專利名稱：半導體元件測試結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測試半導體元件的系統(tǒng)，特別涉及超細間距探針卡的制造方 法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在集成電路以及其它半導體元件的制造中，必須測試電路及元件以確保 制造的元件有效，這些測試通常利用測試探針接觸半導體元件的適當區(qū)域進 行，并且進行一種或一種以上的功能測試。目前用來進行這些接觸測試的探 針主要有兩種。圖1為一種測試半導體元件(未圖示)的探針卡100的平面圖，此探針卡 使用--系列的支撐桿連接器(cantilever connector)101由探針卡100的邊緣向 內(nèi)伸展。當探針卡下降至測試的半導體元件上時，支撐桿連接器101連接至 半導體元件上對應(yīng)的接觸墊，以完成測試所需的電性連接。不幸地，這種探 針卡100會因為測試接觸墊必須被限定在半導體元件的周邊而受限，并且無 法到達位于元件中央?yún)^(qū)域的接觸墊。圖2為另一種探針卡200 —部分的剖面圖，為了連接至半導體元件(未圖 示)周邊以外的區(qū)域，其使用電性連接器201陣列。在這種探針卡200中，電 性連接器201間隔很近地排成陣列，并且其形狀使得電性連接器201在探針 卡200下降至測試的半導體元件上時可吸收一些碰撞產(chǎn)生的震動。然而，這 種探針卡最小的間距(在電性連接器201之間的距離)受限于電性連接器201 的形狀和結(jié)構(gòu)，并且目前這種探針卡可達到的最細間距約為175|im。不幸地，當半導體元件的尺寸因為越來越小的元件需求而持續(xù)地降低 時，這些種類的探針卡將無法用以測試需要較小探針間距的半導體元件。因 此，業(yè)界亟需一種具有較小探針間距的探針卡。發(fā)明內(nèi)容通過本發(fā)明的半導體元件測試結(jié)構(gòu)的實施例，可以解決或防止上述或其 它的問題的發(fā)生，并且可獲得技術(shù)上的優(yōu)勢。本發(fā)明提出一種半導體元件測試結(jié)構(gòu)，包括印刷電路板；空間轉(zhuǎn)換層， 具有第一主要表面和背對所述第一主要表面的第二主要表面，所述第一主要 表面具有面對所述印刷電路板的第一組接點，所述第二主要表面具有第二組 接點；多個可壓縮連接器，電性耦接所述印刷電路板上的多個電性接點至所 述第一組接點，當通過所述可壓縮連接器維持所述電性接點與所述第一組接 點之間的電性連接時，所述空間轉(zhuǎn)換層可相對于所述印刷電路板移動；基底， 設(shè)置于所述空間轉(zhuǎn)換層之上；以及多個接觸尖端，設(shè)置于所述基底上，其中 每一個接觸尖端電性耦接至個別的所述第二組接點。如上所述的半導體元件測試結(jié)構(gòu)，還包括多個調(diào)節(jié)器，其連接所述空間 轉(zhuǎn)換層至所述印刷電路板，所述多個調(diào)節(jié)器調(diào)整所述空間轉(zhuǎn)換層相對于所述 印刷電路板的平面性。如上所述的半導體元件測試結(jié)構(gòu)，還包括多個導向器，其將所述空間轉(zhuǎn) 換層相對于所述印刷電路板安置，所述多個導向器進一步限制所述空間轉(zhuǎn)換 層相對于所述印刷電路板朝一個方向移動，所述方向大抵上垂直于所述印刷 電路板的主要表面。如上所述的半導體元件測試結(jié)構(gòu)，還包括多個導電導孔，其穿過所述基 底，其中所述多個導電導孔電性耦接個別的所述接觸尖端至個別的所述第二 組接點。如上所述的半導體元件測試結(jié)構(gòu)，其中每一個所述接觸尖端包括第一 介電層，設(shè)置于至少一個所述導電導孔上方，所述第一介電層內(nèi)具有第一組 導孔， 一個或一個以上的所述第一組導孔與至少一個所述導電導孔電性接 觸；以及第一金屬層，設(shè)置于所述第一組導孔上方。如上所述的半導體元件測試結(jié)構(gòu)，其中所述可壓縮連接器包括彈簧針。如上所述的半導體元件測試結(jié)構(gòu)，其中所述印刷電路板上的所述多個電 性接點的第一間距大于所述多個接觸尖端的第二間距。如上所述的半導體元件測試結(jié)構(gòu)，還包括多個狹縫，形成在所述空間 轉(zhuǎn)換層內(nèi)；以及多個導針，連接至所述印刷電路板且安裝在所述狹縫內(nèi)。如上所述的半導體元件測試結(jié)構(gòu)，還包括多個底部鑲埋結(jié)構(gòu)，連接至所述印刷電路板且包圍所述多個第一電性連接；多個平滑固定裝置，連接至 所述多個底部鑲埋結(jié)構(gòu)且鄰接所述空間轉(zhuǎn)換層，所述多個平滑固定裝置限制 所述空間轉(zhuǎn)換層朝一個方向移動；多個頂部鑲埋結(jié)構(gòu)，設(shè)置于所述多個底部 鑲埋結(jié)構(gòu)上方，所述頂部鑲埋結(jié)構(gòu)的一部分延伸至覆蓋至少一部分的所述空 間轉(zhuǎn)換層上方；以及多個可調(diào)整的螺絲釘，連接所述多個頂部與底部鑲埋結(jié) 構(gòu)。