TW201015085A - Card for MEMS probe and method for manufacturing thereof - Google Patents

Description

201015085 六、發明說明： 【發明、所屬之技術領域】

本發明係關於一種具化學穩定性之微機電探針卡 (micro-electro-mechanical system probe card, MEMS probe card )及其製造方法，特別係關於一種具有穩定電阻 比（resistance ratio)之微機電探針卡及其製造方法，其可 應用於電功率發生顯著變化的情況下。本發明另提供一種 精確的電阻導線（resistive conductive line )。 【先前技術】 一般而言，在用於檢測半導體晶片及其他電子元件之 設備中的探針卡是為一種包括一預製基板以及複數個設 置在預製基板上之探針的裝置，其是用以檢測微機電裝置 的電氣特性，例如半導體裝置。 半導體晶片可經由其表面上的銲墊與外部的電子裝 置進行訊號的傳送或接收，詳言之，半導體晶片經由銲墊 接收來自外部電子裝置的一電子訊號、並執行一預設的運 算功能’然後再經由銲墊將運算的結果回傳至外部電子穿 置。 、 如上所述’探針卡可在半導體晶片與外部電子裝置 (例如檢測設備）間形成一個電氣路徑，以便進行半導體 晶片的電氣檢測》 近年來’由於半導體晶片之集積度的大幅提高，半導 體晶片之銲墊已逐步微型化，且銲墊與銲墊間的距離更是 201015085 大幅縮減；因此，縮小探針卡的體積以適應此種高集積度 的半導體晶片是有其必要性，然而，縮小探針卡的體積卻 往往使得探針卡之製造更加複雜。 - 隨著半導體技術的發展，基板之尺寸及對高速處理能 力之要求不斷增加，致使習知運用在半導體晶片之檢測設 備中的針腳式探針卡（pintypepr〇be)已不敷使用，而取 代的是一種運用半導體微機電技術的微機電探針卡。 此外’為配合半導體晶片I/O接腳的數目持續增多， 使用多通道式探針（multichannelpr〇be)已是必然的趨勢， 然而，在使用多通道式探針時，當某一通道發生短路時， 將會產生一過電流（excessive current)流過此通道，即便 只有單一通道發生此問題，仍可能引起火花，而造成探針 終端（probe terminal)發生失效’因此，如何解決此問題 是為當前重要的課題之一。 基於上述問題，在最近所提出的一項技術中，是以電 ❹ 阻導線將探針終端連接起來，以預防過電流流過探針終 端。 圖1是習知微機電探針卡之電阻導線結構的剖面圖。 請參考圖1所示’在習知微機電探針卡的結構中，導 線10形成於焉溫共燒陶竟基板（high-temperature co-fired - ceramic substrate，HTCC substrate )的表面上’而導線 10, 中的通孔則是填充有通孔填充導體u，，另外，連接微機 電探針的薄膜電阻12與薄膜導線13則是形成在導線1〇’ 的表面上。 201015085 在習知微機電探針卡中，電阻導線是由通孔填充導體 u’、薄膜電阻η及薄膜導線13所縣，用以控制電流。 如圖1所不’習知微機電探針卡更包括—凸塊鮮塾 14、-黏著劑15、-微機電探針16以及—探針尖端η。 然而，在習知微機電探針卡中，當使用的薄膜電阻12 之寬度是等於或小於電極13的寬度時，將_藉㈣加 半導體晶片之I/O接腳的數目而將薄膜電阻12應用在 率需求較高的微機電探針卡中。 另外1參考圖1所不之結構，存在於習知微機電探 針卡中之另-問題則是因為電阻導線12及電極13間且有 較小的接觸面積’導致此累疊圖案之敎性降低。 再者，在習知的薄膜電阻基板中，將難以形成複 阻層㈣應付增加之半導體W及探針尖㈣ι/〇接腳電 :此法在預設空間中形成複數具有預期電阻值之 電阻層亦成為習知微機電探針卡的一項問題。 u 1所7結構’保護層必須要形成於電阻層 =及電極13上，此亦為存在於習知微機電探針卡中的問 然而’在習知微機電探叙+ 薄_3在於薄琪電阻12舆 電路集積度，特別是當薄膜二=聯連，’所以會降低 問題會愈紐重。、 域歸狀時’此

此外， 於 l，500oC 由於高溫共燒陶餘板是必須在〗，獅。c或高 之溫度下以熱處理的方式形成一多層佈線基板 201015085 (multilayer wiring substrate)，故在高溫共燒陶莞基板的 絕緣材料中，主要使用的成分為氧化鋁（alumina)，其所 佔的比重超過94% ’而在絕緣材料中另添加有少量的石夕， - 以用作為添加物；至於導線的部分，主要是以可承受高溫 - 燒結的鎢所製成。由於高溫共燒陶瓷基板具有極佳的機械 強度以及化學穩定性，因此高溫共燒陶瓷基板可藉由在本 身表面形成薄膜導線的方式而廣泛地應用於高集積度的 晶片封裳製程中。 然而，由於經過高溫燒結後的鎢導線所具有的導電性 比同樣經過高溫燒結後的銀或銅導線的導電性差，所以鎢 導線具有較差的高頻特性。再者’由於鎢導線的熱膨脹係 數南達>5夕半導體裝置的兩倍以上，在強調熱膨脹係數 (thermal expansion coefficient)配合的應用領域上，會造 成嚴重的問題。 此外’在習知技術中’有時會使用低溫共燒陶瓷基板 ® 來取代高溫共燒陶瓷基板，低溫共燒陶瓷基板是於 l，〇〇〇°C或低於i，〇〇〇〇C之溫度下以熱處理的方式所形成 的一多層佈線基板，在製備低溫共燒陶瓷多層基板時，由 於熱處理溫度是1，〇〇〇〇C或低於，故可廣泛地使用 具有低融點的矽作為絕緣材料，而使用較少量的鋁。