一種用于測(cè)試晶圓疊層結(jié)構(gòu)的金屬連接性的測(cè)試結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及一種用于測(cè)試晶圓疊層結(jié)構(gòu)的金屬連接性的測(cè)試結(jié)構(gòu)以及一種用于測(cè)試晶圓疊層結(jié)構(gòu)中連接界面的電遷移和可靠性的檢測(cè)結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]在電子消費(fèi)領(lǐng)域，多功能設(shè)備越來(lái)越受到消費(fèi)者的喜愛(ài)，相比于功能簡(jiǎn)單的設(shè)備，多功能設(shè)備制作過(guò)程將更加復(fù)雜，比如需要在電路版上集成多個(gè)不同功能的芯片，因而出現(xiàn)了 3D 集成電路(integrated circuit, IC)技術(shù)，3D 集成電路(integrated circuit, IC)被定義為一種系統(tǒng)級(jí)集成結(jié)構(gòu)，將多個(gè)芯片在垂直平面方向堆疊，從而節(jié)省空間，各個(gè)芯片的邊緣部分可以根據(jù)需要引出多個(gè)引腳，根據(jù)需要利用這些引腳，將需要互相連接的芯片通過(guò)金屬線互聯(lián)，但是上述方式仍然存在很多不足，比如堆疊芯片數(shù)量較多，而且芯片之間的連接關(guān)系比較復(fù)雜，會(huì)需要利用多條金屬線，最終的布線方式比較混亂，而且也會(huì)導(dǎo)致體積增加。
[0003]因此，目前在所述3D集成電路(integrated circuit, IC)技術(shù)中大都采用娃通孔(Through Silicon Via, TSV),娃通孔是一種穿透娃晶圓或芯片的垂直互連，TSV的制備方法可以在硅晶圓上以蝕刻或雷射方式鉆孔(via)，再以導(dǎo)電材料如銅、多晶硅、鎢等物質(zhì)填滿，從而實(shí)現(xiàn)不同硅片之間的互聯(lián)。
[0004]在MEMS產(chǎn)品中，經(jīng)常使用到晶圓接合(wafer bonding)的工藝,在該工藝中通常也會(huì)引入硅通孔TSV的技術(shù)，由此帶給晶圓疊層(stack wafer) 一個(gè)新的挑戰(zhàn)，即各個(gè)界面之間的連接性問(wèn)題，所述晶圓疊層(stack wafer)之間的連接失效，將直接導(dǎo)致器件良率降低。
[0005]此外，在長(zhǎng)時(shí)間工作狀態(tài)下，半導(dǎo)體器件有時(shí)突然失效，通過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)重布線層(RDL)與硅通孔TSV的連接處發(fā)生了電遷移(EM)現(xiàn)象，導(dǎo)致電路連接失效。
[0006]目前3D晶圓疊層(stack wafer)的半導(dǎo)體器件面臨多個(gè)連接界面(Interface)的可靠性問(wèn)題，目前檢測(cè)方法大都是在器件失效后，通過(guò)缺陷點(diǎn)分析(Hot Spot)，切片等方式找出失效的界面，但是所述方法耗費(fèi)大量的時(shí)間。
[0007]目前使用的獨(dú)立的測(cè)試結(jié)構(gòu)(Testkey)，只能通過(guò)單一的方式來(lái)測(cè)試每一個(gè)界面的EM現(xiàn)象,無(wú)法反映出組合在一起的整體情況；或者只能監(jiān)控(monitor) —部分結(jié)構(gòu),無(wú)法測(cè)試整個(gè)連接系統(tǒng)。
[0008]因此需要對(duì)目前所述測(cè)試結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步的改進(jìn)，以便消除上述問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]在
【發(fā)明內(nèi)容】
部分中引入了一系列簡(jiǎn)化形式的概念，這將在【具體實(shí)施方式】部分中進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
部分并不意味著要試圖限定出所要求保護(hù)的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
[0010]本發(fā)明為了克服目前存在問(wèn)題，一種用于測(cè)試晶圓疊層結(jié)構(gòu)的金屬連接性的測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于，
[0011]所述晶圓置層結(jié)構(gòu)包括底部晶圓201和位于所述底部晶圓的上方并與所述底部晶圓接合為一體的頂部晶圓202 ；
[0012]所述測(cè)試結(jié)構(gòu)包括貫穿所述頂部晶圓202的多個(gè)第一垂直互連件、位于所述頂部晶圓202的上表面一側(cè)的多個(gè)第一橫向互連件、以及位于所述底部晶圓的上表面一側(cè)的多個(gè)第二橫向互連件，其中，所述第一橫向互連件與所述第二橫向互連件在橫向上交替設(shè)置，所述第一橫向互連件在頂部將相鄰的兩個(gè)所述第一垂直互連件電連接，所述第二橫向互連件在底部將相鄰的兩個(gè)所述第一垂直互連件電連接。
[0013]可選地，所述第一垂直互連件包括硅通孔205。
[0014]可選地,所述第一橫向互連件包括重布線層206。
