专利名称：消除晶圆及晶粒上金属凸块的高度差异的方法
技术领域：
本发明涉及消除晶圆(wafer)及晶粒(die)上金属凸块(metal bump)之间的高度差异(height difference)的方法。
背景技术：
以现今凸块的制程技术，一片晶圆或晶粒上所有金属凸块的平坦化以及高度的均匀性总是难以控制。其主要的原因在于电镀时的电流密度与电镀液的浓度均不易控制。也因为如此，无论是单一晶圆内(within wafer)，或是两晶圆之间(wafer-wafer)或晶粒间的金属凸块高度始终无法有效控制。
请参考图1，晶圆或晶粒10上具有复数个金属凸块100。由于前述金属凸块制程的不均匀性，复数个金属凸块100中会具有高度最低的金属凸块101与高度最高的金属凸块102，两者的高度差异为ΔX。如图1所示ΔX的高度差异会导致效率的降低。
综上所述，针对晶圆及晶粒上的金属凸块的高度差异的消除，需要能解决金属凸块的高度均匀性不佳问题的平坦化方法，以提高金属凸块高度的均匀性与产品的效率。
发明内容
本发明的目的在于提供数种方法，以实质上消除晶圆及晶粒上复数个金属凸块之间的高度差异。
在本发明的第一实施例中，实质上消除晶圆及晶粒上复数个金属凸块之间的高度差异的方法，包括使用具有平面压板(pressure plate)的加压装置(pressure device)。首先对齐(align)平面压板与晶圆及晶粒，使得平面压板对齐晶圆及晶粒上需要消除复数个金属凸块之间高度差异的区域(region)。经由平面压板加压(press)于晶圆及晶粒至预定高度(predetermined height)，预定高度系指平面压板与晶圆及晶粒的距离。接着，分离平面压板与晶圆及晶粒。
在本发明的第二实施例中，实质上消除晶圆及晶粒上复数个金属凸块之间的高度差异的方法，包括使用具有平面压板的加压装置。相邻的任意两金属凸块间具有间隙。首先，涂布保护层材料于复数个金属凸块上以及各间隙中，以形成保护层。对齐平面压板与晶圆及晶粒，使得平面压板对齐晶圆及晶粒上需要消除复数个金属凸块之间高度差异的区域。经由平面压板加压于晶圆及晶粒至预定高度，此预定高度系指平面压板与晶圆及晶粒的距离。接着，分离平面压板与晶圆及晶粒，并且移除各间隙间的保护层材料。
在本发明的第三实施例中，实质上消除晶圆及晶粒上复数个金属凸块之间的高度差异的方法，包括使用具有平面压板的加压装置。相邻的任意两金属凸块间具有间隙。首先，涂布保护层材料于复数个金属凸块上以及各间隙中，以形成保护层。对齐平面压板与晶圆及晶粒，使得平面压板对齐晶圆及晶粒上需要消除复数个金属凸块之间的高度差异的区域。经由平面压板加压于晶圆及晶粒至预定高度，此预定高度系指平面压板与晶圆及晶粒的距离。分离平面压板与晶圆及晶粒，并且研磨晶圆及晶粒及保护层，以增加平整度。接着，移除各间隙间的保护层材料。
图1为先前技术中，晶圆或晶粒上具有复数个金属凸块的示意图。
图2A为依照本发明的实施例，平面压板和晶圆或晶粒对齐的示意图。
图2B为依照本发明的实施例，平面压板加压于晶圆或晶粒上的金属凸块的示意图。
图2C为依照本发明的实施例，分离平面压板和晶圆或晶粒的示意图。
图3A为依照本发明的实施例，以保护材料涂布于晶圆或晶粒上以形成保护层的示意图。
图3B为依照本发明的实施例，平面压板加压于晶圆或晶粒上的金属凸块的示意图。
图3C为依照本发明的实施例，平面压板加压于保护层的示意图。
图3D为依照本发明的实施例，分离平面压板和晶圆或晶粒的示意图。
图3E为依照本发明的实施例，移除金属凸块间隙中保护材料后的示意图。
组件符号说明10晶圆或晶粒100金属凸块
101最低的金属凸块102最高的金属凸块110间隙 20平面压板30保护材料具体实施方式
本发明提供数种方法，以实质上消除晶圆及晶粒上复数个金属凸块之间的高度差异，以达到金属凸块平坦化的效果。