另 外，由於在製備低溫共燒陶瓷多層基板時所使用的燒結溫 度疋1，000°C或低於i，〇〇〇〇c，所以能夠使用具備極佳導電 性的銀或銅作為導電材料。 然而，儘管低溫共燒陶瓷多層基板具有上述種種的優 201015085 點’但是低溫錄喊乡層基板料有表面祕的缺陷， 以致於難以在低溫共燒㈣多層基板的表㈣成一、厚度 範圍介於數十到數百奈米的薄膜電阻。 【發明内容】 有鑑於上述課題，本發明之目的為提供—種微機電探 針卡及其製造料，其適於在電功料生顯著變化的情況 下使用，且同時可具備所預期之電阻值。 本發明之另一目的為提供一種微機電探針卡及其製 造方法’其是藉由擴大電阻層及電極間的接觸區域以穩定 接觸圖案（contact pattern )。 本發明之又一目的為提供一種微機電探針卡及其製 造方法，其利用覆蓋麟層後再形成第二導線之方式’，、使 狹小的基板空間中可具備穩定之電阻比，進而能在電功率 發生顯著變化的情況下使用。 本發明之又-目的為提供—種微機電探針卡及其製 造方法，其電阻比可輕易控制。 ^ 本發明之又-目的為提供—種微機電探針卡及立製 造方法’其該餘及薄科線具有精確之圖案，且且備 精準之電阻值。 … 本發明提供-種微機電探針卡，包含一基板、一電阻 層、-絕緣層及-電極。其中，基板具有—通孔，且通孔 填充有-通孔填充導體或_電阻，電阻層設置於通孔及基 板上’絕緣層設置於電阻層及基板上，電極設置於基板上 201015085 以覆蓋電阻層及絕緣層。 在本發明之一實施例中，電阻層是為一矩形電阻層， 並包含累疊於通孔之一部分上的一第一電阻部分、以及累 疊於基板上的-第二電阻部分’且絕緣層是為—圓形絕緣 * 層。 在本發明之-實施例中’第一電阻部分之一端是為半 圓弧形或圓弧形。電阻層更包括與第二電阻部分串聯之第 ©三電阻部分。 在本發明之-實施射，第三電阻部分是為環形。 在本發明之一實施例中，第一電阻部分及第二電陴部 分或第-電阻部分、及第二電阻部分及第三電阻部分是為 體成型，且各電阻部分具有相同之寬度。 在本發明之-實施例中，電阻層及絕緣層交互累疊而 形成一多層結構。 本發明另提供-種微機電探針卡之製造方法，包含提 β 供-具有-通孔之基板，且通孔填充有一通孔填充導體或 一電阻，設置一電阻層於通孔中及基板上；設置一絕緣層 於電阻層及基板上；以及設置一電極於基板上以覆蓋電阻 層及絕緣層。 在本發明之一實施例中，電阻層及絕緣層交互累疊而 形成一多層結構。 本發明又提供一種微機電探針卡，包含一基板、一薄 膜導線、一第一導線之第一部份、一第一導線之第二部 分、複數個絕緣層、一第二導線、一凸塊銲墊、以及一探 201015085 針尖端。其中，基板具有一通孔，通孔填充有一通孔填充 導體或一電阻，薄膜導線設置於基板之一表面上，第—導 線之第一部份設置於基板之表面上，且覆蓋通孔填充導體 之一表面，第一導線之第二部分，設置於基板之表面上， 並與第一導線之第一部份相對設置，且薄膜導線是位於第 一導線之第一部份及第一導線之第二部分之間，絕緣層分 別設置於基板、薄膜導線、第一導線之第一部分及第—導 線之第二部分上，第二導線設置於絕緣層及第一導線之第 二部分上’且露出於絕緣層外，凸塊銲墊及探針尖端固設 於第二導線上。 在本發明之一實施例中，微機電探針卡更包含—電 極，其是形成於第二導線上，並與凸塊銲墊配合，且具有 與第二導線相同之一圖案。 本發明又提供一種微機電探針卡之製造方法，包含提 供一基板，基板具有一通孔，且通孔填充有一通孔填充導 體或一電阻；形成一薄膜導線於基板之一表面上；形成一 第一導線之第一部份於基板之表面上，且覆蓋通孔填充導 體之一表面；形成一第一導線之第二部分於基板之表面 上，並與第一導線之第一部份相對設置，且薄膜導線是位 於第一導線之第一部份及第一導線之第二部份之間；分別 形成複數個絕緣層於基板、薄膜導線、第一導線之第一部 份及第一導線之第二部份上；形成一第二導線於絕緣層及 第一導線之第二部份上，且第二導線係露出於絕緣層外； 以及固設一凸塊銲墊及一探針尖端於第二導線上。 201015085 在本發明之一實施例中，微機電探針卡之製造方法更 包含下列步驛：形成一電極於第二導線上，其中電極是與 凸塊銲墊配合，且具有與第二導線相同之一圖案。 本發明又提供一種微機電探針卡，包含一低溫共燒陶 瓷多層基板、一上導線、一薄膜電阻、一第一薄膜導線及 一絕緣層。其中，低溫共燒陶瓷多層基板是由累疊一第一 基板至一第η基板，並再以LOOOt或低於1〇〇(rc之溫度 燒結累疊之基板而製成。上導線設置於低溫共燒陶瓷多層 基板之各基板上，並上導線具有一通孔，且通孔填充有一 通孔填充導體。薄膜電阻設置於上導線上。第一薄膜導線 設置於通孔填充導體、上導線及薄膜電阻上。絕緣層設置 於薄膜電阻及第一薄膜導線上。 在本發明之一實施例中，微機電探針卡更包含一第二 薄膜導線，其係設置於上導線、薄膜電阻及絕緣層上。 在本發明之一實施例中，低溫共燒陶瓷基板上所具^ 之通孔其中之一填充有一厚膜電阻。 在本發明之-實施例中，通孔填充導體是由一金屬戶) 組成’其中’金屬是選自於由報、把及賴組成之一群組 在本發明之-實施例中，絕緣層是由氧化紹⑷2〇3 或二氧化鈦（Ti02)所組成。 /本發明之—實施例中，第-薄膜導線及第二薄㈣ 線疋由鈦、麵及銅所組成之〜 、 風（合金或由鋁、鋼及金所組居 之一合金所形成。 本發明又提供一種微機 電探針卡之製造方法 包含提 201015085 供一低溫共燒陶瓷多層基板，其是由一第一基板至一第n 基板累疊，並再以l，000°c或低於1，〇〇〇。〇之溫度燒結累疊 之基板而製成；形成一上導線於低溫共燒陶瓷多層基板之 各基板上，且上導線具有一通孔；以一通孔填充導體填充 通孔；形成一薄膜電阻於上導線上；形成一第一薄膜導線 於上導線、薄膜電阻及通孔填充導體上；以及形成一絕緣 層於薄膜電阻及第一薄膜導線上。

