DE69832010T2

DE69832010T2 - Prüfspitze für Halbleiterschaltungen und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE69832010T2
Application number: DE69832010T
Authority: DE
Inventors: Shigeki Chiyoda-ku Maekawa; Mogumi Chiyoda-ku Takemoto; Kazunobu Chiyoda-ku Miki; Mutsumi Chiyoda-ku Kano; Takahiro Chiyoda-ku Nagata; Yoshihiro Chiyoda-ku Kashiba
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-07-24
Filing date: 1998-07-23
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2018-07-24
Also published as: DE69832110D1; EP0893695B1; EP1621893A1; US6646455B2; TW373074B; DE69832010D1; DE69837690T2; US20030090280A1; US6888344B2; EP1351060A3; CN1166957C; CN1213083A; DE69832110T2; KR19990014174A; EP0893695A3; KR100276422B1; US20020097060A1; EP1351060A2; DE69837690D1; EP1351060B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Prüfverfahren zum Prüfen der Funktion eines Halbleiterbauelements, beispielsweise von integrierten Halbleiterschaltungen, die auf Halbleiterwafern gebildet sind, eine Prüfsonde und eine Sondenvorrichtung zum Ausführen des Prüfverfahrens.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Bei einer herkömmlichen Sonde, wie sie in 13A gezeigt ist, wird eine Prüfung (Sondenprüfverfahren) ausgeführt, indem eine Sonde 202, die ein zu einer hakenartigen Gestalt gebogenes Vorderende hat, an einer Prüfkarte 201 angebracht wird, die vertikal bewegbar ist, und indem die Sonde 202 gegen eine Prüfkontaktfläche einer integrierten Halbleiterschaltung (nachstehend als eine Kontaktfläche bezeichnet) in einem solchen Zustand gedrückt wird, daß eine Oxidschicht auf der Kontaktflächenoberfläche aufgebrochen wird, um einen echten Kontakt (elektrischen Kontakt) zwischen der Sonde und einer frischen Oberfläche der Kontaktfläche herzustellen.
Der Zustand einer Sondenspitze während des Sondenprüfverfahrens ist dazu in 13B gezeigt. Zu Zwecken der Erläuterung ist 13B in Form eines vereinfachten Modells in bezug auf Dimensionen usw. gezeigt. Eine Spitze 200 der herkömmlichen Sonde 202 ist ursprünglich so fertigbearbeitet, daß sie eine flache Endfläche hat, wie es 13B zeigt. Auch wenn die Sondenspitze maschinell derart bearbeitet ist, daß sie absichtlich eine sphärisch gekrümmte Oberfläche hat, dann hat eine an die gekrümmte Oberfläche angenäherte Kugel einen Krümmungsradius R von bis zu 20 μm bis 30 μm.
Zum Zeitpunkt des Sondenprüfverfahrens gelangt deshalb der gesamte flache Endbereich zuerst mit einer Kontaktfläche 203 in Kontakt, wobei sich eine Oxidschicht 204 und Verunreinigungen an der Oberfläche der Kontaktfläche 203 zwischen der Sondenspitze und der Kontaktflächenoberfläche befinden. Wenn dann die Sonde 202 enger an die Kontaktfläche 203 gedrückt wird, so wird die Oxidschicht 204 an der Oberfläche der Kontaktfläche 203 teilweise aufgebrochen, um einen elektrischen Durchgangsbereich 206 zu bilden, in dem ein echter elektrischer Kontakt hergestellt werden kann, so daß die Durchführung einer Durchgangsprüfung ermöglicht wird.
Bei einer Wiederholung des Sondenprüfverfahrens sammelt sich jedoch die Oxidschicht 204 an einem Fersenbereich 205 der Sonde 202 an, der maximaler Beanspruchung ausgesetzt ist, und der Bereich des echten Kontakts mit der Kontaktfläche 203 wird so verkleinert, daß der elektrische Durchgang instabil wird. Um den elektrischen Kontakt zuverlässig herzustellen, wird beispielsweise gemäß der ungeprüften JP-Patentveröffentlichung Nr. 6-018 560 die Sondenspitze mit Vibrationen beaufschlagt.
Außerdem liegt Wolfram, das als Material für die Sonde 202 verwendet wird, in Form eines gesinterten Pulverpreßlings vor, der Materialfehler (Hohlräume) darin hat. Wenn also der gesinterte Pulverpreßling maschinell bearbeitet wird, um eine Spitzengestalt der Sonde 202 zu bilden, erscheinen die Materialfehler an der Sondenoberfläche. Kontaktflächenmaterialien, wie beispielsweise Aluminium, dringen in die in der Spitzen(end)fläche der Sonde 202 erscheinenden Materialfehler ein und bilden Ablagerungskeime und wachsen zu Ablagerungen auf. Infolgedessen wird der Kontaktwiderstand erhöht.
Um diese Materialfehler zu entfernen, werden beispielsweise gemäß der ungeprüften JP-Patentveröffentlichung Nr. 5-140 613 Wolframmaterialien einer Wärmebehandlung unterzogen.
Bei der herkömmlichen Sonde, welche die oben beschriebene Konstruktion gemäß 13B hat, ist also während der Prüfung von elektrischen Eigenschaften die echte Kontaktfläche (der elektrische Durchgangsbereich 206) zwischen der Spitze 200 der Sonde 202 und der Kontaktfläche 203 sehr klein. Folglich wird in manchen Fällen kein ausreichender elektrischer Durchgangsgrad zwischen der Sonde 202 und der Kontaktfläche 203 erhalten.
Ferner werden in dem Wolframmaterial der Sonde 202 erzeugte Hohlräume durch Wärmebehandlung vermutlich eliminiert. Wenn das Wolframmaterial jedoch einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur unterzogen wird, die nicht niedriger als die Rekristallisationstemperatur ist, entsteht ein anderes Problem, nämlich daß die Sondenmaterialien spröde werden.
In dem Dokument "Improving Wafer Sort Yields with Radius-Tip Probe" von S. Schleifer, veröffentlicht in IEEE International Test Conference Proceedings, 10. bis 14. Sept. 1990, Seiten 896 bis 899, XP 002140401, ist eine Sonde für Prüfkarten mit einer gerundeten Spitze beschrieben. Nach diesem Dokument ist im Vergleich mit einer flachen Spitze eine gerundete Spitze imstande, einen höheren Druck aufzubringen, wenn sie den Chip berührt. Die spezielle Gestalt und die speziellen Dimensionen der Spitze sind jedoch nicht auf eine Weise angegeben, die Schlußfolgerungen hinsichtlich des Krümmungsradius der Spitze erlaubt.
Das Dokument EP-A-0 660 387 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Oxidbeladung an einem Halbleiterwafer, wobei die Prüfsonde immer vertikal gegen einen Prüfling gedrückt wird. Man kann also nichts über eine Querbewegung entlang der Sonde entnehmen, um eine daran befindliche Oxidschicht zu durchdringen.
