JP3106102B2 - 半導体装置の検査方法 - Google Patents
半導体装置の検査方法Info
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Description
形成された複数の半導体チップの集積回路をウェハ状態
で一括して検査する半導体装置の検査方法に関する。
体装置を称する。)を搭載した電子機器の小型化及び低
価格化の進歩は目ざましく、これに伴って、半導体装置
に対する小型化及び低価格化の要求が強くなっている。
ドフレームとがボンディングワイヤによって電気的に接
続された後、半導体チップ及びリードフレームが樹脂又
はセラミクスにより封止された状態で供給され、プリン
ト基板に実装される。ところが、電子機器の小型化の要
求から、半導体装置を半導体ウエハから切り出したまま
の状態(以後、この状態の半導体装置をベアチップと称
する。)で回路基板に直接実装する方法が開発され、品
質が保証されたベアチップを低価格で供給することが望
まれている。
には、半導体装置に対してウェハ状態でバーンイン等の
検査を行なう必要がある。ところが、半導体ウェハ上に
形成された複数のベアチップに対して1個又は数個づつ
何度にも分けて検査を行なうことは多くの時間を要する
ので、時間的にもコスト的にも現実的ではない。そこ
で、多数個例えば1000個以上のベアチップに対して
ウェハ状態で一括してバーンイン等の検査を行なうこと
が要求される。
検査を行なうには、半導体ウェハ上に形成された多数個
の半導体チップの検査用電極に電源電圧や信号を同時に
印加し、該多数個の半導体チップを動作させる必要があ
る。このためには、非常に多く(通常、数千個以上)の
プローブ端子を持つプローブカードを用意する必要があ
るが、このようにするには、従来から知られているニー
ドル針を検査用電極に接触させるニードル型プローブカ
ードではピン数の点からも価格の点からも対応できな
い。
ップの検査用電極と接続されるバンプよりなるプローブ
端子が設けられた薄膜型のプローブカードよりなるコン
タクタが提案されている(日東技報 Vol.28,No.2(Oct.
1990 PP.57-62 を参照)。
う半導体装置の検査方法について説明する。
トを行なった後、コンタクタを半導体ウェハに押し付け
て、コンタクタのプローブ端子を半導体チップの検査用
電極に接触させ、その後、プローブ端子に電源電圧や信
号電圧を印加して半導体装置の検査を行なう。
通常アルミニウム又はその合金(Al/Si,Al/S
i/Cu等)等により形成されているため、検査用電極
の表面はアルミナ等の表面自然酸化膜によって覆われて
いる。そこで、コンタクタのプローブ端子と検査用電極
との良好な電気的接続を得るために、コンタクタを半導
体ウェハに対して押圧して、コンタクタのプローブ端子
によって表面自然酸化膜を破る必要がある。
ハに形成される半導体チップの数が多くなってくると、
コンタクタに形成されるプローブ端子の数が増加し、プ
ローブ端子1個当たりに加えられる押圧力は減少せざる
を得ない。このため、表面酸化膜をプローブ端子によっ
て確実に破ることができなくなり、プローブ端子と検査
用電極との間の接触抵抗が大きくなると共に接触抵抗に
バラツキが生じるという問題がある。すなわち、通常の
表面酸化膜が形成された検査用電極においては、プロー
ブ端子1個当たり10gの荷重では表面酸化膜が破れ難
いので、表面酸化膜を確実に破るには、プローブ端子1
個当たり20〜30gの荷重を加えたり、プローブ端子
を半導体チップの主面に平行に移動させてスクラブ(s
crub)することが必要である。
クタを半導体ウェハに押し付けて、コンタクタのプロー
ブ端子と半導体チップの検査用電極とを接触させる場
合、最大荷重は大気圧で1cm2 当り1000gであ
る。このため、プローブ端子の数が1cm2 当り50個
以下と少ない場合には、プローブ端子1個当たり20〜
30gの荷重を確保できるが、プローブ端子の数が増加
し1cm2 当り50個以上になると、プローブ端子1個
当たりの荷重は20g以下になる。このため、プローブ
端子により検査用電極の表面酸化膜を確実に破ることが
できないという問題がある。特に、プローブ端子の数が
1000個以上になると、前記の問題は顕著に表れる。
をコンタクタに与えることは可能であるが、プローブ端
