JP2015158463A - Semiconductor chip measurement method and semiconductor chip - Google Patents
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本発明はプローブカードを用いた半導体ウェハを測定する方法に関し、半導体ウェハ上の半導体チップの機能検査を実施する際の測定装置と測定方法に関する。 The present invention relates to a method for measuring a semiconductor wafer using a probe card, and relates to a measuring apparatus and a measuring method for performing a functional inspection of a semiconductor chip on a semiconductor wafer.
半導体チップの電気的特性を測定するためには、プローブ装置に取り付けられたプローブカードを、半導体チップ上にある電極パッドに、プローブカードのプローブ針をコンタクトさせることによりおこなわれる。半導体チップの電気特性検査を行う際には、通常、機能検査を行うテスト項目を実行する前に、プローブ針と電極パッドのコンタクトを確認する検査を行っている。半導体チップ上に設けられた電極パッドは、入出力回路素子に接続されており、それらの素子の特性を測定することによりプローブ針とパッド電極のコンタクト性を判定している。 In order to measure the electrical characteristics of the semiconductor chip, the probe card attached to the probe device is brought into contact with the electrode pad on the semiconductor chip with the probe needle of the probe card. When conducting an electrical characteristic test on a semiconductor chip, a test for checking the contact between a probe needle and an electrode pad is usually performed before executing a test item for performing a function test. The electrode pads provided on the semiconductor chip are connected to the input / output circuit elements, and the contact property between the probe needle and the pad electrode is determined by measuring the characteristics of these elements.
ところが、電極パッドの表面に比較的厚い自然酸化膜が残っていたり、プロセスで用いた電極保護膜がエッチング不足により比較的に厚く残存していたりする場合、電極パッド上の絶縁膜を、プローブ針で破りコンタクトさせることは可能だが、絶縁膜の残存物が、プローブ針に付着して、パッド電極とプローブ針のインピーダンスが変わる場合が多くみられる。プローブ針によるパッド電極の削りかすやプローブ装置内の異物が付着する場合も同様である。 However, if a relatively thick natural oxide film remains on the surface of the electrode pad, or if the electrode protective film used in the process remains relatively thick due to insufficient etching, the insulating film on the electrode pad is attached to the probe needle. In many cases, the insulating film remains attached to the probe needle and the impedance of the pad electrode and the probe needle changes. The same applies when the pad electrode shavings or foreign matter in the probe device adheres with the probe needle.
インピーダンスが変わっても、DC的には、1Ω以下のコンタクト抵抗となるため、従来からのパッド端子―プローブ針間のコンタクト抵抗を測るテストでは、問題ないと判定されてしまうが、AC特性において半導体チップの機能検査の測定精度を低下させることがあり、良品を不良品にしてしまう場合が増えてしまう。 Even if the impedance changes, the DC contact resistance is 1Ω or less, so in the conventional test for measuring the contact resistance between the pad terminal and the probe needle, it is determined that there is no problem. The measurement accuracy of the functional inspection of the chip may be lowered, and the number of cases where a non-defective product is made defective is increased.
図2は、テスタと半導体チップとの接続状態を模式的に表した図である。
半導体チップ8の電気的特性や機能を測定する環境は、テスタ1、プローブカード13、複数のプローブ針12と半導体チップ8、複数のパッド4で構成されている。テスタ1は数個の電圧計、電流計、電源とタイミングを制御する回路、CPUで構成されており、半導体チップの電気的特性試験や機能試験を行う項目が記述された、プログラムを実行して半導体チップ8の検査を実施する。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a connection state between the tester and the semiconductor chip.