Schließlich beschreiben die Dokumente US 5 060 051 und US 5 090 118 weitere Möglichkeiten der Halbleiterprüfung mit Kontaktflächenkonstruktionen mit einer Kontaktflächendicke, die in einem Bereich von 0,1 μm bis 0,5 μm liegen kann. Erfordernisse hinsichtlich der Gestalt und der Größe der Sonde sind dort nicht im einzelnen angegeben.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Im Hinblick auf eine Lösung der obengenannten Probleme ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Prüfverfahren zum Prüfen der Funktion eines Halbleiterbauelements und eine Prüfsonde sowie eine Sondenvorrichtung zum Ausführen des Prüfverfahrens anzugeben, um die Kontaktfläche zwischen einer Sondenspitze und einer Kontaktfläche zu vergrößern und somit einen zuverlässigen elektrischen Kontakt für Prüfzwecke herzustellen.
Diese Aufgabe wird mit dem Prüfverfahren gemäß Anspruch 1, einer Prüfsonde gemäß Anspruch 4 und einer Sondenvorrichtung gemäß Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den abhängigen Unteransprüchen angegeben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A und 1B sind erläuternde Ansichten, die jeweils einen Kontaktzustand einer Sonde gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung und einer Kontaktfläche zeigen.
2 ist eine erläuternde Ansicht, welche die Relation zwischen einer Sonde gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung und der Kontaktfläche zeigt.
3A und 3B sind Darstellungen, die jeweils eine Sondenspur zeigen, welche die Sonde gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung an der Kontaktfläche hinterläßt.
4 ist eine erläuternde Ansicht, welche die Relation zwischen einer Sonde gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung und der Kontaktfläche zeigt.
5A und 5B sind erläuternde Ansichten, die eine Sonde gemäß den Ausführungsformen 4 und 5 der vorliegenden Erfindung und die Relation zwischen der Sonde und der Kontaktfläche zeigen.
6A, 6B, 6C sind erläuternde Ansichten zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung einer Sonde gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung und der Kontaktfläche.
7A und 7B sind erläuternde Ansichten, die Beanspruchungen zeigen, die von der Sonde gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung auf die Kontaktfläche aufgebracht werden.
8A und 8B sind mit einem REM (Rasterelektronenmikroskop) aufgenommene Fotografien von jeweiligen Strukturen einer allgemeinen Sonde und einer Sonde gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine erläuternde Ansicht, welche die Relation zwischen der Sonde gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung und. der Kontaktfläche zeigt.
10 ist eine erläuternde Ansicht, die eine Sonde gemäß Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung zeigt.
11 ist eine Schnittansicht, die eine Konstruktion einer Sondenvorrichtung gemäß Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung zeigt.
12 ist eine Schnittansicht, die eine Konstruktion einer Sondenvorrichtung gemäß Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung zeigt.
13A ist einer erläuternde Ansicht zur Erläuterung einer herkömmlichen Sondenvorrichtung, und
13B ist eine erläuternde Ansicht, die einen Kontaktzustand einer Sonde und einer Kontaktfläche im Stand der Technik zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Ausführungsform 1.
1A und 1B sind erläuternde Ansichten, die jeweils einen Kontaktzustand einer Sonde gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung und einer Kontaktfläche zeigen. In diesen Zeichnungen ist mit 1 eine Sonde bezeichnet, mit 2 eine Kontaktfläche, mit 3 eine Kristallorientierung der Kontaktfläche 2, mit 4, 5 und 6 Gleitebenen, mit 7 ein Vektor in der Tangentialrichtung in bezug auf eine Spitzenfläche der Sonde 1, mit 8 eine an der Oberfläche der Kontaktfläche 2 gebildete Oxidschicht, mit 9 ein Oxidschicht-Haftbereich, mit 10 ein elektrischer Durchgangsbereich und mit 11 eine Scherverformung.
Bei dem Sondenprüfverfahren gemäß 1B wird der elektrische Durchgang zwischen der Sonde 1 und der Kontaktfläche 2 hergestellt, wenn die Sonde 1 eine Scherverformung in der Kontaktfläche 2 verursacht, um die Oxidschicht 8 an der Kontaktflächenoberfläche aufzubrechen, und dann mit einer frischen Oberfläche der Kontaktfläche 2 in Kontakt gelangt. Der Winkel, unter dem eine Scherverformung auftreten kann, hängt von der Orientierung der durch Sputtern erzeugten Kristalle ab.
Beispielsweise ist es im Zusammenhang mit einer Aluminiumkontaktfläche bekannt, daß die Kristallorientierung 3 der Kontaktfläche 2 während des Sputterns in bezug auf die Gitterebene (111) ausgefluchtet wird, d. h. die sogenannte C-Achsen-Orientierung zeigt, die aus 1A ersichtlich ist. Ein Winkel, der zwischen der durch (111) dargestellten Gleitebene 4 und der Kontaktflächenoberfläche gebildet ist, beträgt 0°. Von anderen Gleitebenen ist die Gleitebene 5, welche die Kontaktflächenoberfläche unter einem kleinsten Winkel bildet, durch jede von den Ebenen (110), (101) und (011) gegeben, und dieser Winkel ist 35,3°.
Wenn eine Scherung nur unter dem Winkel der Gleitebene auftreten kann, sollte die Kontaktfläche eine Scherverformung nur unter diskreten Winkeln, wie etwa 0°, 35,3° usw. erfahren. In Versuchen hat man jedoch gefunden, daß eine Scherverformung eher unter verschiedenen Winkeln als unter diskreten Winkeln auftritt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß Schervorgänge entlang der Gleitebene 4 und der Gleitebene 5 miteinander kombiniert werden, was bewirkt, daß die in 1B gezeigte Scherverformung 11 auftritt.
In Versuchen wurde ferner gefunden, daß ein Winkel der Gleitebene 6, entlang der eine Scherung unter einem kleinsten Winkel auftreten kann, 15° beträgt, und daß ein Winkel der Gleitebene 6, entlang der eine Scherung stabil erfolgen kann, 17° beträgt. Wenn also das Sondenende so geformt ist, daß ein Winkel, der zwischen dem Vektor 7 in der Tangentialrichtung in bezug auf die Sondenspitzenfläche und der Kontaktflächenoberfläche gebildet ist, größer als 15°, bevorzugt 17° ist, kann die Sondenspitze die Oxidschicht 8 an der Oberfläche der Kontaktfläche 2 aufbrechen, um mit einer frischen Oberfläche der Kontaktfläche einen Kontakt herzustellen, und daher wird ein ausreichender Grad an elektrischem Durchgang hergestellt.
Ausführungsform 2.
