DE69012444T2

DE69012444T2 - Excimer-induzierte flexible Zusammenschaltungsstruktur.

Info

Publication number: DE69012444T2
Application number: DE69012444T
Authority: DE
Inventors: Christopher M Schreiber
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1989-06-16
Filing date: 1990-05-31
Publication date: 1995-02-09
Anticipated expiration: 2010-06-01
Also published as: EP0403851A2; US4961259A; JPH0744330B2; DE69012444D1; JPH0332095A; EP0403851A3; EP0403851B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Zwischenverbindungsmerkmals, und ganz allgemein die Herstellung von flexiblen gedruckten Schaltkreisen, und insbesondere ein Verfahren zur Definition und zur Herstellung von erhabenen Metallmerkmalen zur Verwendung in Verbindungsanwendungen.
Aus der DE-A-37 02 354 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung bekannt, bei der ein Elektrodenteil auf einem Wafer gebildet ist, ein Passivierungsfilm, der den Elektrodenteil freiläßt, auf dem Wafer gebildet ist, ein Isolierfilm auf dem Passivierungsfilm gebildet ist, wobei der Isolierfilm eine vorgegebene Dicke zur Bildung eines konkaven Abschnittes auf dem Elektrodenteil aufweist, und ein leitendes Material mindestens bis zur Höhe des Isolierfilms in den konkaven Bereich eingefüllt ist.
Aus der EP-A-0 164 564 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Excimer-Laser verwendet wird, um ein Sackloch durch eine Isolierschicht zu brennen und ein leitendes Material in das Loch einzubringen, um einen Kontakt mit einem Leiterpfad herzustellen.
Es gibt verschiedene Anwendungen, bei denen es wünschenswert ist, erhabene Metallverbindungsmerkmale über einer Oberfläche herzustellen. Eine solche Anwendung liegt in der Herstellung von Anschlußeinheiten, bei denen solche erhabenen Merkmale Zwischenverbindungs-Kontaktpunkte auf flexiblen Strukturen bilden, wie beispielsweise in dem US-Patent Nr. 4,453,795 für die Anmelderin Hughes Aircraft Company veranschaulicht ist. Gemäß der Offenbarung dieses Patents weist ein erster Wafer Kupferkontaktstellen auf, auf denen erhabene Metalleitermerkmale in Form von Kupferknöpfen gebildet sind. Ein zweiter Wafer weist Kupferkontaktstellen auf, die derart angeordnet sind, daß sie den Kupferknöpfen gegenüberliegen. Der erste und der zweite Wafer werden dann aufeinander ausgerichtet und zusammengepreßt, um eine Verbindung zwischen den Kupferknöpfen des ersten Wafers und den Kontaktstellen des zweiten Wafers herstellen.
Das herkömmliche Verfahren zur Schaffung erhabener Metallverbindungsmerkmale, wie etwa der Kupferknöpfe des Patentes '795, erfordert mehrfache photolithographische Schritte. Zuerst wird Photolack dreimal laminiert, belichtet und entwickelt, um eine Schaltung mit einem Zwischenverbindungsmerkmal zu schaffen, welches sich 0,002 bis 0,003 Zoll über die Oberfläche eines dielektrischen Acrylklebstoff-Filmsubstrates erstreckt. Dann wird Photolack über das erhabene Merkmal aufgelegt, und ein weiterer Photoätzschritt wird durchgeführt, um Schaltungen auf einer auf dem Substrat angeordneten Kupferkontaktstelle zu definieren. Schließlich wird eine vorgebohrte Abdeckung über den Schaltungen aufgebracht, und eine Goldplattierung wird auf die von der Abdeckung freigelassenen Bereich aufgebracht, um das Merkmal zu definieren.
Das obenstehende Verfahren weist mehrere Probleme auf. Es sind zahlreiche Schritte erforderlich, was in einem arbeitsintensiven Vorgang resultiert. Zweitens ist der Versuch, Photolack über die erhabenen Merkmale aufzulegen, schwierig und resultiert oft in Leerstellen. Zusätzlich hält das erhabene Merkmal die Abdeckung von der Kupferkontaktstelle ab, was in einer schlechten Liniendefinition resultiert. Schließich ist die Ausrichtung einer vorgebohrten Abdeckung schwierig und läßt immer noch freiliegendes Kupfer auf dem Kontaktstellenbereich zurück, welches mit Gold plattiert werden muß. Die Goldplattierung verschlechtert die freiliegenden Bereiche des Acrylklebstoff-Substrates.

