DE69837669T2

DE69837669T2 - Herstellungsverfahren für einen anisotropischen leiterfilm mit leitenden einsatzstücken

Info

Publication number: DE69837669T2
Application number: DE69837669T
Authority: DE
Inventors: Patrice Caillat; Claude Massit
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1997-07-22
Filing date: 1998-07-20
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2018-07-21
Also published as: WO1999005717A1; JP2001511602A; EP1008176A1; FR2766618A1; FR2766618B1; US6453553B1; DE69837669D1; EP1008176B1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines anisotrop leitenden Films mit leitenden Inserts, wobei wenigstens ein Ende der Inserts eine Spitze aufweist.
Auf dem Gebiet der Mikroverbindungstechnik gibt es drei große Gruppen von Techniken zur Verbindung von Chips oder ICs mit einem Zusammenschaltungssubstrat: die Mikroverkabelung, das TAB-Verbindungsverfahren und die Flip-Chip-Technik. Bei der Mikroverkabelung ("wire bonding" in englischer Terminologie) verwendet man Gold- oder Aluminiumdrähte, um die Verbindungen herzustellen. Bei TAB (TapeAutomated Bonding) benutzt man ein intermediäres Band, auf dem man durch Ätzen oder chemisches Aufwachsen ein Leiternetz hergestellt. Bei der Flip-Chip-Technik werden die Eingangs-/Ausgangs-Kontaktpunkte der Chips durch Löten oder Kleben mit den entsprechenden Kontaktpunkten eines Substrats verbunden. Bei der Flip-Chip-Löttechnik wird die Verbindung durch schmelzbare Mikrokontaktierhügel realisiert (auch Kügelchen bzw. "Bumps" genannt). Bei der Flip-Chip-Klebetechnik gewährleistet ein anisotrop leitender Film die elektrische Leitfähigkeit gemäß z und eine gute Isolation gemäß xy.
Jede dieser Techniken hat Vorteile und Nachteile. Hinsichtlich der Qualität des hergestellten Kontakts bleibt die Flip-Chip-Technik dank der minimalen Länge der Verbindung sowie durch das Lötverfahren selbst der Königsweg. Jedoch impliziert sie ein langes und teures Verfahren, da sie oft zwei Lithographieebenen erfordert, um die Stellen der Kügelchen bzw. Bumps zu definieren (Haftungsmetallurgie und Kügelchen).
Das Konzept des anisotrop leitenden Films als einer Art Universalverbinder, bei dem die Lithographie entfällt, ist sehr vorteilhaft. Die aktuelle Hauptanwendung sind die Flachbildschirme, bei denen das schwierige Problem darin besteht, die Pixelsteuerungschips mit den Flüssigkristallbildschirmen selbst zu verbinden. Dieser leitende Film ist meist ein chargierter Epoxidkleber, der, indem er sich vernetzt, zwischen den leitenden Chargierstoffen und den Kontaktpunkten einen Kontakt gemäß z herstellt und dabei die Isolation gemäß xy gewährleistet. Die Zuverlässigkeit und Qualität dieser Verbindungen erfüllt bei bestimmten Anwendungen bei weitem nicht die Forderungen der Pflichtenhefte, da (bzw. so dass) 10 % der Flachbildschirme der Notebooks recycelt werden (müssen).
Stand der Technik
Bekannt ist die elektrischen Verbindung zwischen den Kontaktpunkten eines Chips und denen eines gegenüberstehenden Zusammenschaltungssubstrats durch einen leitenden Klebstoff oder einen anisotrop leitenden Film. Diese Art Film oder Klebstoff gewährleistet einen elektrischen Kontakt in der z-Richtung durch das Zusammenquetschen leitfähiger Teilchen in der den Klebstoff oder den Film bildenden Polymermatrix. Dieses Quetschen kann mechanisch von außen erfolgen oder durch die Vernetzung des Klebstoffs selbst bewirkt werden, der dann schrumpft. In beiden Fällen ist der Kontaktwiderstand relativ hoch und vor allem nicht reproduzierbar. In den meisten Fällen ist eine Oberflächenbehandlung der Kontaktpunkte notwendig. Sie geschieht durch das Abscheiden eines Überzugs aus Gold oder SnPb-Legierung auf den Kontaktpunkten. Diese Oberflächenbehandlung verbessert den endgültigen Kontaktwiderstand. Die Teilchen können auch eine Oberflächenschicht aus Gold, Silber oder Nickel erhalten.
Eine wichtige Verbesserung dieses anisotrop leitenden Films ist vorgeschlagen worden. Sie besteht darin, leitfähige Nickelteilchen zu verwenden, welche die Form von Kugeln mit scharfen bzw. spitzen Vorsprüngen aufweisen. Diese Vorsprünge ermöglichen, bei der Montage die auf der Oberfläche des zu verbindenden Kontaktpunkts vorhandene Oxidschicht zu durchbohren.