本發(fā)明還提出一種半導體元件測試結(jié)構(gòu)，包括印刷電路板，具有第一 組接觸墊；空間轉(zhuǎn)換層，設(shè)置于所述印刷電路板上方；多個第一連接器，設(shè) 置于所述第一組接觸墊與所述第二組接觸墊之間；基底，設(shè)置于所述空間轉(zhuǎn) 換層上方；以及多個尖端，設(shè)置于所述基底上，所述多個尖端具有小于該第 一間距的第二間距，且其中每一個尖端電性連接至個別的所述第三組接觸 墊。其中所述空間轉(zhuǎn)換層包括第二組接觸墊，設(shè)置于所述空間轉(zhuǎn)換層的第 一表面上，面對所述印刷電路板；第三組接觸墊，設(shè)置于所述空間轉(zhuǎn)換層的 第二表面上，背對所述印刷電路板，所述第三組接觸墊具有第一間距；以及 多個導線，電性連接所述第二組接觸墊和所述第三組接觸墊。如上所述的半導體元件測試結(jié)構(gòu)，其中所述多個第一連接器包括彈簧針 或錫球。如上所述的半導體元件測試結(jié)構(gòu)，還包括底部填充材料，其設(shè)置于所述 空間轉(zhuǎn)換層與所述基底之間，所述底部填充材料包括環(huán)氧化物材料、硅橡膠 或可變形膠材。如上所述的半導體元件測試結(jié)構(gòu)，其中所述多個第一連接器具有大于該 第二間距的第三間距。如上所述的半導體元件測試結(jié)構(gòu)，還包括多個導電導孔，其設(shè)置于所述 基底內(nèi)，且電性耦接個別的所述多個尖端至個別的所述第三組接觸墊。如上所述的半導體元件測試結(jié)構(gòu)，其中每一個所述尖端還包括第一介 電層，設(shè)置于所述基底上方，所述第一介電層內(nèi)具有第一組導孔， 一個或一 個以上的所述第一組導孔與所述第三組接觸墊電性接觸；以及第一金屬層， 設(shè)置于所述第一組導孔上方。本發(fā)明還提出一種半導體元件測試結(jié)構(gòu)，包括多個尖端，具有第一間 距；以及多個第一電性連接器，連接至個別的所述第一組導孔，所述多個第一電性連接器具有大于所述第一間距的第二間距。其中所述每一尖端包括 基底，具有上部區(qū)域和下部區(qū)域；第一導孔，從所述基底的上部區(qū)域延伸至 下部區(qū)域；第一介電層，設(shè)置于所述第一導孔上方；第一組導孔，設(shè)置于所 述第一介電層內(nèi)， 一個或一個以上的所述第一組導孔與所述第一導孔電性接 觸；以及第一金屬層，設(shè)置于所述第一組導孔上方，所述第一金屬層與一個 或一個以上的所述第一組導孔電性接觸；如上所述的半導體元件測試結(jié)構(gòu)，其中所述多個尖端還包括第二金屬 層，其設(shè)置于所述基底與所述第一介電層之間。如上所述的半導體元件測試結(jié)構(gòu)，其中所述多個尖端還包括第二介電 層，設(shè)置于所述第一介電層與所述基底之間；以及第三金屬層，設(shè)置于所述 第一介電層與所述第二介電層之間。如上所述的半導體元件測試結(jié)構(gòu)，還包括空間轉(zhuǎn)換層，具有設(shè)置于所 述空間轉(zhuǎn)換層的第一側(cè)上的第一組接觸墊，所述第一組接觸墊連接至個別的 所述多個第一電性連接器，且第二組接觸墊背對所述第一組接觸墊設(shè)置于所 述空間轉(zhuǎn)換層的第二側(cè)上，所述第二組接觸墊具有的間距較第一組接觸墊的 間距大；印刷電路板，具有第三組接觸墊；以及多個第二電性連接器，設(shè)置 于所述第三組接觸墊與所述空間轉(zhuǎn)換層之間，所述多個第二電性連接器電性 連接所述第三組接觸墊至個別的所述第二組接觸墊。如上所述的半導體元件測試結(jié)構(gòu)，其中所述多個尖端還包括第二介電 層，設(shè)置于所述第一組導孔之下；以及第二組導孔，設(shè)置于所述第二介電層 內(nèi)， 一個或一個以上的所述第二組導孔與一個或一個以上的所述第一組導孔 電性接觸。依據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供一種測試半導體元件的裝置，包括尖端 陣列，每一尖端包括具有導電導孔貫穿的基底，第一介電層在導電導孔上方， 第一組導孔在第一介電層內(nèi)并連接至導電導孔，第二介電層在第一介電層上 方，第二組導孔在第二介電層內(nèi)，以及第一金屬層在第二組導孔上方。所述 裝置也包括多個再分布線，其連接至多個導電導孔，以及多個第一電性連接， 例如焊錫凸塊，連接至所述多個再分布線。依據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，提供一種測試半導體元件的裝置，包括類 似第一實施例的尖端的尖端陣列，連接至空間轉(zhuǎn)換層?？臻g轉(zhuǎn)換層將多個第一電性連接的間距成扇形散開，甚至還穿過一系列的導電和絕緣層?？