DE10157209A1

DE10157209A1 - Verfahren zur Erzeugung von erhabenen Strukturen, insbesondere Kontakthöckern

Info

Publication number: DE10157209A1
Application number: DE10157209A
Authority: DE
Inventors: Hermann Oppermann; Andreas Ostmann
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2001-11-22
Filing date: 2001-11-22
Publication date: 2003-06-12

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von erhabenen Strukturen, insbesondere Kontakthöckern, auf der Oberfläche eines Substrates, die eine oder mehrere Metallisierungsflächen aufweist, bei dem eine Resistschicht auf die Oberfläche des Substrates aufgebracht und zur Freilegung der Metallisierungsflächen bzw. darauf aufgebrachter Sockel derart strukturiert wird, dass durchgängige Vertiefungen mit steilwandigen Seitenwänden entstehen, in die anschließend durch stromlose Abscheidung ein elektrisch leitfähiges Material zur Bildung eines Strukturkörpers abgeschieden wird. DOLLAR A Mit dem vorliegenden Verfahren lassen sich z. B. hohe Kontakthöcker mit steilwandigen Seitenflächen in kostengünstiger Weise herstellen, die besonders für die Erzeugung großer Verbindungslängen zwischen zwei zu kontaktierenden Substraten geeignet sind. Durch Aufbringen einer Deckschicht bei geeigneter Materialwahl lässt sich eine hohe Benetzbarkeit der Spitze bei einer geringen Benetzbarkeit der Seitenflächen der Kontakthöcker erzeugen, so dass bei Aufbringen eines Lotdepots eine geringere Kurzschlussgefahr besteht.

Description

Technisches Anwendungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von erhabenen Strukturen, insbesondere Kontakthöckern, durch stromlose Abscheidung auf der Oberfläche eines Substrates sowie Kontakthöcker, die mit dem Verfahren hergestellt sind.
Kontakthöcker spielen gerade im Bereich der Halbleitertechnologie eine wesentliche Rolle, da sie für die Kontaktierung von Halbleiterbauelementen oder Chips mit anderen Substraten oder Trägern, wie z. B. Leiterplatten, in denen die Verdrahtung zur Verbindung mit anderen elektrischen Komponenten untergebracht ist, eingesetzt werden. Für die Verbindung der Anschlussflächen der Halbleiterbauelemente, Chips oder Substrate mit den Kontakthöckern können unterschiedliche Techniken angewandt werden. Ein Beispiel ist die so genannte Flip-Chip-Technik, bei der die Kontakthöcker als Anschlusselemente an den Chips angeordnet sind und unter Druck und gegebenenfalls mit zusätzlichem Kleber mit den Anschlussflächen eines Trägersubstrates kontaktiert werden.
Aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Trägersubstrat, bspw. Leiterplatte, und Chip ist es bei Anwendungen mit hoher thermischer Belastung von Vorteil, ein gefülltes Epoxid in den Spalt zwischen Chip und Trägersubstrat einzubringen, das die Scherbeanspruchung der Kontakte vermindert. Das Einbringen eines derartigen Epoxid (Underfill für Flip-Chip) erfordert jedoch einen ausreichend großen Spalt zwischen Trägersubstrat und Chip, im Folgenden auch als Verbindungslänge bezeichnet.