在本發明之一實施例令，微機電探針卡之製造方法於 形成絕緣層於薄膜電阻及第一薄膜導線上之步驟後，更包 含一形成一第二薄膜導線於上導線、薄膜電阻及絕緣層上 之步驟。 曰 低溫共燒陶瓷多層 通孔是填充有一厚 在本發明之一實施例中，於提供一 基板之步驟中，設置於各基板上之任一 膜電阻層。 在本發明之一實施例中，絕绫S县以也， &緣層疋以一製程方法所製

成’而此製程方法是選自於由一且有离诖 雜八有冋速薄膜沈積速率之 離子辅助式物理氣相沈積法、一電子走塞 , 电于果蒸鍍式物理氣相沈 積法、-脈射射沈積法以及—㈣沈積㈣域之一群 【實施方式】 以下將參照相關圖式，說明依據本 微機電探針卡及其製造方法，其中 較佳貝㈣之 參照符號加以說明。 、中相同的-件將以相同的 12 201015085 第一實施例 及圖2Β係為依據本發明第一較佳施例之 電阻基板之的剖面圖及示意圖。 原理發明第-較佳實施例之薄膜電阻基板的 ^:二^且基板中’電阻值⑻之決定性變數為1"， Γ於臭雷=所具有之特定電阻值代表電阻膚之厚度， L代表電阻層之4r 參 φ .度（不含通孔，電阻層及絕緣層累疊部 *所壚:長度’如圖2所示)，且b代表電阻層之寬度。 姓一電阻值ΓΙ列公式可知’薄膜電阻基板之電阻值是與 特丨見值及靡阳戚 寬度成反*。層之長度成正比1與電阻成之厚度及 公式1 電阻之通路面積（passage area)A=t*d。 而H t"通路面積A的因次分析中，舉例來說，當t 為10為1〇-4時，由於d (ι〇 4)遠大於以=1〇 9)， 故代表電阻層厚度的t可以被忽略。 據此重新帶入公式，可得電阻(R)«：k (L/d)。 本發月之發明人發現妥善地設計電阻層之L及d，便 <遂過上述之製造步驟而得到預期之電阻值。 藉'曰加電随層之長度或縮小電阻層之寬度可達到 — Mia值’^ ’受到薄膜電阻基板的微型化及位於 電膠廣及電極.接_案穩定性之影響，藉由控制電阻 層長寬的方式亦有所限制。 13 201015085 本發明之第一實施例提供多種態樣的電阻薄膜以及 累疊的電阻薄膜結構。 請參考圖2A及2B所示，依據本發明第一實施例之薄 膜基板1包含一基板10、一電阻層30、一絕緣層40及一 電極50。其中，基板10具有一通孔11，且通孔11填充有 一通孔填充導體或一電阻。電阻層30設置於通孔11及基 板10上。絕緣層40設置於電阻層30及基板10上。電極 50設置於基板10、電阻層30及絕緣層40上。其中，請 參考圖2b所示，電阻層30大約是為一矩形電阻層，並包 含填充於通孔11中的通孔填充導體，或包含累疊而覆蓋 電阻層之全部表面的一第一電阻部分30a、以及累養於基 板10上的一第二電阻部分30b。 絕緣層40累疊於電阻層30之第一電阻部分3〇a及基 板10上，並且絕緣層大約是為一圓形絕緣層。 電極50累疊於基板10上，而完全覆蓋電阻層3〇及 絕緣層40。 冤阻層 較佳可含有氮化鈕（TaN)，而絕緣層4〇 :有-高介電材料’其是選自於由氧化鋁MO。 。（ΗίΌ2)、二氧化鈦（Ti〇 )、 (Υ2〇3)、五氧化组（Ta2〇 )以^錯⑽2)、氧化 之-群組。然而，基於=及:化爛―所組 氧化銘（Al2G3)。成本考里，絕緣層4G較佳是含 電極50較佳是冬古_, 組成的合金、0 ~鋼所組成的合金、由袭 由鈦/物所級成的合金、或由紹制 201015085 於由金、鈀及 ’通孔填充導 組成的合金，或者電極50較佳是含有金 通孔填充導體可含有一金屬，其。 舶所組成之-群組。然而，基於導電性 體較佳是含有把或銘。 需注意的是，電阻層30、絕緣層4 填充導體雜狀㈣並硫於以、電^ 及通孔 他具有相同或相似性質者取代。 』舉者，而可以其 明

施例:揭露之可用於提高電阻值’的= = ? 一實 端考圖3所不’電阻層3G在第—電阻部分3如之一 ，㈣確錢崎30及絕緣層 如圖3B所示，第三電阻部分3〇c與第二電阻部分獅 耳，並形成環形。第三電阻部分3Ge可用於維持一般的 電阻層30之寬度d，並同時霉保電阻層3G具有-定之長 度 L。 睛參考圖3C所示’第三電阻部分3〇c與第二電阻部 分30b串聯，並形成半環形。 喷參考圖3B及3C所示，電阻層30,及3〇，，可藉由增 加位於電阻層3〇’及3〇，’與電極5〇間之接觸面積，以確保 接觸圖案的穩定性。 5月參考圖4，其是為依據本發明之另一實施例所揭露 之可用於提高電阻值的各式電阻層圖案。 请參考圖4所示之結構，其是由三層之電阻層300及 15 201015085 絕緣層400交互累疊而形成。然而，此種累疊結構之層數 可依據單一層之厚度，而為任一數目，並不限於三層。 請參考圖4所示，形成累疊圖案之電阻層300是有矛j 於增加電阻值，即便是電阻層300在基板1〇上的形成空 間是為一大小固定的空間。 