子1個当たり20〜30gの荷重を与えつつ行なう検査
を長期に亘って継続すると、プローブ端子の先端部が変
形してしまい、コンタクタの使用寿命が低下するという
問題もある。
に平行に移動させてスクラブすることにより、検査用電
極の表面に形成されている酸化膜を破ることは、プロー
ブ端子の磨耗が激しいので、やはり、コンタクタの使用
寿命が低下するという問題がある。
00個以上のプローブ端子を半導体ウェハ上に形成され
た半導体チップの検査用電極に同時に接触させて、半導
体チップの検査をウェハ状態で行なう場合において、プ
ローブ端子1個当たりに加えられる荷重が小さくても、
また、プローブ端子を半導体チップの主面に平行に移動
させてスクラブしなくても、プローブ端子と半導体チッ
プの検査用電極とが電気的に確実に接続されるようにす
ることを目的とする。
め、本発明に係る第1の半導体装置の検査方法は、半導
体ウェハ上に形成された半導体チップの主面上に検査用
電極を形成する第1の工程と、前記半導体チップの検査
用電極の表面に酸化され難い金属よりなるメッキ層を形
成する第2の工程と、コンタクタのプローブ端子を前記
メッキ層が形成された前記検査用電極に、前記プローブ
端子が前記半導体チップの主面に平行な方向へ移動しな
い状態で接触させる第3の工程と、前記プローブ端子が
前記検査用電極に接触した状態で、前記プローブ端子に
電圧を印加して前記半導体チップに対して検査を行なう
第4の工程とを備えている。
2の工程において半導体チップの検査用電極の表面に酸
化され難い金属よりなるメッキ層を形成するため、検査
用電極の表面に酸化膜が形成され難くなるので、第3の
工程において、プローブ端子を半導体チップの主面に平
行な方向へ移動させてスクラブすることなく、またプロ
ーブ端子に小さい荷重を加えるだけで、すべてのプロー
ブ端子と検査用電極とを電気的に確実に接続させること
ができる。
は、半導体ウェハ上に形成された半導体チップの主面上
に検査用電極を形成する第1の工程と、前記半導体チッ
プの検査用電極の表面に、表面に凹凸を有する無光沢メ
ッキ層を形成する第2の工程と、コンタクタのプローブ
端子を前記無光沢メッキ層が形成された前記検査用電極
に、前記プローブ端子が前記半導体チップの主面に平行
な方向へ移動しない状態で接触させる第3の工程と、前
記プローブ端子が前記検査用電極に接触した状態で、前
記プローブ端子に電圧を印加して前記半導体チップに対
して検査を行なう第4の工程とを備えている。
2の工程において、半導体チップの検査用電極の表面
に、表面に凹凸を有する無光沢メッキ層を形成するた
め、第3の工程において、プローブ端子を検査用電極に
接触させる際の接触面積が小さくなるので、プローブ端
子を半導体チップの主面に平行な方向へ移動させてスク
ラブすることなく、またプローブ端子に小さい荷重を加
えるだけで、無光沢メッキ層の表面に形成された酸化膜
を破ることができる。
いて、前記第3の工程は、常温下で前記プローブ端子を
前記検査用電極に接触させる工程を含むことが好まし
い。
いて、前記第3の工程は、前記プローブ端子を前記検査
用電極に減圧力によって接触させる工程を含むことが好
ましい。
いて、前記第4の工程における前記半導体チップに対し
て行なう検査はバーンインであることが好ましい。
いて、前記プローブ端子の先端面はほぼ平坦な形状を有
していることが好ましい。
法について図1〜図3を参照しながら説明する。
に示すように、半導体ウェハA上に形成された半導体チ
ップ10の主面上に、アルミニウム又は銅よりなる検査
用電極11を形成した後、該検査用電極11が露出する
ように例えばSi3 N4 よりなる表面保護膜12を形成
する。
極11の表面に、導電性に優れ且つ酸化し難い金属より
なるメッキ層13を形成する。すなわち、酒酸(燐酸、
硝酸及び酢酸の混合液)に半導体ウェハAをディッピン
グして、検査用電極11の表面酸化膜を除去する。その
後、若干量のH3 BO3 を含むNiSO4 ・6H2Oと
NiCl2 ・6H2O との混合液よりなる無電解メッキ
液を用いて検査用電極11の表面にNi膜を形成した
後、KAu(CN)2 を含む無電解メッキ液を用いてN
i膜の上にAu膜を形成すると、Ni膜とAu膜とから
なるメッキ層13が形成される。
13は、Ni膜とAu膜とからなる2層構造を有してい