Stand der Technik

Für die Herstellung von Kontakthöckern auf Substraten sind unterschiedliche Techniken bekannt. Grundsätzlich unterschieden wird zwischen Abscheideverfahren, bei denen die Kontakthöcker mit einem Schichtabscheideprozess auf das Substrat aufgebracht werden, und so genannten mechanischen Verfahren zum Aufbringen der Kontakthöcker wie bspw. das Stud-Bumping.
Bei den Techniken zur Herstellung von Kontakthöckern mittels Schichtabscheideverfahren haben sich im Wesentlichen zwei Verfahren, die galvanische Abscheidung und die stromlose bzw. autokatalytische Abscheidung, etabliert.
Bei der galvanischen Abscheidung zur Erzeugung der Kontakthöcker sind in der Regel mehrere Bearbeitungsstufen erforderlich. So muss zunächst eine Adhäsions- und Sperrschicht durch Sputtern oder Aufdampfen auf die Anschlussmetallisierung des Substrates aufgebracht und anschließend evtl. galvanisch verstärkt werden. Diese Schicht dient als Startschicht für die anschließende galvanische Abscheidung des Kontaktmaterials zur Erzeugung des Kontakthöckers. Galvanische Abscheidetechniken sind jedoch aufgrund der aufwendigen Verfahrensführung sowie der hierfür erforderlichen teuren Spezialgeräte nicht kostengünstig durchführbar.
Ein kostengünstiges Abscheideverfahren für die Erzeugung von Kontakthöckern stellt die stromlose oder autokatalytische Abscheidung dar, wie sie beispielsweise in A. Ostmann, J. Kloeser, H. Reichl, "Implementation of a Chemical Wafer Bumping Process", Proc. IEPS Conference, San Diego, 1996, pp. 354-366, näher beschrieben ist. Dabei scheidet sich das in der Regel metallische Kontakthöckermaterial aus einer elektrolytischen Lösung ausschließlich auf den Anschluss-Metallisierungsflächen der Substratoberfläche ab.
Bei dieser stromlosen Abscheidung von Kontakthöckern wachsen die Kontakthöcker prozessbedingt mit annähernd gleicher Rate sowohl in die Höhe als auch zur Seite. Für die Erzeugung hoher Kontakthöcker, wie sie für das Einbringen eines gefüllten Epoxids zwischen zwei über die Kontakthöcker zu verbindende Substrate erforderlich sind, müssen daher Mindestabstände der Anschlussmetallisierungen auf dem Substrat eingehalten werden, um Kurzschlüsse zu vermeiden. Dies reduziert jedoch die Anschlussdichte, d. h. die Anzahl der Kontakthöcker pro Substratfläche.
Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein kostengünstiges Verfahren zur Erzeugung von erhabenen Strukturen, insbesondere Kontakthöckern, anzugeben, das die Erzeugung hoher Strukturen bei geringem Abstand zwischen den Strukturen ermöglicht.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren der Patentansprüche 1 bzw. 2 gelöst. Patentanspruch 17 gibt einen Kontakthöcker an, der mit einem der Verfahren hergestellt ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Verfahrens sowie des Kontakthöckers sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei dem vorliegenden Verfahren wird in Verbindung mit der Technik der stromlosen bzw. autokatalytischen Abscheidung eine Resistmaske eingesetzt, um hohe, steilwandige Strukturen zu erzeugen.
Im Folgenden wird das Verfahren beispielhaft anhand der Erzeugung von Kontakthöckern näher erläutert. Es versteht sich jedoch von selbst, dass das Verfahren nicht auf die Herstellung von Kontakthöckern beschränkt ist. Vielmehr lassen sich mit dem Verfahren kostengünstig beliebige erhabene Strukturen in geringem Abstand erzeugen, beispielsweise engwindige Flachspulen im Resist, umlaufende Rahmen für den hermetischen Verschluß oder auch freitragende Strukturen wie schwingende Zungen oder Biegebalken, die durch mehrmalige Resist-Applikation und späteres Entfernen des Resists erzeugt werden können.
Bei einer Alternative des vorliegenden Verfahrens zur Erzeugung von erhabenen Strukturen bzw. Kontakthöckern auf der Oberfläche eines Substrates, die eine oder mehrere Metallisierungsflächen aufweist, wird auf die Oberfläche des Substrates zunächst eine Resistschicht aufgebracht und zur Freilegung der Metallisierungsflächen derart strukturiert, dass durchgängige Vertiefungen mit steilwandigen Seitenwänden entstehen. In diese Vertiefungen wird das elektrisch leitfähige Material anschließend durch stromlose Abscheidung auf den freigelegten Metallisierungsflächen abgeschieden. Durch geeignete Wahl der Dicke der Resistschicht sowie der lateralen Dimensionen der Vertiefungen lassen sich sehr hohe steilwandige Kontakthöcker erzielen, die für die Bereitstellung großer Verbindungslängen ausgezeichnet geeignet sind. Da die Kontakthöcker bei diesem Verfahren aufgrund der Resistmaske nur in die Höhe und nicht zur Seite wachsen, können wesentlich geringere Abstände zwischen den einzelnen Kontakthöckern erzeugt werden als dies mit den bekannten stromlosen Abscheidetechniken des Standes der Technik möglich ist. Die Gefahr von Kurzschlüssen wird hierdurch minimiert.
