CN104008983B - 一种金属凸点制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及MEMS和集成电路技术领域，本发明公开了一种金属凸点制造方法。本发明的金属凸点制造方法利用化学镀在惰性金属基底上制造金属凸点，将化学镀需要接触式诱导改变为非接触式诱导，通过金属诱导板与金属基底之间存在的一个较小的距离，给金属基底所在的圆片表面的集成电路、MEMS或传感器微结构提供生存空间，并简化了金属基底表面的预处理过程，从而使在圆片上的惰性金属基底的表面利用化学镀制造高深宽比的金属凸点成为可能，解决了集成电路表面制造高深宽比凸点预处理的难题，及MEMS和传感器的圆片的表面由于微结构阻挡难于接触而制造金属凸点困难的问题。

Description

一种金属凸点制造方法

技术领域

本发明涉及MEMS及集成电路制造技术领域，特别是涉及一种金属凸点制造方法。

背景技术

三维集成与封装是一个具有广阔发展前景的技术。通过在不同的芯片上制造不同的器件，然后利用键合技术将多层芯片三维集成，可以实现包括处理器、存储器、模拟电路、射频(Radio Frequency，简称RF)模块，以及微电子机械系统(Micro-Electro-MechanicalSystem，简称MEMS)和传感器的异质芯片集成，获得多功能的复杂系统。例如将MEMS与传感器与相应的信号处理电路芯片集成，可以获得最佳的信号处理功能、更大的器件填充比、更小的体积和更高的可靠性，这对于高密度阵列器件，如微镜阵列和红外焦平面阵列具有更为重要的意义。

实现三维集成的一个重要的技术是多层芯片之间的金属凸点键合。通过一层芯片上的金属凸点与另一层芯片上对应位置的金属凸点之间的键合，可以获得三维集成系统中多层芯片之间的电学连接。因此，金属凸点的制造技术和键合技术是三维集成的关键技术，是任何芯片进行三维集成都必须采用的技术。对于微镜阵列和红外焦平面阵列等高密度阵列的三维集成，阵列中每个像素的尺寸很小，同时阵列的规模很大，这就要求每个像素所对应的金属凸点必须尺寸小、密度高、均匀性好。

通常制造金属凸点的方法包括金属溅射和电镀两类。金属溅射采用图形化的光刻胶作为掩膜，可以溅射尺寸最小达1μm、高度0.5～2μm的金属凸点。这种金属溅射方法实现的金属凸点密度高、尺寸小、均匀性好，但是溅射的厚度有限，难以补偿芯片本身不平整带来的表面起伏，导致多层芯片键合时没有接触的凸点无法键合、键合成品率低。电镀方法又包括普通电镀和化学镀两种，都是依靠电化学反应在模具内沉积金属凸点。电镀方法能够实现的金属凸点尺寸较大、均匀性较差，但是高度容易达到10μm以上，能够补偿芯片不平整带来的键合问题，键合成品率高。电镀需要种子层作为电镀过程中的一个电极，致使其需要种子层沉积、图形化和电镀后去除等工艺，增加了工艺的复杂度和制造成本。而化学镀则依赖溶液自身的氧化还原反应淀积金属，摆脱了对电极的依赖，是一种简便的高深宽比凸点制造技术。

化学镀是一种成熟的工艺，例如在表面处理和凸点制造领域，化学镀镍已经发展的相当成熟。化学镀镍最常见的方法是采用次亚磷酸盐型化学镀液，对不同的金属基底需要做不同的预处理，以实现清洁、去氧化、活化的目的。例如铝基底需要锌化，铜基底需要钯化等。随着MEMS和传感器阵列密度的不断提高，金属凸点的尺寸已经缩减到几微米，深宽比达到1:2以上甚至1:5，在如此狭小的空间内实现这些复杂的预处理开始变得困难。金作为惰性金属，由于不会发生氧化，因此以金等惰性金属作为化学镀的基底使得预处理过程变得非常简单。但是金等惰性金属的特点使其作为化学镀镍的基底时，必须利用有催化活性的金属(如镍、铁)与之直接接触以将其激活形成接触诱导，才能实现化学镀，即需要通过形成化学电池的方法转移电子拉低混合势实现触发激活。由于在MEMS和传感器等芯片上，要制造凸点的金属基底上往往存在各种微结构，使其接触诱导难以实现，进而限制了此方法的应用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种非接触式的金属凸点制造方法，以解决高深宽比凸点底部金属基底难以预处理的问题，以及有微结构阻挡的金属基底难于接触而制造金属凸点困难的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种金属凸点制造方法，其包括以下步骤：

