JP2004138391A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】表面、裏面、複数の装置領域と、前記複数の装置領域のそれぞれに形成された複数の電極とを有する配線基板の複数の装置領域上に、各々表面、裏面と、前記表面上に形成された複数の電極を有する複数の半導体チップをそれぞれ配置し、それぞれの半導体チップの複数の電極と、それぞれの装置領域の複数の電極を電気的に接続し、前記複数の半導体チップを封止する封止体を形成し、それぞれがハウジングから露出する複数のコンタクトピンを有する複数のプローブと、前記複数のプローブが塔載されたマザーボードを準備して、前記封止体を形成する工程の後に、前記それぞれの装置領域の複数の電極を、前記複数のプローブに接続し、電気的特性試験を行なった後に、前記それぞれの装置領域ごとに、前記配線基板および前記封止体を切断し、半導体装置を個片化する。
【選択図】 図6
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、プローブを用いた電気特性試験を行なう半導体装置の製造方法に適用して有効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の半導体装置の製造では、単結晶シリコン等のウェハに設けられた複数の素子形成領域に、半導体素子或いは配線パターンを一括して形成して所定の回路を構成し、隣接する素子形成領域間のスクライビング領域にてウェハを切断して、夫々の素子形成領域を個々の半導体チップとして分離するダイシングを行い、こうして個片化された個々の半導体チップが、例えばベース基板或いはリードフレームに固定するダイボンディング及びワイヤボンディング等の実装工程及び樹脂封止等の封止工程を経て半導体装置として完成する。
【0003】
しかしながら、半導体装置が実装される電子機器では、小型化・薄型化及び動作の高速化・高周波化が進められており、電子機器の実装基板に半導体装置を実装する実装形態についても小型化・薄型化・高密度化が求められている。このため、実装基板に半導体チップを直接実装するベアチップ実装、複数の半導体装置を単一の封止体に封止するMCM(Multi Chip Module)化の必要性が高まっている。
【0004】
こうした場合に、ベアチップ実装では実装前に、MCMでは封止前に、個々の半導体チップについて、正常に動作することが確認された良品であるKGD(Known Good Die)と不良品とを予め選別しておく必要がある。
【0005】
また、半導体装置では、不良品の発見或いは特性の均一化或いは経時的に発生する欠陥の発見等を目的として、製造された半導体装置の電気的特性を測定する電気特性試験が行われている。経時的な欠陥の発見等を目的とするバーンインでは、顧客での使用条件よりも過酷な高温等の使用条件下等の負荷を与えた状態で半導体装置の回路動作を一定時間行ない、顧客での使用中に問題となる経時的に発生する欠陥を加速的に発生させて、経時的な不良要因を出荷前に発見し、製品の初期不良を排除している。
【0006】
こうした半導体装置の特性試験等を行なう際には、試験後に半導体装置を取り外す必要があるので、半導体装置をテスト基板に固定実装せずに、着脱の容易な半導体装置用のソケットに半導体装置を収容し、ソケットを介して半導体装置をテスト基板に接続して測定を行なっている。
【0007】
【特許文献1】
特開2001−217054号公報
【特許文献2】
特開平7−321168号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献1には個片化された半導体装置等の電気部品を着脱自在に収容する電気部品用ソケットが開示されており、このソケットでは電気部品の端子に接触するコンタクトピンの中間部に設けた変形部と補助弾性部材とによってコンタクトピンの接触部を付勢する技術が記載されている。
【0009】
近年、配線基板を用いた半導体装置の製造方法において、生産性を向上するために、複数の装置領域が多数個繋がった状態の配線基板を部材として用いて、複数個分の製造工程を一括して処理する手法が用いられている。特に、複数の装置領域を覆う大きなキャビティを持つ封止金型を用いて一括封止(block molding)し、その後配線基板と封止体をダイシングブレードによって切断するという一連の製造方法を用いる事によって、封止工程における生産性を向上するだけでなく、外形の異なる複数種類の製品に対して封止金型を共用できる、配線基板の破棄する領域を狭くすることができるなどという利点も得られる。前記一括封止工程を用いて、生産性を向上した半導体装置の製造方法をMAP(Multi Arrayed Packaging)と呼ぶ。しかしながら、前記文献1に記載されたソケットを用いた場合には、半導体装置を個片化した状態でテストするために、テスト工程における生産性の低下が免れないという問題がある。
【0010】
また、半導体チップの小型とともに、その製品外形の小型化も進められており、CSP(Chip Size Package)型では製品外形が搭載する半導体チップと略同等のサイズとなっている。こうした半導体装置の小型化のために、裏面研磨等により半導体チップの厚さが薄くなり、それを被覆する封止体も薄くされているため半導体装置の強度が低くなっている。加えて、小型化によって半導体装置を固定するために利用することが可能な領域が縮小されている。
【0011】
これらの要因から、小型化された半導体装置を収容するソケットでは、ソケットの半導体装置を固定する機構に繊細さが求められることになり、半導体装置が小型化するにつれて、半導体装置に対する相対的なソケットのサイズは逆に大きくなってしまう。
【0012】
このため、特にバーンインテストのように加熱を伴う測定では、処理空間に収容できるテスト基板の数には限りがあるため、測定の対象となる半導体装置数の増加によって処理の回数が増加し、その度に加熱を行なわなければならないので測定に要する時間が大幅に増加してしまう。
【0013】
前記特許文献2には、半導体ウェハの電気的検査に用いるプローブカードについて記載されており、特に、温度変化によるプリント基板の熱変形を抑制すると共に針の針先の初期の平坦度を維持することのできる技術について開示されている。
【0014】