In einer weiteren Alternative des vorliegenden Verfahrens, die im Wesentlichen die gleichen Verfahrensschritte umfasst, werden auf die Metallisierungsflächen der Substratoberfläche zunächst Kontakthöckersockel aufgebracht. Diese Kontakthöckersockel bestehen vorzugsweise aus einem metallischen Material und lassen sich bspw. ebenfalls durch eine stromlose Abscheidetechnik aufbringen. Die Dicke bzw. Höhe dieser Kontakthöckersockel beträgt dabei vorzugsweise lediglich 1-5 µm bei einer Breite in der Größenordnung der Breite der Metallisierungsflächen auf dem Substrat. Derartige Kontakthöckersockel sind auch unter dem Begriff UBM (Under Bump Metallization) bekannt. In der bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens bedecken diese Kontakthöckersockel die Metallisierungsflächen vollständig. Anschließend wird wie beim alternativen Verfahren eine Resistschicht auf die Oberfläche des Substrates aufgebracht und zur Freilegung von Bereichen der Kontakthöckersockel derart strukturiert, dass durchgängige Vertiefungen mit steilwandigen Seitenwänden entstehen. In diese Vertiefungen wird dann durch stromlose Abscheidung auf die Kontakthöckersockel ein elektrisch leitfähiges Material abgeschieden, um Kontakthöckerkörper auf den Kontakthöckersockeln zu bilden. Die Höhe dieser Kontakthöckerkörper lässt sich wiederum durch die Höhe bzw. Dicke der Resistschicht und die Höhe der Abscheidung in diese Resistschicht steuern. Es ergeben sich somit die gleichen Vorteile wie sie bereits im Zusammenhang mit der ersten alternativen Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens dargelegt wurden.
Vorzugsweise wird der Kontakthöckerkörper durch entsprechende Strukturierung der Resiststruktur mit geringeren lateralen Dimensionen erzeugt als der Kontakthöckersockel. Dies erleichtert die Justage einer Fotomaske über den Kontakthöckersockeln, die vorzugsweise für die Strukturierung des Resists eingesetzt wird. Dabei wird die Resiststruktur, vorzugsweise ein Polymer-Resist bzw. -Lack, durch die Fotomaske belichtet, um anschließend die belichteten Bereiche zur Erzeugung der Vertiefungen mit einem geeigneten nasschemischen Ätzverfahren wegzuätzen. Dem Fachmann sind diese Techniken zur Strukturierung einer Resistschicht geläufig.
Der Einsatz eines Resists bei einem stromlosen Abscheideverfahren erfordert eine sorgfältige Auswahl, da die meisten für andere Verfahren eingesetzten Resiste keine ausreichende Temperaturbeständigkeit aufweisen, wie sie bei den Badtemperaturen der stromlosen Abscheidung von 80-90°C auftreten. Vorzugsweise wird der Resist beim vorliegenden Verfahren nach der Strukturierung und vor der stromlosen Abscheidung nachgebacken, indem er wechselnden Temperaturen in Form eines bestimmten Temperaturprofils ausgesetzt wird. Weiterhin ist es von Vorteil, die Oberfläche des Resists vor der stromlosen Abscheidung durch eine zusätzliche UV-Härtung auszuhärten.
Die Vertiefungen in der Resistschicht können bei dem vorliegenden Verfahren nur teilweise oder auch vollständig mit dem elektrisch leitfähigen Material aufgefüllt werden. Selbstverständlich lassen sich hierbei auch mehrere unterschiedliche Materialien übereinander in die Vertiefungen abscheiden. In einer Ausführungsvariante des vorliegenden Verfahrens wird die stromlose Abscheidung des elektrisch leitfähigen Materials nach vollständiger Auffüllung der Vertiefungen fortgesetzt, so dass im oberen Bereich der Kontakthöcker eine pilzkopfförmige Verbreiterung entsteht. Der pilzförmige Kopf ist für die Aufnahme von Pasten, z. B. Klebepasten, für weitere Verbindungsschritte besonders gut geeignet.
Die Resistschicht kann nach Fertigstellung der Kontakthöcker entfernt werden oder auf dem Substrat zwischen den Kontakthöckern verbleiben. In letzterem Fall dient sie ebenfalls der Verminderung der Scherbeanspruchung der Kontakthöcker bei den nachfolgenden Verbindungsprozessen sowie beim Einsatz des fertigen kontaktierten Bauteils.
In einer bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens wird auf die Kontakthöckerkörper in den Vertiefungen ein weiteres elektrisch leitfähiges Material als Deckschicht aufgebracht, dessen Benetzbarkeit an Luft höher ist als die Benetzbarkeit des elektrisch leitfähigen Materials, das für den Kontakthöckerkörper eingesetzt wurde. Dieses weitere elektrisch leitfähige Material wird vorzugsweise in gleicher Weise durch stromlose bzw. autokatalytische Abscheidung auf den Kontakthöckerkörper aufgebracht. Durch die unterschiedliche Benetzung der beiden Materialien wird beim Aufbringen von Lot auf die Kontakthöcker erreicht, dass das Lot lediglich die obere Fläche benetzt und somit die Kurzschlussgefahr durch Lot zwischen den Kontakthöckern vermindert wird. Durch geeignete Wahl der Materialien zur Erzeugung eines hohen Benetzungsunterschiedes kann somit das auf die Lothöcker aufgebrachte Lotvolumen vergrößert werden.
