JP2003273178A - 相互接続構造 - Google Patents
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Abstract
る相互接続構造を提供する。 【解決手段】相互接続構造は、基板(102)と、該基
板(102)上に形成された相互接続デバイス(10
4)と、該基板(102)上に形成されたテストデバイ
ス(106)と、を備える。一実施例によると、基板に
よって、第1の側部および第2の側部が画定される。相
互接続デバイスは、第1の側部上に形成される。相互接
続構造は、さらに、相互接続デバイスに接続された導電
体であって、第1の側部から第2の側部に延びている導
電体(128)を含む。
Description
し、より具体的には、例えばテスト機器と共に用いるこ
とができる相互接続構造に関する。
に電気的に接続するため、多種多様な用途において用い
られている。本発明は、いかなる特定の用途にも制限さ
れるものではないが、相互接続構造の用途の1つは、製
作プロセス中および製作プロセス後の両方において、半
導体コンポーネントを含むウェーハに対して実施される
テスト手順に関連する。このテストでは、テスト中に半
導体コンポーネントとの間で信号のやりとりができるよ
うに、半導体コンポーネントの接点と一時的な電気的接
触が必要とされる。従来のテスト機器には、一般に、こ
の目的のために一連のピン接点が含まれている。ピン接
点は、機械加工およびアセンブリ・プロセスを使用して
製造される相互接続構造(「プローブ・カード」と呼ば
れる場合もある)の一部である。ウェーハによっては、
該コンポーネントが適正に動作しているか否かを判定す
るために検知することができる信号を放出する電子エミ
ッタのようなコンポーネントを備えるものもある。ま
た、ウェーハによっては、光のような所定の刺激を特定
のコンポーネントに供給するプローブを用いてテストさ
れるものもある。その場合、例えば電気信号または光信
号のような刺激に対する応答を測定して、該コンポーネ
ントが適正に機能しているか否かが判定される。
がだんだん小さくなるにつれて、半導体コンポーネント
の接点の密度および数が、当然ながら増すこととなっ
た。これに関して発明者の判断するところによれば、半
導体コンポーネントの接点の密度が増え続けると、従来
の相互接続構造およびこうした相互接続構造を製造する
方法を改善する必要が出てくる。例えば、半導体コンポ
ーネントの接点の密度が高くなるにつれて、半導体コン
ポーネントの面内および面外の両方における場所的許容
度が小さくなったので、従来のピン接点を製造すること
は困難であり、労働集約的であり、またコストのかかる
ものとなる。さらに、コンポーネントの接点数が増す
と、結果として、ピン接点数がそれに対応して増加し、
そのため、製造コストがさらに上昇する。さらに、これ
に関して発明者の判断するところによれば、ウェーハ・
コンポーネントからの放出を検知する従来の方法では、
ウェーハのダイシングを終えて個々のチップに対して追
加の製造ステップ(パッケージングのような)を行った
後でテストを実施することになり、これは、ウェーハ・
コンポーネントに欠陥のあることが最終的に明らかにさ
れる場合には該追加の製造ステップが無駄になるので、
効率が悪い可能性がある。
に従う相互接続構造は、基板と、該基板上に形成された
相互接続デバイスと、該基板上に形成されたテストデバ
イスを含む。この相互接続構造によれば、従来の相互接
続構造に対していくつかの利点が得られる。例えば、本
発明の相互接続構造は、フォトリソグラフィ・プロセス
のようなプロセスで製造することができ、密度および場
所的許容度を高めるのを容易にし、限界費用を低減す
る。本発明によれば、例えば、ダイシング前といった、
製造プロセスの早めの段階でウェーハ・コンポーネント
からの放出をテストすることも可能になり、これによっ
て、欠陥のあるチップに対して追加の製造ステップ(パ
ッケージングのような)を実施することに関連した効率
の悪さが解消される。
に関する詳細な説明である。この説明は、制限的な意味
にとるべきではなく、ただ単に、本発明の一般原理を例
示する目的でなされるものである。さらに、半導体コン
ポーネントのテスト機器に関する特定の細部といった、
様々な内部動作コンポーネントに関する詳細な説明は、
簡略化のため省略されている点に留意されたい。また、
例示的な実施形態は、半導体コンポーネントのテスト機
器に関連して解説されるが、本発明は、何らかの特定の
装置に用いられる相互接続構造に制限されるものではな
い。
いてテストすることができる半導体基板の特定の例の1
