JP2008159641A - 半導体基板および半導体装置の検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置のパッドとプローブの接触不良を解消し、正確な検査を行うことを目的とする。
【解決手段】半導体装置内部で互いに接続された複数の同電位の電源用パッド６，７や接地用パッド８を有する半導体装置のウェーハ状態でのプロービング検査において、あらかじめ、半導体装置に電源用パッドが１つだけ被覆されないダミーパッドを少なくとも全ての電源用パッドについて被覆されないダミーパッドが存在するように設け、ウェーハ状態でのプロービング検査前に全てのダミーパッドに対してコンタクトチェックを行うことにより、電源用パッド６，７と接触状態の悪いプローブを全て検出してプローブを洗浄することができるため、半導体装置の全てのパッドとプローブの接触不良を解消し、正確な検査を行うことができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ウェーハ上に複数個の半導体装置が形成され、ウェーハ状態で各半導体装置の検査を行う半導体基板および半導体装置の検査方法に関する。

従来のウェーハ状態での半導体装置のプロービング検査における、プローブとパッド間に生じるコンタクト不具合の低減による安定性の確保について図５，図６を用いて説明する。

図５は従来の半導体基板の構造を示す図であり、図６は従来のダミーチップの構造を示す図である。
図５，図６において、１はダミーチップ、４は半導体装置、５は半導体基板であるウェーハ、６は第１の電源用パッド、７は第２の電源用パッド、８は接地用パッド、１２は配線層、１３は絶縁層である。ダミーチップ１は、半導体基板であるウェーハ５上全面に配線層１２を蒸着し、この配線層１２にはパターン形成は行わない。また、配線層１２の上面には、各種パッド６〜８を除き絶縁層１３を塗布した構成であり、配線層１２を介して電源用パッド６，７および接地用パッド８は導通している。

ウェーハ状態でのプロービング検査は、まず、ウェーハ５の周辺部に設けられたダミーチップ１を用い電源用パッド６，７に接触する電気的に共通である電源用プローブから同時に電流を印加し、接地パッド８に接触するプローブへ流し込んで、電源用パッド６，７間の電圧値を測定し、電圧値が印加電圧値近傍であればオープン状態でパッドとプローブの接触不良、電圧値が０Ｖ近傍であれば接触良好という判定行うことでパッドとプローブの接触状態をチェックする。

プローブと各パッド間のコンタクト性が確認できれば続けて半導体装置４の検査を開始する。一方プローブと各パッド間が、オープン状態の場合は、プローブ先端の洗浄を行いプローブと各パッド間のコンタクト性を確保した上で、半導体装置４の検査を開始する（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−３３４０１６号公報

近年の半導体装置では、回路規模及び動作速度により消費電力が増加しており、このため１端子からの電力供給では、その消費電力を全てまかなうことができないと共に１本の電源端子あるいは接地端子であると端子がインピーダンスとして大きく電圧降下等が生じ正常に動作しないため、複数の電源端子と接地端子を有することが一般的である。

しかしながら、十分な数の電源端子や接地端子を備えていても、全ての電源端子や接地端子からの電力供給が正常に行われない場合、半導体装置が所望の動作を行わない場合があった。さらに、半導体装置内部では回路ブロックごとに供給源としての電源端子は有しているが内部的にはつながっており、製品規格上も同一の電源から供給するように設計されていることが多い。したがって、上述したようにインピーダンスとして大きく、電圧降下等が生じ易くなることで所望の動作を行わなくなるという場合があった。

このような電源端子、接地端子を複数有する半導体装置の機能検査をする場合、検査初期において、上記のような従来のプローブと各パッド間のコンタクト性をチェックするためのダミーチップの構成では、一般に複数の電源端子のプローブ針とパッド間のコンタクトのオープン状態を個別にチェックできないため、いずれかの電源端子のプローブ針とパッド間のコンタクトがオープン状態であっても他のコンタクトが正常に接触していれば検出できずに一部の電源端子がオープン状態となったまま機能検査に移り、半導体装置の動作が不安定となり、プロービング検査にて誤って不良と判断されるという問題点があった。個々の電源端子の接触状態を個別にチェックできない理由は、内部では接続されている複数電源端子に外部から１個の電源により電圧を供給する必要があるため、プローブカード上でも電源電圧を与える複数のプローブ針が電気的に共通接続になっているためである。