Das Aufbringen des Lotes auf die Kontakthöcker kann durch unterschiedliche bekannte Verfahren erfolgen, wie beispielsweise mittels einer Lotwelle oder durch Rollen einer flüssigen Lotkugel. Bevorzugte Techniken zur Erzeugung eines Lotdepots sind das kurzzeitige Eintauchen der Kontakthöckerspitzen in ein flüssiges Lotbad (Tauchbelotung) oder das Bedrucken der Kontakthöcker mit Lotpaste und anschließendes Umschmelzen.
In einer Ausführungsform, bei der die Resistschicht nicht entfernt wird und das Lot mittels Tauchbelotung auf die Kontakthöckerspitzen aufgebracht wird, ist es von Vorteil, das Substrat während der Tauchbelotung rückseitig zu Kühlen. Diese rückseitige Kühlung erzeugt aufgrund der schlechteren Wärmeleitfähigkeit der Resistschicht eine Unterkühlung der Schmelze vor den Kontakthöckerspitzen, durch die eine höhere Lotkappe erzielt wird. Der Resist kann nach Durchführen der Tauchbelotung auf dem Substrat verbleiben oder auch entfernt werden.
Die unterschiedliche Benetzbarkeit der Deckschicht und der nach Entfernung des Resists freiliegenden Seitenflächen des Kontakthöckerkörpers wird in der Regel durch eine Oxidation des Materials des Kontakthöckerkörpers an Luft hervorgerufen. Optional kann die Benetzbarkeit der Seitenflächen durch eine zusätzliche, bspw. durch thermische oder chemische Behandlung hervorgerufene, Oxidation noch vermindert werden.
Ein mit dem vorliegenden Verfahren hergestellter Kontakthöcker setzt sich vorzugsweise aus einem Kontakthöckersockel, der die Metallisierungsfläche vollständig hermetisch versiegelt, und einem auf den Kontakthöckersockel befindlichen Kontakthöckerkörper zusammen, der geringfügig kleinere laterale Dimensionen als der Kontakthöckersockel aufweist. Der Kontakthöckerkörper weist aufgrund der Herstellungstechnik unter Einsatz der Resiststruktur steilwandige Seitenflächen auf.
Bei der bevorzugten Ausführung des Kontakthöckersockels mit einer Höhe von lediglich 1-5 µm kann dieser auch als eine sog. UBM (Under Bump Metallization) angesehen werden bzw. deren Funktion erfüllen.
Der Kontakthöckerkörper selbst kann selbstverständlich unterschiedliche geometrische Formen bspw. Zylinderform oder Quaderform aufweisen. Andere Querschnittsformen (in Draufsicht) sind möglich, bspw. Polygonform, da diese lediglich durch geeignete Strukturierung der Resistmaske hervorgerufen werden.
Hinsichtlich der eingesetzten Materialien liegen ebenfalls keine Einschränkungen vor, solange sich diese Materialien mit den Abscheidetechniken der vorliegenden Erfindung abscheiden lassen. Der Kontakthöckersockel sowie der Kontakthöckerkörper können hierbei aus den gleichen oder unterschiedlichen Materialien bestehen. Diese Materialien sind vorzugsweise Metalle, insbesondere Nickel und Kupfer. Als Materialien für die Deckschicht werden vorzugsweise Gold, Palladium oder Silber eingesetzt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 schematisch ein Beispiel für ein herkömmliches Verfahren zur Erzeugung von Kontakthöckern mittels stromloser Abscheidung;
Fig. 2 ein erstes Beispiel für den Einsatz des vorliegenden Verfahrens zur Erzeugung von Kontakthöckern;
Fig. 3 ein zweites Beispiel für den Einsatz des vorliegenden Verfahrens zur Erzeugung von Kontakthöckern;
Fig. 4 ein Beispiel für ein montiertes Substrat, bei dem die Kontakthöcker mit dem Verfahren gemäß Fig. 1 erzeugt wurden;
Fig. 5 ein Beispiel für die Montage eines Substrates, bei dem die Kontakthöcker nach dem vorliegenden Verfahren erzeugt wurden;
Fig. 6 ein Beispiel für die Tauchbelotung von Kontakthöckern, die mit dem vorliegenden Verfahren erzeugt wurden;
Fig. 7 ein zweites Beispiel für die Tauchbelotung von Kontakthöckern, die mit dem vorliegenden Verfahren erzeugt wurden; und
Fig. 8 ein drittes Beispiel für den Einsatz des vorliegenden Verfahrens zur Erzeugung von Kontakthöckern.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Fig. 1 zeigt in drei Schritten ein herkömmliches Verfahren zur Erzeugung von Kontakthöckern mittels stromloser bzw. autokatalytischer Abscheidung. In der oberen Abbildung ist hierbei ein Substrat 1 dargestellt, auf dessen Oberfläche 2 Metallisierungsflächen 3 angeordnet sind. Auf diesen Metallisierungsflächen 3 scheidet sich bei der bekannten Technik des Standes der Technik durch stromlose Abscheidung ein metallisches Material, bspw. Nickel, aus einer Elektrolytlösung ab, in die das Substrat 1 eingetaucht wird. Durch die selektive Abscheidung des Metalls auf den Metallisierungsflächen 3 wird ein Kontakthöckersockel 8 erzeugt, wie dies im oberen Teil der Figur zu erkennen ist.
Anschließend wird eine weitere metallische Schicht 7, die bspw. aus Gold besteht, auf die Kontakthöckersockel 8 abgeschieden. Dies kann wiederum mittels stromloser Abscheidung erfolgen. Die Abscheidung dieser Schicht aus einem edlen Material dient der Erhöhung der Benetzbarkeit der Oberfläche des Kontakthöckersockels 8.
