专利名称：陶瓷间隔变换器中的探针焊盘结构的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及陶瓷器件中的探针焊盘结构。
背景技术：
近年来， 一直有小型化所有电气元件(包括集成电^各和其^也计
算机芯片产品)的巨大推动。IC尺寸的减小要求测试系统确定新方 式来实玉见测^式IC的4妻触焊盘(contactpad)所需的更紧密间隔。
当前工艺利用光刻来制造铜和聚酰亚胺的焊盘结构，该结构具 有150〃m或更小的紧密间距(tight-pitch)。在这些传统工艺中，所 得到的焊盘易弯曲，这是由于坪盘是由铜/聚酰亚胺(柔性聚酰亚胺 位于焊盘之下)布线(route )的。结果，引线结合法(wire bonding ) 不能以 一致的方式在这些焊盘上冲丸4亍。
近来，开发了一种称作化学枳4成抛光(CMP)的工艺来乂人晶片 表面上不平的外形去除材料，直到形成平(平面化的)表面。这使 得随后的光刻能够以更高的精度进行，并且使得薄膜层以最小的高 度变化形成。CMP将使用基液溶液的化学去除与研磨抛光提供的机 械效果结合到一起。CMP在铜基半导体的制造过程中具有特别的适 用性，在那里它一皮用于定义铜配线结构。
附图中通过实例而不是限定示出了本发明的实施例，图中相4以
的参考标号表示相似的元件，并且其中
图1图解地描绘根据本发明实施例的步骤1-8的执行；
图2图解地描绘根据本发明实施例的步骤9-15的执行；
图3图解地描绘根据本发明实施例的步骤16-19的执行；以及
图4图解地描绘根据本发明实施例的步骤42-43的执行。
具体实施例方式
在以下描述中，为了说明的目的，阐述了许多具体细节以才是供 对本文所展示的本发明实施例的透彻理解。然而，很明显，没有这 些具体细节，本文所提供的本发明的实施例也可以被实施。在其他
实例中，以框图形式示出了众所周知的结构和器件，以避免不必要 地4吏本文中展示的本发明的实施例不清楚。
本发明的实施例涉及一种在铜基座(pedestals)上形成纟罙针焊 盘的制造工艺。本发明的实施例在紧密间距区域阵列陶瓷(例如在 间隔变4奂器(space transformer )中的多层陶瓷)中具有特歹未应用。
通过下面以改进的铜表面平面度来制造间隔变换器的工序的 以下描述，可更好地理解本发明的一个实施例。图1-4图解地描绘-了以下工序的批j亍。该工序^皮描述为涉及在聚酰亚胺(PI)上形成
三个铜层。描述三个铜层的形成是为了提供清楚的实例，但是任何 数量的铜层可以用于形成铜基座。结果，应该指出在以下工艺中步 骤20-41对应于在该说明中步骤9-19的重复。 才艮据一个实施例的构建陶瓷器件的工序
步骤1.以表面上具有多个金属通孔的完成的多层陶瓷(MLC) 开始。在一个实施例中，该通孔间3巨大约为200//m或更大。
步骤2.研磨该MLC表面以达到合理的平面度。在一个实施例 中，线性平面度大约为3^m每线性英寸。表面紋理应该能够确^f呆 与电镀的铜具有好的附着力。
步一骤3.在基本上整个MLC表面上沉积一层铜。在一个实施例 中，铜层是薄层，例如大约1到3〃m的厚度。
步骤4.以厚光刻胶层涂覆基本上整个表面。可以使用任何传 统的光刻月交材冲+。在一个实施例中，光刻月交层厚度可大约为25或 30pm。
步骤5.限定在光刻胶层中的定位焊盘(capturepad)开口 。定 位焊盘开口是通过曝光和显影光刻胶层中的开口来限定的。在一些 铜基座焊盘下将是MLC通孔金属迹线(trace)的末端。在其余的 铜基座焊盘之下，将没有MLC的金属走线。相反，这些铜基座直 接位于刚性的MLC表面上。在步骤3中沉积的铜层现在将被曝光。 在一个实施例中，铜层未,皮蚀刻。