S1、在圆片上制作金属基底，所述金属基底由惰性金属制成；

S2、在具有金属基底的圆片上制作具有开口区域的模具，所述模具的开口区域与所述金属基底的位置相对；

S3、在具有所述模具的圆片的上方放置一个诱导金属板以形成诱导结构，所述诱导金属板与模具相对固定且二者之间具有间隙；

S4、将所述诱导结构置入化学镀液进行诱导化学镀，以在所述模具的开口区域形成金属凸点，在化学镀液中，所述诱导金属板的电势低于金属基底的电势；

S5、去除诱导金属板和模具。

进一步地，所述诱导金属板具有多个通孔。

进一步地，所述诱导金属板靠近所述模具的一面为中心凸起的凸面。

进一步地，步骤S3中，在模具和诱导金属板之间通过垫片连接，所述垫片位于诱导金属板的边沿。

进一步地，所述金属基底和诱导金属板之间的距离为5-1000μm。

进一步地，步骤S4中，所述诱导化学镀的条件为：化学镀液的pH为4-5.6，反应温度为72-98℃。

进一步地，步骤S5中，去除诱导金属板和模具后，对所述金属凸点进行抛光以平整化。

进一步地，步骤S5中，去除诱导金属板后，对所述金属凸点和模具进行抛光以平整化，之后去除模具。

进一步地，所述金属基底由金、铂或铜制成，所述诱导金属板由镍、铁或不锈钢制成。

进一步地，所述金属凸点的材料为镍。

(三)有益效果

上述技术方案提供的一种金属凸点制造方法，在惰性金属基底上制造金属凸点，将化学镀需要接触式诱导改变为非接触式诱导，简化了高深宽比金属凸点化学镀所需要的金属基底的预处理，另外通过金属诱导板与金属基底之间存在的一个较小的距离，给金属基底所在的圆片表面的集成电路、MEMS或传感器微结构提供生存空间，从而使在圆片上的惰性金属基底的表面利用化学镀制造高深宽比的金属凸点成为可能，解决了集成电路表面制造高深宽比凸点预处理的难题，以及MEMS和传感器的圆片的表面由于微结构阻挡难于接触而制造金属凸点困难的问题。进一步地，孔状结构的诱导金属板为反应物和反应产物的输运提供通道，加快化学镀的沉积过程。

附图说明

图1是本发明一种金属凸点制造方法的制备流程图；

图2是本发明金属凸点制造方法步骤S2后的示意图；

图3是本发明金属凸点制造方法步骤S3后的示意图；

图4是本发明金属凸点制造方法步骤S4诱导结构放入化学镀液中进行化学镀的示意图；

图5是本发明金属凸点制造方法步骤S4后的示意图；

图6是本发明金属凸点制造方法步骤S5后的示意图。

其中：1、圆片；2、金属基底；3、模具；31、聚酰亚胺薄膜；32、开口区域；4、垫片；5、诱导金属板；51、通孔；6、化学镀液。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图4所示，本发明一种金属凸点制造方法，所制备的金属凸点高密度、尺寸小，该制造方法主要由圆片1表面的金属基底2、金属成型用的模具3、调节圆片1与诱导金属板5之间缝隙的垫片4、诱导金属板5和化学镀液6共同完成。本发明的金属基底2可由金、铂或铜制成，而诱导金属板5可由镍、铁或不锈钢制成。