半導体ウェハの電気的検査においては、半導体ウェハとテストヘッドとを電気的に接続するために、半導体ウェハの電極に圧接するプローブ針などの端子が必要になるが、これら端子は、端子自体の弾性変形によって半導体ウェハの電極への接触の信頼性を確保しているために、繰り返し使用していくうちに損傷しやすい部分であるという問題がある。
【0015】
前記特許文献1においては、プローブカードの形状の工夫などによって各プローブ針における接続信頼度を向上する技術について開示されているが、プローブ針の本数を増やすほどに、部分的なプローブ針の損傷の可能性が高くなり、こうしたときに損傷したプローブ針のみを修理する事が困難であるがゆえに、プローブカード全体を交換しなければならないという問題を有する。
【0016】
また、半導体素子の高集積化によって、半導体チップ面積に対して搭載する回路の規模或いは回路の種類が拡大されており、こうした高集積化によってより多くの回路或いはより多機能の回路が搭載されるために、より多くのパッドが半導体装置に必要となっている。こうした半導体チップのサイズ縮小及びパッド数の増加によって、半導体装置のパッドはより微細化・狭ピッチ化されている。
【0017】
パッドの微細化の進展に合わせてプローブも小型化及び多ピン化が求められているが、従来のプローブカードでは、タングステンやベリリウム銅等を針状に加工した個々のプローブピンを多数配列しエポキシ樹脂等で固定したものをプリント基板に電気的に接続するというメカニカルな製法をとっているために、プローブカードの微細化・多ピン化を進めにくく、半導体装置の微細化に対応することが難しくなっている。
【0018】
また、測定する半導体チップのサイズに対して必要となるプローブカードの面積が大きいために、ウェハの全域を測定できるだけのピン数を備えたプローブカードは実現が難しく、加えてプローブカード価格が高いため、量産工程の測定に用いる場合には、測定に要するコストが製品価格を上昇させてしまう。
【0019】
また、従来のプローブでは、針状の金属の弾性変形を利用しているためウェハに垂直なZ方向の変位量が少ないので、ウェハに反り等の変形が生じた場合には、プローブの変位によって変形を吸収することができなくなり、ウェハ全域でプローブの接触を維持することが難しいので、大径のウェハに形成された半導体装置の全体を一括してテストすることが困難である。
【0020】
本発明の課題は、これらの問題を解決し、半導体チップの状態或いは封止された状態等の種々の半導体装置について、ウェハ等の個片化前の複数が一体となった状態で、形成された半導体装置を一括して測定することが可能となる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
【0021】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
表面、裏面、複数の装置領域と、前記複数の装置領域のそれぞれに形成された複数の電極とを有する配線基板を準備する工程と、各々表面、裏面と、前記表面上に形成された複数の電極を有する複数の半導体チップを準備する工程と、前記複数の半導体チップを、前記配線基板の複数の装置領域上にそれぞれ配置し、それぞれの半導体チップの複数の電極と、それぞれの装置領域の複数の電極を電気的に接続する工程と、前記複数の半導体チップを封止する封止体を形成する工程と、それぞれがハウジングと、前記ハウジングから露出する複数のコンタクトピンを有する複数のプローブと、前記複数のプローブが塔載されたマザーボードを準備する工程と、前記封止体を形成する工程の後に、前記それぞれの装置領域の複数の電極を、前記複数のプローブに接続し、電気的特性試験を行なう工程と、前記電気的特性試験の工程の後に、前記それぞれの装置領域ごとに、前記配線基板および前記封止体を切断し、半導体装置を個片化する工程とを有する。
【0022】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【0023】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
図1は、本発明の一実施の形態である半導体装置測定用プローブを示し、(a)が部分縦断正面図、(b)が平面図、(c)がa−a線に沿った横断面図であり、(d)については後述する。このプローブ1(テスト用接続端子)では、20本のコンタクトピン2が樹脂等を用いたハウジング3に固定され一体となっており、このプローブ1が、半導体装置の測定では20ピンの半導体装置と一対一に対応し、夫々のコンタクトピン2は測定対象である半導体装置の外部端子の配置にあわせて配置されている。
【0024】
コンタクトピン2は、半導体装置の外部端子と接触する接触部4と、この接触部4に連続する弾性部5と、弾性部5に連続し基板に固定された状態で測定装置に基板配線を介して接続する接続部6とからなっており、図2に示すようにZ方向に加重されると弾性部5が弾性変形し、その反発力により接触部4を付勢する。
【0025】
接触部4は先端がRをつけた丸みを帯びており、例えばバーンイン試験の加熱時等の温度変化が伴う測定で、測定対象に熱膨張による変形が生じた場合に接触部4の先端の移動を円滑にして接触部分4に無理な応力が発生するのを防止する。また、接触部4の先端の移動が円滑なため、接触後に水平方向に微小移動を行なうワイピングによって測定対象である外部端子表面に形成された自然酸化膜を除去することができるので、接触部4と外部端子との接触抵抗を低減させることが可能となる。
【0026】
なお、接触部4の末端に係止部4aが左右に張り出しており、この係止部4aがハウジング3に係止されて接触部4の突出量を均一化し、弾性部5の加工誤差等による接触部4の突出量の不整合を防止している。接触部4は、ハウジング3の先端部3aによってX方向およびY方向の移動が制限される。また、弾性部5は、ハウジング3の側壁3b及び内部の隔壁(図示せず)によってX方向およびY方向の移動が制限され互いの接触を防止する構成となっている。
【0027】
なお、先端部3aは、測定対象の近傍に凸部等がある場合に、その凸部等を避けるために側壁3bよりも幅を狭くすることが望ましい。このため、図1及び図2に示す例ではコンタクトピン2の接触部4の側面をハウジング3の接触部3a側面から一部露出させてあるが、例えば後述する図6に示すように接触部4の側面をすべてハウジング3の先端部3aによって覆う形態として接触部4の保護及び接触部4の不慮の接触導通を防止する構成としてもよい。