臻g轉(zhuǎn) 換層連接至測試用的印刷電路板。依據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，提供一種測試半導體元件的裝置，包括印 刷電路板，空間轉(zhuǎn)換層以及多個類似上述第一實施例的尖端。印刷電路板經(jīng) 由多個第一電性連接與空間轉(zhuǎn)換層電性連接，空間轉(zhuǎn)換層經(jīng)由多個第二電性 連接與所述多個尖端連接。所述多個尖端的間距小于所述多個第二電性連接 的間距，并且所述多個第二電性連接的間距小于所述多個第一電性連接的間 距。所述多個尖端包括多個介電層，每一個介電層內(nèi)具有一組導孔，在一個 介電層內(nèi)的導孔電性連接至鄰近的介電層內(nèi)的導孔，并且金屬層設(shè)置于距離 基底最遠的介電層上方。本發(fā)明的實施例的優(yōu)點為可得到較小的接觸間距，其可用以測試較小的 結(jié)構(gòu)。為了讓本發(fā)明的上述目的、特征、及優(yōu)點能更明顯易懂，以下結(jié)合附圖， 作詳細說明如下。


圖1為傳統(tǒng)的支撐桿探針卡的平面圖。圖2為傳統(tǒng)的陣列型探針卡一部分的剖面圖。圖3至圖13為依據(jù)本發(fā)明的一個實施例形成探針卡尖端的方法的剖面圖。圖14為依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的半導體元件測試結(jié)構(gòu)的剖面圖，其 中使用彈簧針連接空間轉(zhuǎn)換層至印刷電路板。 圖14A為圖14的平面圖。圖15為依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的半導體元件測試結(jié)構(gòu)的剖面圖，其 中使用錫球連接空間轉(zhuǎn)換層至印刷電路板。圖16為依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的半導體元件測試結(jié)構(gòu)的剖面圖，其 中使用平滑固定裝置將空間轉(zhuǎn)換層對準印刷電路板，并且使用螺絲釘附著在 頂層鑲埋固定裝置上以對準接觸尖端。圖16A為圖16的平面圖。并且，上述附圖中的各附圖標記說明如下100、 200探針卡101支撐桿連接器201電性連接器301基底303導孔401第一介電層403第一組導孔601第二介電層603第二組導孔801金屬層901第一承載晶片1001第二承載晶片1101接觸尖端1102第一保護環(huán)1104第二保護環(huán)1106第三保護環(huán)1201再分布線1203第三承載晶片1301空間轉(zhuǎn)換層1302合仝 口並1303焊錫凸塊1304第二合金1305底部填充材料1401印刷電路板1403連接器1405導針1407螺絲釘1409底部鑲埋固定裝置1501錫球1601平滑固定裝置1603 頂部鑲埋固定裝置1607 延伸的部分。
具體實施方式
本發(fā)明的較佳實施例的制造和使用如下所述，然而本發(fā)明還提供許多可 應(yīng)用的發(fā)明概念，其可以在各種特殊的應(yīng)用中實行，在此所提及的特定實施 例僅說明以特定方式去使用與制造本發(fā)明，并非用以限定本發(fā)明的范圍。本發(fā)明以下的描述為關(guān)于應(yīng)用在特定實施例的探針卡，然而，本發(fā)明也 可以應(yīng)用在其它非固定的電性連接上。參閱圖3，基底301內(nèi)有含導電材料的導孔303，基底301包括半導體 材料例如硅、鍺、硅鍺或前述的組合，基底301最初的厚度介于約400pm至 725(im之間，較佳約為500pm。導孔303可經(jīng)由鑲嵌工藝形成，將光掩模(未圖示)放置在基底301上， 于基底301內(nèi)蝕刻出凹陷，并且在凹陷內(nèi)填滿導電材料，然后將填滿的導孔 303平坦化，使得導孔303大抵上與周圍的基底301同一平面。在一個實施 例中，導電材料為銅，其使用電鍍工藝沉積，并且導孔303的深度介于約50pm 到725)am之間，較佳約為150pm。值得注意的是，導孔303可包括一層或一 層以上的導電材料，例如，導孔303可包含阻障層、粘著層、多層導電層或 其它相似的材料層。一層合金1302(如圖13所示)可選擇性地在基底301和導孔303上方形 成，以提供與后續(xù)形成的導電導孔(如下所討論)較佳的連接。合金1302較佳 為鋁和銅的合金，且經(jīng)由適當?shù)墓に嚴珉婂冃纬?，然而，也可以使用其?的材料或工藝形成合金1302。合金1302的厚度介于約0.1(im至3fim之間， 較佳約為0.4(xm。圖4為沉積第一介電層401在基底301和導孔303上方，第一介電層401 較佳為氧化物層，其厚度介于約0.2^im至2pm之間。