一种基于仲裁器的绑定前硅通孔测试结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及超大规模集成电路测试技术领域，具体是一种基于仲裁器的绑定前硅通孔测试结构。
【背景技术】
[0002]基于娃通孔(Through-Silicon Via，TSV)的三维集成电路极大地推动了集成电路行业的发展。与传统的二维集成电路不同，三维集成电路通过TSV把多个晶片垂直堆叠，使得它拥有功耗低、带宽高、面积小、性能好、支持异构集成等优点。据估计，基于TSV垂直互连的三维集成电路功耗降低50%，带宽提高8倍，堆叠存储器缩小35%。
[0003]当前TSV的制造工艺还不成熟，TSV可能存在微孔和针孔缺陷，这些缺陷导致TSV产生电阻开路故障和泄漏故障，严重降低了三维集成电路的良率和可靠性，因此三维集成电路的TSV测试非常必要。近期国内外许多著名研究结构和学者的学术研究都涉及了三维集成电路TSV的测试，如绑定前TSV测试、绑定后TSV测试等。绑定前测试主要检测TSV是否存在制造缺陷，绑定后测试则检测TSV在绑定过程中是否引入新的缺陷。绑定前阶段晶片未薄化时，TSV底端埋于衬底中限制了 TSV的可观察性；在晶片薄化后，虽然TSV底端露出可以访问，但由于测试探针的最小间距远大于TSV的间距，使用探针测试TSV非常困难，绑定前测试仍面临着巨大的挑战。此外，在绑定前阶段检测出故障TSV能够明显增加三维集成电路堆叠的良率，因此绑定前进行TSV测试尤为重要。
[0004]采用PM0S管漏电流的方法可以检测TSV的泄漏故障，通过检测发生泄漏故障的泄漏电阻大小来判断TSV是否存在泄漏故障。采用电桥电路的方法可以检测TSV的完全开路故障，比较被测TSV与无故障TSV电容大小来判断TSV是否存在完全开路故障。这类方法只能够检测单类故障且可检测故障范围有限，严重降低了整体三维集成电路的良率。
[0005]基于环形振荡器的方法可以检测出TSV的单种电阻开路故障和单种泄漏故障。该方法把TSV作为环形振荡器的负载，通过比较被测TSV的环形振荡器振荡周期与无故障TSV振荡周期来判断TSV是否存在故障。然而该种方法有以下问题:1)测试精度较低，并且能检测的故障范围有限。2)当一个TSV同时存在电阻开路故障和泄漏故障时，两种故障对于环形振荡器振荡周期有着相反的影响，会使得故障效应相互抵消从而导致误测。
[0006]
【发明内容】
本发明的目的是提供一种基于仲裁器的绑定前硅通孔测试结构，以克服现有TSV测试方案中存在的不足，该硅通孔测试结构可以检测电阻开路故障、泄漏故障以及两种故障共存情况下的TSV，测试精度高且可检测故障范围广，并且提供TSV故障严重程度分级的功能。
[0007]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为:
一种基于仲裁器的绑定前硅通孔测试结构，其特征在于:包括参考延时电路、被测TSV模块电路、仲裁器电路、输入节点In、输出节点Outl、输出节点0ut2，其中:
所述参考延时电路由第一反相器、第二反相器、第三反相器、第四反相器、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一四选一多路选择器、第五反相器构成，其中第一反相器、第二反相器、第三反相器、第四反相器的输入端共接至输入节点In，第一反相器、第二反相器、第三反相器、第四反相的输出端对应与第一四选一多路选择器的四个输入端连接，且第一反相器、第二反相器、第三反相器、第四反相的输出端还一一对应通过第一电容、第二电容、第三电容、第四电容与地相连接，第一四选一多路选择器的输出端与第五反相器输入端连接，第五反相器输出端连接至仲裁器电路；
所述被测TSV模块电路由第六反相器、被测TSV、第二四选一多路选择器、第七反相器构成，其中第六反相器的输入端连接至输入节点In，第六反相器的输出端分别连接至被测TSV、第二四选一多路选择器的四个输入端，第二四选一多路选择器的输出端与第七反相器的输入端连接，第七反相器的输出端连接至仲裁器电路；
所述仲裁器电路由第一与非门、第二与非门、第一 PMOS管、第一 NMOS管、第二 PMOS管、第二 NMOS管构成，所述参考延时电路中第五反相器输出端与第一与非门的输入端a相连接，被测TSV模块电路中第七反相器的输出端与第二与非门的输入端b相连接，第一与非门的输出端分别与第二与非门的输入端a、第一 PMOS管的栅极、第一 NMOS管的栅极、第二PMOS管的源极连接，第二与非门的输出端分别与第一与非门的输入端b、第二 PMOS管的栅极、第二 NMOS管的栅极、第一 PMOS管的源极连接，第一 PMOS管的漏极与第一 NMOS管的漏极共接至输出节点Outl，第二 PM0S管的漏极与第二 NM0S管的漏极共接至输出节点0ut2，第一 NM0S管的源极、第二 NM0S管的源极分别与地相连接。
