TW533530B - Probe for inspecting semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Description
叫530
五、發明說明（1) 發明背景 f ϋ ί發明大致與半導體裝置的LSI(大型積體）或裸晶片 扣二觸之捸針有關’本發明更特別是與適用於檢測具有 乍電極間距的LSI或裸晶之探針結構有關。 2統來說，探針與欲檢測之半導體裝置的外部電極接 此二:而在半導體裝置與檢測基板間得到電性接觸，並因 此可檢測半導體裝置。 u 出之ίϊϊΐϊ係由金屬針、金屬銷(pin)、具有金屬突 ’、及電鍍矽晶鬚（w h i s k e r )所組成。 法（Λ別將地稱’Λ國第5969533號專利揭露使用金屬針之方 開ί制二*開專利或日本第（A)Hei 5—243344號未審查公 為第1 Γα Ϊ ^具有金屬突出之薄膜板的方法（此後將稱 :”日Λ?，1 η—1 90748號未審查專 術）。 用夕曰曰鬚之方法（此後將稱為第三習知技 ’將敘述上述提及之習知技術。 首先’參照圖1敘述第一習知 ,.._ 探針構中，、將各具有_ _根直徑的 乍至50广m，因而改善放置精度。 t之間距 八 > 圖2敘述第二習知技術，在根據第二習知
2130-4696-PF(N);Ahddub.ptd 第5頁 533530 五、發明說明（2) 針結構中’在相對於半導體裝置的外 八有金屬突出物（凸塊）之接觸板，之處 卡結構為第二習知技術之示範範例。 中不乾之探針 參照圖2 ’在可換性絕緣膜29的表面上 圖案與電極導線3 〇，在雷纟莫^ n 、&成檢測電路 1外部雷榀？夕抖；在電極導線30的尖端上的半導體穿晋 電極2之對面形成金屬突出物 ：：凌置 出物與外部電極2接觸。 此、…構使金屬突 攄篦接I f社有關第三習知技術將參照圖3敘述之，在辦 =:¾知技術的探針結構 在二 此成長的單晶，因而形成探針銷。 早Ba並電鍍 導體’自具有探針銷的 由於利用金屬直。 述的第一習知技術具。下形成具有四層的探針，前 成本弟-’很難製造撿測基板的針與遮蔽板，目而造成高 第一 ’即使探針遇 此，由金屬針剛性的 s ’間距最多等於5 0 /z m，因 第三，針變長：：點很難進-步窄化間距。 延遲，故亦很難達^高=增加其阻抗，因此，會增加訊號 根據第一習知技2 的接觸，金屬突出物利，$屬突出物達成與外部電極 導體裝置的電路表面接持固疋南度，而直到接觸時才與半 至少在6 0 /z m的等紉 觸’如此—來，金屬突出物的間距 ，因此很難窄化間距。
2130-4696-PF(N);Ahddub.ptd 第6頁 533530 五、發明說明（3) 有下^ U用電鍵石夕形成銷材料’前述之第三習知技術具 第，由於銷本身阻抗之增加，在高頻下會發生訊號 延遲。 =^，經由電鍍類似棒型的單晶矽之銷來達成與半導 6 4L部電極之接觸，藉由使用可撓性基板與連接器而 自外部平順地拉出線。 真卢Γι ί兰由於增加線的長纟’而增加了阻抗，並藉由線 長度間的差異而發生訊號延遲。 J ^ :，由於省略檢測基板之翹曲與半導體裝置外部電 極的，化，需要加壓以得到穩定的接觸…“電 下，S各變化變大時，很容易破壞銷。 發明概述 因此本發明 半導體裝置之探 根據本發明 電極當作外部電 檢測半導體裝置 第一基板具 孔，探針銷固定 二基板具有重佈 極’以將第一電 形成接觸，並只 之目的係提供可適當地檢測具有窄 針，及其製造方法。 之一形態，提供探針以在具有複數個第 極之半導體裝置與具有複數個第二電極 之檢測基板間得到電性接觸。
有在對應第一電極之位置處形成的貫穿 於貫穿孔+，各探針銷具有垂直形狀。 線層，以延伸第—電極之間距，並穿透 極拉出至背表面1透電極與第二電極 在垂直方向具有導電性與彈性。