The environment for measuring the electrical characteristics and functions of the
プローブカード13は半導体チップ8と平行になるように配置されており、プローブカード13はテスタ1に接続されて、テスタ1からの信号を半導体チップ8に伝え、半導体チップ8からの信号をテスタ1に伝える役割を担っている。プローブカード13上には、先端の尖ったプローブ針12がハンダ付け等で固定され、プローブカード13は下降することにより、半導体チップ8上のパッド4にコンタクトし、テスタ1からの出力信号を半導体チップ8に伝播し、チップからの出力信号をテスタ1に伝播する機能を有している。
The
すなわち、プローブカード13を上下させ、プローブ針12をパッドにコンタクトさせることにより、テスタとチップは電気的に通電した接続状態を形成し、コンタクトをしないことで未接続状態を作っている。図2には、プローブ針12と半導体チップ8上のパッド4がコンタクトして、テスタ1が半導体チップ8の電気的特性検査や機能検査を行える状態が描かれている。
That is, when the
通常、アルミで構成されたパッド4にベリリウムや、タングステンの合金で作られているプローブ針12でコンタクトすると、プローブ針12の合金にくらべ、アルミは柔らかいので、パッド4のアルミを削るようにしてプローブ針12がコンタクトし、良好なコンタクトを得ることができる。しかし、パッド4表面は、異常酸化や絶縁物、保護膜の残存物により硬い皮膜が存在することが多いため、プローブ針12でパッド4にコンタクトした場合、コンタクト性は良くなく、テスタ1からの波形が半導体チップ8内で変形する場合が多い。
Normally, when the
たとえば、コンタクト部分のコンダクタンス成分のリアクタンス成分が大きい場合、集積回路2の電源電圧以上の電圧が、半導体チップ8のパッド4から入力し、集積回路2が誤動作して、正確なファンクションテスト(IC動作機能テスト)が正常にできなくなってしまい、良品ICを不良と判定したり、集積回路2の機能チェックを実施している最中に集積回路2を壊したりしてしまう場合がある。
For example, when the reactance component of the conductance component of the contact portion is large, a voltage equal to or higher than the power supply voltage of the integrated
一般に、上記のような問題を解決するために、集積回路2に過大電圧が入力されるのを防止する回路を設けている。しかし、高周波成分を含む高速なアンダーシュート、オーバーシュートを含む入力信号がパッド4から入力すると、ダイオードのスピードが追従できずに、過大電圧を含む入力信号が集積回路2に直接入力することになってしまう。周波数成分の高い、過大電圧が集積回路2に入力することを防止するためには、周波数成分の高い過大電圧を含む入力信号を検出することが非常に重要になってくる。
In general, in order to solve the above problem, a circuit for preventing an excessive voltage from being input to the integrated
また、アルミは柔らかいので、パッド4のアルミを削るようにしてプローブ針12がコンタクトするので、削りカス11が発生して、半導体測定環境内に残存するため、削りカス11がプローブカード12、プローブ針13、半導体チップ8、パッド4に付着して、AC的なコンタクト不良を引き起こす場合もある。
Also, since the aluminum is soft, the
これらの問題を解決するために、プローブカードに用いる半導体ウェハの測定方法及び測定装置では、先行するプローブ針がパッドにコンタクトすることによりパッド上の絶縁膜などの不要な被膜を取り除いて、その後に後続のプローブ針を前記パッドにコンタクトさせて、プローブ針とICチップ上のパッドのコンタクト性を良好にして、測定信頼性を確保しようとしている。(例えば、特許文献1参照) In order to solve these problems, in a semiconductor wafer measurement method and measurement apparatus used for a probe card, an unnecessary film such as an insulating film on the pad is removed by the preceding probe needle contacting the pad, and thereafter A subsequent probe needle is brought into contact with the pad so as to improve the contact property between the probe needle and the pad on the IC chip, thereby ensuring measurement reliability. (For example, see Patent Document 1)
しかしながら、これらの方法では、DC的なコンタクト抵抗を低減することはできても、AC的なインピーダンスが考慮されておらず、信号に多重化されている高周波ノイズによる波形の変形は考慮されていないので、機能試験の信頼性改善にはつながらない。 However, in these methods, although the DC contact resistance can be reduced, the AC impedance is not considered, and the waveform deformation due to the high frequency noise multiplexed in the signal is not considered. Therefore, it does not lead to improvement in the reliability of the function test.
