一種硅通孔的電遷移測試結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種硅通孔的電遷移測試結(jié)構(gòu)，包括：通過底層金屬連接的第一硅通孔及第二硅通孔，所述第一硅通孔及所述第二硅通孔的上端分別連接第一測試端及第二測試端，所述第一硅通孔及所述第二硅通孔通過所述底層金屬與一溫度傳感器相連。本實用新型的硅通孔的電遷移測試結(jié)構(gòu)在原有測試結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加溫度傳感器，以此感知大電流產(chǎn)生的焦耳熱，并據(jù)此調(diào)節(jié)電遷移測試的溫度環(huán)境，進而避免焦耳熱效應(yīng)對測試結(jié)構(gòu)的影響，提高硅通孔電遷移測試的準確性和半導(dǎo)體產(chǎn)品的良率。
【專利說明】
一種硅通孔的電遷移測試結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型涉及半導(dǎo)體器件測試領(lǐng)域，特別是涉及一種硅通孔的電迀移測試結(jié) 構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 穿透娃通孔技術(shù)，一般簡稱娃通孔技術(shù)，英文縮寫為TSV(through silicon via)。 它是三維集成電路中堆疊芯片實現(xiàn)互連的一種新的技術(shù)解決方案。由于硅通孔技術(shù)能夠使 芯片在三維方向堆疊的密度最大、芯片之間的互連線最短、外形尺寸最小，可以有效地實現(xiàn) 這種3D芯片層疊，制造出結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、性能更強大、更具成本效率的芯片，成為了目前電子 封裝技術(shù)中最引人注目的一種技術(shù)。
[0003] 隨著幾何尺寸的不斷擴大，電流密度在電路互連中急劇增加，帶來的一個最主要 的可靠性問題就是電迀移。電迀移(Electro Migration，EM)是半導(dǎo)體錯銅制程工藝后段可 靠性評估的重要項目之一，由導(dǎo)電電子與擴散的金屬原子之間的動量轉(zhuǎn)移導(dǎo)致。在一定溫 度下，在金屬中施加一定的電流，當(dāng)電迀移發(fā)生時，一個運動電子的部分動量轉(zhuǎn)移到鄰近的 激活離子，這就導(dǎo)致該離子離開原始位置。當(dāng)電流密度較大時，電子在靜電場力的驅(qū)動下從 陰極向陽極定向移動形成"電子風(fēng)"（Electron Wind)，進而會引起龐大數(shù)量的原子遠離它 們的原始位置。隨著時間的推移，電迀移會導(dǎo)致導(dǎo)體，尤其是狹窄的導(dǎo)線中出現(xiàn)斷裂或缺口 進而阻止電子的流動，這種缺陷被稱為空洞(Void)或內(nèi)部失效，即開路。電迀移還會導(dǎo)致導(dǎo) 體中的原子堆積并向鄰近導(dǎo)體漂移進而形成突起物(Hillock)，產(chǎn)生意外的電連接，即短 路。由于硅通孔由金屬填充，因此也存在電迀移現(xiàn)象。
[0004] 由于硅通孔需要貫通整個硅芯片，在對硅通孔進行電迀移測試時，往往需要施加 大電流，以加速測試，但是大電流勢必會產(chǎn)生較大的焦耳熱，而焦耳熱會使得整個硅通孔電 迀移測試結(jié)構(gòu)的溫度在原測試溫度條件下升高，使得硅通孔電迀移測試結(jié)構(gòu)的實際測試問 題提高，繼而對電迀移測試結(jié)果產(chǎn)生影響，無法準確評價其電迀移特性。
[0005] 因此，如何避免大電流引起的焦耳熱對硅通孔電迀移測試的影響，提高硅通孔電 迀移測試的準確性，保證半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和可靠性，進而提高半導(dǎo)體器件的良品率已成 為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題之一。 【實用新型內(nèi)容】
[0006] 鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本實用新型的目的在于提供一種硅通孔的電迀移 測試結(jié)構(gòu)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中硅通孔電迀移測試中大電流產(chǎn)生的焦耳熱影響測試結(jié)果 的問題。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本實用新型提供一種硅通孔的電迀移測試結(jié) 構(gòu)，所述硅通孔的電迀移測試結(jié)構(gòu)至少包括：
[0008] 通過底層金屬連接的第一硅通孔及第二硅通孔，所述第一硅通孔及所述第二硅通 孔的上端分別連接第一測試端及第二測試端，所述第一硅通孔及所述第二硅通孔通過所述 底層金屬與一溫度傳感器相連。
[0009] 優(yōu)選地，所述溫度傳感器包括與所述底層金屬連接的第三硅通孔及第四硅通孔， 所述第三硅通孔及所述第四硅通孔的上端分別連接第三測試端及第四測試端。
[0010] 更優(yōu)選地，所述第一硅通孔作為被測對象，所述第三硅通孔與所述第四硅通孔到 所述第一硅通孔的距離相等。
[0011]更優(yōu)選地，所述測試端包括電壓測試端和電流測試端。
[0012]更優(yōu)選地，各測試端與平行設(shè)置。
[0013] 更優(yōu)選地，各硅通孔中填充的材質(zhì)為Cu或A1。
[0014] 優(yōu)選地，所述底層金屬的材質(zhì)為Cu或Al。
[0015] 如上所述，本實用新型的硅通孔的電迀移測試結(jié)構(gòu)，具有以下有益效果：