るが、これに代えて、Ni膜、Zn膜又はAu膜よりな
る1層構造であってもよい。
はメッキ層13が形成されているため、検査用電極11
が空気に触れないので、検査用電極11の表面には酸化
膜が形成され難い。
ッキ層13が形成された検査用電極11に対して、ポリ
イミドシートからなるコンタクタ14の主面上に形成さ
れた、ほぼ平坦な先端面を有する半径10μm程度以上
の半球状のバンプ15を接触させる。この場合、検査用
電極11には表面酸化膜が形成されていないので、バン
プ15を半導体チップ10に対して垂直方向から接触さ
せるだけで、すべてのバンプ15が検査用電極11と低
い接触抵抗で電気的に確実に接続される。
端子として、半球状のバンプ15を用いたが、これに代
えて、四角柱状、円柱状又は角錐台状等のほぼ平坦な先
端部を有するバンプであってもよい。
の検査用電極11にコンタクタ14のバンプ15を接触
させるための半導体ウェハ収納器の一例を示しており、
図3(b)は図3(a)におけるX−X線の断面図であ
る。図3(a),(b)において、21は半導体ウェハ
Aを保持するセラミックよりなる保持板、24はコンタ
クタ14を保持板21に固定するためのセラミックリン
グ、25は保持板21とコンタクタ14との間に介在す
る厚さ0.5mm程度の異方性導電ゴムシートであっ
て、該異方性導電ゴムシート25は主面と垂直な方向に
のみ導通する。
はセラミックよりなる配線基板、27はセラミックリン
グ24と配線基板26とを固定する固定ねじであって、
該固定ねじ27によりコンタクタ14は配線基板26に
固定される。また、29は配線基板26内に形成された
配線、30は配線基板26の周縁部に形成された外部コ
ネクタであって、これらにより、コンタクタ14のバン
プ15は異方性導電ゴムシート25及び配線29を介し
て外部コネクタ30に接続される。
は保持板21に形成された第1の吸引孔であって、該第
1の吸引孔31から半導体ウェハAを吸引することによ
り半導体ウェハAは保持板21に密着する。また、32
は保持板21の周縁部上に設けられ加圧されると弾性的
に収縮するリング状のシール材、33は保持板21、配
線基板26及びシール材32によって形成される密封空
間を減圧するための第2の吸引孔、34は第2の吸引孔
33を開閉する開閉弁である。第2の吸引孔33から密
封空間を減圧すると、配線基板26と保持板21とが接
近し、コンタクタ14のバンプ15が半導体ウェハA上
に形成された半導体チップ10の検査用電極11(図3
(a),(b)においては図示を省略している。)に確
実に接触するので、バンプ15と検査用電極11との接
触抵抗が低減する。
ェハA上のすべての半導体チップ10に対して一括して
バーンイン等の検査を行なったが、これに代えて、半導
体ウェハA上の半導体チップ10に対して数回に分けて
検査を行なってもよいし、半導体ウェハAを数個に分割
して分割された半導体ウェハA上の半導体チップ10に
対して一括して検査を行なってもよい。
評価テストの結果を示す図であって、横軸はバンプ1個
当たりに加えられる荷重を示し、縦軸はバンプと検査用
電極との接触抵抗を示している。尚、図4において、破
線は検査用電極の表面にメッキ層が施されていない従来
例の場合であり、実線は検査用電極の表面にNi膜とA
u膜とからなるメッキ層が施された第1の実施形態の場
合を示しており、測定電流はいずれの場合も1mAであ
る。図4から明らかなように、従来例によると、接触抵
抗が大きいと共にバンプ1個当たり10g以下の荷重で
は接触抵抗にバラツキがある。これに対して第1の実施
形態によると、バンプ1個当たり10gの荷重でも接触
抵抗が小さく且つ安定している。
法について図5を参照しながら説明する。
プ10の主面上に、アルミニウム又は銅よりなる検査用
電極11を形成した後、該検査用電極11が露出するよ
うに例えばSi3 N4 よりなる表面保護膜12を形成す
る。
すように、検査用電極11の表面に、数μm〜数十μm
の粒径を持ち表面に凹凸を有するNiよりなる無光沢メ
ッキ層13´を形成する。無光沢メッキ層13´を形成
する方法としては、一般的に、メッキ液温度を上げて反
応速度を速くする等の方法が挙げられる。
キ層13´が形成された検査用電極11に対して、コン
タクタ14の主面上に形成された半球状のバンプ15を
接触させる。この場合、検査用電極11上の無光沢メッ
