CN101614784A - 半导体元件的测试装置 - Google Patents

Abstract

一种半导体元件的测试装置，是由一测试装置以及一探测装置所组成，探测装置中配置有一探针卡及用以承载一待测晶片的输送座，其中探针卡的特征在于配置多个具有弹性的金属凸点用以接触待测晶片。

Description

半导体元件的测试装置

技术领域

本发是有关于一种用晶片或芯片的测试装置，特别是有关于一种使用金属凸点来取代探针进行测试的晶片或芯片的测试装置。

背景技术

在半导体工艺上，主要可分成集成电路设计(IC Design)、晶片工艺(Wafer Fabrication)、晶片测试(Wafer Probe)及晶片封装(Packaging)等，其中晶片测试工艺是利用晶片测试机(tester)，例如一种探针卡测试机(Circuit Probe Tester)，来对晶片上的每一个晶粒执行测试，以确保晶粒的性能是依照电路设计制造出来的。在进行每一颗晶粒检测时，若晶粒未能通过测试，则此晶粒将会被晶片测试机打上一记号以做为不良品的标示。接着，当进行芯片切割和分离时，这些属于不良品的晶粒将会被筛选出来，而不进行后续的封装工艺，以免徒增制造成本。

请参阅图1所示，是一种现有的晶片测试机(tester)示意图，包括一测试装置(Tester Head)1及一探测装置(Prober)2，其中测试装置1是以可盖合地与探测装置2结合。测试装置1在面对测试装置2的一面，是环设有多个独立的接口单元10，而探测装置2面对测试装置1的一面设有一支撑架(holder)20且支撑架20上配置一块探针卡(probe card)22；同时，如图2所示，探针卡22上设有一个探测单元24，在此探测单元24上分别设有多个由导电材料所制成且相当细微的探针(Probe)224，而探针224的一端分别与其探针卡22上的线路电性连接，而探针224的另端则都朝向探测单元24的中央延伸，并连接在探针卡22中央位置所设的一测试区226。接着，在进行晶片测试时，探测装置2内所设的输送座3会不断地移动，使得输送座3上所承载的晶片4都能够移动，因此晶片上的每一晶粒都能够与测试区226上的探针224接触，即可完成如前述对各该晶粒的测试动作。

由于探针224必须与每一颗晶粒上的测试点做接触，特别是为了取得较好的量测信号，还必须在晶粒的表面上进行刮除氧化层，因此可能都会破坏晶粒。此外，有许多晶粒使用晶片级封装(WL-CSP)技术，直接在晶片上植球以形成BGA的封装。很明显地，当晶粒上的线路越来紧密时，探针卡的制作越来越困难，同时，探针对锡球的破坏也会越严重。因此，需要发展出不需破坏晶粒以及符合高密度测试的探针卡。

鉴于上述的发明背景中，为了能够有效确保晶片或芯片的测试效果，本发明主要目的在提供一种具有多个金属凸点的测试基板，可用以解决上述传统的探针所造成的测试不良并且会破坏晶片或芯片的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的一主要目的在提供一种以具有顺应性的多个金属凸点所形成的半导体元件测试装置，可由多个金属凸点的顺应性，提高测试的效果。

本发明的再一主要目的在提供一种以具有顺应性的多个金属凸点所形成的半导体元件测试装置，由多个金属凸点的顺应性，使得待测晶片或是芯片不会被破坏。

本发明的另一主要目的在提供一种以具有顺应性的多个金属凸点所形成的半导体元件测试装置，由多个金属凸点的顺应性，可以增加待测晶片或是芯片产量。

本发明的还有另一主要目的在提供一种以具有顺应性的多个金属凸点所形成的半导体元件测试装置，由多个金属凸点的工艺简单性，可以降低测试装置成本。

依据上述的目的，本发明提供一种半导体元件的测试装置，是由一测试装置以及一探测装置所组成，探测装置中配置有一探针卡及用以承载一待测晶片的输送座，其中探针卡的特征在于配置多个具有弹性的金属凸点用以接触待测晶片。

本发明进一步提供一种半导体测试装置，是包括有测试主机、分类机、待测元件输入/输出区以及测试区域，其中测试区域配置至少一个插槽，而每一插槽的特征在于：插槽中配置多个具有弹性的金属凸点，且这些金属凸点与一电性测试电路电性连接。

附图说明

为进一步说明本发明的内容及特点，以下结合附图及实施例对本发明作一详细的描述，其中：

图1是先前技术测试机台的示意图；

图2是图1的测试机台中的探针卡示意图；

图3A至图3D是本发明的具有多个金属凸点的基板的工艺过程示意图；

图4是本发明的一具体实施例的测试机台示意图；

图5是本发明的一具有金属凸块的待测晶片示意图；

图6是本发明的一具有钨金焊垫的待测晶片示意图；

图7是本发明的一具有锡球的待测晶片示意图；以及

图8是本发明的另一具体实施例的测试机台的测试区示意图。

具体实施方式

本发明在此所探讨的方向为一种测试机台。为了能彻底地了解本发明，将在下列的描述中提出详尽的步骤及其组成。显然地，本发明的施行并未限定于测试机台的技艺者所熟习的特殊细节。另一方面，众所周知的测试机台的组成或步骤并未描述于细节中，以避免造成本发明不必要的限制。本发明的较佳实施例会详细描述如下，然而除了这些详细描述之外，本发明还可以广泛地施行在其它的实施例中，且本发明的范围不受限定，其以之后的权利要求范围为准。