[0016] 本實用新型的硅通孔的電迀移測試結(jié)構(gòu)在原有測試結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加溫度傳感 器，以此感知大電流產(chǎn)生的焦耳熱，并據(jù)此調(diào)節(jié)電迀移測試的溫度環(huán)境，進而避免焦耳熱效 應(yīng)對測試結(jié)構(gòu)的影響，提高硅通孔電迀移測試的準確性和半導(dǎo)體產(chǎn)品的良率。
【附圖說明】
[0017] 圖1顯示為本實用新型的硅通孔的電迀移測試結(jié)構(gòu)的立體示意圖。
[0018] 圖2顯示為本實用新型的硅通孔的電迀移測試結(jié)構(gòu)的俯視示意圖。
[0019] 元件標號說明
[0020] 1 硅通孔的電迀移測試結(jié)構(gòu)
[0021] 11 底層金屬
[0022] 121~124 第一~第四硅通孔
[0023] 131~134 第一~第四測試端
[0024] F2、F1、F1'、F' 第一~第四電壓測試端
[0025] S2、S1、S' 第一、第三~第四電流測試端
[0026] Sl ~S5 步驟
【具體實施方式】
[0027]以下通過特定的具體實例說明本實用新型的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說 明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本實用新型的其他優(yōu)點與功效。本實用新型還可以通過另外 不同的【具體實施方式】加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng) 用，在沒有背離本實用新型的精神下進行各種修飾或改變。
[0028] 請參閱圖1~圖2。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本 實用新型的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本實用新型中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的 組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改 變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0029] 如圖1~圖2所示，本發(fā)明提供一種硅通孔的電迀移測試結(jié)構(gòu)1，所述硅通孔的電迀 移測試結(jié)構(gòu)1至少包括：
[0030] 通過底層金屬11連接的第一硅通孔121及第二硅通孔122,所述第一硅通孔121及 所述第二硅通孔122的上端分別連接第一測試端131及第二測試端132,所述第一硅通孔121 及所述第二硅通孔122通過所述底層金屬11與一溫度傳感器相連。
[0031]具體地，如圖1所示，在本實施例中，所述第一硅通孔121作為測試對象，其一端連 接所述底層金屬11，另一端連接所述第一測試端131。如圖2所示，所述第一測試端131包括 第一電壓測試端F2和第一電流測試端S2。在本實施例中，所述底層金屬11及各硅通孔中填 充的材質(zhì)包括但不限于Cu、Al。
[0032]具體地，如圖1所示，所述第二硅通孔122的一端連接所述底層金屬11，另一端連接 所述第二測試端132。如圖2所示，所述第二測試端132包括第二電壓測試端F1。
[0033] 具體地，如圖1所示，所述溫度傳感器對所述第一硅通孔121、所述第二硅通孔122 及所述底層金屬11上的溫度進行檢測并輸出相關(guān)溫度信息，包括:一端與所述底層金屬11 連接的第三硅通孔123及第四硅通孔124,所述第三硅通孔123的另一端連接第三測試端 133,所述第四硅通孔124的另一端第四測試端134。如圖2所示，所述第三測試端133包括第 三電壓測試端F1'和第三電流測試端SI;所述第四測試端134包括第四電壓測試端F'和第四 電流測試端S'。
[0034] 具體地，如圖2所示，所述第三硅通孔123與所述第四硅通孔124到所述第一硅通孔 121的距離相等。
[0035]具體地，如圖2所示，所述第一測試端131~所述第四測試端134平行設(shè)置，以減小 所述硅通孔的電迀移測試結(jié)構(gòu)1所占用的面積。
[0036]如圖1所示，所述硅通孔的電迀移測試結(jié)構(gòu)1的工作原理如下：
[0037]步驟Sl:將帶有所述硅通孔的電迀移測試結(jié)構(gòu)1的硅芯片放入腔室中，對所述腔室 加熱，然后檢測所述第三測試端133及所述第四測試端134,以獲取所述溫度傳感器的溫度 系數(shù)TCR。
[0038]具體地，在本實施例中，在所述腔室溫度為25 °C、50 °C、75°C的條件下，在所述第三 電流測試端Sl和所述第四電流測試端S'上施加電流，檢測所述第三電壓測試端F1'及所述 第四電壓測試端F'上的電壓，以獲取電阻值;或者在所述第三電壓測試端F1'和所述第四電 壓測試端F'上施加電壓，檢測所述第三電流測試端Sl及所述第四電流測試端S'上的電流， 以獲取電阻值。進而得到溫度與所述溫度傳感器的電阻的關(guān)系（即溫度系數(shù)TCR)。
[0039] 步驟S2:將所述腔室溫度設(shè)定為目標溫度Ttarget,通過所述第三測試端133及所述 第四測試端134獲取目標溫度Ttarget下所述溫度傳感器的電阻，記為Rse_r- 0。
[0040] 具體地，在本實施例中，所述目標溫度Ttarget為300 °C。
[0041] 步驟S3:在所述目標溫度Ttarget下通過所述第一測試端131及所述第二測試端132 施加電流，然后通過所述第三測試端133及所述第四測試端134獲取所述溫度傳感器的電 IS. 7 T5^jRsensor-n 〇
[0042] 步驟S4:根據(jù)公式獲取大電流產(chǎn)生的焦耳熱。
