CN100431127C - 用于探针结合的硅晶片以及使用其进行结合的方法 - Google Patents

Abstract

在本文中公开了一种用于探针结合的硅晶片和使用该硅晶片进行探针结合的方法。该用于探针结合的硅晶片在结构上进行了改进，以便利在探针基底上的探针结合。探针结合方法包括将硅晶片上的支撑柱结合到探针基底上的凸起。硅晶片在其表面形成有探针尖以及位于探针尖端部的支撑柱，以具有预定的排列图案。硅晶片还包括贯穿其上表面到下表面的开口。各个所述支撑柱的与所述探针尖相对的第二端通过所述开口暴露到外面。

Description

用于探针结合的硅晶片以及使用其进行结合的方法

技术领域

本发明涉及一种用于探针结合(probe bonding)的硅晶片，以及使用该硅晶片的探针结合方法。本分明尤其涉及这样一种硅晶片以及探针结合方法，所述硅晶片包括在其表面形成的探针尖以及支撑柱，该硅晶片在结构上进行了改进以便利到探针基底的探针结合，而所述探针结合方法用于将所述硅晶片的支撑柱接合到探针基底的凸起。

背景技术

通常，人们对半导体集成电路器件进行测试，以确定它们是否被制造为具有满足设计标准的电特性，其测试设备是探针设备。探针板作为探针设备的一个部件被设计为与设置在半导体集成电路器件中的衬垫(pad)接触，以此利用衬垫与探针设备的各种电信号发生器或信号探测器进行电通信。通过在探针板上的探针和衬垫之间进行的电通信，来测试半导体集成电路器件的操作是否正常。

悬臂型探针板通常具有4×8的芯片阵列结构(平行的32个DUT)，以与要测试的电组件芯片阵列相对应。

图1到图3是示出传统的标准探针板的制造工艺的平面图。

以下将对传统的标准探针板制造工艺进行简单说明。如图1所示，首先，在探针基底10的表面形成多个凸起11，以与在要被测试的电组件、芯片等的表面上设置的多个衬垫相对应。

接着，如图2所示，准备6英寸硅晶片20。6英寸硅晶片20具有在其表面形成的探针尖21以及支撑柱22。这里，凸起11、探针尖21和支撑柱22通过光刻和电镀工艺形成。

在准备好探针基底10和硅晶片20后，如图3所示，在各个凸起11的上端施加焊膏P。接着，将硅晶片20设置在探针基底10上，从而使得各个支撑柱22的端部与各个凸起11的上端接触，并将硅晶片20加热到约为200到350摄氏度的温度。由此，焊膏P熔融后将凸起11和支撑柱22相互附接在一起。最后，通过蚀刻将硅晶片20去除，探针结合工艺(其为探针板制造中的关键工艺)结束。

时下，随着半导体制造技术的发展，在一块基底上形成更多的芯片，以减少制造成本并提高生产率。这就相应地使用来测试芯片的探针板按比例增加(scale-up)。

图4到6是示出制造传统的大尺寸探针板的平面图。

如图4-6所示，使用具有8×16芯片阵列结构(平行的128个DUT)的大尺寸探针基底30以及与大规模的探针基底30对应的12英寸的硅晶片40，来制造传统的大尺寸探针板。

发明内容

技术问题

然而，上述传统探针板的制造工艺(如图1到3所示)具有以下缺点。

首先，由于为了将凸起11附着到支撑柱22，需要将探针基底10和硅晶片20加热到约为200到350摄氏度的温度，所以基底10的材料主要局限于基于陶瓷的材料。这就增加了探针板的价格。

其次，当基底10和硅晶片20在受热和冷却过程中承受热胀冷缩时，凸起11和支撑柱22之间的接触区域在高温下会产生位置误差，这是因为晶片20和陶瓷基底10的热膨胀系数不同而导致的。此外，冷却后产生的残留的应力会在接触区域产生剪力，从而使得在凸起11和支撑柱22之间产生不期望的分割。

第三，当探针基底的大小改变时，传统探针板的制造工艺对硅晶片的兼容性不好。例如，当必需用如图4-6所示的128-DUT探针基底替换32-DUT探针基底时，相应地，必需用12英寸的硅晶片代替6英寸的硅晶片。可以想象，随着探针测试设备的体积的逐渐增大，会周期性地产生传统探针结合工艺的兼容性问题。