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Definition und Herstellung von erhabenen Metall-Zwischenverbindungsmerkmalen zu verbessern.
Es ist des weiteren Aufgabe der Erfindung, die Anzahl von Schritten in einem solchen Verfahren gegenüber den herkömmlicherweise angewandten zu verringern.
Es ist des weiteren Aufgabe der Erfindung, ein vereinfachtes Verfahren zur Verfügung zu stellen, das Quellen von Ungenauigkeiten und Degradierung im Stand der Technik beseitigt.
Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren zur Herstellung eines Zwischenverbindungsmerkmals gemäß Anspruch 1.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Metall-Zwischenverbindungsmerkmale hergestellt nach der Beendigung von Vorgängen, welche dazu tendieren, dimensionale Veränderungen herbeizuführen, wie etwa Laminieren und Ätzen. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine geätzte Schaltung mit einem dielektrischen Filmisolator bedeckt. Die Schaltung wird anschließend mit einer Maskierschicht wie etwa einem Plattierlack laminiert. Die Merkmalsstelle wird dann durch Abtragen der Maskierschicht und des darunterliegenden dielektrischen Filmes unter Verwendung eines Lasers erzeugt. Anschließend wird das Merkmal an der abgetragenen Stelle aufplattiert, und die Maskierschicht wird abgezogen, wobei das Merkmal, das sich über die Oberfläche des Dielektrikums erstreckt, zurückgelassen wird.
Das erfindungsgemäße Erfahren erzielt somit die Herstellung eines Merkmals mit einer ausreichenden Höhe über dem Dielektrikum, um eine Zwischenverbindung herzustellen. Zusätzlich läßt das Verfahren eine präzisere Anordnung von Verbindungsmerkmalen zu, da die Merkmale angeordnet werden, nachdem das Produkt Vorgänge durchlaufen hat, welche zu der Einführung dimensionaler Veränderung tendieren. Schließlich trägt der Laser Merkmale ab, die kleiner sind als diejenigen, die mit herkömmlicher Photolithographie herstellbar sind, wodurch eine erhöhte Zwischenverbindungsdichte ermöglicht wird.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Es folgt eine detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der soeben zusammengefaßten Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung.
Es zeigen:
Fig. 1 - 6 Querschnittzeichnungen zur Veranschaulichung unterschiedlicher Phasen bei der Herstellung eines erhabenen Metallmerkmals gemäß der vorliegenden Erfindung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Fig. 1 veranschaulicht ein flexibles dielektrisches Filmsubstrat 11, das typischerweise aus dem von DuPont, Wilmington, Delaware erhältlichen Pyralux gebildet ist. Viele weitere bekannte Materialien können für den dielektrischen Film verwendet werden, wie etwa Polyimid, Polyimid mit einem acrylischen Klebstoff, Polyester und Teflon. Eine etwa 0,0014 Zoll dicke Kupferleiterschicht 13 wird durch herkömmliche Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen, wie etwa Laminieren, auf dem Substrat 11 gebildet.
Eine belichtete Photolackschicht 15 wird auf der Kupferleiterschicht 13 gebildet. Die belichtete Photolackschicht 15 hat eine Breite von etwa 0,020 Zoll. Die Breite ist gewählt, um eine Kontaktstelle in der Schicht 13 zu definieren, auf der letztendlich ein Verbindungsmerkmal gebildet wird.
Um den Abdeckmaterialabschnitt 15 zu bilden, wird die Leiterschicht 13 mit einem lichtempfindlichen Abdeckmaterial beschichtet. Das Abdeckmaterial kann unter Verwendung eines Photolack-Laminators, einer in diesem Fachgebiet gut bekannten Vorrichtung, auf die leitende Schicht 13 laminiert werden. Mit einem Photolack-Laminator wird Photolack unter Verwendung von Wärme und Druck auflaminiert. Die bei dem Erwärmungsvorgang verwendete ungefähre Temperatur beträgt 225-250ºF.
Das aufgetragene lichtempfindliche Abdeckmaterial wird dann durch eine Maske belichtet, wodurch der Abschnitt 15 definiert wird, und zwar in einer "Belichtungseinheit", einer kommerziell gut bekannten Belichtungsvorrichtung. Die (hier nicht näher dargestellte) Belichtungseinheit polymerisiert das nicht-maskierte Abdeckmaterial 15, indem es dieses einer ultravioletten (UV-)Strahlung aussetzt. Das Abdeckmaterial wird dann entwickelt. Die Entwicklerlösung entfernt das nicht-polymerisierte Abdeckmaterial (das Abdeckmaterial, das nicht belichtet wurde, da es maskiert war), wodurch der belichtete oder polymerisierte Abschnitt 15 zurückbleibt.
