TWI470233B

TWI470233B - 探針結構及其製造方法

Info

Publication number: TWI470233B
Application number: TW101135763A
Authority: TW
Inventors: Chun Yi Teng; Hsiang Bi Wang; Mei Jung Fu
Original assignee: Taiwan Elite Nano Technology Corp
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2015-01-21
Also published as: TW201413249A

Description

探針結構及其製造方法

本發明係有關於探針結構的改良及其應用。

半導體測試的主要目的是確保半導體產品在預定的使用環境條件下能完全實現設計規格書所規定的功能及性能標準。此一製程係經由自動測試設備進行，而測試設備的運作則由測試工程師所撰寫的測試程式來控制。因此，測試工程師必須清楚瞭解測試設備與IC之間的介面，懂得怎樣模擬IC將來的操作環境，例如：高溫、低溫、電壓不穩及電壓偏高或偏低等惡劣環境與一般正常使用狀況下，保證被測試的半導體產品於將來應用的環境可以正常的運作。

依照IC開發和製造階段、使用製程技術、測試技術種類、以及待測IC的不同，測試技術可以分為很多種類。IC開發階段的測試包括：(1)特徵分析：保證設計的正確性，決定IC的性能參數；(2)產品測試：確保IC的規格和功能正確的前提下減少測試時間提高成本效率；(3)可靠性測試：保證IC能在規定的年限之內能正確工作；(4)來料檢查：保證在系統生產過程中所有使用的IC都能滿足它本身規格書要求，並能正確工作。

通常的測試項目包括：(1)功能測試：真值表、演算法向量生成。(2)直流參數測試：開路/短路測試、輸出驅動電流測試、漏電電源測試、電源電流測試、轉換電平測試等。(3)交流參數測試：傳輸延遲測試、建立保持時間測試、功能速度測試、存取時間測試、刷新/等待時間測試、上升/下降時間測試。

此外，由於晶片功能(運算與儲存功能)需求越趨強大，因此在半導體測試過程中如何提高測試準確率、不沾黏(anti-stiction)、高導電性以及高測試次數(high touchdown)等，在未來將是一項挑戰。

進行半導體測試，除了測試機與測試程式外，測試配件例如：探針卡、負載板、插座等則是不可或缺的配備。測試配件在測試過程當中將直接接觸受測的半導體產品，例如：晶片或IC，在接觸的同時將測試的訊號準確的送至受測品之中，而後接收受測的反應訊號後將之傳送到測試機，測試機與測試程式再據以判別受測品的良窳。測試配件基本係由電路板與探針所組成，其中的探針在測試的過程當中實際接觸受測品本身。

在實務上，由於半導體晶片或IC表面材質不同與測試過程通過電流造成的熱效應，經常使得探針本身會沾黏不同程度的異質材料，甚至形成所謂的共晶現象，造成探針表面阻抗的增加，進而影響測試的結果與測試的良率。

根據實施例，本發明提供一種探針結構，包括一探針；一奈米碳管層，位於該探針之至少一尖端表面，其中該奈米碳管層包括多個奈米碳管。

根據另一實施例，本發明提供一種探針結構之製造方法，包括將一探針置入一腔體內；在該腔體內通入一碳源氣體；在該探針之至少一尖端表面成長一奈米碳管層，包括多個奈米碳管。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

本發明的基本目的在利用奈米碳管的特性與探針的結合，減少或降低甚至杜絕探針在接觸半導體晶片或IC時所形成的沾黏，並且使探針的表面阻抗不致因探針的沾黏而增加。進而使測試的結果與測試的良率更加精確。這樣的特性對於高頻寬、高腳數、高功能、高積集度的系統化半導體晶片或IC測試更形重要。

第1A圖顯示本發明一實施例之探針結構100，其包括一探針110，探針110之至少一尖端表面包括一奈米碳管層120，包括多個奈米碳管。探針110的組成可包括但不限於：金、鎢、銅、鉑、鈀、銀、鎳、鉬、鎘、錸、鈹、鐵、鈦、鉻、鈷、銠、銥、釕、鋨、鋯、鉿、鋅、釩、鉭、鈮、錠、銦、鉈、或前述之合金，其中探針110之尖端可為但不限於冠狀、錐狀、橢圓狀、平底、或斜尖狀。奈米碳管層120之厚度可介於一範圍，例如：0.01微米到100 微米。此奈米碳管層120可藉由各種化學氣相沉積法成長，例如：電感耦合電漿化學氣相沉積(Inductively Coupled Plasma Chemical Vapor Deposition；ICP-CVD)、熱裂竭化學氣相沉積(Thermal Chemical Vapor Deposition；T-CVD)、脈衝雷射沉積(Pulsed Laser Deposition；PLD)、或電弧法(Arc Method)。

