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Allgemeiner Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleitersubstrat, ein Verfahren
zum Bestimmen der Position eines Verbindungselements und ein Verfahren
zum Verbinden eines Verbindungselements mit einem Halbleitersubstrat.
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Halbleiterchips
enthalten Kontaktpads auf einer oder mehreren ihrer Oberflächen. Techniken
zum Herstellen von integrierten Schaltungen beinhalten mehrere identische
Chips auf einem großen
Halbleiter-Wafer. Diese Chips werden auf der Wafer- oder individuellen
Chipebene getestet, um zu bestimmen, welche in nachfolgenden Herstellungsschritten
verwendet werden können.
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Die
Anlage zum Durchführen
dieser Tests enthält
ein Verbindungselement und eine Sondenspitze zum Herstellen eines
Kontakts mit den Kontaktpads auf den individuellen Halbleiterchips.
Wegen der geringen Größe der Chips,
der Anzahl von Kontaktpads auf einem individuellen Chip und der
geringen Größe der Kontaktpads
ist es erforderlich, die Sondenspitzen präzise auf die Kontaktpads auf
dem Chip auszurichten. Dazu wird es erforderlich sein, eine Sondenspitze
zu einer gewünschten
Position zu bewegen, wo ein Kontakt mit einem Kontaktpad auf dem
Chip hergestellt werden soll, um die Position der Sondenspitze zu
bestimmen und die Position der Sondenspitze zu korrigieren, wenn
es sich herausstellt, dass die Istposition nicht der Sollposition
entspricht.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
beiliegenden Zeichnungen sind aufgenommen, um ein eingehenderes
Verständnis
von Ausführungsformen
zu vermitteln, und sind in diese Spezifikation aufgenommen und stellen
einen Teil dieser dar. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausfüh rungsformen
und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung von Prinzipien von
Ausführungsformen.
Andere Ausführungsformen
und viele der damit einhergehenden Vorteile von Ausführungsformen
lassen sich ohne weiteres verstehen, wenn sie durch Bezugnahme auf
die folgende ausführliche
Beschreibung verstanden werden. Die Elemente der Zeichnungen sind
relativ zueinander nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen
bezeichnen entsprechende ähnliche
Teile.
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1 veranschaulicht
eine schematische Draufsicht einer Ausführungsform eines Halbleitersubstrats.
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2 veranschaulicht
eine schematische Draufsicht auf erste Verbindungspads, um eine
weitere Ausführungsform
eines Halbleitersubstrats zu veranschaulichen.
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3 veranschaulicht
eine schematische Draufsicht auf erste Verbindungspads und eine
erste Schaltung, um eine weitere Ausführungsform eines Halbleitersubstrats
zu veranschaulichen.
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4 veranschaulicht
eine schematische Draufsicht auf erste Verbindungspads und eine
erste Schaltung, um eine weitere Ausführungsform eines Halbleitersubstrats
zu veranschaulichen.
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5 veranschaulicht
ein Flussdiagramm einer Ausführungsform
eines Verfahrens zum Bestimmen der Position eines Verbindungselements.
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6 veranschaulicht
ein Flussdiagramm einer Ausführungsform
eines Verfahrens zum Verbinden eines Verbindungselements mit einem
Halbleitersubstrat.
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Ausführliche Beschreibung
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In
der folgenden ausführlichen
Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen,
die einen Teil hiervon bilden und in denen als Veranschaulichung
spezifische Ausführungsformen
gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden kann. In
dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa "Oberseite", "Unterseite", "Vorderseite", "Rückseite", "vorderer", "hinterer" usw. unter Bezugnahme
auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Weil
Komponenten von Ausführungsformen
in einer Reihe verschiedener Orientierungen positioniert sein können, wird
die Richtungsterminologie zu Zwecken der Darstellung verwendet und
ist in keinerlei Weise beschränkend.
Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle
oder logische Änderungen
vorgenommen werden können,
ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die folgende ausführliche
Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinne zu verstehen,
und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung wird durch die
beigefügten
Ansprüche
definiert.
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Es
versteht sich, dass die Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen
Ausführungsbeispiele
miteinander kombiniert werden können,
sofern nicht spezifisch etwas anderes angegeben ist.