第一介電層401可由等 離子體增強化學氣相沉積法(PECVD)形成，使用四乙氧基硅烷(TEOS)和氧氣 作為前驅(qū)物，此外，也可以使用其它公知的工藝和材料形成第一介電層401， 其它材料例如為氧化硅、含氮氧化物、氧化鋁、氧化鑭、氧化鉿、氧化鋯、 氮氧化鉿、前述的組合或其它相似的材料。接著，第一介電層401較佳為利用光掩模及蝕刻在下方的導孔303上形 成第一組導孔403，第一介電層401內(nèi)較佳為形成約6至20個導孔，更佳為 6個導孔。第一組導孔403延伸貫穿第一介電層401 ，暴露出部分的導孔303。 第一組導孔403的直徑介于約0.2iim至5pm之間，較佳約為0.5(im。圖5為填充第一組導孔403，較佳為先沉積氮化鈦阻障層(未圖示)在第 一組導孔403內(nèi)，接著再以導電材料例如鎢填滿第一組導孔403，填滿后將 第一組導孔403平坦化，例如以化學機械平坦化(CMP)工藝達成。然而，也 可以使用其它公知的方法及導電材料形成第一組導孔403。一層第二合金1304(如圖13所示)可選擇性地在第一介電層401及第一 組導孔403上方形成，提供與后續(xù)形成的導電導孔(如下所討論)較佳的電性 連接。同樣地，第二合金1304可以是鋁和銅的合金，且可經(jīng)由適當?shù)墓に?例如電鍍形成。然而，也可以使用其它的材料及工藝形成合金1304。第二合 金1304的厚度介于約0.1pm至3^im之間，較佳約為0.4)im。圖6為形成及圖案化第二介電層601，第二介電層601可參閱上述圖4 所討論的，利用與第一介電層401相似的材料及方式形成。同樣地，第二組 導孔603可參閱上述所討論的第一組導孔403的形成方法，以類似的方式在 第二介電層601內(nèi)形成，其大抵上暴露出部分的第一組導孔403。第二組導孔603中導孔的數(shù)量應(yīng)該大于第一組導孔403，且第二組導孔 603的直徑較佳為比第一組導孔403小，因此，在一個實施例中，第二組導 孔有9個導孔，且其直徑介于約0.2pm至5|im之間，較佳約為0.5|im。然而， 視狀況而定，導孔數(shù)量可以超過或少于9個，且其可以有較大或較小的直徑。圖7為填充第二組導孔603，第二組導孔603較佳為以類似第一組導孔 403的方式填充，也即先沉積氮化鈦阻障層，然后再以鉤填滿第二組導孔603。 然后，第二組導孔603較佳為經(jīng)由CMP工藝平坦化，以使得第二組導孔603 大抵上與第二介電層601同平面。然而，也可以使用其它的方法及導電材料 形成第二組導孔603。圖8為在第二介電層601及第二組導孔603上方形成金屬層801，金屬 層801較佳為由硬的金屬同時也是良好的導體例如鎢或銠所形成，且較佳為 經(jīng)由化學氣相沉積法(CVD)形成，其厚度介于約0.1(im至5^im之間，較佳約 為lpm。然而，也可以使用其它的材料及工藝形成金屬層801。圖9為一部分的基底301被移除后，暴露出導孔303的結(jié)構(gòu)。為了移除 一部分的基底301，將第一承載晶片901附著在金屬層801上，以幫助所述 結(jié)構(gòu)的移動及放置，并且在工藝中保護各層結(jié)構(gòu)。在附著第一承載晶片901 之后，進行CMP工藝以暴露出導孔303。然而，也可以使用其它的移除方法 除去部分的基底301。圖10為將第二承載晶片1001覆蓋基底301和暴露出的導孔303后的結(jié) 構(gòu)，其中第一承載晶片901(圖9)被移除，且可選擇性地清潔金屬層801以除 去來自第一承載晶片901的殘余物。圖11為每一層的一部分被移除后，形成接觸尖端1101的結(jié)構(gòu)。接觸尖 端1101較佳為經(jīng)由一系列的光掩模和蝕刻形成，例如，使用光刻技術(shù)將第 一光掩模(未圖示)放置在金屬層801上方，然后選擇性地蝕刻金屬層801以 除去金屬層801，只留下一部分的金屬層801覆蓋在第二組導孔603及第二 介電層601上方，蝕刻步驟較佳為使用干蝕刻方式進行，之后移除第一光掩 模。第二光掩模(未圖示)放置在第二介電層601和殘留的金屬層801上方， 并且其圖案可保護接觸尖端1101。當光掩模放置好后，選擇性地蝕刻第二介 電層601，以除去第二介電層601暴露出來的部分。值得注意的是，第二介 電層601留下第一保護環(huán)1102包圍住第二組導孔603的最外面，由第二介 電層601做成的第一保護環(huán)1102，其寬度介于約2pm至l(^m之間，較佳約 為5|mi。第二介電層較佳為使用蝕刻劑例如六氟丙烯(hexafluoropropene， C2HF3)或全氟碳化物(perfluorocarbon)例如全氟戊烷(perfluoroenepentane ， C5FJ蝕刻。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該了解，也可使用許多其它的蝕刻劑 以及工藝除去第二介電層601不希望留下的部分，上述所列的例子并非用以 限定本發(fā)明使用的蝕刻劑。