DE10107180A1

DE10107180A1 - Testsystem zur Funktionsprüfung eines Halbleiterbauelements auf einem Wafer und Betriebsverfahren

Info

Publication number: DE10107180A1
Application number: DE10107180A
Authority: DE
Inventors: Udo Hartmann
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2001-02-15
Filing date: 2001-02-15
Publication date: 2002-09-26
Anticipated expiration: 2021-02-16
Also published as: US20020109524A1; DE10107180B4; US6774649B2

Abstract

Ein Testsystem zur Funktionsprüfung eines Halbleiterbauelements auf einem Wafer, mit einer Spannungsquelle (12), die eine Versorgungsspannung des zu testenden Bauelements (40) bereitgestellt, zwei mit der Spannungsquelle verbundenen Versorgungskontaktiernadeln (34, 36) zum Anlegen der Versorgungsspannung an Anschlußflächen (44, 46) des zu testenden Bauelements (40), weist eine Lesekontaktiernadel (38) zum Herstellen einer stromlosen elektrischen Leseverbindung (18, 38) des Testsystems (10) mit einer Anschlußfläche (46) des zu testenden Bauelements (40) und Mittel zum Regeln der von der Spannungsquelle (12) gelieferten Ausgangsspannung auf Grundlage des elektrischen Potentials der Lesekontaktiernadel (38) auf. Dadurch kann die Versorgungsspannung des Halbleiterbauelements beim Funktionstest genauer eingestellt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Testsystem zur Funkti onsprüfung eines Halbleiterbauelements auf einem Wafer mit einer Spannungsquelle, die eine Versorgungsspannung des zu testenden Bauelements bereitstellt und zwei mit der Span nungsquelle verbundene Versorgungskontaktiernadeln zum Anle gen der Versorgungsspannung an Anschlußflächen des zu testen den Bauelements.

Neue Generationen von Halbleiterbauelementen, insbesondere auch von Halbleiterspeichern, arbeiten bei Taktfrequenzen von weit über 200 MHz. Die Ausbeute funktionsfähiger Bauelemente läßt sich erhöhen und die Kosten für die Tests gehäuster Bau steine lassen sich senken, wenn die erforderlichen Tests auf Funktionsfähigkeit der Bausteine soweit als möglich bereits auf Waferebene stattfinden.

Die Verbindung zwischen dem Testsystem und dem Bauelement wird beim Test auf Waferebene durch eine Nadelkarte herge stellt. Der Großteil der Kontaktiernadeln dient dabei der Übertragung der schnellen Testsignale von dem Testsystem an den zu testenden Baustein. Weitere, mit einer Spannungsquelle verbundene Kontaktiernadeln führen eine oder mehrere Versor gungsspannungen, beispielsweise mit einem Pegel von 3,3 V oder 2,5 V, an entsprechende Anschlußflächen des Halbleiter bausteins.

Es ist auch bekannt, eine stromfreie Leseleitung (Sense) vor zusehen, die auf der Nadelkarte mit einer der stromtreibenden Spannungsversorgungsleitungen (Force) verbunden ist. Durch Erfassen der Potentialdifferenz zwischen der Spannungsquelle und dem Meßpunkt (der Verbindungsstelle zwischen Force- und Senseleitung) können die Spannungsabfälle entlang der Zuleitungen von der Spannungsquelle über den Lesekopf, verschiede nen Verbindern, und der Hauptplatine bis hin zur Nadelkarte kompensiert werden.

Dabei ergibt sich das Problem, daß die Genauigkeit, mit der die Versorgungsspannung an den Anschlußflächen des Halblei terbauelements bereitgestellt werden kann, vom Zustand der Nadelkarte abhängt. Eine Nadelkarte mit frisch gereinigten Nadeln stellt etwa bei gleicher Ausgangsspannung der Span nungsquelle auf dem Halbleiterchip eine höhere Spannung be reit, als eine Nadelkarte, auf deren Nadeln sich durch länge re Benutzung bereits Aluminium oder andere Verunreinigungen angesammelt haben.

Da der Pegel der Spannungsversorgung von Halbleiterbauelemen ten mit zunehmender Verkleinerung ebenfalls niedriger wird, gewinnen solche Variationen der Versorgungsspannung zunehmend an Bedeutung.

