KR100529630B1 - Semiconductor device with probe pad and method for fabricating the probe pad - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기적 검사를 원하는 특정 부위 또는 결함 추정부에서의 결함 여부를 국부적으로 검사할 수 있는 프로브 패드를 갖는 반도체 소자와, 상기 소자의 프로브 패드 제조 방법에 관한 것으로, 상기한 프로브 패드는, (A) 결함 추정부의 금속 배선층을 덮고 있는 절연막을 일부 두께만큼 남겨놓고 상기 금속 배선층의 상층부를 제거하는 단계와, (B) 상기 절연막에 미세 홀을 형성하여 상기 금속 배선층을 노출시키는 단계와, (C) 상기 미세 홀에 전도성 물질을 증착하는 단계와, (D) 상기 전도성 물질과 통전하는 프로브 패드를 증착하는 단계에 따라 제조한다.The present invention relates to a semiconductor device having a probe pad capable of locally inspecting whether there is a defect in a specific site or a defect estimating unit to be electrically inspected, and a method for manufacturing a probe pad of the device, wherein the probe pad includes ( A) removing the upper layer portion of the metal wiring layer by leaving a portion of the insulating film covering the metal wiring layer of the defect estimation part, (B) forming a fine hole in the insulating film to expose the metal wiring layer, and (C) And depositing a conductive material in the micro holes, and (D) depositing a probe pad that is energized with the conductive material.
Description
본 발명은 결함 검사용 프로브 패드를 갖는 반도체 소자 및 이 패드의 제조 방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 전기적 검사를 원하는 특정 부위 또는 결함 추정부에서의 결함 여부를 국부적으로 검사할 수 있는 프로브 패드를 갖는 반도체 소자와, 상기 소자의 프로브 패드 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a probe pad for defect inspection and a method of manufacturing the pad, and more particularly, to a probe pad capable of locally inspecting a defect in a specific region or defect estimation unit for which electrical inspection is desired. It relates to a semiconductor device having a and a method for producing a probe pad of the device.
통상적으로, 반도체 칩은 수많은 개별 소자와 이 소자들을 연결하는 금속 배선으로 이루어져 있는바, 완성된 반도체 칩은 칩 외곽에 제작된 입출력 패드를 이용하여 여러 가지 전기적 특성 및 다양한 종류의 검사를 통해서 이상 유무를 판정한 후, 이상이 있는 경우에는 제조 공정상의 문제점을 파악한 후 조치하여 추후에 진행되는 반도체 칩에 이상이 발생되지 않도록 한다.In general, a semiconductor chip is composed of numerous individual elements and metal wires connecting the elements. The completed semiconductor chip has an abnormality through various electrical characteristics and various types of inspection using input / output pads manufactured on the outside of the chip. After the determination, if there is an abnormality, the problem in the manufacturing process is identified, and the action is taken so that no abnormality occurs in the semiconductor chip to be processed later.
그러나, 위와 같은 반도체 칩의 검사는 칩의 전체적인 동작 위주로 검사하는 것이며, 각 개별 소자의 특성을 검사하는 것은 아니다.However, the inspection of the semiconductor chip as described above focuses on the overall operation of the chip, and does not examine the characteristics of each individual device.
도 1은 일반적인 반도체 칩의 평면도를 나타내고 있고, 도 2는 일반적인 반도체 칩의 내부구조를 단면도로 나타내고 있다.1 is a plan view of a general semiconductor chip, and FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an internal structure of a general semiconductor chip.