上記問題点を解決するために、本発明の半導体基板および半導体装置の検査方法は、半導体装置のパッドとプローブの接触不良を解消し、正確な検査を行うことを目的とする。

この目的を達成するために、本発明の請求項１記載の半導体基板は、複数の半導体装置が形成された半導体基板であって、前記半導体基板の非検査領域に複数のダミーチップを設け、前記ダミーチップが、前記半導体装置内部で互いに電気的に接続される接地用パッドおよび電源用パッドを前記半導体装置と同じ位置に有し、１つの前記電源用パッドを除いて他の前記電源用パッドが被覆されており、全ての前記電源用パッドがいずれかの前記ダミーチップで一度は開口されるように前記ダミーチップが設けられていることを特徴とする。

請求項２記載の半導体基板は、請求項１記載の半導体基板において、前記所定の電圧として電源電圧又は接地電圧を用いることを特徴とする。
請求項３記載の半導体基板は、請求項１または請求項２のいずれかに記載の半導体基板において、前記電源用パッドの電気的な接続を前記電源用パッドの下層に形成される導電膜により行うことを特徴とする。

請求項４記載の半導体装置の検査方法は、請求項１または請求項２または請求項３のいずれかに記載の半導体基板に形成される半導体装置をウェーハ状態でプロービング検査する半導体装置の検査方法であって、前記半導体装置の検査に先立って、前記半導体基板に形成された各ダミーチップにおける前記各電源用パッドに所定の電圧を印加した状態で開口された電源用パッドと設置用パッドの間の抵抗値を測定するコンタクトチェックを行う工程と、前記コンタクトチェックにて前記抵抗値が所定の抵抗値より高かった場合に前記抵抗値が前記所定の抵抗値より低くなるまでプローブの洗浄と前記コンタクトチェックを繰り返す工程とを行い、全ての前記ダミーセルについてのコンタクトチェックにて前記抵抗値が前記所定の抵抗値より低くなった後に、前記各半導体装置の検査を行うことを特徴とする。

以上により、半導体装置のパッドとプローブの接触不良を解消し、正確な検査を行うことができる。

本発明は、半導体装置内部で互いに接続された複数の同電位の電源用パッドや接地用パッドを有する半導体装置のウェーハ状態でのプロービング検査において、あらかじめ、半導体装置に電源用パッドが１つだけ被覆されないダミーパッドを少なくとも全ての電源用パッドについて被覆されないダミーパッドが存在するように設け、ウェーハ状態でのプロービング検査前に全てのダミーパッドに対してコンタクトチェックを行うことにより、電源用パッドと接触状態の悪いプローブを全て検出してプローブを洗浄することができるため、半導体装置の全てのパッドとプローブの接触不良を解消し、正確な検査を行うことができる。

以下に本発明の実施形態による半導体基板、プローブとパッド間のコンタクト性チェックおよび半導体装置の検査方法の構成について図１〜図３を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の半導体基板の構造を示す図、図２は本発明の半導体装置の構造を示す図である。図３は本発明のダミーチップの構造を示す図であり、図３（ａ），図３（ｃ）は任意のパッドを被覆する状態を示す平面図、図３（ｂ）は被覆されたパッドの形状を示す断面図である。

図１に示すとおり、検査される本発明による半導体基板であるウェーハ５は、周辺部にプローブとパッド間のコンタクトチェック用第１のダミーチップ２及びコンタクトチェック用第２のダミーチップ３と、検査対象となる半導体装置４を有している。

図１に示したウェーハ５上に形成されている半導体装置４は、図２に示すとおり内部で接続された電源用パッド６及び電源用パッド７により電源が供給され、接地用パッド８により接地され、回路ブロック９は主に電源用パッド６からの電源供給を受け、回路ブロック１０は主に電源用パッド７からの電源供給を受ける。

