JP2003218177A - マイクロジョイント相互接続のテストおよびバーンインを行うための一時デバイス取付構造、およびそれを製造するための方法 - Google Patents
マイクロジョイント相互接続のテストおよびバーンインを行うための一時デバイス取付構造、およびそれを製造するための方法Info
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Abstract
ス・チップをテストして「バーンイン」することができ
る能力を提供することである。 【解決手段】 マイクロ樹枝状フィーチャを有する複数
のレセプタクルを有するキャリアに一時的に取り付ける
ことによってデバイス・チップの集合体を試験するため
のシステムであって、レセプタクルが、デバイス・チッ
プ上のコンタクト・パッドの合致する組と合致し、接触
した状態で押され、前記キャリアがさらに、相互接続配
線を介してレセプタクルに接続されたテスト・パッドを
有するシステムを提供すること。システムは、キャリア
上のテスト・パッドをプローブすることによってチップ
を一体に接続し、集合体を全体として試験することがで
きるようにする。チップの集合体のバーンインも、再利
用可能である一時キャリア上で行うことができる。
Description
ロニクスの分野に関し、より詳細には、一般に「チッ
プ」と呼ばれる非常に小さな半導体デバイスを製造して
相互接続する分野に関する。
技術のレベルの向上が、計算、通信、およびマイクロ制
御装置適用例向けのシリコン・チップでの使用につい
て、LSI(large scale integrated)回路からVLS
I(very large scale integrated)回路へ、さらに現
在のULSI(ultralarge scale integrated)回路へ
の移行を容易にした。これらの高集積シリコン・チップ
の最適な利用には、メモリ・チップなどのサポート・デ
バイスを有するより空間効率の良いパッケージングが必
要である。さらに、移動通信デバイス、ハンドヘルド・
オーガナイザ、および計算デバイスの出現と共に、その
ような様々な機能を単一のコンパクト・システムに集積
するための取り組みも行われている。これは、システム
オンチップ(SOC)手法へのマイクロエレクトロニク
ス業界の取り組みをもたらしている。
きなチップがエンド・ユーザに様々な機能を提供するこ
とができるように、同じシリコン・チップ上にこれらの
様々なデバイス機能の多くを集積することを試みてい
る。概念的には非常に魅力的であるが、そのような手法
は、いくつかの理由により、実際には困難である。ま
ず、様々なマイクロエレクトロニクス・デバイス(メモ
リ・チップ、論理チップ、ワイヤレス通信チップなど)
に関する材料、製造プロセス、およびフィーチャ・サイ
ズの最適化は、それぞれ大きく異なる。同じチップ上に
それら全てを組み合わせることは、SOC内の各デバイ
ス・ブロックで達成可能な性能を制限する可能性がある
製造面での妥協を示唆する。第2に、多数の機能ブロッ
クの集積には、多くのレベルの配線がチップ上に構成さ
れる大きなチップ・サイズが必要である。これらの要因
はどちらも、歩留まりを低減させ、チップ当たりのコス
トを増大させる傾向があり、これは望ましくない。第3
に、機能のあらゆる独自の組合せ(例えば、メモリとマ
イクロプロセッサ、ワイヤレス通信とマイクロプロセッ
サなど)を設計して構築しなければならず、様々なチッ
プ部品数およびプロダクト・ミックスをもたらし、これ
は低コスト縮小製造に寄与しない。最後に、単一SOC
上で種々の組の材料、プロセス、および集積スキームを
組み合わせるのに必要な専門技術は、現在様々なマイク
ロエレクトロニクス・ビジネスの部門が存在するので、
単一の専門技術では通用しないことが多い。
ムオンパッケージ、すなわちSOPであり、SOPで
は、それぞれ独自の機能に関して最適化され、おそらく
専用チップを生成するように特別に設計された異なる工
場で製造されるいくつかのチップが、第1のレベル・パ
ッケージング・キャリア上で組み合わされ、このキャリ
アがそれらを相互接続し、結果として得られるパッケー
ジが、単一システムとして機能できるようにする。その
ようなパッケージで必要とされる相互接続および入出力
(I/O)密度のレベルは、印刷回路板または多層セラ
ミック技術で現在利用可能なものよりもはるかに大きく
なることが予想される。上にチップが組み立てられるこ
のSOPキャリアは、SOCの代替となることが予想さ
