本發(fā)明涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種微納米級晶片測試探頭及制備方法。

背景技術(shù)：

近年來電子數(shù)碼產(chǎn)品外形越來越輕薄短小，功能越來越豐富強(qiáng)大，同時(shí)半導(dǎo)體芯片制造技術(shù)突飛猛進(jìn)，已經(jīng)進(jìn)入32納米以下領(lǐng)域，集成電路(Integrated Circuit，IC)體積越來越小，引腳越來越多，晶圓(Wafer)制備、晶片或裸片(Die))封裝和芯片(Chip)測試越來越精密復(fù)雜。如果能在晶片切割封裝前對已經(jīng)生成晶片陣列和劃片槽的晶圓(襯底或基片)進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)晶片中的瑕疵品或報(bào)廢品并進(jìn)行標(biāo)記，可以避免不良品造成后續(xù)封裝成本的浪費(fèi)。晶圓探針測試卡，簡稱探針卡(Probe card)，是晶圓測試中被測晶片和測試機(jī)之間的接口，主要用于晶圓分片封裝前對晶片電學(xué)性能進(jìn)行初步檢測，篩選出不良晶片并進(jìn)行標(biāo)記，不再進(jìn)行后續(xù)封裝。探針卡的使用原理是將探針卡上的針頭與晶片上的焊點(diǎn)(Pad)或凸點(diǎn)(Bump)直接接觸，導(dǎo)出晶片訊號，再配合測試儀器與軟件控制達(dá)到自動化檢測晶圓。它對前期測試的開發(fā)及后期量產(chǎn)測試的成品率保證都非常重要，是晶圓制造過程中對制造成本影響相當(dāng)大的重要制程。

傳統(tǒng)的探針卡主要分為環(huán)氧水平式探針卡(或懸臂式探針卡)、薄膜水平式探針卡、垂直式探針卡、刀片式探針卡等等，采用金屬探針接觸晶片焊點(diǎn)和電路板焊盤焊接引線的結(jié)構(gòu)，探針以手工方式、根據(jù)晶片測試的區(qū)域，有序而緊密的安置在探針卡上。由于復(fù)雜的針套、針管、針頭以及電路板的局限，通常測試的最小間距只能達(dá)到0.1～1毫米，大多只能測試晶片的四周引腳，無法對薄膜晶片表面的凸點(diǎn)進(jìn) 行檢測，探針卡已面臨測試極限和新的挑戰(zhàn)，無法滿足微納米級晶片測試的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有探針卡的最小測試間距只能達(dá)到0.1～1毫米的缺陷，提供一種微納米級晶片測試探頭及制備方法，通過離子束濺射沉積技術(shù)制備微納米級晶片測試探頭。

本發(fā)明第一方面，提供了一種微納米級晶片測試探頭的制備方法，包括：

S1、利用圖形化的第一光刻膠層作為掩膜，使用主離子源轟擊金屬靶材，產(chǎn)生的濺射粒子沉積在工件的襯底表面上形成金屬層，所述金屬層包括位于測試區(qū)內(nèi)的測試圓點(diǎn)、位于引線區(qū)內(nèi)的引出焊盤以及兩者之間的連接線；

S2、利用圖形化的第二光刻膠層作為掩膜，使用主離子源轟擊絕緣靶材，產(chǎn)生的濺射粒子沉積在工件的測試圓點(diǎn)之外的區(qū)域上形成絕緣保護(hù)膜；

S3、利用圖形化的第三光刻膠層作為掩膜，使用主離子源轟擊金屬靶材，產(chǎn)生的濺射粒子沉積在工件的測試圓點(diǎn)所在區(qū)域上形成測試圓柱；

S4、使用輔離子源轟擊工件進(jìn)行拋光打磨，打磨所述測試圓柱的平面圓周邊沿倒角形成球面后，制成平面結(jié)構(gòu)的微納米級晶片測試探頭。

在根據(jù)本發(fā)明所述的微納米級晶片測試探頭的制備方法中，所述方法還包括步驟：S5、將所述平面結(jié)構(gòu)的微納米級晶片測試探頭折疊形成上方開口的矩形盒子，其中所述測試區(qū)位于所述矩形盒子的底面，所述引線區(qū)位于所述矩形盒子的側(cè)面。

在根據(jù)本發(fā)明所述的微納米級晶片測試探頭的制備方法中，所述平面結(jié)構(gòu)的微納米級晶片測試探頭呈八邊形。

在根據(jù)本發(fā)明所述的微納米級晶片測試探頭的制備方法中，所述步驟S1中生成的測試圓點(diǎn)的間距為0.5～20μm。

在根據(jù)本發(fā)明所述的微納米級晶片測試探頭的制備方法中，步驟S1中生成金屬層的厚度為10nm～20nm，測試圓點(diǎn)的直徑為50～100nm，引出焊盤的直徑為400～600nm，連接線的寬度為40nm～60nm；所述步驟S3中形成的測試圓柱的高度為50～100nm。