Hier setzt die Erfindung an. Der Erfindung wie sie in den An sprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Testsystem zur Funktionsprüfung eines Halb leiterbauelements auf einem Wafer so weiter zu entwickeln, daß eine Versorgungsspannung mit erhöhter Genauigkeit an ent sprechende Anschlußflächen des zu testenden Bauelements ange legt werden kann. Diese Aufgabe wird durch das Testsystem nach Anspruch 1 und das Verfahren nach Anspruch 6 oder 7 ge löst. Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprü chen.

Das erfindungsgemäße Testsystem weist neben den Versorgungs kontaktiernadeln eine Lesekontaktiernadel zum Herstellen ei ner stromlosen elektrischen Leseverbindung des Testsystems mit einer Anschlußfläche des zu testenden Bauelements auf.

Weiter sind Mittel zum Regeln der von der Spannungsquelle ge lieferten Ausgangsspannung auf Grundlage des elektrischen Po tentials der Lesekontaktiernadel vorgesehen.

Die Erfindung beruht somit auf dem Gedanken, eine Leseleitung über eine Lesekontaktiernadel bis auf eine Anschlußfläche des zu testenden Bausteins zu erstrecken. Durch die Regelung der von der Spannungsquelle gelieferten Ausgangsspannung auf Grundlage des elektrischen Potentials der Lesekontaktiernadel kann die Versorgungsspannung unabhängig von einem Übergangs widerstand zwischen Versorgungskontaktiernadel und Anschluß pad auf den gewünschten Zielwert eingestellt werden.

Dies kann dadurch geschehen, daß mit der Lesekontaktiernadel eine solche Anschlußfläche des Bauelements kontaktiert wird, die mit der von der potentialführenden Versorgungskontaktier nadel kontaktierten Anschlußfläche elektrisch verbunden ist.

Unter einer stromlosen Leseverbindung des Testsystems mit ei ner Anschlußfläche des zu testenden Bauelement ist dabei eine Verbindung verstanden, bei der zur Potentialbestimmung ein so kleiner Meßstrom eingeprägt wird, daß Spannungsabfälle ent lang der Leseleitung auf das Ergebnis keinen nennenswerten Einfluß haben.

Die Potentialdifferenz zwischen der Lesekontaktiernadel und der masseführenden Vorsorgungskontaktiernadel gibt somit die tatsächlich an den entsprechenden Anschlüssen des Baulements anliegende Versorgungsspannung an, so daß die Ausgangsspan nung des Spannungsquelle entsprechend der Abweichung zur ge wünschten Zielversorgungsspannung nachgeregelt werden kann.

Bei der herkömmlichen Vorgehensweise, bei der die Leseleitung mit einer Versorgungsleitung auf der Nadelkarte verbunden ist, wird der Spannungsabfall zwischen der Nadelkarte und dem zu testenden Baustein nicht berücksichtigt wird. Es wurde nun gefunden, daß dieser Wert in der Praxis beim Testen von Spei cherbausteinen in der Größenordnung von 50 mV liegt.

Hinzu kommt, daß der Übergangswiderstand zwischen den Versor gungskontaktiernadeln und den Anschlußpads des Halbleiterbau elements wesentlich vom Zustand, insbesondere vom Verschmut zungsgrad der Nadeln und der Zeitdauer seit der letzten Rei nigung der Nadelkarte bestimmt wird. Durch die erfindungsge mäß vorgesehene Lesekontaktiernadel entfällt die Abhängigkeit der angelegten Versorgungsspannung vom Übergangswiderstand zwischen Versorgungsnadeln und Anschlußpad und damit die Ab hängigkeit vom Zustand der Nadelkarte.

