金屬凸塊的高度實質相等，大大地增加後續製程的可靠度與效率。
熟悉本項技術人員應該清楚了解，本發明可以在不脫離本發明的精神與範圍下，以許多其它特定形式加以實施。因此，現在提供的實施例應該被當作說明性的，而不是限制性的，此發明不受文中所給細節的局限，而可以於隨附權利要求的範圍內作均等的變化與修改。
權利要求
1.一種實質上消除晶圓及晶粒上複數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複數個該金屬凸塊之間的該高度差異的區域；經由該平面壓板加壓於該金屬凸塊至預定高度，該預定高度係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.如權利要求1所述的方法，其中該平面壓板加壓於該金屬凸塊上的壓力為1-5kg/μm2。
3.如權利要求1所述的方法，其中該平面壓板加壓於該金屬凸塊上的時間間隔為5-30秒。
4.如權利要求1所述的方法，進一步包含下列步驟加熱該晶圓至攝氏100-250度，在該平面壓板加壓於該金屬凸塊時。
5.一種實質上消除晶圓及晶粒上複數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塗布保護層材料於該複數個金屬凸塊上以及各該間隙中，以形成保護層；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複數個金屬凸塊之間的該高度差異的區域；經由該平面壓板加壓於該金屬凸塊及該保護層至預定高度，該預定高度係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層材料。
6.如權利要求5所述的方法，其中該平面壓板加壓於該金屬凸塊上的壓力為1-5kg/μm2。
7.如權利要求5所述的方法，其中該平面壓板加壓於該金屬凸塊上的時間間隔為5-30秒。
8.如權利要求5所述的方法，進一步包含下列步驟加熱該晶圓至攝氏100-250度，在該平面壓板加壓於該金屬凸塊時。
9.如權利要求5所述的方法，其中該保護層材料為有機高分子材料。
10.如權利要求5所述的方法，其中該保護層材料為光組劑。
11.如權利要求9所述的方法，其中該有機高分子材料選自包含聚芳烯醚、聚醯亞胺矽氧烷、氟化聚醯亞胺、乙烯基醚、氟化聚芳烯醚以及苯環丁烯的組群。
12.如權利要求10所述的方法，其中該光組劑為印刷電路板製程用的幹膜或溼膜。
13.一種實質上消除晶圓及晶粒上複數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塗布保護層材料於該複數個金屬凸塊上以及各該間隙中，以形成保護層；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複數個金屬凸塊之間的該高度差異的區域；經由該平面壓板加壓於該金屬凸塊及該保護層至預定高度，該預定高度係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層；以及移除各該間隙間的該保護層材料。
14.如權利要求13所述的方法，其中該平面壓板加壓於該金屬凸塊上的壓力為1-5kg/μm2。
15.如權利要求13所述的方法，其中該平面壓板加壓於該金屬凸塊上的時間間隔為5-30秒。
16.如權利要求13所述的方法，進一步包含下列步驟加熱該晶圓至攝氏100-250度，在該平面壓板加壓於該金屬凸塊時。
17.如權利要求13所述的方法，其中該保護層材料為有機高分子材料。
18.如權利要求13所述的方法，其中該保護層材料為光組劑。
19.如權利要求17所述的方法，其中該有機高分子材料選自包含聚芳烯醚、聚醯亞胺矽氧烷、氟化聚醯亞胺、乙烯基醚、氟化聚芳烯醚以及苯環丁烯的組群。
20.如權利要求18所述的方法，其中該光組劑為印刷電路板製程用的幹膜或溼膜。
21.如權利要求13所述的方法，其中該研磨步驟使用化學機械研磨來完成。
全文摘要
利用加壓的方式或者結合研磨的方法，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質上相同的高度。
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 優先權日2003年1月21日
發明者吳非艱 申請人:頎邦科技股份有限公司