JP4780926B2

JP4780926B2 - 半導体素子及びその特性検査方法

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Publication number: JP4780926B2
Application number: JP2004130896A
Authority: JP
Inventors: 善男下赤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-04-27
Filing date: 2004-04-27
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2024-04-27
Also published as: JP2005317593A

Description

本発明は、半導体素子の電極パッドに検査装置のプローブ針を接触させることによって、半導体素子の電気的特性を検査するための半導体素子の検査方法に関するものである。

従来の半導体素子は、図４、図５に示すように、大略的に半導体チップ１１、回路配線１２、電極パッド１３、パッシベーション層１４で構成されている。この半導体素子を構成する半導体チップ１１の表面には、半導体機能を達成するための回路配線１２及びこの回路配線１２と電気的に接続された電極パッド１３が形成されており、この半導体チップ１１上に回路配線１２を覆うパッシベーション層１４が被覆している。

更に回路配線１２上のパッシベーション層１４には複数の開口部が設けられ、この開口部により回路配線１２の一部が露出しており、この露出部が電極パッド１３となる。

そして、この半導体素子の電気的特性を検査するために、上述の電極パッド１３に、検査装置のプローブ針ｎを接触させて、検査結果により製品の良否を判断している。

半導体素子の具体的な特性検査方法は図６に示すように以下の工程（１）〜工程（４）を経て行われる。

工程（１）：まず図６（ａ）に示すように、検査装置のステージ（図示せず）上に半導体素子を搭載する。

工程（２）：次に図６（ｂ）に示すように、半導体素子の電極パッド１３に検査装置のプローブ針ｎを接触させるとともに、この接触させたプローブ針ｎを電極パッド１３に一定の押圧力で押圧する。

工程（３）：次に図６（ｃ）に示すように、プローブ針ｎを、前記押圧力を維持したまま電極パッド１３の表面を所定の距離だけ摺動する。

工程（４）：次にプローブ針ｎを介して電極パッド１３に通電を行い、半導体素子の特性が検査される。
特開２００２−９０４４２号公報特開２００３−３４４４７９号公報

ところが、上述した半導体素子を検査する場合に、プローブ針ｎの摺動方向における電極パッド１３の長さが、検査装置のプローブ針ｎが移動する距離よりも小さい場合、この電極パッド１３の周囲に形成されたパッシベーション層１４までプローブ針ｎの先端が到達することがある。そして、これにより安定した検査ができなくなったり、パッシベーション層１４に亀裂も入ることがあった。このようにパッシベーション層１４に傷がつくと、パッシベーション層１４による半導体チップ１１や回路配線１２の封止性が低下してしまい、半導体チップ１１や回路配線１２が腐食してしまうという欠点を生じてしまう。

本発明は上記欠点に鑑み案出されたものであり、その目的は検査装置のプローブ針がパッシベーション層を傷つけることのなく、安定した検査が可能となる半導体素子を提供することにある。

本発明の半導体素子は、上面に電極パッド及び検査用補助電極パッドを形成してなる半導体チップの上面に、パッシベーション層を形成してなる半導体素子において、前記検査用補助電極パッドは、前記電極パッドに接触して前記半導体素子の特性検査をするためのプローブ針が摺動する方向に前記電極パッドから延出するように形成されているとともに
、前記プローブ針が摺動する方向に垂直な方向において、前記検査用補助電極パッドの長さが前記電極パッドの長さよりも短くなっており、前記パッシベーション層に前記電極パッド及び前記検査用補助電極パッドを露出させる開口部が設けられていることを特徴とするものである。

また本発明の半導体素子の特性検査方法は、本発明の上記半導体素子の特性を、前記電極パッドにプローブ針を接触させて検査するための半導体素子の特性検査方法であって、前記電極パッドに、前記プローブ針を接触させるとともに、該プローブ針を前記電極パッドから前記検査用補助電極パッドの延出方向と同一方向に沿って摺動させながら半導体素子の特性を検査することを特徴とするものである。

更に本発明の半導体素子の特性検査方法は、前記プローブ針を前記電極パッドに接触させるにあたり、前記プローブ針に、前記電極パッドの表層に形成される酸化層を突き抜ける程度の押圧力を付与することを特徴とするものである。

本発明の半導体素子によれば、上記構成により、検査装置のプローブ針の摺動する方向における電極パッド及び検査用補助電極パッドにより形成された検査可能な領域の長さが、プローブ針が移動する距離よりも充分大きくなる。