図３（ａ），図３（ｂ）に示すとおり、プローブとパッド間のコンタクトチェック用第１のダミーチップ２は、半導体基板であるウェーハ５上に配線層１２が蒸着されている。この配線層１２は半導体装置４内部の配線層を構成する金属膜の形成工程と同時に蒸着堆積されるものである。半導体装置４が多層配線構造の場合は複数の配線層のうち１または複数層の金属膜の堆積工程と同時に堆積形成することができる。ここで、ダミーチップの電源用パッド６，電源用パッド７，接地用パッド８はそれぞれ電気的に接続されている。半導体装置４と同様にパッド配線層１２上の電源用パッド６，電源用パッド７，接地用パッド８を除いた部分に絶縁層１３を積層されるが、具体的には半導体装置４の配線保護膜であるパシベーション用シリコン窒化膜などを用いることができる。また、パッド７は絶縁膜１４により被覆されている。この絶縁膜１４の材料は、電源電圧の降下を防ぐため、ウエハーレベルバーンインにおいて使用される不良チップの電源端子を被覆する材料と同一のポリイミド材が使用可能である。

図３（ｃ）においては、コンタクトチェック用第１のダミーチップ２ではなくコンタクトチェック用第２のダミーチップ３を被覆した場合の例を示しており、プローブとパッド間のコンタクトチェック用第２のダミーチップ３は、第１のダミーチップ２と同様の方法で作成される。コンタクトチェック用第２のダミーチップ３はコンタクトチェック用第１のダミーチップ２と異なり、電源用パッド６が絶縁膜１５に被覆されている。なお、絶縁膜１４、１５はウェーハ検査工程で用いる不良チップを除外するためのマーカーにより、特定の電源パッドに対しポリイミドの前駆体のような液状の材料を滴下し、高温層で保管し固着させる等の方法で非常に容易に形成できる。また、配線層１２は、電源用パッド６，電源用パッド７，接地用パッド８の下層全面に形成される導電膜とすることも可能である。

次に図１〜図３に示す本発明の構成と図４に示す本発明の検査時のフローチャートに基づき、本発明のプローブとパッド間のコンタクトチェック方法、検査方法の実施形態を説明する。

まず、図４に示すフローチャートでは、図１及び図３に示すプローブとパッド間のコンタクトチェック用第１のダミーチップ２を用い、電源用パッド６および７、接地用パッド８上にプローブを同時に接触させ、電源用パッド６および７に電源電圧あるいは接地電圧とは異なる有限値を持つ電圧を印加するとともに接地用パッド８に接地電圧（０Ｖ）を印加する。これにより絶縁膜１４が形成されていない電源用パッド６と接地用パッド８間のみに電流が流れ、その間の抵抗値を測定することで電源用パッド６と接地用パッド間のＳ１のコンタクト検査を実施する。Ｓ２のコンタクト判定により、コンタクトオープン（パッド６，８間の抵抗値高）時は、Ｓ３のプローブ洗浄などを行い再度第１のダミーチップ２に対するＳ１のコンタクト検査を実施する。１回のプローブ洗浄などで抵抗値が所定の値まで低減しないときは電源用パッド６，接地用パッド８間の抵抗値が０Ω付近になるまでＳ１−Ｓ３を繰り返す。ここで、電源用パッド６および７に印加する電圧は任意の電圧であり、電源電圧または接地電圧でもかまわない。

次に、パッド間のコンタクトチェック用第２のダミーチップ３を用い、電源用パッド６，接地用パッド８間の第１のダミーチップ２を用いた場合と同様な操作によってＳ４〜Ｓ６のコンタクトチェックを実施する。このコンタクトチェックの際にも少なくとも電源用パッド６，電源用パッド７，接地用パッド８の３カ所にプローブ針が接触するようにして、電源用パッド６および７に電源電圧あるいは接地電圧とは異なる有限値を持つ電圧を印加するとともに接地用パッド８に接地電圧（０Ｖ）を印加する。このようにして第１のダミーチップ２と同様にして第２のダミーチップ３において電源用パッド７と接地用パッド８間の抵抗値からコンタクト検査を実施する。

電源用パッド６，電源用パッド７，接地用パッド８でのＳ５のコンタクト判定で、プローブとパッド間の接触抵抗が０Ω付近になった時点、即ち図３に示す半導体装置４の回路ブロック９が電源用パッド６から、回路ブロック１０が電源用パッド７からの電源供給を負荷無く受ける状態にし、それぞれの回路ブロックの誤動作発生を防止した上で、Ｓ７の半導体装置４の安定した検査を実施することにより、Ｓ８において半導体装置４のＰＡＳＳ又はＦＡＩＬを分別し、半導体装置はＳ９の良品とＳ１０の不良品に正しく分別される。