In der unteren Abbildung der Fig. 1 ist schließlich der letzte Schritt zu erkennen, bei dem bspw. mittels Lotpastendruck das Lot auf die Kontakthöcker aufgebracht und durch Umschmelzen ein Lotdepot 9 auf den Kontakthöckern erzeugt wird. Aufgrund der erhöhten Benetzbarkeit der gesamten Oberfläche des Kontakthöckers bilden sich in diesem Beispiel breite Lotdepots 9, die den Zwischenraum zwischen den einzelnen Kontakthöckern verkleinern. Dies erhöht die Gefahr eines Kurzschlusses.
Die Kurzschlussgefahr wird bei der Montage des Substrates 1 mit derartigen Kontakthöckern nochmals verstärkt, wie anhand der Fig. 4 zu erkennen ist. In dieser Figur ist das Substrat 1 auf ein Trägersubstrat 10, beispielsweise eine Leiterplatte, mit metallischen Anschlussflächen 11 montiert, wobei der elektrische Kontakt zwischen den Metallisierungen bzw. Bauelementen beider Substrate über die Kontakthöcker mit dem Lotdepot 9 hergestellt wird. Die Verbindung der beiden Substrate erfolgt dabei in der Regel ohne zusätzliche Anwendung von Druck beim Zusammenfügen. Es wirkt jedoch das Eigengewicht, so dass das Lotdepot 9 zusätzlich verbreitert wird.
Zur Vermeidung dieser Kurzschlussproblematik ist es daher bei dem bekannten Verfahren des Standes der Technik erforderlich, die Kontakthöcker in ausreichendem Abstand zueinander zu erzeugen.
Fig. 2 zeigt ein erstes Beispiel für die Erzeugung von Kontakthöckern mit dem vorliegenden Verfahren. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden in gleicher Weise wie bei dem Verfahrensschritt der oberen Abbildung der Fig. 1 Kontakthöckersockel 8 auf Metallisierungsflächen 3 einer Oberfläche 2 eines Substrates 1 abgeschieden. Die Elektrolytlösung, in die das Substrat 1 mit den Metallisierungen 3 hierbei eingetaucht wird, ist in dieser Abbildung nicht explizit dargestellt. Nach Erzeugung der Kontakthöckersockel 8 wird ein Polymerresist 4, beispielsweise SU8, auf die Oberfläche 2 des Substrates 1 aufgebracht. Dies kann beispielsweise mittels einer Schleudertechnik erfolgen. Anschließend wird diese Resistschicht 4 zur Freilegung von Bereichen der Kontakthöckersockel 8 derart strukturiert, dass durchgehende Vertiefungen 5 mit steilwandigen Seitenflächen erzeugt werden. Die Strukturierung der Resistschicht 4 erfolgt hierbei durch Justierung einer geeigneten Fotomaske 13 über der Resiststruktur, Belichten der Resiststruktur 4 durch die Fotomaske 13 und anschließendes Ätzen der Resiststruktur 4 mit einem nasschemischen Ätzverfahren, wodurch die belichteten Bereiche als Vertiefungen 5 erzeugt werden.
Im nächsten Schritt wird durch autokatalytische Abscheidung, d. h. stromlos, Nickel in diese Vertiefungen 5 auf die freigelegten Bereiche der Kontakthöcker 8 abgeschieden. Die Höhe der Abscheidung sowie die Dicke der Resistschicht 4 werden dabei so gewählt, dass die beabsichtigte Höhe der Kontakthöckerkörper 6 bei diesem Schritt erreicht wird. Mit einer derartigen Resistschicht lassen sich Kontakthöckerkörper mit einer Höhe von 30 bis 100 µm erzeugen.
Nach Erzeugung der Kontakthöckerkörper 6 wird in diesem Beispiel durch autokatalytische Abscheidung zusätzlich eine Schicht 7 aus Gold auf die freiliegende Oberfläche der Kontakthöckerkörper 6 abgeschieden. Anschließend wird die Resiststruktur 4 entfernt, so dass die Kontakthöcker bestehend aus Kontakthöckersockel 8, Kontakthöckerkörper 6 sowie Deckschicht 7 auf dem Substrat 1 verbleiben. Aufgrund der Wahl der Materialien, in diesem Beispiel Nickel für den Kontakthöckersockel 8 und den Kontakthöckerkörper 6 sowie Gold für die Deckschicht 7, weist die Spitze des Kontakthöckers eine hohe Benetzbarkeit auf, während die Seitenflächen aufgrund der Oxidation des Nickels eine geringe Benetzbarkeit zeigen.
Wird im nächsten Schritt durch Drucken mit anschließendem Umschmelzen ein Lotdepot 9 auf die Kontakthöcker aufgebracht, so bildet sich dieses Lotdepot aufgrund der unterschiedlichen Benetzbarkeit der Deckfläche und Seitenflächen des Kontakthöckers nur auf der Deckfläche des Höckers, wie dies im unteren Teil der Fig. 2 ersichtlich ist.
Durch Vergleich der Fig. 2 mit der Fig. 1 wird sofort deutlich, dass die Gefahr von Kurzschlüssen zwischen benachbarten Kontakthöckern bei dem vorliegenden Verfahren gegenüber dem bekannten Verfahren der Fig. 1 erhebliche vermindert ist, da beim vorliegenden Verfahren kein Lotmaterial zwischen die Kontakthöcker eindringt. Der Abstand der einzelnen Kontakthöcker kann daher deutlich geringer gewählt werden, so dass eine höhere Kontakthöckerdichte und somit ein geringerer Kontaktmittenabstand erreicht wird.