Bekannt sind auch anisotrop leitende Filme auf schmelzbarer Basis. In diesem Fall verwendet man schmelzbare oder mit einem schmelzbaren Material überzogene Teilchen, enthalten in einer Polymermatrix, die hohe Temperaturen aushält (zum Beispiel eine Polyimidmatrix). Die zu verbindenden Kontaktpunkte sind generell aus Aluminium mit einer lötgerechten Oberflächenbehandlung (Ni/Au oder SnPb-Legierung). Mit Druck und/oder Temperaturerhöhung um mehrere hundert Grad (zum Beispiel ≥ 200 °C) schmilzt das schmelzbare Material der Teilchen, was ermöglicht, elektrische Kontakte herzustellen zwischen den gegenüberstehenden Kontaktpunkten des Chips und des Zusammenschaltungssubstrats. Festzustellen ist, dass es sehr schwierig ist, eine Verlötung der Teilchen durch den Polymerfilm hindurch durch einfaches Drücken und Erhitzen sicherzustellen, da das an der Oberfläche vorhandene Polymer schnell jede einwandfreie Verlötung der Kügelchen untereinander oder mit den Kontaktpunkten verhindern kann. In den meisten Fällen stammt der Beitrag der durch diese Technik erzielten Verbesserung aus der großen Plastizität des schmelzbaren Materials, das, indem es sich verformt, ermöglicht, das Vorhandensein eines elektrischen Kontakts etwas besser zu gewährleisten.
Eine andere Technik zur Herstellung eines anisotrop leitenden Films besteht darin, auf den Kontaktpunkten des Chips eine Schicht aus einem schmelzbaren Material abzuscheiden und zwischen den Aluminiumkontaktpunkten des Zusammenschaltungssubstrats eine Polyimidschicht. Der Chip und das Substrat werden anschließend mit gegenüberstehenden Kontaktpunkten durch Anwendung einer Druckkraft und Erhöhung der Temperatur (≥ 200 °C) zusammengebaut. Der Nachteil dieser Art von Technik besteht darin, dass Masken mit Öffnungen über den Kontaktpunkten erforderlich sind, um einerseits das schmelzbare Material auf dem Chip und andererseits das Polyimid auf dem Substrat abzuscheiden. Man verliert folglich die universelle Seite des anisotropen leitenden Films.
Eine weitere Struktur eines anisotrop leitenden Films ist unter der Abkürzung VIS ("Vertical Interconnection Sheet") bekannt. Eine solche Struktur umfasst einen isolierenden Film, versehen mit die Dicke des Films durchquerenden leitfähigen Stiften. Die 1 zeigt eine solche Struktur in einer Version mit sogenannten "harten" Kontakten. Die Struktur ist zwischen zwei zu verbindenden Elementen dargestellt: einem Zusammenschaltungssubstrat 2, ausgestatte mit Kontakten 6 und 8, und einem Chip 4, ausgestatte mit Kontakten 10 und 12. Die Struktur muss die elektrische Verbindung zwischen den Kontakten 6 und 10 einerseits und 8 und 12 andererseits gewährleisten. Sie umfasst einen Polyimidfilm 30, versehen mit hervorstehenden Stiften 32. Diese Art von Struktur erhält man durch lokalisiertes Ätzen einer unter dem Film befindlichen Kupferplatte und durch elektrolytisches Aufwachsen von Gold. Der Zusammenbau des Chips und des Substrats mit Hilfe dieser VIS-Struktur erfolgt durch Druck. Der Nachteil dieser Struktur besteht darin, dass die Herstellungsverfahren zu einem relativ großen Abstand p (ungefähr 40 μm) zwischen den Stiften führt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die elektrische Verbindung mittels Kontakt der hervorstehenden Stifte nicht die Haftung des Polyimidfilms auf der Oberfläche des Chips ermöglicht.
Eine ähnliche Struktur wird in dem Patent US-A-5 304 460 , dargestellt in der 2, beschrieben, wo man zwischen dem Chip 4 und dem Zusammenschaltungssubstrat 2 einen geätzten Polymerfilm 34 anordnet, in dessen Löchern man ein schmelzbares Material 36 aufgedampft hat. Anschließend werden die Stifte 36 aus schmelzbarem Material zwischen einerseits den Kontakten 6 und 10 und andererseits den Kontakten 8 und 12 mittels Druck gepresst. Je nach Art des Polymers kann man einen Hafteffekt des Polymers auf der Oberfläche des Kontakts erzielen. Jedoch erhält man diesen Hafteffekt nur auf der Oberfläche der Kontakte und nicht zwischen den Kontakten (zum Beispiel in den Zwischenräumen 35 und 37). Außerdem muss die Vorbereitung des Polymers, in dem man ein schmelzbares Material aufdampft, um die Stifte herzustellen, vorher auf einem Träger realisiert werden. Anschließend muss man die Polymerschicht von diesem Träger abziehen, ohne dass sich das schmelzbare Material 36 loslöst, was ein Kaltverfahren voraussetzt. Schließlich bleibt die Verbindung eine Art "Berührung", da die Kontakte auf die Stifte gepresst werden, so dass folglich selbst mit einem schmelzbaren Material der Kontakt mittelmäßig bleibt.