また、先行してパッドにコンタクトするプローブ針が、確実にパッド表面の皮膜を取り去るとはかぎらす、削りカスもウェハ測定系内に残留すると考えられるので、十分な測定信頼性が確保されているとは言い難い。
さらに、パッドに必ず2箇所の針跡ができるため、実装工程でワイヤボンディングする際にネック切れを起こしやすくなる。
In addition, it is considered that the probe needle that contacts the pad in advance will surely remove the film on the pad surface, and it is considered that the scrap remains also in the wafer measurement system, so that sufficient measurement reliability is ensured. It's hard to say.
Further, since the needle traces are always formed on the pad, it is easy for the neck to break when wire bonding is performed in the mounting process.
本発明の目的は、プローブカードを使用して半導体ウェハの電気特性を測定する場合において、各半導体チップの電極パッドの表面に厚い絶縁膜などが形成されている場合でも、プローブ針と半導体チップ上のパッド電極間に良好なコンタクトが形成されたか否かを判定し、AC的にも良好なコンタクトを形成することで、半導体チップの特性が良好に測定できる測定方法を提供することにある。 The object of the present invention is to measure the electrical characteristics of a semiconductor wafer using a probe card, even when a thick insulating film or the like is formed on the surface of the electrode pad of each semiconductor chip. It is an object of the present invention to provide a measurement method capable of measuring the characteristics of a semiconductor chip satisfactorily by determining whether or not a good contact is formed between the pad electrodes and forming a good contact in terms of AC.
課題を解決するために本発明は、半導体チップ内部に、IC本体の集積回路とは異なるBIST(BUILT−IN SELF−TEST)回路をもち、パッドとプローブ針とのDC的なコンタクト試験を実行している間に、半導体チップ内のBIST回路が、各コンタクトにおけるAC的な波形品質を判定して、その結果をテスタに返信する、半導体ウェハの測定方法とした。 In order to solve the problem, the present invention has a BIST (BUILT-IN SELF-TEST) circuit different from the integrated circuit of the IC body inside the semiconductor chip, and performs a DC contact test between the pad and the probe needle. In the meantime, the semiconductor wafer measuring method is such that the BIST circuit in the semiconductor chip determines the AC waveform quality at each contact and returns the result to the tester.
また、前記BIST回路は、IC本体の集積回路と別の電源で動作することを特徴とする。
また、前記BIST回路はIC本体の集積回路と別の電源ラインと、IC本体の動作と分離された個別の制御信号を持ち、パッケージする際にはこれらのパッドはグランドにワイアリングし、動作しないようにすることを特徴とする。
The BIST circuit operates with a power source different from that of the integrated circuit of the IC body.
The BIST circuit has an integrated circuit of the IC main body, a separate power line, and an individual control signal separated from the operation of the IC main body. When packaging, these pads wire to the ground and do not operate. It is characterized by doing so.
また、前記BIST回路内に、遅延回路とコンパレータで実現された、微分回路を持つことを特徴とする。
また、ウェハ測定中のテスタが、波形品質に問題がある場合、針当りを複数回おこなうことを特徴とする。
Further, the BIST circuit has a differentiating circuit realized by a delay circuit and a comparator.
In addition, when the tester during wafer measurement has a problem with the waveform quality, the tester performs a plurality of times per needle.
本発明によれば、通常のDC的な針当りの整合性を確認するテストを行っている間に、半導体チップ内にあるBIST回路により、AC的な波形品質を検出して、結果をテスタに信号を発信し、再針当りを実施することにより、AC的なインピーダンスの変化を取り去り、問題がなければそのまま次の機能試験を実行するようにしているので、時間がのびることもなく、機能試験の測定信頼性を大幅に向上することが出来る。 According to the present invention, while performing a test for confirming the consistency per needle like a normal DC, the BIST circuit in the semiconductor chip detects the AC waveform quality, and the result is used as a tester. By transmitting a signal and performing contact again, the AC impedance change is removed, and if there is no problem, the next function test is executed as it is. Measurement reliability can be greatly improved.