In dieser Ausführungsform ist die Spitze der Sonde 1 so ausgebildet, daß sie eine Endfläche hat, die von einer sphärisch gekrümmten Oberfläche mit einem Radius R gebildet ist, wie 2 zeigt. Unter der Annahme, daß die Schichtdicke der Kontaktfläche 2 einen Wert t und der Winkel, der an der Kontaktflächenoberfläche zwischen der Tangentialrichtung in bezug auf die Sondenspitzenfläche und der Kontaktflächenoberfläche gebildet ist, θ ist, gilt die folgende Beziehung zwischen R, θ und t: R – Rcosθ = t.
Durch Ausbilden der Gestalt der Spitze der Sonde 1 derart, daß sie eine sphärisch gekrümmte Oberfläche hat, welche die Beziehung θ = cos–1(1 – t/R) ≥ 15°erfüllt, kann eine Scherverformung in der Kontaktfläche 2 mit relativ geringer Kraft gleichmäßig entwickelt werden, so daß die Spitze der Sonde 1 mit einer frischen Oberfläche der Kontaktfläche einen Kontakt herstellen kann und ein ausreichender Grad an elektrischem Durchgang erhalten wird.
Es ist zu beachten, daß die Gestalt der Spitzenfläche der Sonde 1 zwar sphärisch dargestellt und beschrieben ist, um die Erläuterung in der Relation zwischen dem Winkel der Gleitebene, unter dem eine Scherverformung des Kontaktflächenmaterials stattfinden kann, und der Gestalt der Sondenspitze zu erleichtern, daß jedoch in der Praxis die Spitzenfläche nicht notwendigerweise eine vollkommene sphärische Oberfläche ist und ein ähnlicher Vorteil mit einer Sonde erhalten werden kann, die eine gekrümmte Spitzenfläche hat, die einer sphärischen Oberfläche weitgehend angenähert ist.
Die obengenannte Gestalt der Sondenspitzenfläche kann, wie 6A zeigt, hergestellt werden, indem die Sonde 1 wiederholt in eine Schleifplatte 63 eingestochen wird, die durch Fixieren von Schleifkörnern 61 mit Kunstharz 62 gebildet ist. Beispielsweise wird ausgehend von einem flachen Zustand einer Wolframsondenspitze eine sphärisch gekrümmte Oberfläche mit einem Radius von ungefähr 15 μm erhalten, indem die Sondenspitze 3000- bis 4000mal in die Schleifplatte eingestochen wird, die aus Sili conkautschuk und Diamant-Schleifkörnern von 3000 mesh in einem Gewichtsverhältnis von ungefähr 1:3 gebildet ist.
Ferner wird die Oberflächenrauhigkeit der Sondenspitze auf einen Wert von ungefähr 1 μm oder weniger verbessert, indem die Sondenspitze mehrere hundert Male in eine Schleifplatte eingestochen wird, in der Schleifmaterialien Diamant-Schleifkörner im Bereich von 6000 bis 10.000 mesh aufweisen.
3 zeigt die Spur, die von der Sonde 1 auf der aus Aluminium bestehenden Kontaktfläche 2 hinterlassen wird. Es versteht sich, daß aufgrund der Tatsache, daß das Aluminium 31 eine Schichtstruktur (Lamellenstruktur) hat, die Spitze der Sonde 1 in der Kontaktfläche 2 kontinuierlich Scherverformungen entwickelt. Die Schichtstruktur ist über die Dicke von 0,8 μm der Kontaktfläche 2 hinaus angehäuft, so daß sie an der Kontaktfläche 2 vorspringt. Der vorstehende Bereich an der Kontaktfläche 2 kann als Startpunkt für den Kontakt oder die Verbindung zwischen der Kontaktfläche und einem Draht dienen, wenn das Drahtbonden extern an der Kontaktfläche 2 ausgeführt wird.
Deshalb werden eine Reduzierung der Bondzeit und eine Verbesserung der Bondfestigkeit erwartet. Da ferner eine flache Vertiefung 32, die ein Anzeichen für einen duktilen Bruch ist, in einem Kontaktbereich zwischen der Spitzenfläche der Sonde 1 und der Kontaktfläche 2 beobachtet wird, versteht es sich, daß die Spitze der Sonde 1 mit einer frischen Oberfläche der Kontaktfläche 2 in Kontakt steht. Aufgrund der Durchführung einer Durchgangsprüfung mit der Sonde dieser Ausführungsform wurde bestätigt, daß während der Prüfung, bei der 20.000mal ein Kontakt hergestellt wurde, im wesentlichen kein Ausfall des elektrischen Durchgangs auftrat.
Als Material für die Prüfkontaktfläche wird in dieser Ausführungsform zwar beispielhaft Aluminium verwendet; ein ähnlicher Vorteil, wie oben beschrieben, kann jedoch auch erhalten werden, wenn die Kontaktfläche aus einem von denjenigen Materialien gebildet ist, die eine Gleitverformung (Scherverformung) wie Aluminium entwickeln.
Zu Beispielen von verwendbaren Materialien gehören Gold, Kupfer, eine Legierung aus Aluminium und Kupfer und eine Legierung aus Aluminium und Silicium.
Ausführungsform 3.
Bei der Prüfsonde 1, deren Spitzenfläche zu einer sphärisch gekrümmten Oberfläche geformt ist, gilt, unter der Annahme, daß die Breite einer Sondenspur, die durch die mit der Kontaktfläche 2 in Kontakt befindliche Sonde 1 hervorgebracht ist, W ist, wie 4 zeigt, die Relation zwischen W und einem Krümmungsradius R der Sondenspitzenfläche wie folgt: (W/2)2 = R2 – (R – t)2.
Also ist R gegeben durch: R = (W2 + 4t2)/8t.
Anders ausgedrückt, durch Überwachen der Breite der Sondenspur können der Krümmungsradius R der Sondenspitzenfläche bestimmt und die Gestalt der Sonde geprüft werden. Unter der Bedingung, daß die Dicke der Kontaktfläche 2 den Wert 0,8 μm hat und daß als Ergebnis des Betrachtens der Sondenspur mit einem Lichtmikroskop die Breite W der in der Prüfkontaktfläche hervorgebrachten Sondenspur 9 μm beträgt, wird der Krümmungsradius R der Sondenspitzenfläche mit ungefähr 13 μm berechnet. Die Gestalt der Spitze der Sonde 1 kann also auf einfache Weise geprüft werden, indem die Sondenspur mit einem Lichtmikroskop betrachtet und die Breite W der Sondenspur gemessen wird. Infolgedessen kann ein herkömmlicher Schritt des Entfernens der Sonde 1 und des Off-line-Untersuchens der Spitze der Sonde 1 für jede Prüfroutine entfallen.
Ausführungsform 4.