つが、図1の(a)および(b)に例示される半導体基
板10である。半導体基板10(すなわち「テスト基
板」)は、半導体ウェーハ12と、該ウェーハ上に形成
された複数の同じダイス(dice)14から構成されてい
る。各ダイス14には、所定のパターンをなすように配
置された、パッドのような複数のコンポーネント接点1
6が設けられている。図の例の場合、このパターンは、
4列の接点16から構成されている。各ダイス14に
は、また、複数のテスト可能デバイス18も含まれてお
り、該テスト可能デバイスには、その放出が検知されや
すいデバイス(本明細書では「被検知デバイス」と呼ば
れる)、および/または、プローブ(probe)されやす
いデバイス(本明細書では「被プローブデバイス」と呼
ばれる)が含まれる。被検知デバイスには、例えば、A
RS(atomic resolution storage)および電界放出ディ
スプレイ(field emission device(FED) display)
に用いられるような電子ビームを放出するデバイス、発
光ダイオード(LED)のような光を放出するデバイ
ス、および磁界を生成するデバイスが含まれる。被プロ
ーブデバイスには、例えば、デジタル・マイクロ・ミラ
ーおよび他の光学スイッチ、マイクロ電子機械システム
(MEMS)のモータおよび可動ビームが含まれる。示
される例の場合、テスト可能デバイス18は、2つの列
から構成される所定のパターンをなすように配置され、
それぞれが、接点16の対をなす列と列の間に位置して
いる。留意すべきは、基板10に関するこの特定の詳細
は、本発明の実施形態を特定の用途に合わせて構成する
ことができる方法の例証に役立つ程度に示されたもので
しかなく、基板10は、こうした用途の単なる一例にす
ぎないという点である。
れるように、本発明の一実施態様に従う相互接続構造1
00には、複数の相互接続デバイス104およびテスト
デバイス106を装着するベース構造102が含まれて
おり、該ベース構造102は、シリコン・ウェーハ、ガ
ラス・ウェーハ、石英ウェーハ、ガリウム砒素ウェー
ハ、または、他の半導体材料または絶縁材料、あるい
は、任意の他の所望の材料から形成されるウェーハの形
態が好ましい。図1の(a)および(b)に示されるよ
うな複数のダイス14に配置された半導体コンポーネン
トをテストするように構成されたこの例示的な実施形態
では、相互接続デバイス104およびテストデバイス1
06は、サブ・アレイ108に配置されており、該サブ
・アレイ108のそれぞれは、ダイスのそれぞれに対応
している。例示的な実施形態における各サブ・アレイ1
08には、ダイス14上の接点16の位置に対応するよ
うに配置された、4つの列110をなす相互接続デバイ
ス104が含まれている。サブ・アレイ108には、ま
た、2つの列112をなすテストデバイス106も含ま
れている。このように構成されることにより、接点16
のそれぞれは、対応する相互接続デバイス104に係合
されることができ、テスト可能デバイス18のそれぞれ
は、テスト手順中、対応するテストデバイス106に位
置合わせされる(すなわち、アライメントされる)こと
ができる。
途上の必要に応じて、一般には相互接続構造100の構
成は様々に変化する。とりわけ、相互接続デバイス10
4およびテストデバイス106のタイプ、数、サイズ、
間隔、および構成が様々に変化する。相互接続構造10
0、相互接続デバイス104およびテストデバイス10
6の構成に影響する要因には、テストされるデバイス
(例えば、半導体基板10)の構成、およびテスト・プ
ロトコルが含まれる。
互接続デバイスは、テスト手順中における確実な接触を
容易にするため、弾性で、Z方向に可動であることが好
ましい。図3および図4を参照すると、典型的な相互接
続デバイス104は、接触パッド116を支持するたわ
み性ビーム構造114を含む。たわみ性ビーム構造11
4は、主ビーム部分118、中間ビーム部分120、お
よび、ベース構造102に取り付けられたベースビーム
部分122から構成されている。主ビーム部分118と
ベース構造102の間には、ビーム構造114のたわみ
を可能にする空間124が画定されている。こうしたた
わみは、接触パッド116とテスト基板上の対応する接
点16間における力を増すので、有利である。力の量
は、ビーム構造114の幾何学特性(すなわち、長さ、
幅、および厚さ)、ビーム構造の形成に用いられる材料
の特性(主として材料の弾力性および応力)、およびビ
ームのたわみ量の関数である。
0のテスト機器が接続される部分へと信号を伝達するデ
バイスも、設けなければならない。こうした導体を設け
る方法の1つは、単純に、導電性材料からビーム構造1