Das Dokument FR-A-2 726 397 offenbart einen anisotrop leitenden Film, der, wie dargestellt in der 3, eine Polymerschicht 46 mit leitenden Durchgangsstiften umfasst. Der zentrale Teil 52 der Stifte wird durch ein hartes Material gebildet (zum Beispiel Kupfer, Nickel, eine bei hoher Temperatur schmelzende SnPb-Legierung. Die Enden 44 und 54 der Stifte sind aus einem schmelzbaren Material (zum Beispiel einer bei niedriger Temperatur schmelzenden SnPb-Legierung). Der anisotrop leitende Film ist in der 3 dazu bestimmt, die elektrischen Verbindungen zwischen den Kontakten 10 und 12 des Chips 4 und den Kontakten 6 und 8 des Substrats 2 zu gewährleisten. Diese Kontakte sind mit Haftschichten 56, 58, 60 und 62 überzogen, um die schmelzbaren Materialen 44 und 54 festzukleben oder festzulöten. Durch Temperaturerhöhung und eventuell Anwendung eines Drucks zwischen dem Chip 4 und dem Substrat 2 stellt man die elektrische Verbindung zwischen dem Chip und dem Substrat her. Die Enden der Stifte, welche die auf den Kontakten vorhandene Haftschicht berühren, verbinden sich mit dieser. Dies drückt sich durch eine Abnahme der Höhe der Stifte zwischen einem Kontakt des Chips und dem gegenüberstehenden Kontakt des Substrats aus. Diese Höhe reduziert sich auf ungefähr die Höhe des zentralen Teils 52 der Stifte 52. Bei den anderen Stifte, die keiner Haftschicht gegenüberstehen, entfällt dieser Vorgang. Die durch diese Methode erzielte Stiftabstand kann sehr klein sein, aber für einen guten elektrischen Kontakt muss man die zu verbindenden Kontakte für die Lötung vorbehandeln.
Das Patent US-A-5 135 606 offenbart Realisierungsverfahren von VIS-Strukturen mit Stiften mit angepassten Formen. Die beschriebenen Verfahren ermöglichen, ausgehend von einem Basisträger aus Kupfer VIS-Strukturen herzustellen. Sie ermöglichen die Realisierung einer Form mit spitzen hervorstehenden Enden der Stifte oder Inserts. Jedoch wird die spitze Form der Inserts durch elektrolytisches Wachstum in einem Resist bzw. Harz mit konischen Öffnungen realisiert. Diese Verfahrensart ermöglicht nicht, Spitzen mit gleichförmigen Neigungen herzustellen, da auch die Neigungen der Resistmuster selbst nicht gleichförmig sind, einerseits wegen der Anwendung einer chemischen Ätzung und andererseits durch die Anwendung einer Bestrahlung mit variabler Fokussierung. Außerdem ist die Form der durch diesen Verfahrenstyp hergestellten Spitzen nicht von Spitze zu Spitze reproduzierbar und die Spitzen sind oben abgeplattet, da die Öffnung der Maske nicht völlig geschlossen werden kann, um den Durchgang des Elektrolyts zu ermöglichen.
Bei all diesen anisotrop leitenden Filmen aus dem Stand der Technik gilt:

– wenn man schmelzbare Partikel oder Stifte verwendet, muss man auf den zu verbindenden Kontakten eine lötbare Oberfläche herstellen, also auf diesen eine zusätzliche Schicht abscheiden;
– wenn die leitfähigen Partikel eine aggressive Form aufweisen, ist diese Oberflächenbehandlung nicht notwendig, aber da die Dichte der leitfähigen Partikel in der Polymermatrix begrenzt ist, kommt es zu Problemen, wenn die Abstände zwischen den zu verbindenden Kontakte klein sind oder wenn man einen hohen Strom fließen lassen will.

Das Patent US-A-5 135 606 schlägt Strukturen mit hervorstehenden Stiften verschiedener Formen vor. Jedoch scheinen diese Strukturen insbesondere bei der Variante mit spitzen Stiften sehr schwierig zu sein.
