JP2002267688A - 半導体装置の製造方法および半導体検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリコンコンタクタにおける配線の表面に、
その配線の短絡および摩耗を防ぐ絶縁性保護膜を形成す
る。 【解決手段】 配線３の形成された基板１を直流電源の
陰極と電気的に接続し、基板１およびその直流電源の陽
極と電気的に接続した電極をコロイド状の電着レジスト
液で満たされたレジスト槽に浸す。続いて、直流電源か
ら基板１および電極に電圧を印加することにより配線３
の表面に保護膜１２を析出させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
技術に関し、特に、プロービング検査およびウェハ状態
で行うバーンイン検査など、半導体装置の電気的特性を
検査する工程に適用して有効な技術に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩなどの半導体装置においては、半
導体ウェハの表面に集積回路を形成するまでの前工程
と、その表面に集積回路が形成された半導体ウェハを個
々の半導体チップに分割して、樹脂やセラミックなどで
封止するまでの後工程とに大別される。

【０００３】前工程中の所定の段階においては、半導体
ウェハの表面に形成された各回路の電気的特性検査が行
われ、半導体チップ単位で良品または不良品の判定が行
われる。その電気的特性検査は、各回路間の導通や素子
の良否を判別するプロービング検査と、高温雰囲気中で
熱的ストレスおよび電気的ストレスを回路に付与して不
良を加速判別するバーンイン検査とに分別される。

【０００４】これらプロービング検査やバーンイン検査
は、たとえば、ＶＬＳＩ Ｒｅｐｏｒｔ Ｎｏ１５７，
１９９７．８，ｐ２８〜ｐ２９に記載されているよう
に、プローブカードと、そのプローブカードから斜め
（カンチレバー形状）に出たＷ（タングステン）針から
なるプローブ針とで構成されたニードル方式のコンタク
タを用いて行う。このニードル方式のコンタクタは、半
導体チップまたは半導体ウェハの複数のパッドにプロー
ブ針を接触させ、プローブ針に電気的に接続した外部の
テスタにより半導体チップの電気的特性検査を行うもの
である。

【０００５】しかしながら、上記したプローブカードを
製造するに当たっては、プローブ針を取り付ける水平位
置や高さにおいて、高い加工精度が要求される。そのた
め、そのプローブ針を狭ピッチ化や多ピン化して取り付
ける場合においては、その取り付けに高度の技術が要求
される。すなわち、半導体チップの微細化が進み、パッ
ドが狭ピッチ化された場合には、ニードル方式のコンタ
クタでは技術的に対応できなくなる課題があった。

【０００６】そこで、たとえば特開平１１−２７４２５
１号公報においては、Ｓｉ（シリコン）からなる半導体
ウェハを加工することによりプローブを形成する、シリ
コンコンタクタについて開示されている。シリコンコン
タクタは、Ｓｉからなる突起（プローブ）を半導体ウェ
ハに形成された個々の独立したＳｉの梁上に形成し、突
起から半導体ウェハの裏面に形成した二次電極パッドま
で金属配線を形成したものである。また、この二次電極
パッドには半導体チップの電気的特性検査を行うテスタ
が電気的に接続されている。シリコンコンタクタを用い
たプロービング検査やバーンイン検査は、上記突起を検
査対象の半導体チップのパッドに接触させ、上記二次電
極パッドと半導体チップとの間を接続することで、半導
体チップの電気的特性を検査するものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たシリコンコンタクタにおいては、以下のような問題が
あることを本発明者らは見出した。

【０００８】すなわち、シリコンコンタクタは複数のプ
ローブを有することから、プローブの先端からシリコン
コンタクタ裏面の二次電極パッドまで延在する金属配線
が複数個所に形成される。そのため、その金属配線の表
面を絶縁性保護膜により保護し、導電性の異物が付着す
ることに起因する金属配線間での短絡を防ぐ必要がある
ことを見出した。また、シリコンコンタクタは、検査対
象の半導体チップまたは半導体ウェハとの接触を繰り返
すので、上記金属配線の表面の摩耗を防ぐ目的からも絶
縁性保護膜による金属配線の表面の保護は必要となるこ
とを見出した。

【０００９】ここで、本発明者らは、上記した絶縁性保
護膜の形成方法として、回転塗布方式でポリイミド樹脂
膜を塗布した後にパターニングする方法を検討した。シ
リコンコンタクタでは、プローブの高さ分だけ梁が撓む
ことにより、半導体チップまたは半導体ウェハのパッド
と接触することから、上記絶縁性保護膜はプローブの高
さと比べて薄くかつ均一である必要がある。ところが、
回転塗布方式でポリイミド樹脂膜を塗布する方法では、
シリコンコンタクタが有する段差に起因して絶縁性保護
膜の膜厚に差が生じる問題がある。