在一實施例中，可藉由熱裂竭化學氣相沉積(Thermal Chemical Vapor Deposition；T-CVD)於探針110之至少一尖端表面形成奈米碳管層120。具體而言，可將探針110的尖端或整體置入一反應腔體內，通入碳源氣體，例如：使用CH₄ 、C₂ H₂ 、C₂ H₄ 等氣體，在腔體壓力5毫托到100毫托下進行3分鐘到10分鐘，依碳管所需的長度，成長時間可進行調整。視需要而定，亦可在形成碳管前利用例如：真空濺鍍法、電鍍法...等方法，先於探針110表面鍍上一催化金屬層130，以促進奈米碳管的生長，催化金屬例如：鐵、鈷、鎳、銅、金、銀、鉑、銠、錸、鈀、鉬、釕、或前述之合金。第1B圖顯示由A-A線所繪製之探針結構100之剖面示意圖。第1C圖顯示具有奈米碳管層120於探針110一尖端的電子顯微鏡(Scanning Electronic Microscope；SEM)照片。

本發明在探針之尖端表面成長奈米碳管，利用奈米碳管作為延長探針卡壽命以及檢測效能的材料，用以改善目前各式探針的瓶頸，諸如：磨耗(壽命)、沾黏性以及可靠度，進而增強產品的檢測量率與降低公司的成本支出。由於奈米碳管具有極佳的物理特性，包括導電性以及機械強度，在探針表面成長一層奈米碳管以提升探針在檢測時的精確度，降低異物沾粘性及延長探針壽命。本發明之探針結構，具有至少下列優點：

(1)降低探針清潔頻率為原來的40%以下

(2)延長探針壽命

(3)提升產品首測良率

(4)降低產品Open/Short測試不良項

此技術可應用在各種探針，例如處理器、微控制器、記憶體等電腦與手機及相關3C電子產品使用所有半導體晶片與IC測試用探針，但不限於以上產品之應用。

以下實施例將以Leeno之半導體IC測試用合金探針(DB 313A MAR-TPD)與具有奈米碳管之探針，進行不同半導體產品測試之分析結果比較：

【實驗相關環境與條件】

(1)測試產品：MEMS 3軸加速計

(2)測試設備：測試機+IC分類機

(3)探針：Leeno之半導體IC測試用合金探針(DB 313A MAR-TPD)

(4)測試溫度：85℃

(5)測試方法：以半導體IC測試(Final Test)方式進行

【比較例1】

選取Leeno之半導體IC測試用合金探針(DB 313A MAR-TPD)在未清針的條件下，執行連續測試，並於每1,000次測試接觸後記錄其平均首測良率與Open/Short測試項目的不良率，而後將探針取下，以阻抗量測儀測量探針的表面接觸阻抗，之後再將原探針置回執行測試，如此反覆進行至累計接觸次數到達12,000次為止。測試結果如第2圖所示。

【製備例】

藉由熱裂竭化學氣相沉積(Thermal Chemical Vapor Deposition；T-CVD)於探針110之一尖端表面形成奈米碳管層120。將探針110置入腔體內，通入碳源氣體，使用氣體流量比例為1/4之C₂ H₂ /NH₃ ，在成長溫度750℃，成長腔體壓力20毫托下進行3分鐘。奈米碳管層之厚度可為約10奈米到100微米。探針110之尖端表面成長奈米碳管層120的探針結構100之影像如第1C圖所示。

【實施例1】

選取製備例之奈米碳管探針在未清針的條件下，執行連續測試，並於每1,000次測試接觸後記錄其平均首測良率與Open/Short測試項目的不良率，而後將探針取下，以阻抗量測儀測量探針的表面接觸阻抗，之後再將原探針置回執行測試，如此反覆進行至累計接觸次數到達12,000次為止。測試結果如第3圖所示。

【比較例2】

選取Leeno之半導體IC測試用合金探針(DB 313A MAR-TPD)在每進行3,000次連續測試接觸後將探針取下，以阻抗量測儀測量探針的表面接觸阻抗，並記錄其平均首測良率與Open/Short測試項目的不良率，而後將執行探針重新清潔放回，再執行連續測試。如此反覆進行至累計測試接觸次數到達60,000次為止。測試結果如第4圖所示。

【實施例2】

選取製備例之奈米碳管探針在每進行8,000次連續測試接觸後將探針取下，以阻抗量測儀測量探針的表面接觸阻抗，而後將執行探針重新清潔，再執行連續測試。並於每3,000次測試接觸後記錄其平均首測良率與Open/Short測試項目的不良率，如此反覆進行至累計測試接觸次數到達160,000次為止。測試結果如第5圖所示。

【實施例3】

最後將製備例之奈米碳管探針以掃描式電子顯微鏡(Scanning Electronic Microscope；SEM)照相，觀察到奈米碳管仍存留在探針表面，如第6圖所示。由影像中可看出，在實際測試使用多次後奈米碳管探針之表面並無明顯的異物沾黏，而且多數的奈米碳管仍存留在探針的表面。