在第二介電層601蝕刻之后，移除第二光掩模。第三光掩模(未圖示)設(shè)置在金屬層801、第二介電層601以及部分的第 一介電層401上方，并且其圖案可保護接觸尖端1101。與第二介電層601的 蝕刻類似，當放置好第三光掩模后，第一介電層401即被選擇性地蝕刻，以 除去第一介電層401暴露出來的部分。值得注意的是，第一介電層401留下 第二保護環(huán)1104包圍住第一組導孔403的最外面，第二保護環(huán)1104的寬度 介于約2|im至lOiam之間，較佳約為5fim。14在第一介電層蝕刻之后，移除第三光掩模，并且將第四光掩模設(shè)置在金屬層801、第二介電層601、第一介電層401以及部分的基底301上方，然 后蝕刻基底301以除去基底301暴露出來的部分，但是只有基底301上面的 部分被移除，留下基底301下面的部分。值得注意的是，基底301上面的部 分留下第三保護環(huán)1106包圍住導孔303。第三保護環(huán)1106的寬度介于約51im至20^im之間，較佳約為10pm。殘 留的基底301的厚度介于約10pm至100pm之間，較佳約為60(im。最后將 第四光掩模移除，完成單一接觸尖端1101。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該了解，接觸尖端1101不一定只由兩層具有導孔的介電層形成，也可以使用較多層且具有較小的導孔在其內(nèi)的介電層形成，任何數(shù)量的介電層，例如3層或3層以上具有導孔在其內(nèi)的介電層都可以用來 形成接觸尖端1101，這些介電層都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。圖12顯示當接觸尖端1101形成后，以第三承載晶片1203連接至基底 301以覆蓋并保護接觸尖端1101，第三承載晶片1203較佳為蝕刻有孔洞的 獨立晶片，所使用的蝕刻劑例如為氫氧化鉀。然后，將第三承載晶片1203 黏接至基底301，使得接觸尖端1101在蝕刻洞內(nèi)，以保護接觸尖端1101免 于受到后續(xù)其它工藝的損害。針對已經(jīng)有保護的接觸尖端1101，形成再分布 線1201連接至導孔303，以助于將多個接觸尖端1101的間距成扇形展開。再分布線1201可使用常見的方法在集成電路內(nèi)形成內(nèi)連線而形成，再 分布線1201較佳為包括至少兩條由金屬制成的導電線，例如鋁、銅、鉤、 鈦或前述的組合。再分布線1201的形成方式較佳為經(jīng)由化學氣相沉積法沉 積金屬層，然后蝕刻掉不希望的部分，留下再分布線1201。再分布線1201 的寬度介于約2pm至3(Vm之間，較佳約為5fim。然而，其它的材料及工藝 例如公知的鑲嵌工藝也可用來形成再分布線1201。圖13為連接接觸尖端1101和再分布線1201至較大的空間轉(zhuǎn)換層1301， 特別是在此圖中，接觸尖端1101通過焊錫凸塊1303連接至空間轉(zhuǎn)換層1301。 焊錫凸塊1303在空間轉(zhuǎn)換層1301上形成，且設(shè)置成對準接觸尖端1101的 再分布線1201。焊錫凸塊1303較佳為包括高鉛、共熔或無鉛的焊錫。當接 觸尖端1101和再分布線1201放置在焊錫凸塊1303上時，接觸尖端1101和 位于空間轉(zhuǎn)換層1301內(nèi)的導體(未圖示)之間會建立電性接觸。將底部填充材料1305利用注射或其它方式在接觸尖端1101和空間轉(zhuǎn)換層1301之間的空間內(nèi)形成，底部填充材料1305例如為液態(tài)環(huán)氧化物分布在 基底301和空間轉(zhuǎn)換層1301之間，然后熟成變硬。底部填充材料可避免裂 縫在焊錫凸塊1303內(nèi)形成，裂縫通常由熱應(yīng)力造成。另外，也可在基底301和空間轉(zhuǎn)換層1301之間形成可變形膠或硅橡膠， 以避免焊錫凸塊1303內(nèi)產(chǎn)生裂縫，可變形膠或硅橡膠可經(jīng)由注射或其它方 式在基底301和空間轉(zhuǎn)換層1301之間形成，其可以在測試半導體元件時提 供較大的應(yīng)力消除作用?？臻g轉(zhuǎn)換層1301較佳為多層陶瓷，但也可為多層的有機層，空間轉(zhuǎn)換 層1301包括由導電和絕緣材料(未圖示)交替形成，導電材料穿過空間轉(zhuǎn)換層 1301的路徑設(shè)計成可接受焊錫凸塊1303的小間距，并將間距展開成可配合 空間轉(zhuǎn)換層1301另一面上的另一組接觸墊。圖14為本發(fā)明的一個實施例，其中多個接觸尖端1101、再分布線1201 以及空間轉(zhuǎn)換層1301連接至印刷電路板(PCB)1401?？臻g轉(zhuǎn)換層1301經(jīng)由 一系列的連接器1403電性連接至印刷電路板1401，連接器1403之間的間距 與空間轉(zhuǎn)換層1301上的接觸墊(與焊錫凸塊1303為相反側(cè))的間距相同。