Die Versorgungsspannung für das Halbleiterbauelement somit genauer eingestellt werden. Diese zusätzliche Genauigkeit ge winnt mit der Miniaturisierung der Bauelemente zunehmend an Bedeutung. Der von den Bausteinen gezogene Strom bleibt näm lich auch bei abnehmender Versorgungsspannung Vcc in etwa konstant, so daß der Spannungsabfall aufgrund eines Über gangswiderstands zwischen Versorgungsnadeln und Anschlußpad in etwa gleich bleibt. Wegen des sinkenden Absolutwerts der Versorgungsspannung nimmt jedoch der durch den Spannungsab fall erzeugte prozentuale Fehler von Typgeneration zu Typge neration zu.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der Beobachtung, daß die Stromaufnahme eines Chips während des Testbetriebs von der Arbeitsfrequenz abhängt. Wird beispielsweise beim Test die Funktion eines Bauelements zunächst bei einer niedrigen Ar beitsfrequenz und bei erfolgreichem Niederfrequenztest an schließend bei einer höheren Arbeitsfrequenz getestet, steigt die Stromaufnahme des Bauelements. Wird die Versorgungsspan nung in herkömmlicher Weise durch ein bekanntes Testsystem geliefert, ändert sich mit der Stromaufnahme auch der Span nungsabfall am Übergangswiderstand, und damit die am Chip an liegende Versorgungsspannung. Durch die erfindungsgemäße Re gelung der Ausgangsspannung über die Lesekontaktiernadel entfällt der Einfluß des Übergangswiderstands, und damit die be schriebene Abhängigkeit.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Testsystem eine zweite Lesekontaktiernadel zur stromlosen elektrischen Leseverbindung des Testsystems mit einer Anschlußfläche des zu testenden Bauelements. Die von der Spannungsquelle gelie ferte Ausgangsspannung wird dann in Abhängigkeit von sowohl dem Potential ersten Lesekontaktiernadel als auch dem Poten tial der zweiten Lesekontaktiernadel geregelt. Dies ermög licht, Übergangswiderstände und damit Spannungsabfälle sowohl in der potentialführenden als auch der masseführenden Versor gungsleitung zu kompensieren. Die stromlose Leseverbindung ermöglicht wiederum eine unverfälschte Bestimmung des Poten tials.

In einer Ausführungsform sind die Versorgungskontaktiernadeln und die eine oder die zwei Lesekontaktiernadeln auf einer Na delkarte angeordnet.

Dabei ist bevorzugt die erste Lesekontaktiernadel auf der Na delkarte über einen Widerstand mit einer der Versorgungskon taktiernadeln, zweckmäßig mit der potentialführenden Versor gungskontaktiernadel verbunden. Dadurch wird im Fall eines schlechten oder nicht vorhandenen Kontakts der Lesekontak tiernadel auf dem zu testenden Baustein noch eine Ausregelung aller zwischen Spannungsquelle und Nadelkarte auftretenden Spannungsabfälle, wenn auch nicht mehr des Spannungsabfalls aufgrund des Übergangswiderstands ermöglicht.

Im Fall, daß eine zweite Lesekontaktiernadel vorgesehen ist, wird diese zweckmäßig auf der Nadelkarte über einen Wider stand mit der anderen, zweckmäßig der masseführenden Versor gungskontaktiernadel verbunden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen der Beschreibung der Ausführungsbeispiele und der Zeichnungen.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie len im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wer den. Dabei sind jeweils nur die für das Verständnis der Er findung wesentlichen Elemente dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Aus führungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein Testsystem 10, das neben nicht dargestell ten Einrichtungen zur Erzeugung und Abgabe von Testsignalen eine programmierbare Spannungsversorgung 12 aufweist. Auf ei nem Wafer 42 befindet sich ein zu testender Speicherbaustein 40, der unter anderem ein Anschlußpad 44 für den Massean schluß und ein Anschlußpad 46 für die positive Versorgungs spannung Vcc aufweist. Das Anschlußpad 46 ist dabei groß ge nug, daß darauf zwei Kontaktiernadeln nebeneinander Platz finden.

Die Versorgungsspannung wird von der programmierbaren Span nungsquelle 12 bereit gestellt und über stromtreibende Lei tungen 14, 16 an die entsprechenden Anschlußpads 44,46 ge führt. Die Leitungen 14, 16 laufen zu einer Nadelkartenanord nung 20, welche einen Testkopf 22, ZIF-Verbinder 24, eine Hauptplatine 26, Pogo-pins 28 und ein Nadelkartenboard 30 aufweist. Die einzelnen Elemente der Nadelkartenanordnung 20 sind in dabei in Fig. 1 lediglich schematisch dargestellt.

