CN117766417A - 晶圆测试模块及其制备方法、晶圆测试方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种晶圆测试模块及其制备方法、晶圆测试方法，晶圆测试模块包括晶圆和导电层，晶圆包括电路层和衬底层，导电层设置于电路层的背向衬底层的一侧，导电层至少覆盖电路层的电性能测试区域，电性能测试区域设有焊盘。晶圆测试方法：提供一晶圆测试模块；将晶圆测试模块固定在探针台上，晶圆测试模块的靠近衬底层的一侧朝向探针台；将探针与导电层接触，在焊盘、导电层和探针之间形成导电通道；通过导电通道对晶圆测试模块进行电性能测试。本申请的晶圆测试模块，提高了晶圆的机械强度，在测试过程中，探针无需直接接触晶圆焊盘，而是利用导电层，形成焊盘、导电层与探针之间的导电通道，从而可以对晶圆进行无损电性能检测。

Description

晶圆测试模块及其制备方法、晶圆测试方法

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，具体涉及一种晶圆测试模块及其制备方法、晶圆测试方法。

背景技术

目前，CP(chip probe)测试是检测晶圆电学性能常用的方法，利用真空吸盘将晶圆固定，然后探针施压接触晶圆焊盘，确保探针和焊盘之间形成欧姆接触，通过外围测试机输入输出信号，检测晶圆电学性能。然而，由于晶圆较薄，在真空吸附过程中晶圆容易破裂，更严重的是，下压的探针和焊盘直接接触过程中应力集中，会导致晶圆产生缺陷、隐裂纹甚至破裂，影响晶圆的测试良率以及封装后的可靠性。

发明内容

针对上述技术问题，本申请提供一种晶圆测试模块及其制备方法、测试方法，提高了晶圆的机械强度，可以对晶圆进行无损电性能检测。

为解决上述技术问题，本申请提供一种晶圆测试模块，包括晶圆和导电层，所述晶圆包括电路层和衬底层，所述导电层设置于所述电路层的背向所述衬底层的一侧，所述导电层至少覆盖所述电路层的电性能测试区域，所述电性能测试区域设有焊盘，所述导电层为异方性导电胶层。