従って、半導体素子の特性検査時に、この電極パッド及び検査用補助電極パッドの周囲に形成されたパッシベーション層にまでプローブ針が到達することはなく、これにより安定した検査が可能となりパッシベーション層に亀裂が入ってしまうことを防止でき、回路配線を腐食から良好に保護することが可能となる。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の半導体素子の部分断面図、図２は図１の半導体素子の部分平面図、１は基板、２は回路配線、３は電極パッド及び検査用補助電極パッド、４はパッシベーション層、ｎは検査装置のプローブ針、ｘはプローブ針の摺動痕である。

本発明の半導体素子を構成する半導体チップ１の表面には、半導体素子機能を達成するための所定パターンからなる回路配線２及びこの回路配線２と電気的に接続された電極パッド３及び検査用補助電極パッド３ａが形成されており、この半導体チップ１や回路配線２をパッシベーション層４が被覆している。

またパッシベーション層４には複数の開口部が設けられており、この開口部により電極パッド３及び検査用補助電極パッド３ａが表面に露出している。

この露出した電極パッド３及び検査用補助電極パッド３ａに検査装置のプローブ針ｎを接触させることにより、半導体素子の特性検査が行われる。

半導体チップ
半導体チップ１は、単結晶シリコン等から成る略矩形状の半導体基板である。半導体基板には、必要に応じてＰ型領域、Ｎ型領域、絶縁領域等が形成され、トランジスタ等の機能素子等が複数集積されている。そして、その上面に回路配線２、電極パッド３、パッシベーション層４等が被着されている。

回路配線
また半導体チップ１上に形成される回路配線２は、アルミニウムや銅等の金属材料により０．５μｍ〜１．５μｍの厚みに被着されており、図示しない機能素子間を接続したり、電源電力や電気信号等を供給するための配線として機能する。

このような回路配線２は、電極パッド３及び検査用補助電極パッド３ａと接続されている。

電極パッド及び検査用補助電極パッド
前述の回路配線２に電気的に接続されている電極パッド３及び検査用補助電極パッド３ａは、アルミニウムや銅等の金属材料により０．５μｍ〜１．５μｍの厚みに被着されており、その上面が露出している。

電極パッド３は、この電極パッド３を用いて特性検査するためのプローブ針ｎが摺動する方向に検査用補助電極パッド３ａを延在させて形成されている。

この電極パッド３及び検査用補助電極パッド３ａは、後述するパッシベーション層４に開口部を設けることで表面に露出された回路配線２の一部で構成される。

この電極パッド３及び検査用補助電極パッド３ａの上面で形成される領域が、検査が可能な領域（以下、検査対象領域と記載する。）となる。この検査対象領域に検査装置のプローブ針ｎが接触・摺動することとなる。

この検査対象領域は、平面視したときにプローブ針ｎの摺動方向に沿って長い形状、例えば楕円形状やダルマ形状をなしている。

このように検査対象領域がプローブ針ｎの摺動方向に沿って長く形成されることから、検査装置のプローブ針ｎの摺動する方向における検査対象領域の長さが、プローブ針ｎが移動する距離よりも充分大きくなる。

従って、半導体素子の特性検査時に、この電極パッド３及び検査用補助電極パッド３ａの周囲に形成されたパッシベーション層４にまでプローブ針ｎが到達することはなく、安定した検査が可能となり、これによりパッシベーション層４に亀裂が入ってしまうことを防止でき、回路配線２等を腐食から良好に保護することが可能となる。

尚、検査対象領域は、その形状が例えば楕円形の場合、プローブ針ｎの摺動方向即ち長手方向の幅が１５μｍ〜６０μｍ、長手方向と直交する方向の幅が５μｍ〜３０μｍ、長手方向の幅は、該長手方向と直交する方向の幅の１．５倍〜４倍程度に形成される。

また、検査対象領域が大小二つの円形の一部が重畳しているダルマ形状の場合、大円の半径が１５μｍ〜６０μｍ、小円の半径が５μｍ〜３０μｍ、大小二つの円の中心間距離が５μｍ〜３０μｍである。

電極パッド及び検査用補助電極パッドの定義
尚、本発明では、電極パッド及び検査用補助電極パッドを以下のように定義する。

電極パッド３は、その上面に、この半導体素子と接続するための接続手段が配置される領域である。この接続手段としては、ハンダや金等のバンプ、ワイヤ等が例示できる。この電極パッド３は、半導体素子の小型化を考慮した上で接続手段が安定的に形成される程度の大きさを有している。