5A zeigt eine Sonde gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung. Eine Vorrichtung, Prober genannt, wird verwendet, um den Vorgang des In-Kontakt-Bringens einer Sonde mit einer Prüfkontaktfläche auszuführen. In einigen Probermodellen wird die Sonde durch optisches Erkennen einer Sondenspitze positioniert. Wenn der Krümmungsradius der Spitzenfläche der Sonde gemäß Ausführungsform 1 in der Größenordnung von einigen Mikrometern liegt, kann in manchen Fällen die Spitzenfläche der Sonde durch Bilderkennung nicht erkannt und eine automatische Ausfluchtung nicht durchgeführt werden, da die Sondenspitze eine sphärisch gekrümmte Oberfläche hat und die Tiefenschärfe eines optischen Systems, das dazu verwendet wird, die Sondenspitzenfläche zu betrachten, gering ist.
Bei dieser Ausführungsform ist daher die Sondenspitze so ausgebildet, daß sie einen flachen Bereich 51 hat, wie 5A zeigt. Durch Vorsehen des flachen Bereichs 51 kann die Sondenspitzenfläche durch Bilderkennung klar erkennt werden, und eine für die automatische Ausfluchtung benötigte Zeit kann verkürzt werden.
Im übrigen ist der flache Bereich 51 nicht notwendigerweise vollkommen flach, sondern er kann so ausgebildet sein, daß er eine flache Oberfläche mit einer solchen Ebenheit oder eine sphärisch gekrümmte Oberfläche mit einem solch großen Krümmungsradius hat, daß jede dieser Oberflächen mit einem optischen System erkannt werden kann, das eine Tiefenschärfe in der Größenordnung von ungefähr 3 μm bis 6 μm hat.
Ausführungsform 5.
Bei einer Sonde mit einer solchen Spitzengestalt, wie sie in der obigen Ausführungsform 4 beschrieben worden ist, gilt unter der Annahme, daß, wie 5B zeigt, der Krümmungsradius eines sphärischen Oberflächenbereichs 52 der Sondenspitze R ist, der Radius des flachen Bereichs 51 der Sondenspitze r ist, die Schichtdicke der Prüfkontaktfläche t ist und der Winkel, der an der Kontaktflächenoberfläche zwischen der Tangentialrichtung in bezug auf den sphärischen Oberflächenbereich 52 der Sondenspitze und der Kontaktflächenoberfläche gebildet ist, θ ist, die folgende Relation: (R2 – r2)1/2 – Rcosθ = t.
Daher kann durch Ausbilden der Sondenspitze derart, daß sie eine sphärisch gekrümmte Oberfläche mit dem Krümmungsradius R hat, wobei die Relation θ = cos–1[{(R2 – r2)1/2 – t}/R] ≥ 15°erfüllt ist, die Sondenspitze eine Scherverformung in der Kontaktfläche entwickeln, um die Oxidschicht an der Kontaktflächenoberfläche sicher aufzubrechen. Aufgrunddessen kann die Sondenspitze mit der frischen Oberfläche der Kontaktfläche in Kontakt gebracht werden, und es kann ein ausreichender Grad des elektrischen Durchgangs hergestellt werden.
Außerdem kann, wie in Ausführungsform 3, eine On-line-Prüfung der Gestalt der Sondenspitze auf der Basis der folgenden Beziehung durchgeführt werden: (W/2)2 = R2 – {(R2 – r2)1/2 – t}2.
Ausführungsform 6.
Bei dieser Ausführungsform ist die Sonde, die eine Spitzengestalt hat, wie sie in der obigen Ausführungsform 4 beschrieben worden ist, so modifiziert, daß sie eine gekrümmte Oberfläche 53 hat, die eine sanfte Verbindung zwischen dem flachen Bereich 51 und der sphärischen Oberfläche 52 herstellt, wie 5A zeigt. Eine Sonde, die den flachen Bereich 51 und die sphärische Oberfläche 52 hat, die durch die gekrümmte Oberfläche 53 kontinuierlich miteinander verbunden sind, kann wie folgt hergestellt werden.
Wie 6A zeigt, wird die Sondenspitze zunächst so gerundet, daß sie eine sphärische Oberfläche 52 mit dem Krümmungsradius R hat, indem die Sonde 1 wiederholt in die Schleifplatte 63 eingestochen wird, die durch Fixieren der Schleifkörner 61 mit dem Kunstharz 62 gebildet ist. Wie 6B zeigt, wird dann die Sondenspitze mit einer Keramikplatte 64 in Reibkontakt gebracht, die eine größere Steifigkeit als die Sonde 1 hat, so daß der flache Bereich 51 gebildet wird. Danach wird die Sondenspitze mit einer Poliereinrichtung 65 poliert, die eine geringere Steifigkeit als die Sonde 1 hat, so daß der flache Bereich 51 und die sphärische Oberfläche 52 durch die glatte gekrümmte Oberfläche 53 miteinander verbunden werden.
Bei der Sonde, deren Spitzengestalt auf diese Weise gebildet ist, sind Beanspruchungen an der Kontaktfläche 2 weniger konzentriert, so daß Beschädigungen der Kontaktfläche 2 und einer unter der Kontaktfläche 2 liegenden Schicht gemindert werden können. Die 7A und 7B zeigen die Verteilung von Beanspruchungen, die in Zuständen vor bzw. nach dem Polieren der Sonde mit der Poliereinrichtung 65 auf die Kontaktfläche 2 aufgebracht werden.
Wenn eine von den Sonden gemäß den Ausführungsformen 1 bis 6 verwendet wird, dann zeigt das Material der Prüfkontaktfläche eine spezielle Verformung, die in 3 gezeigt ist. Dabei verursacht die Sondenspitze kontinuierliche Scherverformungen in dem Kontaktflächenmaterial, und eine Spur, die bei Verlagerung eines Teils des Kontaktflächenmaterials hervorgebracht wird, hat eine Schichtstruktur (Lamellenstruktur) 31, die in einer Vielzahl von Schichten angehäuft ist.
Wenn das Material der Prüfkontaktfläche, welche die Lamellenstruktur hat, teilweise verlagert wird, ist der Formänderungswiderstand des Prüfkontaktflächenmaterials so gering, daß eine Spannungsbelastung, die auf die unter der Prüfkontaktfläche liegende Schicht aufgebracht wird, reduziert werden kann. Ferner dient ein Vorsprung, der durch die an der Kontaktflächenoberfläche angehäufte Schichtstruktur gebildet wird, dazu, die Ausbildung eine Verbindungskerns in einem anschließenden an der Kontaktfläche vorgenommenen Drahtbondschritt zu fördern. Infolgedessen ist es möglich, eine Ultraschallschwingungszeit, die für das Drahtbonden benötigt wird, zu verkürzen und die Bondfestigkeit zu verbessern.
Ausführungsform 7.