第四，当使用大尺寸的硅晶片时，增加了生产缺陷产品的可能性，从而增加了产品制造成本。

技术方案

因此，本发明针对上述问题而提出，其目的在于提供一种用于探针结合的硅晶片，以及使用该硅晶片的探针结合方法，该方法能够使得在室温下使用局部激光扫描的方法制造探针板，从而允许使用各种探针基底材料，以此降低制造成本，并将由于热膨胀和收缩生成的残留应力对探针造成的损坏最小化。

本发明的另一个目的在于提供这样一种用于探针结合的硅晶片，以及使用该硅晶片的探针结合方法，它们能够允许使用恒定大小的硅晶片，而不用考虑探针基底的尺寸变化，从而使得用于探针结合的硅晶片具有高的兼容性。

根据本发明的第一方面，通过提供这样一种用于探针结合的硅晶片实现上述和其他目标，所述硅晶片包括：形成于所述硅晶片的第一表面的多个探针尖、以及多个支撑柱，所述支撑柱的每一个具有设置在所述多个探针尖中的每一个上的第一端，以具有预定的排列图案。所述硅晶片还包括多个开口，其贯穿所述硅晶片形成，以将各个所述支撑柱的与所述探针尖相对的第二端暴露。

根据本发明的第二方面，通过提供这样一种用于探针结合的硅晶片模块实现上述和其他目标，所述硅晶片模块通过将硅晶片分割成预定形状而形成，所述硅晶片包括：多个探针尖，在所述硅晶片的第一表面形成；以及多个支撑柱，其每一个具有与所述多个探针尖中的每一个相接触的第一端，以具有预定的排列图案，其中，所述硅晶片还包括贯穿所述硅晶片形成的多个开口，以允许所述多个支撑柱中的每一个的第二端都分别突入所述多个开口中的每一个，其中，所述各个支撑柱的第二端通过所述多个开口暴露到外面。

根据本发明的第三方面，通过提供这样一种用于探针结合的方法实现上述和其他目标，所述方法可包括以下步骤：a)将用于探针结合的硅晶片设置在探针基底上，从而使得所述硅晶片通过在其上形成的各个开口而暴露到外面的支撑柱分别与形成于所述探针基底的凸起接触；b)通过所述开口、利用来自外部源的激光束进行扫描，以将所述支撑柱结合到所述凸起；以及c)通过蚀刻将所述用于探针结合的硅晶片去除，而保留探针尖和支撑柱，其中每个所述探针尖与每个所述支撑柱的一端相接触。

根据本发明的第四方面，通过提供这样一种用于探针结合的方法实现上述和其他目标，所述方法可包括以下步骤：a)将用于探针结合的硅晶片模块设置在探针基底的预定区域，从而使得所述硅晶片模块的支撑柱分别与形成于所述探针基底的凸起的一部分接触，所述支撑柱通过贯穿所述硅晶片模块形成的各个开口而暴露到外面；b)将待被结合的一个或多个附加硅晶片模块组合到所述硅晶片模块，从而使得所述一个或多个附加硅晶片模块与所述探针基底上的所述凸起的剩余部分对应；c)通过所述开口、利用来自外部源的激光束进行扫描，以将所述支撑柱结合到所述凸起；以及d)通过蚀刻将所述用于探针结合的硅晶片模块去除，而保留探针尖和支撑柱，其中每个所述探针尖与每个所述支撑柱的一端相接触。

根据本发明的第五方面，通过提供这样一种用于探针结合的方法实现上述和其他目标，所述用于探针结合的硅晶片具有小于探针基底的尺寸，所述方法可包括以下步骤：a)将所述用于探针结合的硅晶片设置在所述探针基底的预定区域上，从而使得所述硅晶片的支撑柱分别与形成于所述探针基底的凸起接触，所述支撑柱通过在贯穿所述硅晶片形成的各个开口而暴露到外面；b)通过所述开口、利用来自外部源的激光束进行扫描，以将所述支撑柱结合到所述凸起；c)通过蚀刻将所述用于探针结合的硅晶片去除，而保留探针尖和支撑柱，其中每个所述探针尖与每个所述支撑柱的一端相接触；以及d)使用一个或多个与所述硅晶片的形状相同的、用于探针结合的附加硅晶片在所述探针基底的剩余部分顺序重复执行步骤a)到c)。

从以上的描述可以明显看出，根据本发明的用于探针结合的硅晶片，以及使用该硅晶片的探针结合方法具有以下的有益效果。

首先，根据本发明，能够使用局部激光扫描的方法，在室温下制造探针板。其有益效果在于，因为能够使用各种探针基底的材料，所以降低了探针板的制造成本，此外将由于热膨胀和收缩生成的残留应力对探针造成的损坏最小化。

