用于半导体器件的测试电路和方法
【专利摘要】一种半导体器件，包括：第一裸片；第二裸片，经由穿硅通孔TSV与第一裸片耦接；以及测试电路，适用于通过控制流经TSV的电流量来测量TSV的电阻。
【专利说明】用于半导体器件的测试电路和方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2013年6月18日提交的申请号为10-2013-0069603的韩国专利申请 的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
【技术领域】
[0003] 本发明的示例性实施例涉及一种用于测试穿娃通孔（T虹OU曲-SiIicon-Via, TSV) 的电阻的半导体测试电路，和包括所述半导体测试电路的半导体器件。
【背景技术】
[0004] 用于半导体集成电路的封装技术已经不断地进步W满足对于半导体集成电路的 小型化和可靠性的要求。由于近来需要产品实现高性能和小尺寸，所W正研发不同的层叠 封装方法。其中之一是H维（3D)半导体器件，通过将多个芯片层叠在单个封装体中来提高 集成度W实现器件的高集成。
[0005] 层叠技术意味着将至少两个芯片或封装体垂直堆叠，可W实现与2D器件(诸如2D 半导体存储器件)的存储容量的两倍多一样多的存储容量。除了增大的存储容量之外，层叠 封装在安装密度和安装空间的效率方面也有优势。出于该些原因，正加速对于层叠封装产 业的研究和开发。
[0006] 层叠封装的个体半导体芯片经由金属线或穿娃通孔（TSV)而彼此电连接。层叠封 装中的TSV形成在半导体芯片的内部，并且层叠的半导体芯片经由TSV而彼此电连接。利 用了能与信号和电源接口的TSV的层叠封装由于改善的带宽而可W具有良好的操作性能， 同时最小化电流损耗和信号延迟。
[0007] 因为经由TSV在层叠芯片之间的可靠连接是重要的，所W测量封装之后的TSV的 电阻W检查TSV的连接。对于TSV的电阻测量，层叠芯片中的第一裸片与特定的测试焊盘 连接，并且层叠芯片的第二裸片提供有测试驱动器。测试驱动器将电源供应至TSV，并且流 经TSV的电流在测试焊盘处被监控。然而，由于在测量中包括的晶体管和因到测试焊盘的 距离而包括的电阻噪声，所W该种测量几乎无法测量TSV的电阻。由于在测量中包括的晶 体管的电阻远大于TSV的电阻，所W测量误差变得明显。归根结底，由于误差来自测量中包 括的晶体管的PVT (工艺、电压和温度)，所W难W准确地测量TSV的电阻。
【发明内容】
[0008] 本发明的一个实施例涉及一种半导体器件，所述半导体器件可W在封装之后测试 层叠的芯片的穿娃通孔（TSV)中最小化测量误差。
[0009] 根据本发明的一个实施例，一种半导体器件包括；第一裸片；第二裸片，经由穿娃 通孔（TSV)与第一裸片禪接；W及测试电路，适用于通过控制流经TSV的电流量来测量TSV 的电阻。
[0010] 根据本发明的另一个实施例，一种半导体器件包括：第一裸片；多个第二裸片，每 个第二裸片经由穿娃通孔（TSV)与第一裸片禪接；电流源，适用于响应于第一控制信号而 供应第一电流，并且响应于第二控制信号而供应第二电流，第一电流和第二电流流经TSV， 并且电流源被设置在每个第二裸片中；电流汇聚器，适用于产生测量电压，所述测量电压的 电平依赖于第一电流、或者第一电流和第二电流两者，电流汇聚器被设置在第一裸片中；W 及电阻测量器，适用于基于测量电压来测量TSV的电阻。
[0011] 根据本发明的另一个实施例，一种用于测量半导体芯片中TSV的电阻的方法，所 述半导体芯片包括在经由TSV彼此电连接的第一裸片和第二裸片。所述方法包括W下步 骤：将第一电流从第二裸片经由TSV供应至第一裸片；在第一裸片处测量经由TSV的第一 电流；将第一电流和第二电流从第二裸片经由TSV供应至第一裸片；在第一裸片处测量经 由TSV的第一电流和第二电流之和；W及基于测得的第一电流与测得的第一电流和第二电 流之和之间的差来获得TSV的电阻。