当晶圆或晶粒上具有如图1的金属凸块100的高度差异时，可由如图2A到图2C所述的方法来达到金属凸块的平坦化效果。在本发明的第一实施例中，加压装置(未图示)具有平面压板20，如图2A所示。平面压板20和晶圆或晶粒10对齐，使得平面压板20对齐晶圆或晶粒10上需要消除复数个金属凸块100之间高度差异的区域。
图2B中，平面压板20加压于晶圆或晶粒10至预定高度H1，预定高度H1系指平面压板20与晶圆或晶粒10的距离，即金属凸块100平坦化后的高度。加压时，在晶圆或晶粒上的压力优选每平方微米(μm)为1至5公斤(kg)，即1-5kg/μm2。加压的时间优选5-30秒(sec)。加压时可将晶圆或晶粒加热至摄氏100-250度(℃)，以利于金属凸块平坦化的进行。接着，在图2C中，分离平面压板20与晶圆或晶粒10，达到金属凸块100的平坦化。
在本发明的第二实施例中，相邻的任意两金属凸块100间具有间隙101。首先涂布保护层材料于图中的晶圆或晶粒10上，此保护材料会充填至任意两个相邻的金属凸块100之间的间隙110，并且会遮蔽所有的金属凸块100，以形成保护层30。接着如图3B所示，加压装置(未图示)具有平面压板20。对齐平面压板20及晶圆或晶粒10，使得平面压板20对齐晶圆或晶粒10上需要消除复数个金属凸块100之间的高度差异的区域。
在图3C中，平面压板20加压于晶圆或晶粒10至预定高度H2，该预定高度H2系指平面压板20与晶圆或晶粒10的距离。加压时，在晶圆或晶粒上的压力优选每平方微米(μm)为1至5公斤(kg)，即1-5kg/μm2。加压的时间优选为5-30秒(sec)。加压时可将晶圆或晶粒加热至摄氏100-250度(℃)，以利于金属凸块平坦化的进行。接着在图3D中，分离平面压板20与晶圆或晶粒10。移除各间隙101间的保护层材料，则平坦化后的金属凸块100如图3E所示。
在本发明的第三实施例中，其步骤和第二实施例相似，从图3A到图3D的涂布保护层30及加压平坦化的步骤相同。在未移除各间隙101间的保护层材料30前，先对金属凸块100及保护层材料30加以研磨，如使用化学机械研磨(CMP)，来增加平坦度。然后移除各间隙110中的保护层材料30，以完成晶圆或晶粒100上所有金属凸块100的平坦化，如图3E所示。
请注意，在未进行本发明的方法之前，所有电镀于晶圆或晶粒10上的金属凸块100的高度均比预定的高度H1及H2还高，以提供后续加压或研磨可控制的范围。
本发明的方法所使用的保护材料必须为可以以化学方法从间隙110中移除者，一般而言多为有机高分子材料或光组剂。适合的有机高分子材料包含聚芳烯醚(polyarylene ether)、聚酰亚胺硅氧烷(polyimide siloxane)、氟化聚酰亚胺(fluorinated polyimide)、乙烯基醚(vinyl ethers)、氟化聚芳烯醚(fluorinatedpolyarylene ether，FARE)以及苯环丁烯(benezo cyclobutene)。而使用的光阻剂则多为印刷电路板(PCB)制程所用的干、湿膜。干膜或湿膜一般为树酯类的材料，由于已经广为印刷电路板制程所使用，在此不在赘述。
在金属凸块制作之前的平坦化制程，都已经广为人们所熟知，唯独金属凸块部分一直为人们所忽略。金属凸块是晶圆及晶粒对外界沟通的主要桥梁，如果无法有效将金属凸块平坦化，而影响到后续制程的效率，先前再多的努力都是枉然。以本发明的方法，利用加压或结合研磨的方式，将晶圆及晶粒上所有金属凸块间的高度差异消除后，不但可以控制单一晶圆及晶粒上所有金属凸块的高度实质上相等外，亦可进一步控制每一片晶圆及晶粒上金属凸块的高度实质相等，大大地增加后续制程的可靠度与效率。
熟悉本项技术人员应该清楚了解，本发明可以在不脱离本发明的精神与范围下，以许多其它特定形式加以实施。因此，现在提供的实施例应该被当作说明性的，而不是限制性的，此发明不受文中所给细节的局限，而可以于随附权利要求的范围内作均等的变化与修改。