Zum Vergleich der Strukturdifferenz zwischen einer Wolframsonde gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einer allgemeinen Wolframsonde zeigen die 8A und 8B Fotografien, die mit einem REM (Rasterelektronenmikroskop) aufgenommen worden sind, nachdem ein Abschnitt jeder Wolframsonde geätzt worden war. 8A stellt die Struktur der allgemeinen Wolframsonde dar, und 8B stellt die Struktur dieser Wolframsonde dar, nachdem sie einer Wärmebehandlung unterzogen worden war. Eine Wolframsonde ist ein gesinterter Preßling und weist somit nach dem Sintern Hohlräume in dem Sondenmaterial auf.
Um die Hohlräume zum Kollabieren zu bringen, wird die Wolframsonde in herkömmlicher Weise hergestellt, indem das Sondenmaterial nach dem Sintern mechanisch gewalzt und dann das gewalzte Material gereckt wird, bis es die Sondenkristallstruktur hat. Trotz dieser Art der Herstellung weist die Wolframsonde immer noch Hohlräume von 1 bis 2% auf. Es ist denkbar, zum Kollabieren der Hohlräume eine Wärmebehandlung auszuführen.
Wenn die Wärmebehandlung jedoch in einem Temperaturbereich durchgeführt wird, in dem das Wolframmaterial rekristallisiert, dann wird die Sondenkristallstruktur des Wolframmaterials abgebaut, und die Materialfestigkeit von Wolfram selbst ginge verloren. In dieser Ausführungsform werden daher Hohlräume in dem Wolframmaterial unter einer kombinierten Wirkung von Temperatur und Druck zum Kollabieren gebracht, indem von außen bei relativ niedrigen Temperaturen ein hoher Druck aufgebracht wird.
Bei einem Metallmaterial, wie bei Wolfram, bleiben nach dem Recken der Sonde erhebliche Bearbeitungsbeanspruchungen (Restspannungen) in dem Material zurück. Man nimmt an, daß insbesondere Metallatome, die nahe der Korngrenze eine Zufallsanordnung haben, aufgrund der Bearbeitungsbeanspruchungen eine höhere chemische potentielle Energie haben und daß diese Metallatome dazu neigen, sich sogar bei relativ niedrigen Temperaturen zu bewegen.
Angesichts der vorstehenden Erläuterungen wird bei dieser Ausführungsform ein statischer Druck von außen auf das Metallmaterial aufgebracht, einschließlich erheblicher Bearbeitungsbeanspruchungen, wenn es relativ niedrigen Temperaturen ausgesetzt ist, um Metallatome dazu zu bringen, sich zu bewegen, so daß nahe der Korngrenze in dem Metallmaterial befindliche Hohlräume kollabieren.
Zu diesem Zweck werden die Wärmebehandlungsbedingungen wie folgt eingestellt: auf eine Temperatur, die nicht höher als die Rekristallisationstemperatur des Metallmaterials ist, auf einen Druck, bei dem das Metallmaterial räumliche Kontraktion entwickelt, und auf eine Behandlungszeit, die benötigt wird, damit die räumliche Kontraktion des behandelten Metallmaterials nahezu abgeschlossen oder gestoppt wird.
In der Praxis werden Poren (Hohlräume) erheblich verringert, wenn die Wärmebehandlung unter Bedingungen einer Behandlungstemperatur von 300°C bis 600°C, eines Behandlungsdrucks von 200 bis 2000 atm und der Behandlungszeit von 0,5 bis 5 h ausgeführt wird. Durch wiederholte Versuche unter diesen Bedingungen für die Wärmebehandlung wurde ferner gefunden, daß Hohlräume deutlicher verringert werden, wenn eine Behandlungstemperatur auf 500°C, ein Behandlungsdruck von nicht weniger als 1000 atm und die Behandlungszeit von nicht weniger als 1 h eingestellt werden.
Hinsichtlich der Druckbedingung gilt, daß die benötigte Behandlungszeit um so kürzer ist, je höher der eingestellte Druck ist. Die Druckvorrichtung hatte jedoch eine Obergrenze bei 2000 atm. Um Hohlraumdefekte in dem Material zum Kollabieren zu bringen, ist es üblich, eine Wärmebehandlung (HIP-Behandlung genannt) unter hohem Druck bei einer Temperatur auszuführen, die nicht niedriger als die Rekristallisationstemperatur des Materials ist (gewöhnlich bei einer Temperatur, die gleich dem 0,4- oder 0,5fachen des Schmelzpunkts des Materials ist).
Dagegen können bei dieser Ausführungsform Hohlräume zum Kollabieren gebracht werden, wenn die Wärmebehandlung bei einer niedrigeren Temperatur durchgeführt wird, die ungefähr um eine Größenordnung, d.h. 1/10, niedriger als der Schmelzpunkt von 3400°C von beispielsweise Wolfram ist.
Ferner ist gefunden worden, daß durch die oben beschriebenen Wärmebehandlung die Kristallorientierung deutlich in der Richtung ausgefluchtet wird, in der das Sondenmaterial gereckt worden ist. Angesichts dieser Wirkung wird eine Ätz- oder Schleifrate in einem Prozeß zum Formen der Sondenspitze gleichmäßig, und die Sondenspitze kann daher so fertigbearbeitet werden, daß sie eine sehr glatte Oberfläche hat. Infolgedessen können Oxide nur schlecht an der Sondenspitze haften, und das Sondenprüfverfahren kann mit gutem elektrischem Durchgang ausgeführt werden.
Außerdem werden, wie die nachstehende Tabelle 1 zeigt, auch die mechanischen Eigenschaften gleichmäßig (beispielsweise variiert ein Elastizitätsmodul der Sonden im Bereich von 18,8 bis 25,2 × 10³ kgf/mm² vor der Wärmebehandlung, jedoch im Bereich von 22,3 bis 26,3 × 10³ kgf/mm² nach der Wärmebehandlung). Wenn das Sondenprüfverfahren mit einer solchen an einer Prüfkarte angebrachten Sonde ausgeführt wird, ist es also möglich, ein zu starkes Treiben oder zu hohe Belastung zu reduzieren, was angesichts von Änderungen von Sondeneigenschaften erforderlich war.
Tabelle 1
Außerdem wurde folgendes gefunden: Da die Spitzenfläche der Sonde glatt ausgebildet ist, so wird die Reibungszahl zwischen der Sonde und dem Prüfkontaktflächenmaterial, mit dem die Sonde in Kontakt gelangt, reduziert. Auch bei einer Sonde, welche eine herkömmliche Spitzengestalt hat, die mit einer sphärisch gekrümmten Oberfläche mit einem Krümmungsradius im Bereich von 20 μm bis 30 μm gebildet ist, gleitet daher das Kontaktflächenmaterial und bewegt sich vor der Sonde, wenn von der Sondenspitze ein Druck darauf aufgebracht wird. Infolgedessen kann die Wirkung einer Reduzierung und Stabilisierung des elektrischen Kontaktwiderstands erhalten werden.