れるので、相互接続およびI/O密度は、チップ上のF
BEOL(the far back end of the line)相互接続レ
ベルで使用されるもの(典型的には、500nm〜10
00nmピッチでの配線およびバイア)と、最もアグレ
ッシブなパッケージング基板(典型的には、10000
〜20000nmピッチでのバイアおよび配線)で使用
されるものとの間のどこかにあると予想するのが妥当で
ある。キャリア自体がシリコンから作成されている場
合、SOPキャリアに必要な配線サイズおよびピッチで
のFBEOLプロセスの拡張が実現可能である。しか
し、さらに、キャリアは、上に取り付けられた様々なデ
バイス・チップを相互接続するために高いI/O密度を
サポートする必要がある。システムの細分性が大きくな
る、すなわちサブユニットまたはチップへのシステムの
分割が細かくなるとそれだけ、必要なI/Oの数が多く
なる。そのようなI/O密度は、5〜10μmサイズ程
度の結合パッドと空間とを必要とし、これは、現在のと
ころサイズおよびスペーシングが少なくとも10〜20
倍粗い典型的なパッケージングI/Oパッドの可能性の
範囲外にある。
いチップ間での入出力密度を達成するために、マイクロ
ジョイント構造が、システムオンパッケージ・キャリア
上にいくつかのチップを相互接続できるようにすること
が非常に望ましい。
行うという特定の目的で、次いで「バーンイン」を行う
ために、前述したマイクロジョイントの高密度アレイを
含めたチップなどのデバイスの集合体を(永久ではな
く)一時的に相互接続する特定の必要性が生じる。これ
は、良好な品質のチップを選別し、キャリア上に良好な
品質のチップを組み合わせて、パッケージ上に機能的か
つ信頼可能なシステムを形成することができるようにす
る。
は、(5μm中心で約2.5μmまで下げた)超高ピッ
チI/Oパッドを必要とするデバイス・チップをテスト
して「バーンイン」することができる能力を提供するこ
とである。
するデバイスの集合体の一部としてテストしてバーンイ
ンすべきデバイスをテストすることができる能力を実現
することである。
に永久冶金ジョイントを形成せずに達成される。これに
より、テスト基板から不良チップを取り除くためにマイ
クロジョイントに力を加える必要がなくなり、これは、
これらの非常に小さなサイズのジョイント構造に特に重
要である。
アは、その上でテストされる部品との非永久結合が形成
されるので、多くのテスト・サイクルに関して再利用可
能である。テストされたデバイスの選別は、テスト条件
下での性能レベルに基づいて行われ、特に、適切な測定
基準(例えばシステム・レベルでのデバイス速度)に基
づいている。
いる上述した特定の必要性を達成するために、本発明
は、簡潔に述べると、システム・レベル・テストおよび
バーンイン・キャリアを備える構造であって、キャリア
を備えるマイクロジョイント構造をアレイに一時的に取
り付けることによってデバイス・チップのアレイをテス
トするためのシステムを備え、キャリアが、マイクロ樹
枝状表面フィーチャを備える複数のレセプタクルを有す
る多層基板であり、前記レセプタクルが、デバイス・チ
ップ上でのマイクロジョイント・パッドのパターンおよ
びサイズに合致し、さらに、テスト・パッドと、マイク
ロ樹枝状レセプタクル・アレイにテスト・パッドを接続
する相互接続配線とを備え、相互接続配線がさらに、キ
ャリア上に取り付けられた複数のデバイス間での接続を
提供し、それによりキャリア上にある状態で適切にテス
トすることができる複合機能システムを形成する構造を
提供する。
ーンインすべきデバイス・チップは、マイクロジョイン
ト構造の接続冶金を備える。次いで、コンフォーマル圧
力の印加により、デバイス・パッドは、キャリア上のマ
イクロ樹枝状コンタクトに対して押され、それにより、
典型的なテストおよびバーンイン・プロセスの期間およ
び条件に関して信頼可能な一時電気接続を確立する。こ
のレジームの終わりに、任意の不良品質チップが取り除
かれ、新たなチップと交換される。このレジームは、良
好な信頼度を有するシステム・レベルで機能するように
考えられた最終的なチップ集合体を反復してもたらす。
発明によれば、機能システム(例えば、電子/光学シス
テム、ネットワーク・スイッチング・システム、マルチ
プロセッサ並列計算システム)を形成するデバイスの集
合体の一部としてテストして「バーンイン」しなければ
ならないデバイスをテストし、それによりシステム・レ