14を形成することである。しかしながら、好ましい実
施形態では、誘電体ビーム材料が、その機械的特性のた
め、用いられる。従って、典型的な相互接続デバイス1
04のそれぞれには、接触パッド116から導電体12
8まで延びる導電体126が含まれており、導電体12
8自体は、ベース構造102の上部表面130(図4に
示される向きでの上部表面)から底部表面132まで延
びている。導電体128の底部表面は、半導体コンポー
ネントのテスト機器に接続されることができる。
28は、関連する相互接続デバイス104とは異なるよ
うに互いに配置されることができる。特に、相互接続デ
バイスよりも長い距離間隔をあけて互いに配置すること
ができる。この配置によって、ポゴピン(pogo pin)の
ような従来の電気機械式のコネクタを用いて、導電体1
28の底部表面側と、例えばテスト機器との接続が容易
に行えるようになる。このように、ピッチを小さくして
高密度に配置された接触パッド116と、ピッチの大き
いテスト機器コネクタとを接続することができる。
わけではないが、典型的な相互接続構造100における
テストデバイス106は、総電流(total current)とい
った電子ビーム特性を測定する電子コレクタ(electron
collector)である。例えば、図3および図4に示され
るように、典型的なテストデバイス106には、隆起し
たプラットフォーム134、および、導電性材料から形
成されたコレクタ136が含まれている。導体138に
よって、コレクタ136が、やはり基板102上に形成
された多重化回路および増幅回路(後述する)のような
回路要素に接続される。多重化回路によって、相互接続
構造100とテスト機器(すなわち「システム」)との
間の接続が単純化されて接続数が減少し、同時に、オン
・ボード増幅回路によって、S/N比が、増幅回路が基
板102上に形成されない場合に得られるS/N比より
も良くなる。総電流に加え、テストデバイス106を使
用して、電子の散乱(コレクタ表面のバイアスの関数と
して電流を測定することによって)、電子ビームのスポ
ット・サイズ(コレクタ表面をスポットより小さいセグ
メントに分割することによって)、および、電流分布と
径(diameter)(各セグメントのサイズおよび位置に加
え、各セグメントに対する電流の関数として)を測定す
ることができる。留意すべきは、用途上の必要に応じ
て、相互接続構造における電子検出器と共に、他のタイ
プのテストデバイス(本明細書に開示のテストデバイス
を含む)を使用することもできるという点である。
スと組み合わせて、本発明の実施形態に組み込むことが
できる他のタイプのテストデバイスは、光検出器であ
る。例えば、シリコンベースの光起電性技術およびフォ
トダイオード技術のような技術を使用して、基板上のL
EDのような光源から放出される可視光および近可視光
(赤外線と紫外線の両方)の量を測定することができ
る。テストデバイスの具体的なタイプは、当然ながら、
検知されている光源によって決まる。相互接続構造10
0を、ほぼ正確なアライメントがとれるように(例え
ば、1ミクロン未満の正確さで)配置することができる
ので、光検出器アレイを使用して、空間的に画定される
測定を行うことができる。帯域フィルタを形成する誘電
体オプティカルコーティング(dielectric optical coa
ting)を使用して、光源のスペクトル分布を測定するこ
ともできる。
スと組み合わせて、本発明の実施形態に組み込むことが
できる他のタイプのテストデバイスは、ホール効果セン
サのような磁界検出器である。
ができるさらなる他のタイプのデバイスは、特定のコン
ポーネントに、光のような所定の刺激を供給するプロー
ブである。この場合、例えば電気信号または光信号のよ
うな刺激に対する応答を測定して、コンポーネントが適
正に機能しているか否かが判定される。こうしたプロー
ブには、例えば、ベース構造102上に形成されるLE
Dおよびレーザ・ダイオードを含むことができる。
造の典型的な製造プロセスが例示されている。このプロ
セスでは、湿式および乾式の堆積およびエッチングプロ
セス、およびリフトオフプロセスを含む、MEMSおよ
びフォトリソグラフィ製作技術を利用して、ウェーハ上
に相互接続構造が形成される。さらに、それぞれのプロ
セス・ステップの説明では、単一の相互接続デバイスお
よびテストデバイスに言及しているが、この方法を使用
して、図2の(a)および(b)に示されるような所定
のパターンをなすように、複数の相互接続デバイスおよ
びテストデバイスを同時に形成することもできる。さら
に、このプロセスを使用して、さまざまな異なる相互接
