KR100334376B1 - 가역칩콘택팅장치 - Google Patents

Abstract

기능 테스트를 할 목적으로 3차원적 집적을 위해 제공된 반도체 회로층의 가역 콘택팅 장치는, 반도체 회로층의 콘택 표면과 마주 보도록 배열된 테스트 콘택을 그의 상부면에 갖는 테스트 헤드로 구성되고, 상기 테스트 콘택은 금속층(12)이 제공된 리세스내에 있는 액체 콘택(8)에 의해 테스트 헤드의 상부면에 형성된다. 금속층(12)은 전기적 접속을 위해 도전성 접속라인(13)과 접속되고, 액체 콘택(8)은 경우에 따라 주름(9) 또는 에칭된 트렌치(10)가 제공된 테스트 헤드의 상부면 위로 돌출하는 메니스커스(11)를 형성한다.

Description

가역 칩 콘택팅 장치{REVERSIBLE CHIP CONTACTING DEVICE}

본 발명은 기능 테스트를 하기 위한 반도체 회로층의 가역 콘택팅 장치 및 상기 장치를 사용하여 반도체 회로층을 테스트하기 위한 방법에 관한 것이다.

반도체 회로는 현재 평면 기술로 제작된다. 칩의 복잡성은 칩의 크기 및 얻어질 수 있는 구조물의 정밀성에 제한된다. 종래 기술에서 다수의 반도체 칩으로 구성되는 시스템의 출력은 단자 패드(Pads)를 통한 개별 칩들 간의 제한된 접속의 수, 상이한 칩(인터페이스 회로 패드/도체 플레이트)사이의 상기 접속을 통한 느린 신호전송 속도, 복잡한 칩에서 멀리 분기된 스트립 도체 및 인터페이스 회로의 높은 전력 소비에 의해 제한되는 속도에 의해 제한되었다.

평면 기술의 사용에 있어서의 상기와 같은 제한은 회로설계의 3차원적 기술로써 극복될 수 있다. 기능층을 적층하면, 한 평면에서 도전성 접속의 적은 비용으로 상기 구성부분간의 병렬 통신이 가능해지고, 또한 속도를 제한하는 칩들 간의 접속이 피해진다. 그밖에 3차원적으로 집적된 상기 반도체 칩은 기능성의 증가에도 불구하고 동일한 하우징내에 배치될 수 있다.

기능성 칩 수율의 불필요한 손실을 막기 위하여, 테스트되어 기능적으로 완전하다고 인정된 회로층만이 적층되고 콘택되어야 한다. 회로층에 자력으로, 즉 독자적으포 동작하는 회로가 제조되는 경우에는 문제가 없다.

이러한 회로에서는, 회로를 패시베이팅하고 절연하여 하우징내에 조립하기이전에, 미리 회로가 제작된 웨이퍼 상에서 회로를 테스트 할 수 있다. 그러나 상기 회로층이 수직으로 접한 회로층과 협력해서 동작한다면, 상기 회로층의 테스트는 부가의 조치가 없으면, 상이한 회로층을 비가역적으로 조립한 후에야 비로소 가능하다. 그러나 상기와 같은 조치는 수율을 현저하게 감소시키기 때문에 피해져야 된다.

테스트하기 위한 회로는 통상적으로 정밀한 시험용 스파이크를 본딩 패드에 설치함으로써 접촉된다. 그러나 상기 패드의 치수는 3차원 집적을 위해 제공된 회로층의 접속 콘택보다 훨씬 더 크다. 이 경우 콘택의 수도 훨씬 더 많다(대략 10.000 내지 100.000). 치수가 정밀하고 콘택 장소의 수가 많으면 통상적인 시험용 스파이크를 사용할 수 없다. 다른 테스트 방법은 전자 광학적 방법을 사용한다. 그러나 상기 방법은 이미 언급한 대로 3차원 집적에서 총족되지 않는 전제조건인 자동적인 회로층을 요구한다. 특히 절연된 회로층에서는 전압공급이 보장되지 않는다. 따라서 상기 테스트 방법은 3차원 집적을 위해 제공된 개별 반도체 회로층의 테스트에는 적용될 수 없다.

