TSV测试结构的利记博彩app

本实用新型涉及半导体技术领域，特别涉及一种TSV测试结构。

背景技术：

随着微电子技术的不断进步，集成电路的特征尺寸不断缩小，互连密度不断提高，同时用户对高性能低耗电的要求也不断提高。硅通孔(Throught Silicon Via，简称TSV)工艺通过在晶圆中形成金属立柱，并配以金属凸点，可以实现晶圆(芯片)之间或芯片与基板间直接的三维互连，这样可以弥补传统半导体芯片二维布线的局限性。这种互连方式与传统的堆叠技术如键合技术相比具有三维方向堆叠密度大、封装后外形尺寸小等优点，从而大大提高芯片的速度并降低功耗。

随着3D封装技术的大规模应用，对TSV的可靠性要求越来越高。一般的TSV结构采用铜作为导电物质填充到TSV中，在平坦化后上方与金属层互连。通常，TSV的直径在几个微米到十几个微米之间。由于金属和衬底之间的膨胀系数的差异，容易导致衬底出现裂纹(crack)，产生TSV漏电现象；并且，在TSV中填充铜之后在铜中容易出现空洞(void)。

目前常用的测试裂纹与空洞的方法有：方法一，衬底与金属之间的漏电流测试，用于检测裂纹；方法二，X射线分析，用于检测空洞，但是方法一并不能及时的检测出衬底上的裂纹，检测率低，方法二虽然检测率高，但是检测时间慢，效率低。

因此，如何提供一种有效测量裂纹与空洞的TSV测试结构是本领域技术人员亟待解决的一个技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种TSV测试结构，能够快速准确的测试TSV结构中是否存在裂纹与空洞，提高测试的检出率及效率。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种TSV测试结构，包括具有第一类型掺杂的半导体衬底、形成于所述半导体衬底上的TSV孔，形成于所述TSV孔的侧壁及底部的绝缘层，填充于所述TSV孔内的导电材料，在所述半导体衬底与所述绝缘层之间还形成有掺杂层，所述掺杂层为第二类型掺杂，所述第一类型掺杂与第二类型掺杂的掺杂类型相反。

优选的，所述TSV测试结构还包括钝化层，位于所述半导体衬底、掺杂层、绝缘层以及导电材料的顶部，且所述钝化层在对应所述半导体衬底、掺杂层以及导电材料的位置上分别设置有至少一个第一通孔。

优选的，所述TSV测试结构还包括阻挡层，所述阻挡层位于所述钝化层与所述半导体衬底、掺杂层、绝缘层以及导电材料之间，所述阻挡层在对应所述半导体衬底、掺杂层以及导电材料的位置上分别设置有至少一个第二通孔，所述第二通孔与所述第一通孔一一对应。

优选的，所述TSV测试结构还包括填充于所述第一通孔与第二通孔中的金属引线。

优选的，与所述半导体衬底对应的第一通孔内的金属引线以及与所述掺杂层对应的第一通孔内的金属引线连接至一直流电压信号源。

更优选的，所述直流电压信号源提供击穿电压。

优选的，与所述掺杂层对应的第一通孔内的金属引线以及与所述导电材料对应的第一通孔内的金属引线连接至一交流电压信号源。

更优选的，所述交流电压信号源提供脉冲电压。

优选的，所述第一类型掺杂为P型掺杂，所述第二类型掺杂为N型掺杂。

优选的，所述掺杂层的厚度小于100um。

与现有技术相比，本实用新型所提供的TSV测试结构，通过在半导体衬底与绝缘层之间设置掺杂层，所述半导体衬底为第一类型掺杂，所述掺杂层为第二类型掺杂，所述第一类型掺杂与第二类型掺杂的掺杂类型相反，在所述半导体衬底与掺杂层之间通入击穿电压，根据需要的击穿电压的大小可以判断半导体衬底中是否存在裂纹，在所述掺杂层与所述导电材料之间通入交流电压，根据测量所述掺杂层与所述导电材料之间电流的大小判断导电材料中是否存在空洞，其测量方法简单，检出率高，并且提高了测试的效率。