続デバイスおよび/またはテストデバイスを含む相互接
続構造を形成することもできる。
して、図2〜図4に示される相互接続デバイス104お
よびテストデバイス106を含む相互接続構造100を
製作する。該典型的なプロセスの最初の部分では、導電
体128が形成されるが、これは、熱酸化物シリコン・
ウェーハのようなウェーハ142に穴140を形成する
ことから始まる(図5の(a)および(b))。適切な
穴の形成方法は、Bosch(ボッシュ)プロセスのような
ディープ反応性イオン・エッチング・プロセス(deep re
active ion etch process)である。次に、穴140の表
面は、例えば、表面に酸化物層144を成長させること
によって(図示のように)、または表面に誘電体層を堆
積させることによって、パッシベーションされる(pass
ivated)(図5の(c))。次に、銅層で被われたクロ
ム層のような導電性シード層146が、ウェーハ142
の上部表面(図5から図9に示されるような向きでの上
部表面)および酸化物層144の表面に堆積される(図
5の(d))。次に、酸化物層144および導電性シー
ド層が形成された後も残存している穴140の部分より
もわずかに大きい穴150を備えるフォトレジスト・パ
ターン148が、導電性シード層146上に形成される
(図6の(a))。銅、金、または、パラジウムのよう
な電気メッキ材料152を使用して、穴140が充填さ
れる(図6の(b))。電気メッキ材料152は、導電
性シード層146と一体化し、導体128を形成する。
最後に、フォトレジスト層148が取り除かれ、ウェー
ハ142の上部表面と底部表面が、もとのウェーハ材料
(例えば、シリコン)に対してフラットになるまで研磨
される(図6の(c))。テストデバイス106に関連
付けられる回路要素のための追加の導体128(図示せ
ず)も形成されるという点に留意されたい。当然なが
ら、ウェーハを貫通する相互接続を形成するのに適した
他の方法を使用してもよい。
びCMOSマルチプレクサおよび増幅回路や、アナログ
−デジタルコンバータおよび信号コンパレータといった
機能レベルの高い回路といった、テストデバイスに関連
付けられる回路要素(図11の参照番号129)の形成
である。このような回路要素を、フォトリソグラフィま
たは他の適切な方法によって形成することができる。上
述のように、該回路要素は、例えばテスト・システムと
の接続のため、ウェーハ142の底部側まで延びる導電
体128に接続されることができる。
前述のテストデバイス回路要素の上に)、窒化珪素層の
ようなパッシベーション層154aおよび154bを堆
積させて、ウェーハおよび回路要素を保護する。導体1
28上のパッシベーション層154aおよび154bの
領域と、テストデバイス回路要素およびテストデバイス
106の間の接点部分上のパッシベーション層154a
および154bの領域とが、エッチングによって取り除
かれる(図7の(a))。次に、TEOS(tetraethyl
orthosilane)層を堆積してエッチングすることによっ
て、テストデバイス106のプラットフォーム134を
形成する(図7の(b))。次に、図示されるように、
パッシベーション層154aの上に、BPSG(boroph
osphosilicate glass)または他の適切な材料の層のよ
うな犠牲層(sacrificial layer)156を堆積し、エ
ッチングする(図7の(c))。次に、ビーム材料の層
を堆積してエッチングし、ビーム構造114を形成する
(図8の(a))。適切なビーム材料には、ポリシリコ
ンおよび他の適切な金属が含まれる。
126、コレクタ136、および導体138の形成であ
る。これは、少なくともビーム構造114、導体12
8、プラットフォーム134、パッシベーション層15
4a、および犠牲層156の上に、アルミニウム、チタ
ン、パラジウム、および窒化チタンのような導電性材料
の層を堆積させることによって達成することができる。
次に、導電層を適宜エッチングすることによって、導体
126、コレクタ136、および導体138を形成する
(図8の(b))。このステップによって、上述のよう
に、電子コレクタである典型的なテストデバイス106
の形成を完了する。
ニウム、チタン、スズ、モリブデン、タングステン、ま
たは窒化チタンのような導電性材料の層を堆積してエッ
チングすることによって、接触パッド116を、ビーム
構造114の自由端近くに形成する(図8の(c))。
金が、その耐酸化性のために好ましい。犠牲層156の
残りの部分をエッチングにより除去することによって、
主ビーム部分118とベース構造102の間に空間12