【0028】
弾性部5は、加重方向に直交するX方向に位置を変えて交互に配置された円弧状の変形部分5aと変形部分5a間をつなぐ連結部分5bとからなっており、ばねとなる変形部分5aの弾性変形によって接触部4がZ方向に変位し、前記弾性変形の反発力によって接触部4を付勢し、接触部4を測定対象に押圧することによってコンタクトピン2と測定対象との接触導通を維持する。
【0029】
Z方向の弾性部5の変位量を大きくするためには、変形部分5aの円弧の径を大きくすることも考えられるが、それではX方向にコンタクトピン2のサイズが拡大してしまうので、本実施の形態のコンタクトピン2では、加重方向に弾性を有する変形部分5aを積層した構成としてX方向のサイズを縮小させている。
【0030】
コンタクトピン2は、チタン銅等の金属シートに金メッキを施しプレス加工したものであり、図3に示すように、複数のコンタクトピン2を一体に加工し、プレス加工後に図中破線にて示す装置領域60の外形に沿って切断して各コンタクトピン2に分離する。この加工で弾性部5を成形する場合には、先ず図4の(a)に示すように変形部分5aの内周に相当する部分を円形に打ち抜き、続いて(b)に示すように連結部分5bの側縁を前記円形の径よりも狭い幅の矩形形状に打ち抜くことによって、連結部分5bでは変形部分5aと比較して幅が広くなるため、連結部分5bの強度が向上し成形時或いは成形後の変形を防止することができる。
【0031】
また、連結部分5bでは、その両端に位置する変形部分5aの内側方向に厚みをもたせてあるので、両端に位置する変形部分5aが夫々円弧の内側にシフトしており、変形部分5aがZ方向に重なり合って形成されるため、弾性部5のZ方向のサイズを縮小することができる。本実施の形態では変形部分5aを9段に積み重ねてあるが、更に大きな変位量が必要であればより多段に変形部分5aを積み上げることによって対処することが可能である。
【0032】
接続部6では、その一端で弾性部5と連続し、中間にハウジング3側壁3bに対応する溝が形成されており、この溝にハウジング3の側壁3b端部を嵌合させてコンタクトピン2をハウジング3に固定する。そして、接続部6他端には、ハウジング3の側壁3bからオフセットさせて、接続端子6aが設けられている。
【0033】
接続端子6aでは、図1中の(c)に示すように、中央部に孔を設けこの孔の周縁部を若干張り出させることによって弾性変形を容易にしたプレスフィット構造となっている。このプレスフィット構造としては図1中の(d)に示すように、接続端子6aの断面をN字状に変形させて端部を弾性変形させる等の他の構成を採用することが可能である。
【0034】
図5は、複数のプローブ1を取り付けるプローブ基板(電気特性試験用マザーボード)を示す平面図であり、図6は図5中a−a線に沿った縦断面図である。プローブ基板7は図の例では5層の多層配線基板になっており、プローブ1をプローブ基板7に取り付ける際には、プローブ基板7のスルーホール7aに接続端子6aのプレスフィット構造が嵌合しその弾性力によってコンタクトピン2をプローブ基板7に固定することができる。
【0035】
接続端子6aが挿入されたスルーホール7aは各層の配線7bに夫々接続されており、この例では接続端子6aaは下から3層目の配線7bによって引き回されて信号パッド8aに導通し、接続端子6abは下から2層目の配線7bによって引き回されて信号パッド8bに導通し、接続端子6acは下から1層目の配線7bによって引き回されて信号パッド8cに導通し、接続端子6adは下から4層目の配線7bによって引き回されて信号パッド8dに導通し、夫々の配線7bはスルーホール7aによって最上層の配線7bの端部に形成された信号パッド8a,8b,8c,8dに接続され、この信号パッド8a,8b,8c,8dに測定装置を接続して半導体チップ等の測定を行なう。
【0036】
こうした配線7bの引き回しについては、夫々の配線7bを独立させて引き出すこともできるが、必要に応じてグランド配線・電源配線・アドレス配線・データ線等の共通化できる配線については基板内で結線し、配線7b及び信号パッド8a,8b,8c,8dの簡略化を図ることが可能である。
【0037】
また、プローブ1をプローブ基板7に取り付ける際には、図7に示す圧入治具9を用い、図8の(a)に示すように圧入治具9の弾性力によってプローブ1を保持した状態で行なうが、接続端子6aがハウジング3の側壁3bからオフセットさせてあるので、圧入治具9の端部が直接接続端子6aに当接する。このため、プローブ1の取り付け時に、ハウジング3に大きな力が加わるのを防止することができるので、ハウジング3の厚さを薄くしてコンパクト化しても、コンタクトピン2の弾性部5或いは接触部4の変形等を防止することができる。
【0038】
また、接続端子6aはプローブ基板7を貫通し、接続端子6aの端部が反対側に突出している。このため、例えばコンタクトピン2の破損による動作不良、もしくは金属疲労による接続信頼性の低下等の発生によりプローブ1を交換する際に、図8の(b)に示すように、前記突出部分を押すことによって接続端子6aのプレスフィット構造がプローブ基板7のスルーホール7aから押し出されてプローブ1の固定が解かれるので容易にプローブ1を取り外すことができる。
【0039】
面積の大きな測定対象を同時に測定する場合にはプローブ基板7に多数のプローブ1を取り付けることになる。このため、一部のプローブ1に動作不良が生じ全体を同時に測定することができなくなった場合に、本実施の形態の接続端子6aによれば、不良のプローブ1を容易かつ迅速に交換することができるので、工程の遅延を低減させることが可能となる。
【0040】
本実施の形態のコンタクトピン2はシート材を加工したものであり、コンタクトピン2の平面配置を考える場合にはX方向の幅がシート材の厚さよりも大きいので、平面配置はX方向の向きによって異なってくる。即ち、一のコンタクトピン2´の幅の広い部分を最も近接する他のコンタクトピン2からずれた方向に向けることによってコンタクトピン2をより高密度に配置することができる。
【0041】