請參考圖2A至3C，在藉由減:鑛（sputtering)方式個 別形成電阻層30、30’及30”時，第一電阻部分及第二電 阻部分及/或第三電阻部分是為一體成型，且電阻層30、 30’及30”皆具有相同之寬度d。 再者，請參考圖5A至5C所示，其是為依據本發明第 一實施例所揭露之薄膜電阻基板之製造方法。 本發明之第一實施例提供基板10，基板10具有一通 孔11 ’並通孔11填充有一通孔填充導體或一電阻，且通 孔填充導體包含有一金屬，其是選自於銀、鈀、鉑所組成 之一群組。 基板10可應用於印刷電路板（Printed Circuit Board)、半導體晶圓及微機電探針卡之基板。 再者，以濺鍍方式覆蓋氮化鈕於具有通孔11之基板 10上而形成電阻層30、30’及30，^另外，以微影製程 (photolithography process)形成電阻廣 30、30’及 30’’之 保護層，其中，電阻層30、30,及3〇”玎為圖2A中所示之 圖案之電阻層或為圖2B中所示之圖案之電阻層。接著， 再以漁式蝕刻之方式保留電阻層3〇、30’及30”之圖案並 移除其他部分。 16 201015085 · 其後，請參考圖5B所示，於基板10之上半部形成絕 緣層’並接著使用光阻及濺鍍一高介電材料之方式形成一 圓弧形以遮蔽絕緣層。其中’高介電材料是選自於由氧化 ' 紹（Al2〇3)、氧化給（Hf〇2)、二氧化鈦（Ti02)、氧化锆 • (Zr〇2)、氧化釔（Y2〇3)、五氧化鈕（Ta205)以及氧化 鑭（La2〇3)所組成之一群組。 形成絕緣層40之方式並不限於濺鍍一種，其亦可由 ❹一製程方法所製成，此製程方法是選自於由一具有高速薄 膜沈積速率之離子辅助式物理氣相沈積法、一電子束蒸艘 式物理氣相沈積法、一脈衝雷射沈積法以及一氣霧沈積法 所組成之一群組。 在形成絕緣層40後，以濕式蝕刻製程移除光阻，並 於移除光阻後，形成電極50 (如圖5C所示）。 電極50是為一位於基板1〇、及電阻層3〇、3〇，及3〇” 及絕緣層40上之合金。電極5〇之製備程序是先以濺鍍方 ❿ 式覆蓋鈦/鈀/銅、或鈦/銅、或鈦/鎢/銅、或鋁/鋼或金於基 板10、及電阻層30、30’及30，，及絕緣層40上，而後利用 微影製程形成與電極50之圖案相同形狀之保護層（例如 圖2B所示之電極50之圖案）。接著，再以濕式蝕刻之方 式保留電極50之圖案並移除其他部分。 在形成電阻層30、30,及30，，、及絕緣層4〇及電極5〇 的製程中，可使用乾式蝕刻製程取代使用化學溶液的濕式 颠刻製程。其中，乾式餘刻可利用離子銳削裝置（ milling device)或運用氬（Ar)、或氙（Xe)或其他反應 17 201015085 氣體等方式進行。 在濕式银刻製程中’金屬蝕刻溶液可選擇性地塗佈於 基板之兩侧，其後再以去離子水沖洗並乾燥之。 般而s ’使用溼式餘刻常會產生底切（un(jercut) 現象；因此，若使用可減少底切現象的離子銑削製程，則 有助於形成局精碑度的微帶線（microstrip Hne)。 如上所述，薄膜電阻基板1之製備是經由形成電阻層 3〇、及絕緣層40及電極50而達成。 ❹ 此外，請參考圖1所示，凸塊銲墊14是形成於薄膜 電阻基板1之電極50上’並以黏著劑15將微機電探針16 及探針尖端17依序固設於凸塊銲墊14上，因而形成適於 ，導體晶片及其他設備使用之檢測裝置t的依據本發明 第一較佳實施例之微機電探針卡。 第一實施例

需先說明的《’本發明第一實施例中的公式是可沿 於本發明之第二實施例。請參考圖6至8所示，在本發 之第二實施例中’係提供—基板1’其具有-通孔2, 通孔2中填充有—通孔填充導體或-電阻，再於通孔2 · =板1上形成薄膜電阻線3 (sl〇)。通孔填充導體4可 ^一金屬’其是選自於由金、減輯組成之—群址。 至於^於導電性考量，通孔填充導體較佳是含杨或韵 ' 4臈電阻線3之材質較佳是使用氮化㉟（TaN)。 薄膜膜電阻線3之形成方法。首先進行· 線㈣_，請參考圖7所示，利用濺鍍方3 18 201015085 將氮化钽（TaN)完全覆蓋基板1之—表面。其後，利用 貼合機（laminator)於基板之表面上厚實地貼合乾式光阻 (dry photoresist)。需注意的是，貼合機作動時的壓力、 - 溫度及速度都必須妥善地控制。重要的是，光阻本身的厚 - 度必須要夠厚’若情況允許，光阻的厚度較佳是大於或等 於 120 μιη。 在光阻貼合製程完成後’接著進行紫外線曝光製程。 將紫外線照射至光阻上以形成薄膜電阻線3之圖案（如圖 ❹ 8所示）。在本實施例中，可設計一光罩圖案，使得未在光 罩遮蔽下的光阻會因紫外光照射而發生聚合作用，而本步 驟可以在雙重曝光糸統（dual exposure system )中進行。 需特別注意的是，紫外光源的強弱以及曝光時間的長短皆 為重要的影響因素；若紫外光源強度過強且曝光時間過 久’都會造成之後光阻顯影不足（underdevelop)，進而使 得形成的圖案比原本預期的為大；但若紫外光源過於微弱 ❹ 且曝光時間過短’反而會使之後光阻顯影過度，進而使得 形成的圖案比原本預期的為小。 當維持薄膜電阻線3之寬度在1〇〇卿時，若薄膜電阻 線3之長度為200 μιπ ’則此薄膜電阻線3之電阻值大約為 100Ω ;若長度為500 μιη ’則電阻值大約為200Ω ;若長度 為700卿’則電阻值大約為300Ω ;若長度為9〇〇卿，則 電阻值大約為400Ω。