附图说明

图1是本实用新型一实施例所提供的TSV测试结构的截面图。

图2是本实用新型一实施例所提供的TSV测试结构中测量空洞时的等效电路图。

图3是本实用新型一实施例所提供的TSV测试结构中测量空洞时的电压与电流的关系图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提供的一种TSV测试结构进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

请参考图1，图1为本实用新型一实施例所提供的TSV测试结构的截面图。如图1所示，本实用新型提供一种TSV测试结构，包括：半导体衬底10、形成于所述半导体衬底上的TSV孔11，形成于所述TSV孔11的侧壁及底部的绝缘层13，填充于所述TSV孔11内的导电材料14，在所述半导体衬底10与所述绝缘层13之间形成有掺杂层12，即所述掺杂层12形成于所述TSV孔11的侧壁及底部，所述绝缘层13形成于所述所述掺杂层12的表面；并且所述半导体衬底10为第一类型掺杂，所述掺杂层12为第二类型掺杂，所述第一类型掺杂与第二类型掺杂的掺杂类型相反。

所述TSV测试结构还包括钝化层16，位于所述半导体衬底10、掺杂层12、绝缘层13以及导电材料14的顶部，所述TSV测试结构还包括阻挡层15，位于所述钝化层16与所述半导体衬底10、掺杂层12、绝缘层13以及导电材料14之间。且所述钝化层16在对应所述半导体衬底10、掺杂层12以及导电材料14的位置上分别设置有至少一个第一通孔161，优选的，所述钝化层16在对应所述半导体衬底10、掺杂层12以及导电材料14的位置上分别设置有一个第一通孔161，相应的，在所述阻挡层15对应所述半导体衬底10、掺杂层12以及导电材料14的位置上设置有至少一个第二通孔151，所述第二通孔151与所述第一通孔161一一对应。

所述TSV测试结构还包括填充于所述第一通孔161与第二通孔151中的金属引线17，通过所述金属引线17能够使外部电路分别与所述半导体衬底10、掺杂层12以及导电材料14相连接。

与所述半导体衬底10对应的第一通孔161内的金属引线17以及与所述掺杂层12对应的第一通孔161内的金属引线17连接至一直流电压信号源U1，所述直流电压信号源U1提供击穿电压，即在所述半导体衬底10与所述掺杂层12之间通入击穿电压V，若达到击穿目的时的击穿电压V_b远小于正常情况下的击穿电压V_b0，即V_b<<V_b0，时，说明所述半导体衬底10上存在裂纹，若V_b与V_b0数值相当，则可以判定所述半导体衬底10上不存在裂纹。其中正常情况下的击穿电压V_b0为所述半导体衬底10上不存在裂纹时，在所述半导体衬底10与所述掺杂层12间通入的可以达到击穿时的击穿电压。

与所述掺杂层12对应的第一通孔161内的金属引线17以及与所述导电材料14对应的第一通孔161内的金属引线17连接至一交流电压信号源U2，即在所述掺杂层12与所述导电材料14之间通入交流电压，请参考图2所示，其为本实用新型一实施例所提供的TSV测试结构中测量空洞时的等效电路图，如图2所示，在所述掺杂层12与所述导电材料14之间通入电压时，所述掺杂层12相当于一电容C₁₂，所述绝缘层13也相当于一电容C₁₃，所述导电材料14相当于一电阻R₁₄，当所述掺杂层12与所述导电材料14之间通入的电压为交流电压时，相当于对图2所示的电路进行充放电，当充电时，所述交流电压信号源U2对所述电容C₁₂与电容C₁₃进行充电，当放电时，所述电容C₁₂与电容C₁₃进行放电，此时测量所述掺杂层12与所述导电材料14之间的电流，若测得的电流I远小于正常情况下的电流I₀时，则说明所述导电材料14中存在空洞，因为所述电容C₁₂与电容C₁₃的电阻值不发生变化，而在所述导电材料14中存在空洞时，所述导电材料14的电阻R₁₄远大于不存在空洞时所述导电材料14的电阻，导致最终的电流I远小于正常电流I₀，相应的，若测得的电流I与正常情况下的电流I₀相当时，则可以判断所述导电材料14中不存在空洞。其中，正常情况下的电流I₀为所述导电材料14中不存在空洞时，在所述导电材料14与所述掺杂层12之间通入交流电压，放电时得到的所述导电材料14与所述掺杂层12之间的电流。