第二，根据本发明，即便是探针基底的尺寸在改变，也可以使用具有恒定大小的硅晶片来执行在探针基底上的探针结合。这就使得用于探针结合的硅晶片具有高的兼容性。

第三，根据本发明，能够通过环氧粘接剂、双面胶等将玻璃板结合到硅晶片模块的表面上。玻璃板有效地控制所有硅晶片模块的平坦性，并防止在进行探针结合工艺期间，由于探针基底的凸起和硅晶片的支撑柱之间的接触区域被加热并冷却而形成的热膨胀和收缩使硅晶片松弛或变形。

附图说明

通过下面参照相应的附图对本发明进行详细描述后，本发明的上述和其他目标、特征和其他有益效果将变得显而易见，其中，

图1到3为示出传统标准探针板的制造工艺的平面图；

图4到6为示出传统的大尺寸探针板的制造工艺的平面图；

图7为示出根据本发明第一实施方式的用于探针结合的硅晶片的平面图；

图8为示出使用图7中的硅晶片制造探针板的平面图；

图9为示出根据本发明第二实施方式的、用于探针结合的硅晶片的放大平面图；

图10到13为根据本发明的、制造用于探针结合的硅晶片的工艺的侧截面图；

图14和15是示出根据本发明第三实施方式的、用于探针结合的硅晶片模块的平面图；

图16是示出根据本发明的、使用硅晶片的探针结合工艺的平面图；

图17是示出根据本发明的、使用硅晶片模块的探针结合工艺的平面图；

图18是示出根据本发明第四实施方式的、用于探针结合的硅晶片的使用实施例的侧截面图；以及

图19为使用图18的硅晶片的探针结合工艺的、去除了部分部件的放大侧截面图。

具体实施方式

下面将参照相应的附图对本发明的优选实施方案进行详细描述，在可能的情况下，在所有附图中使用相同的附图标号表示相同或相似的部件。

图7为示出根据本发明第一实施方式的用于探针结合的硅晶片的平面图。

如图7所示，通过蚀刻和电镀工艺，根据本发明第一实施方式的用于探针结合的硅晶片140在其表面形成有探针尖141和支撑柱142。在该实施方式中，在相互邻近设置的两对支撑柱142之间限定出第一开口143，从而使得支撑柱142部分地突入到第一开口143内。此外，在仅设置有一对支撑柱142以形成单位格子的区域，在两个支撑柱142之间限定有第二开口143’，从而使得支撑柱142部分地突入到第二开口143’内。第一开口143和第二开口143’从硅晶片140的上表面穿透到其下表面。由于这种结构，部分地突入到第一开口143或第二开口143’中的各个支撑柱142在其突入端经由第一开口143或第二开口143’而暴露在外。

同时，如图7所示，相互邻近设置的四个或两个支撑柱142被分配到第一开口143和第二开口143’，但并不局限于此。在本发明中，并未限制支撑柱142的排列设置结构，可以为各个开口分配一个或多个支撑柱142。

图9为示出根据本发明第二实施方式的、用于探针结合的硅晶片的放大平面图。

如图9所示，可以相互平行形成多个水平细长的开口143″，从而将预定个数的、相互邻近设置的支撑柱142分配到各个开口143″，并突入到其中。作为一种选择，可以根据支撑柱142的排列结构形成弯曲的开口。

开口143通过以下步骤形成：在硅晶片140的上表面涂附光刻胶、将形成有开口143的图案掩模附着到涂附到上表面的光刻胶、以及随后对掩模进行曝光和显影。

下面将参照图11-13详细描述开口的形成。

图10到13为根据本发明的、示出了用于探针结合的硅晶片的制造工艺的侧截面图。

如图10所示，首先将光刻胶160施加到硅晶片140的表面，即硅晶片140的与支撑柱142相对的上表面。

其次，如图11所示，在光刻胶160的预定部分顺序执行曝光和显影工艺后，将光刻胶160部分地去除，从而形成开口图案161。

第三，如图12所示，利用开口图案161对硅晶片140干法蚀刻，由此形成开口143。

最后，如图13所示，通过使用根据光刻胶的材料选择的化学制品，例如丙酮，将光刻胶160完全从硅晶片140的表面去除。支撑柱142的一端通过由上述工艺形成的开口143而暴露在外。