ベル操作性および性能を保証する能力があることが本発
明の説明が進むにつれて明らかになろう。したがって、
これは、グループとして良好であることが知られている
チップ・グループの選択を可能にする。別法として、本
発明の方法は、完全なシステムを構成する他のチップの
知られている良好な集合体と共にテスト・キャリア10
上に取り付けられたいくつかのチップをテストすること
によって、歩留まりが低くなり、性能レベルが変動する
傾向がある特定の部品またはチップの選別を可能にす
る。テストが完了すると、一時的に取り付けられていた
デバイス・チップをテスト・キャリアから分離すること
ができる。
プ間配線16を有するシリコン、セラミック、または有
機物キャリアなどの材料12から構成されたキャリア構
成要素10から開始することを理解されたい。外部電子
回路に接続するためのコンタクトの配線を行わなければ
ならない。配線は複数のレベルを有し、キャリアはま
た、図1には図示されておらず、しかしキャリアの後部
への接続を可能にするようにキャリア10を介して延在
するバイアを有する。
クル20が誘電体層14内に延在し、デバイス・チップ
へのコンタクトが、代表的なデバイス・ウェハ30に関
して作成され、代表的なスタッド32がウェハ30から
延在し、金属先端34を有することがわかる(図3)。
重要な留意点は、レセプタクル20のサイズを約2.5
ミクロンと小さくすることができることである。さら
に、レセプタクルのサイズは、スタッド32のサイズよ
りも約20%大きい。
−Ta層から構成されるライナ/シード層22が堆積さ
れ、さらに0.1ミクロンのCu層24も堆積されるこ
とが図1でわかる。
は、化学機械研磨(CMP)の使用によって上面から研
磨除去され、TaN−Ta層22の上で止まる。Cu
は、コンタクト・レセプタクルの底部、およびその側壁
に残る。
めっきするプロセスを使用して、コンタクト開口内に
0.5ミクロンのニッケルなどの障壁層26を電気めっ
きすることである。TaN−Taは、電流を導く働きを
し、しかしそこにはめっきが行われない。
ベース・ストライク層と、Pdの樹枝状結晶層と、Pd
の補強オーバーレイヤ層とを電気めっきする。これらの
Pd層全てが参照番号28で示されている。様々なめっ
き溶液濃度、電流密度、または超音波攪拌レベル、ある
いはそれら全てを使用して、樹枝状Pd三重層を達成す
る。任意選択で、樹枝状結晶を、NiやCuなど非貴金
属から作成し、Pd、Pt、またはRhなど貴金属を用
いてその上にめっきすることができる。
Ta層22を除去するためにエッチングが行われ、その
結果が図3に示されている。化学的エッチングまたはド
ライ・プラズマ・エッチングをこのステップに関して使
用することができる。このとき、最終キャリア構造10
(図3)は、貴金属凹凸で占められた雌レセプタクル2
0を有し、この凹凸は、図3に示されていないコンフォ
ーマル背圧アセンブリの下でテスト・キャリアとチップ
30が位置合わせされ、一体に組み立てられるときに、
デバイス・チップ・スタッド32の比較的柔らかいマイ
クロジョイントはんだまたはAu−Sn先端パッド34
内に係合して貫入する。このコンタクト挙動は、システ
ム・レベル・テストを実行または実施するのに適してお
り、また、個々のチップから一体に構成されるシステム
全体のバーンインを行うのに適している。一時相互接続
レジームのもとで実施されるテストは、オープン/ショ
ート・テストまたはシステム性能テストに限定されず、
意図した使用法に関してチップが良好であることを保証
するための網羅的なテスト・ルーチンを含むことができ
る。
の事項を開示する。
一時的に取り付けることによってデバイス・チップの集
合体をテストするためのシステムであって、上面に複数
のレセプタクルを有する多層基板を有するマイクロジョ
イント機能キャリアと、前記レセプタクルに配設された
一組のマイクロ樹枝状フィーチャと、キャリア上の前記
複数のレセプタクルに合致するデバイス・チップ上の一
組のコンタクト・パッドと、キャリア上の一組のテスト
・パッドと、前記マイクロ樹枝状パッド・アレイに前記
テスト・パッドを接続する相互接続配線とを備えるシス
テム。 (2)前記デバイス・チップ上の前記コンタクト・パッ
ドが、前記パッド表面から延在するスタッドを有するよ
うに形状を取られている上記(1)に記載のシステム。 (3)前記レセプタクルが、内壁および底部に、隣接す
るライナ、シード、および障壁の層と、これらの表面の
