专利名称：在基片上形成突出部的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及对电子元件制造工艺的改进，尤其涉及对在诸如引线框、电路板、半导体芯片、玻璃基片等形成突出部之方法的改进。
在各种器件的制造过程中，通常希望在基片上的预定位置上形成相对较厚的突出部或隆起，以提供可以形成电连接的结构。例如，在半导体器件结构中，通常要在半导体材料芯片或晶片上形成微小的集成电路。为了使芯片上的各个区域，尤其是使芯片中所构成的集成电路之各种元件能形成电接触，通常形成能连接导线或其它大尺寸结构的突出部。
因而，为了制造某些类型的半导体器件，必须或最好使厚的在空间上完全确定和物理上一致的突出部，或由诸如银或金等不同材料的淀积物淀积在诸如引线框或半导体硅片之类基片的特定区域。过去，是通过电镀、溅射淀积、化学气相淀积、蚀刻或其它这种化学工艺完成的。近来，通过设置小金珠并物理上用砧座(anvil)使之变形，在基片上形成突出部。此外，也采用其它的工艺。这些步骤通常包含技术的，并可能包括采用真空技术、腐蚀性化合物、长的周期、昂贵的基本设备、大量的工艺或复杂的掩模。
在除了制造半导体以外的工艺中，也可以采用形成突出部使之建立电接触的方法。在某些应用中，例如在制造太阳能电池等的情况下，可以在需要电接触的玻璃基片上形成这种结构。在基片上形成突出部还有许多其它的应用。
为此，需要一种能在基片上快速、可重复且均匀地形成厚层的方法和装置。
因此，根据以上所述，本发明的一个目的在于提供一种在基片上形成突出部的改进的方法。
本发明的另一目的在于提供一种所述类型的改进方法，它能够在基片上产生轮廓分明和具有一定形状的突出部。
本发明的另一目的在于提供一种所述类型的改进方法，它能够比现有工艺改进突出部的位置公差。
本发明的另一目的在于提供一种所述类型的改进方法，其中，可以快速并高度均匀地淀积大量的突出部。
本发明的另一目的在于提供一种所述类型的改进方法，其中，可以淀积具有预定形状的突出部。
本发明的另一目的在于提供一种所述类型的改进方法，其中，过喷(oversprayed)的突出部形成材料可以回收。
本发明的另一目的在于提供一种所述类型的改进方法，其中，可以精确和重复地控制所淀积之突出部的厚度，突出部的冶金学特性，诸如柔软性和延伸度比之以前的方法更能控制，从突出部至突出部以及在一个突出部内淀积材料的物理性能可以做到一致。
本发明的另一目的在于提供一种所述类型的改进方法，其中，突出部可以在溶融状态或液态下淀积，而且，不需要对在其上形成突出部的基片加热，由此减小了对其它基片结构造成热损坏的风险。
本发明的另一目的在于提供一种所述类型的改进方法，其中，可以以较快的速度完成突出部的淀积。
本发明的另一目的在于提供一种所述类型的改进方法，其中，所淀积之突出部的形状可以通过掩模的形状重复控制。
本发明的另一目的在于提供一种所述类型的改进方法，其中，所淀积的突出部可以由许多种等离子体可喷镀的材料组成。
本发明的另一目的在于提供一种所述类型的改进方法，其中，该方法可应用于各类基片，诸如接头引线框、硅片、玻璃基片、电路板、球状格栅阵列(ball gridarray)等。
本发明的另一目的在于提供一种所述类型的改进方法，其中可以使废料处理成本减至最小。
对本领域的熟练人员而言，从以下结合附图和所附权利要求书对本发明所作的详细描述中，本发明的这些和其它目的以及特征和优点将更为显然。
根据本发明的一个广泛的方面，提供一种在基片上形成突出部的方法。该方法包括在基片上面定位一个掩模，该掩模具有一或多个开口，以便在需要形成突出部的位置上露出该基片。届时产生等离子体，将用以形成突出部的材料引入等离子体。基片通过掩模上的开口向等离子体暴露，故允许等离子体中的粉末聚结在开口内形成突出部。然后除去掩模。