このようにパッド電極とプローブ針とのコンタクトを複数回行うことによって、プローブとパッド電極との間の良好な電気的コンタクトをより確実に得ることができ、半導体チップの電気特性の測定精度を向上させることができる。 By making the contact between the pad electrode and the probe needle a plurality of times in this way, it is possible to more reliably obtain a good electrical contact between the probe and the pad electrode, and improve the measurement accuracy of the electrical characteristics of the semiconductor chip. Can be made.
図1は、本発明の半導体チップの測定方法の1実施例であり、半導体測定装置と半導体チップを模式的に表した図である。
本実施例に係る半導体チップの測定方法においては、半導体の特性評価を実施するテスタ1と、測定評価される半導体チップ8内に配置した集積回路2と、テスタ1と半導体チップ8の接点になる複数のパッド41と、テスタ1と接続している入力信号5と、半導体チップ8上で波形品質を判定するBIST回路3からなる系を用いる。
FIG. 1 is an example of a method for measuring a semiconductor chip according to the present invention, and is a diagram schematically showing a semiconductor measuring device and a semiconductor chip.
In the semiconductor chip measurement method according to the present embodiment, the tester 1 for performing semiconductor characteristic evaluation, the integrated
半導体チップ8上に配置された集積回路2は、半導体としての所定の機能を有する回路で、デジタル回路やアナログ回路またはそれら両方を含んだ回路で構成されていて、複数の入出力信号端子、電源端子、GND端子などを持っており、アルミニウム等の配線で半導体チップ8上のパッド41に配線している。
The
BIST回路3は、半導体チップ8上のパッド42を介してBIST回路用電源ライン6、BIST回路制御信号ライン7に接続されており、テスタ1と接続している入力信号5は、半導体チップ8上のパッド41を介してBIST回路3に接続している。半導体チップ8内で、入力信号5は複数のパッド41を経由して集積回路2とBIST回路3に配線されているが、反射、減衰等が考慮して結線されている。
The
本実施例では、AC的なコンタクト不良が検出された場合には、プローブカード12を上昇させ、プローブ針13を洗浄または、研磨シートでクリーニングしたのち、プローブカード12を下降させて再測定を実施することで、AC的なコンタクトの改善を行う。
In this embodiment, when an AC contact failure is detected, the
図3は、本発明の実施例で用いるBIST回路をさらに詳細に表した図である。
BIST回路3はタイミングコントローラ21、電圧検出回路(VD)22、コンパレータ23、遅延回路24、と複数個のリレー25で構成されている。
FIG. 3 is a diagram showing the BIST circuit used in the embodiment of the present invention in more detail.
The
BIST回路の制御信号7は、テスタ1から発信される入力信号選択情報7a、遅延回路遅延量情報7b、電圧検出回路(VD)の回路基準電圧選択情報7cが、多重化された信号である(各情報となる信号について図4を参照)。タイミングコントローラ21はBIST回路の制御信号7から、複数本ある入力信号5を選択するためのリレー制御用信号31を出力し、遅延回路24には適正な遅延量をセットし、VD22には基準電圧値をセットする。BIST回路の制御信号7は、SPIプロトコルにより構成される信号で、I2C、SPI、MICROWIREなど各種仕様で実現してもかまわない。
The
タイミングコントローラ21は、リレー制御と遅延量セットと基準電圧セットを、BIST回路3が正常に動作するタイミングで発生しVD22や遅延回路24、リレー25をコントロールする。
The
遅延回路24は、遅延量を1nSから100nSまで1nSステップで遅延量が設定できる回路で、リレー25により選択された入力信号5を設定された遅延量だけ遅延させた信号を作成し、コンパレータ23の−側に、遅延の無い入力信号5をコンパレータ23に入力することにより、入力信号5を設定した遅延量で微分した信号を発生させる。
The
入力信号5の微分量は、AC的な変異量なので、入力信号5のノイズ成分を信号化したものと考えられ、この信号の値をVD22で検出することにより、入力信号5の波形品質を検査することが出来る。
Since the differential amount of the
以上のタイミングコントローラ21、電圧検出回路(VD)22、コンパレータ23、遅延回路24、と複数個のリレー25から構成されたBIST回路3は半導体チップ上に一式が搭載されていればよく、各パッドにおいてプローブ針とのAC的なコンタクトの確認を順次実施して行く。
The
図4は、本発明の第一の実施の形態を示すタイミング図である。
テスタ1から、BIST回路用電源6に所定の電圧を印加すると、BIST回路3内の回路が動作待機状態になる。
FIG. 4 is a timing chart showing the first embodiment of the present invention.