미국 공개 특허 제 4 409 546호에는, 반도체 기판상에 있는 전기 단자와 일시적으로 콘택될 수 있는 장치가 공지된다. 상기 테스트 장치는, 수은 용기와 연결된 모세관이 그의 하부로 뻗은 플레이트로 구성된다. 상기 모세관에는 테스트 회로로의 도전성 결합이 제공된다. 개구 및 상기 전기적 접속 사이에서 모세관 내에 삽입된 수은의 세그먼트를 나머지 수은으로부터 분리할 수 있기 위하여, 모세관에는 공기의 공급을 위한 단자가 제공된다.

독일 공개 특허 제 24 40 305호에는 액체 금속을 갖는 측정 전극이 기술되고, 상기 측정 전극의 공동부내에는 갈륨 또는 액상 갈륨 합금이 있다.

본 발명의 목적은 반도체 회로층, 특히 자동으로 작동되지 않는 회로를 갖는 반도체 회로층을 3차원 집적 이전에 기능 테스트할 수 있는 가능성을 제공하는 것이다.

상기 목적은 청구범위 1항 및 10항의 특징을 갖는 장치에 의해 달성된다. 다른 실시예는 종속항에 기술된다.

본 발명에 따른 장치에서 반도체 회로층의 가역 콘택팅은, 콘택팅을 위해 제공된 장소에 있는 액체 콘택이 테스트 헤드내에 배치되는 방식으로 이루어진다. 그 다음에 테스트 될 반도체 회로층이 상기 테스트 헤드에 접속되고, 테스트 헤드의 액체 콘택 및 도전 접속을 통해 기능 테스트를 하기 위한 전기 접속이 이루어질 수 있다. 상기 종류의 콘택은 최소의 개별 치수 및 최소의 공간에서 보다 많은 개수로 간단히 제작될 수 있다. 테스트 헤드는 경우에 따라서 상이한 회로층을 위한 콘택을 가질 수 있고, 그 결과 동일한 테스트 헤드가 3차원 집적을 위해 제공된 상이한 회로층의 테스트에 사용될 수 있다. 개별 회로층은 테스트 헤드와 단지 가역적으로만 접속되고, 아무 손상 없이 상기 테스트 헤드에서 분리될 수 있다. 테스트 헤드는 관련 회로층을 동작 및 테스트하기 위해 필요한 로직을 가진 집적 회로를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 장치의 기본적인 구성 및 사용은 제 1도 및 2도를 참조하여 하기에 간단히 설명된다.

제 1 도는 테스트 헤드를 한 회로층에 사용한 개략도 이고,

제 2 도는 테스트 헤드의 하나의 콘택의 실시예를 도시한 횡단면도이다.

제 1도의 배열에 상응하게 기능 테스트할 때 테스트 할 회로층(1)의 하부는 지지 플레이트(2)와 견고하게 결합된다. 상기 지지 플레이트는 한편으로는 얇은 회로층(1)의 기계적인 안정을 위해 사용되며, 다른 한편으로는 플레이트에 결합된 히트 싱크(3)내로 열을 방출하는 데 사용된다. 제 1도의 실시예에서, 그 위에 조립될 다른 회로층과의 수직 콘택팅을 위해 제공된 콘택 표면(4)은 테스트 할 상기 회로층(1)의 상부면에 도시된다. 본 발명에 따른 장치의 테스트 헤드(5)는 바람직하게 예를 들어 히트 싱크(6)에 커플링되고, 그것의 테스트 콘택(7)은 테스트 할 회로층(1)을 향해 정렬된다. 테스트 헤드(5)의 상기 테스트 콘택(7)은 전기적으로 접속될 회로층(1)의 콘택 표면(4)을 대향하여 배열된다. 전술한 바와 같이 테스트 헤드(5)는 예컨대 다른 회로층을 테스트하기 위해 사용되는 추가의 테스트 콘택(7)을 포함할 수 있다. 상기 테스트 콘택(7)은 얇은 액상의, 점성의 또는 탄성의 재료로 형성될 수 있다. 상기 재료들은 하기의 설명 및 청구범위에서는 통일해서 액체 콘택으로 표기된다. 상기 종류의 액체 콘택으로 테스트 콘택(7)을 여떻게 구성할 수 있는지 제 2도에서 알 수 있다.