在根據(jù)本發(fā)明所述的微納米級晶片測試探頭的制備方法中，其特征在于，所述襯底由聚酰亞胺制成；和/或所述金屬靶材為金靶材；和/或所述絕緣靶材為二氧化硅靶材。

在根據(jù)本發(fā)明所述的微納米級晶片測試探頭的制備方法中，所述步驟S1～S3中主離子源的離子能量為200～600eV，束流為20～60mA；所述步驟S4中輔離子源的離子能量為100～400eV，束流為10～40mA，工件臺沉積角度為45°，工件臺轉(zhuǎn)速為15rpm。

本發(fā)明第二方面，提供了如上所述的微納米級晶片測試探頭的制備方法制得的微納米級晶片測試探頭，采用如上所述的微納米級晶片測試探頭的制備方法制得。

本發(fā)明第三方面，提供了一種微納米級晶片測試探頭，一種微納米級晶片測試探頭，包括從下至上依次設(shè)置的襯底、金屬層和絕緣保護(hù)層：所述金屬層包括位于測試區(qū)內(nèi)的測試圓點(diǎn)、位于測試區(qū)外的引出焊盤以及兩者之間的連接線；所述測試圓點(diǎn)上設(shè)有突出于絕緣保護(hù)層表面的測試圓球。

在根據(jù)本發(fā)明所述的微納米級晶片測試探頭中，所述微納米級晶片測試探頭的形狀為上方開口的矩形盒子，其中所述測試區(qū)位于所述矩形盒子的底面，所述引線區(qū)位于所述矩形盒子的側(cè)面。

本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明通過離子束反應(yīng)濺射沉積技術(shù)制備出的探頭的測試間距達(dá)到為0.5～20μm，既可以檢測普通晶片的四周引腳，又可以測試薄膜晶片表面的凸點(diǎn)，滿足了微納米級晶片測試的需求。

附圖說明

圖1為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例使用的四靶臺雙離子源濺射沉積設(shè)備的結(jié)果示意圖；

圖2a-2d為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的微納米級晶片測試探頭的制備流程圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的微納米級晶片測試探頭的平面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4a為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的微納米級晶片測試探頭安裝后的示意圖；圖4b為圖4a中A處的放大示意圖；

圖5為本發(fā)明測試的薄膜溫度傳感器晶片示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明提供了一種微納米級晶片測試探頭的制備方法。可以結(jié)合四靶臺雙離子源濺射沉積(DIBSD)技術(shù)來制備。請參閱圖1，為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例使用的四靶臺雙離子源濺射沉積設(shè)備的結(jié)果示意圖。圖2a-2d為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的微納米級晶片測試探頭的制備流程圖。圖3為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的微納米級晶片測試探頭的平面結(jié)構(gòu)示意圖。

下面結(jié)合上述附圖對本發(fā)明提供的微納米級晶片測試探頭的制備方法進(jìn)行描述，該制備方法包括以下步驟：

S1、利用圖形化的第一光刻膠層作為掩膜，使用主離子源101轟擊金屬靶材103，產(chǎn)生的濺射粒子106沉積在工件109的襯底表面上形 成金屬層，該金屬層包括位于測試區(qū)4內(nèi)的測試圓點(diǎn)21、位于引線區(qū)5內(nèi)的引出焊盤22以及兩者之間的連接線23。

本發(fā)明采用四靶臺雙離子源濺射沉積設(shè)備，在使用前先將金屬靶材103和絕緣靶材104固定在靶臺105的不同靶面上。該靶臺105為可旋轉(zhuǎn)靶臺，其具有四個(gè)靶面，可同時(shí)安裝4種靶材，通過自身的旋轉(zhuǎn)將所需的靶材置于主離子源101的離子束102發(fā)射方向上。主離子源101和輔離子源107均使用99.99％的高純度的氬氣(Ar)作為工作氣體。

本發(fā)明采用的襯底1優(yōu)選由聚酰亞胺(Polymide)制成。該步驟中先在襯底1上制備第一光刻膠層，襯底1的裸露部分即未被第一光刻膠層遮擋的部分的圖形與待沉積的金屬層圖形一致。隨后將襯底1固定在工件臺110上作為待處理的工件109。關(guān)閉真空室112，采用先機(jī)械泵單機(jī)抽真空，后渦輪分子泵雙機(jī)抽真空，直到系統(tǒng)本底壓強(qiáng)為8×10-5Pa。由主離子源101發(fā)射高能離子束轟擊金屬靶材103如金(Au)靶材，產(chǎn)生的濺射粒子106沉積在襯底1的裸露部分上形成金屬層，如圖2a中所示。優(yōu)選地，該步驟中主離子源101發(fā)射的高能離子束的離子能量為200～600eV，束流為20～60mA。沉積的金屬層的厚度為10nm～20nm，更優(yōu)選為10nm。