Die verminderte Kurzschlussgefahr bzw. die höhere Kontakthöckerdichte ist nochmals anhand der Fig. 5 (im Vergleich zu Fig. 4) zu erkennen, die ein auf ein Trägersubstrat 10, beispielsweise eine Leiterplatte, montiertes Substrat 1 mit den vorliegenden Kontakthöckern zeigt. Das Substrat 1 kann beispielsweise ein Wafer oder Chip mit entsprechenden Bauelementen sein. Die elektrische Kontaktierung zwischen den beiden Substraten 1 und 10 erfolgt über die erfindungsgemäß hergestellten Kontakthöcker mit den darauf befindlichen Lotdepots 9, die mit entsprechenden Anschlussflächen 11 auf dem zweiten Substrat 10 in Kontakt treten. Weiterhin lässt sich durch Vergleich der Fig. 4 und 5 erkennen, dass mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung deutlich größere Verbindungslängen, d. h. Abstände zwischen den beiden Substraten 1, 10 erzeugt werden können, als mit dem herkömmlichen Verfahren der Fig. 1.
Fig. 3 zeigt schließlich ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Herstellung von Kontakthöckern gemäß einer Variante des vorliegenden Verfahrens. Die ersten Schritte zur Erzeugung der Kontakthöckersockel 8 sowie der strukturierten Resistschicht 4 erfolgen in gleicher Weise wie bei dem Beispiel der Fig. 2. Beim vorliegenden Beispiel wird jedoch die stromlose Abscheidung von Nickel in die Vertiefungen 5 bis über den Zeitpunkt hinaus durchgeführt, an dem die Vertiefungen vollständig aufgefüllt sind. Durch diese verlängerte Abscheidung bilden sich im oberen Bereich der Kontakthöckerkörper 6 pilzkopfförmige Verbreiterungen, wie dies aus der Figur ersichtlich ist. Diese pilzkopfförmigen Verbreiterungen resultieren aus der stromlosen Abscheidetechnik, da das Material ohne die seitlichen Begrenzungen durch die Vertiefungen in der Höhe und Breite mit gleicher Rate wächst. Selbstverständlich muss die Abscheidung gestoppt werden, bevor sich die Verbreiterungen der benachbarten Kontakthöcker berühren.
Anschließend wird auch in diesem Fall eine Deckschicht 7 aus Gold auf die Kontakthöckerkörper 6 aufgebracht und der Resist 4 anschließend entfernt. Die mittlere Abbildung zeigt hierbei die resultierenden Kontakthöcker, bestehend aus Kontakthöckersockel 8, Kontakthöckerkörper 6 mit pilzkopfförmiger Verbreiterung und Deckschicht 7, auf dem Substrat 1.
In der unteren Abbildung sind auch in dieser Figur die Kontakthöcker mit darauf aufgebrachtem Lotdepot 9 zu erkennen, das in diesem Beispiel durch Tauchbelotung erzeugt wurde.
Fig. 6 zeigt beispielhaft die Technik der Tauchbelotung bei einer Kontakthöckerstruktur, wie sie anhand von Fig. 3 näher erläutert wurde. Bei der Tauchbelotung werden die Kontakthöcker des Substrates 1 in ein Lotbad 12 mit flüssigem Lot eingetaucht und anschließend wieder aus dem Lotbad herausgezogen. Dieses kurzzeitige Eintauchen ist in der Figur schematisch mit dem Pfeil angedeutet. Durch die unterschiedliche Benetzbarkeit der Seitenflächen der Kontakthöckerkörper 6 und der Deckschicht 7 wird lediglich die Deckschicht 7 mit dem Lot 9 benetzt, so dass sich das Lot nur auf den pilzkopfförmigen Verbreiterungen der Kontakthöcker festsetzt.
Alternativ kann diese Technik der Tauchbelotung - und selbstverständlich auch die anderen Techniken zur Aufbringung eines Lotdepots - auch mit einem Substrat 1 mit Kontakthöckern durchgeführt werden, bei denen die Resistschicht 4 nicht entfernt wurde. Dies ist beispielhaft anhand der Fig. 7 zu erkennen, bei der die Kontakthöcker in gleicher Weise zur Aufnahme des Lotdepots kurzzeitig in ein Lotbad 12 eingetaucht werden. Durch eine rückseitige Kühlung des Substrates 1 während dieser Tauchbelotung kann in vorteilhafter Weise eine höhere Lotkappe 9 auf den Deckschichten 7 erzeugt werden. Dies resultiert aus der schlechteren Wärmeleitfähigkeit der Resistschicht 4 im Vergleich zu den Kontakthöckerkörpern 6, so dass eine Unterkühlung der Schmelze über der Deckschicht 7 im Lotbad erzeugt wird. Gerade diese Unterkühlung führt in vorteilhafter Weise zu einer höheren Lotkappe 9.
Die vorliegenden Ausführungsbeispiele wurden jeweils in einer Variante dargestellt, bei der der Kontakthöckerkörper 6 auf einen Kontakthöckersockel 8 aufgebracht wird. Das vorliegende Verfahren lässt sich selbstverständlich auch ohne diesen Kontakthöckersockel 8 durchführen. Hierbei werden lediglich die Verfahrensschritte zur Aufbringung des Kontakthöckersockels ausgelassen. Die weiteren Verfahrensschritte entsprechen denen der vorangehenden Ausführungsbeispiele. Ein Beispiel für ein Substrat 1 mit einem derart erzeugten Kontakthöcker mit Kontakthöckerkörper 6 und Deckschicht 7 ist in der Fig. 8 lediglich zur Veranschaulichung beispielhaft dargestellt. Das Material für den Kontakthöckerkörper 6 wird hierbei direkt auf die Metallisierungsflächen 3 der Substratoberfläche 2 aufgebracht. BEZUGSZEICHENLISTE 1 Substrat/Wafer/Chip
2 Oberfläche des Substrats
3 Metallisierungsfläche
4 Resistschicht
5 Vertiefungen
6 Struktur- bzw. Kontakthöckerkörper
7 Deckschicht
8 Sockel bzw. Kontakthöckersockel
9 Lotdepot bzw. Lotkappe
10 Trägersubstrat/Leiterplatte
11 Metallische Anschlussflächen
12 Lotbad
13 Fotomaske