533530 五、發明說明 於此， 接觸可為異 各第一 絕緣層，以 最好如 重佈線層與 基板。 在此例 更廣，且拉 探針銷 觸可具有— 材料中所組 在此例 金屬細線可 利用在 線的形狀彈 覆蓋材料， 層的。 可利用具有彈簧性質之金屬材料製作探針銷， 方性導電板。 ί —基板最好為石夕基板’第一矽基板可覆蓋 在板針銷間絕緣。 J 電極之空間相同般地配置探針銷，此處， 牙透電極當成拉出圖案，以連接探針銷與檢測 中， 出重 與穿 尖端 成， 中， 為傾 各第 性而 此處 第二電 佈線層 透電極 部分， 尖端部 金屬細 斜的， 二電極 可得到 具有重 極之間距 以延伸第 可以既定 並由將金 分可自接 線最好具 或者以具 的對面配 接觸，金 新佈線層 比第一電極之間距延伸的 二電極之間距。 距離偏移以重新佈線，接 屬細線埋藏至具有彈性之 觸的表面突出。 有垂直形狀，另一選擇為 有s形之金屬細線取代。 置具有彈簧特性之金屬細 屬細線最好具有有彈性之 與穿透電極之部分可為多 j特別的i，根據本發明，結構體具有有彈簧特性的 金屬探針銷、重新佈線層以延伸間距、穿透電極以拉至探 針：用的背表面，所以，可降低探針本身的阻抗，而由於 ^出線路所產生之阻抗的增加可抑制到最低，因此，可 高速下進行測試。 此外，可利用結σ異方性導電板而大福地降低半導體
533530
裝置的厚度 置的斜率， 外W電極的厚度、檢測基板的翹曲與整體裝 因此可得到穩定且精確的接觸。 較佳實施例詳述 (第一實施例） 本發明之第一實施例將參照圖4敘述之。 如圖4中所顯示，根據第—實施例之探針包括當作基 的里^基板6、备作基底結構體之矽基板11與當作接觸1 2 的異方性導電板。
藉由此結構，矽基板6具有探針銷3，各探針銷由金屬 =枓所組成，以與欲檢測之半導體裝置丄的外部電極2接 。矽基板1 1包括重新佈線層γ，以延伸電極間距，與一 =透電極8，以將電極拉出至其背表面，接觸12只在垂直 方向上具有導電性與彈性。 、 楝針銷3由如鎳之具有彈簧特性的金屬材料所組成， 並朝向垂直方向，或在一方向上輕微地傾斜。在此情況 下，當探針銷3與欲檢測之半導體裝置！的外部電極2^妾觸 時’探針銷3會發生挫曲（buck ling)變形，因而可消除半 導體裝置1厚度與外部電極2之厚度的變化。 彳^
探針銷3固定於基板6之穿透貫穿孔（TH)4之中，美板6 係配置於探針銷3的相對應位置，矽基板6覆蓋絕緣層1， 以在探針銷3之間絕緣。 ' θ 此處’形成具有與半導體裝置1之複數個外部電極2相 同之空間的複數個探針銷3，重新佈線層7與穿透電極8合
533530 五、發明說明（6) 作拉線圖案’ Μ連接探針銷3與檢測基， 餘刻具有t塗佈層10…板"而形成之，在二中電 鑛内側與外側的曝露部分。 舉例來說，當檢測基板1 3的電極墊1 4之間距延伸得 半導體裝置！的外部電極2之間距還寬時，重=于比 當作拉出的佈線圖案，以延伸間距。 々佈線層7可 此處’拉出重新佈線層7之方法視半導體裝置1之 數目、電極間距與電極排列而定，並形 之間絕緣，且與位於線下方之石夕基板^絕’緣。 在線 穿透電突出於妙基板11的接觸12之側，當作接觸 12之異方性導電板垂直地與金屬細線埋藏於矽觸 中，使得細線之尖端自石夕_表面突出。 保修之 此時’圖5中所示範的為間距延伸的範例，纟圖 法中’半導體裝置1的外部電極2在周圍排： 當在探針銷3兩側之三條線中拉出重新佈線 * 透電極部分的間距在重新佈線後等於18〇 #m。 ^牙 中’探針銷3的間距亦等於30 «，其高度等於 或更低，且探針銷3的頂部面積在直㈣㈣的等級心 利用鎢或鈹銅形成在上表面配置的接觸丨2之 線’線直徑等於30 _或更小，且在其周圍部分鑛：： 此例中’細間距在X與Y方向上落於約30至5〇 # m的範 中，且板厚不大於Imm。 国 在上述的情況下’由於重新佈線之故，探針銷3略偏
2130-4696-PF(N);Ahddub.ptd 第10頁 533530
移於穿透電極8，此偏移不會影響施加壓力的 ,, w彳寻遞。在刹 用由於延伸間距而形成多層膜時而造成偏移旦微 中，最好在真空中施加壓力，以曝露出探^ 卞銷，因此預务 實現了接觸1 2與檢測基板1 3間的接觸。
之後，將參照圖6A至61與圖7A至71敘诚1 士 ^ A ⑷ 双处具有探針銷3 之部分的製造方法及重新佈線層7延伸間距。 開始可參照圖6 A至6 I解釋探針銷3之製造方、去。 如圖6A中所示’在具有導電膜16之基板17上形成由 PMMA(聚甲基丙醯酸曱酯）組成的光阻15至一所需厚产