제 2도는 회로층과의 결합을 위해 제공된 테스트 헤드(5)의 상부면을 절단한 횡단면도이다. 상기 단면은 개별 테스트 콘택을 보여준다. 상기 테스트 콘택은 테스트 헤드의 상부면에 있는 본 실시예에서는 실린더형인 리세스내에 제조된다. 상기 실린더형 리세스의 벽은 금속층(12)으로 덮인다.

관련 테스트 콘택의 전기적 접속을 위한 도전성 접속라인(13)이 상기 금속층(12)으로 뻗는다. 리세스의 내부에는 액체 콘택(8)이 있고, 그의 표면은 외부로 융기한 메니스커스(11)를 형성한다. 상기 액체 콘택(8) 및 금속층(12)은 벽의 금속층이 액체 콘택(8)의 재료 내에서 용해되거나 또는 화학반응에 의해 손상을 입지 않는 적합한 성질의 재료로 제작되어야 한다. 다른 한편으로 상기 액체는 양호한 전기적 콘택을 보증하기 위해 금속층을 습윤시켜야 된다. 상기 전제는 예컨대, 액체 콘택(8)에 갈륨과 같은 저융점 금속이 사용되고, 금속층(12)에는 알루미늄 또는 텅스텐과 같은 마이크로 전자공학에서 통상적인 금속이 사용되며, 상기 2개의 금속 사이에 예컨대 TiN(티타늄 질화막)과 같은 적합한 도전성 확산 배리어(14)가 제공될 때에 충족된다. 그러나 기본적으로 액체 콘택(8)에는 임의의 도전성 액체(예를 들어 전해질, 페로 액체 등)이 사용가능하다. 바람직하게는 (소위 갈륨과 같은) 액체 금속이 사용된다. 특별한 실시예에서 테스트 헤드에는 자기 금속층(12)이 제공될 수 있다. 도전성 페로 액체(예를 들어 현탁된 자기 입자를 갖은 전해질)이 액체 콘택(8)으로서 사용되면, 자력이 액체 방울을 콘택 표면(4)의 영역에 집중시킨다. 액체 콘택(8)에는 액체 대신에 도전성 고탄성 플라스틱이 사용될 수 있다. 표면 위로 돌출하는 플라스틱을 갖는 상기 종류의 테스트 콘택(7)은 한편으로는 탄력성있게 아래로 처짐으로써 회로층의 표면의 기계적 공차를 보상할 수 있고, 다른 한편으로는 테스트 후에 잔류물 없이 제거될 수 있다. 따라서 그 다음의 회로층 세척 단계를 줄일 수 있고, 오염의 문제도 나타나지 않기 때문에 상기 테스트 방법은 간단하다. 액체 콘택(8)에 플라스틱을 사용할 때는 확산 배리어(14)가 생략될 수있다. 금속층(12)이 있는 것이 바람직하지만, 도전성 플라스틱이 예를 들어 충분히 높게 도팅된, 리세스를 둘러싸는 반도체 재료의 영역에 있는 리세스내로 삽입되면 생략될 수도있다. 이 실시예는 층(12 및 14)이 없는 제 2도에 도시된 실시예에 상응할 것이다.

일반적으로 본 발명에 따른 테스트 헤드(5)의 상부면은, 테스트가 끝난 후 테스트 헤드와의 연결을 풀 때 회로층이 부서지지 않도록 하기 위해, 테스트 될 회로층의 상부면과 지나치게 견고하게 결합되어서는 안된다. 따라서, 임시로 결합된 2개의 표면이 지나치게 강한 점착력을 서로간에 행하는 것을 피해야 된다. 이것은 회로층과 연결될 테스트 헤드의 상부면을 적합하게 제조함으로써 이루어질 수 있다. 테스트 헤드(5)와 회로층(1) 사이의 콘택이 점형태로 이루어지도록, 예를 들어 테스트 헤드의 상부면을 주름(9)(제 2도 참조.) 또는 에칭된 트렌치(10)에 의해 평평하지 않게 만들 수 있다. 점착력의 감소는 적절한 안티 점착층을 테스트 콘택(7) 사이의 테스트 헤드 상부면에 코팅함으로써도 이루어질 수 있다.