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung von erhabenen Strukturen, insbesondere Kontakthöckern, auf der Oberfläche (2) eines Substrates (1), die eine oder mehrere Metallisierungsflächen (3) aufweist, bei dem zumindest ein erstes elektrisch leitfähiges Material durch stromlose Abscheidung auf den Metallisierungsflächen (3) abgeschieden wird, um Strukturkörper (6) zu bilden,
dadurch gekennzeichnet,
dass vor der stromlosen Abscheidung des ersten elektrisch leitfähigen Materials eine Resistschicht (4) auf die Oberfläche (2) des Substrates (1) aufgebracht und zur Freilegung der Metallisierungsflächen (3) derart strukturiert wird,
dass durchgängige Vertiefungen (5) mit steilwandigen Seitenwänden entstehen, in die das erste elektrisch leitfähige Material bei der stromlosen Abscheidung abgeschieden wird.

2. Verfahren zur Erzeugung von erhabenen Strukturen, insbesondere Kontakthöckern, auf der Oberfläche (2) eines Substrates (1), die eine oder mehrere Metallisierungsflächen (3) aufweist, bei dem ein Sockel (8) auf die Metallisierungsflächen (3) aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Oberfläche (2) des Substrates (1) eine Resistschicht (4) aufgebracht und zur Freilegung von Bereichen der Sockel (8) derart strukturiert wird, dass durchgängige Vertiefungen (5) mit steilwandigen Seitenwänden entstehen, in die zumindest ein erstes elektrisch leitfähiges Material durch stromlose Abscheidung abgeschieden wird, um Strukturkörper (6) auf den Sockeln (8) zu bilden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sockel (8) durch stromlose Abscheidung auf den Metallisierungsflächen (3) abgeschieden werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sockel (8) und/oder die Strukturkörper (6) aus Nickel oder Kupfer gebildet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Resistschicht (4) zur Strukturierung mit Hilfe einer Fotomaske belichtet und anschließend geätzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Resistschicht (4) nach der Strukturierung einer Temperaturbehandlung mit wechselnden Temperaturen unterzogen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Resistschicht (4) nach der Strukturierung einer UV-Härtung unterzogen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als erhabene Strukturen Kontakthöcker mit Kontakthöckerkörpern (6) erzeugt werden, die den Strukturkörpern (6) entsprechen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Kontakthöckerkörper (6) in den Vertiefungen (5) ein zweites elektrisch leitfähiges Material als Deckschicht (7) aufgebracht wird, dessen Benetzbarkeit an Luft höher ist als die Benetzbarkeit des ersten elektrisch leitfähigen Materials.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite elektrisch leitfähige Material durch stromlose Abscheidung auf den Kontakthöckerkörper (6) aufgebracht wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die stromlose Abscheidung des ersten elektrisch leitfähigen Materials in die Vertiefungen (5) bis über das vollständige Auffüllen der Vertiefungen (5) hinaus durchgeführt wird, so dass die Kontakthöckerkörper (6) pilzförmige Strukturen bilden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Kontakthöckerkörpern (6) oder den Deckschichten (7) durch Tauchbelotung ein Lotdepot (9) erzeugt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Tauchbelotung ohne vorheriges Entfernen der Resistschicht (4) durchgeführt und das Substrat (1) während der Tauchbelotung rückseitig gekühlt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Kontakthöckerkörpern (6) oder den Deckschichten (7) durch Bedrucken mit Lotpaste und anschließendes Umschmelzen ein Lotdepot erzeugt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass als zweites elektrisch leitfähiges Material Gold, Palladium oder Silber eingesetzt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine zusätzlich herbeigeführte Oxidation die Benetzbarkeit von Seitenflächen der Kontakthöckerkörper (6) herabgesetzt wird.