Im Testbetrieb wird über Kontaktiernadeln 34, 36 und 38 eine elektrische Verbindung zwischen der Nadelkartenanordnung 20 und dem zu testenden Baustein 40 hergestellt. Die erste Versorgungskontaktiernadel 34 verbindet den Masseausgang der Spannungsquelle 12 mit dem Anschlußpad 44, und die zweiter Versorgungskontaktiernadel 36 verbindet den Pluspol der Ver sorgungsspannung mit dem entsprechenden Anschlußpad 46.

Weiter ist eine Leseleitung 18 und eine zugehörige Lesekon taktiernadel 38 vorgesehen, mit der im Testbetrieb ebenfalls das Anschlußpad 46 kontaktiert wird. Über die Lesekontaktier nadel 38 und die Leseleitung 18 wird praktisch stromlos das Potential des Anschlußpads 46 relativ zu Masse ermittelt.

Weicht das gemessene Potential von der angestrebten Versor gungsspannung, im Ausführungsbeispiel 3,3 V ab, so regelt die programmierbare Spannungsquelle 12 die Ausgangsspannung ent sprechend der Abweichung nach. Im eingeregelten Zustand liegt somit auf dem zu testenden Baustein zwischen den Anschlußpads 44 und 46 gerade die angestrebte Versorgungsspannung an, und alle Spannungsabfälle die auf den Komponenten der Nadelkar tenanordnung 22-30 auftreten, sowie ein Übergangswiderstand zwischen den Versorgungsnadeln 34, 36 und den entsprechenden Anschlußpads 44, 46 sind kompensiert.

Die Spannungsversorgung für den Chip kann dadurch wesentlich genauer eingestellt werden. Veränderliche Übergangswiderstän de, etwa durch einen sich zeitlich verändernden Verschmut zungsgrad der Kontaktiernadeln sind eliminiert.

Auf dem Nadelkartenboard 30 ist die positive Versorgungsspan nungsleitung 16 und die Leseleitung 18, bzw. die Versorgungs kontaktiernadel 36 und die Lesenadel 38 über einen Widerstand 32 miteinander verbunden.

Dadurch ist sichergestellt, daß auch im Fall eines schlechten oder nicht vorhandenen Kontakts der Lesekontaktiernadel 38 auf dem Chip zumindest die Spannungsabfälle an den Komponen ten der Nadelkartenanordnung 20 kompensiert werden können. Im Ausführungsbeispiel hat der Widerstand 32 bei einem Eingangswiderstand der Spannungsquelle 12 von 10 MOhm einen Wert von etwa 10 kOhm, was bei erwarteten Übergangswiderständen zwi schen Kontaktiernadeln und Anschlußpads von etwa 10 Ohm eine ausreichende Meßgenauigkeit gewährleistet.

In einer zweiten Ausführungsform (Fig. 2) ist auch für die Masseleitung 14 eine Leseleitung 19 und eine zugehörige zwei te Lesekontaktiernadel 39 vorgesehen. Mit einer solchen Aus führungsform lassen sich auch Spannungsabfälle entlang der Masseleitung kompensieren. Für den Fall fehlenden oder schlechten Kontakts der Lesekontaktiernadel 39 ist auf dem Nadelkartenboard ein Widerstand 33 zwischen die negative Ver sorgungsspannungsleitung 14 und die Leseleitung 19 geschal tet.

Der auf dem Wafer 62 angeordnete, zu testende Baustein 60 weist in der Darstellung der Fig. 2 ein Anschlußpad 66 für die positive Versorgungsspannung auf, das groß genug ist, um nebeneinander zwei Kontaktiernadeln 36, 38 Platz zu bieten. Bei der negativen Versorgungsspannung (Masse) sind zur Illu stration zwei getrennte Anschlußpads 64, 69 für die jeweili gen Kontaktiernadeln 34, 39 auf dem Chip gezeigt, welche durch eine leitende Verbindung 70 elektrisch miteinander ver bunden sind.

Auch bei dieser Ausführungsform kann durch die stromlose Be stimmung der Potentialwerte über die Leseleitungen 18, 19 ei ne genaue Einstellung der Versorgungsspannung durch entspre chende Nachregelung der Ausgangsspannung der programmierbaren Spannungsquelle 52 erfolgen.

