DE10114291C1 - Verfahren zum Überprüfen von lösbaren Kontakten an einer Mehrzahl von integrierten Halbleiterbausteinen auf einem Wafer - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zum Überprüfen von lösbaren Kontakten an einer Mehrzahl von integrierten Halbleiterbausteinen, die parallel auf einem Wafer mittels einer Kontakterkarte kontaktiert werden, wobei die Halbleiterbausteine jeweils mehrere untereinander verbundene Versorgungsspannungsanschlüsse aufweisen, umfaßt für jeden der Mehrzahl der Halbleiterbausteine die Verfahrensschritte: DOLLAR A - Anlegen einer Spannung an einen ersten der Versorgungsspannungsanschlüsse des Halbleiterbausteines über die Kontakterkarte, DOLLAR A - Messen der anliegenden Spannung an einem zweiten der Versorgungsspannungsanschlüsse über die Kontakterkarte, DOLLAR A - Vergleichen der an den ersten Anschluß angelegten Spannung mit der an dem zweiten Anschluß gemessenen Spannung; und DOLLAR A - Bewerten des Kontakts für diesen Halbleiterbaustein als korrekt, wenn die an dem zweiten Anschluß gemessene Spannung im wesentlichen der an den ersten Anschluß angelegten Spannung entspricht, andernfalls als nicht korrekt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum überprüfen von lösbaren Kontakten an einer Mehrzahl integrierter Halbleiterbausteine auf einem Wafer, wobei die Halbleiterbausteine jeweils mehre­ re untereinander verbundene Versorgungsspannungsanschlüsse aufweisen.

Halbleiterbauelemente werden üblicherweise nach ihrer Her­ stellung zur Erhöhung der Ausbeute funktionsfähiger Bauele­ mente einer Reihe von Funktionstests unterzogen. Das Erkennen und gegebenenfalls auch das Reparieren von Fehlen ist für viele Anwendungen am wirtschaftlichsten, wenn es noch auf dem Wafer, also vor dem Vereinzeln und Häusen der Bausteine, er­ folgt.

Ebenso wird für Halbleiterbauelemente oft ein sogenannter Burn-In durchgeführt, bei dem die Bauelemente beim Hersteller gezielt vorgealtert werden, um die Ausfallrate der an die Kunden gelieferten Bauelemente gegenüber der anfänglichen Ausfallrate auf einen etwa konstanten niedrigen Wert abzusen­ ken. Auch dabei ist es wünschenswert, wenn ein solcher Burn- In auf Waferebene für möglichst viele Bauelemente zugleich durchgeführt werden kann.

Nachfolgend wird das Ansteuerungssystem, das für einen Bau­ steintest oder für einen Burn-In verwendet wird, ohne Be­ schränkung der Allgemeinheit einheitlich als Testsystem be­ zeichnet. Die Verbindung zwischen dem Testsystem und den Bau­ elementen auf dem Wafer wird durch eine Kontakterkarte, bei­ spielsweise eine Nadelkarte hergestellt. Der Großteil der Kontaktiernadeln dient dabei der Übertragung von Test-, Daten- und Steuersignalen von dem Testsystem zu dem zu testenden Baustein. Weitere, mit einer Spannungsquelle verbundene Kontaktiernadeln führen eine oder mehrere Versorgungsspannungen, beispielsweise mit einem Pegel von 3,3 V oder 2,5 V, an ent­ sprechende Anschlußflächen des Halbleiterbausteins.

Sowohl beim Bausteintest als auch beim Burn-In wird ange­ strebt, die Bauelemente eines möglichst großen Teil des Wa­ fers, bevorzugt des gesamten Wafers gleichzeitig zu kontaktie­ ren. Bedingt durch die große Anzahl von Bauelementen auf dem Wafer und die limitierte Anzahl der auf dem Testsystem zur Verfügung stehenden Systemkanäle zur Ansteuerung der Bauele­ mente, ist dazu eine Parallelschaltung mehrerer Bauelemente notwendig. Das bedeutet, daß dasselbe elektrische Signal vom Testsystem nur einmal bereit gestellt und an entsprechende Anschlüsse mehrerer Bauelemente angelegt wird.

Dabei ergibt sich jedoch das Problem, daß bisherige Methoden zur Verifikation der Güte des Kontakts zwischen Kontakterkar­ te und Bauelementen keine zufriedenstellenden Ergebnisse mehr liefern. Bei den bekannten Methoden ist ein Kanal des Testge­ räts mit genau einem Bauelementanschluß verbunden. Der Ver­ bindungsleitung wird ein Strom eingeprägt und der Spannungs­ abfall über die Eingangsschutzdioden des Bauelemente anschlus­ ses wird gemessen. Liegt dieser Spannungsabfall im Bereich um den typischen Wert von beispielsweise 0,6 V, so wird der Kon­ takt als fehlerfrei erkannt.