可选地，还包括保护层，所述保护层设置于所述衬底层的背向所述电路层的一侧，所述保护层的形状和所述导电层的形状分别与所述晶圆的形状相匹配。

可选地，所述导电层的厚度为5～50μm。

本申请还提供一种晶圆测试模块的制备方法，包括以下步骤：

S20.提供一晶圆，所述晶圆包括电路层和衬底层，所述电路层包括电性能测试区域，所述电性能测试区域设有焊盘；

S21.在所述电路层的背向所述衬底层的一侧设置导电层，所述导电层至少覆盖所述电路层的电性能测试区域，得到晶圆测试模块，所述导电层为异方性导电胶层。

可选地，所述S20步骤之后，还包括：

在所述衬底层的背向所述电路层的一侧形成保护层，所述保护层的形状和所述导电层的形状分别与所述晶圆的形状相匹配。

可选地，所述S21步骤，包括：

对所述电路层进行等离子清洗处理；

在所述电路层的背向所述衬底层的一侧贴附异方性导电胶膜，或，旋涂异方性导电胶后固化，以形成所述导电层。

可选地，所述S20步骤，包括：

提供一晶圆，所述晶圆包括电路层和衬底层；

对所述衬底层的背向所述电路层的一侧进行减薄处理。

本申请还提供一种晶圆测试方法，包括以下步骤：

S30.提供一晶圆测试模块；

S31.将所述晶圆测试模块固定在探针台上，所述晶圆测试模块的靠近所述衬底层的一侧朝向所述探针台；

S32.将探针与所述导电层接触，在所述焊盘、所述导电层和所述探针之间形成导电通道；

S33.通过所述导电通道对所述晶圆进行电性能测试，所述导电层为异方性导电胶层。

可选地，所述S32步骤，包括：

将所述探针下压至所述导电层表面并加热所述探针，直至在所述焊盘、所述导电层和所述探针之间形成导电通道。

可选地，所述S33步骤之后，还包括：

去除所述导电层。

本申请的晶圆测试模块及其制备方法、晶圆测试方法，晶圆测试模块包括晶圆和导电层，晶圆包括电路层和衬底层，导电层设置于电路层的背向衬底层的一侧，导电层至少覆盖电路层的电性能测试区域，电性能测试区域设有焊盘，导电层为异方性导电胶层。晶圆测试结构的制备方法，包括：提供一晶圆，晶圆包括电路层和衬底层，电路层包括电性能测试区域，电性能测试区域设有焊盘；在电路层的背向衬底层的一侧设置导电层，导电层至少覆盖电路层的电性能测试区域，得到晶圆测试模块，导电层为异方性导电胶层。晶圆测试方法，包括：提供一晶圆测试模块；将晶圆测试模块固定在探针台上，晶圆测试模块的靠近所述衬底层的一侧朝向探针台；将探针与导电层接触，在焊盘、导电层和探针之间形成导电通道；通过导电通道对晶圆测试模块进行电性能测试，导电层为异方性导电胶层。本申请的晶圆测试模块，通过在晶圆正面设置导电层，提高了晶圆的机械强度，在测试过程中，探针无需直接接触晶圆焊盘，而是利用导电层，形成焊盘、导电层与探针之间的导电通道，起到缓冲作用，从而可以对晶圆进行无损电性能检测，同时避免超薄芯片焊盘产生针痕。

附图说明

图1是根据一实施例示出的晶圆测试模块的结构示意图之一；

图2是根据一实施例示出的晶圆测试模块的结构示意图之二；

图3是根据一实施例示出的晶圆测试模块的制备方法的流程示意图；

图4是根据一实施例示出的晶圆测试模块的制备方法的工艺示意图；

图5是根据一实施例示出的晶圆测试方法的流程示意图；

图6是根据一实施例示出的晶圆测试方法的工艺示意图之一；

图7是根据一实施例示出的晶圆测试方法的工艺示意图之二。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。

在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本申请的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。

虽然在一些实例中术语第一、第二等在本文中用来描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件进行区分。

再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

第一实施例

图1是根据一实施例示出的晶圆测试模块的结构示意图之一。如图1所示，本申请实施例的晶圆测试模块，包括晶圆1和导电层15，晶圆1包括电路层10和衬底层11，导电层15设置于电路层10的背向衬底层11的一侧，导电层15至少覆盖电路层10的电性能测试区域(未标示)，电性能测试区域设有焊盘17，导电层15为异方性导电胶层。

本申请实施例的晶圆测试模块，在靠近晶圆1的电路层10一侧设有导电层15，在测试晶圆1时探针可直接与导电层15接触进行晶圆1的电性能测试，降低了晶圆1的裂片风险，提升晶圆1的封装良率。

可选地，导电层15可由贴附的异方性导电胶膜或固化的异方性导电胶形成异方性导电胶层。其中，异方性导电胶膜和异方性导电胶为同一物质的不同形态，因此，异方性导电胶膜或固化的异方性导电胶层均具有的垂直方向电气导通，水平方向电气绝缘的特性，在测试时，在焊盘17、导电层15和探针之间可形成导电通道，从而可以对晶圆1进行无损电性能检测，其中异方性导电胶膜在工艺中使用更加的方便，不需要再增加额外的抹匀烘干步骤。

可选地，晶圆1的厚度小于50μm，导电层15的厚度可以为5～50μm，进一步地，导电层15的厚度在5～20μm，可以使晶圆1及晶圆测试结构均具备柔性。仅对于测试而言，晶圆1及晶圆测试结构不需要柔性也可以，但如果该芯片后续采用倒装工艺，则可以直接利用ACF膜进行倒装，此时ACF膜较薄，有利于产品柔性。经过倒装工艺后，该ACF膜就贴附在该晶圆结构上，不需要去掉，这样可以使柔性晶圆表面更加的平整光滑，否则该柔性晶圆表面会有很多凸起的圆球。

本实施例中，晶圆测试模块包括晶圆和导电层，晶圆包括电路层和衬底层，导电层设置于电路层的背向衬底层的一侧，导电层至少覆盖电路层的电性能测试区域，电性能测试区域设有焊盘，导电层为异方性导电胶层。本申请的晶圆测试模块，提高了晶圆的机械强度，在测试过程中，探针无需直接接触晶圆焊盘，而是利用导电层，形成焊盘、导电层与探针之间的导电通道，起到缓冲作用，从而可以对晶圆进行无损电性能检测，同时避免超薄芯片焊盘产生针痕。