【００１０】また、上記した金属配線は、シリコンコン
タクタの表裏を貫通する孔（貫通孔）を通じて形成され
ている。そのため、回転塗布方式でポリイミド樹脂膜を
塗布する方法では、その貫通孔からシリコンコンタクタ
の裏面へポリイミド樹脂が回り込んでしまう。さらに、
貫通孔および梁形成領域にポリイミド樹脂が溜まり、均
一な膜厚の絶縁性保護膜を形成することが困難になる。
すなわち、回転塗布方式でポリイミド樹脂膜を塗布した
後にパターニングする方法では、所望の絶縁性保護膜を
形成することが困難になる問題がある。

【００１１】本発明の目的は、シリコンコンタクタにお
ける金属配線の表面に、その金属配線の短絡および摩耗
を防ぐ絶縁性保護膜を形成する技術を提供することにあ
る。

【００１２】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次のとおりである。

【００１４】すなわち、本発明は、シリコンから形成さ
れた検査構造体を用いた被検体の電気的検査工程を含
み、前記検査構造体は、半導体基板の主面に突起部を有
する梁を形成する工程と、前記半導体基板に前記半導体
基板の表裏を貫通する貫通孔を形成する工程と、前記貫
通孔を介して前記突起部から前記半導体基板の裏面の第
１領域へ延在する配線を形成する工程と、前記配線に給
電し、電着法により前記配線の表面に絶縁性の第１保護
膜を形成する工程と、前記突起部および前記第１領域に
おける前記配線の表面の前記第１保護膜を除去する工程
とを含む工程により形成するものである。

【００１５】また、本発明は、（ａ）半導体基板の主面
に突起部を有する梁を有し、（ｂ）前記半導体基板の表
裏を貫通する貫通孔が形成され、（ｃ）前記貫通孔を介
して前記突起部から前記半導体基板の裏面の第１領域へ
延在する配線が形成され、（ｄ）前記突起部および前記
第１領域の前記配線の表面を除く前記配線の表面に絶縁
性の第１保護膜が形成されているものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明す
るための全図において、同一の機能を有する部材には同
一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

【００１７】図１および図２は、それぞれ本実施の形態
の半導体検査装置であるシリコンコンタクタ（検査構造
体）をプローブ（主面）側および二次電極（裏面）側の
各々の面から見た平面図である。

【００１８】図１および図２に示すように、本実施の形
態のシリコンコンタクタは、たとえば単結晶Ｓｉ（シリ
コン）からなる矩形の半導体基板１（以下、基板とい
う）の主面に、エッチングにより形成された複数の梁２
を有している。この梁２上には突起部が形成され、梁２
を覆う配線３とその突起部とからなるプローブ４が形成
されている。また、基板１は、その表面が熱酸化されて
いる。

【００１９】基板１の裏面には、プローブ４と１対１で
対応する二次電極パッド５（第１領域）が形成されてい
る。また、配線３は基板１を貫通して穿孔された貫通孔
６を取り囲み、貫通孔６を通して基板１の表裏に延在し
ており、プローブ４と二次電極パッド５とは配線３によ
り電気的に接続されている。

【００２０】次に、上記した本実施の形態のシリコンコ
ンタクタの製造方法について図３〜図１１を用いて説明
する。なお、図３、図４、図９、図１０および図１１
は、図１中のＡ−Ａ線における要部断面図である。

【００２１】まず、図３に示すように、シリコン１Ａを
フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて
加工することにより、梁２、突起部４Ａおよび貫通孔６
を形成する。この時、突起部４Ａは、シリコン１Ａの主
面側において梁２の上部に形成される。また貫通孔６の
形成時においては、シリコン１Ａの加工面が（１００）
面であることから、エッチングにより（１１１）面が露
出し、貫通孔６の側面はテーパー形状に形成される。続
いて、上記のように加工したシリコン１Ａを熱酸化し、
その全面に酸化膜１Ｂを形成し、基板１とする。この酸
化膜１Ｂは、シリコン１Ａと配線３（図１および図２参
照）との絶縁を保つ目的で形成される。