Bei einer parallelen Kontaktierung mehrerer Bauelemente läßt sich jedoch aus dem gemessenen Spannungsabfall nicht mehr er­ sehen, ob alle parallel angesteuerten Bauelemente ausreichen­ den Kontakt haben, da keine eindeutige Zuordnung zwischen dem Ausgangssignal und dem getesteten Bauelement mehr gegeben ist.

Die Druckschrift EP 0733 910 B1 beschreibt ein Verfahren zur Durchführung einer Kontaktüberprüfung mehrerer auf einer Pla­ tine montierten integrierten Schaltungen, wobei die inte­ grierten Schaltungen neben der Grundanordnung zusätzlich eine Prüfanordnung aufweisen, welche beim Vorhandensein von Test­ signalen an ersten Anschlüssen der Schaltung entsprechende Ergebnissignale an zweite Anschlüsse der Schaltung überträgt.

Das amerikanische Patent US 6 100 710 offenbart ein Verfah­ ren zur Kontaktüberprüfung einer integrierten Halbleiter­ schaltung mit zwei verschiedenen Ground-Anschlüssen.

Ein weiteres Verfahren zur Durchführung einer Kontaktüberprü­ fung mehrerer auf einer Platine montierten integrierten Schaltungen ist aus der US 5 072 175 bekannt. Dabei ist für jede Schaltung und für jeden Anschluß eine eigene Testdiode vorgesehen.

Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Überprüfen von lösbaren Kontakten an einer Mehrzahl von integrierten Halbleiterbausteinen der eingangs genannten Art anzugeben, das eine zuverlässige Überprüfung der Kontaktgüte ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch das Ver­ fahren nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen er­ geben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die Erfindung beruht also auf dem Gedanken, die miteinander verbundenen Versorgungsspannungsanschlüsse der Halbleiterbau­ steine für den Kontakttest zu verwenden, indem an zumindest einen dieser Anschlüsse eine Spannung angelegt wird, deren Vorhandensein an einem anderen der Versorgungsspannungsan­ schlüsse als Nachweis eines korrekten Kontakts dient.

Die Realisierung dieses Verfahrens ist ohne nennenswerten technischen Mehraufwand jederzeit möglich. Die Beurteilung der Kontaktgüte anhand einer einzigen Messung pro Bauelement beruht auf der Beobachtung, daß sich die Güte von Kontakten zwar großräumig über den gesamten Wafer verändern kann, sie jedoch lokal über der Fläche eines einzelnen Bauelements kaum variiert. Daher tritt ein schlechter Kontakt an einem Bauele­ ment mit großer Wahrscheinlichkeit auch an dem gemessenen Versorgungsspannungsanschluß in Erscheinung. Der vorgeschla­ gene Kontakttest gibt somit eine gute generelle Aussage über die Güte der Kontaktierung und kann auch unabhängig von einem aufwendigen Testsystem vorab in einer getrennten, einfachen Kontaktteststation erfolgen.

Bevorzugt wird die Beurteilung der Meßergebnisse für alle überprüften Halbleiterbausteine zur Auswertung geleitet, zur Feststellung, ob ein korrekter Kontakt zwischen Wafer und Kontakterkarte besteht.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird die lösbare elek­ trische Verbindung zwischen den Anschlußpads der Halbleiter­ bausteine und der Kontakterkarte durch auf den Kontaktelemen­ ten der Kontakterkarte angeordnete Zwischenelemente, insbe­ sondere durch Kontaktiernadeln, gebildet.

In einer anderen Ausgestaltung wird die lösbare elektrische Verbindung zwischen den Anschlußpads der Halbleiterbausteine und der Kontakterkarte durch auf den Anschlußpads der Halblei­ terbausteine angeordnete Zwischenelemente, insbesondere durch Kontaktiernadeln, gebildet.

Zweckmäßig wird in dem Verfahren zur Überprüfung der Kontakt­ güte eine der Versorgungsspannung entsprechende Spannung an die Versorgungsspannungsanschlüsse angelegt.

Die an einem weiteren der Versorgungsspannungsanschlüsse an­ liegende Spannung wird bevorzugt im wesentlichen stromlos über eine Lesekontaktiernadel oder ein anderes Lese- Zwischenelement gemessen. Unter einer stromlosen Leseverbin­ dung ist dabei eine Verbindung zu verstehen, bei der zur Potentialbestimmung ein so kleiner Meßstrom eingeprägt wird, daß Spannungsabfälle entlang der Leseleitung auf das Ergebnis nur unwesentlichen Einfluß haben.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung der Ausführungsbeispiele und der Zeichnungen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert wer­ den. Dabei sind jeweils nur die für das Verständnis der Er­ findung wesentlichen Elemente dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Wafers mit ei­ ner Mehrzahl von zu testenden Bauelementen;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer weiteren Aus­ führungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen Wafer 10, der eine Vielzahl von identi­ schen Bauelementen 12, beispielsweise DRAM-Speicherelementen enthält. Jedes der Bauelemente 12 weist eine Reihe von An­ schlußpads 16a-c, 18 für die Versorgungsspannung Vcc, Masse GND, sowie Daten- und Steuersignale auf, von denen in Fig. 1 nur einige beispielhaft dargestellt sind. Die Versorgungs­ spannung Vcc liegt dabei in der Regel an mehreren Anschluß­ pads 16a-c an, die chipintern miteinander verbunden sind.