また検査用補助電極パッド３ａは、電極パッド３のみで特性検査を行うにあたり、摺動させる長さが足りない場合に形成される領域である。

例えば電極パッド３は、通常矩形状、円形状となっている。これに対して検査用補助電極パッド３ａは、電極パッド３からプローブ針ｎの摺動方向に延出した領域であり、その形状は、任意の形状である。

従ってパッシベーション層４から露出する電極パッド３および検査用補助電極パッド３ａを合わせた形状は、大小の円形の一部が重畳したダルマ状、大小の矩形の一部が重畳した形状、円形と矩形の一部が重畳した形状、更に中心に矩形を配置し、一対の両端に半円形を配置した長円形状や楕円形状等が例示できる。

そしてこれらの各形状の重畳の組合せにおいて広い領域に接続手段が形成されることになり、この領域を電極パッド３という
更に上述した電極パッド３及び検査用補助電極パッド３ａは、回路配線２と同時に形成され、半導体素子上に複数配列させる場合には、電極パッド３及び検査用補助電極パッド３ａのプローブ針ｎの摺動方向が互いに平行となるようにすれば、一括してプローブすることができ、また電極パッド３及び検査用補助電極パッド３ａを高密度に配置することができる。

パッシベーション層
パッシベーション層４は、上述の電極パッド３及び検査用補助電極パッド３ａを露出するように半導体チップ１上に形成されている。具体的な材料は、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）や酸化珪素（ＳｉＯ２）、ポリイミド等の電気絶縁材料が例示できる。

このパッシベーション層４は、その一部が電極パッド３及び検査用補助電極パッド３ａの周囲の回路配線２の一部を被覆しており、この被覆部では他の領域に比べてパッシベーション層４の表面が上方に膨らんだ形となる。

このようなパッシベーション層４は、半導体チップ１上の機能素子、回路配線２等を大気と良好に遮断することで、機能素子、回路配線２等が大気中に含まれている水分等の接触により腐食するのを有効に防止する作用をなす。

尚、パッシベーション層４は、従来周知のスパッタリング、フォトリソグラフィー技術、エッチング技術等を採用することによって半導体チップ１の上面に０．５μｍ〜３．０μｍの厚みに形成される。

検査装置
本発明の半導体素子の特性検査に用いられる検査装置は、ステージの直上部に、検査対象の電極パッド３に対応した多数のプローブ針ｎを備えたプローブカードが取着されている。

更にプローブカードのプローブ針ｎは、ステージに対して一定の角度、例えば３５°〜５５°傾斜するように取付けられている。

またこのプローブ針ｎは、一定の弾性力を有した金属製のものが好適に用いられ、電極パッド３と接触したときに弾性変形するようになっている。

そして、プローブカードまたはステージのどちらか一方或は双方が高さ方向に可動となっている。

特性検査方法
次に上述した半導体チップ１を検査する方法について図３を用いて説明する。同図は図１の半導体チップ１の製造方法を説明するための断面図である。

工程（１）：まず、半導体チップ１の上面に回路配線２、電極パッド３及び検査用補助電極パッド３ａ、パッシベーション層４を被着した半導体素子を、プローブ針ｎが取付けられた検査装置のステージ（図示せず）上に載置する（図３（ａ））。

この工程では、半導体素子が、ステージ上の所定位置にプローブ針ｎの先端と電極パッド３及び検査用補助電極パッド３ａとを一定の距離だけ離間させて載置される。

工程（２）：次に半導体素子の電極パッド３又は検査用補助電極パッド３ａに検査装置のプローブ針ｎを接触させるとともに、この接触させたプローブ針ｎを電極パッド３又は検査用補助電極パッド３ａに対して一定の押圧力で押圧する（図３（ｂ））。

この工程では、検査装置のプローブカードまたはステージのどちらか一方或は双方を高さ方向に動かすことによって、半導体素子の電極パッド３又は検査用補助電極パッド３ａの上面に対してプローブ針ｎを徐々に近づけていくことが行われる。そしてプローブ針ｎを電極パッド３又は検査用補助電極パッド３ａの上面に接触させる。