图8为示出使用用于探针结合的硅晶片140制造探针板的工艺平面图。

首先，支撑柱142通过在硅晶片140上形成的开口143暴露到外面的端部，被定位成与在基底130上形成的各个凸起131的上端接触，并且通过开口143，将来自分立的外部激光源200的激光束201扫描到支撑柱142和凸起131之间的接触区域。激光束201将施加到凸起131上端的焊膏P熔融，以使得支撑柱142与凸起131结合。在将所有的支撑柱142结合到在基底130上形成的相应凸起131后，通过蚀刻将硅晶片140去除，而保留探针尖141和支撑柱142。利用这种方式，完成探针板。

利用根据本发明的探针结合方法(其使用用于探针结合的硅晶片以及激光束)，通过局部加热将凸起和支撑柱结合。这使得探针板能够在室温下制造，而无需考虑探针基底的材料，从而使基底的成本降低。此外，本发明的探针结合方法不会由于热胀冷缩而产生残留的应力，从而防止了最后得到的探针被损坏。

同时，根据本发明的用于探针结合的硅晶片可被平均地分为四部分，从而将有缺陷的四分之一硅晶片切除，以得到硅晶片模块。

图14和15是示出根据本发明第三实施方式的、用于探针结合的硅晶片模块的平面图。

首先参照图14，当确定出用于探针结合的完整硅晶片240的四分之一部分240a具有缺陷部分E时，将四分之一部分240a从硅晶片240去除。

接着，如图15所示，将硅晶片240除了缺陷部分240a以外的剩余部分240b附着到探针基底230的相应部分上。在这种情况下，将从另一硅晶片切除下来的硅晶片模块340a附着到探针基底240与四分之一缺陷部分240a对应的剩余部分上。

可以通过将硅晶片分割为两个半圆部分(而不是四个相等部分)的方式形成硅晶片模块。此外，如果需要的话，可以通过偏离中心轴线的线将圆形硅晶片非相等地分割。同样，通过在晶片上形成的各个开口，利用扫描激光束能够实现使用该实施方式的硅晶片模块的探针结合。

根据本发明如上所述的改变，即便探针基底是大尺寸的，也可以使用传统的用于探针结合的小尺寸硅晶片。例如，参照图16，在图16中示出了根据本发明的、使用小于探针基底的硅晶片的探针结合工艺的平面图。

在现有技术的探针结合方法中，当使用具有平行的128个DUT的探针基底430时，具有平行的32个DUT的6英寸大小的硅晶片是不可用的。然而，形成有根据本发明的如图7所示开口143的6英寸硅晶片440能够被结合到探针基底430的四分之一。即，在将形成有开口的6英寸硅晶片440附着到探针基底430的四分之一后，使用激光束执行上述的探针结合工艺。接着，通过蚀刻将晶片除去，同时保留其探针尖和支撑柱。通过对探针基底430剩余的其他四分之一部分重复执行该探针结合工艺，来完成探针板。

图17是示出根据本发明的、使用硅晶片模块的探针结合工艺的平面图。

如图17所示，作为一种选择，在准备好具有开口的四个6英寸硅晶片后，将它们相互邻近设置，以与探针基底430的各个四分之一部分对应。在这种情况下，所有硅晶片的重叠邻近部分被切除，以此形成6英寸硅晶片模块440a。接着，使硅晶片模块440a相互邻接、并使用激光束将其结合到探针基底430。使用硅晶片模块440a的探针结合可以连续地在探针基底430的各个四分之一部分上执行，或可以在将硅晶片模块440a定位在距离探针基底430的各个四分之一的预定高度后，同时执行。

图18是示出根据本发明第四实施方式的、用于探针结合的硅晶片的使用实施例的侧截面图。

如图18所示，可以将玻璃板170附着到硅晶片140的与其支撑柱和探针尖相对的表面。使用玻璃板170可有效地防止在硅晶片140形成上述细长开口143″(如图9所示)时，在硅晶片140的中心发生松弛或变形。即，当使用激光束将凸起和支撑柱的接触区域加热并冷却时，它们不可避免地会进行热膨胀或收缩。这将由于细长开口143″的存在而使得硅晶片松弛或变形。玻璃板170能够有效地防止硅晶片140松弛或变形。

显然，可以将玻璃板170附着到图15中的组合的硅晶片模块340a和240b、或附着到图17中的组合的硅晶片模块440a。在这种情况下，玻璃板170还起到了保持硅晶片模块水平的作用。

在使用中，使用环氧粘接剂、双面胶等将玻璃板170结合到硅晶片或硅晶片模块的表面。图19是示出了使用设置有玻璃板170的硅晶片140的探针结合工艺的侧截面图，其中去除了部分部件。在这种情况下，玻璃板170允许激光束透入，因此对结合工艺没有影响。

