一种基于源表的TSV电迁移测试结构及测试电路

本发明涉及半导体器件测试，尤其是一种基于源表的tsv电迁移测试结构及测试电路。

背景技术：

1、硅通孔(tsv)技术是一种芯片内的纵向互连技术，通过半导体工艺在硅衬底上刻蚀出通孔，并在其中电镀铜或其他金属，实现电信号从硅片上的通孔中穿过，相比传统的平面金属线互连技术，tsv技术能显著地提高封装的密度，降低信号延迟，是实现高密度存储器、异构芯片互连等最常用的方法。金属互连结构中的金属离子发生电迁移，容易在金属互连结构中形成空洞或凸起，造成互连线路的开路和短路。普通的互连金属线都是大部分由封装塑料包裹，而tsv硅通孔中的金属互连线是被硅基底包裹的，工艺较为复杂，且比平面金属工艺更容易产生结构缺陷，所以需要对tsv互连技术的电迁移进行测试。

2、源表，又称源测量单元，是常用于半导体参数表征的一种仪器，其基本电路原理如图1所示，通过测量输出电压和电流的测量，并将其反馈到源端，可作为恒压源和恒流源，其将高精度源和高精度表结合在一起，提供了超过常规仪器的输出和测量精度，并且可以通过编程实现电源切换的自动化，大大简化了测试流程。为实现对小电阻的精确测量，其测量设备通常具备4个接线端，其中fh和fl端子负责施加电源，sh和sl端子负责测量电压，从而实现小电阻的测试。

3、现有技术中，电迁移测试通常使用开尔文(kelvin)四线法结构，如图2所示，通过在f1和f2加载端施加电流，在s1和s2感测端测量电压，实现较为精确的阻抗测量。并且通过施加超过常规工作时的电流，测量单条待测金属线的阻值变化阈值点，由此来获得电迁移失效寿命。但是，上述通常所使用的电迁移测试结构并不能有效避免加载电极31与凸点33与之间的接触电阻，而在tsv硅片上为每条连接线单独增加感测触点的结构又会极大地消耗电路面积，并不实用。此外，若要测试一块tsv结构整体的电迁移寿命，则需要分别对每个tsv通孔进行测试，这极大的降低了测试效率和抽样能力。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施例提供一种基于源表的tsv电迁移测试结构及测试电路，能够有效提高电迁移测试的准确性和测试效率。

2、本发明实施例的一方面提供了一种基于源表的tsv电迁移测试结构，包括：tsv通孔、多晶硅层、位于多晶硅层外侧的缓冲层、位于多晶硅层表面的凸点以及连接tsv电迁移测试结构与多晶硅层的凸点；

3、其中，多晶硅层包括上层多晶硅层与下层多晶硅层，缓冲层包括上层缓冲层与下层缓冲层，多晶硅层表面包括上表面与下表面；

4、上层多晶硅层，与上表面所有的凸点进行阻性连接；上层缓冲层，用于为上层多晶硅层提供保护；导电的tsv通孔设置于硅衬底，作为被测对象；上表面若干个与tsv通孔相连的凸点，作为tsv通孔与外部连接的触点；上表面一个只与上层多晶硅层连接的凸点，作为电压测量端；

5、下层多晶硅层、下层缓冲层以及下表面的凸点，分别与上层多晶硅层、上层缓冲层以及上表面的凸点完全相同且对称。

6、可选地，通过多晶硅层连接所有的凸点。

7、可选地，每个多晶硅层使用单个凸点作为电压测量的端点。

8、可选地，硅衬底的两面分别设置有对称的多晶硅和凸点。

9、本发明实施例的另一方面还提供了一种tsv电迁移结构的测试电路，包括：

10、如上述的一种基于源表的tsv电迁移测试结构；用于供电和测量的测试平台；测试线和测试端，测试端包括两个加载端和两个检测端，两个加载端分别为上加载电极和下加载电极；若干电阻、若干开关和若干分支加载端；

11、其中，上加载电极的一端与开关的一端相连；电阻的一端与开关的另一端相连，电阻的另一端与上加载电极的另一端相连；下加载电极的两端分别连接电阻与所述tsv电迁移测试结构的凸点。

12、可选地，所述测试平台设定为恒压源，用于通过改变电阻值以调节每个tsv通孔的通过电流大小。

13、可选地，所述开关的闭合或断开，用于实现同时向若干或全部tsv通孔内注入电流。

14、可选地，所述tsv电迁移测试结构中电压测量端的电压跳变时间，用于计算整体的tsv电迁移失效时间分布。

15、通过本发明提供的一种基于源表的tsv电迁移测试结构，可以在增加少量多晶硅面积的条件下显著增加tsv电阻测量的准确性，并且，根据本发明提供的一种基于源表的tsv电迁移测试结构，本发明还提出了一种tsv电迁移结构的测试电路，用于提高测试效率，与现有tsv的测试方案相比，提高了电迁移测量的精度和测量效率。

技术特征：

1.一种基于源表的tsv电迁移测试结构，其特征在于，包括：tsv通孔、多晶硅层、位于多晶硅层外侧的缓冲层、位于多晶硅层表面的凸点以及连接tsv电迁移测试结构与多晶硅层的凸点；

2.根据权利要求1所述的一种基于源表的tsv电迁移测试结构，其特征在于，通过多晶硅层连接所有的凸点。

3.根据权利要求1所述的一种基于源表的tsv电迁移测试结构，其特征在于，每个多晶硅层使用单个凸点作为电压测量的端点。

4.根据权利要求1所述的一种基于源表的tsv电迁移测试结构，其特征在于，硅衬底的两面分别设置有对称的多晶硅和凸点。

5.一种tsv电迁移结构的测试电路，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的一种tsv电迁移结构的测试电路，其特征在于，所述测试平台设定为恒压源，用于通过改变电阻值以调节每个tsv通孔的通过电流大小。

7.根据权利要求5所述的一种tsv电迁移结构的测试电路，其特征在于，所述开关的闭合或断开，用于实现同时向若干或全部tsv通孔内注入电流。

8.根据权利要求5所述的一种tsv电迁移结构的测试电路，其特征在于，所述tsv电迁移测试结构中电压测量端的电压跳变时间，用于计算整体的tsv电迁移失效时间分布。

技术总结
本发明公开了一种基于源表的TSV电迁移测试结构及测试电路，其中，TSV结构包括：TSV通孔、多晶硅层、位于多晶硅层外侧的缓冲层、位于多晶硅层表面的凸点、连接TSV与多晶硅层的凸点。测试电路包括：上述TSV结构、源表平台、与开关相连的上加载电极、多个电阻，所述电阻的一端与开关相连，另一端与上加载电极相连；下加载电极，连接电阻与TSV结构的凸点。本发明在现有TSV的测试方案上提高了电迁移测量的精度和测量效率，可广泛应用于半导体器件测试领域。

技术研发人员：王自鑫,宋杰,朱立琦
受保护的技术使用者：中山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13