除 此之外，連接器1403可提供測試半導體元件時所需的電性連接，并且可吸 收堅硬的尖端在探測時產(chǎn)生的力，使得測試的半導體元件在放置此半導體元 件測試結(jié)構(gòu)時不會受損。另外，連接器1403也可以進一步地增加印刷電路 板1401的間距。連接器1403較佳為彈簧針(pogopin)，彈簧針可提供在針每一側(cè)的接觸， 并且也包含吸收接觸產(chǎn)生的沖擊的彈力。較佳的彈簧針包含圓柱形筒、在筒 的一端的接觸尖端、連接至筒內(nèi)活塞的彈簧以及連接至活塞的第二接觸尖丄山順。為了確保連接器403對準空間轉(zhuǎn)換層1301，在空間轉(zhuǎn)換層1301上使用 狹縫系統(tǒng)，并且在印刷電路板1401使用導針(guide pin)1405，導針1405安 裝到空間轉(zhuǎn)換層1301上的狹縫內(nèi)，并且當它連接至印刷電路板1401時可引 導空間轉(zhuǎn)換層1301，以確?？臻g轉(zhuǎn)換層1301上的電性連接連結(jié)至連接器 1403。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，空間轉(zhuǎn)換層1301可利用許多不同的方式與印刷電路板1401對準，上述的導針1405并非用以限定本發(fā)明。此外，本發(fā) 明也可包含其它高精密度制造的平滑固定裝置(smooth fDcture)，例如圓柱形 結(jié)構(gòu)，其可以限制空間轉(zhuǎn)換層1301朝向垂直于印刷電路板1401的主要表面 的方向移動。另外，較佳為使用螺絲釘1407系統(tǒng)微調(diào)多個接觸尖端1101，因為這些 接觸尖端具有很小的間距，尖端的平面性變得很重要，即使在平面上只有很 小的不平整，也會造成一些尖端連接至所需的裝置時失效。因此，空間轉(zhuǎn)換 層1301也經(jīng)由螺絲釘1407系統(tǒng)連接至印刷電路板1401。在一個實施例中， 使用三個螺絲釘1407延伸穿過空間轉(zhuǎn)換層1301，并安裝到連接在印刷電路 板1401上的底部鑲埋固定裝置1409內(nèi)，通過調(diào)整這些螺絲釘1407，可調(diào)整 空間轉(zhuǎn)換層1301、基底301以及接觸尖端1101的平面性。圖14A為上述圖14的平面圖，此圖更清楚地說明可使用三個螺絲釘1407 的系統(tǒng)調(diào)整空間轉(zhuǎn)換層1301、基底301以及接觸尖端1101的共平面性。然 而，也可以使用更多或更少的螺絲釘1407。圖15為本發(fā)明的另一個實施例，其中連接空間轉(zhuǎn)換層1301與印刷電路 板1401的連接器1403以錫球1501取代上述的彈簧針。錫球1501較佳為由 高鉛、共熔或無鉛的焊錫制成，并且在空間轉(zhuǎn)換層1301與印刷電路板1401 之間產(chǎn)生電性連接。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該了解，上述連接器1403的實施例如彈簧針及錫球 只是說明連接器1403可以采用許多種方式實現(xiàn)，然而，這些公開的實施例 并非用以限定本發(fā)明，連接器1403其它的實施方式也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。圖16為又另一個實施例的剖面圖，其中用以對準連接器1403的導針 1405(參閱圖14)以高精密度平滑固定裝置1601取代。在此實施例中，螺絲 釘1407系統(tǒng)(參閱圖14)并未穿過空間轉(zhuǎn)換層1301安裝到底部鑲埋固定裝置 1409內(nèi)，取而代之的是頂部鑲埋固定裝置1603設(shè)置于底部鑲埋固定裝置 1409上方，并且螺絲釘1407穿過頂部鑲埋固定裝置1603進入底部鑲埋固定 裝置1409內(nèi)。頂部鑲埋畫定裝置1603具有延伸的部分1607，其遠離螺絲釘1407延伸， 并覆蓋至少部分的空間轉(zhuǎn)換層1301上方，與螺絲釘1407結(jié)合的頂部鑲埋固 定裝置1603通過延伸至覆蓋部分的空間轉(zhuǎn)換層1301，可調(diào)整空間轉(zhuǎn)換層1301和接觸尖端1101的平面性。平滑固定裝置1601可確?？臻g轉(zhuǎn)換層1301只在垂直于印刷電路板1401 主要表面的方向移動，可以使用的固定裝置例如為尺寸精確的圓柱體。在一 個實施例中，圓柱體連接至底部鑲埋固定裝置1409，且設(shè)置于頂部鑲埋固定 裝置1603的延伸部分下方，并介于空間轉(zhuǎn)換層1301和頂部鑲埋固定裝置 1603殘留的部分之間。圓柱體可允許空間轉(zhuǎn)換層1301的移動垂直于印刷電 路板1401的主要表面，以容許彈簧針變形并在接觸測試晶片(未圖示)時吸收 產(chǎn)生的力，但不允許空間轉(zhuǎn)換層1301(以及接觸尖端1101)從側(cè)邊至側(cè)邊 (side-to-side)的移動以及脫離對準狀態(tài)。