Wenn die Sonde, welche die Spitzengestalt gemäß den Ausführungsformen 4 und 5 hat, mit dem Material gebildet ist, das der oben beschriebenen Wärmebehandlung unterzogen worden ist, kann also ein Sondenprüfverfahren bei stabilem elektrischen Kontaktwiderstand und mit automatischer Erkennung der Position der Sondenspitze erzielt werden. Dies führt zu einer erheblichen Zeitreduzierung und Kostensenkung für die Prüfung.
Ferner ermöglicht die obengenannte Wärmebehandlung der Sonde die Stabilisierung des Kontaktwiderstands auch bei der Sonde, welche die herkömmliche Spitzengestalt hat.
9 zeigt in Form eines vereinfachten Modells einen Zustand eines Sondenprüfverfahrens, bei dem eine Sondenspitze mit einer Prüfkontaktfläche in Kontakt ist. Unter der Annahme, daß beispielsweise eine Sonde 1 eine Spitzengestalt hat, die zu einer sphärisch gekrümmten Oberfläche geformt ist, der Krümmungsradius der Spitzengestalt R ist, der Durchmesser eines Schafts oder Schaftbereichs der Sonde 1, der in die sphärisch gekrümmte Oberfläche übergeht, D ist, und wenn die Sonde unter einem Neigungswinkel mit einer Prüfkontaktfläche 2 in Kontakt gelangt, die eine Dicke t hat, die größte Distanz zwischen einer Linie, bei welcher der Schaftbereich der Sonde 1 die sphärisch gekrümmte Oberfläche schneidet, und die untere Oberfläche der Prüfkontaktfläche 2 einen Wert H hat, dann ist es wesentlich, daß nicht nur die nachstehende Bedingung H = R – Rsin(β – α) ≥ t (wobei β = cos–1(D/2R)),sondern auch die Bedingung erfüllt wird, die vorstehend in Verbindung mit Ausführungsform 1 zur Entwicklung einer Scherverformung in dem Kontaktflächenmaterial erläutert worden ist.
Materialfehler in der Sonde 1 können eliminiert werden, und die Spitzenfläche der Sonde kann so fertigbearbeitet werden, daß sie sehr glatt ist, indem die Sonde 1 in einer nichtoxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur wärmebehandelt wird, die nicht höher als die Rekristallisationstemperatur des Metallmaterials ist, während gleichzeitig der Druck eines nichtoxidierenden Gases auf einen Wert erhöht wird, der ausreicht, um zu bewirken, daß das Volumen des Metallmaterials über die Zeit kontrahiert.
Infolgedessen ist die Reibungszahl zwischen dem Kontaktflächenmaterial und der Spitzenfläche der Sonde 1 so reduziert, daß das Kontaktflächenmaterial derart geschoben wird, daß es sich nach vorn bewegt, und die Spitzenfläche der Sonde 1 mit einer frischen Oberfläche des Kontaktflächenmaterials in Kontakt gebracht wird, solange die Sonde in dem in 9 gezeigten Kontaktzustand ist, und zwar ungeachtet der Gestalt der Sondenspitze. Es wurde also bestätigt, daß aufgrund der Wirkung der Wärmebehandlung auch mit einer Sonde 1, welche die herkömmliche Spitzengestalt hat, ein stabiler Kontakt erhalten werden kann.
Ausführungsform 8.
10 zeigt eine Sonde gemäß Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung. Während des Sondenprüfverfahrens kann die Kontaktoberfläche zwischen der Spitze einer Sonde 90 und einer Kontaktfläche 2 aufgrund einer Scherverformung hohe Temperaturen erzeugen, die nicht niedriger als 1000°C sind. Wolfram tendiert stark dazu, bei hohen Temperaturen zu oxidieren.
Um die Oxidation von Wolfram zu vermeiden, wird bei dieser Ausführungsform die Wärmebehandlung, die vorstehend in Verbindung mit Ausführungsform 7 beschrieben worden ist, an der Sonde 90 ausgeführt, und eine Oberflächenüberzugsschicht 91 von 0,01 bis 0,1 μm aus Pt, Ir, Rh, Au, Cd oder einer Legierung aus diesen Elementen wird über der Spitze der Sonde 90 durch Metallisieren oder Vakuumaufdampfen gebildet.
Durch Ausführen des Sondenprüfverfahrens mit einer Sondenvorrichtung, welche die Sonde 90 daran angebracht aufweist, wird das Haften von Oxiden an der Spitze der Sonde 90 erschwert, und das Sondenprüfverfahren kann mit gutem elektrischen Durchgang ausgeführt werden.
Ausführungsform 9.
11 ist eine Schnittansicht, die eine Konstruktion einer Sondenvorrichtung gemäß Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Sondenvorrichtung weist einseitig angebrachte Sonden 100 auf, die an einer Seite einer Prüfplatte (-karte) 101 angebracht sind. Die Prüfplatte 101 hat eine Öffnung, die in einer solchen Position ausgebildet ist, daß von der gegenüberliegenden Seite der Prüfplatte, die keine Sonden aufweist, die Spitzen der Sonden 100 durch die Öffnung sichtbar sind.
Eine Platte 104, die mit sie durchsetzenden Düsen 105 versehen ist, wird in die Öffnung der Prüfplatte von der keine Sonden aufweisenden gegenüberliegenden Seite aus in den Spitzen der Sonden 100 zugewandter Relation eingesetzt, so daß Gas auf die Spitzen der Sonden 100 geblasen werden kann. Ferner ist eine Abdeckung 103 an der gegenüberliegenden Seite der Prüfplatte 101 in einer die Platte 104 abdeckenden Relation so angebracht, daß sie einen Raum zwischen sich und der Platte 104 bildet.
Ein Rohr 102 zum Einpressen von Gas ist an der Abdeckung 103 angebracht, und ein nichtoxidierendes Gas, wie etwa Argon oder Stickstoff, wird in den Raum zwischen der Abdeckung 103 und der Platte 104 durch das Rohr 102 mit einer Rate von 5 bis 10 l/min eingepreßt.
Das eingepreßte nichtoxidierende Gas wird aus den Düsen 105 direkt auf die Spitzen der Sonden 100 geblasen. Die Dichte des nichtoxidierenden Gases im Bereich der Sondenspitzen wird folglich so erhöht, daß eine Oxidation der Sonden 100 verhindert wird. Da ferner das Gas in heftigen Strömen ausgestoßen wird, kann gleichzeitig an dem Wafer befindlicher Staub entfernt werden.