具体的には、図9中の(a)に示すように、コンタクトピン2が交互に位置をずらして配置される所謂千鳥配列の場合には、一のコンタクトピン2´に対して最も近接する他のコンタクトピン2は斜め上下に位置しているためコンタクトピン2,2´を水平方向に配置し、図中の(b)に示すように、コンタクトピン2が縦横の線に沿って配置される所謂格子配列の場合には、一のコンタクトピン2´に対して最も近接する他のコンタクトピン2は左右上下に位置しているためコンタクトピン2,2´を斜め方向に配置することによって、高密度にコンタクトピン2を配置することができる。
【0042】
図10に示すのは本実施の形態のプローブ1に用いるコンタクトピン2の変形例であり、図中部分拡大して要部の正面及び側面を示してある。前述したコンタクトピン2では、測定時に流れる電流はすべての変形部分5a及び連結部分5bを通り蛇行して流れることになる。このため電流の流路(配線長さ)が長くなりコンタクトピン2のインダクタンスが増大する場合も考えられる。
【0043】
このコンタクトピン2では、インダクタンスを低減させるために、連結部分5bの一部に対向させて短絡部分となる突起5cを設けてあり、図11に示すように、変形時には対向する突起5cが互いに接触し、突起5c間の連結部分5b及び変形部分5aを流れていた電流がこの突起5c間をバイパスとして流れるため、電流の流路を短縮しインダクタンスを低減させることができる。
【0044】
また、この短絡部分としては、図12に他の変形例を同様に示すように、突起5cに替えて(b)に示す傾斜面5dを設ける構成として、(b)に示す弾性部5の変形時に対向する傾斜面5dが接触して傾斜面5d間を電流がバイパスとして流れる構成とすることによって、弾性部5のZ方向のサイズである高さを減少させることができる。
【0045】
前述したコンタクトピン2では、プローブ1の取り付け・取り外しを容易にするため、接続端子6aにプレスフィット構造を採用し、コンタクトピン2をプローブ基板7のスルーホール7aに固定する構成となっているが、図13に示すように、コンタクトピン2の接続端子6aをハンダ10等によりプローブ基板7の配線7aに面実装する構成とすることによって、ハウジング3の側壁3bから接続端子6aをオフセットさせる必要がなくなるためプローブ1の取り付け面積を縮小することができるので、プローブ1をより高集積化することが可能になる。加えて、コンタクトピン2のためのスルーホール7aをなくすことによってプローブ基板7内部にて配線7bの引き回しが容易になる。
【0046】
また、前述した実施の形態ではプレス加工によってコンタクトピン2を成形したが、エッチングによりコンタクトピン2を加工した場合には、より高精度の加工が可能となるため、より微細なコンタクトピン2を形成してプローブ1の高密度化を図ることが可能となる。
【0047】
また、前述したプローブ基板7では配線7bの端部に信号パッド8a,8b,8c,8dを形成したが、測定の態様に応じて、通常の測定回路に直接接続する、ケーブルに接続する或いはボード−ボート間コネクタに接続する等適宜の形態を採用することが可能である。またこのプローブ基板7に、多数チップの測定によって生じる電源スパイクノイズや、同時信号切り換え等に起因して生じる電源降下を抑制するためのデカップリングコンデンサ、ノイズフィルタ、チョークコイル、安定化電源等或いは外付けの電源バスバー等の部品や回路を搭載する構成としてもよい。
【0048】
また、ウェハの大径化及び半導体チップの小型化によりウェハに形成される半導体チップの数が増加している。このため、同時にコンタクトする半導体チップ数が多数ある場合には、コンタクト時に基板が受けるコンタクト圧の総計が大きくなりプローブ基板7が撓むことも考えられる。例えば20ピンのプローブ1が300個取り付けられているプローブ基板7では、各コンタクトピン2に30gの荷重を行なうとプローブ1当たり600g、プローブ基板7全体では180kgもの大きな加重になる。
【0049】
このため、プローブ基板7の剛性だけではこうした加重を許容することができない場合も考えられ、こうした場合には、図14に示すように、プローブ基板7の反りを防止するために、絶縁性のガラス繊維補強プラスチックや、耐熱性・耐クリープ特性に優れたアルミニュウム、ジュラルミン、マグネシウム合金、鉄、ステンレス、チタン等で形成した補強構造体11をプローブ基板7に取り付けるのが有効である。
【0050】
この補強構造体11には、プローブ基板7から突出した接続端子6a、プローブ基板7上に取り付けられた部品等との接触を防止するため、或いは配線7b等の絶縁性を確保するために直接接触を防止する凹凸を形成してもよい。補強構造体11には他に、信号取り出し端子、コネクタ、ケーブル等と整合を取る貫通孔を形成してもよい。アルミニュウムダイキャスト或いはマグネシウム合金射出成形等の方法で補強構造体11を形成する場合には、こうした凹凸或いは貫通孔を容易に形成することが可能である。
【0051】
(実施の形態2)
次に、図15に示すMAP方式により製造する半導体装置について、前述したプローブ1を用いて、個片化前に半導体装置の一括測定を行なう半導体装置の製造方法について説明する。
【0052】
この半導体装置では、ベース基板21の破線で示される複数の装置領域60のそれぞれに半導体チップ22を搭載し、半導体チップ21のボンディングパッド23とベース基板21に形成されたボンディングリード24とをボンディングワイヤ25によって電気的に接続され、ベース基板21の素子搭載面が封止体26によって覆われている。ボンディングリード24は、ベース基板に形成された配線27によってベース基板21を貫通するスルーホール28に接続され、スルーホール28がベース基板21の裏面にて配線29の一端に接続され、配線29の他端がプローブ端子30と接続する構成となっている。
【0053】
MAP方式の半導体装置の製造では、図16にフローを示すように、図17に素子搭載面(表面)を図18に裏面を示すベース基板21と半導体チップ22とを用意する。ベース基板21ではガラスエポキシ樹脂等の板状絶縁体に銅箔の配線27、29により形成したものであり、特に電極となる部分24、30にはNi−Auメッキなどで被覆するのが好ましい。この例では破線にて示す6個の半導体装置を同時に形成する。
【0054】
先ず、図19に示すように、ベース基板21表面の破線で示される装置領域60上に夫々半導体チップ22を搭載するダイボンディングを行なう(図中では2個の半導体チップ22のみをボンディングしている)。続いて図20に示すように、搭載した半導体チップ22のボンディングパッド23とベース基板21のボンディングリード24とを金線等のボンディングワイヤ25によって電気的に接続するワイヤボンディングを行なう。(図中では2個の半導体チップ22についてのみをボンディングしている)