Das Dokument EP-A-0 504 614 schlägt ein Herstellungsverfahren eines anisotrop leitenden Films vor.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schlägt ein Verfahren zur Herstellung eines anisotrop leitenden Films mit leitfähigen Inserts vor, deren Abstand sehr klein sein kann, wobei diese Inserts wenigstens ein spitzes Ende aufweisen. Das vorgeschlagene Verfahren ist einfach und reproduzierbar. Es basiert auf dem Transfer von durch Elektrolyse, Sputtern oder Aufdampfung auf einem Substrat hergestellten Spitzen, zum Beispiel in einem chemischen Ätzverfahren.
Der durch dieses Verfahren hergestellte anisotrop leitende Film ermöglicht, eine Struktur wie etwa einen Chip (zum Beispiel eine Integrierte Schaltung) direkt auf das Zusammenschaltungssubstrat zu montieren, ohne die Kontakte des Chips einer speziellen Behandlung unterziehen zu müssen. Wenn die Kontakte des Zusammenschaltungssubstrats eine Endbehandlungsschicht aus Kupfer, aus Gold oder aus einer SnPb-Legierung aufweisen, ist es nicht notwendig, dass die Inserts auf dieser Seite ein spitzes Ende aufweisen. Da die Kontakte der Chips im Allgemeinen aus Aluminium sind, ohne Endbehandlungsschicht, haben die Inserts ihre Spitzen folglich auf dieser Seite.
Die Erfindung hat also eine Herstellungsverfahren eines anisotrop leitenden Films zum Gegenstand, der einen isolierenden Film umfasst, der von Löchern durchbohrt ist, in denen Leiter-Inserts sitzen, die aus einer Seite des isolierenden Films mit ersten Enden hervorstehen, ausgehend von einem Substrat, dessen eine Seite Alveolen aufweist, die der Verteilung der Inserts in dem isolierenden Film entsprechen, wobei diese Alveolen als Hohlformen komplementär sind zu den Formen der ersten Eden der Inserts und das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

a) Verwenden eines Substrats mit Alveolen, die ein spitzes Ende aufweisen,
b) Aufbringen des isolierenden Films auf das Substrat mit den Alveolen gegenüberstehenden Löchern,
c) Bilden der Leiter-Inserts in den Löchern und den Alveolen,
d) Abziehen bzw. Loslösen des mit den Leiter-Inserts versehenen isolierenden Films von seinem Herstellungssubstrat, das für die Herstellung von anderen (weiteren) Leiter-Filmen wiederverwendbar ist.

Das Substrat kann ein Monokristall sein und die Alveolen können durch Ätzen erzeugt werden, wobei mindestens der Boden der Alveolen längs festgelegter kristallographischer Ebenen geätzt wird.
Das Substrat kann aus Silicium sein. Der Ätzschritt kann ein chemischer Angriff gemäß der kristallographischen Ebene (111) eines Substrats sein, ausgehend von einer Fläche, die eine kristallographische Ebene (110) aufweist.
Zwischen dem Schritt a) und dem Schritt b) kann man eine an die Oberfläche des Substrats angeschmiegte Opferschicht abscheiden, wobei der isolierende Film dann auf der Opferschicht abgeschieden wird. In diesem Fall kann der Abzieh- oder Ablösschritt durch chemisches Ätzen der Opferschicht realisiert werden. Dieses Ätzen der Opferschicht kann durch Kapillareffekt komplettiert werden.
Wenn die Opferschicht aus leitfähigem Material ist, kann der Schritt c) darin bestehen, die leitfähigen Inserts durch Elektrolyse in die Alveolen und die Löcher hineinwachsen zu lassen, wobei man die Opferschicht als Elektrode benutzt.
Der Schritt c) besteht darin, in den Alveolen und in den Löchern zur Bildung der Inserts ein Sputtern oder eine Aufdampfung des oder der leitfähigen Materialien zu realisieren. In diesem Fall kann der Sputter- oder Aufdampfungsschritt zunächst darin bestehen, eine mit Löchern versehene Maske mit einem bestimmten Abstand von dem isolierenden Film zu positionieren, wobei die Löcher der Maske mit den Alveolen des Substrats und des Löchern des Films fluchten und einen bestimmten Anfangsdurchmesser haben, sodann durch die Löcher der Maske hindurch das oder die insert-bildenden leitfähigen Materialien zu sputtern oder aufzudampfen. Der genannte festgelegte Anfangsdurchmesser der Löcher des Films kann so sein, dass aufgrund der Reduzierung dieses Anfangsdurchmessers, bedingt durch das Sputtern oder Aufdampfen, die zweiten Enden der Inserts ebenfalls spitz enden.
Der Abzieh- bzw. Ablösschritt d) kann mit mechanischen Kräften erfolgen.