根据本发明的另一个广泛的方面，提供一种在基片上淀积突出部的方法，该基片可以是半导体、玻璃、引线框、印刷电路板或其它合适的材料。该方法包括将掩模与基片对准，使掩模中的小孔与基片上用以形成突出部的暴露区域对准。用一夹具或其它装置将掩模附着于或固定到基片上形成靶夹具，把等离子气体引向靶夹具。将一种物质引入等离子体，后者将该物质变换为被淀积的材料。该物质例如可以是固态导体粒子，而已变换的材料可以是液态导体。在一个实施例中，在通过等离子体变换后，该物质基本上为在不同物态下的相同的物质，而在另一个实施例中，该物质至少部分与等离子体组合形成不同的淀积材料。例如，该物质可以是从包括银、铜、金、铝、锌、铂、钯的一组中以及诸如锡-铅焊料之类的焊料中所选择的一种导体。此外，该物质也可以是半导体，或实际上为任何可通过等离子体变换为所需突出部形成材料的其它材料。
然后，使靶夹具和等离子体相互相对移动，从而使该材料喷镀在掩模以及基片所露出的区域上。然后使液态导体在已淀积在掩模和基片所露出的区域上之后，使其聚结或复原为固态。最后，从基片上移去掩膜，使复原的材料留下形成所需的突出部。
在一个实施例中，控制喷镀到掩模上的材料，使淀积物的厚度小于掩模的厚度。一种控制喷镀材料厚度的方法是控制物质引入等离子体的供料速度。另一种方法是通过控制靶夹具和等离子体之间相对的旋转运动或直线运动的速率，来相互相对地移动靶夹具和等离子体。
在一个实施例中，一旦移去掩模，通过从掩模上除去淀积的材料，即可回收过喷材料，允许重新使用掩模。如果需要，该掩模可以涂覆不粘物质，以便于除去过喷材料。在另一个实施例中，该掩模可以溶解，以回收留下的过喷材料。
本发明之方法的优点之一在于通过提供在掩模上成一定形状的小孔，可以形成具有相似的预定的所需侧壁形状的突出部。
根据本发明另一个广泛的方面，提供在基片上淀积突出部的装置。该装置包括掩模，其厚度至少与基片上所形成的突出部的高度一样大，并且它可拆卸地设置在基片的附近，形成带基片的靶夹具。该掩模例如约为44密耳厚，它设有小孔，当掩模与基片对准时，这些小孔将露出基片上的形成突出部之区域。该掩模可以由任何完成特定工艺的合适材料制成，例如纸，它可以溶解便于回收任何过喷材料，带有不粘涂层的金属，它允许除去过喷材料，或其它合适的材料。
等离子体发生器产生例如温度约为7000°k的气体等离子体，并沿着淀积路径引导等离子体。提供一种装置，诸如夹具或类似装置按淀积路径将掩模和基片定位，并提供一种装置将物质引入等离子体。该物质可以是粉末或颗粒材料，粒度约为5至100微米之间。该物质通过等离子体变换为淀积材料，它由等离子体运载沿着淀积路径撞击并淀积在掩模和基片的露出区域。该淀积材料例如可以是溶融或液态形式的物质，如果产生等离子体的气体为惰性气体，比如氩，则不与该物质组合。另一方面，如果该气体是可以与该物质组合的一种气体，则淀积材料可以是该物质的一种变换形式。例如，该物质可以是从包括银、铜、金、铝、锌、铂、钯的一组以及诸如合适的锡-铅焊料之类的焊料中所选择的导体。
为了在掩模和基片上形成材料的均匀淀积，可以提供一种装置在夹具与淀积路径之间产生相对运动。例如，一种这样的装置可以是旋转夹具的装置。另一种此类装置也可以在夹具与淀积路径之间单独产生直线运动，或同旋转产生装置组合应用。
以下，结合附图描述本发明，其中
图1是根据本发明一个较佳实施例的一个掩模与基片对准的部件分解立体图，它们由作为靶夹具的夹紧装置固定，该掩模具有小孔，以限定和露出基片上形成突出部的区域。
图2是根据本发明一个较佳实施例的立体图，它表示在形成突出部后并当掩模除去后图1所示的基片。
图3为根据本发明一个较佳实施例的侧视图。它示意性地表示图1所示部件所形成的掩模和基片夹具、与等离子体枪和物质喷射器之间的关系。
图4是根据本发明一个较佳实施例的掩模和基片的侧视剖面图，它表示淀积在其上的突出部形成材料，表示在基片上掩模小孔内形成的材料的深度。
首先，参见图1，它表示掩模12与基片13对准的一个部件分解立体图。基片13上形成多个突出部；相应地，掩模12具有多个小孔15，当掩模12与基片13贴近时，通过小孔露出基片上将形成突出部的区域。图1所示的特定小孔图形是任意选择的，然而，应当理解可以采用任何合适的小孔图形。
