在第一四選一多路選擇器9、第二四選一多路選擇器13均選擇輸入端三的情況下，屏蔽了外圍的不相關電路，可以簡化為最基本的綁定前硅通孔測試結構如圖1所示(兩四選一多路選擇器的延時抵消，因此忽略)。為了便于講述該基于仲裁器的綁定前硅通孔測試結構的測試原理，這里直接闡述最基本的綁定前硅通孔測試結構的測試原理。
[0018]參見圖1，右側模塊表示兩輸入基本的仲裁器，仲裁器由一個觸發(fā)器(兩個與非門耦合，也叫做RS鎖存器)和一個濾波器組成。它的狀態(tài)轉移真值表如圖3所示，其邏輯功能為:1)輸入節(jié)點A、B都為低電平:節(jié)點C、D電壓都為高電平，導通輸出端的兩個NM0S管，輸出節(jié)點0utl、0ut2輸出(0，0);2)輸入節(jié)點A為高電平，B為低電平:節(jié)點C為低電平，節(jié)點D為高電平，輸出節(jié)點Out 1、Out2輸出(1，Ο ); 3 )輸入節(jié)點A為低電平，B為高電平:節(jié)點C為高電平，節(jié)點D為低電平，輸出節(jié)點Outl、0ut2輸出(0，1) ;4)輸入節(jié)點A、B都為高電平:若C、D初始狀態(tài)不全為1，則C、D則保持原初始狀態(tài)，輸出端保持原輸出結果；如果C、D的初始狀態(tài)全為1，則觸發(fā)器處于亞穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，輸出端的輸出結果不定。綜上分析，仲裁器能夠判斷兩個輸入信號(節(jié)點A、節(jié)點B)誰先由低電平跳變高電平，如果節(jié)點A先到達高電平，輸出節(jié)點Outl、0ut2輸出(1，0);如果節(jié)點B先到達高電平，輸出節(jié)點Outl、0ut2輸出(0,1);對于節(jié)點A、B在同一時刻到達高電平，觸發(fā)器處于亞穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，輸出結果不定。
[0019]參見圖1，左上模塊表示帶有驅動器和接收器的無故障TSV。由于無故障TSV等效為TSV與襯底之間的電容，因此可以將無故障TSV替換為電容C。替換之后無故障的被測TSV與電容C參數完全一致，節(jié)點In高電平信號同時到達A、B兩端，導致輸出結果不確定。為了避免亞穩(wěn)態(tài)導致的輸出結果不確定問題，將電容設置為無故障TSV等效電容C的X倍(X趨近1但小于1，這里采用X=0.999)，使其延遲時間無限接近無故障TSV延遲時間，但仍小于無故障TSV延遲時間。例如，無故障TSV等效電容為100fF，其TSV延遲時間為6.0ns，設置99.9fF的電容，其延遲時間為5.994nsο被測TSV延遲時間在區(qū)間(5.994ns, 6ns)時，TSV無故障；被測TSV延遲時間小于5.994ns時，認為TSV存在故障。此處0.001C所減小的延遲時間偏差6ps即為可容忍的TSV延遲時間偏差。
[0020]參見圖1，左下模塊表示帶有驅動器和接收器的被測TSV。在此模塊中，Rleak表示泄漏故障的等效泄漏電阻，Ropen表示在電阻開路故障的開路電阻，d表示發(fā)生電阻開路故障的位置離TSV頂端的距離。TSV無故障時:Ropen=0，Rleak= TSV的等效電容為dC+(l-d)C=C ；TSV只存在電阻開路故障時:Rleak=①,Ropen Φ 0 ；TSV只存在泄漏故障時:Ropen=0，Rleak Φ ①；TSV 存在兩種故障時:Ropen ^ 0，Rleak #°°。
[0021]該測試結構只需一個輸入信號In和兩個輸出信號Outl、0ut2，其測試步驟為:第一步，置In為低電平足夠長時間，用于對電容0.999C與被測TSV充電；第二步，輸入端In置為高電平，用于對電容0.999C與被測TSV放電；第三步，觀察輸出端的輸出組合來確定TSV是否存在故障。在完成第一個步驟后A、B兩端的電壓都為低電平。在第二個步驟中，A、B兩端都會從低電平跳變到高電平，只是跳變的時刻不同。在第三步驟中，仲裁器可以根據A、B兩個節(jié)點誰先由低電平跳變到高電平給出相應的輸出結果。1)被測TSV無故障時，由于被測TSV等效電容C大于0.999C，節(jié)點A先到達高電平，輸出節(jié)點0utl、0ut2輸出(1，0)。2)被測TSV存在故障時，被測TSV的延遲時間小于電容0.999C的延遲時間，節(jié)點B先到達高電平，輸出節(jié)點Outl、0ut2輸出(0，I)。綜上所述，輸出組合(0utl=l, 0ut2=0)表示被測TSV無故障，輸出組合(Out 1=0，0ut2=l)表示被測TSV存在故障。
[0022]本發(fā)明產品提供故障TSV故障分級功能原理如下:
參見圖2，該結構確定故障等級方法如下:1)第一四選一多路選擇器9、第二四選一多路選擇器13均選擇輸入端三，進行一次測量，測量結果為無故障，測試終止且表明被測TSV為無故障TSV ;測量結果為有故障，則進入下一步。2)第一四選一多路選擇器9、第二四選一多路選擇器13均選擇輸入端二，進行一次測量，測量結果為無故障，測試終止且表明被測TSV故障等級為1 ;測量結果為有故障，則進入下一步。3)第一四選一多路選擇器9、第二四選一多路選擇器13均選擇輸入端一，進行一次測量，測量結果為無故障，測試終止且表明被測TSV故障等級為2 ;測量結果為有故障，則進入下一步。4)第一四選一多路選擇器9、第二四選一多路選擇器13均選擇輸入端零，進行一次測量，測量結果為無故障，測試終止且表明被測TSV故障等級為3 ;測量結果為有故障，測試終止且表明被測TSV故障等級為4。故障等級越高表明故障的嚴重程度越重。
[0023]本發(fā)明的關鍵點在于，依據于TSV故障導致高電平信號通過TSV的延遲時間減小的原理，設計電路比較高電平信號分別通過被測TSV與參考無故障TSV的延遲時間即可判斷被測TSV是否存在故障。因為TSV發(fā)生電阻開路故障、泄漏故障以及兩種故障共存情況下都是減小了高電平通過TSV的延遲時間，所以該發(fā)明可以檢測出電阻開路故障、泄漏故障以及兩種故障共存的TSV，同時具有測試精度高和可檢測故障范圍廣的優(yōu)點。該發(fā)明不僅能夠檢測出TSV是否存在故障，而且還能夠定位TSV的故障程度，提高測后故障診斷的能力。
【主權項】
1.一種基于仲裁器的綁定前硅通孔測試結構，其特征在于:包括參考延時電路、被測TSV模塊電路、仲裁器電路、輸入節(jié)點In、輸出節(jié)點Outl、輸出節(jié)點0ut2，其中: 所述參考延時電路由第一反相器、第二反相器、第三反相器、第四反相器、第一電容、第二電容、第三電容、第四電容、第一四選一多路選擇器、第五反相器構成，其中第一反相器、第二反相器、第三反相器、第四反相器的輸入端共接至輸入節(jié)點In，第一反相器、第二反相器、第三反相器、第四反相的輸出端 對應與第一四選一多路選擇器的四個輸入端連接，且第一反相器、第二反相器、第三反相器、第四反相的輸出端還一一對應通過第一電容、第二電容、第三電容、第四電容與地相連接，第一四選一多路選擇器的輸出端與第五反相器輸入端連接，第五反相器輸出端連接至仲裁器電路； 所述被測TSV模塊電路由第六反相器、被測TSV、第二四選一多路選擇器、第七反相器構成，其中第六反相器的輸入端連接至輸入節(jié)點In，第六反相器的輸出端分別連接至被測TSV、第二四選一多路選擇器的四個輸入端，第二四選一多路選擇器的輸出端與第七反相器的輸入端連接，第七反相器的輸出端連接至仲裁器電路； 所述仲裁器電路由第一與非門、第二與非門、第一 PM0S管、第一 NM0S管、第二 PM0S管、第二 NM0S管構成，所述參考延時電路中第五反相器輸出端與第一與非門的輸入端a相連接，被測TSV模塊電路中第七反相器的輸出端與第二與非門的輸入端b相連接，第一與非門的輸出端分別與第二與非門的輸入端a、第一 PM0S管的柵極、第一 NM0S管的柵極、第二PM0S管的源極連接，第二與非門的輸出端分別與第一與非門的輸入端b、第二 PM0S管的柵極、第二 NM0S管的柵極、第一 PM0S管的源極連接，第一 PM0S管的漏極與第一 NM0S管的漏極共接至輸出節(jié)點Outl，第二 PM0S管的漏極與第二 NM0S管的漏極共接至輸出節(jié)點0ut2，第一 NM0S管的源極、第二 NM0S管的源極分別與地相連接。2.根據權利要求1所述的一種基于仲裁器的綁定前硅通孔測試結構，其特征在于:設無故障的TSV的等效電容為C，參考延時電路中的第一電容、第二電容、第三電容、第四電容的容值分別為略小于C的0.999C、0.995C、0.99C、0.9C。3.根據權利要求1所述的一種基于仲裁器的綁定前硅通孔測試結構，其特征在于:所述第一反相器、第二反相器、第三反相器、第四反相器以及第六反相器的參數完全相同；第一四選一多路選擇器與第二四選一多路選擇器的參數完全相同；第五反相器與第七反相器的參數完全相同；第一與非門與第二與非門的參數完全相同；第一 PM0S管與第二 PM0S管的參數完全相同；第一 NM0S管與第二 NM0S管的參數完全相同。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于仲裁器的綁定前硅通孔測試結構，針對現有TSV測試方案只能夠檢測單種故障以及測試精度不高可檢測故障范圍窄的難題，實現對電阻開路故障、泄漏故障以及兩種故障共存的TSV檢測。包括參考延時電路、被測TSV模塊電路、仲裁器電路、輸入節(jié)點In、輸出節(jié)點Out1和輸出節(jié)點Out2。依次將被測TSV的延遲時間與不同的參考延遲時間比較，仲裁器電路給出比較結果，確定被測TSV是否存在故障以及存在故障的級別。本發(fā)明可以有效的檢測出存在電阻開路故障、泄漏故障以及兩種故障共存的TSV，具有精度高、可檢測故障范圍廣、提供故障分級功能等優(yōu)點。
【IPC分類】H01L21/66
【公開號】CN105405785
【申請?zhí)枴緾N201510757342
【發(fā)明人】梁華國, 劉永, 黃正峰, 李黃祺, 蔣翠云, 易茂祥, 歐陽一鳴
【申請人】合肥工業(yè)大學
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年11月5日