Der Schritt a) und der Schritt b) können zunächst darin bestehen, den isolierenden Film auf dem Substrat abzuscheiden, eventuell überzogen mit einer Opferschicht, deren Oberfläche noch keine Alveolen enthält, dann eine Maske zu positionieren, die mit Löchern versehen ist, die der Verteilung der Inserts in dem Film entsprechen, anschließend durch die Löcher der Maske hindurch einerseits den isolierenden Film zu ätzen, und eventuell die Opferschicht, um dort die Löcher zu bilden, und andererseits das Substrat, um dort die Alveolen auszubilden, und schließlich die Maske zu eliminieren. In diesem Fall, wenn die Inserts durch Elektrolyse realisiert werden, nach dem Ätzen der Löcher in dem isolierenden Film und vor dem Eliminieren der Maske, kann das Abscheiden einer Schicht aus leitfähigem Material realisiert werden, die sich an die geätzten Zonen des Substrats anschmiegt.
Vorteilhafterweise werden die ersten Enden der leitfähigen Inserts aus einem harten Material realisiert. Dies ermöglicht diesen Enden, die Oxidschicht zu durchdringen, mit der der anzuschließende Kontakt überzogen ist. Die Inserts können kann aus diesem harten Material realisiert werden. Als Variante kann auch nur der hervorstehende Teil der Inserts aus diesem harten Material sein.
Der isolierende Film kann ein thermoplastischer Polymerfilm sein oder ein Multischichtfilm, dessen Außenschichten thermoplastisch sind. Dies ermöglicht, ihm bei der Montage eine Selbstklebefunktion zu verleihen. Im gegenteiligen Fall muss man vor der Montage eine Klebstoffschicht aufbringen.
Die in den isolierenden Film geätzten Löcher können einen kleineren Querschnitt haben als die Alveolen in der Substratoberfläche. Dies ermöglicht, bei den Inserts einen Einfügungseffekt zu erzielen.
Kurzbeschreibung der Figuren
Die Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen noch besser aus der nachfolgenden Beschreibung hervor. Diese Beschreibung betrifft beispielartige und nichteinschränkende Realisierungen und bezieht sich auf beigefügte Zeichnungen:
die schon beschriebenen 1 bis 3 zeigen Verbindungen mittels anisotrop leitendem Film nach dem Stand der Technik;
die 4A bis 4F zeigen eine erste Variante des Herstellungsverfahrens eine anisotrop leitenden Films nach der vorliegenden Erfindung;
die 5 ist eine Draufsicht eines Schnitts gemäß V-V der 4E eines Inserts und seiner unmittelbaren Umgebung;
die 6A und 6B zeigen eine zweite Variante des Herstellungsverfahrens eines anisotrop leitenden Films nach der vorliegenden Erfindung;
die 7A bis 7F zeigen eine dritte Variante des Herstellungsverfahrens eines anisotrop leitenden Films nach der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung von Realisierungsarten der Erfindung
Die 4A bis 4F veranschaulichen ein Verfahren zur Herstellung eines anisotrop leitenden Films nach der vorliegenden Erfindung.
Der erste Schritt des Verfahrens besteht dann, zum Beispiel ein Siliciumsubstrat 20 zu ätzen. Dazu wird die ebene Fläche 21 des Substrats 20, einer kristallographischen Ebene (110) entsprechend, mit einer Maske 22 aus Siliciumnitrid oder Gold überzogen. Durch eine Lithographietechnik wird die Maske 22 so geätzt, dass die Fläche 21 des Substrats 20 durch Öffnungen 23 zugänglich ist (4A). Die zugänglichen Teile der ebenen Fläche 21 werden dann entsprechend den kristallographischen Ebenen (111) chemisch geätzt (zum Beispiel mittels KOH). Man erhält die Alveolen 24 mit quadratischem Querschnitt (4B).
Was von der Maske 22 übrigbleibt, wird dann entfernt, und man scheidet auf der geätzten Fläche 21 des Substrats 20 eine zum Beispiel leitfähige Opferschicht 25 ab (4C). Diese Schicht 25 kann aus Cu, Ti, Ni oder SnPb realisiert werden. Ihre Dicke ist so (zum Beispiel 0,1 bis 3 μm), dass sie sich an das Profil der geätzten Fläche 21 anpasst.
Auf der Metallschicht 25 scheidet man eine Polymerschicht 26 ab (zum Beispiel eine Polyimidschicht mit einer Dicke von 10 μm). Mittels einer Photolithographietechnik wird diese Schicht 26 geätzt, um in ihr kreisförmige Löcher 27 auszubilden, die mit den Alveolen 24 des Substrats 20 fluchten (4D).