显见，如以下所讨论的，掩模12可以用任何合适的材料来做，根据其中采用系统的特定应用而定。例如，在某些应用中，掩模12可以是纸或卡纸板，而在其它应用中，它可以采用金属、塑料或其它合适的材料。
基片13也可以采用任何合适的材料或形式，诸如半导体芯片或晶片、玻璃基片、接头引线框，印刷电路板或其它所需材料。显见，由于在绝大多数情况下，无需升高其上形成突出部的基片13的温度，故本发明特别适合同时在含有其它半导体器件20的半导体基片上形成突出部。由此减少了对在先前的处理或步骤中，在基片13上已形成的任何器件、集成电路或其它结构造成破坏所冒的风险。
为了帮助对准掩模在基片上的所需位置，可以分别在掩模12和基片13上形成若干对准或定位标记22和22’，如图所示。一旦掩模12与基片13适当对准后，就可以用夹具25或类似的装置夹紧它们，保持它们的相对位置关系，确保实际将形成的突出部准确地定位于基片13上。(注意，代替对准标记22和22’，夹具25可以有其自己的定位销或分度销或零件(未图示)，它们将容纳于掩模上相应的的通孔内(未图示)，以便于准确地对准掩模和基片)。在夹具25内对齐的掩模12和基片13形成靶夹具30，其上喷射或施加形成突出部的材料，如下所述。
然后将该夹具30放入等离子体反应器40中，图3示意性地表示其侧视剖面图。反应器40具有腔室42，它含有等离子体枪45，面对靶夹具30设置。在所示的实施例中，等离子体枪45具有围绕阴极47的阳极46，在其间限定了环形腔室50。环形腔室50具有朝向靶30的开口54。通过具有足够电压的电源55向阳极和阴极提供电压，产生气体等离子体57，引入等离子体枪45，如下所述。
来自供气源59的气体58通过管子60被引入等离子体枪阳极46与阴极47之间的环形腔室50。气体58通过腔室50输送，并在压力下从开口54出射，沿着淀积路径62朝向靶夹具30的方向。如上所述，气体58由阳极46与阴极47之间的电场激励，从开口54产生等离子体。气体58可以是任何合适的气体，它将产生等离子体并将与通过等离子体57变换为淀积在基片上的材料的物质交互作用，形成所需的突出部。例如，如果需要气体相对于形成突出部的物质是惰性的，则可以采用氩或类似的气体。另一方面，例如，如果气体与物质反应，为了形成半导体化合物，则可以采用硅烷、氢或其它类似的气体。该气体等离子体57的温度例如约为7000°k。
把来自突出部材料供源66的待淀积物质材料的粉末、颗粒或小粒通过管子67引入腔室42。在所示的实施例中，被引入的物质为固态颗粒或小粒69，它通过等离子体57变换为熔融或液态的小滴64。然而，如上所述，尽管突出部在熔融或液态下淀积，其上形成突出部的基片也无需加热。这样，通过采用本发明的方法，不会明显增加对其它基片结构造成热损坏的风险。
可以理解，供料速度或将突出部材料引入等离子体57的速度与加到掩模12和基片13之露出区域上的淀积材料的厚度成正比。这样，连同这里所述的其它因素，可以调节由供源66引入突出部材料的速度来控制形成或淀积的突出部的厚度。
加入等离子体57中之物质的特定材料取决于最终所需的突出部材料。该材料例如为导体，诸如从基本上包括银、铜、金、铝、锌、铂、钯的一组以及诸如合适的锡-铅焊料之类焊料中选出的导体。另外一种情况，该材料可以是一种将与等离子气体组合形成半导体或其它所需突出部材料的材料。
待淀积的材料将通过离开等离子体枪45之开口54的气体和等离子体的压力运载；因此，通过管子60所输送的气体和通过管子67所输送的颗粒的相对压力，将使腔室42内的自由颗粒的方向由等离子体57的方向所控制。尤其是，可以理解，经由管子67输送的颗粒一注入等离子体57，它们就熔化，形成熔融材料的小滴64，小滴64由等离子体枪45之开口54处的流出气体的气压猛烈投向靶夹具30。因此，气体应在足够的压力下引入以推进经变换的材料沿着淀积路径62，撞击靶夹具30。由于在控制被淀积之突出部的厚度时，该材料相对于靶30推进的速度可以是其中一个因素，故可以按需要调节气压以改变或修改突出部的厚度。由于若干其它因素也影响着突出部的淀积厚度，故可以结合以下所述的其它的因素，通过必要的某些实验为特定的突出部材料求出所需的最佳气压。