本发明是将位于探针卡22中的探测单元24上的多个探针224，改以金属导线(未显示于图中)连接，此金属导线(trace)的一端与探针卡22上的线路电性连接，而金属导线的另一端则配置在探针卡22中央位置的测试区226，并且形成多个凸出的金属接点，以取代探针头。因此，本发明的工艺是将探测单元24以一基板300来取代；例如：PCB板或挠性基板。以PCB板为例来说明，首先，是以多层板的技术将金属导线的另一端配置至测试区226，并且在测试区226处曝露出多个金属接点310，如图3A所示；接着，将一高分子材料330涂布在曝露的多个金属接点310的区域上，如图3B所示；然后，进行烘烤及显影工艺后，将部份高分子材料330移除，并留下部份高分子材料340在金属接点310上；在此要强调，高分子材料340仅占有金属接点310的接近中央的区域，同时曝露出金属接点310的周边区域，也就是说，高分子材料340并未完全覆盖金属接点310，如图3C所示。再接着，进行电镀工艺，将一种金属材料层350(例如：金)镀在高分子材料340上以及金属接点310的周边区域，故可在基板300的测试区226上形成多个金属凸点360，如图3C所示。当此基板300与探测单元24接合于测试机时，即可对晶片进行测试。在此要强调，上述的高分子材料340为一种polyimide，因此在测试区226上所形成的多个金属凸点360具有弹性或顺应性(compliance)。

当此具有多个金属凸点360的基板300与探针卡22接合并且置放于晶片测试机的探测装置2中时，此时，原有的多个探针头224已被多个金属凸点360，请参选图4所示。

由于，晶片在完成制造后，会在一片晶片上形成多个相同功能的晶粒(die)，例如一片12寸晶片可以制造出近1300颗的256M DRAM，而每一颗晶粒上的焊垫(pad)都是一样的，因此可以使用一个配置有多个金属凸点360的基板300来对每一颗晶粒进行测试。随着半导体工艺的进步，已经可以在晶片400上的每一颗晶粒的焊垫410上形成一金凸块430，如图5所示。

为了要执行测试，将晶片400放在晶片测试机的输送座3中，在测试过程中，输送座3会不断地移动，使得输送座3上所承载的晶片400都能够移动，因此晶片上的每一晶粒都能够与测试区226上多个金属凸点360接触，即可完成对晶粒的测试。由于，测试区226上多个金属凸点360是使用金作为材料，而且晶片400上的每一颗晶粒的焊垫410上也使用金凸块430，因此可由金的稳定性(不易氧化)，故可降低金属凸点360与金凸块430间的接触电阻，可以量到较好的电性。此外，金属凸点360具有一定面积，故在与金凸块430接触时，可以增加金属凸点360与金凸块430接触面积，故也可进一步地降低接触电阻。更重要的是，金属凸点360具有顺应性，故与金凸块430接触时，不会破坏金凸块430的表面，此有利于后段的封装制造。

此外，在晶片的制造过程中，也可将每一晶粒上的焊垫410的表面材料以钨金(TUNGSTEN)来取代，如图6所示。图5的工艺与一般的半导体工艺相同，只是在最后形成对外连接的焊垫410后，再经过阳极处理将钨金混入焊垫410中，以形成钨金焊垫450；接着，在晶片表面形成一二氧化硅的保护层420，当要对晶片进行测试时，再以蚀刻工艺将每一钨金焊垫450曝露出来。使用钨金的主要目的是利用其具有不易氧化以及高硬度的特性，因此在测试过程中，除了可以与金属凸点360保持良好的接触电阻外，更可由其具有高硬度的特性，而不会破坏晶粒，此有利于生产率(yield)的增加。

在测试过程中，将晶片放入晶片测试机执行测试，在测试过程中，晶片上的每一晶粒上的钨金焊垫450都能够与测试区226上多个金属凸点360接触。由于，多个金属凸点360是使用金作为材料，而且晶片400上的每一颗晶粒上的焊垫为钨金焊垫450，因此不易氧化，故可降低金属凸点360与钨金焊垫450间的接触电阻，可以量到较好的电性。此外，金属凸点360具有一定面积，故在与钨金焊垫450接触时，可以增加金属凸点360与钨金焊垫450接触面积，故也可进一步地降低接触电阻。更重要的是，金属凸点360具有顺应性，故与钨金焊垫420接触时，不会破坏钨金焊垫420的表面，此有利于后段的封装制造。