Durch elektrolytisches Aufwachsen in einem Schritt, wobei man sich der Metallschicht 25 als Elektrode bedient, bildet man in den Löchern 27 die metallischen Inserts 28 aus, vom Boden der Alveolen 24 bis zur Oberseite der Polymerschicht 26. Das die Inserts 28 bildende Metall kann Nickel oder Kupfer sein (s. 4E).
Der letzte Schritt besteht darin, die Metallschicht 25 chemisch zu ätzen, um den mit den Inserts 28 versehenen isolierenden Film 26 loszulösen (4F).
Das Ätzen des Siliciumsubstrats ist so durchgeführt worden, dass die geätzten Alveolen die Form einer Pyramide mit quadratischem Querschnitt aufweisen. Die Spitzen 29 der Inserts 28 haben folglich die gleiche Form. Die in den isolierenden Film 26 geätzten Löcher 27 haben einen runden Querschnitt. Da der Querschnitt der Löcher 27 kleiner ist als der Querschnitt der Alveolen auf Höhe der Fläche 21 des Substrats 20, sind die Inserts in den isolierenden Film 26 eingefügt. Dies zeigt die 5.
Wenn der anisotrop leitende Film nach diesem Verfahren realisiert und dann abgezogen worden ist, bleibt ein geätztes Substrat zurück, das wiederverwendbar ist für die Herstellung eines neuen Films.
Nun wird ein anderes Herstellungsverfahren eines anisotrop leitenden Films nach der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bis zu der Öffnung des isolierenden Films umfasst dieses Verfahren dieselben Schritte wie das oben beschriebene Verfahren. Es werden also nur die Schritte ab der in der 4D dargestellten Struktur beschrieben. Auf bzw. über dieser Struktur positioniert man in einem bestimmten Abstand von dem isolierenden Film 26 eine Maske 15, versehen mit Löchern 16. Die Löcher 16 der Maske 15 entsprechen den Alveolen des Substrats 26 und fluchten mit den Alveolen. Der die Maske 15 von dem Film 26 trennende Abstand d und der Durchmesser der Löcher 16 werden so gewählt, dass man die gewünschten Inserts erhält.
Durch die Löcher 16 der Maske 15 sputtert oder verdampft man das die Inserts bildende Metall (zum Beispiel Nickel oder Kupfer). Der Durchmesser der Löcher 16 verringert sich mit fortschreitender Abscheidung. Wenn der Abstand d und der Durchmesser der Löcher 16 richtig gewählt worden sind (durch Berechnung oder empirisch), führt dies dann bei den der Maske 15 zugewandten Seiten der Inserts zu Spitzen 17 (6A).
Anschließend löst man den isolierenden Film 26 los, indem man die leitfähige Schicht 25 chemisch ätzt, zum Beispiel mittels Fluorwasserstoffsäure. Die 6B zeigt das Resultat. Der anisotrop leitende Film umfasst Inserts 18 mit ersten Enden 19, komplementär zu der Form der Alveolen des Substrats, und zweite Enden 17 in Form von Spitzen, aber mit kreisförmigem Querschnitt.
Nun wird mit Bezug auf die 7A bis 7F ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines anisotrop leitenden Films nach der vorliegenden Erfindung beschrieben. Man geht aus von einem Siliciumsubstrat 70 mit einer ebenen Fläche 71 entsprechend einer kristallographischen Ebene (110). Eine Schicht aus leitfähigem Material 72 (zum Beispiel eine Schicht aus Cu, Ti, Ni oder SnPb mit einer Dicke von 0,1 bis 3 μm) wird auf der ebenen Fläche 71 abgeschieden (7A).
Anschließend wird auf der Schicht 72 eine Polymerschicht 73 abgeschieden (zum Beispiel eine 10 μm dicke Polyimidschicht). Eine Maske 74 wird über der Polymerschicht 73 positioniert. Diese Maske 74 weist Löcher 75 gemäß einem der gewünschten Verteilung der Inserts entsprechenden Muster auf. Man ätzt durch die Löcher 75 hindurch Zonen 76 des Substrats frei, die den Löchern 75 der Maske 74 entsprechen (7B).
Das Substrat 70 wird dann chemisch geätzt entsprechend den kristallographischen Ebenen (111). Man erhält Alveolen 77 mit quadratischem Querschnitt (7C).
Anschließend scheidet man durch Löcher 75 der Maske 74 eine weitere bzw. andere Metallschicht 78 auf dem Substrat 70 ab. Man erhält also auf dieser Fläche des Substrats einen durchgehenden, an die geätzte Fläche des Substrats 70 angepassten metallischen Überzug, gebildet durch die Schichten 72 und 78 (7D).