步骤6.图形电镀(pattern plate) —层铜。在一个实施例中， 该层铜是厚层，例如大约20/^m厚。图形电镀包括在步骤5中被曝 光的铜层部分上电镀一厚层铜。在一个实施例中，电镀厚度小于光 刻胶厚度。在一个实施例中，铜厚度可在晶片表面上尽可能的均匀。
步骤7，去除光刻胶层，从而曝光整个铜表面。在该阶段，在 铜基座焊盘上的铜厚度可大约为21到23/im。在其余区域上的铜的 厚度可大约为1到3pm。
步骤8.浸蚀(dip-etch)原始铜层的厚度的一部分。在一个实 施例中，在步骤中浸蚀的原始铜层的厚度的一部分可大约为2到 4/^m。在这种实施例中，这将导致在基座焊盘上铜厚度的大约2到 4^m的减小。在执行步骤8之后，剩余的区域将使铜完全被去除， 留下MLC表面可见。在该阶,殳，铜基座被电隔离，除非在MLC内 通过内部的配线连接。跨越MLC基片的基座的高度均匀性主要由 步-骤6中的电镀均匀性决定。
步-骤9.应用聚酰亚胺(PI)》余层以在MLC基片上形成PI层。 在一个实施例中，PI层以大约45到55//m的厚度形成。如果单个 PI涂层的应用不可能或不经济，则可4吏用一个以上的;余层形成PI
层以获得期望的厚度。
步骤10.研磨该PI层以达到期望程度的平面度。在一个实施 例中，在铜基座上的PI层的厚度可大约为20/zm。
步骤ll.在PI层上面应用光刻月交涂层。曝光和显影用于通孑L 的光刻胶层中的开口，以接通(access)铜基座焊盘。
步骤12.蚀刻PI层中的通孔开口，然后剥落剩余的光刻月交。 步骤13.在通孔上图形电镀铜。在一个实施例中，铜层的厚度略樣吏 过度i真充(overfill) PI层中的通孑L。侈'J^(口， 4同层的厚度可大约为22 到25 a m。
步骤14.研磨该表面，例如通过化学机械抛光(CMP)工艺， 以去除通孔中过多的铜加上少量的PI,使得整个表面是平的。如果 在步骤13中的铜层未过度填充通孔，则步骤14将包4舌首先去除一 些PI，然后1"吏用CMP工艺去除一薄层PI和4同。
步-骤15.在整个表面上电镀一层铜。在一个实施例中，在整个 表面上电镀的该层铜可为例如大约1到2 //m薄。
步骤16.应用光刻力交到整个表面。在一个实施例中，光刻月交层 大约25到30 a m厚。4妻着，定义金属图形(pattern ),以用于才妄通 (access)通孔以及用于在PI层上配线，包括4壬何跳线图形。
步骤17.图形电镀另一层铜。在一个实施例中，该层铜可形成 为比光刻胶层更薄，例如，铜层可达到20/zm厚。所得到的铜层将 覆盖铜配线和铜通孔。
步骤18.使用传统剥落工艺来剥落光刻"交层。
步骤19.浸蚀该薄铜层以去除一层铜。在蚀刻步骤之后，在铜 配线之间的PI表面应该是可见的。例力口，去除的铜层可大约为2 到320〃m厚。在该阶l殳，表面平面度主要是由步骤17的厚度控制 确定的。
如果只需要一个铜配线层，则工艺可继续进4于到步-骤42。否则， 那么以下步骤是可按顺序跟随的工艺的一部分，以形成用于配线的 第二铜配线层。
步-骤20.应用PI》余层。在一个实施例中，在步-骤20中添力口的 PI涂层可为大约45到55//m厚。如果单个涂层的应用是不可能的 或不经济的，则可4吏用一个以上的涂层形成PI层以获得期望的厚度。
步骤21.研磨PI层的表面以实现期望的平面度。在这点上，
在第一铜配线上的PI层的厚度大约为20//m。
步骤22.应用光刻月交到整个层上，然后在光刻月交中限定通孔开 口以接通通孔。
步骤23.蚀刻在PI层中的通孔，然后剥落光刻月交。
步骤24. 在通孔开口上图形电镀另一个铜层。在一个实施例 中，该铜层可具有大约22到25^m的厚度。铜层应该略微过度填 充PI中的通孑L。
步骤25.研磨表面以去除通孔中的过多的铜加上少量的PI， 4吏 得整个表面是平的。