반도체 칩(100)은 메인 셀(102)과, 상기 셀(102)의 외곽에 형성되어 그라운드 역할을 하는 가드링(104)과, 가드링(104)에 노출 형성되며 칩 내부의 회로들과 연결되는 입출력 패드(106)를 포함하며, 상기 메인 셀(102)은 반도체 기판(W)에 제공되는 다수의 개별 소자(102a)들과, 이 소자(102a)들을 연결하는 금속 배선(102b)들과, 상기 소자(102a)들과 금속 배선(102b)들을 선택적으로 연결하는 콘택(102c) 및 비아(102d) 등을 포함한다.The semiconductor chip 100 includes a main cell 102, a guard ring 104 formed outside the cell 102 and serving as a ground, and exposed to the guard ring 104 and connected to circuits inside the chip. The main cell 102 includes a plurality of individual elements 102a provided on the semiconductor substrate W, and metal wires 102b connecting the elements 102a. And a contact 102c and a via 102d for selectively connecting the elements 102a and the metal wires 102b.
상기 도 2에서, 미설명 도면부호 102e는 소자 분리 영역을 나타내고, 102f는 절연막을 나타낸다.In FIG. 2, reference numeral 102e denotes an isolation region and 102f denotes an insulating film.
이와 같이, 반도체 칩은 수많은 개별 소자(102a)들로 이루어져 있기 때문에 개별 소자(102a) 중 일부의 특정 부위(A)에 문제가 발생했을 경우 상기 입출력 패드(106)를 통한 전기적 검사를 이용하여 그 문제점을 정확하게 파악한다는 것은 사실상 불가능하다.As described above, since the semiconductor chip is composed of a number of individual elements 102a, when a problem occurs in a specific portion A of some of the individual elements 102a, the semiconductor chip may be used by using an electrical test through the input / output pad 106. Accurately identifying the problem is virtually impossible.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명은 반도체 소자의 특정 부위 또는 개별 소자의 특성을 검사할 수 있는 프로브 패드를 갖는 반도체 소자 및 이 패드의 제조 방법을 제공함을 목적으로 한다.The present invention has been proposed to solve such problems of the prior art, and the present invention provides a semiconductor device having a probe pad capable of inspecting characteristics of a specific portion or individual device of the semiconductor device, and a method of manufacturing the pad. The purpose.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, In order to achieve the above technical problem, the present invention,
(A) 결함 추정부의 금속 배선층을 덮고 있는 절연막을 일부 두께만큼 남겨놓고 상기 금속 배선층의 상층부를 제거하는 단계와;(A) removing an upper layer portion of the metal wiring layer, leaving a portion of the insulating film covering the metal wiring layer of the defect estimating part by a thickness;
(B) 상기 절연막에 미세 홀을 형성하여 상기 금속 배선층을 노출시키는 단계와;(B) forming fine holes in the insulating film to expose the metal wiring layer;
(C) 상기 미세 홀에 전도성 물질을 증착하는 단계와;(C) depositing a conductive material in the micro holes;
(D) 상기 전도성 물질과 통전하는 프로브 패드를 증착하는 단계와;(D) depositing a probe pad in electrical communication with the conductive material;
를 포함하는 반도체 소자의 프로브 패드 제조 방법을 제공한다.It provides a method for manufacturing a probe pad of a semiconductor device comprising a.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 (A)단계에서 금속 배선층의 상층부는 폴리싱 또는 화학적 에칭 방법에 의해 제거할 수 있다. 그리고, 상기 (B)단계에서 미세 홀은 집속 이온 빔 장비(FIB)를 사용하여 형성할 수 있으며, 상기 전도성 물질 및 프로브 패드는 전기화학적 증착법, 물리증착법, 화학기상증착법 또는 집속 이온 빔 장비를 사용하여 증착하여 형성할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the upper layer portion of the metal wiring layer in step (A) can be removed by a polishing or chemical etching method. In addition, in the step (B), the fine holes may be formed using focused ion beam equipment (FIB), and the conductive material and the probe pad may be electrochemical deposition, physical vapor deposition, chemical vapor deposition, or focused ion beam equipment. By vapor deposition.