Die Inserts 79 können dann Verdampfen oder Sputtern von Metall gebildet werden (zum Beispiel Nickel oder Kupfer), durch Löcher der Maske 74 hindurch, wobei das Metall sich auch auf der Maske 74 abscheidet (7E). Ebenso kann man die Metallschichten 72 und 78 nutzen, indem man die Inserts durch Elektrolyse erzeugt, wie werter oben beschrieben (Kombination).
Die Maske wird entfernt und der isolierende Film 73 wird losgelöst wie oben. Die 7F zeigt das erhaltene Resultat. Der anisotrop leitende Film umfasst die Inserts 79 mit zu den Alveolen des Substrats komplementären Enden 81 sowie flachen zweiten Enden 82.
Nach diesem letzten Verfahren ist die Maske 74 unabhängig von dem Polymerfilm 73. Sie wird einfach darauf angebracht. Man kann sie auch mit klassischen Mikroelektroniktechniken auf der Polyimidschicht ausbilden (zum Beispiel eine gegen die KOH-Ätzung resistente Goldschicht).
Sobald ein anisotrop leitender Film realisiert worden ist, lässt das Loslösen des Films eine geätztes Substrat zurück. Dieses geätzte Substrat ist wiederverwendbar, zum Beispiel gemäß dem weiter oben in Verbindung mit den 4A bis 4F beschriebenen Verfahren. Dieses geätzte Substrat ist auch in dem letzten beschriebenen Verfahren wiederverwendbar, indem man auf dem geätzten Substrat eine Metallschicht (welche die Schichten 72 und 78 ersetzt) und dann eine Polymerschicht abscheidet (welche die Schicht 73 ersetzt). Indem man die Maske 74 mit den Löchern 75 ersetzt, ätzt man die Polymerschicht, um die in der 7D dargestellte Situation zu erhalten.
Indem man die bevorzugte Ätzung des Siliciums benutzt, erhält man eine perfekt definierte, sehr aggressive Spitze. Das Problem der elektrischen Qualität des Kontakts wird gelöst mit – auf einem Aluminiumkontakt – leicht realisierbaren Kontaktwiderständen unter 20 μΩ.
Im Falle der Verwendung eines nicht thermoplastischen Polymers zur Bildung des isolierenden Films ermöglichen die Inserts, zwischen dem Film und dem anzuschließenden Chip einen kleinen Abstand einzuhalten, was auf allen in Kontakt zu bringenden Oberflächen einen Klebstofffilm hinterlässt und folglich eine exzellente mechanische Festigkeit.
Die weiter oben beschriebenen Verfahren ermöglichen sehr kleine Inserts von 1 bis 2 μm Durchmesser bei einem Abstand von 4 bis 5 μm. Dies ermöglicht die Zusammenschaltung bei Chips mit Eingängen/Ausgängen mit sehr geringen Abständen.
Die durch diese Verfahren erhaltenen Inserts können in den isolierenden Film eingefügt sein, was dem Ganzen einen guten Zusammenhalt verleiht.
Das Siliciumsubstrat bildet eine "Form", die ermöglicht, alle Spitzen auf Niveau bzw. auf gleichem Niveau zu haben. Man beginnt nämlich die Herstellung der Inserts an den Spitzen, im Gegensatz zu einigen Verfahren nach dem Stand der Technik, wo die Spitzen an den Insertkörper angefügt werden. Derart vermeidet man die Ungleichmäßigkeiten, verursacht durch die Zwischenoperationen zur Herstellung der Insertkörper.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch die oben beschriebenen Realisierungsverfahren kombinieren. Insbesondere können die leitfähigen Inserts partiell durch Elektrolyse realisiert und durch Sputtern oder Aufdampfung fertiggestellt werden, insbesondere um zweite spitzenförmige Enden zu erhalten.