(1000/zm或更薄）。 而予又 在此之後，如圖6B所示，進行曝光/顯影/蝕刻。在 6B所示的步驟中，使用X線當作光線，使用具有χ線吸收ς 的光罩，以抵擋X線，藉由使用X線可得到高深寬比（1〇〇 更低）。 如圖6C中所示，利用電鑄法連續地疊層鎳。 之後，如圖6C中所示，移除基板17與光阻15，因而 到所需之探針形狀。
在同一^夺間’如圖6Ε中所示，利用CVD(化學氣相沉 積）在具有穿透貫穿孔的矽基板上沉積當作硬塗佈層丨9之 Si 〇2膜至約2 的厚度。此外，如圖6E中所示，利用如 RIE(反應性離子蝕刻）、雷射法（如KrF（電 子束）法的製程技術形成穿透孔。 在此之後’利用c v D法在穿透孔的側壁上沉積一無積 膜，以在矽基板與穿透導通孔（via)間絕緣，並如圖讣中
533530 五、發明說明（8) ' 一 -—--- 所示，在穿透孔的側壁形成Ti/W4Cr當作阻障金屬層。 如圖6G中所示，利用電解電鍍法或無電鍍 ^地 穿透孔上鍍金。 磲、員地在 ^後，如圖6H中所示，互相地定位金屬探針銷與矽基 板的牙透貫穿孔，且將金屬探針銷強迫壓進貫穿孔， 金屬探=銷自穿透貫穿孔之背表面突出約2〇 或更少。 接著，如圖6 I中所示，利用蝕刻移除金屬探針銷的基 底部分，並進行機械研磨，以調整探針的高度。 因此，形成了具有細間距之金屬探針銷的結構體。 之後將參照圖7 A至7 I敘述具有重新佈線層以延伸間 距與穿透電極之結構體的製造方法。 如圖7A至7C所示，利用CVD法在矽基板上形成硬塗佈 層’並使用前述的方法形成穿透孔。 、接著，如圖7D中所示，利用CVD法在穿透孔的側壁上 形成無機膜，在穿透孔的側壁上形成Ti/W、Cr等以當作阻 障金屬層。 ^’謂所示，以電解電鍍法、無電鑛法或真空吸 =法利用施加壓力而將金屬粉末與黏結劑（binder)壓入貫 π，並使用粉末注射法而與如Cu、Au、w與^等的金 m在一起，最後’移除在上部分形成之額外cu層，並 利用CMP(化學機械研磨）法平坦化。 此外，如圖7 Η中所示，以盘μ、+、/ t , ^ ^ ^ ^ . 以興上述例子相同的方式選擇 性地敍刻背表面，且因而伸穿读常士人 _ y^ ^ t u肉便牙遣電極自矽基板突出，在此 例中，内設與外側之金屬曝露表面均鍍上金。
叫530 五、發明說明（9) 屬斤如圖71中所示，因利用疊層（lamination)而與具有金 炻2針銷之結構體結合而形成了具有重新佈線層與穿透電 他的結構體。 (第二實施例） 實施例將參照圖8敘述之。 ’當作接觸2 3的異方性導電板之金屬細 本發明之第二 、如圖8中所示 線為傾斜的。 (第三實施例） 本發明之第三實施例將參照圖9敘述之。 且雷2 Ϊ9中所示，接觸的電極係以一對一的關係定位， ，虽作接觸24的金線，以具有彈簧特性，在此 坪貫最好具有s形。 接觸ΐ! Γ與圖9中所示接觸的結構外，在檢測基板上之 使：：i:i種類型的結構’只要接觸具有彈簧特性，可 (第四實施例） 本發明之第四實施例將參照圖i 0敘述之。 士圖ίο中所示，具有重新佈線 為多層的，換句話說，此邻广呈：；7與牙透電極8之部分 二穿透電極26，因而可f力-重新佈線層25與第 距。 口而了更加地延伸檢測基板13的電極間 當以數個實施例揭 洛可以A仙π n u 冬毛明時’热悉此項技蓺之人丄 田了以其他不同的方式實現本發明。 叉π之人士
533530 圖式簡單說明 圖1為顯示根據第一習知技術之探針的圖示； 圖2為顯示根據第二習知技術之探針的圖示； 圖3為顯示根據第三習知技術之探針的圖示； 圖4為顯示根據本發明第一實施例之探針的圖示； 圖5為顯示根據本發明第一實施例之探針的平面圖； 圖6A至6 I為顯示根據本發明第一實施例製造探針的生 產步驟流程圖； 圖7 A至7 I為顯示根據本發明第一實施例製造探針的生 產步驟流程圖； 圖8為顯示根據本發明第二實施例之探針的圖示； 圖9為顯示根據本發明第三實施例之探針的圖示；以 及 圖1 0為顯示根據本發明第四實施例之探針的圖示。 符號說明 2 外部電極 4穿透貫穿孔 6碎基板 8 穿透電極 11 矽基板 1 3 檢測基板 15 光阻 17 基板 19 硬鍍層 1半導體裝置 3 探針銷 5 絕緣層 7 重新佈線層 9 絕緣層 12接觸 14 電極塾 16導電膜 18 電鍍