Beim Testen aller Bauelemente des gesamten Wafers 10 wird über eine Kontakterkarte 40 jedes der Bauelemente 12 und 22 kontaktiert. Da das Testsystem 60 (Fig. 2) nur über eine be­ grenzte Anzahl von Systemkanälen verfügt, werden gleichzeitig mehrere, beispielsweise 8, 16 oder 32 Bausteine mit denselben Signalen des Testsystem angesteuert. Eine Gruppe solcher gleichzeitig angesteuerter Bauelemente ist in Fig. 1 durch die Umrandung 14 angedeutet.

Die schematische Darstellung von Fig. 2 zeigt den Wafer 10 und eine Nadelkarte 40 kurz vor der Herstellung des Kontakts. Die auf dem Wafer 10 angeordneten Bauelemente 12 und 22 (und in der Regel weitere, in Fig. 2 nicht dargestellte Bauelemen­ te) werden gleichzeitig von dem Testsystem 60 getestet. Das Testsystem 60 stellt unter anderem auf Leitung 62 eine Ver­ sorgungsspannung für die Bauelemente und auf weiteren Leitun­ gen, von denen exemplarisch nur eine Leitung 68 dargestellt ist, Test-, Steuer- und Datensignale bereit.

Eine Leitung 68 verbindet den zugehörigen Anschluß des Test­ systems 60 mit den Anschlüssen 48, 58 der Nadelkarte 40, wel­ che nach Herstellung des lösbaren Kontakts mit dem Wafer mit den Anschlußpads 18, 28 der Bauelemente 12, 22 verbunden sind. Über diese Verbindungen kann dann der Bausteintest oder ein Burn-In stattfinden.

Der lösbare Kontakt zwischen der Nadelkarte 40 und den Bau­ elementanschlüssen wird durch mechanisch partiell flexible Kontaktiernadeln 30 erzielt, die eine hochfrequenztaugliche, mechanisch stabile und wiederkontaktierbare elektrische Ver­ bindung mit zu Bauelementen 12, 22 herstellen.

Jedes Bauelement 12 (bzw. 22) weist mehrere, chipintern über Leiterbahnen miteinander verbundene Versorgungsspannungsan­ schlüsse 16a-c (bzw. 26a-c) auf, so daß durch das Anlegen der Versorgungsspannung an verschiedenen Stellen des Bauelements eine gleichmäßigere Verteilung der Versorgungsspannung über die Chipfläche erhalten wird.

Die Versorgungsspannung 62 für die Bauelemente 12, 22 wird nun über die Anschlüsse 42,44 und 52,54 der Nadelkarte nicht an alle, sondern lediglich an die Versorgungsspannungsan­ schlüsse 16a und 16b beziehungsweise 26a und 26b angelegt.

Die ebenfalls mit den anderen Versorgungsspannungsanschlüssen verbundenen Anschlüsse 16c und 26c werden als Leseanschlüsse zur Messung der an dem Bauelement anliegenden Spannung ge­ nutzt. Dazu wird jeweils über eine Lesekontaktiernadel, einen Nadelkartenanschluß 46 bzw. 56 und Leseleitungen 66 bzw. 67 die an den Anschlüssen 16c, 26c anliegende Spannung stromlos gemessen und vom Testgerät 60 aufgenommen.

Hat das Bauelement 12 guten Kontakt mit der Nadelkarte, so entspricht die am Anschluß 16c gemessene Spannung bis auf die chipintern und die entlang der Verbindung zum Testgerät auf­ tretenden Spannungsabfälle der an den Anschlüssen 16a, 16b an­ gelegten Versorgungsspannung. Gleiches gilt für das Bauele­ ment 22 und alle weiteren, in der Praxis gleichzeitig mit den Bauelementen 12 und 22 kontaktierten Bauelemente.

Die Kontaktiernadeln 30 können auch, wie in der Ausführungs­ form von Fig. 3 gezeigt, anstatt an den Anschlüssen der Kon­ takterkarte 41 an den Anschlußpads der Bauelemente 12, 22 vorgesehen sein. Nach erfolgtem Kontakt zwischen Kontakter­ karte 41 und Wafer 10 läuft der Kontakttest auch bei dieser Ausführungsform wie oben beschrieben ab.

