CN107845599A - 晶片吸盘、使用所述晶片吸盘以及用于测试半导体晶片的方法 - Google Patents

晶片吸盘、使用所述晶片吸盘以及用于测试半导体晶片的方法 Download PDF

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Abstract

一种晶片吸盘(300)，所述晶片吸盘(300)被配置成用来在晶片测试步骤期间支撑晶片(100)，包括用于在与所述晶片接触的同时支撑所述晶片(100)的接触部分(310)。所述接触部分(310)由导电材料制成，所述导电材料具有大于1500℃的熔点。

Description

晶片吸盘、使用所述晶片吸盘以及用于测试半导体晶片的 方法
技术领域
本公开涉及一种晶片吸盘以及一种用于测试半导体晶片的方法。
背景技术
在半导体装置制造期间，在将半导体晶片切割成多个单独的半导体芯片或管芯之前进行晶片测试。晶片测试旨在识别半导体晶片中的分立半导体装置和/或集成电路的功能缺陷，并且通常由称为晶片检测器的测试设备来执行。晶片检测器包括用于测试目的的用于安装晶片的晶片吸盘。存在开发能够进行改进的测试方法的改进的晶片吸盘的需要。
因此，本发明的目的是提供一种改进的晶片吸盘，以及一种用于测试半导体晶片的改进的方法。
根据实施例，上述目的通过根据独立权利要求的要求保护的主题来实现。在从属权利要求中定义了进一步的发展。
发明内容
根据一个实施例，晶片吸盘被配置成用来在晶片测试步骤期间支撑晶片。晶片吸盘包括用于接触晶片的接触部分。接触部分由导电材料制成。导电材料具有大于1500℃的熔点。
根据一个实施例，用于测试半导体晶片的方法包括：将半导体晶片放置在如上所述的晶片吸盘之上，并且向电连接到半导体晶片的端子外加电流或施加电压。
阅读以下详细描述和查看附图后，本领域技术人员将认识到附加的特征和优点。
附图说明
附图被包括以提供对本发明的实施例的进一步理解，并且被并入并构成本说明书的一部分。附图示出本发明的实施例，并与描述一起用于解释原理。通过参考以下详细描述使得本发明的其它实施例和许多预期优点变得被更好地理解时，它们将被容易地体会。附图的元件不一定相对于彼此按比例绘制。相似的附图标记表示相应的类似部分。
图1示出晶片测试设备的示意性布置结构。
图2示出放置在晶片吸盘之上的半导体晶片的一部分的一个示例。
图3A和图3B示出晶片吸盘的示例。
图4总结了根据一个实施例的方法。
具体实施方式
在下文的详细描述中，参考形成其一部分的附图，并且在附图中通过图示的方式示出可实践本发明的具体实施例。在这方面，参考所描述的附图的取向，来使用诸如“顶”、“底”、“前”、“后”、“首”、“尾”等方向性术语。由于本发明的实施例的部件可被安置于多个不同的取向，因此方向性术语是用于说明的目的，而绝非限制的目的。应当理解，可使用其他实施例，并且可在不背离由权利要求限定的范围的情况下做出结构或逻辑上的改变。
实施例的描述不是限制性的。特别地，下文描述的实施例的元件可与不同实施例的元件相结合。
如本文所使用的，术语“具有”、“含有”、“包括”、“包含”等是表示所陈述的元件或特征的存在，但并不排除附加的元件或特征的开放式术语。除非上下文另有明确说明，否则词语“一”、“一个”和“所述”旨在包括复数以及单数。
如本说明书所使用的，术语“耦接”和/或“电耦接”并不旨在意味着元件必须直接耦接在一起，可在“耦接”或“电耦接”元件之间提供中间元件。术语“电连接”旨在描述电连接在一起的元件之间的低欧姆电连接结构。
在下文描述中使用的术语“晶片”、“衬底”或“半导体衬底”可包括具有半导体表面的任何基于半导体的结构。晶片和结构应理解为包括硅、绝缘体上硅(SOI：silicon-on-insulator)、蓝宝石硅片(SOS：silicon-on sapphire)、掺杂和非掺杂半导体、由基底半导体基座支撑的硅的外延层以及其它半导体结构。半导体不需要是基于硅的。半导体也可以是硅-锗、锗或砷化镓。根据其他实施例，碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)可形成半导体衬底材料。
本说明书中使用的术语“横向”和“水平”旨在描述平行于半导体衬底或半导体本体的第一表面的取向。这可以是例如晶片或芯片的表面。
本说明书中使用的术语“竖直”旨在描述垂直于半导体衬底或半导体本体的第一表面布置的取向。
图1示出用于进行晶片测试的晶片测试设备的一个示例。晶片100放置在晶片吸盘300之上。晶片吸盘300可由吸盘支撑件301支撑。晶片吸盘300通过连接元件302的方式电连接到评估装置500。探针板400包括多个针状物401，所述多个针状物401可用于接触形成于半导体晶体100中的多个装置或单个装置。探针板400可经由第二互连件402连接到评估装置500。
通常，诸如功率晶体管、通用晶体管、存储单元、传感器的多个单个半导体装置，其中还包括可例如构成集成电路的诸如二极管、发光元件、电容器和其他的半导体部件，被分配到布置在晶片100中的单个芯片。这些半导体装置的制造可能已经完成。半导体晶片100放置在可具有大于半导体晶片100的尺寸的尺寸的晶片吸盘300之上。可在晶片吸盘300中布置小孔305(图3A和图3B中示出)，以便产生晶片100与晶片吸盘300之间的真空，以将晶片100紧固在晶片吸盘300之上。晶片吸盘300可沿三个方向移动，例如x方向、y方向和z方向。特别地，晶片吸盘300可在水平方向上移动，使得某个芯片(组)放置在探针板400之下。然后，晶片吸盘300在竖直方向上朝探针板400移动，使得针状物401接触一个或一个以上半导体芯片。例如，针状物401可接触几个晶体管单元或晶体管的源极区。
图2示出与晶片吸盘300接触的功率晶体管的部件的放大视图。如图所示那样，包括可彼此平行地连接的多个晶体管单元200i的晶体管200布置在半导体晶片100中。例如，源极区201与半导体晶片的第一主表面110相邻设置。另外，晶体管200的漏极区205与半导体晶片的第二主表面120相邻布置。栅极沟槽212布置在半导体晶片的第一主表面110中。栅极电极210布置在栅极沟槽212中。栅极电极210通过栅极介电层211的方式与相邻的半导体材料220绝缘。所示的晶体管单元的栅极电极210彼此平行地连接并可电连接到栅极端子。源极区201和漏极区205可以是第一导电类型。第二导电类型的主体区220被设置成与源极区201相邻并且与栅极介电层211相邻。