2130-4696-PF(N);Ahddub.ptd 第14頁 533530
2130-4696-PF(N);Ahddub.ptd 第15頁
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- 533530 丄—-^^^ /、、申請專利範圍 山 1 ·—種探針 端的半導體裝置 裝置之檢測基板 一第一基板 探針銷，固 形狀； 一第二基板 之間距，與穿透 及 ，用以在一具有複數個第一電極當作外部 與一具有複數個第二電極以檢測該半導體 間得到一電性接觸，包括： ’在對應於該第-電極4具有貫穿孔； 定於該貫穿孔内’各該探針銷具有一垂直 一接 觸只在垂 2 ·如 一具有彈 2 ·如 方性導電 4 ·如 第二基板 5 ·如 蓋一絕緣 6·如 極相同之 7.如 與該穿透 板0 觸，配 直方向 申請專 簧特性 申請專 板。 申請專 為一秒 申請專 層，以 申請專 空間配 申請專 電極當 ，具有 電極， 置於該 上具有 利範圍 之金屬 利範圍 利範圍 基板。 利範圍 在該探 利範圍 置該探 利範圍 作拉出 極 穿透電極與該第二 電極間，且^ 該接 導電性與彈性。 第1項之摄斜，甘山 材料所製成。 該探針銷係由 第1項之探針’其中該接觸為一異 第1項之探針’其中該各該第 第4項之探針’其中該 針銷之間絕緣。項之探針，其中以與” 針銷。 第一電 第1項之探針，其中該 圖案，以連接該探針錦返n線層 〃邊檢測基 ‘與 基板覆2130-4696-PF(N);Ahddub.ptd 533530 六、申請專利範圍 其中邊第二電極之 且拉出該重新佈線 其中該探針銷與該 8·如申請專利範圍第7項之 間距延伸的比該第—電極之間' 層以延伸該第二電極之間距。疋見 9·如申請專利範圍第丨項之探 穿透電極以一既定距離偏移，以，： 1 〇 ·如申請專利範圍第丨項之探佈線。 尖端部分，該尖端部分係利用將 ，其中該接觸具有一 性之材料所製成，且該尖端部分自=^線埋藏在一具有詞 Π·如申請專利範圍第10項之擬^妾觸的一表面突出。 具有一垂直形狀。 寸’其中該金屬細線 其中該金屬細線 其中該金屬細線 其中相對於各該第 而得因形狀而j 其中該金屬細線 其中一具有該重新 12 ·如申請專利範圍第1 〇項之探針 為傾斜的。 1 3 ·如申請專利範圍第i 〇項之探針 具有S形。 1 4·如申請專利範圍第1項之探 二電極配置-具有彈簧特性之金屬：後二：：於各該第 有彈性之該接觸。 屬-線’而仔因形狀而具 1 5.如申請專利範圍第1 4項之探針 具有一有彈性之覆蓋材料。· 1 6 ·如申請專利範圍第1項之探針 佈線層與該穿透電極之部分為多層的t 17. —種探針的製造方法，用以得到一在具有複數個 第一電極當作外部端之半導體裝置與一具有複數個第二電 極以檢測該半導體裝置之檢測基板之間得到一電性接觸，2130-4696-PF(N);Ahddub.ptd 第17頁 533530 六 、申請專利範圍 包括下列步驟： 在對應該第一電極之位置形成金屬探針銷； 在對應一第一基板之位置形成貫穿孔； 將該金屬探針銷放置並固定於該貫穿孔中； 形成一重新佈線層，以延伸該第一電極與該穿遂電極 之間距，以拉出該第一電極至該金屬探針銷與相對應於一 第二基板之該第二電極間的一背表面處；及 ^疊ΐίΐΐί板與該金屬探針銷及該第二基板與該重 新佈線層合穿透電極。 1 8 ·如申請專利範圍第丨7項之 彈簧特性之金屬材料來形成該法、、中藉由-具有 1 9 ·如申請專利範圍第丨7項之。 層與該穿透電極當作拉出圖案，r ，法’其中該重新佈線 測基板之内。 ’、以將該探針銷連接至該檢 2 *?·如申晴專利範圍第1 7項之士 第二電極配置一具有彈簧特性之方法’其中相對於各該 具有彈性之該接觸。 复屬細線，而得因形狀而
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