圖16A為上述圖16的平面圖，此圖更清楚地說明在此實施例中的螺絲 釘1407系統(tǒng)連接至頂部鑲埋固定裝置1603，且可調(diào)整空間轉(zhuǎn)換層1301、基 底301以及接觸尖端1101的平面性。在此實施例中，使用三個螺絲釘1407 調(diào)整接觸尖端1101的平面性，然而，也可以使用更多或更少的螺絲釘1407。利用本發(fā)明可大幅地降低接觸尖端的間距，在實際測試時，測試探針的 間距可降低至小于約50|im，其遠小于其它方法所使用的間距175pm。因此，對于較小尺寸的半導體元件的測試，使用本發(fā)明的實施例遠較其它方式可 行。雖然本發(fā)明已公開較佳實施例如上，但是其并非用以限定本發(fā)明，任何 本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可做些許改動與潤飾， 因此本發(fā)明的保護范圍當視隨附的權(quán)利要求所界定的范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種半導體元件測試結(jié)構(gòu)，包括印刷電路板；空間轉(zhuǎn)換層，具有第一主要表面和背對所述第一主要表面的第二主要表面，所述第一主要表面具有面對所述印刷電路板的第一組接點，所述第二主要表面具有第二組接點；多個可壓縮連接器，電性耦接所述印刷電路板上的多個電性接點至所述第一組接點，當通過所述可壓縮連接器維持所述電性接點與所述第一組接點之間的電性連接時，所述空間轉(zhuǎn)換層可相對于所述印刷電路板移動；基底，設(shè)置于所述空間轉(zhuǎn)換層之上；以及多個接觸尖端，設(shè)置于所述基底上，其中每一個接觸尖端電性耦接至個別的所述第二組接點。
2. 如權(quán)利要求l所述的半導體元件測試結(jié)構(gòu)，還包括多個調(diào)節(jié)器，其連 接所述空間轉(zhuǎn)換層至所述印刷電路板，所述多個調(diào)節(jié)器調(diào)整所述空間轉(zhuǎn)換層 相對于所述印刷電路板的平面性。
3. 如權(quán)利要求1所述的半導體元件測試結(jié)構(gòu)，還包括多個導向器，其將 所述空間轉(zhuǎn)換層相對于所述印刷電路板安置，所述多個導向器進一步限制所 述空間轉(zhuǎn)換層相對于所述印刷電路板朝一個方向移動，所述方向大抵上垂直 于所述印刷電路板的主要表面。
4. 如權(quán)利要求l所述的半導體元件測試結(jié)構(gòu)，還包括多個導電導孔，其 穿過所述基底，其中所述多個導電導孔電性耦接個別的所述接觸尖端至個別 的所述第二組接點。
5. 如權(quán)利要求4所述的半導體元件測試結(jié)構(gòu)，其中每一個所述接觸尖端包括第一介電層，設(shè)置于至少一個所述導電導孔上方，所述第一介電層內(nèi)具 有第一組導孔， 一個或一個以上的所述第一組導孔與至少一個所述導電導孔 電性接觸；以及第一金屬層，設(shè)置于所述第一組導孔上方。
6. 如權(quán)利要求1所述的半導體元件測試結(jié)構(gòu)，其中所述可壓縮連接器包 括彈簧針。
7. 如權(quán)利要求1所述的半導體元件測試結(jié)構(gòu)，其中所述印刷電路板上的 所述多個電性接點的第一間距大于所述多個接觸尖端的第二間距。
8. 如權(quán)利要求1所述的半導體元件測試結(jié)構(gòu)，還包括 多個狹縫，形成在所述空間轉(zhuǎn)換層內(nèi)；以及 多個導針，連接至所述印刷電路板且安裝在所述狹縫內(nèi)。
9. 一種半導體元件測試結(jié)構(gòu)，包括 印刷電路板，具有第一組接觸墊； 空間轉(zhuǎn)換層，設(shè)置于所述印刷電路板上方，包括第二組接觸墊，設(shè)置于所述空間轉(zhuǎn)換層的第一表面上，面對所述印刷電 路板；第三組接觸墊，設(shè)置于所述空間轉(zhuǎn)換層的第二表面上，背對所述印刷電 路板，所述第三組接觸墊具有第一間距；以及多個導線，電性連接所述第二組接觸墊和所述第三組接觸墊； 多個第一連接器，設(shè)置于所述第一組接觸墊與所述第二組接觸墊之間； 基底，設(shè)置于所述空間轉(zhuǎn)換層上方；以及多個尖端，設(shè)置于所述基底上，所述多個尖端具有小于該第一間距的第 二間距，且其中每一個尖端電性連接至個別的所述第三組接觸墊。
10. 如權(quán)利要求9所述的半導體元件測試結(jié)構(gòu)，其中所述多個第一連接 器包括彈簧針或錫球。
11. 如權(quán)利要求9所述的半導體元件測試結(jié)構(gòu)，還包括底部填充材料， 其設(shè)置于所述空間轉(zhuǎn)換層與所述基底之間，所述底部填充材料包括環(huán)氧化物 材料、硅橡膠或可變形膠材。