その後、更にプローブ針ｎを電極パッド３又は検査用補助電極パッド３ａに対して押圧しながら、プローブ針ｎの先端を電極パッド３及び検査用補助電極パッド３ａの表面に自然に形成される配線材料の酸化物の層である酸化層（図示せず）を突き抜ける深さまで埋入させる。

工程（３）：次にプローブ針ｎを、検査用補助電極パッド３ａ及び電極パッド３が延在する方向に押圧を維持させながら摺動する。（図３（ｃ））。

この工程では、プローブ針ｎに更に押圧力を印加することによって、プローブ針ｎが検査対象領域の表面を所定距離摺動する。具体的には５μｍ〜２０μｍ移動する。

即ち、検査用補助電極パッド３ａを含めた両パッドの摺動方向の長さは、この移動距離以上に設定することが重要である。

工程（４）：最後に、プローブ針ｎを介して電極パッド１３に所定の検査信号を与え、半導体素子の特性が検査される。

以上の工程を経ることにより、本発明の半導体素子の特性検査結果を得て終了する。

尚、工程（２）において、プローブ針ｎの先端が電極パッド３又は検査用補助電極パッド３ａの酸化層を突き抜けない程度に浅く侵入させ、その後、工程（３）における摺動時に、プローブ針ｎの先端が酸化層を突き抜けるまで次第に深く侵入させる場合は、工程（２）においてプローブ針ｎに対して印加した押圧力を、工程（３）において段階的に大きくしながら、これと同時にプローブｎを摺動させてもよい。

このようにした場合のプローブ針ｎの電極パッド３及び検査用補助電極パッド３ａに残る痕跡、即ち摺動痕ｘは、ティアドロップ形状（空気中を落下するしずくのような形状）に近くなる。

このように摺動痕ｘがティアドッロップ形状に近い形状となる場合は、検査対象領域もこれに近いティアドロップ形状に形成し、その長手方向とプローブ針ｎの摺動方向を一致させるとよい。これにより検査対象領域内におけるプローブ針ｎと接触しない領域を小さくでき、半導体素子の小型化も可能となる。

またプローブ針ｎの先端の埋入深さを略一定にして摺動させる場合、プローブ針ｎによる摺動痕ｘは長円形状に近くなる。このときは、検査対象領域の形状もこれに近い長円形状にし、その長手方向とプローブ針ｎの摺動方向を一致させるとよい。このように、摺動痕ｘと検査対象領域とが略相似形に近ければ検査対象領域を小さくできる。

本発明の一実施形態にかかる半導体素子の部分断面図である。図１の半導体素子を説明するための部分平面図である。（ａ）〜（ｃ）は、図１の半導体素子の特性検査方法を説明するための工程毎の部分断面図である。従来の半導体素子の部分断面図である。従来の半導体素子の部分平面図である。（ａ）〜（ｃ）は、従来の半導体素子の特性検査方法を説明するための工程毎の部分断面図である。

符号の説明

１・・・半導体チップ
２・・・回路配線
３・・・電極パッド
３ａ・・・検査用補助電極パッド
４・・・パッシベーション層
ｎ・・・検査装置のプローブ針
ｘ・・プローブ針により電極パッド表面に形成された摺動痕

Claims

上面に電極パッド及び検査用補助電極パッドを形成してなる半導体チップの上面に、パッシベーション層を形成してなる半導体素子において、
前記検査用補助電極パッドは、前記電極パッドに接触して前記半導体素子の特性検査をするためのプローブ針が摺動する方向に前記電極パッドから延出するように形成されているとともに、
前記プローブ針が摺動する方向に垂直な方向において、前記検査用補助電極パッドの長さが前記電極パッドの長さよりも短くなっており、
前記パッシベーション層に前記電極パッド及び前記検査用補助電極パッドを露出させる開口部が設けられていることを特徴とする半導体素子。
請求項１に記載の半導体素子の特性を、前記電極パッドにプローブ針を接触させて検査するための半導体素子の特性検査方法であって、
前記電極パッドに、前記プローブ針を接触させるとともに、該プローブ針を前記電極パッドから前記検査用補助電極パッドの延出方向と同一方向に沿って摺動させながら半導体素子の特性を検査することを特徴とする半導体素子の特性検査方法。
前記プローブ針を前記電極パッドに接触させるにあたり、前記プローブ針に、前記電極パッドの表層に形成される酸化層を突き抜ける程度の押圧力を付与することを特徴とする請求項２に記載の半導体素子の特性検査方法。