続いて図21に示すように、エポキシ樹脂等を用いたトランスファーモールディングによって夫々の半導体装置の封止体26を一体に一括封止する。トランスファーモールディングにおける樹脂経路であるランナーやゲート部分の封止体は図面において省略してある。このベース基板21の裏面には図に示すように、スルーホール28と配線29によって接続されたプローブ端子30が形成されており、図22に示すように、このプローブ端子30にプローブ1の接触部4を接触導通させてすべての半導体装置について個片化前に一括測定を行なう。
【0055】
このプローブ端子30は、半導体装置のLGA(Land Grid Array)端子として、或いはこのプローブ端子30にハンダボールを搭載しハンダリフロー及びフラックス洗浄を経てBGA(Ball Grid Array)端子として活用することができる。特に配線基板の電極上にメッキ膜などを形成した状態で端子として用いるLGA型半導体装置においては、BGA型半導体装置などに比較して、配線基板の電極上に半田ボールなどの突起電極を持たないために、電気特性試験のためのプローブとして本発明に開示された構成のものを適用する必然性が高まる。これは、LGA型半導体装置においては、電極がランド形状であるが故に電極表面がほぼ平らであり、プローブと電極との接続信頼性を確保するためには、コンタクトピンの弾性変形のストロークを十分に確保する必要がある。そこで、前記実施の形態に記した弾性部5の形状を適用したコンタクトピン2を用いる事により、LGA型半導体装置の電気特性試験においても、プローブと電極との接続信頼性を十分に確保する事が可能となる。
【0056】
この後、図23に破線にて示す装置領域60の外形に沿って、ベース基板21及び封止体26を一括して切断するダイシングにて個片化することによって、図15に示す半導体装置が完成する。
【0057】
また、前述したベース基板21は無電解メッキによって配線27,29を形成しているため夫々の配線27,29は互いに独立して形成されているが、電解メッキで形成されたベース基板の場合には、図24及び図25に示すようにメッキ工程時に各電極に電位を供給するため夫々の配線が引き出し線29aによって電気的に接続されており、個片化の際にダイシングによって夫々の配線29と引き出し配線29aとを分離している。
【0058】
このため、個片化前に測定を行なうには、測定に先立って引き出し配線29aと夫々の配線29とを分離する必要があり、図26に示すようにベース基板21の裏面をハーフカットして引き出し配線29aと夫々の配線29とを分離絶縁する。この裏面ハーフカットは最小限メッキ形成された配線29,29aを切断できる深さで行ない、ハーフカットの位置は個片化のためのダイシングのラインに合わせてある。図27は個片化後の半導体装置を示す底面図であり、隣接する半導体チップのための引き出し線29aが分離された状態で残存しているが、使用上問題は生じない。なお、ハーフカットの位置については、実使用に影響を与えなければ、必ずしもダイシングのラインに合わせる必要はない。
【0059】
(実施の形態3)
次に、前述したプローブ1を用いて、図28に示すウェハ31に形成された半導体チップについて個片化前に一括測定を行ない、KGDの選別を行なう半導体装置の製造方法について説明する。特にこの際、各半導体チップに対して、実使用時の負荷以上の加速的な負荷を印可して、より短時間でテストを完了するのがテストにかかる時間および費用を削減する上で好ましい。こうしたテストはエージングテストと呼ばれる。ウェハ31には、ボンディングパッド33が一辺に沿って配置された半導体チップ32が、縦横に配置されて複数形成され一体となっている。
【0060】
この半導体チップ32に形成されているボンディングパッド33は前述したコンタクトピン2の接触部4のサイズよりも小さく、その配置間隔もより微細になっている。このため、コンタクトピン2を直接ボンディングパッド33に接触させることが困難となる。
【0061】
このため本実施の形態では、ボンディングパッド33と接続し、コンタクトピンの配列に適合する様に、ボンディングパッド33よりも大きなピッチで配列された端子を有する配線基板である変換基板(インターポーザー)34を用い、図29に示すように、ウェハ31を変換基板34に重ね合わせた状態で測定を行なう。ここで、図29中のa部を拡大して図30に示し、図30中のa−a’線に沿った縦断面図を図31に示す。
【0062】
変換基板34はガラスエポキシ或いはポリイミド等を用いた配線基板であり各半導体チップ32の配置間隔に対応した間隔でスリット34aが形成されており、このスリット34aに半導体チップ32のボンディングパッド33が露出する。変換基板34には半導体装置の外部端子に対応する測定パッド35が形成されており、この測定パッド35に変換基板に形成された配線36の一端が接続し、配線36の他端がボンディングリード37となっている。
【0063】
先ず、このボンディングリード37と半導体チップ32のボンディングパッド33とをボンディングワイヤ38によって接続する。なお、このワイヤボンディングでは、予め他の検査等により、電源ショート・消費電流不良・入出力特性不良・ファンクション不良等の不良の半導体チップが特定されている場合には、該当する半導体チップにはワイヤボンディングをせずに、不良の半導体チップ32と変換基板34との接続を行なわず非導通の状態としておいて、良品のみの全数測定を行なうことができる。これによって無駄な測定を減らして測定を効率化することができ、特に、不良半導体チップ32に起因して、過電流等により測定端子或いは測定回路に異常ダメージが加わるのを防止するのに有効である。
【0064】
続いて、図31に示すように、測定パッド35にコンタクトピン2の接触部4を接触導通させる。この測定に用いるプローブ基板には各半導体チップ32に対応させてプローブ1が配置されており、各プローブ1では測定パッド35に対応させてコンタクトピンが配置されているので、ウェハ31に形成された半導体チップ32を同時に一括して測定することができる。測定が終了すると、ボンディングワイヤ38を撤去して変換基板34からウェハ31を外して、ウェハ31のダイシングを行なって半導体チップ32を個片化し、測定結果から良品と判定されたKGDを選別する。