상기한 방법에 의해 제조된 프로브 패드를 갖는 반도체 소자는 상기 프로브 패드에 전기적 단자를 연결하여 전기적 특성을 측정함으로써, 결함 여부를 검사할 수 있다. 그리고, 상기한 방법을 통해 특정 부위의 결함 여부를 전기적으로 확인한 후에는 결함 부위를 국소화 함으로써 추가되는 물리적 분석을 용이하게 할 수 있다.A semiconductor device having a probe pad manufactured by the above method may be connected to an electrical terminal to the probe pad to measure electrical characteristics, thereby inspecting a defect. In addition, after electrically identifying whether a specific site is defective through the above method, it is possible to facilitate additional physical analysis by localizing the defective site.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
금속 배선층이 다층으로 적층된 도 2의 반도체 칩에서 결함이 의심되는 어느 특정층(A: 이하, '결함 추정부'라 한다)의 결함 여부를 검사하고자 할 때에는 먼저 도 3a에 도시한 바와 같이 결함 추정부(A)의 금속 배선층(102b)을 덮고 있는 절연막(102f)을 일부 두께(t)만큼 남겨놓고 상기 금속 배선층(102b)의 상층부(UL: Upper Layer)를 제거한다. 이때, 상기 상층부(UL)의 제거는 폴리싱 또는 화학적 에칭 방법을 사용할 수 있으며, 기타 다른 방법도 사용이 가능하다.In the semiconductor chip of FIG. 2 in which a metal wiring layer is stacked in multiple layers, a defect of a specific layer suspected of a defect (A: hereinafter, referred to as a "defect estimation unit") is to be examined as shown in FIG. 3A. The insulating layer 102f covering the metal wiring layer 102b of the estimating unit A is partially left by a thickness t, and the upper layer (UL) of the metal wiring layer 102b is removed. In this case, the upper layer UL may be removed by a polishing or chemical etching method, and other methods may be used.
이어서, 도 3b에 도시한 바와 같이 상기 절연막(102f)에 미세 홀(h)을 형성하여 금속 배선층(102b)을 노출시킨다. 이때, 상기 미세 홀(h)은 공지의 집속 이온 빔(FIB: Focused Ion Beam) 장비를 사용하여 형성할 수 있다. Subsequently, as shown in FIG. 3B, fine holes h are formed in the insulating film 102f to expose the metal wiring layer 102b. At this time, the fine hole (h) may be formed using a known focused ion beam (FIB) equipment.
상기 집속 이온 빔 장비(FIB)는 Ga 등으로 이루어지는 액체 금속 이온원(ion source), 이온원으로부터 발생한 이온 빔을 집속 이온 빔으로 하는 하전 입자 광학계(charged particle optical system), 집속 이온 빔을 편향하는 편향 전극, 시료를 재치하는 시료 스테이지를 포함하는 것으로, 이온원으로부터 인출된 이온 빔을 하전 입자 광학계에 의해 집속하고, 집속 이온 빔을 편향 전극에 의해 시료에 조사하여 가공을 행한다.The focused ion beam equipment (FIB) is a liquid metal ion source made of Ga or the like, a charged particle optical system that uses the ion beam generated from the ion source as a focused ion beam, and deflects the focused ion beam. It includes a deflection electrode and a sample stage on which the sample is placed. The ion beam drawn from the ion source is focused by the charged particle optical system, and the focused ion beam is irradiated onto the sample by the deflection electrode for processing.
상기와 같이 금속 배선층(102b)을 노출시키는 미세 홀(h)을 형성한 후에는 도 3c에 도시한 바와 같이 전도성 물질(102g)을 증착하여 미세 홀(h) 내부를 채운다.After forming the fine holes h exposing the metal wiring layer 102b as described above, as shown in FIG. 3C, the conductive material 102g is deposited to fill the inside of the fine holes h.