步骤26.在整个表面上应用一层铜。在一个实施例中，铜层是 薄的，例如厚度大约2 〃 m。
步骤27.将光刻胶应用到整个表面。在一个实施例中，光刻胶 层可具有大约25到3(Vm的厚度。在应用了光刻月交层之后，限定 金属图形以用于接通通孔以及用于在PI上配线，包括跳线图形。
步-骤28.图形电镀一层铜。在一个实施例中，铜层可具有达到 大约20pm的厚度。该铜层可具有小于光刻胶层的厚度的厚度。
步骤29.剥落光刻胶层。
步骤30.浸蚀铜层(例如，厚度大约1到2//m)。此时，铜配 线之间的PI表面应该可见。表面平面度主要由步骤28的厚度控制 确定。
如果只需要两个铜配线层，然后该工艺可继续到步艰《42。如果 需要额外的铜配线层，则，后面可^艮随以下步-骤。
步-骤31.应用一 PI f余层。在一个实施例中，PI纟余层可具有大 约45到55^m的厚度。如果单个涂层的应用是不可能的或不经济 的，则可使用 一个以上的涂层形成PI层以获得所需要的厚度。
步骤32.研磨PI层的表面以实现期望的平面度。在一个实施 例中，第二铜配线上方的PI层在这点的厚度可大约20//m。
步骤33.将光刻胶应用到整个层上，然后限定光刻胶中的通孔 开口以用于^妄通通孑L。
步骤34.蚀刻PI层中的通孔开口，然后剥落光刻月交。
步骤35.图形电镀另一铜层。在一个实施例中，铜层可具有大 约22到25 的厚度。铜层应该略孩吏过度i真充PI中的通孑L。
步骤36.研磨该表面以去除通孔中过多的铜加上少量PI，使得 整个表面是平的。
步-骤37.在整个表面上应用一层铜电镀。在一个实施例中，所 应用的铜层可以是薄的，例如，厚度大约l到2;/m。
步骤38.将光刻胶应用到整个表面。在一个实施例中，光刻胶 层可具有大约25到30//m的厚度。在应用了光刻月交层之后，限定 金属图形以用于接通该通孔以及用于在PI上配线，包括跳线图形。
步骤39.图形电镀一层铜。在一个实施例中，该铜层可具有达 到大约20//m厚的厚度。因此，该铜层可具有小于光刻胶层的厚度 的厚度。
步骤40.使用传统剥落工艺剥落光刻胶层。
步骤41.浸蚀铜层(例如，厚度大约2/zm)。此时，铜配线之间 的PI表面应该是可见的。表面平面度主要由步骤39的厚度控制决定。
以下是精加工(finishing)步骤，用于改进探针焊盘的平面度。
步吝聚42.应用一 PI涂层以形成比铜配线厚的层。ot匕后，研磨 PI层，直到配线中的铜金属和纟笨针焊盘纟皮清楚:l也限定。注意，在该 步骤完成时，探针焊盘和周围的PI位于相同的高度。
步骤43.图形电镀探针焊盘。例如，探针焊盘可被电镀有镍和金。
4吏用本发明的实施例，每个MLC通孔将具有铜基座，铜基座完全 位于MLC表面。考虑到MLC收缩公差，这种基座的直径应该足够 大以覆盖MLC通孔。而且，可以在不存在MLC通孔的位置方丈置铜 基座。由于在这种情况下，没有MLC通孔，所以这种基座的直径 可以更小，允许它净皮》丈置在紧密的区i或。
根据本发明实施例的该工艺，导致铜基座、金属通孔、以及一 堆金属焊盘的垂直排列。因而，为焊盘提供了支撑，这是探测和焊 接操作所必需的。虽然PI的机械强度低于铜的机械强度，但是本发 明的实施例通过在每个堆中！是供连续的铜柱(copper column )纟爰和 了该问题，因此提供比PI层的支撑更大的支撑。
本发明的实施例也为间隔变换器顶面上的每个焊盘提供了优 良的表面平面度。好的表面平面度对于整个区域阵列探测是重要
的。另外，本发明的实施例消除了作为传统制造工艺一部分的光刻
胶研磨步骤。
权利要求
1.一种陶瓷器件，包括陶瓷层；在所述陶瓷层上的聚酰亚胺层，其中设置有多个铜通孔，其中，所述多个铜通孔中的每个铜通孔与所述陶瓷层物理接触；以及形成在所述聚酰亚胺层上的多个焊盘，其中，所述多个焊盘中的每一个与所述多个铜通孔中的一个铜通孔物理接触。