[0043] 具體地，Rsenscir n = Rsenscir-?！?ΔΤ · TCR， (1)
[0044] 由此得到大電流產(chǎn)生的焦耳熱的關(guān)系式：
[0045] 將步驟Sl~步驟S3測到的相應(yīng)參數(shù)代入式(2)的得到大電流產(chǎn)生的焦耳熱對應(yīng)的 溫度。
[0046] 步驟S5:將所述目標溫度Ttarget重新設(shè)置為Ttarget- Δ T，并將Ttarget- Δ T作為所述腔 室的設(shè)定溫度，在此溫度下對硅通孔進行電迀移測試。
[0047] 此時進行的硅通孔電迀移測試中，所述硅通孔的電迀移測試結(jié)構(gòu)上的實際溫度為 理論測試條件所要求的溫度，避免了焦耳熱對測試的影響，測試的準確性大大提高。
[0048] 如上所述，本實用新型的硅通孔的電迀移測試結(jié)構(gòu)，具有以下有益效果：
[0049] 本實用新型的硅通孔的電迀移測試結(jié)構(gòu)在原有測試結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加溫度傳感 器，以此感知大電流產(chǎn)生的焦耳熱，并據(jù)此調(diào)節(jié)電迀移測試的溫度環(huán)境，進而避免焦耳熱效 應(yīng)對測試結(jié)構(gòu)的影響，提高硅通孔電迀移測試的準確性和半導(dǎo)體產(chǎn)品的良率。
[0050] 綜上所述，本實用新型提供一種硅通孔的電迀移測試結(jié)構(gòu)，包括:通過底層金屬連 接的第一硅通孔及第二硅通孔，所述第一硅通孔及所述第二硅通孔的上端分別連接第一測 試端及第二測試端，所述第一硅通孔及所述第二硅通孔通過所述底層金屬與一溫度傳感器 相連。本實用新型的硅通孔的電迀移測試結(jié)構(gòu)在原有測試結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加溫度傳感器， 以此感知大電流產(chǎn)生的焦耳熱，并據(jù)此調(diào)節(jié)電迀移測試的溫度環(huán)境，進而避免焦耳熱效應(yīng) 對測試結(jié)構(gòu)的影響，提高硅通孔電迀移測試的準確性和半導(dǎo)體產(chǎn)品的良率。所以，本實用新 型有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。
[0051] 上述實施例僅例示性說明本實用新型的原理及其功效，而非用于限制本實用新 型。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本實用新型的精神及范疇下，對上述實施例進行 修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本實用新型所揭示的精 神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本實用新型的權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項】
1. 一種硅通孔的電迀移測試結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述硅通孔的電迀移測試結(jié)構(gòu)至少包 括： 通過底層金屬連接的第一硅通孔及第二硅通孔，所述第一硅通孔及所述第二硅通孔的 上端分別連接第一測試端及第二測試端，所述第一硅通孔及所述第二硅通孔通過所述底層 金屬與一溫度傳感器相連。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅通孔的電迀移測試結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述溫度傳感器包括 與所述底層金屬連接的第三硅通孔及第四硅通孔，所述第三硅通孔及所述第四硅通孔的上 端分別連接第三測試端及第四測試端。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的硅通孔的電迀移測試結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述第一硅通孔作為 被測對象，所述第三硅通孔與所述第四硅通孔到所述第一硅通孔的距離相等。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的硅通孔的電迀移測試結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述測試端包括 電壓測試端和電流測試端。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的硅通孔的電迀移測試結(jié)構(gòu)，其特征在于:各測試端平行設(shè) 置。6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的硅通孔的電迀移測試結(jié)構(gòu)，其特征在于:各硅通孔中填充 的材質(zhì)為Cu或Al。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅通孔的電迀移測試結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述底層金屬的材質(zhì) 為Cu或Al。
【文檔編號】H01L21/66GK205542717SQ201620066266
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月22日
【發(fā)明人】陳芳
【申請人】中芯國際集成電路制造(北京)有限公司, 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司