Im Gegensatz zu den VIS-Techniken nach dem Stand der Technik ermöglicht das Prinzip der Erfindung, einerseits Inserts zu realisieren, deren Enden spitz sind, und andererseits das Substrat, das im Laufe des isolierenden Films nicht geopfert wird, wiederzuverwenden für andere bzw. weitere isolierende Filme.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines anisotropen elektrisch leitenden Films, der umfasst einen isolierenden Film (26, 73), der von Löchern (27) durchbohrt ist, in denen Leiter-Inserts (28, 18, 79) angeordnet sind, die über eine Seite des isolierenden Films in Form von ersten Enden (Spitzen) (29, 19, 81) überstehen, bei dem man von einem Substrat (20, 70) ausgeht, das auf einer Seite (Oberfläche) Alveolen (24, 77) aufweist, die der Verteilung der Inserts in dem isolierenden Film entsprechen, wobei die Alveolen Ausnehmungen darstellen, die der Form der ersten Enden (Spitzen) der Inserts entsprechen, wobei das Verfahren die folgenden Stufen umfasst: a) Verwendung eines Substrats (20, 70) mit Alveolen (24, 77), die ein punktförmiges (spitzes) Ende aufweisen, b) Aufbringen des isolierenden Films (26, 73) auf das Substrat (20, 70), das den Alveolen gegenüberliegende Löcher (27) aufweist, c) Bildung der Leiter-Inserts (28, 18, 79) in den Löchern und den Alveolen, d) Abziehen des isolierenden Films (26, 73), der mit Leiter-Inserts ausgestattet ist, von seinem Herstellungs-Substrat, das für die Herstellung von anderen (weiteren) Leiter-Filmen wieder verwendbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat ein Monokristall ist und dass die Alveolen durch Ätzen erzeugt werden, wobei mindestens der Boden der Alveolen entlang festgelegter kristallographischer Ebenen geätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat aus Silicium besteht.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzen darin besteht, dass man die kristallographische Ebene (111) eines Substrats (20, 70) chemisch ätzt (beizt), ausgehend von einer Fläche (21, 71), die eine kristallographische Ebene (110) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Stufe (a) und der Stufe (b) eine sich an die Oberfläche des Substrats anpassende (anschmiegende) Opferschicht abgeschieden wird, wobei der isolierende Film auf die Opferschicht aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufe (b) darin besteht, dass auf dem Substrat ein isolierender Film abgeschieden wird und der genannte Film geätzt wird, um darin Löcher zu erzeugen, die auf die Alveolen des Substrats ausgerichtet sind und in welchen die Leiter-Inserts angeordnet werden sollen.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Opferschicht aus einem elektrisch leitenden Material besteht, die Stufe (c) darin besteht, dass die Leiter-Inserts durch Elektrolyse in die Alveolen und in die Löcher hineinwachsen gelassen werden, wobei man die Opferschicht als Elektrode verwendet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn das Substrat ein elektrischer Leiter oder ein dotierter Halbleiter ist, die Stufe (c) darin besteht, dass man die Leiter-Inserts in die Alveolen und in die Löcher hineinwachsen lässt, wobei man das Substrat als Elektrode verwendet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufe (c) darin besteht, dass man vor der Bildung der Inserts ein oder mehrere elektrisch leitende Materialien durch Sputtern oder Aufdampfen in die Alveolen und in die Löcher einbringt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sputter- oder Aufdampfungsstufe darin besteht, dass man: – eine mit Löchern versehene Maske in einem vorgegebenen Abstand von einem isolierenden Film anordnet, wobei die Löcher der Maske auf die Alveolen des Substrats und die Löcher des Films ausgerichtet werden, die einen vorgegebenen Anfangsdurchmesser haben, – durch die Löcher der Maske das oder die elektrisch leitenden Materialien, welche die Leiter-Inserts bilden, durch Sputtern oder Aufdampfen aufbringt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte vorgegebene Anfangsdurchmesser der Löcher des Films so ist, dass er die Verkleinerung dieses Anfangsdurchmessers bewirkt als Folge des Sputterns oder Aufdampfens, sodass die zweiten Enden der Inserts ebenfalls die Form von Spitzen haben.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abziehen der Stufe (d) durchgeführt wird durch chemisches Ätzen der Opferschicht.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das chemische Ätzen der Opferschicht durch einen Kapillareffekt vervollständigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Stufe (d) des Abziehens mechanische Kräfte angewendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufen (a) und (b) darin bestehen, dass man: – den isolierenden Film auf dem Substrat, das gegebenenfalls von einer Opferschicht bedeckt ist, deren Oberfläche noch nicht die Alveolen aufweist, abscheidet, – eine Maske vorsieht, die mit Löchern entsprechend einem Motiv versehen ist, das der Verteilung der Inserts in dem Film entspricht, – durch die Löcher der Maske hindurch ätzt einerseits den isolierenden Film und gegebenenfalls die Opferschicht, um darin Löcher zu erzeugen, und andererseits das Substrat, um darin die Alveolen zu erzeugen, und – die Maske entfernt.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Inserts durch Elektrolyse hergestellt werden, nachdem Löcher in den isolierenden Film geätzt worden sind und bevor die Maske entfernt wird, durch Abscheidung einer Schicht aus einem elektrisch leitenden Material, das sich an die geätzten Zonen des Substrats anpasst (anschmiegt).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Enden (Spitzen) (29, 19, 81) der Leiter-Inserts (28, 18, 79) aus einem harten Material hergestellt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte isolierende Film (26, 73) ein Film aus einem thermoplastischen Polymer ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die in den isolierenden Film (26) eingeätzten Löcher (27) einen Querschnitt haben, der kleiner ist als der Querschnitt der Alveolen (24) auf der Oberfläche (21) des Substrats (20).