[0012] 根据本发明的另一个实施例，一种测试电路包括：电流源单元，适用于供应流经 TSV的可变电流，所述TSV将第一裸片和第二裸片彼此禪接；W及测量块，适用于基于等式 RTSV= VDD X (蒂芳^来测试TSV的电阻，其中，RTSV表示TSV的电阻，VDD表示电源，Ii 表示第一电流，W及Iln2表示第一电流和第二电流之和，其中，第一电流和第二电流从电流 源单元流出经由TSV流至测量块。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1是说明根据本发明的一个实施例的半导体器件的框图。
[0014] 图2是根据本发明的一个实施例的图1中所示的半导体器件的详细电路图。
[0015] 图3是根据本发明的一个实施例的图1中所示的半导体器件的详细电路图。
[0016] 图4是说明根据本发明的一个实施例的半导体器件的框图。
[0017] 图5是图4中所示的半导体器件的详细电路图。
[0018] 图6是根据本发明的一个实施例的信息处理系统的框图。
【具体实施方式】
[0019] W下将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。然而，本发明可W用不同 的方式实施，而不应解释为局限于本文所列的实施例。确切地说，提供该些实施例使得本公 开充分与完整，并向本领域技术人员充分传达本发明的范围。在本公开中，相同的附图标记 在本发明的不同附图和实施例中表示相同编号的部分。也应当注意的是，在本说明书中， "连接/禪接"表示一个部件直接与另一个部件禪接、或者经由中间部件与另一个部件间接 禪接。另外，只要不在句子中特意提及，单数形式可W包括复数形式。
[0020] 图1是说明根据本发明的一个实施例的半导体器件的框图。
[0021] 参见图1，包括测试电路1000的半导体器件可W包括第一裸片100和第二裸片 200,它们通过穿娃通孔（TSV)彼此禪接。
[0022] 第一裸片100可W是主裸片，而第二裸片200可W是从裸片。
[0023] 测试电路1000可W包括电流源单元210和测量块110。电流源单元210可W被 设置在第二裸片100中，而测量块110可W被设置在第一裸片100中。电流源单元210可 W包括多个电流源，并且响应于控制信号（未示出）而将可变电流供应至TSV。测量块110 用从电流源单元210流出的可变电流来测量TSV的电阻。测量块110可W包括电流汇聚单 元（current sink unit) 130,用于响应于控制信号而产生测量电压VMEAS,所述测量电压 VMEAS具有依赖于从电流源单元210流至测量块110的可变电流的电平。此外，测量块110 可W包括电阻测量单元150,用于基于测量电压VMEAS来测量TSV的电阻。
[0024] 图2是根据本发明的一个实施例的图1中所示的半导体器件的详细电路图。
[00巧]设置在第一裸片100中的各种内部电路和设置在第二裸片200中的对应部分可W 经由TSV而彼此传达信号和电力。
[0026] 在第二裸片200中，电流源单元210可W包括；第一电流源211，用于响应于第一 控制信号CSCAN而供应第一电流至TSV，W及第二电流源213,用于响应于第二控制信号 DSCAN而供应第二电流至TSV。第一控制信号CSCAN和第二控制信号DSCAN是用于测试操 作的控制信号。
[0027] 在第一裸片100中，电流汇聚单元130可W产生测量电压VMEAS，所述测量电压 VMEAS的电平依赖于从第一电流源211流出的第一电流或者依赖于从第二电流源213流出 的第一电流和第二电流两者。
[0028] 电流源单元210可W包括第一 PMOS晶体管Pl和第二PMOS晶体管P2,它们分别经 由栅极响应于第一控制信号CSCAN和第二控制信号DSCAN而被使能。第一 PMOS晶体管Pl 和第二PMOS晶体管P2中的每个具有与电源电压VDD禪接的源极和与TSV禪接的漏极。第 一 PMOS晶体管Pl和第二PMOS晶体管P2响应于输入至栅极的第一控制信号CSCAN和第二 控制信号DSCAN而将电源电压VDD传送至TSV。