キ層13´の表面は酸化されているが、無光沢メッキ層
13´の表面の凹凸のために、バンプ15と検査用電極
11との接触面積が極端に小さくなるので、数g程度の
荷重を加えるだけで無光沢メッキ層13´の表面酸化膜
は破られる。このため、バンプ15と検査用電極11と
は低い接触抵抗で電気的に接続される。
第3の工程において、プローブ端子を半導体チップの主
面に平行な方向へ移動させてスクラブすることなく、ま
たプローブ端子に小さい荷重を加えるだけで、すべての
プローブ端子と検査用電極とが電気的に確実に接続し、
プローブ端子と検査用電極との接触抵抗が低減するの
で、半導体ウェハ上に形成された半導体チップに対して
一括して良好な検査を行なうことができる。
に加える荷重を大きくしたり、プローブ端子を半導体チ
ップの主面に平行に移動してスクラブする必要がなくな
るため、プローブ端子の先端部の変形及び磨耗を防止で
きるので、コンタクタの使用寿命が延びる。
3の工程において、プローブ端子を半導体チップの主面
に平行な方向へ移動させてスクラブすることなく、また
プローブ端子に小さい荷重を加えるだけで、無光沢メッ
キ層の表面の凹凸が押し潰されて無光沢メッキ層の表面
に形成されている不導電性の酸化膜が破られるため、す
べてのプローブ端子と検査用電極とが電気的に確実に接
続し、プローブ端子と検査用電極との接触抵抗が低減す
るので、半導体ウェハ上に形成された半導体チップに対
して一括して良好な検査を行なうことができる。
凹凸を設けるため、プローブ端子の表面が平坦であって
もつまりプローブ端子の表面に凹凸を設けなくても、プ
ローブ端子に加える荷重を大きくしたり、プローブ端子
を半導体チップの主面に平行に移動したりすることな
く、不導電性の表面酸化膜を破ることができるため、プ
ローブ端子の先端部の変形及び磨耗を防止できるので、
コンタクタの使用寿命が大きく延びる。
いて、第3の工程が、常温下でプローブ端子を検査用電
極に接触させる行程を含むと、すべてのプローブ端子と
検査用電極とが電気的に確実に接続される。
いて、第3の工程が、プローブ端子を検査用電極に減圧
力によって接触させる行程を含むと、プローブ端子に加
わる荷重が大きくならないので、プローブ端子ひいては
コンタクタの寿命が一層延びる。
いて、第4の工程において半導体チップに対して行なう
検査がバーンインであると、半導体チップに対して一括
して良好なバーンインを行なうことができる。
いて、プローブ端子の先端面がほぼ平坦な形状を有して
いると、プローブ端子の変形及び磨耗を一層防止できる
ので、コンタクタの使用寿命を一層延ばすことができ
る。
の検査方法に用いる半導体ウェハの平面図であり、
(b)は前記半導体ウェハ上に形成された半導体チップ
の平面図である。
半導体装置の検査方法の各工程を示す断面図である。
の検査方法に用いる半導体ウェハ収納器の平面図であ
り、(b)は(a)におけるX−X線の断面図である。
結果を示す図である。
方法を示す断面図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 複数の検査用電極を有する複数の半導体
チップが形成された半導体ウエハと、複数のプローブ端
子を有するコンタクタとを互いに対向させて配置し、前
記半導体ウエハと前記コンタクタとの間に形成された密
封空間を大気圧よりも小さい圧力に減圧することによ
り、前記半導体チップの各検査用電極と前記コンタクタ
の各プローブ端子とを互いに電気的に接続させて、前記
プローブ端子に電圧を印加して前記複数の半導体チップ
を一括して検査を行なう半導体装置の検査方法におい
て、 前記検査用電極の表面に、Ni膜、Zn膜、Au膜、又
はNi膜とAu膜との積層膜よりなる金属メッキ層が形
成されていることを特徴とする半導体装置の検査方法。 - 【請求項2】 前記プローブ端子はバンプよりなること
を特徴とする請求項1に記載の半導体装置の検査方法。 - 【請求項3】 前記コンタクタのプローブ端子の数は1
cm2 当たり50個以上であることを特徴とする請求項
1に記載の半導体装置の検査方法。 - 【請求項4】 前記コンタクタのプローブ端子の1個当
たりの荷重は20gf以下であることを特徴とする請求
項1に記載の半導体装置の検査方法。
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