4を形成し、これによって、ビーム構造114のたわみ
を可能にする(図9)。こうして、相互接続デバイス1
04の形成が完了する。
相互接続デバイス104’が例示されている。相互接続
デバイス104’は、相互接続デバイス104とほぼ同
様である。同様の参照番号は、同様の構造要素が表すの
に用いられており、上述の典型的な方法を用いて、この
相互接続デバイスの大部分を形成することができる。し
かしならが、この例の場合、ビーム構造114’は、接
触パッド116とテスト基板との間の接点力(contact
force)の量を増すために、図示のようにプレストレス
(pre-stress)が加えられる。ビーム構造114’は、
例えば、完了時にビーム構造に圧縮応力がかかったまま
にしておく薄膜堆積プロセスを用いてビーム材料の多層
(単一層ではない)を形成することによって、製作する
ことができる。
施形態に従う典型的なテスト・システム200には、半
導体基板10と相互接続構造100とのアライメントを
とるチャック202と、相互接続構造を支持するテスト
・ヘッド204と、テスト回路要素208、プロセッサ
210、およびオペレータ・インターフェース212を
含む制御システム206と、を備えるウェーハ取り扱い
システムが含まれている。ウェーハ取り扱いシステム
は、チャック202をX、Y、および/またはZ方向に
移動させて、相互接続デバイス104を半導体基板10
上のコンポーネント接点16に接触させ、テストデバイ
ス106とテスト可能デバイス18とのアライメントが
とれるようにする。テストデバイス106は、回路要素
129を介して、導体128とインターフェースをと
る。テスト回路要素208は、相互接続構造100によ
って、テスト・プロセスに関連した信号の送受信を行
う。そのため、インターフェース・ボード214によっ
て、導体128と制御システム206が接続される。
に関連して行われたが、当業者には、上述の好ましい実
施態様に対するさまざまな修正および/または追加がす
ぐに明らかになるであろう。本発明の範囲は、こうした
すべての修正および/または追加にまで及ぶものとす
る。
(b)(a)に示される半導体基板の部分平面図。
イスおよびテストデバイスのアレイを含む相互接続構造
の平面図、および(b)(a)に示される相互接続構造
における相互接続デバイスおよびテストデバイスのサブ
・アレイの平面図。
びテストデバイスのサブ・アレイの一部に関する部分平
面図。
イスおよびテストデバイスの側面図。
製造プロセスのそれぞれのステップを示した部分的な側
部断面図。
製造プロセスのそれぞれのステップを示した部分的な側
部断面図。
製造プロセスのそれぞれのステップを示した部分的な側
部断面図。
製造プロセスのそれぞれのステップを示した部分的な側
部断面図。
製造プロセスのそれぞれのステップを示した部分的な側
部断面図。
造部分の側面図。
ステムの概略図。
Claims (8)
- 【請求項1】基板(102)と、 前記基板(102)上に形成された相互接続デバイス
(104)と、 前記基板(102)上に形成されたテストデバイス(1
06)と、 を備える相互接続構造。 - 【請求項2】前記基板(102)が、半導体材料と絶縁
材料の少なくとも一方から形成されるウェーハを含む、
請求項1に記載の相互接続構造。 - 【請求項3】前記基板(102)によって、第1の側部
および第2の側部が画定され、 前記相互接続デバイス(104)が前記第1の側部上に
形成され、 前記相互接続構造は、さらに、 該相互接続デバイス(104)に接続された導電体(1
28)であって、前記第1の側部から前記第2の側部に
延びている導電体を備える、請求項1に記載の相互接続
構造。 - 【請求項4】前記相互接続デバイス(104)は、複数
の相互接続デバイスを含む、請求項1に記載の相互接続
構造。 - 【請求項5】前記相互接続デバイス(104)は、 固定端および自由端を含むたわみ性ビーム構造(11
4)と、 前記たわみ性ビーム構造(114)の前記自由端に関連
付けられた接点(116)と、 を備える、請求項1に記載の相互接続構造。 - 【請求項6】前記テストデバイス(106)は、複数の
テストデバイスを含む、請求項1に記載の相互接続構
造。 - 【請求項7】前記テストデバイス(106)は、電子コ
レクタ(136)を備える、請求項1に記載の相互接続
構造。 - 【請求項8】前記基板(102)上に形成された回路で
あって、前記テストデバイス(106)に操作上接続さ
れる回路要素(129)を備える、請求項1に記載の相
互接続構造。
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