为了在掩模12和基片13的露出区域17上形成均匀的突出部材料覆盖层，可以相对于淀积路径62移动靶夹具30。为了提供这种相对运动，可以设置电动机或类似的装置66，以沿着旋转路径70旋转夹具25，由此可以使小滴64均匀地喷镀在靶夹具30的周围。此外，装置66可以提供沿着路径71的直线性运动，使小滴沿着夹具30的径向覆盖掩模12和基片13的露出区域17。可见，除了具有在基片13的露出部分上形成均匀材料覆盖层的能力外，本发明还能使突出部淀积较快地完成。
可以理解，淀积材料的厚度将与夹具30同淀积路径之间的相对速度相反地变化。这样，连同这里所讨论的其它因素，可以调节相对速度，以控制所淀积突出部的厚度。影响淀积材料的厚度，并最终影响在基片13上所形成之突出部的厚度的其它因素，包括淀积之材料的物理性能，诸如材料的表面张力，它是材料本身的函数，并且当它撞击靶夹具30时，可以受到材料之温度的影响。而这又可以受到靶夹具30之温度以及腔室42内部周围温度(它可以影响突出部材料聚结在基片露出区域上的速率)的影响。由此可见，必须通过某些实验来控制精确的突出部厚度；然而，一旦用于特定过程的参数建立后，该过程就可以反复运用而保持均匀一致的结果。
当用以形成突出部的材料已经淀积在掩模12和基片13的露出区域17上后，掩模12和基片13可以从夹具25上卸下，使掩模12与基片13分离。如图2所示，这将按所需的图形在基片13上留下突出部73。再者，通过把掩模12上的小孔做成一定形状，所得到的突出部73的侧壁截面形状可以制成任何所需的形状。例如，在所示的实施例中，突出部73具有圆形的截面形状，产生圆柱形的突出部。通过对掩模小孔作合适的改变，可以方便地实现其它的突出部形状，诸如方形、椭圆形或其它形状。
为了便于掩模12从基片13上移开，显然，最好使淀积的突出部材料在掩模表面和露出的基片区域上是不连续的。这样，如图4所示，最好，掩模12的厚度t至少与淀积材料74的厚度相同，并由此与突出部73的高度相同。换句话说，淀积材料74的厚度应当如上所述控制得等于或小于掩模12的厚度t。尽管在突出部的完整性不是一个重要因素，或淀积材料容易损坏或分离的某些应用中，掩模的厚度可以小于所需突出部的厚度，但通过使掩模的厚度大于最终突出部的厚度，就可以保证在掩模移去后留下的突出部的质量。
由于所述方法导致过喷的突出部材料在掩模12的表面上，故希望回收过喷材料，这取决于所淀积的材料。例如，如果突出部材料是一种稀有金属，诸如金或铂，那么，很希望作这种过喷回收。在选择构成掩模的材料时可以作出这方面的考虑。例如，如果掩模是纸或卡纸板，且如果特定的应用允许这种选择的话，在使用以后，纸或卡纸板可以溶解，以回收过喷的突出部材料。能有选择地腐蚀特定的掩模材料，但不腐蚀过喷的突出部材料的溶剂也可以溶解其它的材料。
另一方面，在某些应用中，突出部材料可以具有这样的性能，使其可以方便地从掩模上物理地剥离或机械地去除。如果需要，可以将不粘覆盖层加到掩模上，以便于机械地去除过喷的突出部材料。作为能回收过喷材料的结果，可见，废料处理成本也减至最小。
由此可见，给出了在基片上形成各种形状和材料之突出部的新颖的方法和装置，无需采用高真空，腐蚀性化合物或较长的周期。同时，这种方法可以产生均匀和可重复的结果。
尽管本发明所作的描述和说明具有一定程度的特殊性，可以理解这些揭示只是通过例子进行的，本领域的熟练人员在不脱离如所附权利要求书所要求的本发明的精神和范围的情况下，还可以对各个部分的组合和设置作出各种改变。
权利要求
1.一种在基片上形成具有一定图形的突出部的方法，其特征在于包括将一掩模定位在所述基片上，所述掩模具有开口的图形，以露出所述基片上需要形成突出部的位置；产生等离子体；将形成所述突出部之材料的粉末引入所述等离子体，其中，所述材料通过所述等离子体变换为液态；允许所述等离子体中已变换的材料淀积在所述掩模上和所述基片的外露位置上，并聚结在所述基片的外露位置上形成所述突出部；以及移去所述掩模。