이때, 상기 전도성 물질(102g)로는 금속과 비금속을 불문한다. 바람직하기로는 예컨대, 백금, 금, 은, 구리, 알루미늄, 텅스텐, 코발트, 니켈, 이리듐, 팔라듐, 레늄 또는 이들의 합금 중에서 선택된 어느 한 물질을사용할 수 있으며, 전도성 물질(102g)의 증착에는 전기화학적 증착법, 물리증착법, 화학기상증착법 또는 미세 홀(h)을 가공하는데 사용한 집속 이온 빔 장비를 사용할 수 있다. 상기한 집속 이온 빔 장비를 이용한 증착은, 시료 부근에 가스 노즐을 마련하고, 집속 이온 빔의 조사와 동시에 가스 노즐로부터 가스를 공급하는 빔 어시스티드 CVD에 의해 행할 수 있다.In this case, the conductive material 102g may be a metal or a nonmetal. Preferably, for example, any one selected from platinum, gold, silver, copper, aluminum, tungsten, cobalt, nickel, iridium, palladium, rhenium, or alloys thereof may be used, and electrochemical deposition may be performed for the deposition of the conductive material 102g. The focused ion beam equipment used to process vapor deposition, physical vapor deposition, chemical vapor deposition or micro holes h can be used. The vapor deposition using the above-mentioned focused ion beam equipment can be performed by beam assisted CVD which provides a gas nozzle near a sample and supplies gas from the gas nozzle simultaneously with irradiation of the focused ion beam.
이어서, 상기의 집속 이온 빔 장비를 이용하여 도 3d에 도시한 바와 같이 전도성 물질(102g)과 통전하는 프로브 패드(102h)를 증착한다. 여기에서, 상기 프로브 패드(102h)는 전도성 물질과 마찬가지로 백금, 금, 은, 구리, 알루미늄, 텅스텐, 코발트, 니켈, 이리듐, 팔라듐, 레늄 또는 이들의 합금 중에서 선택된 어느 한 물질을 증착하여 형성할 수 있는데, 이와 같이 절연막(102f) 위에 프로브 패드(102h)를 증착하면, 이 패드(102h)에는 전도성 물질(102g)을 통해 금속 배선층(102b)이 전기적으로 연결되므로, 상기 패드(102h)에 전기적 단자(108)를 연결하여 전기적 특성을 측정할 수 있게 된다.Subsequently, the probe pad 102h that conducts electricity to the conductive material 102g is deposited as shown in FIG. 3D by using the focused ion beam equipment. Here, the probe pad 102h may be formed by depositing any material selected from platinum, gold, silver, copper, aluminum, tungsten, cobalt, nickel, iridium, palladium, rhenium, or an alloy thereof, similarly to a conductive material. When the probe pad 102h is deposited on the insulating film 102f as described above, the metal wiring layer 102b is electrically connected to the pad 102h through the conductive material 102g, and thus the electrical terminal is connected to the pad 102h. It is possible to connect the 108 to measure the electrical properties.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 반도체 칩을 구성하는 개별 소자들의 전기적 특성을 검사하는 것이 가능하고, 또한 결함 추정부의 결함 여부를 검사하는 것이 가능하며, 결함 추정부의 결함 발생시에는 상기 결함 부위를 국소화 하여 추가되는 물리적 분석을 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to inspect the electrical characteristics of the individual elements constituting the semiconductor chip, and also to inspect whether or not the defect estimation unit is defective, and when the defect occurrence of the defect estimation unit occurs, There is an effect that can be localized to facilitate additional physical analysis.
도 1은 일반적인 반도체 칩의 평면도이고,1 is a plan view of a general semiconductor chip,
도 2는 일반적인 반도체 칩의 메인 셀 구조를 나타내는 단면도이며,2 is a cross-sectional view illustrating a main cell structure of a general semiconductor chip.
도 3a 내지 3d는 본 발명에 따른 프로브 패드 제조 방법을 나타내는 공정도이다.3A to 3D are flowcharts illustrating a method for manufacturing a probe pad according to the present invention.
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