如图1所示，本发明优选实施例的金属凸点制造方法，其具体包括以下步骤：

S1、在圆片上制作金属基底，金属基底由惰性金属制成；

具体地：将多个金属基底2间隔固定在圆片1上，可以采用粘接的方式将金属基底2固定在圆片1上，金属基底可由金、铂或铜制成，优选为金。

S2、如图2所示，在具有金属基底2的圆片1上制作具有开口区域的模具3，模具的开口区域与金属基底2的位置相对；

具体地：如图2所示，利用旋涂或喷涂的方法，在已经制造好金基底2的圆片1的表面涂覆聚酰亚胺薄膜层，对于光敏的聚酰亚胺薄膜采用光刻的方法，或非光敏的覆聚酰亚胺薄膜则采用刻蚀的方法，对聚酰亚胺薄膜层进行图形化，以形成与金属基底2位置对应的开口区域32，该开口区域32贯穿聚酰亚胺薄膜层的正反面使得金属基底2的表面露出，而金属基底2之间的聚酰亚胺薄膜31保留，由此形成金属凸点成型用的模具3。

S3、如图3所示，在具有模具3的圆片1的上方放置一个诱导金属板5以形成诱导结构，所述诱导金属板5与模具3相对固定且二者之间具有间隙；

具体地：上述的诱导金属板5可为不绣钢金属板，诱导金属板5和带有金基底2、模具3的圆片1平行并列放置在一起，通过胶带等合适的方法固定诱导金属板5与圆片1的相对位置，使二者的距离为5-1000μm，优选为200-300μm，该距离下的化学镀所成型的金属凸点较均匀，且密度高。

为了提高离子输运速度，使得离子输运顺畅，本发明的诱导金属板5上具有多个通孔51，如图3所示，反应物和反应产物可以通过该通孔51顺利进出模具3的开口区域32，以在金属基底2上形成金属凸点7。

此外，诱导金属板5靠近模具3的一面为中心凸起的凸面，该凸面类似凸透镜的形状，即中心厚、边缘薄，这是因为：圆片1和诱导金属板5之间的距离越小，诱导反应则越快，假如圆片1与诱导金属板5之间的距离均匀，位于中心位置的反应物和反应产物流动较慢，而位于边缘区域的反应物和反应产物流动较快，造成中间的金属凸点生长慢而边缘生长快的现象，由此会导致整个圆片1上的金属凸点不均匀，因此，本发明的诱导金属板5靠近模具3的一面为向中心凸起的凸面，使圆片1的中心位置与诱导金属板5之间的间距小于圆片1的边缘位置与诱导金属板5之间的间距，由此，可以补偿中心和边缘的反应物和反应产物的输运速度不均匀的问题，使得诱导反应均匀，金属凸点高度均匀。

S4、如图4所示，将上述步骤S3的诱导结构整体置入化学镀液进行诱导化学镀，以在模具3的开口区域32形成金属凸点7，如图5所示，在化学镀液中，诱导金属板5的电势低于金属基底2的电势，并同时调整化学镀液的离子浓度、pH值和反应温度以激发化学镀的发生；

具体地：如图4所示，将固定好的诱导结构放置到含镍的化学镀液6中，该6化学镀液为化学镀镍溶液。化学镀液的pH为4.0-5.6，反应温度为72-98℃，镍离子的含量为4-7g/L，优选地，镍离子的含量为5.5g/L，pH值为5，反应温度为85℃，由此，使金属诱导板5诱导化学镀镍在模具3的开口区域32的位置发生，保持一段时间，就在金属基底2上形成金属凸点7，该金属凸点7的材料为镍。在化学镀液中，诱导金属板5的电势低于金属基底2的电势，这是因为：在化学镀液中金属诱导板5的电势比金属基底2的电势低，才能作为诱导化学镀发生。以金作为金属基底2，镍或不锈钢作为金属诱导板5为例，在化学镀液中，一般来说：金属诱导板5的电势为-0.7V，而该金属基底2的电势为-0.2V。

在整个化学镀反应过程中，可采用磁力搅拌的方法，以帮助反应物和反应产物通孔输运，加速反应过程。

S5、去除诱导金属板和模具；

具体地：在化学镀结束后，取出诱导结构，去除诱导金属板5，并利用刻蚀的方法去除聚酰亚胺薄膜31，采用化学机械抛光的方法对金属凸点7进行抛光以平整化，以完成金属凸点的制造，如图6所示。