2.一种在基片上淀积突出部的方法，其特征在于包括将掩模与所述基片对准，以便将所述掩模上的小孔与所述基片上将形成突出部的外露区域对准；将所述掩模固定在所述基片上形成一个靶夹具；将气体等离子体引向所述靶夹具；将一物质引入所述等离子体，所述等离子体将所述物质变换为待淀积的材料；相互相对地移动所述靶夹具和所述等离子体，其中，将所述材料喷镀在所述掩模的区域与所述基片的所述外露区域上；以及从所述基片上移去所述掩模，以使淀积在所述基片上所述外露区域上的所述材料留下，形成突出部。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述物质为固态导体颗粒，而所述材料为所述液态导体，其中，所述液态导体在其淀积在所述掩模和所述基片的所述区域上后复原为固态。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于进一步包括控制喷镀在所述掩模上的所述材料，以使淀积厚度小于所述掩模的厚度。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于进一步包括控制所述物质引入所述等离子体的供料速度，以控制所述材料淀积在所述掩模和所述基片之所述区域上的厚度。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述相互相对地移动所述靶夹具和所述等离子体的步骤，是通过控制所述靶夹具与所述等离子体之间的相对旋转运动的速度而完成的。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于进一步包括同时沿直线路径相对所述靶夹具移动所述等离子体。
8.如权利要求2所述的方法，其特征在于进一步包括在所述掩模从所述基片上移去后，从所述掩模上除去所述已淀积的材料，并重新利用所述掩模。
9.如权利要求2所述的方法，其特征在于进一步包括，在所述掩模从所述基片上移去后，从所述掩模上回收所述淀积的材料。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述回收所述淀积材料的步骤包括溶解所述掩模。
11.如权利要求2所述的方法，其特征在于进一步包括，在所述掩模上设置成具有一定形状的小孔，所述小孔为所述突出部形成所需的侧壁形状。
12.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将掩模固定在所述基片上形成一靶夹具的步骤，包括将所述掩模和所述基片安装在一个夹具内。
13.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述物质在通过所述等离子体变换后，仍基本上为不同物态的同一物质。
14.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述物质至少部分与所述等离子体气体化合。
15.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述物质为导体。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述导体从基本上包括银、铜、金、铝、锌、铂、钯和焊料在内的一组中选择。
17.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述物质为半导体。
18.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述物质为半导体。