In beiden Ausführungsformen erhält das Testgerät 60 in einfa­ cher Weise von jedem der gleichzeitig kontaktierten Bauele­ mente eine Rückmeldung über die Güte des Kontakts. Die Infor­ mation, ob die Bauelemente Kontakt haben oder nicht, kann für einen Benutzer mit Angabe der Position des Bauelements auf dem Wafer grafisch dargestellt werden, beispielsweise kann das Testsystem 60 auf einer Abbildung des Wafers an der Posi­ tion eines Bauelements mit gutem Kontakt einen grünen Punkt und an der Position eines Bauelements ohne Kontakt einen ro­ ten Punkt anzeigen. Aus einer solchen Darstellung ist sofort ersichtlich, ob der gesamte Wafer mit der Nadelkarte guten Kontakt hat oder nicht.

Bei nicht vollständigem Kontakt kann aus dem Muster von Bau­ elementen mit und ohne Kontakt leicht auf die Art des Fehl­ kontakts geschlossen werden. Insbesondere können folgende Ar­ ten von Fehlkontakt identifiziert werden:

• - Fehlausrichtung (Mißalignment), d. h. der Wafer ist nicht korrekt ausgerichtet und die Bauelementanschlüsse sind nicht deckungs­ gleich mit den Nadelkartenanschlüssen. Ursache hierfür können beispielsweise unsaubere Ausrichtungsmarkierungen sein;
• - Offener Kontakt für jeweils einen festgesetzten Anschluß pro Bauelement;
• - Starke lokale Verschmutzung der Kontakterkarte (Nadelkarte) oder des Wafers;
• - Unterschiedliche Temperaturausdehnung von Wafer und Kontak­ terkarte;
• - Unzureichendes Vakuum oder unzureichender Anpreßdruck vor Beginn der Messungen.

Fehlende Kontakte einzelner Signale können dagegen nur über eine funktionalen Test überprüft werden. Der Vorteil der an­ gegebenen Methode besteht allerdings darin, daß ein aufwendi­ ges Testgerät für funktionale Tests zur Überprüfung der Kon­ taktgüte nicht erforderlich ist. Der Kontakttest kann viel­ mehr nach dem Alignment (Ausrichten und Kontaktieren von Wafer und Nadelkarte) in einer einfachen Offline-Station durch­ geführt werden.

Claims (7)

1. Verfahren zum Überprüfen von lösbaren Kontakten an einer Mehrzahl von integrierten Halbleiterbausteinen, die parallel auf einem Wafer mittels einer Kontakterkarte kontaktiert wer­ den, wobei die Halbleiterbausteine jeweils mehrere unterein­ ander verbundene Versorgungsspannungsanschlüsse aufweisen, wobei das Verfahren für jeden der Mehrzahl der Halbleiterbau­ steine umfaßt:
Anlegen einer Spannung an einen ersten der Versorgungsspan­ nungsanschlüsse des Halbleiterbausteines über die Kontakter­ karte,
Messen der anliegenden Spannung an einem zweiten der Ver­ sorgungsspannungsanschlüsse über die Kontakterkarte,
Vergleichen der an den ersten Anschluß angelegten Spannung mit der an dem zweiten Anschluß gemessenen Spannung; und
Bewerten des Kontakts für diesen Halbleiterbaustein als korrekt, wenn die an dem zweiten Anschluß gemessene Spannung im wesentlichen der an den ersten Anschluß angelegten Span­ nung entspricht, andernfalls als nicht korrekt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Bewertungen für die Mehrzahl der Halbleiterbausteine gleichzeitig angezeigt wer­ den.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Bewertungen für die Mehrzahl der Halbleiterbausteine zugleich mit der Po­ sition des jeweiligen Halbleiterbausteins auf dem Wafer ange­ zeigt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die lösbare elektrische Verbindung zwischen den Anschlußpads der Halbleiterbausteine und der Kontakterkarte durch auf den Kon­ taktelementen der Kontakterkarte angeordnete Zwischenelemen­ te, insbesondere durch Kontaktiernadeln, gebildet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die lösbare elektrische Verbindung zwischen den Anschlußpads der Halbleiterbausteine und der Kontakterkarte durch auf den An­ schlußpads der Halbleiterbausteine angeordnete Zwischenelemen­ te, insbesondere durch Kontaktiernadeln, gebildet wird.

6. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem zur Überprüfung der Kontaktgüte eine der Versorgungsspannung ent­ sprechende Spannung an die Versorgungsspannungsanschlüsse an­ gelegt wird.

7. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem die an einem weiteren der Versorgungsspannungsanschlüsse anliegenden Spannung im wesentlichen stromlos über eine Lesekontaktierna­ del oder ein anderes Lese-Zwischenelement gemessen wird.