【0065】
図32に示すのはこうして選別されたKGDを用いたMCM型半導体装置の一例を示す縦断面図であり、この半導体装置ではベース基板41にフラッシュメモリチップ42を2段に積層実装して記憶容量を倍増させている。フラッシュメモリチップ42の一辺にはワイヤボンディングのためのボンディングパッド43が形成されており、このボンディングパッド43とベース基板41のボンディングリード44とをボンディングワイヤ45によって接続し、ボンディングワイヤ45及びベース基板41の配線46を介して半導体チップ42と外部端子47とを電気的に接続している。
【0066】
また、測定を行なう半導体チップには、その半導体チップの使用目的に供するために組み込まれているテスト対象回路の他に、テスト対象回路に与えるテストパターンの生成器、テスト対象回路からの出力パターンを圧縮する圧縮器、圧縮された出力パターンを期待出力パターンと比較する比較器等のテスト用回路を同一半導体チップに組み込み、これらのテスト用回路を用いてテスト対象回路の測定を行なうBIST(Built In Self Test)方式を採用した半導体チップがある。
【0067】
BISTの一例であるJTAG(Joint Test Action Boundary Scan Architecture)テストは、1990年にIEEE1149.1として規格化されたバウンダリスキャンテスト法(IEEE Standard Test Access Port and Boundary Scan Architecture)である。このテスト法では、電源としてVcc,Vss、クロック信号のTCK、クロック信号の立ち上がりエッジでサンプリングしテスト対象回路に命令やデータをシリアル入力するTDI、クロック信号の立ち下がりエッジで出力値を確定しテスト対象回路からデータをシリアル出力するTDO、クロック信号の立ち上がりエッジでサンプリングしテスト動作を制御するTMS(Test Mode Select)、TMS信号とクロック信号とによってバウンダリスキャンレジスタを制御する順序回路(ステートマシーン)でありTMS信号をデコードするTAP(Test Access Port)、TAPコントローラを非同期で初期化する負論理のオプション信号である/TRSTの各信号端子が必要となる。
【0068】
このようにBISTによれば、測定に必要な少数の端子を測定装置に接続すれば測定が可能であり、すべての端子を接続する必要はない。このため、前述した半導体チップ32とは異なり、図33に示すように、四辺に多数のボンディングパッド33が形成された半導体チップ32についても、前述した場合と同様に変換基板34をウェハ31の状態で測定を行なうことができる。
【0069】
このBISTが組み込まれた半導体チップが形成されたウェハ31を測定する場合には、図34に示すように、前述した測定に必要な各必要な信号端子のボンディングパッド33を半導体チップ32の一辺に配置しておけば、この一辺を変換基板34のスリット34aから露出させることによって、測定に必要な信号端子がすべてスリットにて接続が可能になる。
【0070】
変換基板34には、半導体チップ32に対応させて、12ピンの測定パッド35とこの測定パッド35に一端が接続し他端がボンディングリード37に接続されている配線36が形成されており、この内測定に必要な配線36のボンディングリード37とスリット34aに露出した測定に必要な半導体チップ32のボンディングパッド33とをボンディングワイヤ38によって接続し、他の測定パッド35はNCとしておけばよい。
【0071】
また、予め他の検査等により、電源ショート・消費電流不良・入出力特性不良・ファンクション不良等の不良の半導体チップが特定されている場合には、不良の半導体チップと変換基板34との接続を行なわず非導通の状態としておいて、良品のみの全数測定を行なうことができる。これによって無駄な測定を減らして測定を効率化することができ、特に、不良半導体チップに起因して、過電流等により測定端子或いは測定回路に異常ダメージが加わるのを防止するのに有効である。
【0072】
測定では、変換基板34の測定パッド35にコンタクトピン2の接触部4を接触導通させて、ウェハ31に形成された全半導体チップ32を同時に一括して測定することができる。このように図33に示す半導体チップ32の四辺に多くのボンディングパッド33が配置されている場合であっても前述した場合と同様に半導体チップ32の測定を行なうことができる。
【0073】
なお、ここではBISTについてJTAGを例として説明したが、この方法に限らず部分的に特定のボンディングパッドだけを用いて測定を行なう場合全般に本実施の形態を適用することが可能である。また、半導体チップ32の一辺に配置されたボンディングパッド33だけでは、測定に必要な信号を確保することができない場合には、前記一辺に対向しスリット34aから同様に露出している他辺に形成されたボンディングパッドを測定に用いてもよい。
【0074】
(実施の形態4)
次に、前述したプローブ1を用いて、図28に示すウェハ31についてWLP形成された半導体装置について個片化前に一括測定を行なう半導体装置の製造方法について説明する。ウェハ31には、図35に示すボンディングパッド33が一辺に沿って配置された半導体チップ32が、縦横に配置されて複数形成され一体となっている。
【0075】
図36に示すのはこの半導体装置に用いるベース基板51を示す平面図及び底面図である。このベース基板51では、ガラスエポキシ樹脂等の板状絶縁体に銅箔の配線52をメッキ等により形成したものであり、ベース基板51の半導体チップ接続面には半導体チップ32のボンディングパッド33に対応するボンディングリード53と、このボンディングリード53に一端が接続し他端がスルーホール54に接続されている配線52が形成されており、スルーホール54は基板51を貫通し、底面ではこのスルーホール54に一端が接続し他端が12ピンの外部パッド55と接続されている配線52が形成され、このベース基板51は半導体チップ32と同一形状であり、同数がウェハ31状態の半導体チップ32の配列と対応して一体となっている。
【0076】