When a predetermined voltage is applied from the tester 1 to the
BIST回路用電源6に電圧を印加してから所定の時間が経ったのち、BIST回路の制御信号7に、集積回路2の入力信号選択情報7a、電圧検出回路(VD)の基準電圧選択情報7b、遅延回路遅延量情報7cをシリアル通信方式でタイミングコントローラ21に入力する。
After a predetermined time has elapsed since the voltage was applied to the BIST
本実施形態では、シリアル通信方式として、シリアルEEPROMなどに用いられているSPI(シリアル ペリフェラル インターフェイス)通信方式をもちいたが、他の通信方式であるI2C、MICROWIREなどを用いてもかまわない。 In the present embodiment, the SPI (Serial Peripheral Interface) communication method used for serial EEPROM or the like is used as the serial communication method, but other communication methods such as I 2 C and MICROWIRE may be used.
テスタ1から、BIST回路の制御信号7を受けたタイミングコントローラ21は、VD22に基準電圧値を、遅延回路には遅延量を設定し、選択されたリレー25をONする。
Upon receiving the
テスタ1から、テストしたいプローブ針12とパッド4のコンタクト位置に入力信号5を入力すると、BIST回路3の遅延回路24で、設定された遅延をかけられた、数本の信号に分割される。隣り合う遅延量の信号同士を、アナログコンパレータ23の+端子と−端子に入力するので、遅延信号の差分を検出していることになり、電気的に入力信号の波形を微分しているのと同様の効果を得ることができる。ここで、波形のひずみ具合と信号の微分波形には相関があるため、波形のひずみ具合が、微分波形の電圧変化である微分信号32として検出される。
When the
遅延信号の差分を検出するコンパレータ23の微分信号32をVD22において、基準電圧と比較することで、波形の歪が大きいと判断した場合には、検出して、判定信号33をセットする。この信号は、タイミングコントローラ21に送られ、BIST回路の制御信号7に、多重化されてテスタ1に送信される。
When the
この際、VD22にセットされる基準電圧が、波形のひずみ具合を決めることになるので、当該測定に求められる波形品質に見合った値を事前に設定することで、AC的なコンタクトが問題ないことが判定できる仕組みに成っている。
At this time, since the reference voltage set to the
これをパッド4に相当する回数だけ繰り返し、この動作が終了したら、BIST回路電源6をGNDレベルにして、AC的なコンタクト検査を終了し、引き続き通常の集積回路2の機能検査を実行する。
BIST回路の制御信号7に波形のひずみが大きい信号が、テスタ1に検出されたら、テスタ1は、AC的なコンタクトを改善するオペレージョンを実行する。
This is repeated a number of times corresponding to the pad 4, and when this operation is completed, the BIST
When the tester 1 detects a signal having a large waveform distortion in the
本実施例では、BIST回路の制御信号7に波形品質が悪いことを示すVD22からの信号が多重化されていた場合、プローブカード13又はプローブ針12を上下させ、再コンタクトを行い、プローブ針12とパッド4のAC的な接触性を改善するオペレーションを実施している。
In the present embodiment, when the signal from the
当該半導体チップ8をパッケージにする際には、BIST回路の制御信号7とBIST回路用電源6は、GNDにワイアリングされるので、製品出荷されたあとには、BIST回路3誤動作による品質不良を発生させないようにしている。
When the
1 テスタ
2 集積回路
3 BIST回路
4 パッド
5 入力信号
6 BIST回路電源、BIST回路電源ライン
7 BIST回路制御信号、BIST回路制御信号ライン
7a 入力信号選択情報
7b 遅延回路遅延量情報
7c VD回路基準電圧選択情報
8 半導体チップ(チップ)
11 削りカス
12 プローブ針
13 プローブカード
21 タイミングコントローラ
22 VD
23 コンパレータ
24 遅延回路
25 リレー
31 リレー制御用信号
32 微分信号
33 判定信号
41 パッド
42 パッド
1
11 Cutting
23
Claims (6)
前記テスタから前記BIST回路に電圧を印加し、前記BIST回路を待機状態とするステップと、
前記テスタから前記BIST回路のタイミングコントローラに制御信号として前記集積回路の入力信号選択情報、電圧検出回路の基準電圧選択情報、遅延回路遅延量情報をシリアル通信方式により入力するステップ1と、
前記タイミングコントローラが電圧検出回路に基準電圧値を、遅延回路に遅延量を設定し、テストしたいプローブ針とパッドのコンタクト位置に入力信号を入力するステップ2と、