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Die
Ausführungsformen
eines Halbleitersubstrats, eines Verfahrens zum Bestimmen der Position eines
Verbindungselements und eines Verfahrens zum Verbinden eines Verbindungselements
mit einem Halbleitersubstrat können
verschiedene Arten von Halbleiterchips oder Halbleitersubstraten
verwenden, unter ihnen logische integrierte Schaltungen, analoge
integrierte Schaltungen, integrierte Mischsignalschaltungen, Sensorschaltungen,
MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems – mikroelektromechanische Systeme),
integrierte Leistungsschaltungen, Chips mit integrierten passiven
Elementen usw. Das Halblei tersubstrat kann auch ein Halbleiter-Wafer
sein, der mehrere hergestellte Halbleiterchips enthält.
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Die
Halbleiterchips enthalten Kontaktelemente oder Kontaktpads auf einer
oder mehreren ihrer äußeren Oberflächen, wobei
die Kontaktelemente zum elektrischen Kontaktieren der Halbleiterchips dienen.
Die Kontaktelemente oder Kontaktpads können aus einem beliebigen elektrisch
leitenden Material hergestellt sein, zum Beispiel aus einem Metall wie
Aluminium, Gold oder Kupfer, als Beispiel, oder einer Metalllegierung
oder einem elektrisch leitenden organischen Material oder einem
elektrisch leitenden Halbleitermaterial.
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Das
Halbleitersubstrat kann eine Detektoranordnung enthalten zum Detektieren
der Position eines Verbindungselements. Bei dem Verbindungselement
kann es sich um ein beliebiges Verbindungselement handeln, das auf
einem Kontaktpad oder Kontaktelement des Halbleiterchips platziert
werden kann, wobei der Kontaktbereich zwischen dem Verbindungselement
und dem Kontaktpad einen Oberflächenbereich
des Kontaktpads enthält
oder beinhaltet. Das Verbindungselement kann beispielsweise eine
Sondenspitze sein, wie aus einem herkömmlichen Halbleiter-Waferprüfgerät bekannt
ist.
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1 veranschaulicht
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Halbleitersubstrats
in einer Draufsicht. Bei dem Halbleitersubstrat 10 kann
es sich um jede Art von Halbleiterchip handeln. Das Halbleitersubstrat 10 kann
eine beliebige Art von in der Figur nicht dargestellter Schaltungsanordnung
enthalten. Außerdem
enthält
das Halbleitersubstrat 10 erste Verbindungspads 1,
die auf der oberen Oberfläche
des Halbleitersubstrats 10 angeordnet sind. Das Halbleitersubstrat 10 enthält weiterhin
eine mit den ersten Kontaktpads 1 verbundene erste Schaltung 2.
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Die
ersten Verbindungspads 1 können in der Nähe einer
der Ecken des Halbleitersubstrats 10 angeordnet sein. Bei
der Aus führungsform
wie in 1 dargestellt sind die ersten Verbindungspads 1 in
der Nähe
der oberen linken Ecke des Halbleitersubstrats 10 angeordnet.
Beispielsweise kann der Abstand zwischen einer Mitte der ersten
Verbindungspads 1 und der Ecke weniger als 5 mm betragen.
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Die
ersten Verbindungspads 1 und die erste Schaltung 2 können Teil
einer Detektoranordnung zum Detektieren der Position eines Verbindungselements
sein. Das Verbindungselement kann beispielsweise eine Sondenspitze
sein. Das Verbindungselement kann beispielsweise an oder auf einer
Positionierungsvorrichtung montiert sein, die das Verbindungselement
zu einer Sollposition der Oberfläche des
Halbleitersubstrats 10 bewegen kann. Die Sollposition kann
durch ein Steuersignal angezeigt werden. Durch Einfluss einer mechanischen
Drift könnte jedoch
die Position des Verbindungselements von der Sollposition abweichen.
Die ersten Verbindungspads 1 sind deshalb so angeordnet,
dass sie die Abweichung des Verbindungselements detektieren. Die detektierte
Abweichung wird dann verwendet, um die Positionierungsvorrichtung
und/oder das Verbindungselement neu auszurichten. Der Halbleiterchip 10 kann
außerdem
zweite Verbindungspads 3 enthalten, die in der Nähe einer
Ecke des Halbleiterchips 10 angeordnet sind, die gegenüber der
Ecke liegt, in der Nähe
derer die ersten Verbindungspads 1 angeordnet sind. Die
zweiten Verbindungspads 3 können der gleichen Funktion
wie die ersten Verbindungspads 1 dienen, nämlich zum
Detektieren der Position eines Verbindungselements wie einer Sondenspitze und
bei einer Ausführungsform
zum Detektieren einer Abweichung der Istposition der Sondenspitze
von einer Sollposition. Die zweiten Verbindungspads 3 können auf
die gleiche Weise, wie bezüglich
der ersten Verbindungspads 1 beschrieben wurde und wie weiter
unten beschrieben wird, mit einer nicht dargestellten zweiten Schaltung
verbunden sein.