회로층을 콘택팅 할 때 테스트 콘택(7)을 갖춘 테스트 헤드의 상부면은 액체 콘택(8)의 도전성 액체에 의해 습윤되어서는 안되는데, 그 이유는, 그렇지 않으면 콘택 사이에 단락이 발생될 수 있기 때문이다. 액체를 테스트 헤드의 리세스내로 넣는 것은 예를 들어 액체를 부은 다음에, 표면에 남은 초과량의 액체를 흔들어 떨어뜨림으로써 이루어진다. 이 경우 제 1도에 도시된 테스트 헤드(5)의 상부면 위로 돌출한 테스트 콘택(7)의 부분을 형성하는 제 2도에 도시된 매니스커스(11)가 형성된다. 테스트 헤드를 제 1도에 도시된 위치로 회전시킬 때 상기 액체 콘택(8)은 아래쪽으로 매달리고, 그것에 대한 점착력에 의해 밖으로 흐르는 것이 방지된다. 액체가 콘택 표면(4)을 습윤시키도록, 테스트 헤드를 테스트 될 회로층에 접근시킬 때 전기 콘택이 발생된다. 액체 콘택(8)은 테스트 헤드(5)의 상부면 위로 돌출하기 때문에, 기계적 콘택에서 테스트용 스파이크의 탄성 지지에 의해 얻어질 수 있는 바와 같이, 콘택팅 시에 테스트 될 회로층의 표면의 평평하지 않음이 보상될수 있다.

Claims (10)

1. 반도체 회로층의 가역 콘택팅 장치에 있어서,

   테스트 콘택(7)은 평평한 상부면을 갖는 테스트 헤드(5)내에서 반도체 회로층과의 콘택팅을 위해 제공된 장소에 배열되고,

   상기 테스트용 콘택(7)은 각각 테스트 헤드(5) 상부면의 리세스내에 있는 액체 콘택(8)으로 형성되며,

   상기 액체 콘택(8)의 자유 표면은 각각 테스트 헤드의 상부면 위로 돌출하도록 구성된 가역 콘택팅 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 리세스의 벽에는 금속층(12)이 제공되고,

   상기 금속층(12)은 전기적 접속을 위한 도전성 접속라인(13)에 접속되는 것을 특징으로 하는 가역 콘택팅 장치.
3. 제 1항 또는 2항에 있어서,

   액체 콘택(8)이 액체 금속인 것을 특징으로 하는 가역 콘택팅 장치.
4. 제 3항에 있어서, 액체 콘택(8)이 갈륨인 것을 특징으로 하는 가역 콘택팅 장치.
5. 제 2항에 있어서,

   액체 콘택(8)은 도전성 폐로 액체이고,

   금속층(12)은 자성인 것을 특징으로 하는 가역 콘택팅 장치.
6. 제 1항 또는 2항에 있어서,

   액체 콘택(8)은 도전성 고탄력 플라스틱인 것을 특징으로 하는 가역 콘택팅 장치.
7. 제 1항 또는 2항에 있어서,

   테스트 헤드(5)의 상부면은 테스트 콘택(7) 사이에 주름(9)을 갖는 것을 특징으로 하는 가역 콘택팅 장치.
8. 제 1항 또는 2항에 있어서,

   테스트 헤드(5)의 상부면은 테스트 콘택(7)이 차지하지 않은 영역에 트렌치(10)를 갖는 것을 특징으로 하는 가역 콘택팅 장치.
9. 제 1항 또는 2항에 있어서,

   테스트 콘택(7) 사이에 있는 테스트 헤드(5)의 상부면을 안티 점착층으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 가역 콘택팅 장치.
10. 반도체 회로층의 기능 테스트를 실시하기 위한 방법에 있어서,

    테스트될 반도체 회로층이 청구범위 1항 또는 2항에 따른 장치와 콘택되고, 전기적 접속은 상기 장치의 접속라인(13)을 통해 이루어지며, 기능 테스트 후에 분리되도록 구성된, 반도체 회로층에 기능 테스트를 실시하기 위한 방법.