[0008]所述的一种基于仲裁器的绑定前硅通孔测试结构，其特征在于:设无故障的TSV的等效电容为C，参考延时电路中的第一电容、第二电容、第三电容、第四电容的容值分别为略小于 C 的 0.999C、0.995C、0.99C、0.9C。
[0009]所述的一种基于仲裁器的绑定前硅通孔测试结构，其特征在于:所述第一反相器、第二反相器、第三反相器、第四反相器以及第六反相器的参数完全相同；第一四选一多路选择器与第二四选一多路选择器的参数完全相同；第五反相器与第七反相器的参数完全相同；第一与非门与第二与非门的参数完全相同；第一 PM0S管与第二 PM0S管的参数完全相同；第一 NM0S管与第二 NM0S管的参数完全相同。
[0010]本发明的有益效果为:
本发明利用发生故障TSV的延迟时间变小的原理，比较高电平信号通过被测TSV模块电路以及参考延时电路的延迟时间，在被测TSV模块延迟时间大于参考延时电路的延迟时间时认定该被测TSV无故障，否则该被测TSV存在故障；其延迟时间比较结果由仲裁器电路给出。被测TSV延迟时间与不同的参考延迟时间相比，可对其延迟进行区间定位，实现TSV故障分级。该发明能够有效的检测出电阻开路故障、泄漏故障以及两种故障共存的TSV ;且具有测试精度高、可检测故障范围广等优点。
【附图说明】
[0011]图1是最基本的基于仲裁器的绑定前硅通孔测试结构原理图。
[0012]图2是本发明所述的基于仲裁器的绑定前硅通孔测试结构原理图。
[0013]图3是仲裁器电路结构的真值表。
【具体实施方式】
[0014]发明一种基于仲裁器的绑定前硅通孔测试结构，包括参考延时电路、被测TSV模块电路、仲裁器电路、输入节点In、输出节点Out 1和输出节点0ut2 ;所述参考延时电路依次包括有第一反相器1、第二反相器2、第三反相器3、第四反相器4、第一电容5、第二电容6、第三电容7、第四电容8、第一四选一多路选择器9、第五反相器10 ;被测TSV模块电路依次包括第六反相器11、被测TSV12、第二四选一多路选择器13、第七反相器14 ;仲裁器电路依次包括第一与非门15、第二与非门16、第一 PM0S管17、第一 NM0S管18、第二 PM0S管19、第二 NM0S 管 20 ；
其中，输入节点In为第一反相器1、第二反相器2、第三反相器3、第四反相器4、第六反相器11的输入端；第一反相器1输出端分别与第一电容5顶端、第一四选一多路选择器9的输入端三相连接；第二反相器2输出端分别与第二电容6顶端、第一四选一多路选择器9的输入端二相连接；第三反相器3输出端分别与第三电容7顶端、第一四选一多路选择器9的输入端一相连接；第四反相器4输出端分别与第四电容8顶端、第一四选一多路选择器9的输入端零相连接；第一电容5、第二电容6、第三电容7、第四电容8的底端分别与地线连接；第一四选一多路选择器9的输出端与第五反相器10的输入端相连接；第六反相器11的输出端分别与被测TSV12、第二四选一多路选择器13的输入端零、一、二、三相连接；第二四选一多路选择器13的输出端与第七反相器14的输入端相连接；第五反相器10的输出端与第一与非门15的输入端a相连接；第七反相器14的输出端与第二与非门16的输入端b相连接；第一与非门15的输出端分别与第二与非门16的输入端a、第一 PM0S管17的栅极、第一 NM0S管18的栅极、第二 PM0S管19的源极相连接；第二与非门16的输出端与第一与非门15的输入端b、第二 PM0S管19的栅极、第二 NM0S管20的栅极、第一 PM0S管17的源极相连接；第一 NM0S管18的源极与第二 NM0S管20的源极分别与地相连接；第一 PM0S管17的漏极分别与第一 NM0S管18的漏极、输出节点Outl相连接；第二 PM0S管19的漏极分别与第二 NM0S管20的漏极、输出节点0ut2相连接。
[0015]设无故障TSV的等效电容为C，参考延时电路中的第一电容5、第二电容6、第三电容7、第四电容8的容值分别为略小于C的0.999C、0.995C、0.99C、0.9C。
[0016]第一反相器1、第二反相器2、第三反相器3、第四反相器4以及第六反相器11的参数完全相同；第一四选一多路选择器9与第二四选一多路选择器13的参数完全相同；第五反相器10与第七反相器14的参数完全相同；第一与非门15与第二与非门16的参数完全相同；第一 PM0S管17与第二 PM0S管19的参数完全相同；第一 NM0S管18与第二 NM0S管20的参数完全相同。
[0017]本发明产品测试TSV的基本原理如下:
参见图2，