Ein alternatives Verfahren zum Definieren des Abschnitts 15 wäre es, die Strukturierung unter Verwendung einer Druckschablone und eines alkali-löslichen Ätzabdeckmaterials zu drucken. Diese Alternative würde die Arbeitsgänge der Laminierung mit Abdeckmaterial, des Belichtens und des Entwickelns überflüssig machen. Vinyl, Polyvinyl oder Latex können auch anstelle von Photolack verwendet werden, wie auf diesem Fachgebiet bekannt ist.
Nachdem der Photolack 15 gebildet ist, wird ein konventioneller Ätzschritt durchgeführt und der Photolack abgezogen, was in der Bildung einer Kontaktstelle 17 resultiert, wie in Fig. 2 gezeigt ist.
Wie des weiteren in Fig. 2 gezeigt ist, wird ein flexibler dielektrischer Filmisolator 19 über der Rontaktstelle 17 mit einer Dicke von beispielsweise 0,001 - 0,002 Zoll gebildet. Pyralux kann wieder als der dielektrische Filmisolator 19 verwendet werden. Pyralux ist ein gestuftes Gießharz, welches unter Druck und Wärme laminiert wird. Viele weitere bekannte dielektrische Filmmaterialien könnten wieder verwendet werden.
Nachdem die Pyralux -Isolatorschicht 19 aufgetragen ist, wird eine Schicht 21 aus Photolack auf die Schicht 19 laminiert, wie in Fig. 3 gezeigt ist. In dieser Phase ist der Teil, welcher die Schichten 11, 19, 21 und die Kupferkontaktstelle 17 umfaßt, bereit zur Laserabtragung.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, wird ein Laserstrahl 25 durch eine Off-Contact-Maske 23 unterbrochen und durch geeignete optische Einrichtungen, die schematisch unter 24 gezeigt sind, auf das Werkstück fokussiert. Die Maske 23 enthält Öffnungen, welche durch Unterbrechen und Führen des Laserstrahls 25 die erwünschten Merkmale auf dem Werkstück definieren.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, trägt das fokussierte Laserlicht 25 eine Merkmalsöffnung oder Durchgangsöffnung 27 in der Struktur ab. Die Öffnung oder Durchgangsöffnung 27 erstreckt sich durch den Photolack und die dielektrischen Pyralux -Filmschichten 19, 21 bis zur Oberfläche der Kupferkontaktstelle 17.
Der verwendete Laser ist vorzugsweise ein Excimer-Laser, der Laserimpulse mit einer Wellenlänge von 248 Nanometer (nm) abgibt. Der Laser wird verwendet, um eine Durchgangsöffnung 27 mit einer Tiefe von beispielsweise 0,005 bis 0,008 Zoll abzutragen.
Wenn die Durchgangsöffnung 27 derart definiert ist, wird Kupfer 29 durch ein herkömmliches galvanisches Abscheidungsverfahren galvanisch in der Öffnung 27 abgeschieden, wie in Fig. 5 dargestellt ist. Das Kupfer 29 wird bündig mit der oberen Oberfläche 22 der Photolackschicht 21 akkumuliert.
Schließlich wird gemäß Fig. 6 die Photolackschicht 21 abgezogen, wobei das gewünschte Merkmal 29 verbleibt, welches auf der Kontaktstelle 17 ausgebildet ist und sich über der Pyralux -Isolierschicht 19 mit einem ausreichenden Abstand erstreckt, um die Zwischenverbindung mit einer Verbindungskontaktstelle zu ermöglichen, welche beispielsweise auf einer Mutterkarte angeordnet ist.
Wie es ohne weiteres ersichtlich ist, werden bei dem gerade beschriebenen Verfahren zahlreiche Schritte vermieden, welche bei dem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Merkmalen wie beispielsweise das in Merkmal 29 notwendig sind. Das Merkmal 29 wird des weiteren nach dem Ätzschritt zur Ausbildung der Kontaktstelle 17 abgeschieden, wodurch es zu einer genaueren Merkmalsanordnung beiträgt. Schließlich stellt die Laserabtragung gemäß Fig. 4 die Bildung kleinerer Merkmale und somit eine vergrößerte Zwischenverbindungsdichte zur Verfügung.
Aus Gründen der einfacheren Darstellung wurde die Bildung lediglich eines Metallmerkmals 29 näher erläutert. Für den Fachmann ergibt sich ohne weiteres, daß das Verfahren gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel zur Herstellung verschiedener Strukturierungen mit einer großen Anzahl derartiger Merkmale unter Verwendung verschiedener geeignet aufgebauter Masken wie beispielsweise die Maske 23 angewendet werden kann.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Zwischenverbindungs-merkmals (29) mit den Schritten:

Bilden einer leitenden Schicht (13) auf einem flexiblen Substrat (11);

Bilden einer Leitungskontaktstelle (17) aus der leitenden Schicht (13);

Bilden eines dielektrischen Isolierfilms (19) über die Kontaktstelle (17);

Bilden einer Maskierschicht (21) auf dem dielektrischen Isolierfilm (19);

Abtragen der Maskierschicht (21) und des dielektrischen Isolierfilms (19) zur Bildung einer Durchgangsöffnung (27), wobei die Durchgangsöffnung (27) an die Kontaktstelle (17) führt;

Aufbringen von leitendem Material in die Durchgangsöffnung (27), wobei das leitende Material zumindest einen Abschnitt der Durchgangsöffnung (27) oberhalb des dielektrischen Isolierfilms (19) füllt; und

Entfernen der Maskierschicht (21) zur Bildung des Zwischenverbindungsmerkmals (29).

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Abtragens das Abtragen der Maskierschicht (21) und des dielektrischen Isolierfilms (19) mit einem Laser (25) aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Laser einen Excimer-Laser aufweist.

4. Verfahren zur Herstellung eines Zwischenverbindungs-merkmals nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Schritt des Abtragens aufweist:

Positionieren einer Maske (23) bezüglich der Maskierschicht (21), wobei die Maske ein Mittel zum Definieren des Merkmals aufweist; und

Passieren eines Laserlichtstrahls (25) durch die Maske (23) zum Abtragen der Maskierschicht (21) und des dielektrischen Isolierfilms (19).

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Schritt des Bildens des elektrischen Isolierfilms (19) das Anlegen eines gestuften Gießharzes über die Kontaktstelle (17) aufweist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Maskierschicht (21) eine Photolackschicht aufweist und der Schritt des Entfernens das Abziehen des Photo-lackes aufweist.

7. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Schritt des Passierens eines Laserlichtstrahls (25) den Schritt des Erzeugens des Laserlichtstrahls mit einem Excimerlaser aufweist.

8 Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Excimerlaser eine Wellenlänge von 248 nm erzeugt.