前記BIST回路が前記入力信号の微分波形である微分信号を前記電圧検出回路に入力するステップ3と、
前記BIST回路が前記微分信号の大きさに応じて前記電圧検出回路が判定信号をセットし、前記制御信号に多重化して、前記テスタに送信するステップ4と、
を有し、
前記ステップ1からステップ4の工程を各プローブ針とパッドとのコンタクトにおいて繰り返す半導体チップの測定方法。 A semiconductor chip measuring method in which a BIST circuit is provided inside a semiconductor chip having an integrated circuit, and at the contact between each probe needle and a pad, the BIST circuit determines an AC waveform quality and returns the result to a tester. Because
Applying a voltage from the tester to the BIST circuit to place the BIST circuit in a standby state;
Step 1 of inputting the input signal selection information of the integrated circuit, the reference voltage selection information of the voltage detection circuit, and the delay circuit delay amount information as control signals from the tester to the timing controller of the BIST circuit by a serial communication method;
A step 2 in which the timing controller sets a reference voltage value in the voltage detection circuit, a delay amount in the delay circuit, and inputs an input signal to a contact position between the probe needle and the pad to be tested;
Step 3 in which the BIST circuit inputs a differential signal that is a differential waveform of the input signal to the voltage detection circuit;
Step 4 in which the BIST circuit sets the determination signal according to the magnitude of the differential signal, multiplexes it with the control signal, and transmits it to the tester.
Have
A method for measuring a semiconductor chip, wherein the steps 1 to 4 are repeated at the contact between each probe needle and a pad.
前記集積回路の特性評価のための複数のパッドと、
前記集積回路とは異なるBIST回路と、
を有し、
前記BIST回路は、一式のみであり、
タイミングコントローラと、
遅延回路と、
コンパレータと、
電圧検出回路と、
BIST回路用電源パッドと、
制御信号を入出力するためのパッドと、を有し、
前記複数のパッドに順次印加される入力信号の微分波形を、前記制御信号を入出力するためのパッドから順次出力することを特徴とする半導体チップ。 An integrated circuit;
A plurality of pads for characterization of the integrated circuit;
A BIST circuit different from the integrated circuit;
Have
The BIST circuit is only one set,
A timing controller;
A delay circuit;
A comparator,
A voltage detection circuit;
A power pad for the BIST circuit;
A pad for inputting and outputting control signals;
A semiconductor chip, wherein differential waveforms of input signals sequentially applied to the plurality of pads are sequentially output from pads for inputting and outputting the control signals.
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