晶体管单元200i还包括设置在主体区220与漏极区205之间的漂移区260。前侧金属化层150电连接到源极区201，并且还通过主体接触部分225电连接到主体区220。主体接触部分225抑制或恶化可在此位置形成的寄生双极晶体管。前侧金属化或导电层150经由针状物401电连接到探针板400。背侧金属化或导电层206被布置成与半导体晶片100的第二主表面120接触，以便电接触漏区205。晶片吸盘300与背侧金属化或导电层206电接触。
当晶体管接通时，例如通过向栅电极210施加相应的电压，在主体区220中与栅极介电层211的界面处形成导电沟道(导电反型层)215。当晶体管关断时，例如通过向栅极电极210施加相应的电压或不施加电压，在界面处不形成导电反型层，因此没有电流流动。当执行对晶体管200的测试时，可在针状物401与晶片吸盘300之间施加电压。替代地，可在针状物401与晶片吸盘300之间外加电流。
图2仅示出待测试的功率装置的一个示例。根据另外的实施例，可测试诸如IGBT或二极管的不同的功率装置。根据另外的实施例，可测试任何种类的半导体装置。
为提高制造的半导体装置的质量和可靠性，期望对功率装置执行动态测试。对功率装置的动态测试涉及施加高电流或高电压。例如，当待测试功率晶体管时，可外加大于50A，例如100A的电流。另外，可施加几千伏的电压，例如3000V或4000V以上，诸如5000V。单个芯片可能发生故障，并且在测试布置解结构之上可发生在故障装置之上的短路状况。因此，已经存储的用于测试的非常大量的能量将加热测试布置结构的高欧姆部分。测试布置结构的高欧姆部分可特别地是装置的前侧和背侧之上的接触部。因此，当以高功率(I*U)测试装置时，可生成高温。
如将在下文讨论的那样，被配置成用来在晶片测试步骤期间支撑晶片的晶片吸盘包括用于在与晶片接触的同时支撑晶片的接触部分。接触部分由导电材料制成，导电材料具有大于1500℃的熔点。根据另外的实施例，导电材料可具有大于2000℃的熔点。因此，可防止背侧金属化和吸盘金属化焊接在一起。根据实施例，晶片吸盘可包括被配置成用来支撑晶片的接触部分。当晶片吸盘支撑晶片时，接触部分与晶片接触。换言之，晶片吸盘的实际上接触晶片(当晶片由晶片吸盘支撑时)的部分被称为接触部分。
图3A和图3B示出根据实施例的晶片吸盘的示例。根据图3A所示的实施例，晶片吸盘300由具有大于1500℃或高于2000℃的熔点的导电材料制成。晶片吸盘300包括多个孔305，以在晶片与晶片吸盘300之间产生真空。根据图3B的实施例，晶片吸盘300包括芯部分320和接触部分310，所述接触部分310由具有大于1500℃或大于2000℃的熔点的导电材料制成。根据实施例，接触部分310可以是在芯部分320之上的，例如在芯部分320与晶片100之间的接触材料的层或涂层。例如，接触部分310的厚度可以是几μm至50μm。例如，接触材料可包括诸如钨(W)、钽(Ta)、钼(Mo)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)等或其合金的耐熔金属。另外的示例包括这些金属中的任何的金属氮化物，例如耐熔金属，或者这些金属中的任何的金属碳化物，例如耐熔金属。
根据图3B的实施例，芯部分可包括Ni或另一合适的基底金属，并且可涂覆有任何这些导电材料中的任何的涂层。例如，接触部分310可设置在芯部分320的表面之上。
例如具有3422℃的熔点和52nOhmm的低电阻率，174W/mK的热导率和24J/molK的热容的钨，可使用为接触部分310的材料。根据一个另外的实施例，可使用在高压下具有4000°K至5000°K的熔点的碳。在正常压力下，碳不熔化但升华。例如，当使用碳作为接触材料时，功率测试可在惰性气氛下执行，以最小化地形成一氧化碳或二氧化碳。
根据另外的实施例，可将合金，例如高熵合金使用为接触部分310的材料。例如，整个晶片吸盘300或仅芯部分320之上的接触部分310可由高熵合金制成。高熵合金是由相等或接近相等量的五种或五种以上的金属制成的材料。
根据另外的实施例，接触部分的材料被选择为使得相对于硅和/或背侧金属化的材料是惰性的。
图4示出根据一个实施例的用于测试半导体晶片的方法。如图所示那样，用于测试晶片的方法包括：如上文已经解释那样将半导体晶片放置在晶片吸盘之上(S100)，并向电连接到半导体晶片的端子外加电流或施加电压(S120)。例如，端子可电连接到半导体晶片的相反侧。由于以下事实：即使由于被测试装置的故障而发生短路，晶片吸盘也不会熔化，因此可外加比常规实现的更高的电流或可施加更高的电压。根据实施例，可外加待测试装置的额定电流的80％以上或90％以上或甚至94％以上。特别地，额定电流被限定为在遭受立即的或渐进的劣化之前，功率装置可承载的最大量的电流。额定电流包括在装置的数据表中，并且与被测试的具体装置有关。例如，在测试半导体晶片期间生成的温度可在1500℃以上或2000℃以上。因此，晶片吸盘可承受高温并且可不与半导体晶片焊接在一起。
例如，可执行雪崩测试。根据雪崩测试，功率晶体管导通，高电流在源极与漏极之间流动。此后，通过施加相应的栅极电压来关断晶体管。电感元件将进一步驱动电流并生成高电压。最终，发生产生短路的击穿。在这种情况下，即使U*I的乘积非常大，晶片吸盘也不会熔化，也不会与半导体晶片反应。因此，可在没有使晶片吸盘劣化的风险的情况下，在高电流/电压条件下测试半导体装置。因此，可进一步改善测试的质量。另外，由于晶片测试的更好的质量，可实现用于新方法生成的较少的开发时间。进一步的结果是，可改善处理线的控制。另外，可提高交付的功率半导体装置的质量。
虽然上文已经描述了本发明的实施例，但是显然可实现另外的实施例。例如，另外的实施例可包括权利要求中列举的特征的任何子组合或者上文给出的示例中所描述的元件的任何子组合。因此，所附权利要求的精神和范围不应限于对本文所包含的实施例的描述。