权利要求
1.一种实质上消除晶圆及晶粒上复数个金属凸块之间的高度差异的方法，加压装置具有平面压板，该方法包含下列步骤对齐该平面压板与该晶圆及晶粒，使得该平面压板对齐该晶圆及晶粒上需要消除复数个该金属凸块之间的该高度差异的区域；经由该平面压板加压于该金属凸块至预定高度，该预定高度系指该平面压板与该晶圆及晶粒的距离；以及分离该平面压板与该晶圆及晶粒。
2.如权利要求1所述的方法，其中该平面压板加压于该金属凸块上的压力为1-5kg/μm2。
3.如权利要求1所述的方法，其中该平面压板加压于该金属凸块上的时间间隔为5-30秒。
4.如权利要求1所述的方法，进一步包含下列步骤加热该晶圆至摄氏100-250度，在该平面压板加压于该金属凸块时。
5.一种实质上消除晶圆及晶粒上复数个金属凸块之间的高度差异的方法，相邻的任意两金属凸块之间具有间隙，加压装置具有平面压板，该方法包含下列步骤涂布保护层材料于该复数个金属凸块上以及各该间隙中，以形成保护层；对齐该平面压板与该晶圆及晶粒，使得该平面压板对齐该晶圆及晶粒上需要消除该复数个金属凸块之间的该高度差异的区域；经由该平面压板加压于该金属凸块及该保护层至预定高度，该预定高度系指该平面压板与该晶圆及晶粒的距离；分离该平面压板与该晶圆及晶粒；以及移除各该间隙间的该保护层材料。
6.如权利要求5所述的方法，其中该平面压板加压于该金属凸块上的压力为1-5kg/μm2。
7.如权利要求5所述的方法，其中该平面压板加压于该金属凸块上的时间间隔为5-30秒。
8.如权利要求5所述的方法，进一步包含下列步骤加热该晶圆至摄氏100-250度，在该平面压板加压于该金属凸块时。
9.如权利要求5所述的方法，其中该保护层材料为有机高分子材料。
10.如权利要求5所述的方法，其中该保护层材料为光组剂。
11.如权利要求9所述的方法，其中该有机高分子材料选自包含聚芳烯醚、聚酰亚胺硅氧烷、氟化聚酰亚胺、乙烯基醚、氟化聚芳烯醚以及苯环丁烯的组群。
12.如权利要求10所述的方法，其中该光组剂为印刷电路板制程用的干膜或湿膜。
13.一种实质上消除晶圆及晶粒上复数个金属凸块之间的高度差异的方法，相邻的任意两金属凸块之间具有间隙，加压装置具有平面压板，该方法包含下列步骤涂布保护层材料于该复数个金属凸块上以及各该间隙中，以形成保护层；对齐该平面压板与该晶圆及晶粒，使得该平面压板对齐该晶圆及晶粒上需要消除该复数个金属凸块之间的该高度差异的区域；经由该平面压板加压于该金属凸块及该保护层至预定高度，该预定高度系指该平面压板与该晶圆及晶粒的距离；分离该平面压板与该晶圆及晶粒；研磨该晶圆及该保护层；以及移除各该间隙间的该保护层材料。
14.如权利要求13所述的方法，其中该平面压板加压于该金属凸块上的压力为1-5kg/μm2。
15.如权利要求13所述的方法，其中该平面压板加压于该金属凸块上的时间间隔为5-30秒。
16.如权利要求13所述的方法，进一步包含下列步骤加热该晶圆至摄氏100-250度，在该平面压板加压于该金属凸块时。
17.如权利要求13所述的方法，其中该保护层材料为有机高分子材料。
18.如权利要求13所述的方法，其中该保护层材料为光组剂。
19.如权利要求17所述的方法，其中该有机高分子材料选自包含聚芳烯醚、聚酰亚胺硅氧烷、氟化聚酰亚胺、乙烯基醚、氟化聚芳烯醚以及苯环丁烯的组群。
20.如权利要求18所述的方法，其中该光组剂为印刷电路板制程用的干膜或湿膜。
21.如权利要求13所述的方法，其中该研磨步骤使用化学机械研磨来完成。
全文摘要
利用加压的方式或者结合研磨的方法，可一次消除整片晶圆及晶粒上所有金属凸块间的高度差异，使所有金属凸块都具有实质上相同的高度。
文档编号H01L21/463GK1519892SQ03101728
公开日2004年8月11日 申请日期2003年1月21日 优先权日2003年1月21日
发明者吴非艰 申请人:颀邦科技股份有限公司