19.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将物质引入所述等离子体的步骤，在所述掩模与所述基片的外露区域之间形成连续的淀积材料层之前即中止。
20.一种在基片上淀积突出部的装置，其特征在于包括掩模，所述掩模的厚度至少与所述基片上所形成的所述突出部的高度一样大，并可卸脱地贴近于所述基片放置，形成带有所述基片的夹具，所述掩模具有小孔，该小孔设置成当所述掩模与所述基片对准时，能露出所述基片上将要形成突出部的区域；气体；等离子体发生器，产生所述气体的等离子体，并沿着淀积路径引导所述等离子体；用以将所述掩模和基片定位于所述淀积路径上的装置；以及将一物质引入所述等离子体的装置，所述物质通过所述等离子体变换为淀积材料，并由所述等离子体运载，沿着所述淀积路径撞击和淀积在所述掩模和所述基片的所述外露区域上。
21.如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述掩模约为44密耳厚。
22.如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述掩模为纸。
23.如权利要求20所述的装置，其特征在于进一步包括在所述掩模上的不粘覆盖层，使淀积在所述掩模上的任何材料能被除去。
24.如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述气体包括氩。
25.如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述等离子体具有约为7000°k的温度。
26.如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述物质为导体。
27.如权利要求26所述的装置，其特征在于，所述导体包括金。
28.如权利要求26所述的装置，其特征在于，所述导体从基本上包括银、铜、金、铝、锌、铂、钯和焊料在内的一组中选择。
29.如权利要求20所述的装置，其特征在于进一步包括用以在所述夹具与所述淀积路径之间产生相对运动的装置。
30.如权利要求29所述的装置，其特征在于，所述产生相对运动的装置包括用以旋转所述夹具的装置。
31.如权利要求29所述的装置，其特征在于，所述产生相对运动的装置，进一步包括用以在所述夹具与所述淀积路径之间产生直线运动的装置。
32.如权利要求30所述的装置，其特征在于，所述产生相对运动的装置，进一步包括用以在所述夹具与所述淀积路径之间产生直线运动的装置。
33.如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述物质包括待淀积之材料的固态颗粒。
34.如权利要求33所述的装置，其特征在于，所述等离子体将所述颗粒变换为熔融状态，并沿着所述淀积路径推进所述熔融状态的颗粒。
35.如权利要求33所述的装置，其特征在于，所述颗粒具有约为5至100微米的粒度。
36.如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述淀积材料在所述掩模的淀积物与所述基片之所述外露区域上的所述淀积物之间是不连续的。
全文摘要
一种在基片上形成突出部(73)的方法和装置，包括将掩模(12)定位于基片(13)上，掩模具有开口(15)，在需要形成突出部的位置(17)露出基片。产生一等离子体(57)，将用以形成突出部的颗粒或小粒(69)引入等离子体，通过后者变换为液态或熔融的小滴(64)，并使其喷射或淀积在掩模和基片的外露区域上。允许熔融小滴聚结在基片上形成突出部。然后移去掩模。掩模可由任何合适的材料制成，可选择使其能回收任何过喷的突出部材料。
文档编号H01L23/58GK1154577SQ96122850
公开日1997年7月16日 申请日期1996年10月16日 优先权日1996年10月16日
发明者唐纳德·C·阿博特, 雷蒙德·A·费雷谢特, 加里·D·马什, 里查德·M·布鲁克 申请人:德克萨斯仪器股份有限公司