因此，藉由控制本發明之薄膜電阻 線3的長度可得到預期之電阻值。 在形成薄膜電阻線之步驟（S10)完成後，接著進行 19 201015085 於基板1及薄膜電阻線3上形成第一導線4之步驟S20。 其中，第一導線4之材質較佳是為由鈦/把/銅所組成的一 合金’然而’由鈦/銅所組成的合金、或由鈦/鎢/銅所組成 的合金、或由鋁/銅所組成的合金或金亦可以使用（如圖9 至 10Β；) 〇 第一導線4之形成方法如下所述。請參考圖9所示， 首先，利用濺鍍方式將鈦/鈀/銅所組成的合金覆蓋在基板1 之表面上及薄膜電阻線3之全部表面上。其後，請參考圖 10A及10B，以微影方式形成貼合光阻及第一導線4之圖 案。接著將第一導線4連接至薄膜電阻線3，並形成相對 設置之第一導線之第一部分4,及第一導線之第二部分4，， 兩部分。其中，第一導線之第一部分4,及第一導線之第二 部分4”是為同時形成。 在形成第一導線及其圖案之步驟S20完成後，接著進 行於基板1、及薄膜電阻線3及第一導線4上形成絕緣層 5之步驟（S30)。絕緣層5是由一高介電材料所形成，其 是選自於由氧化鋁（Al2〇3)、及氧化铪（Hf02)、及二氧 化鈦（Ti02)、及氧化鍅（Zr02)、及氧化釔（Y2〇3)、及 五氧化短（Ta2〇5)及氧化綱（La203)所組成之一群組； 其中’若考量成本，則絕緣層5所使用之材質較佳是為氧 化鋁（ai2〇3)。 形成絕緣層5之方法將在以下說明。請參考圖n所 示’為形成絕緣層5，先在第一導線之第二部分4，，上形成 光阻圖案，並以剝離製程方式完成光阻圖案6。另外，為 201015085 使、、邑緣層5月匕覆盍於通孔2上，亦可於形成第一導線之第 一部分4’上形成光阻圖案6。 其後，如圖12所示，在基板1之表面、及薄膜電阻 、線3、及部分之第一導線之第一部分4,及部分之第-導線 •之第二部分4”上形成氧化紹（Al2〇3)層、及穩定的氧化 錯（Zr〇2)層及二氧化鈦（了私）層，各層之厚度介於以 7至10 μιη間’其中’形成之方法可以為具有高速薄膜沈 ❹積速率之離子辅助式物理氣相沈積法、及電子束蒸鐘式物 理氣相沈積法、及脈衝雷射沈積法及氣霧沈積法。 接著，請參考圖13所示，藉由移除光阻圖案6以形 成絕緣層5。 其後’在形成絕緣層及其圖案之步驟S3〇後，接著進 行形成第二導線及其圖案之步驟（S40)。使用與第一導線 4相同之合金作為第二導線7的材質。 請參考圖14所示，利用濺鍍方式將鈦/鈀/銅所組成的 ❹合金覆蓋在絕緣層5及的基板1露出於絕緣層5外之全部 表面上以形成第二導線7。 其後’於形成第二導線及其圖案之步驟S40完成後， 接著進行形成可與凸塊銲塾配合之電極8之步驟S50及步 騍 S60。 形成可與凸塊銲墊配合之電極8之方法將在以下說 明。為形成可與凸塊銲墊配合之電極8，先在第二導線7 上形成光阻圖案。其後，以電鍍方式將由銅、及鎳及金所 組成之合金覆蓋在沒有光阻圖案形成的部分。在本實施例 21 201015085 中，添加錄是用α防止銅層與 · (inter-diffusion )，但是甚各 父互擴散 a夺，較佳是介於5_及1〇二的厚度大於或等於5 _ 其後，將第二導後7/ 則可不需額外添加錄。 導線7中之光阻圖宰移降m 凸塊銲墊配合之電極8 圖案移除錢據可與 外，在第二導線7之製程；^第二導線7進賴刻。此 之濕式侧、或㈣離子❹為使用化學溶液 或其他反應氣體之乾絲刻等方式f )、或<(如）

其後，請參考圖i所示，於;與 8上形成凸塊銲墊14，其中，如目 ；J極 依^述之製輯形成者。微機麵針16及探針 依序错由黏著劑15固設於凸塊銲塾14上。因此，在= 設置凸塊銲墊後之步驟（S7〇) 疋成 電探針卡。 縣發明之微機 第三實施例 需先4明的疋’當第二實施例用於具有薄膜電阻

溫共燒喊多層基板時，本發明第—實施例中的公式广 可沿用於本發明之第三實施例。 疋 圖16是為依據本發明之微機電探針卡之剖面圖。 請參考® 16所依據本發明之微機電探針卡包含 一低溫共燒陶究多層基板100、一上導線6、一薄膜電阻7、 一第一薄膜導線8、—絕緣層9 —第二薄膜導線1〇”。低 溫共燒陶瓷多層基板1〇〇是由第一基板至第η基板累疊而 成。上導線6設置於低溫共燒陶瓷多層基板之各基板上， 22 201015085 並上導線6具有一通孔，且通孔填充有一通孔填充導體4。 薄膜電阻7設置於上導線6上。第一薄膜導線8設置於通 孔填充導體、及上導線6及薄膜電阻7上。絕緣廣9設置 於薄膜電阻7及第一薄膜導線8上。第二薄膜導線設 置於上導線6、及薄膜電阻7及絕緣層9上。 需說明的是’在低溫共燒陶兗多層基板中，自第