第二实施例

图2是根据一实施例示出的晶圆测试模块的结构示意图之二。如图2所示，本申请实施例的晶圆测试模块与第一实施例的晶圆测试模块的区别为，还包括保护层14，保护层14设置于衬底层11的背向电路层10的一侧，保护层14的形状和导电层15的形状分别与晶圆1的形状相匹配。

这样，将晶圆1置于保护层14和导电层15之间，进一步提升了晶圆测试结构的机械强度。晶圆1与保护层14以及导电层15在形状上大小一致的设计，便于加工制作。需要说明的是，保护层14可为晶圆切割保护膜，晶圆切割保护膜主要用于高温环境工作表面处理遮蔽保护，具有优异的耐高温性，高粘着力、再撕离不残胶性和耐溶剂性等特性。

本实施例中，将晶圆1置于晶圆切割保护膜和异方性导电胶膜之间，形成三明治夹层结构，其中，晶圆1位于中间，晶圆1背面贴保护层14，正面贴导电层15(即异方性导电胶膜)，从而提高了晶圆1的机械强度。最后，在测试过程中，探针无需直接接触焊盘17，而是利用异方性导电胶膜具有的垂直方向电气导通，水平方向电气绝缘的特性，形成焊盘17、导电层15、探针之间的导电通道，起到缓冲作用，从而可以对晶圆1进行无损电性能检测，同时避免超薄芯片焊盘产生针痕。

第三实施例

图3是根据一实施例示出的晶圆测试模块的制备方法的流程示意图。图4是根据一实施例示出的晶圆测试模块的制备方法的工艺示意图。如图3和图4所示，本申请的晶圆测试模块的制备方法，包括以下步骤：

步骤S20：提供一晶圆，晶圆包括电路层10和衬底层11，电路层10包括电性能测试区域(未标示)，电性能测试区域设有焊盘(未标示)；

其中，晶圆的厚度为50μm，以使其具备可变形的柔性。

可选地，步骤S20，包括：

提供一晶圆，晶圆包括电路层10和衬底层11；

对衬底层11的背向电路层10的一侧进行减薄处理。

具体地，如图4所示的步骤S200中，提供前道工艺制备完成的厚晶圆(厚度一般在500μm以上)，厚晶圆的尺寸可以在4～12寸之间，衬底材料可以是硅、锗、砷化镓、氮化镓、碳化硅等，其中，晶圆结构可以简化为顶层的电路层10(厚度一般在10μm以下)以及底层的无机半导体材质的衬底层11。

在步骤S201中，将晶圆正面(即电路层10侧)贴附在支撑膜12上，支撑膜可以是UV(Ultra Violet)膜、蓝膜等。支撑膜12的两端绷在铁环13上形成平整表面，晶圆背面的衬底层11位于远离支撑膜12的一侧。

在步骤S202中，通过背面减薄工艺去除衬底层11的大部分，得到整体厚度小于50μm的柔性晶圆，即电路层10和剩余的衬底层11的厚度之和小于50μm。其中，背面减薄工艺包括：背面磨削和抛光工艺、背面干法刻蚀工艺、背面湿法刻蚀工艺等，其中，优选背面磨削和抛光工艺，因为该工艺适合大规模制造柔性晶圆。背面磨削分为粗磨和精磨，粗磨可以快速移除衬底材料，首先利用600目数金刚石砂轮粗磨至100μm，细磨可以去除粗磨造成的大部分背面损伤，利用3000目数金刚石砂轮粗磨至50μm，最后，利用化学机械抛光(CMP)将晶圆减薄至50μm以下，CMP可以完全去除背面损伤，从而获得高强度的柔性晶圆。

本实施例中，衬底层11的背面减薄完成后，保持柔性晶圆背面(即衬底层11侧)朝上，以进行下一步的倒膜工艺。

可选地，S20步骤之后，还包括：

在衬底层11的背向电路层10的一侧形成保护层14，保护层14的形状与晶圆的形状相匹配。

如图4所示的步骤S203中，首先在柔性晶圆背面(即衬底层11侧)贴保护层14，保护层14可以是晶圆切割保护膜，其面积大于柔性晶圆的面积。将支撑膜12从铁环13卸下，接着将保护层14的两端绷着铁环13上，然后去除支撑膜12。当支撑膜12为UV膜时，可通过对柔性晶圆正面照射紫外线，降低UV膜粘性后去除UV膜。这样使得晶圆正面(即电路层10侧)朝上，背面(即衬底层11侧)贴保护层14，并且保护层14平整绷在铁环13上的柔性晶圆。