尽管处于说明的目的，公开了本发明的优选实施方式，本领域的技术人员应该理解，在不背离由所附权利要求书限定的本分明的精神和范围下，能够对本发明作出各种修改、增加、以及替换。

Claims (12)

1.一种用于探针结合的硅晶片，包括形成于所述硅晶片的第一表面的多个探针尖、以及多个支撑柱，所述支撑柱的每一个具有设置在所述多个探针尖中的每一个上的第一端，以具有预定的排列图案，所述硅晶片还包括：

多个开口，其贯穿所述硅晶片形成，以将各个所述支撑柱的与所述探针尖相对的第二端暴露。

2.如权利要求1所述的硅晶片，其中，所述多个开口中的每一个具有线性形状。

3.如权利要求1所述的硅晶片，其中，所述多个开口中的每一个具有弯曲形状。

4.如权利要求1到3中任一项所述的硅晶片，还包括：

与所述硅晶片的第二表面接合的玻璃板，所述第二表面是所述支撑柱的相对面。

5.一种用于探针结合的硅晶片模块，所述硅晶片模块通过将硅晶片分割成预定形状而形成，所述硅晶片包括：

多个探针尖，在所述硅晶片的第一表面形成；以及

多个支撑柱，其每一个具有与所述多个探针尖中的每一个相接触的第一端，以具有预定的排列图案，其中，所述硅晶片还包括：

多个开口，贯穿所述硅晶片形成，以允许所述多个支撑柱中的每一个的第二端都分别突入所述多个开口中的每一个，其中，所述各个支撑柱的第二端通过所述多个开口暴露到外面。

6.如权利要求5所述的硅晶片模块，其中，所述多个开口中的每一个具有以所述硅晶片模块的水平方向延伸的细长线性形状，以及所述多个开口相互平行排列。

7.如权利要求5所述的硅晶片模块，其中，所述多个开口中的每一个具有弯曲形状。

8.如权利要求5到7中任一项所述的硅晶片模块，还包括：

与所述硅晶片模块的第二表面接合的玻璃板，所述第二表面是所述支撑柱的相对面。

9.一种探针结合方法，包括以下步骤：

a)将用于探针结合的硅晶片设置在探针基底上，从而使得所述硅晶片通过在其上形成的各个开口而暴露到外面的支撑柱分别与形成于所述探针基底的凸起接触；

b)通过所述开口、利用来自外部源的激光束进行扫描，以将所述支撑柱结合到所述凸起；以及

c)通过蚀刻将所述用于探针结合的硅晶片去除，而保留探针尖和支撑柱，其中每个所述探针尖与每个所述支撑柱的一端相接触。

10.一种探针结合方法，包括以下步骤：

a)将用于探针结合的硅晶片模块设置在探针基底的预定区域，从而使得所述硅晶片模块的支撑柱分别与形成于所述探针基底的凸起的一部分接触，所述支撑柱通过贯穿所述硅晶片模块形成的各个开口而暴露到外面；

b)将待被结合的一个或多个附加硅晶片模块组合到所述硅晶片模块，从而使得所述一个或多个附加硅晶片模块的支撑柱与所述探针基底上的所述凸起的剩余部分对应；

c)通过所述开口、利用来自外部源的激光束进行扫描，以将所述支撑柱结合到所述凸起；以及

d)通过蚀刻将所述用于探针结合的硅晶片模块去除，而保留探针尖和支撑柱，其中每个所述探针尖与每个所述支撑柱的一端相接触。

11.如权利要求10所述的方法，在所述步骤b)和步骤c)之间还包括：步骤e)将玻璃板接合于所述组合的硅晶片模块。

12.一种使用用于探针结合的硅晶片的探针结合方法，所述用于探针结合的硅晶片具有小于探针基底的尺寸，所述方法包括以下步骤：

a)将所述用于探针结合的硅晶片设置在所述探针基底的预定区域上，从而使得所述硅晶片的支撑柱分别与形成于所述探针基底的凸起接触，所述支撑柱通过在贯穿所述硅晶片形成的各个开口而暴露到外面；

b)通过所述开口、利用来自外部源的激光束进行扫描，以将所述支撑柱结合到所述凸起；

c)通过蚀刻将所述用于探针结合的硅晶片去除，而保留探针尖和支撑柱，其中每个所述探针尖与每个所述支撑柱的一端相接触；以及

d)使用一个或多个与所述硅晶片的形状相同的、用于探针结合的附加硅晶片在所述探针基底的剩余部分顺序重复执行步骤a)到c)。

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