図37に縦断面図を示すように、ウェハ状態の半導体チップ32とベース基板51とはアンダーフィル接着剤56によって接着されており、半導体チップ32のボンディングパッド33とベース基板51のボンディングリード53とが金等のバンプ57によって接続されている。この状態で個片化前にウェハ全体の半導体チップ32の測定を行なうには、ベース基板51の外部パッド55の配置に対応したコンタクトピン32配置のプローブ1を、半導体チップ32の配列と同様にプローブ基板に配列し、ベース基板51底面の外部パッド55にプローブ1のコンタクトピン2の接触部4を接触導通させて、ウェハ31に形成された全半導体チップ32を同時に一括して測定する。
【0077】
また、予め他の検査等により、電源ショート・消費電流不良・入出力特性不良・ファンクション不良等の不良の半導体チップ32が特定されている場合には、該当する半導体チップ32にバンプ57を形成せずに、不良の半導体チップ32とベース基板51との接続を行なわず非導通の状態としておいて、良品のみの全数測定を行なうことができる。これによって無駄な測定を減らして測定を効率化することができ、特に、不良半導体チップ32に起因して、過電流等により測定端子或いは測定回路に異常ダメージが加わるのを防止するのに有効である。
【0078】
なお、前述した半導体チップ32のボンディングパッド33とベース基板51のボンディングリード53との接続は、バンプ57の他に銀ペースト、異方性導電ペースト、異方性導電フィルム等の他のフリップチップ接続技術を採用することも可能であり、スルーホール54・外部パッド55・配線52の形成を、例えばポリイミド等の絶縁膜にバリアメタルで被覆された銅配線を形成するLSI配線形成プロセスを用いて形成することも可能である。
【0079】
以上、本発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【0080】
例えば、前記各々の実施の形態における電気特性試験においては、個片化工程前の段階で前記電気特性試験を行なう実施例について記載されていたが、複数個を一括で試験する事によって、電気特性試験工程の簡略化を行なう事が出来るため、個片化のための分割、例えばダイシング工程の後に電気特性試験を行ってもよく、そのような場合でも、前記プローブ基板(マザーボード)に搭載された複数のプローブと一括で接続できる様に個片化された半導体装置もしくは半導体チップを配列しておくのが好ましい。
【0081】
具体的には、図示は省略するが、実施の形態2においては、半導体装置の個片化のためのダイシング工程の後に、個片化された複数の半導体装置をトレイに並べた状態で、電気特性試験を行なう事ができる。
【0082】
また、図示は省略するが、実施の形態3においては、半導体チップの個片化のためのダイシング工程の後に、個片化された複数の半導体チップをトレイに並べた状態で、電気特性試験を行なう事ができる。
【0083】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
(1)本発明によれば、一体加工されたコンタクトピンとハウジングによってプローブを構成することができるという効果がある。
(2)本発明によれば、上記効果(1)により、プローブのコストを低減させることができるという効果がある。
(3)本発明によれば、上記効果(1)により、変形部分を積み重ねることにより充分な変位量を得ることができるという効果がある。
(4)本発明によれば、上記効果(1)により、コンタクトピンを小型化しプローブの高密度化を図ることができるという効果がある。
(5)本発明によれば、ウェハ状態或いは個片化前のMAP半導体装置等のように複数の半導体装置が一体となった状態で、一括して測定を行なうことができるという効果がある。
(6)本発明によれば、上記効果(5)により、測定に要する時間を短縮し、測定に要するコストを短縮することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態である半導体装置測定用プローブを示し、(a)が部分縦断正面図、(b)が平面図、(c),(d)がa−a線に沿った横断面図である。
【図2】加重状態のプローブを示す縦断面図である。
【図3】製造工程のコンタクトピンを示す正面図である。
【図4】コンタクトピンの加工を説明する部分拡大図である。
【図5】複数のプローブを取り付けるプローブ基板を示す平面図である。
【図6】図5中a−a線に沿った縦断面図である。
【図7】圧入治具を示す正面図である。
【図8】プローブの取り付け及び取り外しを説明する縦断面図である。
【図9】コンタクトピンの配置を示す部分平面図である。
【図10】コンタクトピンの変形例を示す正面図及び部分拡大図である。
【図11】コンタクトピンの変形例を示す正面図及び部分拡大図である。
【図12】コンタクトピンの他の変形例を示す部分拡大図である。
【図13】プローブ取り付けの変形例を示す縦断面図である。
【図14】補強構造体を取り付けたプローブ基板を示す縦断面図である。
【図15】MAP方式により製造する半導体装置を示す平面図及び底面図である。
【図16】MAP方式の半導体装置製造のフローを示す図である。
【図17】MAP方式の半導体装置製造に用いるベース基板を示す平面図である。
【図18】MAP方式の半導体装置製造に用いるベース基板を示す底面図である。
【図19】MAP方式の半導体装置製造を工程毎に示す平面図である。
【図20】MAP方式の半導体装置製造を工程毎に示す平面図である。
【図21】MAP方式の半導体装置製造を工程毎に示す平面図である。
【図22】MAP方式の半導体装置の一括測定を示す縦断面図である。
【図23】MAP方式の半導体装置製造を工程毎に示す平面図である。
【図24】MAP方式の半導体装置製造に用いる他のベース基板を示す平面図である。
【図25】図24に示す他のベース基板の縦断面図である。
【図26】前記他のベース基板を用いた半導体装置製造を示す縦断面図である。
【図27】前記他のベース基板を用いた半導体装置を示す底面図である。
【図28】ウェハ及び半導体チップを示す平面図である。
【図29】変換基板を示す平面図である。
【図30】図29中のa部を示す部分拡大図である。
【図31】ウェハ状態の半導体装置の一括測定を示す部分縦断面図である。
【図32】MCM型半導体装置を示す縦断面図である。
【図33】ウェハ及び半導体チップを示す平面図である。
【図34】ウェハ及び変換基板を示す部分拡大図である。
【図35】WLP方式の半導体装置製造に用いる半導体チップを示す平面図である。