以上の説明では、電源用パッドを２つと接地用パッドを１つ備える半導体装置の場合のコンタクトチェックについて説明したが、被検査半導体装置が備える電源用パッド，接地用パッドそれぞれの数は任意であり、電源用パッドの数が２以上の場合、それに応じてダミーチップが少なくとも電源用パッドの数だけ設けられ、そのダミーチップ内には上記２以上の数の電源用パッドが設けられる。そしてそのダミーチップにおいては１つの電源用パッドが開口されそれ以外の電源用パッドが被覆される全ての組み合わせを含んでいれば良く、接地用パッドの被覆については不問であり、各ダミーチップについて少なくとも１つの接地用パッドが開口されていれば良い。これに対応して検査方法においては、図４のフローチャートのＳ１〜Ｓ３あるいはＳ４〜Ｓ６に相当する検査工程が電源用パッド数だけ繰り返し行われることになる。

以上述べたように本発明は、半導体装置内部で互いに接続された複数の同電位の電源用パッドや接地用パッドを有する半導体装置のウェーハ状態でのプロービング検査において、あらかじめ、半導体装置に電源用パッドが１つだけ被覆されないダミーパッドを少なくとも全ての電源用パッドについて被覆されないダミーパッドが存在するように設け、ウェーハ状態でのプロービング検査前に全てのダミーパッドに対して、端子間抵抗を測定することで複数の電源パッド一つ一つについて独立に接触状態を検査してコンタクトチェックを行うことにより、電源用パッドと接触状態の悪いプローブを検出してプローブを洗浄することができるため、半導体装置のパッドと全てのプローブの接触不良を解消し、正確な検査を行うことができる。

本発明は、半導体装置のパッドとプローブの接触不良を解消し、正確な検査を行うことができ、ウェーハ上に複数個の半導体装置が形成され、ウェーハ状態で各半導体装置の検査を行う半導体基板および半導体装置の検査方法等に有用である。

本発明の半導体基板の構造を示す図 本発明の半導体装置の構造を示す図 本発明のダミーチップの構造を示す図 本発明の検査時のフローチャート 従来の半導体基板の構造を示す図 従来のダミーチップの構造を示す図

符号の説明

１ ダミーチップ
２ コンタクトチェック用第１のダミーチップ
３ コンタクトチェック用第２のダミーチップ
４ 半導体装置
５ ウェーハ
６ 電源用パッド
７ 電源用パッド
８ 接地用パッド
９ 回路ブロック
１０ 回路ブロック
１２ 配線層
１３ 絶縁層
１４ 絶縁膜
１５ 絶縁膜

Claims (4)

1. 複数の半導体装置が形成された半導体基板であって、
   前記半導体基板の非検査領域に複数のダミーチップを設け、
   前記ダミーチップが、
   接地用パッドおよび前記半導体装置内部で互いに電気的に接続される電源用パッドを前記半導体装置と同じ位置に有し、
   １つの前記電源用パッドを除いて他の前記電源用パッドが被覆されており、
   全ての前記電源用パッドがいずれかの前記ダミーチップで一度は開口されるように前記ダミーチップが設けられていることを特徴とする半導体基板。
2. 前記所定の電圧として電源電圧又は接地電圧を用いることを特徴とする請求項１記載の半導体基板。
3. 前記電源用パッドの電気的な接続を前記電源用パッドの下層に形成される導電膜により行うことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の半導体基板。
4. 請求項１または請求項２または請求項３のいずれかに記載の半導体基板に形成される半導体装置をウェーハ状態でプロービング検査する半導体装置の検査方法であって、
   前記半導体装置の検査に先立って、
   前記半導体基板に形成された各ダミーチップにおける前記各電源用パッドに所定の電圧を印加した状態で開口された電源用パッドと設置用パッドの間の抵抗値を測定するコンタクトチェックを行う工程と、
   前記コンタクトチェックにて前記抵抗値が所定の抵抗値より高かった場合に前記抵抗値が前記所定の抵抗値より低くなるまでプローブの洗浄と前記コンタクトチェックを繰り返す工程と
   を行い、全ての前記ダミーセルについてのコンタクトチェックにて前記抵抗値が前記所定の抵抗値より低くなった後に、前記各半導体装置の検査を行うことを特徴とする半導体装置の検査方法。

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