或者，该步骤S5中，在去除诱导金属板5后，同时对金属凸点7和模具3进行抛光以平整化，之后才去除模具3。

上述步骤S3中，当诱导金属板5和金属基底2之间的距离通过模具3的聚酰亚胺薄膜31并未满足要求时，可在模具3和诱导金属板5之间设置一个垫片4，该垫片4位于诱导金属板5的边沿，该垫片4还可以保持诱导金属板5与聚酰亚胺薄膜31之间的间隙，以避免诱导金属板5与聚酰亚胺薄膜31贴紧而影响离子的流通。

本发明的一种利用化学镀制造金属凸点的方法，在惰性金属基底上制造金属凸点，将化学镀需要接触式诱导改变为非接触式诱导，简化了高深宽比金属凸点化学镀所需要的金属基底的预处理，另外通过金属诱导板与金属基底之间存在的一个较小的距离，给金属基底所在的圆片表面的集成电路、MEMS或传感器微结构提供生存空间，从而使在圆片上的惰性金属基底的表面利用化学镀制造高深宽比的金属凸点成为可能，解决了集成电路表面制造高深宽比凸点预处理的难题，以及MEMS和传感器的圆片的表面由于微结构阻挡难于接触而制造金属凸点困难的问题。进一步地，孔状结构的诱导金属板为反应物和反应产物的输运提供通道，加快化学镀的沉积过程。

此外，还可以将本发明金属凸点的制造工艺与微电子封装中广泛使用的镍/金等金属凸点下金属化技术相结合，先在电路芯片的铝基底表面上沉积惰性金属，然后再使用本发明的技术，可以在无需任何预处理的情况下直接在惰性金属表面上诱导化学镀金属凸点，可以实现小尺寸、高深宽比、低接触电阻的凸点，在三维集成和封装中有广泛的应用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种金属凸点制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在圆片上制作金属基底，所述金属基底由惰性金属制成；

S2、在具有金属基底的圆片上制作具有开口区域的模具，所述模具的开口区域与所述金属基底的位置相对；

S3、在具有所述模具的圆片的上方放置一个诱导金属板以形成诱导结构，所述诱导金属板与模具相对固定且二者之间具有间隙；

S4、将所述诱导结构置入化学镀液进行诱导化学镀，以在所述模具的开口区域形成金属凸点，在化学镀液中，所述诱导金属板的电势低于金属基底的电势；

S5、去除诱导金属板和模具。

2.如权利要求1所述的金属凸点制造方法，其特征在于，所述诱导金属板具有多个通孔。

3.如权利要求1所述的金属凸点制造方法，其特征在于，所述诱导金属板靠近所述模具的一面为中心凸起的凸面。

4.如权利要求1所述的金属凸点制造方法，其特征在于，步骤S3中，在模具和诱导金属板之间通过垫片连接，所述垫片位于诱导金属板的边沿。

5.如权利要求1-4任一项所述的金属凸点制造方法，其特征在于，所述金属基底和诱导金属板之间的距离为5-1000μm。

6.如权利要求1-4任一项所述的金属凸点制造方法，其特征在于，步骤S4中，所述诱导化学镀的条件为：化学镀液的pH为4.0-5.6，反应温度为72-98℃。

7.如权利要求1-4任一项所述的金属凸点制造方法，其特征在于，步骤S5中，去除诱导金属板和模具后，对所述金属凸点进行抛光以平整化。

8.如权利要求1-4任一项所述的金属凸点制造方法，其特征在于，步骤S5中，去除诱导金属板后，对所述金属凸点和模具进行抛光以平整化，之后去除模具。

9.如权利要求1-4任一项所述的金属凸点制造方法，其特征在于，所述金属基底由金、铂或铜制成，所述诱导金属板由镍、铁或不锈钢制成。

10.如权利要求1-4任一项所述的金属凸点制造方法，其特征在于，所述所述金属凸点的材料为镍。