【００２２】次に、図４に示すように、梁２を覆い貫通
孔６を通じて基板１の裏面へ延在する配線３を形成す
る。配線３を形成するには、図５に示すように、まず酸
化膜１Ｂの表面に、たとえばスパッタリング法にてＴｉ
膜３ＢおよびＡｕ（金）膜３Ｃを順次堆積する。このＴ
ｉ膜３Ｂは、Ａｕ膜３Ｃが基板１と接着し難いことか
ら、Ａｕ膜３Ｃと基板１との接着強度を向上する目的で
形成される。また、このＴｉ膜３ＢおよびＡｕ膜３Ｃ
は、次の工程でめっき法にてＣｕ（銅）膜、Ｎｉ（ニッ
ケル）膜およびＡｕ膜を順次堆積するための下地膜とな
る。

【００２３】次に、図６に示すように、Ａｕ膜３Ｃ上に
めっき法にてＣｕ膜３Ｄ、Ｎｉ膜３ＥおよびＡｕ膜３Ｆ
を順次堆積する。この時、Ｃｕ膜３Ｄは、配線３の抵抗
を低減する目的で形成される。また、Ｎｉ膜３Ｅは、本
実施の形態のシリコンコンタクタを用いた半導体装置の
検査時にＣｕ膜３Ｄが摩耗してしまうことを防ぐ目的で
形成される。Ａｕ膜３Ｆは、プローブ４の最表面になる
ことから、プローブ４の接触抵抗を低減することができ
る。またＡｕ膜３Ｆは、配線３の最表面になることから
配線３の酸化などによる抵抗増加を防ぐことができる。
この後、これらＴｉ膜３Ｂ、Ａｕ膜３Ｃ、Ｃｕ膜３Ｄ、
Ｎｉ膜３ＥおよびＡｕ膜３Ｆをパターニングすることに
より配線３を形成することができる。もちろん、Ｔｉ膜
３ＢおよびＡｕ膜３Ｃをパターニングした後、Ｃｕ膜３
Ｄ、Ｎｉ膜３ＥおよびＡｕ膜３Ｆをめっき法により形成
してもよい。

【００２４】図７は、配線３が形成された時点における
基板１を裏面側から見た場合の平面図である。

【００２５】図７に示すように、配線３の形成時には、
配線３と同様の工程で配線３と接続する給電配線７が形
成される。また、基板１上においては、シリコンコンタ
クタ形成領域以外の領域に、配線３を形成した工程と同
様の工程により金属膜８を形成し、給電配線７と金属膜
８とを電気的に接続させる。なお、基板１上において
は、複数のシリコンコンタクタ形成領域が設けられてい
るものとする。

【００２６】図８は、上記した配線３上に絶縁性の保護
膜を形成する方法を示した説明図である。

【００２７】レジスト槽９にはコロイド状の電着レジス
ト液１０が満たされている。この電着レジスト液１０中
に上記の基板１およびＳＵＳ３１６からなる電極１１を
浸す。この時、電極１１は直流電源の陽極と電気的に接
続されており、基板１上に形成された金属膜８は直流電
源の陰極と電気的に接続されている。電着レジスト液１
０は、アクリル樹脂を含んでおり、直流電源により基板
１および電極１１へ電圧を印加することにより、そのア
クリル樹脂がイオンと反応することにより基板１に形成
された配線３、給電配線７および金属膜８の表面に析出
し、絶縁性の保護膜１２（第１保護膜）を形成する。こ
こで図９は、配線３の表面に保護膜１２が形成された状
況を示している。保護膜１２は基板１上において通電部
分（配線３、給電配線７および金属膜８）の表面のみに
形成されることから、基板１において段差の生じている
部分、たとえば貫通孔６内の配線３の表面に容易かつ確
実に均一な膜厚の保護膜１２を形成することができる。
すなわち、保護膜１２のパターニングを簡易化すること
が可能となる。なお、保護膜１２は感光性を有し、後の
工程で感光および現像処理を施すことにより、更なるパ
ターニングを行うことも可能である。

【００２８】また、配線３の表面に保護膜１２が形成さ
れたことにより、隣接する配線３の間が導電性の異物の
付着により短絡してしまうことを防ぐことができる。さ
らに、配線３の表面に保護膜１２が形成されたことによ
り、配線３の腐食を防ぐことが可能となり、本実施の形
態のシリコンコンタクタの寿命を向上させることが可能
となる。

【００２９】次に、図１０に示すように、保護膜１２に
対して感光および現像処理を施すことにより、突起部４
Ａ上の保護膜１２および二次電極パッド形成領域の保護
膜１２を除去し、プローブ４および二次電極パッド５を
形成する。