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Gemäß einer
Ausführungsform
sind mindestens zwei der ersten Verbindungspads voneinander durch
einen Abstand getrennt, der kleiner ist als ein Kontaktbereich des
Verbindungselements. Eine derartige Anordnung gestattet, dass das
Verbindungselement die beiden Verbindungspads kurzschließen kann.
Dies wird weiter unten erläutert.
Beispielsweise können
jeweils benachbarte Verbindungspads voneinander durch einen Abstand
getrennt sein, der kleiner ist als ein Kontaktbereich des Verbindungselements.
Der Abstand kann beispielsweise kleiner als 1 mm sein, bei einer
Ausführungsform
kleiner als 0,5 mm, bei einer Ausführungsform kleiner als 0,4,
0,3, 0,2 oder 0,1 mm.
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Unter
Bezugnahme auf 2 wird eine Darstellung der
ersten Verbindungspads in einer vergrößerten Draufsicht dargestellt,
um ihre Anordnung zueinander und ihre Funktion beim Detektieren
der Position einer Sondenspitze darzustellen.
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Die
ersten Verbindungspads 1 enthalten ein Mittelpad 1A und
vier Viertelpads 1B, 1C, 1D und 1E, die
das Mittelpad 1A derart umgeben, dass jedes einzelne der
Viertelpads 1B, 1C, 1D und 1E ein
Viertel eines Umfangs um das Mittelpad 1A bedeckt. Die ersten
Verbindungspads 1 enthalten weiterhin einen Umfangspad 1F,
der die Anordnung aus dem Mittelpad 1A und den Viertelpads 1B, 1C, 1D und 1E auf zusammenhängende Weise
umgibt.
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Es
sind auch Pfeile I, II und III dargestellt, um die drei verschiedenen
Situationen darzustellen, die eintreten können, wenn die Position einer
Sondenspitze bestimmt werden soll. Es kann angenommen werden, dass
das Mittelpad 1A eine Referenzposition markiert und die
Positionierungsvorrichtung, die die Sondenspitze hält, ein
Steuersignal empfängt, das
anzeigt, dass die Sondenspitze in Kontakt mit dem Mittelpad 1A gebracht
werden soll. Der Pfeil I zeigt eine Situation, bei der die Sondenspitze
präzise auf
dem Mittelpad 1A positioniert ist, so dass keine Abweichung
zwischen der Sollposition der Sondenspitze und der Position, die
die Sondenspitze tatsächlich
belegt, vorliegt. Der Pfeil II veranschaulicht jedoch eine Situation,
bei der die von der Sondenspitze beanspruchte Position von der Mittelposition
abweicht, weil der Kontaktbereich der Sondenspitze nun einen Teil
des Mittelpads 1A und einen Teil des Viertelpads 1C bedeckt.
Der Pfeil III zeigt eine Situation, bei der die von der Sondenspitze
belegte Position von der Mittelposition derart abweicht, dass der Kontaktbereich
der Sondenspitze mit der Halbleiteroberfläche einen Teil des Umfangspads 1F und
einen Teil des Viertelpads 1E und des Viertelpads 1D bedeckt.
Die ganze Detektoranordnung sollte in der Lage sein anzuzeigen,
auf welche Weise die tatsächlich
belegte Position der Sondenspitze von der Mittelposition abweicht,
so dass adäquate
Neuausrichtungsprozeduren ergriffen werden können.
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Unter
Bezugnahme auf 3 wird eine schematische Darstellung
von ersten Verbindungspads und einer ersten Schaltung in einer schematischen
Draufsicht dargestellt, um eine weitere Ausführungsform eines Halbleitersubstrats
darzustellen. Die Darstellung von 3 veranschaulicht
wieder erste Verbindungspads 1, die in einer Form angeordnet
sind, die identisch ist mit der Anordnung wie in 2 dargestellt. 3 veranschaulicht
außerdem eine
mit den ersten Verbindungspads 1 verbundene erste Schaltung 2.