一基板至第η基板各基板皆分別具有通孔1及導線2，且 各通孔1皆填充有與導線2連接之通孔填充導體。 在低溫共燒陶瓷多層基板100中之任一層基板可填充 有厚膜電阻5。舉例來說，請參考圓16所示，在低溫共燒 陶瓷多層基板100中之第一層基板填充有厚膜電阻5。 乃外，凸塊銲墊 針尖端是形成於第二薄膜導線1〇,，上。 人^膜電阻7較佳是含有氮化叙（)，且絕緣層9告 =㈣電材料，其是選自於由氧化紹 二V : (Ta2〇5)及氧化鋼α峨)所㈣ 化:2而、’若考量成本，則薄膜電阻7較佳是包含氧 ⑽⑺2〇3)或二氧化鍊（Ti〇2)。 U ^ 有由鈦免/HH線8或第二薄膜導線ig”較佳是告 鈦/鎢/鋼所丄ί 或由鈦/鋼所组成的合金、由 第-薄膜導線8 :第金、由銘/銅所組成的合金，又或者， 厚膜電阻是含有金。 戳佳疋一材質所組成，其是選自於由舒 23 201015085 (Ru )、及氧化舒（ruthenium oxide )及釕/氧化產了 (Ru/ruthenium oxide )所紕成之一群組。 通孔填充導體4可含有一金屬，其是選自於銀、鈀或 鉑所組成之一群組。然而，若考量導電性等性質，通孔填 充導體4較佳是含有把或翻。 然而’通孔填充導體4、厚膜電阻5、薄膜電阻7、及 絕緣層9、第一薄膜導線8及第二薄膜導線1〇，’之材質並 不限於上述’而可以以具有相同或相似性質之其他物質取 代。 •接著，請參考圖17至22，以下將說明圖16所示之微 機電探針卡之製造方法。 請參考圖17及18所示，依據本實施例之微機電探針 卡之製造方法包含提供具有η個低溫共燒陶瓷基板以組成 一低溫共燒陶瓷多層基板之步驟（S10)。至於低溫共燒陶 _亮多層基板1〇〇中的層數則可依據基板的設計需求而有所 調整’但依據半導體晶片的檢測狀況，低溫共燒陶瓷多層 基板100的層數以介於20層至30層者為佳。此外，金屬 佈線所使用的主要材質為銀，至於金屬佈線中的銀含量則 可依所需而調整。再者，低溫共燒陶瓷基板所使用的陶瓷 材料是含有介於60%與7〇%之間的玻璃，其餘成分則是 銘’而低溫共燒陶瓷基板的厚度則可依使用者所需而調 整’其較佳是介於4至7〇1111。 另夕卜’各低溫共燒陶兗基板分別具有貫穿之一通孔 1 ’且導線2是形成於各低溫共燒陶瓷基板的前表面或背 24 201015085 表面。 低溫共燒陶瓷多層基板100包含有η個生坯片（green sheet)，且每一生坯片印刷有一佈線。 在提供具有η個低溫共燒陶瓷基板以組成一低溫共燒 • 陶瓷多層基板之步驟S10完成後，接著進行以通孔填充導 體或電阻填充通孔之步驟（S20)。在除第—層外之每一低 溫共燒陶瓷基板的通孔1中填充一通孔填充導體4，而在 第一層低溫共燒陶瓷基板102的通孔1中填充一厚膜電阻 ❹5。其中’通孔填充導體4及厚膜電阻5是藉由導線2彼 此連接。 厚膜電阻5可以化學氣相沈積法（chemical vap〇r deposition (CVD)，以下將進一步說明）或原子層沈積法 (atomic layer deposition (ALD)，以下將進一步說明）填 充於通孔1中。 然後，在以通孔填充導體或電阻填充通孔之步驟S2〇 ❹完成後，再接著進行共燒累疊之低溫共燒，陶瓷多層基板之 步驟（S30)。其中，將第一低溫共燒陶瓷基板1〇1及第二 共燒陶瓷基板102至第η低溫共燒陶瓷基板1〇n累疊後， 於1,000 C或低於1，000。〇之溫度中進行共燒；較佳者，第 一低溫共燒陶瓷基板101及第二共燒陶瓷基板1〇2至第n - 低溫共燒陶瓷基板1 On可於850至900°C中共燒以形成低 溫共燒陶瓷多層基板100。 由於低溫共燒陶莞多層基板100的製成材料中含有彼 此鍵結的玻璃與銘成分，使得低溫共燒陶瓷多層基板100 25 201015085 具有粗縫表面’故在共燒累疊之低溫共燒陶瓷多層基板之 步驟S30完成後’接著需要進行拋光製程之步驟（料〇)。 詳言之’為能於低溫共燒陶瓷多層基板1〇〇的表面上 形成一薄膜圖案，必須要使低溫共燒陶瓷多層基板1〇〇表 面的粗糙程度降低至1 μιη以下，因此必須在低溫共燒陶 瓷多層基板100之表面上進行機械拋光製程。 在本實施例中’為避免低溫共燒陶瓷多層基板1〇〇發 生龜曲，低溫共燒陶瓷多層基板1〇〇所具有的原本厚度較 佳是要大於在拋光製程中被磨掉的厚度，以利執行拋光製 ❹ 程。一般來說’拋光製程會磨掉低溫共燒陶瓷多層基板1〇〇 大約50至1〇〇 μΙη的厚度，然後再對低溫共燒陶瓷基板1〇〇 的表面進行熱處理。 在拋光製程之步驟S40完成後，接著進行形成上導線 之步驟（S50)。上導線6設置於低溫共燒陶瓷多層基板1〇〇 上，並上導線具有一通孔，且通孔填充有一通孔填充導體 4 ° 通孔填充導體4可含有一金屬，其是選自於銀、鈀或 ❹ 鉑所組成之一群組。然而，若考量導電性等性質，通孔填 $導體4較佳是含有把或鉬。需注意的是’雖然在本說明 田插述之結構中，僅有第一層低溫共燒陶瓷基板填充有通 L填充導體4 (如圖18所示）’但其只是用於例舉說明而 ^限制本發明之範圍’其他如第三層低溫共燒喊基板_ . 四層低溫共燒陶瓷基板亦可填充有一通孔填充導體4。 再者，請參考圖17至19所示，在形成上導線之步驟 26 201015085 S50完成後’接著進行形成薄膜電阻7之步驟（s6〇)。其 中，薄膜電阻7是形成於上導線6上，且與通孔填充導體 4保持有間隔。此薄膜電阻7可以例如但不限於氮化钽 (TaN)形成，而形成之手段可利用微影技術、濺鍍或氣 • 霧沈積法。 言月再參考圖17及20所示’在形成薄膜電阻之步驟S60 完成後’接著進行於上導線6、及薄膜電阻7及通孔填充 鲁導體7上形成第一薄膜導線8之步驟（S7〇)。 在本實施例中，可藉由濺鍍的方式設置具有高附著強 度的鈦層或鋁層，以強化位於第一薄膜導線8及通孔填兜 導體4間之表面附著力，而所形成之第一薄膜導線8的厚 度可為2,000至5,〇〇〇 A之間，且較佳為3 〇〇〇人。另外， 在本實施例中，可將鈀層設置於鈦層/鋁層及銅層間以作為 阻擋層（barrier) ’而此鈀層的厚度可介於5〇至2〇〇人， 較佳為70人。