【００３０】次に、図１１に示すように、たとえばダイ
シングにより給電配線７を切断することにより、配線３
と給電配線７とを切り離すことにより、本実施の形態の
シリコンコンタクタを製造する。この時、基板１は個々
のシリコンコンタクタに分割される。

【００３１】次に、本実施の形態のシリコンコンタクタ
を用いた半導体装置の検査方法について図１２を用いて
説明する。

【００３２】まず、被検体である半導体チップ１３を用
意する。この半導体チップ１３には、所定の数の半導体
素子および配線が形成されているものとする。

【００３３】次に、半導体チップ１３に形成され上記し
た半導体素子および配線と電気的に接続した電極パッド
１４に、上記のシリコンコンタクタのプローブ４を押し
当てる。この時、梁２が弾性変形することにより、プロ
ーブ４と電極パッド１４との間に所定のコンタクト荷重
が加わり、半導体チップ１３とシリコンコンタクタとを
電気的に接続することができる。また、上記した梁２の
幅、長さおよび厚さを制御することにより、プローブ４
と電極パッド１４との間に加わるコンタクト荷重を制御
することが可能である。

【００３４】上記したように、配線３の表面には保護膜
１２が形成されている。そのため、本実施の形態のシリ
コンコンタクタと半導体チップ１３とが接触することに
起因する配線３の摩耗を防ぐことができる。すなわち、
配線３の摩耗を防ぐことができることから、本実施の形
態のシリコンコンタクタの寿命を向上させることが可能
となる。

【００３５】この状態で、半導体チップ１３およびシリ
コンコンタクタをテスタ（図示は省略）に装着すること
により、上記した二次電極パッド５とテスタの試験用端
子とを電気的に接続する。続いて、その試験用端子から
二次電極パッド５へ所定の動作電力、動作信号または試
験信号などを印加することにより、半導体チップ１３に
対して所望の検査を行うことができる。また、温度など
の環境負荷をかけつつ、上記した動作電力、動作信号ま
たは試験信号などを印加することにより、半導体チップ
１３の潜在的な不良を顕在化させるバーンイン試験など
を行うことも可能である。

【００３６】以上、本発明者によってなされた発明を発
明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を
逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでも
ない。

【００３７】たとえば、上記の実施の形態においては、
本発明のシリコンコンタクタを用いて、所定の数の半導
体素子および配線が形成された半導体チップに対して検
査を行う場合を例示したが、それら半導体および配線が
形成途中の半導体チップまたは半導体ウェハに対して検
査を行ってもよい。

【００３８】また、上記の実施の形態のシリコンコンタ
クタは、微細に形成された電極パッドを有する半導体チ
ップの特性検査に広く適用することが可能である。

【００３９】

【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以
下の通りである。 （１）電着レジスト液を用いて基板上に形成した配線の
表面にのみ保護膜を形成することができるので、基板の
段差が生じている部分に配線が形成されている場合で
も、その表面に容易かつ確実に均一な膜厚の保護膜を形
成することができる。 （２）電着レジスト液を用いて基板上に形成した配線の
表面にのみ保護膜を形成することができるので、保護膜
のパターニングを簡易化することができる。 （３）複数の配線の表面に絶縁性の保護膜を形成するこ
とができるので、それら配線間で短絡してしまうことを
防ぐことができる。 （４）配線の表面に保護膜を形成することができるの
で、その配線の腐食および摩耗を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の半導体検査装置である
シリコンコンタクタをプローブ側から見た平面図であ
る。

【図２】本発明の一実施の形態の半導体検査装置である
シリコンコンタクタを二次電極側から見た平面図であ
る。

【図３】本発明の一実施の形態である半導体検査装置の
製造工程中の要部断面図である。

【図４】図３に続く半導体検査装置の製造工程中の要部
断面図である。

【図５】図４中に示した配線の形成工程の詳細を示した
要部断面図である。

【図６】図５に続く配線の形成工程の詳細を示した要部
断面図である。

【図７】図４中に示した配線が形成され、半導体検査装
置の形成領域以外の領域に金属膜が形成され、配線と金
属膜とを接続する給電配線が形成された時点の基板の裏
面を示した平面図である。