最内部にある貴金属樹枝状結晶を有する上記(1)に記
載のシステム。 (4)前記ライナ層が、Ta、Ti、W、TaN、Ti
N、WN、Cr:200〜1600Aからなる群から選
択される上記(3)に記載のシステム。 (5)前記シード層が、Cu、Au:300〜2000
Aからなる群から選択される上記(3)に記載のシステ
ム。 (6)前記障壁層が、Ni、Ni−P、Co、Co−
P、Ni−P、Pt、Pd:2000〜10000Aか
らなる群から選択される上記(3)に記載のシステム。 (7)前記キャリアが、シリコン層と誘電体層を含み、
前記レセプタクルが誘電体層内にあり、キャリア配線が
前記誘電体層の下にある上記(1)に記載のシステム。 (8)前記ライナ層が、前記誘電体層の上面からエッチ
ング除去される上記(4)に記載のシステム。 (9)前記シード層が、前記誘電体層の上面からエッチ
ング除去される上記(5)に記載のシステム。 (10)前記樹枝状結晶が、Pt、Pd、Rhからなる
群から選択される貴金属からなる上記(1)に記載のシ
ステム。 (11)樹枝状結晶の前記金属が、Ni、Cuなどの非
貴金属から選択され、その後Pt、Pd、Rhなどの貴
金属を用いて上にめっきされる上記(6)に記載のシス
テム。 (12)マイクロジョイント構造をアレイに一時的に取
り付けることによって、半導体ウェハ内のデバイス・チ
ップの前記アレイをテストするための方法であって、多
層基板の形でキャリアを構築することによって前記マイ
クロジョイント構造を形成すること、前記デバイス・チ
ップ上に一組のコンタクト・パッドを形成すること、前
記デバイス・チップ上の前記コンタクト・パッドに合致
する一組のマイクロ樹枝状パッド・アレイをキャリア上
に形成すること、前記マイクロ樹枝状パッド・アレイに
前記コンタクト・パッドを接続する相互接続配線をキャ
リア上に形成すること、一時コンタクトを作成するため
に、前記キャリア上の合致するマイクロ樹枝状パッドに
対して前記チップ上のコンタクト・パッドを一時的に係
合するように前記チップを組み立てること、およびチッ
プの集合体全体に対して、システム・レベル機能テスト
およびバーンインを実施することを含む方法。 (13)前記半導体ウェハから延在するスタッドの端部
にコンタクト・パッドを形成するステップを含む上記
(12)に記載の方法。 (14)前記キャリアの上面で前記レセプタクルの周縁
に、ライナ、シード、障壁金属の隣接層、および貴金属
樹枝状層を形成するステップを含む上記(12)に記載
の方法。 (15)前記ライナ層が、Ta、Ti、W、TaN、T
iN、WN、Cr:200〜1600Aからなる群から
選択される上記(14)に記載の方法。 (16)前記シード層が、Cu、Au:300〜200
0Aからなる群から選択される上記(14)に記載の方
法。 (17)前記障壁層が、Ni、Ni−P、Co、Co−
P、Ni−P、Pt、Pd:2000〜1000Aから
なる群から選択される上記(14)に記載の方法。 (18)前記キャリアが、シリコン層と誘電体層を含
み、前記レセプタクルが誘電体層内にあり、キャリア配
線が前記誘電体層の下にある上記(14)に記載の方
法。 (19)前記タンタル層の上面から前記ライナ層をエッ
チング除去するステップを含む上記(18)に記載の方
法。 (20)前記誘電体層の上面から前記シードをエッチン
グ除去するステップを含む上記(18)に記載の方法。 (21)前記樹枝状結晶を構成する前記貴金属が、P
t、Pd、Rhからなる群から選択される上記(14)
に記載の方法。 (22)前記樹枝状結晶を構成する前記金属が、Ni、
Cuからなる群から選択され、その後、Pt、Pd、R
hなど貴金属の層によって上にめっきされる上記(1
4)に記載の方法。
ンタクト・レセプタクルにわたって金属堆積を有するキ
ャリアを示す図である。
って表面から取り除き、ニッケル層およびPd樹枝状結
晶を堆積した後のキャリアを示す図である。
のキャリアを示し、デバイス・チップから延在するスタ
ッドの一時接合を示す図である。
Claims (22)
- 【請求項1】マイクロジョイント構造をアレイに一時的
に取り付けることによってデバイス・チップの集合体を
テストするためのシステムであって、 上面に複数のレセプタクルを有する多層基板を有するマ
イクロジョイント機能キャリアと、 前記レセプタクルに配設された一組のマイクロ樹枝状フ
ィーチャと、 キャリア上の前記複数のレセプタクルに合致するデバイ