12. 如權(quán)利要求9所述的半導體元件測試結(jié)構(gòu)，其中所述多個第一連接 器具有大于該第二間距的第三間距。
13. 如權(quán)利要求9所述的半導體元件測試結(jié)構(gòu)，還包括多個導電導孔， 其設(shè)置于所述基底內(nèi)，且電性耦接個別的所述多個尖端至個別的所述第三組 接觸墊。
14. 如權(quán)利要求9所述的半導體元件測試結(jié)構(gòu)，其中每一個所述尖端還 包括-第一介電層，設(shè)置于所述基底上方，所述第一介電層內(nèi)具有第一組導孔，一個或一個以上的所述第一組導孔與所述第三組接觸墊電性接觸；以及 第一金屬層，設(shè)置于所述第一組導孔上方。
15. 如權(quán)利要求1所述的半導體元件測試結(jié)構(gòu)，還包括 多個底部鑲埋結(jié)構(gòu)，連接至所述印刷電路板且包圍所述多個第一電性連接；多個平滑固定裝置，連接至所述多個底部鑲埋結(jié)構(gòu)且鄰接所述空間轉(zhuǎn)換 層，所述多個平滑固定裝置限制所述空間轉(zhuǎn)換層朝一個方向移動；多個頂部鑲埋結(jié)構(gòu)，設(shè)置于所述多個底部鑲埋結(jié)構(gòu)上方，所述頂部鑲埋 結(jié)構(gòu)的一部分延伸至覆蓋至少一部分的所述空間轉(zhuǎn)換層上方；以及多個可調(diào)整的螺絲釘，連接所述多個頂部與底部鑲埋結(jié)構(gòu)。
16. —種半導體元件測試結(jié)構(gòu)，包括 多個尖端，具有第一間距，每一尖端包括 基底，具有上部區(qū)域和下部區(qū)域；第一導孔，從所述基底的上部區(qū)域延伸至下部區(qū)域； 第一介電層，設(shè)置于所述第一導孔上方；第一組導孔，設(shè)置于所述第一介電層內(nèi)， 一個或一個以上的所述第一組 導孔與所述第一導孔電性接觸；以及第一金屬層，設(shè)置于所述第一組導孔上方，所述第一金屬層與一個或一 個以上的所述第一組導孔電性接觸；以及多個第一電性連接器，連接至個別的所述第一組導孔，所述多個第一電 性連接器具有大于所述第一間距的第二間距。
17. 如權(quán)利要求16所述的半導體元件測試結(jié)構(gòu)，其中所述多個尖端還包 括第二金屬層，其設(shè)置于所述基底與所述第一介電層之間。
18. 如權(quán)利要求16所述的半導體元件測試結(jié)構(gòu)，其中所述多個尖端還包括第二介電層，設(shè)置于所述第一介電層與所述基底之間；以及 第三金屬層，設(shè)置于所述第一介電層與所述第二介電層之間。
19. 如權(quán)利要求16所述的半導體元件測試結(jié)構(gòu)，還包括 空間轉(zhuǎn)換層，具有設(shè)置于所述空間轉(zhuǎn)換層的第一側(cè)上的第一組接觸墊，所述第一組接觸墊連接至個別的所述多個第一電性連接器，且第二組接觸墊背對所述第一組接觸墊設(shè)置于所述空間轉(zhuǎn)換層的第二側(cè)上，所述第二組接觸 墊具有的間距較第一組接觸墊的間距大；印刷電路板，具有第三組接觸墊；以及多個第二電性連接器，設(shè)置于所述第三組接觸墊與所述空間轉(zhuǎn)換層之 間，所述多個第二電性連接器電性連接所述第三組接觸墊至個別的所述第二 組接觸墊。
20.如權(quán)利要求16所述的半導體元件測試結(jié)構(gòu)，其中所述多個尖端還包括第二介電層，設(shè)置于所述第一組導孔之下；以及第二組導孔，設(shè)置于所述第二介電層內(nèi)， 一個或一個以上的所述第二組 導孔與一個或一個以上的所述第一組導孔電性接觸。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導體元件測試結(jié)構(gòu)，包括多個尖端，每個尖端包括具有導電導孔的基底，第一介電層的導孔連接至導電導孔，具有導孔的第二介電層設(shè)置于第一介電層上方以及金屬層設(shè)置于第二介電層上方。尖端電性連接至在尖端之間按路徑發(fā)送信號的再分布線，且連接至空間轉(zhuǎn)換層上的電性連接?？臻g轉(zhuǎn)換層電性連接至印刷電路板，空間轉(zhuǎn)換層通過一系列的導向機械裝置對準至印刷電路板，并且尖端的平面性可通過可調(diào)整的螺絲釘調(diào)整。本發(fā)明可得到較小的接觸間距，其可用以測試較小的結(jié)構(gòu)。
文檔編號G01R1/073GK101275972SQ20081000925
公開日2008年10月1日 申請日期2008年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月31日
發(fā)明者吳華書, 張發(fā)源, 許明正, 趙智杰 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司