步骤S21：在电路层10的背向衬底层11的一侧设置导电层15，导电层至少覆盖电路层的电性能测试区域，得到的晶圆测试模块，导电层为异方性导电胶层。

可选地，S21步骤，包括：

对晶圆的正面进行等离子清洗处理；

在电路层10的背向衬底层11的一侧贴附异方性导电胶膜，或，旋涂异方性导电胶后固化，以形成导电层15。

本实施例中，倒膜完成后，柔性晶圆正面朝上绷在铁环13上，下一步进行对晶圆正面(即电路层10侧)贴导电层15。为了减小探针和焊盘之间的欧姆接触，首先，利用等离子清洗柔性晶圆的电路层10，以便去除焊盘上的有机污染物以及金属氧化物。具体地，可使用等离子清洗机采用气体作为清洗介质，能有效地避免因液体清洗介质对被清洗物带来的二次污染。等离子清洗机外接一台真空泵，工作时清洗腔中的等离子体轻柔冲刷被清洗物的表面，短时间的清洗就可以使有机污染物被彻底地清洗掉，同时污染物被真空泵抽走，其清洗程度达到分子级。然后可利用真空贴膜方式，在柔性晶圆正面(即电路层10侧)贴异方性导电胶膜以形成导电层15，真空贴膜可以确保焊盘不会被二次氧化，并且可以确保贴膜后的平整度以及消除气泡。当然，在其他实施例中，待完成等离子清洗之后，也可在柔性晶圆正面(即电路层10侧)表面旋涂异方性导电胶后固化，以形成导电层15。需要说明的是，异方性导电胶膜和异方性导电胶为同一物质的不同形态，因此，异方性导电胶层或异方性导电胶旋涂固化形成的导电层15，均具有垂直方向电气导通，水平方向电气绝缘的特性，在测试时，在焊盘、导电层15和探针之间可形成导电通道，从而可以对柔性晶圆进行无损电性能检测。

接着，沿着晶圆边缘环切保护层14，从而将柔性晶圆测试结构从铁环13上取下，保护层14的形状、导电层15的形状分别与晶圆的形状相匹配，得到如步骤S204中所示的晶圆测试结构。

本实施例中，首先利用背面减薄的方法制备了柔性晶圆。然后，将柔性晶圆置于保护层14和导电层15之间，形成三明治夹层结构，其中，柔性晶圆位于中间，柔性晶圆背面贴晶圆切割保护膜，正面贴异方性导电胶膜，从而提高了柔性晶圆的机械强度。

第三实施例

图5是根据一实施例示出的晶圆测试方法的流程示意图。图6是根据一实施例示出的晶圆测试方法的工艺示意图之一。图7是根据一实施例示出的晶圆测试方法的工艺示意图之二。如图5至7所示，本申请实施例的晶圆测试方法，包括以下步骤：

步骤S30：提供一晶圆测试模块；

步骤S31：将晶圆测试模块固定在探针台19上，晶圆测试模块的靠近衬底层11的一侧朝向探针台19；

如图6所示，晶圆测试模块的保护层14与探针台19接触，导电层15朝向探针16。

步骤S32：将探针16与导电层15接触，在焊盘、导电层15和探针16之间形成导电通道；

如图6所示，在对晶圆进行电性能测试时，探针16未直接接触电路层10的表面，而是通过探针16与导电层15接触实现，这样有效避免了探针16直接接触电路层10时应力集中导致的晶圆破裂。

可选地，导电层为异方性导电胶膜，S32步骤，包括：

将探针下压至导电层表面并加热探针，直至在焊盘、导电层和探针之间形成导电通道。

如图6和图7所示，将加热的探针16下压至导电层15表面时。常规状态下异方性导电胶膜中的导电粒子18呈游离状态。由于高温高压的作用，使得沿探针16和焊盘17之间的垂直方向上的导电粒子18被激活，从而形成贯通焊盘17、导电层15和探针16的导电通道。

可选地，探针的加热温度为100～250℃。

实际实现时，可将晶圆测试模块置于探针台16上，并且真空吸附，确保晶圆表面平整，利用探针16测试晶圆的电学性能。探针16在下压过程中会对导电层15加压，同时对探针16加热，加压和加热过程会激活焊盘17和探针16垂直方向之间的导电粒子18，使得焊盘17和探针16之间形成互联通道，而导电层15未加压和加热的区域则绝缘，从而可以通过测试机对晶圆输入测试信号，获得输出信号，判断晶圆的电学性能好坏。探针16实际的下压距离可以根据探针16下压过程中的欧姆接触大小确认，选择欧姆接触最小的探针下压距离。探针16具体的加热温度根据不同导电层15的性能查表得到，一般在100～250℃之间。

