基于soi衬底的tsv通孔绝缘层测试结构的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于SOI衬底的TSV通孔绝缘层测试结构，在顶层硅正面和底层硅背面分别制作一号和二号欧姆接触测试点，每个欧姆接触测试点包括一个重掺杂有源区和一个铝金属压焊点，测试时，一号直流可变电压源串接一号电流电压表后通过金属探针串接TSV铜柱和一号欧姆接触测试点的铝金属压焊点；二号直流可变电压源串接二号电流电压表后通过金属探针串接TSV铜柱与二号欧姆接触测试点的铝金属压焊点。本发明不仅可以实现完整的TSV通孔绝缘层测试，整体评估TSV通孔绝缘层质量，还可有效的判断出顶、底两部分TSV通孔绝缘层缺陷存在区域，方便筛除TSV通孔有缺陷的晶圆，增加SOI立体集成器件可靠性。
【专利说明】基于SOI衬底的TSV通孔绝缘层测试结构
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及微电子【技术领域】。
【背景技术】
[0002]TSV通孔绝缘层质量好坏对立体集成工艺质量及器件可靠性影响巨大，通过设计TSV绝缘层测试结构，进行耐压、漏电测试，可对TSV绝缘层质量进行评估，从而确保立体集成工艺质量和器件可靠性。目前，最常用的TSV通孔绝缘层测试结构以文献“Electricaland Morphological Assessment of Via Middle and Backside Process Technologyfor3D Integration (ECTC201262nd)”中提出的结构为主，此结构(参见图1)需要在晶圆背面制作欧姆接触(包括有源区和铝金属接触点)，然后将两根探针一根正面连接待测TSV铜柱，另外一根连接晶圆背面欧姆接触测试点，通过在两根探针之间接入电源激励，从而实现TSV通孔绝缘层耐压和漏电测试。此测试结构设计简单，常用于基于单晶硅衬底的TSV通孔绝缘层测试，但是由于SOI衬底结构存在二氧化硅埋氧层(参见图2)，导致顶层硅和底层硅之间被介质隔离无法导电，所以上述绝缘层测试结构只能对SOI结构中底层硅TSV通孔绝缘层的耐压和漏电特性进行有效测试，而不能实现完整的TSV通孔绝缘层测试，进而无法评估TSV通孔整体绝缘层的质量，不利于后续SOI立体集成工艺开展，会遗留耐压降低、漏电增加的安全隐患。
【发明内容】
[0003]为了克服现有技术无法对基于SOI的TSV通孔进行完整、有效的绝缘层耐压和漏电测试的不足，本发明提 供一种基于SOI衬底的TSV通孔绝缘层测试结构，可以分别对顶层硅和底层硅两部分TSV通孔绝缘层进行耐压和漏电测试，不仅可以实现完整的TSV通孔绝缘层测试，整体评估TSV通孔绝缘层质量，还可有效的判断出顶、底两部分TSV通孔绝缘层缺陷存在区域，方便筛除TSV通孔有缺陷的晶圆，增加SOI立体集成器件可靠性。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括欧姆接触测试点、金属探针、直流可变电压源和电流电压表；在底层硅背面和顶层硅正面各制作一个欧姆接触测试点，顶层硅正面为一号欧姆接触测试点，底层硅背面为二号欧姆接触测试点；每个欧姆接触测试点包括一个重掺杂有源区和一个铝金属压焊点，当硅衬底为P型衬底时重掺杂有源区为P+型，当硅衬底为N型衬底时重掺杂有源区为N-型，铝金属压焊点为方形；一号欧姆接触测试点的铝金属压焊点中心与TSV通孔中心的距离L≥D，D为受耐压测试TSV通孔的直径；测试时，一号直流可变电压源串接一号电流电压表后通过金属探针串接TSV铜柱和一号欧姆接触测试点的铝金属压焊点；二号直流可变电压源串接二号电流电压表后通过金属探针串接TSV铜柱与二号欧姆接触测试点的铝金属压焊点。