17. Kontakthöcker auf einem Substrat, hergestellt nach einem Verfahren der Ansprüche 2 bis 16, der aus einem Kontakthöckersockel (8) mit einem darauf aufgebrachten Kontakthöckerkörper (6) gebildet ist, wobei der Kontakthöckerkörper (6) geringfügig geringere laterale Dimensionen als der Kontakthöckersockel (8) aufweist.

18. Kontakthöcker nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakthöckerkörper (6) mit einer Deckschicht (7) versehen ist, die eine höhere Benetzbarkeit als Seitenflächen des Kontakthöckerkörpers (6) aufweist.

19. Kontakthöcker nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakthöckerkörper (6) zylinder-, quader- oder pilzförmig ausgebildet ist.

20. Kontakthöcker nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakthöckerkörper (6) in Draufsicht einen kreisförmigen, elliptischen, rechteckigen oder polygonen Querschnitt aufweist.

21. Kontakthöcker nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass Kontakthöckerkörper (6) und Kontakthöckersockel (8) aus unterschiedlichen Materialien gebildet sind.

22. Kontakthöcker nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass Kontakthöckerkörper (6) und Kontakthöckersockel (8) aus den gleichen Materialien gebildet sind.

23. Kontakthöcker nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakthöckerkörper (6) und/oder der Kontakthöckersockel (8) aus Nickel oder Kupfer gebildet sind.

24. Kontakthöcker nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakthöckersockel (8) eine Höhe von 1 bis 5 µm aufweist.

25. Kontakthöcker nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakthöckerkörper (8) eine Höhe von 30 bis 100 µm aufweist.