Die ersten Verbindungspads 1 sind auf eine Weise mit der
ersten Schaltung 2 verbunden, dass jedes der ersten Verbindungspads 1A–F unter
Verwendung einer individuellen elektrischen Signalleitung mit der
ersten Schaltung 2 verbunden ist. Die erste Schaltung 2 ist
derart angeordnet, dass sie einen bestimmten Strom- oder Spannungswert
ausgibt, der die Abweichungsweise der Sondenspitze anzeigt, wie
in 2 dargestellt wurde. Die erste Schaltung 2 enthält einen
gemeinsamen Knoten oder ein gemeinsames Pad 2.1 oder ist damit
verbunden, dem der Stromwert oder Spannungswert zugeführt wird.
Der gemeinsame Knoten 2.1 kann den Stromwert oder den Spannungswert
an eine externe Evaluationsschaltung liefern, um für eine adäquate Neuausrichtung
der Positionierungsvorrichtung und/oder der Sondenspitze zu sorgen. Die
erste Schaltung 2 kann auch auf dem Halbleitersubstrat
angeordnet sein. Sie kann beispielsweise in einer Me tallisierungsebene
unter der Oberflächenmetallisierungsebene,
in der die ersten Verbindungspads 1 angeordnet sind, angeordnet
sein.
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Unter
Bezugnahme auf 4 wird eine schematische Darstellung
der ersten Verbindungspads 1 und der ersten Schaltung 2 in
einer Draufsicht dargestellt, um eine weitere Ausführungsform
eines Halbleitersubstrats zu veranschaulichen. Die Anordnung der
ersten Verbindungspads 1 ist die gleiche wie die in 2 und 3 dargestellte.
Die erste Schaltung 2 ist in 4 ausführlicher
dargestellt. Jedes einzelne der ersten Verbindungspads 1A–1F ist über einen
der Widerstände
R1 bis R6 mit einem gemeinsamen Knoten oder gemeinsamen Pad 2.1 verbunden.
Das Mittelpad 1A ist über
den Widerstand R1 mit dem gemeinsamen Pad 2.1 verbunden,
das Viertelpad 1B ist über
den Widerstand R2 mit dem gemeinsamen Pad 2.1 verbunden,
das Viertelpad 1C ist über
den Widerstand R3 mit dem gemeinsamen Pad 2.1 verbunden,
das Viertelpad 1D ist über
den Widerstand R4 mit dem gemeinsamen Pad 2.1 verbunden,
das Viertelpad 1E ist über
den Widerstand R5 mit dem gemeinsamen Pad 2.1 verbunden
und das Umfangspad 1F ist über den Widerstand R6 mit dem
gemeinsamen Pad 2.1 verbunden.
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Ein
Verbindungselement wie eine Sondenspitze wird in Kontakt mit den
ersten Verbindungspads 1 gebracht, wie in 2 dargestellt.
Ein Strom wird durch die Sondenspitze und die ersten Verbindungspads 1 geschickt.
In Abhängigkeit
von der Abweichung der Position der Sondenspitze kommt die Sondenspitze
in Kontakt mit einem der ersten Verbindungspads 1A–F, oder
die Sondenspitze oder der untere Kontaktbereich der Sondenspitze
wird so angeordnet sein, dass sie in Kontakt mit zwei oder sogar drei
der ersten Verbindungspads 1A–F steht, so dass die jeweiligen
zwei oder drei Verbindungspads durch die Sondenspitze kurzgeschlossen
werden.
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Die
Werte der Widerstände
R1 bis R6 sind derart gewählt,
dass in jeder Situation eine Spannung an dem gemeinsamen Pad 2.1 gemessen
werden kann, die für
jede einzelne der möglichen
Situationen individuell ist.
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Die
folgenden Kurzschlüsse
sind denkbar und können
eindeutig evaluiert werden:
Kurzschluss zwischen Verbindungspads 1A und 1B
Kurzschluss
zwischen Verbindungspads 1A und 1C
Kurzschluss
zwischen Verbindungspads 1A und 1D
Kurzschluss
zwischen Verbindungspads 1A und 1E
Kurzschluss
zwischen Verbindungspads 1B und 1C
Kurzschluss
zwischen Verbindungspads 1C und 1D
Kurzschluss
zwischen Verbindungspads 1D und 1E
Kurzschluss
zwischen Verbindungspads 1E und 1B
Kurzschluss
zwischen Verbindungspads 1B, 1C und 1A
Kurzschluss
zwischen Verbindungspads 1C, 1D und 1A
Kurzschluss
zwischen Verbindungspads 1D, 1E und 1A
Kurzschluss
zwischen Verbindungspads 1E, 1B und 1A.