[0005]本发明的有益效果是:本发明提出的基于SOI衬底的TSV通孔绝缘层测试结构可以满足SOI衬底上TSV通孔绝缘层完整、有效的测试。与常用的TSV通孔绝缘层测试结构相t匕，本测试结构在顶层硅正面和底层硅背面各制作一个欧姆接触测试点，解决了因SOI衬底结构存在二氧化硅埋氧层而无法实现顶层硅部分TSV通孔绝缘层有效测试的不足。使用该测试结构可完整、有效的对基于SOI衬底的TSV通孔绝缘层进行耐压、漏电特性测试，进而整体评估TSV通孔绝缘层的制作质量，为准确判断绝缘层发生缺陷区域，及早筛除TSV通孔绝缘层有缺陷的晶圆提供便利，避免其进入后续工艺造成巨大经济损失，发生漏电增加、耐压降低的隐患，提高了 SOI立体集成器件可靠性，具有成本低，经济效率高等特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]图1是常用的TSV通孔绝缘层测试结构图；
[0007]图2是采用传统测试结构测试基于SOI的TSV通孔绝缘层的示意图；
[0008]图3是本发明的TSV通孔绝缘层测试结构示意图；
[0009]图中，1-硅衬底，2-TSV通孔绝缘层，3-阻挡层TaN及铜种子层，4_硅衬底底部绝缘层，5-TSV铜柱，6-欧姆接触测试点，7-有源区，8-铝金属压焊点，9-电源激励，10-探针，Il-TSV通孔底部绝缘层测试有效区域，12-顶层硅，13-埋氧层，14底层硅。
【具体实施方式】
[0010]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
[0011]本发明提出一种基于SOI衬底的TSV通孔绝缘层测试结构(参见图3)，该测试结构的技术特征在于:需要在底层硅背面和顶层硅正面各制作一个欧姆接触测试点，顶层硅正面为一号欧姆接触测试点，底层硅背面为二号欧姆接触测试点。每个欧姆接触测试点由一个重掺杂有源区和铝金属压焊点组成，其中重掺杂有源区需要按照硅衬底类型(P型衬底或N型衬底)来选择，如果是P型衬底，那么重掺杂有源区为P+型，如果是N型衬底，那么重掺杂有源区为N-型，铝金属压焊点为方形。整个欧姆接触测试点应根据TSV通孔布局及IC布局选择合理的位置，晶圆正面应避免一号欧姆接触测试点有源区受TSV通孔电磁场及应力影响，因此一号欧姆接触测试点方形压焊点中心应与TSV通孔中心保持L距离(L 3D，D为受耐压测试TSV通孔的直径)，而背面欧姆接出测试点与TSV通孔距离没有限制。
[0012]测试时，需要用到直流可变电压源，由于顶层硅正面制作了欧姆接触测试点，所以可将一根金属探针接触TSV铜柱，另外一根金属探针接触顶层硅一号欧姆接触测试点的铝金属压焊点，在两根探针之间施加线性增加的电源激励，同时在测试仪器显示器上观察电流曲线，当电流在某一点电压值上陡然增大，则可判断此点电压值为绝缘层最大耐压值，进而实现顶层硅部分TSV通孔绝缘层的耐压和漏电测试。同理，在TSV铜柱与底层硅背面二号欧姆接触测试点的铝金属压焊点间施加线性增加的电源激励后，也可完成底层硅部分TSV通孔绝缘层的测试。待顶层、底层两部分TSV通孔绝缘层测试都完成后，即完成了整体TSV通孔绝缘层的耐压、漏电测试。
[0013]实施例1:
[0014]如图3所示，SOI晶圆衬底为P型硅，埋氧层13厚度2500A，顶层硅12厚度3000A，底层硅14厚度80 μ m, TSV铜柱5直径30 μ m, TSV通孔绝缘层2厚度0.6 μ m，阻挡层TaN及铜种子3层厚度为0.4 μ m，硅衬底底部绝缘层4厚度I μ m。二号号欧姆接触测试点16位于底层硅14背面，其中二号欧姆接触测试点16有源区7为重掺杂P+区，注入深度1000A，铝金属压焊点8为5 μ mX 5 μ m的正方形；一号欧姆接触测试点15位于顶层硅12正面，其压焊点8距离TSV通孔中心30 μ m，其中一号欧姆接触测试点15有源区7为重掺杂P+区，注入深度1000A,铝金属压焊点8为5 μ mX5 μ m的正方形，电源激励9为直流可变电压源，其电压值测试范围为OV?150V。