S2、利用圖形化的第二光刻膠層作為掩膜，使用主離子源101轟擊絕緣靶材104，產(chǎn)生的濺射粒子106沉積在工件109的測試圓點(diǎn)21之外的區(qū)域上形成絕緣保護(hù)膜3。

具體地，在該步驟中先取出沉積了金屬層的工件109，清除原第一光刻膠層，并制備第二光刻膠層，即絕緣保護(hù)膜光刻膠。該第二光刻膠層的圖形與測試圓點(diǎn)21的圖形一致，即遮擋住測試圓點(diǎn)所在的位置。隨后將工件109置入濺射沉積設(shè)備中，過程同前述步驟S1，再旋轉(zhuǎn)靶臺105選擇絕緣靶材104，例如SiO₂靶材。由主離子源101發(fā)射高能主離子束轟擊SiO₂靶材，SiO₂靶材產(chǎn)生的濺射粒子沉積在工件109上，生成絕緣保護(hù)膜3，如圖2b中所示。優(yōu)選地，該步驟中主離子源101 發(fā)射的高能離子束的離子能量為200～600eV，束流為20～60mA。沉積的絕緣保護(hù)膜3的厚度為10nm～20nm，更優(yōu)選為10nm。

S3、利用圖形化的第三光刻膠層作為掩膜，使用主離子源101轟擊金屬靶材103，產(chǎn)生的濺射粒子106沉積在工件109的測試圓點(diǎn)21所在區(qū)域上形成測試圓柱24。測試圓柱24與測試圓點(diǎn)21為同一種濺射粒子沉積而成，故可成為一體。

具體地，取出沉積了絕緣保護(hù)膜3的工件109，清除原第二光刻膠層，并制備第三光刻膠層，即測試圓柱光刻膠。該第三光刻膠層的圖形與絕緣保護(hù)膜3的圖形一致，即裸露出測試圓點(diǎn)。隨后將工件109置入濺射沉積設(shè)備中，過程同前述步驟S1，再旋轉(zhuǎn)靶臺105選擇Au靶材。由主離子源101發(fā)射高能主離子束轟擊Au靶材，Au靶材產(chǎn)生的濺射粒子沉積在工件109上，生成測試圓柱24，如圖2c中所示。優(yōu)選地，該步驟中主離子源101發(fā)射的高能離子束的離子能量為200～600eV，束流為20～60mA。沉積的測試圓柱24的高度為50～100nm，更優(yōu)選為50nm。

S4、使用輔離子源106轟擊工件109進(jìn)行拋光打磨，打磨測試圓柱24的平面圓周邊沿倒角形成球面后，制成平面結(jié)構(gòu)的微納米級晶片測試探頭。

具體地，從濺射沉積設(shè)備中取出沉積了測試圓柱24的工件109，清除原第三光刻膠層后放回。由輔離子源107發(fā)射高能主離子束108轟擊工件109進(jìn)行拋光打磨，啟動工件臺110旋轉(zhuǎn)/掃描模式，打磨測試圓柱平面圓周邊沿倒角形成近似球面，如圖2d中所示。該步驟中使用的高能主離子束的離子能量為100～400eV，束流為10～40mA，工件臺沉積角度為45°，工件臺轉(zhuǎn)速為15rpm。

本發(fā)明也相應(yīng)提供了一種微納米級晶片測試探頭，可以采用如上所述的微納米級晶片測試探頭的制備方法制得，也可以采用其它方法制得。該微納米級晶片測試探頭包括從下至上依次設(shè)置的襯底1、金屬層和絕緣保護(hù)層3。結(jié)合圖2a-2d以及圖3可以看到，在襯底1上沉積 有金屬層，該金屬層包括位于測試區(qū)4內(nèi)的測試圓點(diǎn)21、位于引線區(qū)內(nèi)的引出焊盤22以及兩者之間的連接線23。測試圓點(diǎn)21上設(shè)有突出于絕緣保護(hù)層3表面的測試圓球25。且測試圓球25與測試圓點(diǎn)21為同一種濺射粒子沉積而成，故可成為一體。從微納米級晶片測試探頭的平面結(jié)構(gòu)可以看出，矩形的測試區(qū)4中排布有多個(gè)測試圓球25，構(gòu)成測試點(diǎn)陣，可在測試時(shí)與晶片上焊點(diǎn)或凸點(diǎn)直接接觸，導(dǎo)出晶片信號，再配合測試儀器與軟件控制達(dá)到自動化檢測晶圓。每個(gè)測試圓球25通過一根連接線23與引線區(qū)5內(nèi)的一個(gè)引出焊盤22連接，再由外接排線將測試圓球25檢測到的晶片信號導(dǎo)出進(jìn)行檢測。