2. 根据权利要求1所述的陶瓷器件，其中，所述陶资层中设置有 多个金属通孔，以及其中，所述多个铜通孔中的至少一部分与 所述多个金属通孔物理接触。
3. 根据权利要求1所述的陶瓷器件，其中，所述多个焊盘中的至 少 一 个^皮镀有4臬和金。
4. 才艮据权利要求1所述的陶瓷器件，其中，所述多个铜通孔中的 至少一个特定铜通孔具有大于特定金属通孔的截面面积的截面面积，所述特定金属通孔设置在所述陶瓷层内，与所述特定 4同i^孑L冲勿J里4妄角虫。
5. 根据权利要求1所述的陶瓷器件，其中，所述多个铜通孔中的 第 一铜通孔的第 一截面面积大于所述多个铜通孔中的第二铜 通孔的第二截面面积，其中，所述第一铜通孔与i殳置在所述陶 瓷层内的金属通孔物理4姿触，以及其中，所述第二铜通孔不与 ^殳置在所述陶瓷层内的金属通孔物理4妾触。
6. 根据权利要求1所述的陶瓷器件，其中，所述陶瓷层包括多层陶资(MLC)。
7. 才艮据一又利要求1所述的陶乾器件，其中，(a)由聚酰亚胺层和 所述铜通孔限定以及(b)与所述多个焊盘4妻触的表面基本上 是平的。
8. —种制造陶瓷器件的方法，包括形成陶瓷层；在所述陶瓷层上形成其中设置有多个铜通孔的聚酰亚胺 层，其中，所述多个铜通孔中的每个铜通孔与所述陶瓷层物理 接触；以及在所述聚酰亚胺层上形成多个焊盘，其中，所述多个焊 盘中的每一个与所述多个铜通孑L中的铜通孔物理接触。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中，所述陶瓷层中设置有多个 金属通孔，以及其中，所述多个4同通3L中的至少一部分与所述 多个金属通孔物理接触。
10. 根据权利要求8所述的方法，进一步包括用4臬和金镀所述多个焊盘中的至少一个。
11. 根据权利要求8所述的方法，其中，所述多个铜通孔中的至少 一个特定铜通孔具有大于特定金属通孔的截面面积的截面面 积，其中所述特定金属通孔i殳置在所述陶瓷层内，与所述特定 ,同it孑Li^5里才妻)li。
12. 根据权利要求8所述的方法，其中，所述多个铜通孔中的第一 铜通孔的第 一截面面积大于所述多个铜通^L中的第二铜通孑L 的第二截面面积，其中，所述第一铜通孔与i殳置在所述陶资层 内的金属通孔物理接触，以及其中，所述第二铜通孔不与i殳置 在所述陶瓷层内的金属通孔物理^妄触。
13. 根据权利要求8所述的方法，其中，所述陶覺层包括多层陶乾(MLC )。
14. 才艮据4又利要求8所述的方法，其中，(a)由所述聚酰亚胺层和 所述铜通孔限定以及(b)与所述多个焊盘物理4妻触的表面基 本上是平的。
15. 根据权利要求8所述的方法，进一步包括使用化学机械抛光(CMP)工艺来去除(a)在所述多个 铜通孔中的任何过多的铜以及(b )所述聚酰亚胺层的一部分， 从而使由所述聚酰亚胺层和所述铜通孔限定的表面基本上是 平的。
16. 根据权利要求8所述的方法，其中，形成所述聚酰亚胺层包括在第一工序中形成所述多个铜通孔的第一部分；以及在 所述第一工序之后，在第二工序中形成所述多个铜通孔的第二 部分。
全文摘要
提供了一种制造陶瓷器件的方法。该陶瓷器件包括陶瓷层。聚酰亚胺层位于陶瓷层上。聚酰亚胺层其中设置有多个铜通孔。每个铜通孔与陶瓷层物理接触。多个焊盘形成在聚酰亚胺层上。多个焊盘中的每个与多个铜通孔中的一个铜通孔物理接触。以此方式，焊盘由连续的铜配置支撑，从而为探针焊盘提供了比探针焊盘由聚酰亚胺层支撑的情况下更大的支撑，由于聚酰亚胺层的机械强度低于铜的机械强度。
文档编号H05K3/46GK101185381SQ200680011373
公开日2008年5月21日 申请日期2006年4月5日 优先权日2005年4月5日
发明者张缉熙 申请人:Sv探针私人有限公司