[0029] 电流汇聚单元130可W包括；第一电流汇聚器（current sink)131，用于响应于第 一控制信号CSCAN而基于第一电流产生测量电压VMEAS ;和第二电流汇聚器133,用于响应 于第二控制信号DSCAN而基于第二电流产生测量电压VMEAS。
[0030] 第一电流汇聚器131包括第一传输口 TGl和第一 NMOS晶体管NI, W响应于第一控 制信号CSCAN和第H NMOS晶体管N3而基于从第一电流源211流出的第一电流产生测量电 压VMEAS。第一传输口 TGl可W禪接在第一 NMOS晶体管Nl的漏极和栅极之间，W形成栅漏 猜位。第一传输口 TGl可W响应于第一控制信号CSCAN而被控制。第一 NMOS晶体管Nl具 有禪接在TSV和接地电源VSS之间的漏源路径。第H NMOS晶体管N3可W具有在第一 NMOS 晶体管Nl的栅极和接地电源VSS之间的漏源路径。
[0031] 第二电流汇聚器133包括第二传输口 TG2和第二NMOS晶体管N2, W响应于第二控 制信号DSCAN和第四NMOS晶体管M而基于从第二电流源213流出的第二电流产生测量电 压VMEAS。第二传输口 TG2可W禪接在第二NMOS晶体管N2的漏极和栅极之间W形成栅漏 猜位。第二传输口 TG2可W响应于第二控制信号DSCAN而被控制。第二NMOS晶体管N2具 有禪接在TSV和接地电源VSS之间的漏源路径。第四NMOS晶体管M可W禪接在第二NMOS 晶体管N2的栅极和接地电源VSS之间。
[0032] 第一控制信号CSCAN和第二控制信号DSCAN的反相信号可W被分别输入至第H NMOS晶体管N3和第四NMOS晶体管M的栅极。
[0033] 当第一控制信号CSCAN和第二控制信号DSCAN两者都处于逻辑低电平时，电流汇 聚单元130变成浮置状态。当第一控制信号CSCAN或第二控制信号DSCAN处于逻辑高电平 时，第一 NMOS晶体管NI和第二NMOS晶体管N2变成栅漏猜位或者电流镜的驱动器，并且产 生测量电压VMEAS。
[0034] 电阻测量单元150测量与从第一电流源211流出的第一电流相对应的测量电压 VMEAS，然后测量与从第一电流源211流出的第一电流和从第二电流源213流出的第二电流 两者相对应的测量电压VMEAS。
[0035] 电阻测量单元150可W包括电压测量器151和电流测量器153。电压测量器151 可W测量测量电压VMEAS。电流测量器153可W将测量电压VMEAS转换成电流水平，并且测 量电流水平。电压测量器151可W包括焊盘和传输口 TG3,并且响应于电压监控信号VSCAN 而将测量电压VMEAS提供至焊盘。电流测量器153可W包括；偏移消除器155,用于去除测 量电压VMEAS的偏移；W及传输口 TG4,响应于电流监控信号ISCAN而操作。
[0036] 电流测量器153还可W包括与偏移消除器155禪接的第H PMOS晶体管P3和第五 NMOS晶体管服。偏移消除器155由OP-AMP形成。偏移消除器155可W输出将第五NMOS晶 体管N5的栅极GMEAS和漏极DMEAS的电压电平保持相同的输出信号。偏移消除器155的 未反相输入可W与漏极DMEAS连接，并且偏移消除器155的反相输入可W与栅极GMEAS连 接。由于偏移消除器155的输出信号与第H PMOS晶体管P3的栅极禪接，所W偏移消除器 155可W控制第H PMOS晶体管P3的栅极的电压。电流可W经由焊盘和第H PMOS晶体管 P3来测量，第H PMOS晶体管P3具有被偏移消除器155控制的栅极电压。
[0037] 当电流监控信号ISCAN被使能时，TSV的测量电压VMEAS被施加至偏移消除器155 的反相输入端子和第五NMOS晶体管N5的栅极GMEAS。当第五NMOS晶体管N5导通时，电压 被施加至与未反相输入端子禪接的漏极DMEAS。当第五NMOS晶体管N5的栅极GMEAS和漏 极DMEAS的电压电平变成相同时，第H PMOS晶体管P3响应于施加至PMOS晶体管P3的栅 极的偏移消除器155的输出信号而导通。