【図36】WLP方式の半導体装置製造に用いるベース基板を示す平面図及び底面図である。
【図37】WLP方式の半導体装置の一括測定を示す部分縦断面図である。
【符号の説明】
1…プローブ、2…コンタクトピン、3…ハウジング、3a…先端部、3b…側壁、4…接触部、4a…係止部、5…弾性部、5a…変形部分、5b…連結部分、5c…突起部分、6…接続部、6a…接続端子、7…プローブ基板、7a…スルーホール、7b…配線、8a,8b,8c,8d…信号パッド、9…圧入治具、10…ハンダ、11…補強構造体、21,41,51…ベース基板、22,32,42…半導体チップ、23,33,43…ボンディングパッド、24,37,44,53…ボンディングリード、25,38,45…ボンディングワイヤ、26…封止体、27,29,36,46,52…配線、29a…引き出し配線、28,54…スルーホール、30…プローブ端子、31…ウェハ、32…半導体チップ、33…ボンディングパッド、34…変換基板、34a…スリット、35…測定パッド、47…外部端子、55…外部パッド、56…アンダーフィル接着剤、57…バンプ、60…装置領域。
Claims (15)
- 表面、裏面、複数の装置領域と、前記複数の装置領域のそれぞれに形成された複数の電極とを有する配線基板を準備する工程と、
各々表面、裏面と、前記表面上に形成された複数の電極を有する複数の半導体チップを準備する工程と、
前記複数の半導体チップを、前記配線基板の複数の装置領域上にそれぞれ配置し、それぞれの半導体チップの複数の電極と、それぞれの装置領域の複数の電極を電気的に接続する工程と、
前記複数の半導体チップを封止する封止体を形成する工程と、
それぞれがハウジングと、前記ハウジングから露出する複数のコンタクトピンを有する複数のプローブと、前記複数のプローブが塔載されたマザーボードを準備する工程と、
前記封止体を形成する工程の後に、前記それぞれの装置領域の複数の電極を、前記複数のプローブに接続し、電気的特性試験を行なう工程と、
前記電気的特性試験の工程の後に、前記それぞれの装置領域ごとに、前記配線基板および前記封止体を切断し、半導体装置を個片化する工程とを有する半導体装置の製造方法。 - 前記複数のコンタクトピンは、前記装置領域の複数の電極と接触する接触部と、この接触部に連続する弾性部と、弾性部に連続し基板に接続する接続部とからなっており、前記弾性部は、加重方向に向かって交互に配置された円弧状の変形部分と変形部分間をつなぐ連結部分とからなっており、ばねとなる変形部分の弾性変形によって前記接触部を前記それぞれの装置領域の複数の電極に押圧することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記連結部分では変形部分と比較して幅が広くなっていることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記連結部分では、その両端に位置する変形部分の円弧の内側方向に厚みをもたせることによって幅を広くして、両端に位置する変形部分が夫々円弧の内側にシフトしていることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記接続部にはプレスフィット構造を有する接続端子が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記プレスフィット構造を有する接続端子がハウジングの側壁からオフセットさせて設けられていることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記電気的特性試験がバーンインテストであることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半導体装置がBIST方式の半導体装置であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 主面、裏面と、その主面上に形成された複数の半導体装置形成領域と、前記複数の半導体装置形成領域のそれぞれに形成された複数の半導体素子および複数の電極とを有する半導体ウェハを準備する工程と、
それぞれがハウジングと、前記ハウジングから露出する複数のコンタクトピンを有する複数のプローブと、前記複数プローブが塔載されたマザーボードを準備する工程と、
前記それぞれの半導体装置形成領域の複数の電極を、前記複数のプローブに接続し、電気的特性試験を行なう工程と、
前記電気的特性試験の工程の後に、前記それぞれの半導体装置形成領域ごとに、前記半導体ウェハを切断し、半導体チップを個片化する工程とを有する半導体装置の製造方法。 - 前記複数のコンタクトピンは、前記半導体装置形成領域の複数の電極と接触する接触部と、この接触部に連続する弾性部と、弾性部に連続し基板に接続する接続部とからなっており、前記弾性部は、加重方向に向かって交互に配置された円弧状の変形部分と変形部分間をつなぐ連結部分とからなっており、ばねとなる変形部分の弾性変形によって前記接触部を前記それぞれの半導体装置形成領域の複数の電極に押圧することを特徴とする請求項9に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記連結部分では変形部分と比較して幅が広くなっていることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記連結部分では、その両端に位置する変形部分の円弧の内側方向に厚みをもたせることによって幅を広くして、両端に位置する変形部分が夫々円弧の内側にシフトしていることを特徴とする請求項11に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記接続部にはプレスフィット構造を有する接続端子が設けられていることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記電気特性試験が変換基板を用い、前記ウェハを前記変換基板に重ね合わせた状態で行なうことを特徴とする請求項9に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記電気特性試験によってKGDの選別又はエージングテストを行なうことを特徴とする請求項9に記載の半導体装置の製造方法。
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