另外，当晶片400完成工艺后，可以在晶片400表面先形成一氧化层，然后，将每一焊垫410上的氧化层420移除，使得焊垫410曝露出来，然后直接在焊垫上进行植锡球460(solder ball)的工艺，以形成一种BGA的封装结构，如图7所示。由于，锡球460非常容易氧化，非常不利于测试的进行，因此，在进行晶片的测试前，必须先将晶片经过等离子体(plasma)清洗，以去除锡球460上的氧化物后，方能进行。由于测试区226上的多个金属凸点360具有顺应性，故当金属凸点360与锡球460接触时，可以让两者形成较大的接触面积而且不会破坏锡球460的结构。当测试完成后，将晶片切割多个科晶粒后，即形成一种BGA的封装结构。

随着科技的进步，IC设计的能力也随之提高，因此会制造出具有非常多功能的高阶产品，例如：CPU、LCD驱动芯片等，这些高阶产品的共同特色就是对外连接的接脚非常多，也因此这些半导体晶粒都使用BGA作为封装方式。当这些高阶芯片(chip)完成封装后，还必须经过最后的功能测试(Functional Test；FT)，才能送交客户。

对于芯片的功能测试是使用测试机(Tester)来执行，由于此时的晶粒已经是一颗颗完成封装的个体，因此必需经由分类机(Pick&Place)将晶粒从输入/输出区送至测试区中进行测试，而测试区中可以配置至少一个插槽。为此，请参考图8，是本发明的具有多个金属凸点360的基板300配置于测试机的测试区示意图。如图7所示，将具有多个金属凸点360的基板300即配置于测试区的插槽500中，且基板与一电性测试电路电性连接(未显示于图中)。当测试机的晶粒输入区已经放大多个已完成封装的待测BGA芯片400A，接着，由分类机(Pick&Place)将晶粒从输入区吸取送至测试区，在此运送过程中，分类机不需要将待测的BGA芯片400A翻转，其只要依据设定的路径将待测的BGA芯片400A送进测试区，然而在判断对准测试区的插槽500后，将待测的BGA芯片400A放入插槽500中，使待测的BGA芯片400A上的锡球460与多个金属凸点360，然后测试信号经由电性测试电路送进待测的BGA芯片400A。由于多个金属凸点360具有顺应性，故当金属凸点360与锡球460接触时，可以让两者形成较大的接触面积而且不会破坏锡球460的结构。在此要强调，待测的BGA芯片400A仅为本发明的一实施例，本发明适用的待测芯片还包括具有金属凸块的芯片或QFN芯片等。当然，这些待测芯片在送入测试机之前，可以选择先将芯片上的锡球或金属凸块经过等离子体的清洗，可以增加电性测试的结果。

虽然本发明以前述的较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习相像技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的专利保护范围须视本说明书所附的权利要求范围所界定的为准。

Claims (10)

1、一种半导体元件的测试装置，是由一测试装置以及一探测装置所组成，该探测装置中配置有一探针卡及用以承载一待测晶片的输送座，其中该探针卡的特征在于，

该探针卡之上配置多个具有弹性的金属凸点用以接触该待测晶片。

2、如权利要求1所述的半导体元件的测试装置，其特征在于，其中每一该具有弹性的金属凸点是由一高分子凸块以及一金属层包覆该高分子凸块。

3、一种半导体元件的测试装置，是由一测试装置以及一探测装置所组成，该探测装置中配置有一探针卡及用以承载一待测晶片的输送座，该待测晶片上形成有多个晶粒，每一该晶粒上配置有多个焊垫，其中该探针卡的特征在于，

该探针卡之上配置多个具有弹性的金属凸点用以与该待测晶片上的该多个焊垫接触。

4、如权利要求3所述的半导体元件的测试装置，其特征在于，其中每一该具有弹性的金属凸点包括一高分子凸块以及一金属层包覆该高分子凸块。

5、如权利要求3所述的半导体元件的测试装置，其特征在于，其进一步于每一该晶粒上的多个焊垫上形成多个锡球。

6、如权利要求3所述的半导体元件的测试装置，其特征在于，其中每一该晶粒上的多个焊垫均为钨金焊垫。

7、一种半导体元件的测试装置，包括有测试主机、分类机、待测元件输入/输出区以及测试区域，其中该测试区域配置至少一个插槽，而该插槽的特征在于，

该插槽中配置多个具有弹性的金属凸点，且所述金属凸点与一电性测试电路电性连接。

8、如权利要求7所述的半导体元件的测试装置，其特征在于，其中每一该具有弹性的金属凸点包括一高分子凸块以及一金属层包覆该高分子凸块。

9、一种半导体晶片，是于该半导体晶片上形成多个完成工艺的区域且每一该区域上更形成多个金属焊垫，其特征在于，

该金属焊垫的材质为钨金。

10、如权利要求9所述的半导体晶片，其特征在于，其进一步于该金属焊垫上形成一金属凸块。

Images