Claims (14)

1.一种晶片吸盘(300)，所述晶片吸盘(300)被配置成用来在晶片测试工序期间支撑晶片(100)，所述晶片吸盘(300)包括用于在与所述晶片(100)接触的情况下支撑所述晶片(100)的接触部分(310)，
所述接触部分(310)由导电材料制成，
所述导电材料具有大于1500℃的熔点。
2.根据权利要求1所述的晶片吸盘(300)，其中，所述导电材料具有大于2000℃的熔点。
3.根据权利要求1或2所述的晶片吸盘(300)，其中，所述导电材料包括耐熔金属或耐熔金属的合金。
4.根据前述权利要求中任一项所述的晶片吸盘(300)，其中，所述晶片吸盘(300)还包括芯部分(320)，所述接触部分(310)设置在所述芯部分(320)的表面之上。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的晶片吸盘(300)，其中，所述晶片吸盘(300)由所述导电材料制成。
6.根据前述权利要求中任一项所述的晶片吸盘(300)，其中，所述导电材料相对于硅是惰性的。
7.根据前述权利要求中任一项所述的晶片吸盘(300)，其中，所述导电材料选自以下组：钨，钽，钼，钨、钽、钼的碳化物，钨、钽、钼的氮化物以及它们的混合物。
8.根据前述权利要求中任一项所述的晶片吸盘(300)，其中，所述导电材料包括高熵合金。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的晶片吸盘(300)用于测试半导体晶片(100)的用途，其中，功率半导体装置布置在所述半导体晶片(100)中。
10.一种用于测试半导体晶片的方法，包括：
将所述半导体晶片放置在根据权利要求1至8中任一项所述的晶片吸盘上(S100)，和
向电连接到所述半导体晶片的端子外加电流或施加电压(S120)。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述电流大于额定电流的80％。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述电流大于所述额定电流的90％。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其中，在测试所述半导体晶片期间产生的温度大于1500℃。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，在测试所述半导体晶片期间产生的温度大于2000℃。
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