请参考图3所示，其为本实用新型一实施例所提供的TSV测试结构中测量空洞时的电压与电流的关系图，如图3所示，曲线1为正常情况下，即不存在空洞时所述导电材料14与所述掺杂层12之间的电压与电流的关系图，曲线2为所述导电材料14内存在空洞时，所述导电材料14与所述掺杂层12之间的电压与电流的关系图。从图3可以看出，在电压V相同的情况下，曲线2的电流小于曲线1的电流。可以理解的是，由于图3仅是示意图，因此只是示意性的反应出曲线2的电流小于曲线1的电流，实际情况应该是，在电压V相同时，曲线2的电流远小于曲线1的电流。

所述第一类型掺杂与第二类型掺杂的掺杂类型相反，若所述第一类型掺杂为P型掺杂，则所述第二类型掺杂为N型掺杂，也就是说所述半导体衬底10为P型掺杂的半导体，所述掺杂层12为N型掺杂层；若所述第一类型掺杂为N型掺杂，则所述第二类型掺杂为P型掺杂，也就是说所述半导体衬底10为N型掺杂的半导体，所述掺杂层12为P型掺杂层。本实施例中，所述半导体衬底10为P型掺杂的半导体，所述掺杂层12为N型掺杂层。

本实施例中，在所述TSV孔11的侧壁及底部的所述掺杂层12的厚度均小于100um，例如30um、60um或90um。需要说明的是，从工艺可行性及产品可行性方面考虑，本实施例仅给出一个优选的范围，在其他实施例中，所述掺杂层12的厚度也可以大于等于100um，可以根据实际情况进行选择。

通过在半导体衬底与绝缘层之间设置掺杂层，所述半导体衬底为第一类型掺杂，所述掺杂层为第二类型掺杂，所述第一类型掺杂与第二类型掺杂的掺杂类型相反，在所述半导体衬底与掺杂层之间通入击穿电压，根据需要的击穿电压的大小可以判断半导体衬底中是否存在裂纹，在所述掺杂层与所述导电材料之间通入交流电压，根据测量所述掺杂层与所述导电材料之间电流的大小判断导电材料中是否存在空洞，其测量方法简单，检出率高，并且提高了测试的效率。

请参考图1，以下简单说明所述TSV测试结构的制造方法，以便于更好的理解本实施例所提出的TSV测试结构。

首先，提供一半导体衬底10，对所述半导体衬底10进行掺杂，形成第一类型掺杂的半导体衬底，本实施例中，所述半导体衬底10为P型掺杂的半导体衬底。

然后，在所述半导体衬底10表面进行打孔形成TSV孔11，打孔的深度以及直径根据实际需求来确定，打孔的方式可以通过半导体刻蚀工艺进行，也可以采用其他可行的方式，比如机械钻孔、激光打孔等。

优选地，本实施例中可以采用各向同性干法刻蚀的方法进行打孔，并且一般分为多个周期进行刻蚀。

然后，在所述TSV孔11的内壁及底部表面制备掺杂层12。可以在所述TSV孔11的内壁及底部表面上形成一层材料层，然后对所述材料层进行掺杂，所述材料层可以为硅层，或者也可以直接在所述TSV孔11的内壁及底部表面沉积形成掺杂层。本实施例中，所述掺杂层12为N型掺杂层。

接着，在所述掺杂层12的表面制备绝缘层13。所述绝缘层13可以为氧化物、氮化物或其他的绝缘材料，例如所述绝缘层13的材质为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等。