最後，將作為導線主體的銅層以2,5〇〇至 Ο 10,000人（較佳為9,000 A以上）的厚度設置在把層上， 而共同形成一基底金屬層。 請參考圖17及21所示’在形成第一薄膜導線之步驟 S7〇完成後，接著進行形成絕緣層之步驟（S80)。其中絕 緣層9是以一高介電材料所製成，此高介電材料是選自於 ’由氧化鋁（Al2〇3)、氧化铪（Hf02)、二氧化鈦（ Ti02)、 及氧化锆（ZrCb)、氧化釔（Y2〇3)、五氧化鈕（Ta205) 及氧化鑭（La203)所組成之一群組；且絕緣層9是形成於 薄膜電阻7及第一薄膜導線8上。 27 201015085 在形成絕緣層之步驟S80中，是藉由具有高速薄膜沈 積速率之離子辅助式物理氣相沈積法、電子束蒸鍍式物理 氣相沈積法、脈衝雷射沈積法及氣霧沈積法形成氧化鋁 (A〗2〇3)層、及穩定的氧化錯（Zr〇2)層及二氧化鈦（Ti〇2) 層’且各層之厚度介於以5至1〇 μιη 間。 其後，請參考圖17及22所示，在形成絕緣層之步驟 S80完成後，接著進行形成第二薄膜導線之步驟（S9〇)。 第二薄膜導線1〇”之材質可與第一薄膜導線8相同，並利 用與第一薄膜導線8相同之形成條件。 _ 在形成絕緣層9、及第一薄膜導線8及第二薄膜導線 10時，可藉由使用化學溶液之濕式蝕刻、使用離子銑削 裝置、氬（Ar)、氙（Xe)或其他反應氣體之乾式蝕刻等 手段以形成各種精確之圖案。 據此，由通孔填充導體4、及上導線6、及薄膜電阻7、 及第-薄膜導線8及第二薄膜導線1〇”可組成依據本發明 之微機電探針卡之通孔電阻導線。 其後’清參考圖16及所示，在形成第二薄膜導線 〇 之步驟S9G完成後，接著進行形成探針之步驟（si〇〇)。 在第二薄膜導線10”上形成凸塊銲塾14，並再利用黏著劑 15依序將微機電探針16及探針尖端17固設於凸塊鲜墊 Η上，而完成依據本發明之檢測半導體晶片及其他電 子元件之設備中的微機電探針卡。 、 綜上'所述，本發明提供具有以下優點。 第- ’依據本發明之微機電探針卡其電阻比及電阻值 28 201015085 可輕易控制’當用於例如半導體晶片檢測器中時，能夠在 電功率發生顯著變化的情況下使用。 第二，依據本發明之微機電探針卡，其在電隊層及電 - 極間接觸圖案的穩定性可藉由擴大接觸區域而得以提升。 第三，依據本發明之微機電探針卡可具有穩定的電阻 比’其是利用覆蓋絕緣層後再形成第二導線之方式，而在 狹小的基板空間中產生。 以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離 _ 本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均 應包含於後附之申請專利範圍中。 【圖式簡單說明】 圖1係為一種習知之微機電探針卡的剖面圖； 圖2A及圖2B係分別為依據本發明第一較佳實施例之 微機電探針卡的剖面圖及示意圖； 圖3A至圖3C係為依據本發明第-較佳實施例之各式 電降的剖面圖及示意圖； 圖係為依據本發明第一較佳實施例之微機電探針卡 的累疊狀態示意圖； β 5A至圖5C係為依據本發明第一較佳實施例之微機 電探針卡之製造方法之各步驟的剖面示意圖； 圖係為依據本發明第二較佳實施例之微機電探針卡 么製造方法之各步驟的流程圖； 圖7至圖15係為圖6中之各製造步驟之示意圖； 29 201015085 圖16係為依據本發明第三較佳實施例之微機電探針 卡的剖面圖； 圖17係為圖16中之微機電探針卡之製造方法之各步 驟的流程圖；以及 圖18至圖22係為圖17中之各製造步驟之示意圖。 【主要元件符號說明】 1 :薄膜電阻基板 10 :基板 10’ ：導線 10” ：第二薄膜導線 100 :低溫共燒陶瓷多層基板 101 :第一低溫共燒陶瓷基板 102:第二低溫共燒陶瓷基板 10η :第η低溫共燒陶瓷基板 11、2 :通孔 11’、4 :通孔填充導體 12 :薄膜電阻 13 :薄膜導線 14 :凸塊銲墊 15 :黏著劑 16 :微機電探針 17 :探針尖端 3 :薄膜電阻線 201015085 30、30’、30”、300 :電阻層 30a :第一電阻部分 30b :第二電阻部分 - 30c :第三電阻部分 . 40、400 :絕緣層 5、9 :絕緣層 50、8 :電極 6 :光阻圖案 ❹7 :第二導線 d :寬度 L:電阻層之長度 S100〜S160、S200〜S290 :步驟 t:電阻層之厚度

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Claims (1)