本發(fā)明采用離子束反應(yīng)濺射沉積技術(shù)制出的測試探頭精度可達(dá)納米級。因此，可通過合理地圖形設(shè)計(jì)及引線排布，使得沉積的測試圓點(diǎn)21和最終形成的測試圓球的間距為0.5～20μm。例如在矩形的測試區(qū)4中制備數(shù)百到幾千個(gè)測試圓球形成測試點(diǎn)陣。優(yōu)選地，測試圓球的直徑為50～100nm，間距為0.5～20μm。相應(yīng)地，引出焊盤的直徑為400～600nm，連接線的寬度為40nm～60nm。因此，本發(fā)明可使晶片測試間距達(dá)到0.5～20μm，既可以檢測普通晶片的四周引腳，又可以測試薄膜晶片表面的凸點(diǎn)，滿足微納米級晶片測試的需求。

優(yōu)選地，在本發(fā)明的另一些優(yōu)選實(shí)施例中，還可以將上述圖3所示的平面結(jié)構(gòu)的微納米級晶片測試探頭折疊形成上方開口的矩形盒子。例如，將平面結(jié)構(gòu)的微納米級晶片測試探頭設(shè)計(jì)為八邊形?？梢匝靥摼€6剪開，聚酰亞胺的襯底經(jīng)加熱折疊后形成矩形盒子，固定在測試臺三維移動機(jī)構(gòu)的測試頭7上，并從引出焊盤23焊接引出排線8，如圖4a所示。測試區(qū)4位于矩形盒子的底面，引線區(qū)5位于矩形盒子的側(cè)面。圖4b為圖4a中A處的放大示意圖。在測試晶片時(shí)，可以將晶片固定在下方的測試臺上，控制測試頭7，使底部凸出的測試圓球25與晶片接觸，獲取晶片上各個(gè)測試點(diǎn)的數(shù)據(jù)。

相應(yīng)地，本發(fā)明提供的微納米級晶片測試探頭的制備方法中還包括步驟S5、將平面結(jié)構(gòu)的微納米級晶片測試探頭折疊形成上方開口的 矩形盒子，其中測試區(qū)4位于矩形盒子的底面，引線區(qū)5位于矩形盒子的側(cè)面。

請參閱圖5，為本發(fā)明測試的薄膜溫度傳感器晶片示意圖。該薄膜溫度傳感器晶片9至少包括：基片、薄膜熱電偶、焊盤膜、絕緣膜和保護(hù)膜。薄膜熱電偶采用離子束濺射沉積技術(shù)在基片上形成。該薄膜熱電偶包括正極熱電偶膜和負(fù)極熱電偶膜，其中正極熱電偶膜和負(fù)極熱電偶膜的內(nèi)端對接形成熱電偶接點(diǎn)。焊盤膜通過離子束濺射沉積技術(shù)在正極熱電偶膜和負(fù)極熱電偶膜的外接端上沉積而成，用于與外接引線連接。絕緣膜和保護(hù)膜依次通過離子束濺射沉積技術(shù)覆蓋在薄膜熱電偶上，并覆蓋薄膜熱電偶所在基片區(qū)域表面。如圖5所示，分別選取正極熱電偶膜測試點(diǎn)91、負(fù)極熱電偶膜測試點(diǎn)92、熱電偶接點(diǎn)測試點(diǎn)93、焊盤膜測試點(diǎn)94、絕緣膜測試點(diǎn)95、保護(hù)膜測試點(diǎn)95和基片測試點(diǎn)97。將該薄膜溫度傳感器晶片9的長×寬＝2.5×4mm。將已經(jīng)形成薄膜溫度傳感器晶片9陣列的200mm晶圓固定在測試臺上，啟動測試軟件并導(dǎo)入薄膜溫度傳感器晶片9的工藝測試點(diǎn)數(shù)據(jù)，三維移動機(jī)構(gòu)將測試探頭逐一緊貼在被測晶片表面，通過對相應(yīng)的輸入凸點(diǎn)(即測試圓球25)發(fā)送電平信號，測試對應(yīng)的輸出凸點(diǎn)(即引出焊盤22)的輸出阻抗，對薄膜溫度傳感器晶片9進(jìn)行短路和斷路初級測試。

最后應(yīng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。