[发明专利]一种金属凸点制造方法

说明书

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-Mechanical System，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。