1. 201015085 七、申請專利範圍： 1、 一種微機電探針卡，包含： 一基板，具有一通孔，該通孔填充有一通孔填充導體 或一電阻； --電阻層’設置於該通孔及該基板上， 一絕緣層，設置於該電阻層及該基板上；以及 一電極，設置於該基板上以覆蓋該電阻層及該導電層。 2、 如申請專利範圍第1項所述之微機電探針卡，其中該 電阻層係為一矩形電阻層，並包含累疊於該通孔之一 部分上的一第一電阻部分、以及累疊於該基板上的一 第二電阻部分，且該絕緣層係為一圓形絕緣層。 3、 如申請專利範圍第2項所述之微機電探針卡，其中該 第一電阻部分之一端係為半圓弧形或圓弧形。 4、 如申請專利範圍第2項或第3項所述之微機電探針卡’ 其中該電阻層更具有一與該第二電阻部分串聯之第三 電阻部分。 5、 如申請專利範圍第4項所述之微機電探針卡，其中該 第三電阻部分係為環形。 6、 如申請專利範圍第5項所述之微機電探針卡，其中該 第一電阻部分及該第二電阻部分或該第一電阻部分、 該第二電阻部分及該第三電阻部分係為一體成型，且 各電阻部分具有相同之寬度。 7、 如申請專利範圍第1項所述之微機電探針卡，其中該 電阻層及絕緣層交互累疊而形成一多層結構。 201015085 8 種德^機電探針卡之製造方法，包含以下步驟： 挺供具有一通孔之基板，且該通孔填充有一通孔填 充導體或一電阻； ' 设置〜電阻層於該通孔中及該基板上； ' 設置〜絕緣層於該電阻層及該基板上；以及 β 又置〜電極於該基板上以覆蓋該電阻層及該絕緣層。 9、 如申睛專利範圍第8項所述之製造方法，其中該電阻 層及讀絕緣層交互累疊而形成一多層結構。 10、 一種微機電探針卡，包含： ·*·板，具有一通孔，該通孔填充有一通孔填充導體 或一電阻； 一薄膜導線’設置於該基板之一表面上； 第導線之第一部份，設置於該基板之該表面上， 且覆蓋該通孔填充導體之一表面； 一第—導線之第二部分，設置於該基板之該表面上， 參 並與該第一導線之第一部份相對設置，其中該薄膜 導線係位於該第一導線之第一部份及該第一導線 之第二部分之間； 一絕緣層，設置於該基板、該薄膜導線、該第一導線 之第一部分及該第一導線之第二部分上； 一第二導線’設置於該絕緣層及該第一導線之第二部 分上，且露出於該絕緣層外；以及 一凸塊銲墊及一探針尖端，固設於該第二導線上。 11、 如申請專利範圍第10項所述之微機電探針卡，更包 33 201015085 含： 一電極，设置於該弟一導線上，其中該電極係與該凸 塊銲墊配合，且具有與該第二導線相同之一圖案。 12、 一種微機電探針卡之製造方法，包含以下步驟： 提供一基板，該基板具有一通孔，且該通孔填充有一 通孔填充導體或一電阻； 形成一薄膜導線於該基板之一表面上； 形成一第一導線之第一部份於該基板之該表面上，且 覆蓋該通孔填充導體之一表面； 形成一第一導線之第二部分於該基板之該表面上，並 與該第一導線之第一部份相對設置，其中該薄膜導 線係位於該第一導線之第一部份及該第一導線之 第二部份之間； 形成一絕緣層於該基板、該薄膜導線、該第一導線之 第一部份及該第一導線之第二部份上； 形成一第二導線於該絕緣層及該第一導線之第二部 伤上其中該第一導線係露出於該絕緣層外；以及 固s又一凸塊銲墊及一探針尖端於該第二導線上。 13、 如申請專利範圍第12項所述之製造方法，更包含以 下步驟： 形成一電極於該第二導線上，其中該電極係與該凸塊 銲墊配合，且具有與該第二導線相同之一圖案。 14、 一種微機電探針卡，包含： 一低/JEL共燒陶瓷多層基板，係由累疊一第一基板至一 34 201015085 第η基板，並再以1，000°C或低於l，〇〇〇°C之溫度燒 結累疊之該等基板而製成； 一上導線，設置於該低溫共燒陶瓷多層基板之各該基 板上，其中該上導線具有一通孔，且該通孔填充有 一通孔填充導體； 一薄膜電阻，設置於該上導線上； 一第一薄膜導線，設置於該通孔填充導體、該上導線 及該薄膜電阻上；以及 一絕緣層，設置於該薄膜電阻及該第一薄膜導線上。 15、 如申請專利範圍第14項所述之微機電探針卡”更包 含： 一第二薄膜導線’設置於該上導線、該薄膜電阻及該 絕緣層上。 16、 如申請專利範圍第15項所述之微機電探針卡，其中 該些低溫共燒陶瓷基板上所具有之該些通孔其中之 _ 一填充有一厚膜電阻。 17、 如申請專利範圍第14項至第16項所述之微機電探針 卡，其中該通孔填充導體係由一金屬所組成，該金屬 係還自於由銀、把及鉑所組成之一群組。 18、 如申請專利範圍第14項至第16項所述之微機電探針 卡，其中該絕緣層係由氧化鋁（Al2〇3)或二氧化鈦 (Ti02)所組成。 19、 如申請專利範圍第14項至第16項所述之微機電探針 卡，其中該第一薄膜導線及該第二薄膜導線係由鈦、 35 201015085 鈀及銅所組成之一合金或由鋁、銅及金所組成之一合 金所形成。 20、 一種微機電探針卡之製造方法，包含以下步驟： 提供一低溫共燒陶瓷多層基板，其係由一第一基板至 一第η基板累疊，並再以ιοοοπ或低於^0001之溫 度燒結累疊之該等基板而製成； 形成一上導線於該低溫共燒陶瓷多層基板之各該基 板上，且該上導線具有一通孔； 以一通孔填充導體填充該通孔； 形成一薄膜電阻於該上導線上； 形成一第一薄膜導線於該上導線、該薄膜電阻及該通 孔填充導體上；以及 形成一絕緣層於該薄膜電阻及該第一薄膜導線上。 21、 如申請專利範圍第20項所述之製造方法’於形成該 絕緣層於該薄膜電阻及該第一薄膜導線上之步驟 後’更包含以下步驟： 形成一第二薄膜導線於該上導線、該薄膜電阻及該絕 緣層上。 22、 如申請專利範圍第a項所述之製造方法，於提供一 低溫共燒陶瓷多層基板之步驟中，設置於各該基板上 之任一通孔係填充有一厚膜電阻層。 23、 如專利申請範圍第22項所述之製造方法’其中該絕 緣層係以一製程方法所製成，該製程方法係選自於由 一具有高速薄膜沈積速率之離子辅助式物理氣相沈 36 201015085 積法、一電子束蒸鑛式物理氣相沈積法、一脈衝雷射 沈積法以及一氣霧沈積法所組成之一群組。

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