ス・チップ上の一組のコンタクト・パッドと、 キャリア上の一組のテスト・パッドと、 前記マイクロ樹枝状パッド・アレイに前記テスト・パッ
ドを接続する相互接続配線とを備えるシステム。 - 【請求項2】前記デバイス・チップ上の前記コンタクト
・パッドが、前記パッド表面から延在するスタッドを有
するように形状を取られている請求項1に記載のシステ
ム。 - 【請求項3】前記レセプタクルが、内壁および底部に、
隣接するライナ、シード、および障壁の層と、これらの
表面の最内部にある貴金属樹枝状結晶を有する請求項1
に記載のシステム。 - 【請求項4】前記ライナ層が、Ta、Ti、W、Ta
N、TiN、WN、Cr:200〜1600Aからなる
群から選択される請求項3に記載のシステム。 - 【請求項5】前記シード層が、Cu、Au:300〜2
000Aからなる群から選択される請求項3に記載のシ
ステム。 - 【請求項6】前記障壁層が、Ni、Ni−P、Co、C
o−P、Ni−P、Pt、Pd:2000〜10000
Aからなる群から選択される請求項3に記載のシステ
ム。 - 【請求項7】前記キャリアが、シリコン層と誘電体層を
含み、前記レセプタクルが誘電体層内にあり、キャリア
配線が前記誘電体層の下にある請求項1に記載のシステ
ム。 - 【請求項8】前記ライナ層が、前記誘電体層の上面から
エッチング除去される請求項4に記載のシステム。 - 【請求項9】前記シード層が、前記誘電体層の上面から
エッチング除去される請求項5に記載のシステム。 - 【請求項10】前記樹枝状結晶が、Pt、Pd、Rhか
らなる群から選択される貴金属からなる請求項1に記載
のシステム。 - 【請求項11】樹枝状結晶の前記金属が、Ni、Cuな
どの非貴金属から選択され、その後Pt、Pd、Rhな
どの貴金属を用いて上にめっきされる請求項6に記載の
システム。 - 【請求項12】マイクロジョイント構造をアレイに一時
的に取り付けることによって、半導体ウェハ内のデバイ
ス・チップの前記アレイをテストするための方法であっ
て、 多層基板の形でキャリアを構築することによって前記マ
イクロジョイント構造を形成すること、 前記デバイス・チップ上に一組のコンタクト・パッドを
形成すること、 前記デバイス・チップ上の前記コンタクト・パッドに合
致する一組のマイクロ樹枝状パッド・アレイをキャリア
上に形成すること、 前記マイクロ樹枝状パッド・アレイに前記コンタクト・
パッドを接続する相互接続配線をキャリア上に形成する
こと、 一時コンタクトを作成するために、前記キャリア上の合
致するマイクロ樹枝状パッドに対して前記チップ上のコ
ンタクト・パッドを一時的に係合するように前記チップ
を組み立てること、およびチップの集合体全体に対し
て、システム・レベル機能テストおよびバーンインを実
施することを含む方法。 - 【請求項13】前記半導体ウェハから延在するスタッド
の端部にコンタクト・パッドを形成するステップを含む
請求項12に記載の方法。 - 【請求項14】前記キャリアの上面で前記レセプタクル
の周縁に、ライナ、シード、障壁金属の隣接層、および
貴金属樹枝状層を形成するステップを含む請求項12に
記載の方法。 - 【請求項15】前記ライナ層が、Ta、Ti、W、Ta
N、TiN、WN、Cr:200〜1600Aからなる
群から選択される請求項14に記載の方法。 - 【請求項16】前記シード層が、Cu、Au:300〜
2000Aからなる群から選択される請求項14に記載
の方法。 - 【請求項17】前記障壁層が、Ni、Ni−P、Co、
Co−P、Ni−P、Pt、Pd:2000〜1000
0Aからなる群から選択される請求項14に記載の方
法。 - 【請求項18】前記キャリアが、シリコン層と誘電体層
を含み、前記レセプタクルが誘電体層内にあり、キャリ
ア配線が前記誘電体層の下にある請求項14に記載の方
法。 - 【請求項19】前記タンタル層の上面から前記ライナ層
をエッチング除去するステップを含む請求項18に記載
の方法。 - 【請求項20】前記誘電体層の上面から前記シードをエ
ッチング除去するステップを含む請求項18に記載の方
法。 - 【請求項21】前記樹枝状結晶を構成する前記貴金属
が、Pt、Pd、Rhからなる群から選択される請求項
14に記載の方法。 - 【請求項22】前記樹枝状結晶を構成する前記金属が、
Ni、Cuからなる群から選択され、その後、Pt、P
d、Rhなど貴金属の層によって上にめっきされる請求
項14に記載の方法。
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