【図８】図４中に示した配線上に保護膜を形成する方法
を示した説明図である。

【図９】図７に続く半導体検査装置の製造工程中の要部
断面図である。

【図１０】図９に続く半導体検査装置の製造工程中の要
部断面図である。

【図１１】図１０に続く半導体検査装置の製造工程中の
要部断面図である。

【図１２】本発明の一実施の形態である半導体検査装置
を用いた半導体装置の検査方法を説明する要部断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 基板（半導体基板） １Ａ シリコン １Ｂ 酸化膜 ２ 梁 ３ 配線 ３Ｂ Ｔｉ膜 ３Ｃ Ａｕ膜 ３Ｄ Ｃｕ膜 ３Ｅ Ｎｉ膜 ３Ｆ Ａｕ膜 ４ プローブ ４Ａ 突起部 ５ 二次電極パッド（第１領域） ６ 貫通孔 ７ 給電配線 ８ 金属膜 ９ レジスト槽 １０ 電着レジスト液 １１ 電極 １２ 保護膜（第１保護膜） １３ 半導体チップ（被検体） １４ 電極パッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 甘利 浩之 東京都小平市上水本町五丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体グループ内 Ｆターム(参考） 2G003 AA07 AA10 AB01 AC01 AF06 AH07 2G011 AA16 AA21 AB06 AB10 AE03 4M106 AA01 BA01 DD03

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコンから形成された検査構造体を用
   いた被検体の電気的検査工程を含み、前記検査構造体
   は、（ａ）シリコンからなる半導体基板の主面に突起部
   を有する梁を形成する工程、（ｂ）前記半導体基板に前
   記半導体基板の表裏を貫通する貫通孔を形成する工程、
   （ｃ）前記貫通孔を通じて前記突起部から前記半導体基
   板の裏面の第１領域へ延在する配線を形成する工程、
   （ｄ）前記配線に給電し、電着法により前記配線の表面
   に絶縁性の第１保護膜を形成する工程、（ｅ）前記突起
   部および前記第１領域における前記配線の表面の前記第
   １保護膜を除去する工程、を含む工程により形成するこ
   とを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 シリコンから形成された検査構造体を用
   いた被検体の電気的検査工程を含み、前記検査構造体
   は、（ａ）シリコンからなる半導体基板の主面に突起部
   を有する梁を形成する工程、（ｂ）前記半導体基板に前
   記半導体基板の表裏を貫通する貫通孔を形成する工程、
   （ｃ）前記貫通孔を通じて前記突起部から前記半導体基
   板の裏面の第１領域へ延在する配線を形成する工程、
   （ｄ）前記配線に給電し、電着法により前記配線の表面
   に絶縁性の第１保護膜を形成する工程、（ｅ）前記突起
   部および前記第１領域における前記配線の表面の前記第
   １保護膜を除去する工程、を含む工程により形成し、前
   記検査工程は前記突起部を前記被検体の所定の位置に接
   触させることにより行うことを特徴とする半導体装置の
   製造方法。
3. 【請求項３】 シリコンから形成された検査構造体を用
   いた被検体の電気的検査工程を含み、前記検査構造体
   は、（ａ）シリコンからなる半導体基板の主面に突起部
   を有する梁を形成する工程、（ｂ）前記半導体基板に前
   記半導体基板の表裏を貫通する貫通孔を形成する工程、
   （ｃ）前記貫通孔を通じて前記突起部から前記半導体基
   板の裏面の第１領域へ延在する配線を形成する工程、
   （ｄ）前記配線に給電し、電着法により前記配線の表面
   に絶縁性の第１保護膜を形成する工程、（ｅ）前記突起
   部および前記第１領域における前記配線の表面の前記第
   １保護膜を除去する工程、を含む工程により形成し、前
   記第１保護膜はアクリル樹脂を主成分とすることを特徴
   とする半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】 半導体基板の主面に突起部を有する梁を
   有し、前記半導体基板に前記半導体基板の表裏を貫通す
   る貫通孔が形成され、前記貫通孔を通じて前記突起部か
   ら前記半導体基板の裏面の第１領域へ配線が延在し、前
   記突起部および前記第１領域の前記配線の表面を除く前
   記配線の表面に絶縁性の第１保護膜が形成されているこ
   とを特徴とする半導体検査装置。
5. 【請求項５】 半導体基板の主面に突起部を有する梁を
   有し、前記半導体基板に前記半導体基板の表裏を貫通す
   る貫通孔が形成され、前記貫通孔を通じて前記突起部か
   ら前記半導体基板の裏面の第１領域へ配線が延在し、前
   記突起部および前記第１領域の前記配線の表面を除く前
   記配線の表面に絶縁性の第１保護膜が形成されている半
   導体検査装置であって、前記突起部を被検体の所定の位
   置に接触させることにより前記被検体を電気的に検査す
   ることを特徴とする半導体検査装置。