[0038] 该里，第五NMOS晶体管N5可W与电流汇聚单元130中的第一 NMOS晶体管Nl和 第二NMOS晶体管N2大体相同，使得NMOS晶体管Nl、N2 W及服的PVT江艺、电压W及温 度)偏斜彼此类似。因而，相同的电流流入NMOS晶体管N1、N2 W及N5,因为测量电压VMEAS 被施加至具有相同的栅源电压Ves和相同的漏源电压Vds的NMOS晶体管Nl、N2 W及N5。换 言之，电流测量器153响应于电流监控信号ISCAN而接收测量电压VMEAS、将测量电压转换 成具有最小化偏移的电流、W及经由焊盘测量TSV的电阻。
[0039] 根据本发明的实施例，TSV的电阻用响应于第一控制信号CSCAN和第二控制信号 DSCAN流经TSV的电流来测量。在测量TSV的电阻的传统技术中在测量结束时由晶体管引 起的测量误差可W通过测量基于第一控制信号CSCAN的电流量和基于第一控制信号CSCAN 和第二控制信号DSCAN的电流量来去除。该可W总结为如下的等式。
[0040] [等式 1]
【权利要求】
1. 一种半导体器件，包括： 第一裸片； 第二裸片，所述第二裸片经由穿硅通孔TSV与所述第一裸片耦接；以及 测试电路，所述测试电路适用于通过控制流经所述TSV的电流量来测量所述TSV的电 阻。
2. 如权利要求1所述的半导体器件，其中，所述测试电路包括： 电流源单元，所述电流源单元适用于响应于控制信号而供应流经所述TSV的可变电 流；以及 测量块，所述测量块适用于基于所述可变电流而测量所述TSV的电阻。
3. 如权利要求2所述的半导体器件，其中，所述测量块包括： 电流汇聚单元，所述电流汇聚单元适用于响应于所述控制信号而产生测量电压，所述 测量电压具有依赖于所述可变电流的电平；以及 电阻测量单元，所述电阻测量单元适用于基于所述测量电压来测量所述TSV的电阻。
4. 如权利要求3所述的半导体器件，其中，所述电阻测量单元包括： 电压测量器，所述电压测量器适用于测量所述测量电压；以及 电流测量器，所述电流测量器适用于将所述测量电压转换成转换电流，并且适用于测 量所述转换电流。
5. 如权利要求4所述的半导体器件，其中，所述电流测量器包括偏移消除器，所述偏移 消除器适用于去除所述测量电压的偏移。
6. 如权利要求2所述的半导体器件，其中，所述测量块被设置在所述第一裸片中。
7. 如权利要求2所述的半导体器件，其中，所述电流源单元被设置在所述第二裸片中。
8. -种半导体器件，包括： 第一裸片； 多个第二裸片，每个所述第二裸片经由穿硅通孔TSV与所述第一裸片耦接； 电流源，所述电流源适用于响应于第一控制信号而供应第一电流，并且适用于响应于 第二控制信号而供应第二电流，所述第一电流和所述第二电流流经所述TSV，并且所述电流 源被设置在每个所述第二裸片中； 电流汇聚器，所述电流汇聚器适用于产生测量电压，所述测量电压具有依赖于所述第 一电流的电平、或者具有依赖于所述第一电流和所述第二电流两者的电平，所述电流汇聚 器被设置在所述第一裸片中；以及 电阻测量器，所述电阻测量器适用于基于所述测量电压来测量所述TSV的电阻。
9. 如权利要求8所述的半导体器件，其中，所述电流汇聚器包括： 第一电流汇聚器，所述第一电流汇聚器适用于响应于所述第一控制信号而产生与所述 第一电流相对应的所述测量电压；以及 第二电流汇聚器，所述第二电流汇聚器适用于响应于所述第二控制信号而产生与所述 第二电流相对应的所述测量电压。
10. 如权利要求8所述的半导体器件，其中，所述电阻测量器包括： 电压测量器，所述电压测量器适用于测量所述测量电压；以及 电流测量器，所述电流测量器适用于将所述测量电压转换成转换电流，并且适用于测 量所述转换电流。
【文档编号】G01R27/08GK104237640SQ201310706321
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年12月19日 优先权日:2013年6月18日
【发明者】李东郁 申请人:爱思开海力士有限公司