Außerdem wird durch die Anbringung von einseitig angebrachten Sonden, die der vorstehend in Verbindung mit Ausführungsform 7 beschriebenen Wärmebehandlung unterzogen worden sind, an der so ausgebildeten Sondenvorrichtung der elektrische Durchgang während des Sondenprüfverfahrens verbessert, und eine Oxidation der Sonden kann vermieden werden.
Ausführungsform 10.
12 ist eine Schnittansicht, die eine Konstruktion einer Sondenvorrichtung gemäß Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Sondenvorrichtung hat eine Vielschichtstruktur, die folgendes aufweist: eine Vielzahl von vertikalen oder ähnlichen Sonden 110, eine Sondenbefestigungsplatte 111 und eine Platte 113, die mit Führungslöchern 115 zum Führen der Sonden 110 versehen ist. Ein Raum ist zwischen der Sondenbefestigungsplatte 111 und der mit Führungslöchern 115 versehenen Platte 113 gebildet und durch eine luftdichte Abdichtung 114 abgedichtet, so daß sich eine luftdicht abgedichtete Konstruktion ergibt.
Die Führungslöcher 115 haben jeweils einen Durchmesser, der um das von 1,2- bis 1,5fache größer als der Durchmesser der Führungslöcher 115 ist. Mit dieser Konstruktion kann durch Zuführen eines nichtoxidierenden Gases in den umschlossenen Raum zwischen der Sondenbefestigungsplatte 111 und der Platte 113 und durch Ausstoßen des nichtoxidierenden Gases durch die Führungslöcher 115 mit einem Durchsatz von 2 bis 5 l/min eine nichtoxidierende Atmosphäre in der Nähe der Spitze von jeder der Sonden 110 erzeugt werden, und eine Oxidation der Sonden 110 wird vermieden. Da ferner das Gas in heftigen Strömen ausgestoßen wird, kann gleichzeitig an dem Wafer befindlicher Staub entfernt werden.
Außerdem wird durch das Anbringen von vertikalen oder ähnlichen Sonden, die der vorstehend in Verbindung mit Ausführungsform 7 beschriebenen Wärmebehandlung unterzogen worden sind, an der so ausgebildeten Sondenvorrichtung der elektrische Durchgang während des Sondenprüfverfahrens verbessert, und eine Oxidation der Sonden kann vermieden werden.
Die vorstehenden Ausführungsformen sind zwar in Verbindung mit den Sonden und der Sondenvorrichtung hauptsächlich zum Prüfen von Wafern beschrieben worden, auf denen integrierte Halbleiterschaltungen ausgebildet sind; die vorliegende Erfindung ist jedoch beispielweise auch bei Sonden anwendbar, die zum Prüfen von Halbleitererzeugnissen verwendet werden, die durch andere Herstellungsverfahren, wie etwa ein Schichtbildungsverfahren gefertigt werden, und ermöglicht das Ausführen des Sondenprüfverfahrens mit gutem elektrischen Durchgang.
Ferner kann die Sonde der vorliegenden Erfindung in dem Fall angewandt werden, in dem es erforderlich ist, mit einem Leiterrahmen eines Halbleiterbauelements, der durch Metallisieren eines Weichlots an einem Material, wie etwa einer 42-Legierung gebildet ist, einen Kontakt herzustellen, so daß eine Schlußprüfung mit gutem elektrischen Durchgang ausgeführt werden kann.
Außerdem kann die Sonde gemäß der vorliegenden Erfindung bei einem Funktionstest für eine elektronische Leiterplatte, an der Halbleiter angebracht sind, verwendet werden, was das Ausführen des Sondenprüfverfahrens mit gutem elektrischen Durchgang ermöglicht.
Wie vorstehend beschrieben, kann bei der Prüfsonde für Halbleiterbauelemente gemäß der vorliegenden Erfindung die Sondenspitze wirkungsvoll eine Scherverformung in der Kontaktfläche während des Sondenprüfverfahrens entwickeln, so daß eine Kontaktoberfläche zwischen der Sondenspitze und der Kontaktfläche mit einem ausreichenden Graf des elektrischen Durchgangs hergestellt werden kann.
Ferner kann bei der Prüfsonde für Halbleiterbauelemente gemäß der vorliegenden Erfindung die Sondenspitze immer mit einer frischen Oberfläche der Kontaktfläche in Kontakt gebracht werden, um einen ausreichenden Grad des elektrischen Durchgangs zu erhalten.
Bei der Prüfsonde für Halbleiterbauelemente gemäß der vorliegenden Erfindung wird dann, wenn ein Sondenniveau in dem Sondenprüfverfahren eingestellt wird, eine Zeit, die erforderlich ist, um die Sonde vor dem Beginn der Messung zu positionieren, verkürzt, und Meßschwankungen werden reduziert.
Ferner wird bei der Prüfsonde für Halbleiterbauelemente gemäß der vorliegenden Erfindung eine solche Gestalt des Sondenendes erhalten, daß ein flacher Bereich an der Sondenspitze gebildet ist und der flache Bereich mit einer sphärischen Oberfläche durch eine glatte gekrümmte Oberfläche verbunden ist. Infolgedessen kann eine Sonde hergestellt werden, die imstande ist, einen guten elektrischen Durchgang zu ermöglichen und auf einfache Weise in ihrer Lage positioniert zu werden.
Außerdem sind Beanspruchungen an der Kontaktfläche weniger konzentriert, so daß Beschädigungen der Kontaktfläche und der unter der Kontaktfläche liegenden Schicht gemindert werden können.
Bei der Prüfsonde für Halbleiterbauelemente gemäß der vorliegenden Erfindung können Hohlräume im Bereich der Korngrenze unter der Wirkung von Druck zum Kollabieren gebracht werden, während gleichzeitig unterdrückt wird, daß Kristalle in dem Metallmaterial grob werden. Die Hohlräume werden also erheblich reduziert, und mechanische Eigenschaften werden vergleichmäßigt.
Durch Verwendung der Sonde, die der Wärmebehandlung der vorliegenden Erfindung unterzogen worden ist, kann daher eine Sonde bereitgestellt werden, die gute und gleichmäßige elektrische Eigenschaften hat. Infolgedessen kann ein Spielraum, der in bezug auf das Ausmaß des Drückens der Sonde in die Kontaktfläche berücksichtigt werden muß, verringert werden, und der elektrische Durchgang kann für sämtliche Sonden unter einer geringeren Sondenbelastung hergestellt werden.
Da bei der Prüfsonde für Halbleiterbauelemente gemäß der vorliegenden Erfindung die Hohlräume erheblich reduziert und mechanische Eigenschaften vergleichmäßigt werden, indem die Wärmebehandlung der vorliegenden Erfindung angemessen ausgeführt wird, ist es möglich, einige herkömmliche Probleme zu überwinden, wie z.B. das Problem, daß bei einer Sonde, die beispielsweise aus Wolfram gebildet ist und Hohlräume darin enthält, von der Kontaktfläche abgelöste Substanzen mit einem hohen elektrischen Widerstandswert, wie etwa Oxide in die Hohlräume eindringen können, so daß das Herstellen eines elektrischen Durchgangs während des Sondenprüfverfahrens behindert wird. Infolgedessen kann eine Sonde bereitgestellt werden, die gute und gleichmäßige elektrische Eigenschaften hat.
