基于soi襯底的tsv通孔絕緣層測試結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于SOI襯底的TSV通孔絕緣層測試結(jié)構(gòu)，在頂層硅正面和底層硅背面分別制作一號和二號歐姆接觸測試點，每個歐姆接觸測試點包括一個重摻雜有源區(qū)和一個鋁金屬壓焊點，測試時，一號直流可變電壓源串接一號電流電壓表后通過金屬探針串接TSV銅柱和一號歐姆接觸測試點的鋁金屬壓焊點；二號直流可變電壓源串接二號電流電壓表后通過金屬探針串接TSV銅柱與二號歐姆接觸測試點的鋁金屬壓焊點。本發(fā)明不僅可以實現(xiàn)完整的TSV通孔絕緣層測試，整體評估TSV通孔絕緣層質(zhì)量，還可有效的判斷出頂、底兩部分TSV通孔絕緣層缺陷存在區(qū)域，方便篩除TSV通孔有缺陷的晶圓，增加SOI立體集成器件可靠性。
【專利說明】基于SOI襯底的TSV通孔絕緣層測試結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及微電子【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]TSV通孔絕緣層質(zhì)量好壞對立體集成工藝質(zhì)量及器件可靠性影響巨大，通過設(shè)計TSV絕緣層測試結(jié)構(gòu)，進行耐壓、漏電測試，可對TSV絕緣層質(zhì)量進行評估，從而確保立體集成工藝質(zhì)量和器件可靠性。目前，最常用的TSV通孔絕緣層測試結(jié)構(gòu)以文獻“Electricaland Morphological Assessment of Via Middle and Backside Process Technologyfor3D Integration (ECTC201262nd)”中提出的結(jié)構(gòu)為主，此結(jié)構(gòu)(參見圖1)需要在晶圓背面制作歐姆接觸(包括有源區(qū)和鋁金屬接觸點)，然后將兩根探針一根正面連接待測TSV銅柱，另外一根連接晶圓背面歐姆接觸測試點，通過在兩根探針之間接入電源激勵，從而實現(xiàn)TSV通孔絕緣層耐壓和漏電測試。此測試結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，常用于基于單晶硅襯底的TSV通孔絕緣層測試，但是由于SOI襯底結(jié)構(gòu)存在二氧化硅埋氧層(參見圖2)，導致頂層硅和底層硅之間被介質(zhì)隔離無法導電，所以上述絕緣層測試結(jié)構(gòu)只能對SOI結(jié)構(gòu)中底層硅TSV通孔絕緣層的耐壓和漏電特性進行有效測試，而不能實現(xiàn)完整的TSV通孔絕緣層測試，進而無法評估TSV通孔整體絕緣層的質(zhì)量，不利于后續(xù)SOI立體集成工藝開展，會遺留耐壓降低、漏電增加的安全隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)無法對基于SOI的TSV通孔進行完整、有效的絕緣層耐壓和漏電測試的不足，本發(fā)明提 供一種基于SOI襯底的TSV通孔絕緣層測試結(jié)構(gòu)，可以分別對頂層硅和底層硅兩部分TSV通孔絕緣層進行耐壓和漏電測試，不僅可以實現(xiàn)完整的TSV通孔絕緣層測試，整體評估TSV通孔絕緣層質(zhì)量，還可有效的判斷出頂、底兩部分TSV通孔絕緣層缺陷存在區(qū)域，方便篩除TSV通孔有缺陷的晶圓，增加SOI立體集成器件可靠性。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:包括歐姆接觸測試點、金屬探針、直流可變電壓源和電流電壓表；在底層硅背面和頂層硅正面各制作一個歐姆接觸測試點，頂層硅正面為一號歐姆接觸測試點，底層硅背面為二號歐姆接觸測試點；每個歐姆接觸測試點包括一個重摻雜有源區(qū)和一個鋁金屬壓焊點，當硅襯底為P型襯底時重摻雜有源區(qū)為P+型，當硅襯底為N型襯底時重摻雜有源區(qū)為N-型，鋁金屬壓焊點為方形；一號歐姆接觸測試點的鋁金屬壓焊點中心與TSV通孔中心的距離L≥D，D為受耐壓測試TSV通孔的直徑；測試時，一號直流可變電壓源串接一號電流電壓表后通過金屬探針串接TSV銅柱和一號歐姆接觸測試點的鋁金屬壓焊點；二號直流可變電壓源串接二號電流電壓表后通過金屬探針串接TSV銅柱與二號歐姆接觸測試點的鋁金屬壓焊點。