制作所述绝缘层13的方法可以采用化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)等镀膜方式制作而成，也可以是对掺杂层12进行氧化、氮化等方式直接制得。然后进行快速热处理(RTA)。所述绝缘层13主要起到绝缘的作用，防止TSV孔中的导电材料对半导体中的载流子变化造成影响。

接着，在所述TSV孔11中电镀形成导电材料14。得到上述具有绝缘层的TSV孔之后，通过电镀的方法在该TSV孔11内制备导电材料14。所述导电材料14优选的使用金属材料，比如W、Cu、Ag等，也可以使用其他导电材料，比如掺杂多晶硅或其组合物等。然后采取平坦化工艺去除半导体衬底10表面上多余的掺杂层12、绝缘层13及导电材料14。

然后，在所述半导体衬底10、掺杂层12、绝缘层13及导电材料14的表面制备阻挡层15。采用化学气相沉积的方法在所述半导体衬底10、掺杂层12、绝缘层13及导电材料14的表面形成阻挡层15，然后通过曝光与显影在所述阻挡层15上形成多个第二通孔151，所述第二通孔151所在的位置对应所述半导体衬底10、掺杂层12以及导电材料14，并且所述半导体衬底10、掺杂层12以及导电材料14可以分别对应一个或多个第二通孔151。本实施例中，并且所述半导体衬底10、掺杂层12以及导电材料14分别对应一个第二通孔151。

然后，在所述阻挡层15上形成钝化层16，优选的，所述钝化层16为绝缘层，也可以为聚合物，其制备方法可以采用旋涂或沉积等。然后通过曝光与显影在所述钝化层16上形成第一通孔161，所述第一通孔161与所述第二通孔151一一对应。

最后，在所述第一通孔161与第二通孔151中填充金属形成金属引线17，所述金属引线17能够使所述外部电路分别与所述半导体衬底10、掺杂层12以及导电材料14相连接。

与所述半导体衬底10对应的第一通孔161内的金属引线17以及与所述掺杂层12对应的第一通孔161内的金属引线17连接至一直流电压信号源U1，所述直流电压信号源U1提供击穿电压，若达到击穿目的时的击穿电压Vb远小于正常情况下的击穿电压V_b0，即V_b<<V_b0，时，说明所述半导体衬底10上存在裂纹，若V_b与V_b0数值相当，则可以判定所述半导体衬底10上不存在裂纹。

与所述掺杂层12对应的第一通孔161内的金属引线17以及与所述导电材料14对应的第一通孔161内的金属引线17连接至一交流电压信号源U2，当充电时，所述交流电压信号源U2对所述电容C₁₂与电容C₁₃进行充电，当放电时，所述电容C₁₂与电容C₁₃进行放电，此时测量所述掺杂层12与所述导电材料14之间的电流，若测得的电流I远小于正常情况下的电流I₀时，则说明所述导电材料14中存在空洞，若测得的电流I与正常情况下的电流I₀相当时，则可以判断所述导电材料14中不存在空洞。

通过本实用新型提供的TSV测试结构，能够方便准确的测试所述半导体衬底及导电材料中是否存在裂纹或空洞，其测试方法简单，测试结果准确，检出效率高，并且节省了测试的时间，提高了测试效率。

综上所述，本实用新型所提供的TSV测试结构，通过在半导体衬底与绝缘层之间设置掺杂层，所述半导体衬底为第一类型掺杂，所述掺杂层为第二类型掺杂，所述第一类型掺杂与第二类型掺杂的掺杂类型相反，在所述半导体衬底与掺杂层之间通入击穿电压，根据需要的击穿电压的大小可以判断半导体衬底中是否存在裂纹，在所述掺杂层与所述导电材料之间通入交流电压，根据测量所述掺杂层与所述导电材料之间电流的大小判断导电材料中是否存在空洞，其测量方法简单，检出率高，并且提高了测试的效率。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。