步骤S33：通过导电通道对晶圆进行电性能测试，导电层为异方性导电胶层。

可选地，S33步骤之后，还包括：

去除导电层。

本实施例中，待柔性晶圆测试完成后，利用有机溶液去除导电层15，即可对晶圆直接进行后续的切割、剥离和封装工艺。

在测试过程中，探针16无需直接接触焊盘17，而是利用异方性导电胶膜具有的垂直方向电气导通，水平方向电气绝缘的特性，形成焊盘17、异方性导电胶膜、探针16之间的导电通道，从而可以对晶圆进行无损电性能检测。

本申请实施例的晶圆测试方法，包括：提供一晶圆测试模块；将晶圆测试模块固定在探针台上，晶圆测试模块的靠近衬底层的一侧朝向探针台；将探针与导电层接触，在焊盘、导电层和探针之间形成导电通道；通过导电通道对晶圆测试模块进行电性能测试，导电层为异方性导电胶层。本申请实施例中，探针无需直接接触晶圆焊盘，而是利用导电层，形成焊盘、导电层与探针之间的导电通道，起到缓冲作用，从而可以对晶圆进行无损电性能检测，同时避免超薄芯片焊盘产生针痕。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种晶圆测试模块，其特征在于，包括晶圆和导电层，所述晶圆包括电路层和衬底层，所述导电层设置于所述电路层的背向所述衬底层的一侧，所述导电层至少覆盖所述电路层的电性能测试区域，所述电性能测试区域设有焊盘，所述导电层为异方性导电胶层。

2.根据权利要求1所述的晶圆测试模块，其特征在于，还包括保护层，所述保护层设置于所述衬底层的背向所述电路层的一侧，所述保护层的形状和所述导电层的形状分别与所述晶圆的形状相匹配。

3.根据权利要求1所述的晶圆测试模块，其特征在于，所述导电层的厚度为5～50μm。

4.一种晶圆测试模块的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S20.提供一晶圆，所述晶圆包括电路层和衬底层，所述电路层包括电性能测试区域，所述电性能测试区域设有焊盘；

S21.在所述电路层的背向所述衬底层的一侧设置导电层，所述导电层至少覆盖所述电路层的电性能测试区域，得到晶圆测试模块，所述导电层为异方性导电胶层。

5.根据权利要求4所述的晶圆测试模块的制备方法，其特征在于，所述S20步骤之后，还包括：

在所述衬底层的背向所述电路层的一侧形成保护层，所述保护层的形状和所述导电层的形状分别与所述晶圆的形状相匹配。

6.根据权利要求4所述的晶圆测试模块的制备方法，其特征在于，所述S21步骤，包括：

对所述电路层进行等离子清洗处理；

在所述电路层的背向所述衬底层的一侧贴附异方性导电胶膜，或，旋涂异方性导电胶后固化，以形成所述导电层。

7.根据权利要求4所述的晶圆测试模块的制备方法，其特征在于，所述S20步骤，还包括：

提供一晶圆，所述晶圆包括电路层和衬底层；

对所述衬底层的背向所述电路层的一侧进行减薄处理。

8.一种晶圆测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

S30.提供一如权利要求1至3任一项所述的晶圆测试模块或采用如权利要求4至7任一项所述的晶圆测试模块的制备方法制备得到的晶圆测试模块；

S31.将所述晶圆测试模块固定在探针台上，所述晶圆测试模块的靠近所述衬底层的一侧朝向所述探针台；

S32.将探针与所述导电层接触，在所述焊盘、所述导电层和所述探针之间形成导电通道；

S33.通过所述导电通道对所述晶圆进行电性能测试，所述导电层为异方性导电胶层。

9.根据权利要求8所述的晶圆测试方法，其特征在于，所述S32步骤，包括：

将所述探针下压至所述导电层表面并加热所述探针，直至在所述焊盘、所述导电层和所述探针之间形成导电通道。

10.根据权利要求8所述的晶圆测试方法，其特征在于，所述S33步骤之后，还包括：

去除所述导电层。