[0005]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提出的基于SOI襯底的TSV通孔絕緣層測試結(jié)構(gòu)可以滿足SOI襯底上TSV通孔絕緣層完整、有效的測試。與常用的TSV通孔絕緣層測試結(jié)構(gòu)相t匕，本測試結(jié)構(gòu)在頂層硅正面和底層硅背面各制作一個歐姆接觸測試點，解決了因SOI襯底結(jié)構(gòu)存在二氧化硅埋氧層而無法實現(xiàn)頂層硅部分TSV通孔絕緣層有效測試的不足。使用該測試結(jié)構(gòu)可完整、有效的對基于SOI襯底的TSV通孔絕緣層進行耐壓、漏電特性測試，進而整體評估TSV通孔絕緣層的制作質(zhì)量，為準確判斷絕緣層發(fā)生缺陷區(qū)域，及早篩除TSV通孔絕緣層有缺陷的晶圓提供便利，避免其進入后續(xù)工藝造成巨大經(jīng)濟損失，發(fā)生漏電增加、耐壓降低的隱患，提高了 SOI立體集成器件可靠性，具有成本低，經(jīng)濟效率高等特點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1是常用的TSV通孔絕緣層測試結(jié)構(gòu)圖；
[0007]圖2是采用傳統(tǒng)測試結(jié)構(gòu)測試基于SOI的TSV通孔絕緣層的示意圖；
[0008]圖3是本發(fā)明的TSV通孔絕緣層測試結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖中，1-硅襯底，2-TSV通孔絕緣層，3-阻擋層TaN及銅種子層，4_硅襯底底部絕緣層，5-TSV銅柱，6-歐姆接觸測試點，7-有源區(qū)，8-鋁金屬壓焊點，9-電源激勵，10-探針，Il-TSV通孔底部絕緣層測試有效區(qū)域，12-頂層硅，13-埋氧層，14底層硅。
【具體實施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實施例。
[0011]本發(fā)明提出一種基于SOI襯底的TSV通孔絕緣層測試結(jié)構(gòu)(參見圖3)，該測試結(jié)構(gòu)的技術(shù)特征在于:需要在底層硅背面和頂層硅正面各制作一個歐姆接觸測試點，頂層硅正面為一號歐姆接觸測試點，底層硅背面為二號歐姆接觸測試點。每個歐姆接觸測試點由一個重摻雜有源區(qū)和鋁金屬壓焊點組成，其中重摻雜有源區(qū)需要按照硅襯底類型(P型襯底或N型襯底)來選擇，如果是P型襯底，那么重摻雜有源區(qū)為P+型，如果是N型襯底，那么重摻雜有源區(qū)為N-型，鋁金屬壓焊點為方形。整個歐姆接觸測試點應(yīng)根據(jù)TSV通孔布局及IC布局選擇合理的位置，晶圓正面應(yīng)避免一號歐姆接觸測試點有源區(qū)受TSV通孔電磁場及應(yīng)力影響，因此一號歐姆接觸測試點方形壓焊點中心應(yīng)與TSV通孔中心保持L距離(L 3D，D為受耐壓測試TSV通孔的直徑)，而背面歐姆接出測試點與TSV通孔距離沒有限制。
[0012]測試時，需要用到直流可變電壓源，由于頂層硅正面制作了歐姆接觸測試點，所以可將一根金屬探針接觸TSV銅柱，另外一根金屬探針接觸頂層硅一號歐姆接觸測試點的鋁金屬壓焊點，在兩根探針之間施加線性增加的電源激勵，同時在測試儀器顯示器上觀察電流曲線，當電流在某一點電壓值上陡然增大，則可判斷此點電壓值為絕緣層最大耐壓值，進而實現(xiàn)頂層硅部分TSV通孔絕緣層的耐壓和漏電測試。同理，在TSV銅柱與底層硅背面二號歐姆接觸測試點的鋁金屬壓焊點間施加線性增加的電源激勵后，也可完成底層硅部分TSV通孔絕緣層的測試。待頂層、底層兩部分TSV通孔絕緣層測試都完成后，即完成了整體TSV通孔絕緣層的耐壓、漏電測試。
[0013]實施例1:
[0014]如圖3所示，SOI晶圓襯底為P型硅，埋氧層13厚度2500A，頂層硅12厚度3000A，底層硅14厚度80 μ m, TSV銅柱5直徑30 μ m, TSV通孔絕緣層2厚度0.6 μ m，阻擋層TaN及銅種子3層厚度為0.4 μ m，硅襯底底部絕緣層4厚度I μ m。二號號歐姆接觸測試點16位于底層硅14背面，其中二號歐姆接觸測試點16有源區(qū)7為重摻雜P+區(qū)，注入深度1000A，鋁金屬壓焊點8為5 μ mX 5 μ m的正方形；一號歐姆接觸測試點15位于頂層硅12正面，其壓焊點8距離TSV通孔中心30 μ m，其中一號歐姆接觸測試點15有源區(qū)7為重摻雜P+區(qū)，注入深度1000A,鋁金屬壓焊點8為5 μ mX5 μ m的正方形，電源激勵9為直流可變電壓源，其電壓值測試范圍為OV?150V。
[0015]測試時，將一根金屬探針接觸TSV銅柱，另外一根金屬探針接觸頂層硅正面一號歐姆接觸測試點的鋁金屬壓焊點，在兩根探針之間施加電源激勵，電壓值從0V-100V逐漸增加，同時在測試儀器顯示器上觀察電流曲線，當電流在某一點電壓值上陡然增大，則可判斷此點電壓值為絕緣層最大耐壓值，進而實現(xiàn)頂層硅部分TSV通孔絕緣層的耐壓和漏電測試。同理，在TSV銅柱與底層硅背面二號歐姆接觸測試點的鋁金屬壓焊點間施加電源激勵后，也可完成底層硅部分TSV通孔絕緣層的測試。待頂層、底層兩部分TSV通孔絕緣層測試都完成后，即完成了整體TSV通孔絕緣層的耐壓、漏電測試。
[0016]實施例2:
[0017]如圖3所示，SOI晶圓襯底為N型硅，埋氧層13厚度3000A，頂層硅12厚度3500A,底層硅14厚度80 μ m, TSV銅柱5直徑25 μ m, TSV通孔絕緣層2厚度0.4 μ m，阻擋
層TaN及銅種子3層厚度為0.2 μ m，硅襯底底部絕緣層4厚度I μ m。二號號歐姆接觸測試點16位于底層硅14背面，其中二號歐姆接觸測試點16有源區(qū)7為重摻雜N-區(qū)，注入深度1000A,鋁金屬壓焊點8為8μπιΧ8μπι的正方形；一號歐姆接觸測試點15位于頂層硅12正面，其壓焊點8距離TSV通孔中心25 μ m，其中一號歐姆接觸測試點15有源區(qū)7為重摻雜N-區(qū)，注入深度IOOOA，鋁金屬壓焊點8為5 μ mX 5 μ m的正方形，電源激勵9為直流可變電壓源，其電壓值測試范圍為OV?150V。
[0018]測試時，將一根金屬探針接觸TSV銅柱，另外一根金屬探針接觸頂層硅正面一號歐姆接觸測試點的鋁金屬壓焊點，在兩根探針之間施加電源激勵，電壓值從0V-150V逐漸增加，同時在測試儀器顯示器上觀察電流曲線，當電流在某一點電壓值上陡然增大，則可判斷此點電壓值為絕緣層最大耐壓值，進而實現(xiàn)頂層硅部分TSV通孔絕緣層的耐壓和漏電測試。同理，在TSV銅柱與底層硅背面二號歐姆接觸測試點的鋁金屬壓焊點間施加電源激勵后，也可完成底層硅部分TSV通孔絕緣層的測試。待頂層、底層兩部分TSV通孔絕緣層測試都完成后，即完成了整體TSV通孔絕緣層的耐壓、漏電測試。
【權(quán)利要求】
1.一種基于SOI襯底的TSV通孔絕緣層測試結(jié)構(gòu)，包括歐姆接觸測試點、金屬探針、直流可變電壓源和電流電壓表，其特征在于:在底層硅背面和頂層硅正面各制作一個歐姆接觸測試點，頂層硅正面為一號歐姆接觸測試點，底層硅背面為二號歐姆接觸測試點；每個歐姆接觸測試點包括一個重摻雜有源區(qū)和一個鋁金屬壓焊點，當硅襯底為P型襯底時重摻雜有源區(qū)為P+型，當硅襯底為N型襯底時重摻雜有源區(qū)為N-型，鋁金屬壓焊點為方形；一號歐姆接觸測試點的鋁金屬壓焊點中心與TSV通孔中心的距離L ^ D，D為受耐壓測試TSV通孔的直徑；測試時，一號直流可變電壓源串接一號電流電壓表后通過金屬探針串接TSV銅柱和一號歐姆接觸測試點的鋁金屬壓焊點；二號直流可變電壓源串接二號電流電壓表后通過金屬探針串接TSV銅柱與二號歐姆 接觸測試點的鋁金屬壓焊點。
【文檔編號】H01L23/544GK103630802SQ201310541385
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月4日
【發(fā)明者】單光寶, 劉松, 孫有民, 李翔, 賀欣 申請人:中國航天科技集團公司第九研究院第七七一研究所