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Jedes
einzelne der Verbindungspads 1B bis 1E kann auch
einen Kurzschluss mit dem Verbindungspad 1F herstellen.
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Wenn
detektiert wird, dass die Position der Sondenspitze derart ist,
dass die Sondenspitze lediglich das Umfangsverbindungspad 1F kontaktiert, kann
dafür gesorgt
werden, dass eine vollständige Abschaltung
eingeleitet wird, so dass in diesem Fall eine vollständige Neuanordnung
der Positionierungsvorrichtung erforderlich sein wird. Dies kann
auch vorgesehen werden, wenn das Umfangsverbindungspad 1F durch
die Sondenspitze mit einem der Verbindungspads kurzgeschlossen wird.
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Gemäß der Ausführungsform
von 4 führt
jede einzelne der denkbaren Konfigurationen bezüglich der Position der Sondenspitze
dazu, dass ein spezifischer Spannungswert an dem gemeinsamen Knoten
oder gemeinsamen Pad 2.1 erscheint. Gemäß einer weiteren Ausführungsform
ist es auch möglich,
dass in einer digitalen Implementierung der Schaltung jede einzelne
der denkbaren elektrischen Konfigurationen zu einer spezifi schen
Bitsequenz führt,
die von der Schaltung 2 an das gemeinsame Pad 2.1 geliefert
wird.
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Unter
Bezugnahme auf 5 wird ein Flussdiagramm einer
Ausführungsform
eines Verfahrens zum Bestimmen der Position eines Verbindungselements
dargestellt. Das Verbindungselement ist mit einem Halbleitersubstrat
verbunden, wobei das Halbleitersubstrat erste darauf angeordnete
Verbindungspads (s1) enthält,
ein Strom wird durch das Verbindungselement und eines oder mehrere
der ersten Verbindungspads geschickt (s2), ein Stromwert oder ein
Spannungswert wird in einer mit den ersten Verbindungspads verbundenen
ersten Schaltung gemessen (s3) und die Position des Verbindungselements
wird anhand des Messwerts bestimmt (s4).
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Ausführungsform
von 5 kann ein Spannungswert an einem gemeinsamen
Knoten oder gemeinsamen Pad gemessen werden, der oder das mit jedem
einzelnen der ersten Verbindungspads verbunden ist.
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Das
obige Verfahren kann durch Verwendung eines Halbleitersubstrats
wie in einer der Ausführungsformen
von 1 bis 4 umrissen und der Anordnungen
von Verbindungspads und Schaltungen wie darauf angeordnet und oben
beschrieben durchgeführt
werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
ist das Verbindungselement eine Sondenspitze.
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Unter
Bezugnahme auf 6 wird ein Flussdiagramm einer
Ausführungsform
eines Verfahrens zum Verbinden eines Verbindungselements mit einem
Halbleitersubstrat dargestellt. Das Verbindungselement ist mit einem
Halbleitersubstrat verbunden, wobei das Halbleitersubstrat erste
darauf angeordnete Verbindungspads enthält (s1), ein Strom wird durch
das Verbindungselement und eines oder mehrere der ersten Verbindungspads
geschickt (s2), und ein Stromwert oder ein Span nungswert wird in
einer an die ersten Verbindungspads angeschlossenen ersten Schaltung
gemessen (s3).
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Gemäß einer
Ausführungsform
wird ein Spannungswert an einem gemeinsamen Knoten oder einem gemeinsamen
Pad, der oder das mit jedem einzelnen der ersten Verbindungspads
verbunden ist, gemessen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
ist das Verbindungselement eine Sondenspitze.
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Gemäß einer
Ausführungsform
wird eine Position des Verbindungselements anhand des Messwerts
bestimmt.
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Die
Ausführungsform
nach 6 kann durch Verwendung einer der Ausführungsformen
eines Halbleitersubstrats und der Anordnung von ersten Verbindungspads
und einer ersten Schaltung, darauf angeordnet, durchgeführt werden.
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Wenngleich
hierin spezifische Ausführungsformen
dargestellt und beschrieben worden sind, versteht der Durchschnittsfachmann,
dass eine Vielzahl alternativer und/oder äquivalenter Implementierungen
für die
gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen substituiert werden
können,
ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die vorliegende Anmeldung soll alle Adaptationen oder Variationen
der hierin erörterten
spezifischen Ausführungsformen
abdecken. Deshalb soll die vorliegende Erfindung nur durch die Ansprüche und
die Äquivalente
davon beschränkt werden.