Bei der Prüfsonde für Halbleiterbauelemente gemäß der vorliegenden Erfindung erscheinen nach der Endbearbeitung keine Materialfehler in der Sondenspitzenfläche, und somit kann ein stabiler Kontakt selbst mit einer Sonde erreicht werden, die eine herkömmliche Sondenspitzengestalt hat.
Bei der Prüfsonde für Halbleiterbauelemente gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch dann, wenn die Kontaktfläche aufgrund einer Scherverformung während des Sondenprüfverfahrens hohen Temperaturen ausgesetzt ist, eine Oxidation des die Sonde bildenden Metallmaterials vermieden werden, und daher kann eine Sonde bereitgestellt werden, die einen guten elektrischen Durchgang hat.
Mit der Sondenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Sondenvorrichtung zur Verfügung gestellt werden, die einen guten elektrischen Durchgang zwischen der Sondenspitze und der Kontaktfläche hat.
Bei einem Prüfverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Sondenspitzenfläche mit einer frischen Oberfläche des Prüfkontaktflächenmaterials stabil in Kontakt gebracht werden, und das Sondenprüfverfahren kann mit gutem elektrischen Durchgang ausgeführt werden.
Bei einem anderen Prüfverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Sondenspitzengestalt auf einfache Weise geprüft werden.
Bei dem Halbleiterbauelement gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Vorsprung an der Prüfkontaktfläche gebildet. Wenn beispielsweise ein Drahtbondvorgang an der Prüfkontaktfläche ausgeführt wird, kann die Bondzeit durch Nutzung des gebildeten Vorsprungs verkürzt werden.

Claims

Prüfverfahren zum Prüfen der Funktion eines Halbleiterbauelements, bei dem eine Prüfsonde (1) verwendet wird, die einen Spitzenbereich hat, der gegen eine Prüfkontaktfläche (2) des Halbleiterbauelements gedrückt wird und in die Prüfkontaktfläche (2) bis zu einer vorbestimmten Tiefe eindringt, die gleich der Dicke (t) der Prüfkontaktfläche (2) ist, um zwischen dem Spitzenbereich und der Prüfkontaktfläche (2) einen elektrischen Kontakt herzustellen, wobei die Prüfsonde (1) so ausgebildet ist, daß sie eine Spitze mit einer sphärischen Oberfläche hat, welche die folgende Beziehung erfüllt: θ = cos–1(1 – t/R) ≥ 15°,wobei R der Krümmungsradius der sphärischen Oberfläche ist, t die Dicke der Prüfkontaktfläche (2) ist und θ ein Winkel ist, der an der Oberfläche der Prüfkontaktfläche (2) zwischen einer Tangentiallinie (7) in bezug auf die Spitzenfläche der Prüfsonde (1) und der Oberfläche der Prüfkontaktfläche (2) gebildet wird, wenn die Prüfsonde (1) gegen die Prüfkontaktfläche (2) gedrückt wird, wobei eine Prüfsonde (1) verwendet wird, die einen Krümmungsradius R der sphärischen Oberfläche unter 20 μm hat, so daß der Kontakt zwischen der Prüfsonde (1) und der Prüfkontaktfläche (2) dazu dient, eine Scherverformung in der Oberfläche der Prüfkontaktfläche zu verursachen.
Prüfverfahren nach Anspruch 1, wobei eine Prüfsonde (1) mit einem flachen Bereich (51) an einem Ende des Spitzenbereichs verwendet wird.
Prüfverfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, wobei eine Prüfsonde (1) verwendet wird, die aus einem durch Sintern von pulverförmigen Rohstoffen hergestellten Metallstabmaterial besteht, das einer Wärmebehandlung in einer Atmosphäre von nichtoxidierendem Gas unter Bedingungen unterzogen worden ist, bei denen die Behandlungstemperatur nicht höher als die Rekristallisationstemperatur des Metallmaterials ist und der Druck des nichtoxidierenden Gases auf einen Pegel erhöht worden ist, bei dem das Volumen des Metallmaterials über die Zeit kontrahiert wird.
Prüfsonde zum Ausführen eines Prüfverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Prüfsonde (1) so ausgebildet ist, daß sie eine Spitze mit einer sphäri schen Oberfläche hat, die an die Dicke (6) der Prüfkontaktfläche (2) angepaßt ist, um die folgende Beziehung zu erfüllen: θ = cos–1(1 – t/R) ≥ 15°,wobei R der Krümmungsradius der sphärischen Oberfläche ist, t die Dicke der Prüfkontaktfläche (2) ist und θ ein Winkel ist, der an der Oberfläche der Prüfkontaktfläche (2) zwischen einer Tangentiallinie (7) in bezug auf die Spitzenfläche der Prüfsonde (1) und der Oberfläche der Prüfkontaktfläche (2) gebildet wird, wenn die Prüfsonde (1) gegen die Prüfkontaktfläche (2) gedrückt wird, wobei der Krümmungsradius R der sphärischen Oberfläche unter 20 μm ist, so daß der Kontakt zwischen der Prüfsonde (1) und der Prüfkontaktfläche (2) dazu dient, eine Scherverformung an der Oberfläche der Prüfkontaktfläche zu verursachen.
Prüfsonde nach Anspruch 4, wobei die Prüfsonde (1) einen flachen Bereich (51) an einem Ende des Spitzenbereichs hat.
Prüfsonde nach den Ansprüchen 4 bis 5, wobei die Prüfsonde aus einem durch Sintern von pulverförmigen Rohstoffen hergestellten Metallstabmaterial besteht, das einer Wärmebehandlung in einer Atmosphäre von nichtoxidierendem Gas unter Bedingungen unterzogen worden ist, bei denen die Behandlungstemperatur nicht höher als die Rekristallisationstemperatur des Metallmaterials ist und der Druck des nichtoxidierenden Gases auf einen Pegel erhöht worden ist, bei dem das Volumen des Metallmaterials über die Zeit kontrahiert wird.
Sondenvorrichtung zum Ausführen eines Prüfverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die dazu ausgebildet ist, um die Prüfsonde (1) gegen die Prüfkontaktfläche (2) des Halbleiterbauelements zu drücken und die Prüfsonde (1) an der Prüfkontaktfläche (2) relativ zu verschieben, um Material (8) an der Oberfläche der Prüfkontaktfläche (2) teilweise zu verlagern, so daß das Material (8) in einer Vielzahl von Schichten angehäuft wird und dadurch die Funktion des Halbleiterbauelements geprüft wird.