[0015]可選地，所述第二橫向互連件包括金屬焊盤203，位于所述第一垂直互連件的下方。
[0016]可選地，所述第一垂直互連件和所述金屬焊盤之間還設(shè)置有金屬層，相鄰的所述第一垂直互連件下方的所述金屬層間隔設(shè)置。
[0017]可選地，所述底部晶圓和所述頂部晶圓中還形成有開口，以露出所述測(cè)試結(jié)構(gòu)兩端的第二橫向互連件，作為檢測(cè)端口。
[0018]本發(fā)明還提供了一種用于測(cè)試晶圓疊層結(jié)構(gòu)中連接界面的電遷移和可靠性的檢測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述晶圓疊層結(jié)構(gòu)包括底部晶圓201和位于所述底部晶圓的上方并與所述底部晶圓接合為一體的頂部晶圓202 ；
[0019]所述檢測(cè)結(jié)構(gòu)包括至少兩個(gè)檢測(cè)單元，所述檢測(cè)單元之間間隔設(shè)置；
[0020]其中，每個(gè)所述檢測(cè)單元包括兩個(gè)間隔設(shè)置的第一垂直互連件、位于所述頂部晶圓的上表面一側(cè)的電連接所述第一垂直互連件的第一橫向互連件、以及位于所述底部晶圓的上表面一側(cè)的位于所述第一垂直互連件下方的間隔設(shè)置的第三橫向互連件。
[0021]可選地，所述第一垂直互連件包括硅通孔205。
[0022]可選地，所述第一橫向互連件包括重布線層206。
[0023]可選地，所述第三橫向互連件包括位于金屬層。
[0024]可選地，在所述檢測(cè)結(jié)構(gòu)兩端的金屬層的下方還設(shè)置有金屬焊盤。
[0025]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題提供了一種在線監(jiān)控(inline monitor)的測(cè)試結(jié)構(gòu)，能夠覆蓋電流走向的整個(gè)連接界面，測(cè)試金屬連接的穩(wěn)定性。
[0026]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0027](I)所述檢測(cè)結(jié)構(gòu)能夠量化整個(gè)回路界面的連接穩(wěn)定度。
[0028](2)通過(guò)WAT測(cè)試，能夠精確的量化整個(gè)回路的狀況。
[0029](3)可以通過(guò)這個(gè)結(jié)構(gòu)測(cè)試工藝的重復(fù)性和可靠度。
【附圖說(shuō)明】
[0030]本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例及其描述，用來(lái)解釋本發(fā)明的裝置及原理。在附圖中，
[0031]圖1a為現(xiàn)有技術(shù)中晶圓疊層連接的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖1b為現(xiàn)有技術(shù)中晶圓置層連接存在的缺陷的TJK意圖；
[0033]圖2a_2b為本發(fā)明一實(shí)施方式中晶圓疊層斷路的檢測(cè)結(jié)構(gòu)及其版圖結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖2c_2d為本發(fā)明一實(shí)施方式中晶圓疊層連接穩(wěn)定性的檢測(cè)結(jié)構(gòu)及其版圖結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，本發(fā)明可以無(wú)需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對(duì)于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。
[0036]應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明能夠以不同形式實(shí)施，而不應(yīng)當(dāng)解釋為局限于這里提出的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例將使公開徹底和完全，并且將本發(fā)明的范圍完全地傳遞給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚，層和區(qū)的尺寸以及相對(duì)尺寸可能被夸大。自始至終相同附圖標(biāo)記表示相同的元件。
[0037]應(yīng)當(dāng)明白，當(dāng)元件或?qū)颖环Q為“在...上”、“與...相鄰”、“連接至『或“耦合到”其它元件或?qū)訒r(shí)，其可以直接地在其它元件或?qū)由?、與之相鄰、連接或耦合到其它元件或?qū)?，或者可以存在居間的元件或?qū)?。相反，?dāng)元件被稱為“直接在...上”、“與...直接相鄰”、“直接連接到”或“直接耦合到”其它元件或?qū)訒r(shí)，則不存在居間的元件或?qū)?。?yīng)當(dāng)明白，盡管可使用術(shù)語(yǔ)第一、第二、第三等描述各種元件、部件、區(qū)、層和/或部分，這些元件、部件、區(qū)、層和/或部分不應(yīng)當(dāng)被這些術(shù)語(yǔ)限制。這些術(shù)語(yǔ)僅僅用來(lái)區(qū)分一個(gè)元件、部件、區(qū)、層或部分與另一個(gè)元件、部件、區(qū)、層或部分。因此，在不脫離本發(fā)明教導(dǎo)之下，下面討論的第一元件、部件、區(qū)、層或部分可表