經過不同半導體產品測試分析結果比較，具有奈米碳管之探針，其效用有下列四項：

(1)探針清潔頻率降低為原來的37.5%(3,000 vs.8,000)

(2)探針壽命延長3倍(42,000 vs.136,000)

(3)產品首測良率提升1.8%

(4)產品Open/Short測試不良項降低0.5%

雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧探針結構

110‧‧‧探針

120‧‧‧奈米碳管層

130‧‧‧催化金屬層

第1A圖為根據本發明之一實施例顯示一種探針結構之示意圖。

第1B圖為根據本發明之一實施例顯示由A-A線所繪製之探針結構之剖面示意圖。

第1C圖為根據本發明之一實施例顯示一種探針結構在掃描式電子顯微鏡(Scanning Electronic Microscope；SEM)下的影像。

第2圖顯示Leeno之半導體IC測試用合金探針(DB 313A MAR-TPD)在不執行清針作業及連續測試的條件下，其接觸阻抗與首測良率及Open/Short測試不良率之變化情況。

第3圖顯示奈米碳管探針在不執行清針作業及連續測試的條件下，其接觸阻抗與首測良率及Open/Short測試不良率之變化情況。

第4圖顯示Leeno之半導體IC測試用合金探針(DB 313A MAR-TPD)在每3,000次觸後執行清針作業及連續測試的條件下，其接觸阻抗與首測良率及Open/Short測試不良率之變化情況。

第5圖顯示奈米碳管探針在每8,000次觸後執行清針作業及連續測試的條件下，其接觸阻抗與首測良率及Open/Short測試不良率之變化情況。

第6圖顯示奈米碳管探針經多實際測試接觸多次後，在掃描式電子顯微鏡(Scanning Electronic Microscope；SEM)下的影像。

100‧‧‧探針結構

110‧‧‧探針

120‧‧‧奈米碳管層

Claims

一種探針結構，包括：一探針；一奈米碳管層，位於該探針之至少一尖端表面，其中該奈米碳管層包括多個奈米碳管；以及一催化金屬層，位於該探針之表面與該奈米碳管層之間，其中該催化金屬層與該探針之表面直接接觸。
如申請專利範圍第1項所述之探針結構，其中該探針之組成包括金、鎢、銅、鉑、鈀、銀、鎳、鉬、鎘、錸、鈹、鐵、鈦、鉻、鈷、銠、銥、釕、鋨、鋯、鉿、鋅、釩、鉭、鈮、錠、銦、鉈、或前述之合金。
如申請專利範圍第1項所述之探針結構，其中該奈米碳管層之厚度約0.01微米到100微米。
如申請專利範圍第1項所述之探針結構，其中該奈米碳管層之厚度約0.05微米到50微米。
如申請專利範圍第1項所述之探針結構，其中該奈米碳管層之厚度約0.1微米到20微米。
如申請專利範圍第1項所述之探針結構，其中該催化金屬層包括鐵、鈷、鎳、銅、金、銀、鉑、銠、錸、鈀、鉬、釕、或前述之合金。
一種探針結構的製造方法，包括：將一探針置入一腔體內；於該探針之表面鍍上一催化金屬層，其中該催化金屬層與該探針之表面直接接觸；在該腔體內通入一碳源氣體；以及在該探針之至少一尖端表面成長一奈米碳管層，包括多個奈米碳管。
如申請專利範圍第7項所述之探針結構的製造方法，其中該探針之組成包括金、鎢、銅、鉑、鈀、銀、鎳、鉑、鎘、錸、鈹、鐵、鈦、鉻、鈷、銠、銥、釕、鋨、鋯、鉿、鋅、釩、鉭、鈮、錠、銦、鉈、或前述之合金。
如申請專利範圍第7項所述之探針結構的製造方法，其中該碳源氣體包括CH₄ 、C₂ H₂ 、C₂ H₄ 、或前述之組合。
如申請專利範圍第7項所述之探針結構的製造方法，包括：利用一化學氣相沉積法在該些探針之表面成長該奈米碳管層，其中該化學氣相沉積法包括：電感耦合電漿化學氣相沉積(Inductively Coupled Plasma Chemical Vapor Deposition,ICP-CVD)、熱裂竭化學氣相沉積(Thermal Chemical Vapor Deposition,T-CVD)、脈衝雷射沉積(Pulsed Laser Deposition,PLD)、或電弧法(Arc Method)。
如申請專利範圍第7項所述之探針結構的製造方法，包括一熱裂竭化學氣相沉積法(Thermal Chemical Vapor Deposition,T-CVD)。
如申請專利範圍第7項所述之探針結構的製造方法，其中該催化金屬層包括鐵、鈷、鎳、銅、金、銀、鉑、銠、錸、鈀、鉬、釕、或前述之合金。