[0015]测试时，将一根金属探针接触TSV铜柱，另外一根金属探针接触顶层硅正面一号欧姆接触测试点的铝金属压焊点，在两根探针之间施加电源激励，电压值从0V-100V逐渐增加，同时在测试仪器显示器上观察电流曲线，当电流在某一点电压值上陡然增大，则可判断此点电压值为绝缘层最大耐压值，进而实现顶层硅部分TSV通孔绝缘层的耐压和漏电测试。同理，在TSV铜柱与底层硅背面二号欧姆接触测试点的铝金属压焊点间施加电源激励后，也可完成底层硅部分TSV通孔绝缘层的测试。待顶层、底层两部分TSV通孔绝缘层测试都完成后，即完成了整体TSV通孔绝缘层的耐压、漏电测试。
[0016]实施例2:
[0017]如图3所示，SOI晶圆衬底为N型硅，埋氧层13厚度3000A，顶层硅12厚度3500A,底层硅14厚度80 μ m, TSV铜柱5直径25 μ m, TSV通孔绝缘层2厚度0.4 μ m，阻挡
层TaN及铜种子3层厚度为0.2 μ m，硅衬底底部绝缘层4厚度I μ m。二号号欧姆接触测试点16位于底层硅14背面，其中二号欧姆接触测试点16有源区7为重掺杂N-区，注入深度1000A,铝金属压焊点8为8μπιΧ8μπι的正方形；一号欧姆接触测试点15位于顶层硅12正面，其压焊点8距离TSV通孔中心25 μ m，其中一号欧姆接触测试点15有源区7为重掺杂N-区，注入深度IOOOA，铝金属压焊点8为5 μ mX 5 μ m的正方形，电源激励9为直流可变电压源，其电压值测试范围为OV?150V。
[0018]测试时，将一根金属探针接触TSV铜柱，另外一根金属探针接触顶层硅正面一号欧姆接触测试点的铝金属压焊点，在两根探针之间施加电源激励，电压值从0V-150V逐渐增加，同时在测试仪器显示器上观察电流曲线，当电流在某一点电压值上陡然增大，则可判断此点电压值为绝缘层最大耐压值，进而实现顶层硅部分TSV通孔绝缘层的耐压和漏电测试。同理，在TSV铜柱与底层硅背面二号欧姆接触测试点的铝金属压焊点间施加电源激励后，也可完成底层硅部分TSV通孔绝缘层的测试。待顶层、底层两部分TSV通孔绝缘层测试都完成后，即完成了整体TSV通孔绝缘层的耐压、漏电测试。
【权利要求】
1.一种基于SOI衬底的TSV通孔绝缘层测试结构，包括欧姆接触测试点、金属探针、直流可变电压源和电流电压表，其特征在于:在底层硅背面和顶层硅正面各制作一个欧姆接触测试点，顶层硅正面为一号欧姆接触测试点，底层硅背面为二号欧姆接触测试点；每个欧姆接触测试点包括一个重掺杂有源区和一个铝金属压焊点，当硅衬底为P型衬底时重掺杂有源区为P+型，当硅衬底为N型衬底时重掺杂有源区为N-型，铝金属压焊点为方形；一号欧姆接触测试点的铝金属压焊点中心与TSV通孔中心的距离L ^ D，D为受耐压测试TSV通孔的直径；测试时，一号直流可变电压源串接一号电流电压表后通过金属探针串接TSV铜柱和一号欧姆接触测试点的铝金属压焊点；二号直流可变电压源串接二号电流电压表后通过金属探针串接TSV铜柱与二号欧姆 接触测试点的铝金属压焊点。
【文档编号】H01L23/544GK103630802SQ201310541385
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月4日 优先权日:2013年11月4日
【发明者】单光宝, 刘松, 孙有民, 李翔, 贺欣 申请人:中国航天科技集团公司第九研究院第七七一研究所