Claims

1. Testsystem zur Funktionsprüfung eines Halbleiterbauele ments auf einem Wafer, mit
einer Spannungsquelle (12; 52), die eine Versorgungsspannung des zu testenden Bauelements (40; 60) bereitstellt;
zwei mit der Spannungsquelle verbundene Versorgungskontak tiernadeln (34, 36) zum Anlegen der Versorgungsspannung an An schlußflächen (44, 46; 64, 66) des zu testenden Bauelements (40; 60);
gekennzeichnet durch
eine Lesekontaktiernadel (38) zum Herstellen einer stromlo sen elektrischen Leseverbindung (18, 38) des Testsystems (10) mit einer Anschlußfläche (46; 66) des zu testenden Bauelements (40; 60); und
Mittel zum Regeln der von der Spannungsquelle (12; 52) ge lieferten Ausgangsspannung auf Grundlage des elektrischen Po tentials der Lesekontaktiernadel (38).

2. Testsystem nach Anspruch 1, mit einer zweiten Lesekontak tiernadel (39) zum Herstellen einer stromlosen elektrischen Leseverbindung (19, 39) des Testsystems (10) mit einer An schlußfläche (69) des zu testenden Bauelements (40; 60), und mit Mitteln zum Regeln der von der Spannungsquelle (52) gelieferten Ausgangsspannung auf Grundlage des Potentials der Lesekontaktiernadeln (38, 39).

3. Testsystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Versor gungskontaktiernadeln (34, 36) und die Lesekontaktiernadel(n) (38, 39) auf einer Nadelkarte (20) angeordnet sind.

4. Testsystem nach Anspruch 3, bei dem die erste Lesekontak tiernadel (38) auf der Nadelkarte (20) über einen Widerstand (32) mit einer der Versorgungskontaktiernadeln (36), insbe sondere der potentialführenden Versorgungskontaktiernadel (36) verbunden ist.

5. Testsystem nach Anspruch 4, bei dem weiter die zweite Le sekontaktiernadel (39) auf der Nadelkarte (20) über einen Wi derstand (33) mit der anderen der Versorgungskontaktiernadeln (34) verbunden ist.

6. Verfahren zur Funktionsprüfung eines Halbleiterbauelements auf einem Wafer, mit einem Testsystem nach einem der Ansprü che 1 bis 5, bei dem
eine zu erreichende Zielversorgungsspannung des Halbleiter bausteins festgelegt wird,
über die zwei Versorgungskontaktiernadeln eine Versorgungs spannung an entsprechende Anschlußflächen des zu testenden Bauelement angelegt wird,
über die erste Lesekontaktiernadel eine stromlose elektri sche Leseverbindung mit einer solchen Anschlußfläche des Bau elements hergestellt wird, die mit einer von einer Versor gungskontaktiernadeln kontaktierten Anschlußfläche elektrisch verbunden ist,
das Potential der ersten Lesekontaktiernadel relativ zu ei nem Bezugspotential ermittelt wird, und
die Ausgangsspanung der Spannungsquelle abhängig von dem ermittelten Potential geregelt wird, um eine Annäherung an die Zielversorgungsspannung zu erreichen.

7. Verfahren zur Funktionsprüfung eines Halbleiterbauelements auf einem Wafer, mit einem Testsystem nach Anspruch 2 oder einem auf Anspruch 2 rückbezogenen Anspruch, bei dem
eine zu erreichende Zielversorgungsspannung des Halbleiter bausteins festgelegt wird,
über die zwei Versorgungskontaktiernadeln eine Versorgungs spannung an entsprechende Anschlußflächen des zu testenden Bauelement angelegt wird,
über die erste und zweite Lesekontaktiernadel jeweils eine stromlose elektrische Leseverbindungen mit einer solchen An schlußfläche des Bauelements hergestellt werden, die mit ei ner von einer der Versorgungskontaktiernadeln kontaktierten Anschlußfläche elektrisch verbunden ist,
das Potential der ersten und zweiten Lesekontaktiernadel relativ zu einem Bezugspotential ermittelt wird, und
die Ausgangsspanung der Spannungsquelle abhängig von den ermittelten Potentialen geregelt wird, um eine Annäherung an die Zielversorgungsspannung zu erreichen.