[发明专利]基于去嵌入法测量硅通孔电特性的测量结构

说明书

技术领域

本发明涉及了一种集成电路硅通孔的测量结构，尤其是涉及了微波、毫米波段器件测试领域的一种基于去嵌入法测量硅通孔电特性的测量结构，削弱硅通孔和与其连接的水平互联线的耦合噪声，进而显著提高去嵌入法测量电特性精度。

背景技术

目前主流集成电路的设计，包括英特尔的多芯片架构，延续的仍然是传统的二维扁平系统架构，但随着晶体管的特征尺寸不断减小，互连线性能的瓶颈效应，以及摩尔定律对尺寸极限的制约，呼唤一种新的集成电路系统架构的出现，以便充分体现其立体的垂直尺度——这就是三维集成电路。三维集成电路技术，已成为国际公认的微电子业中长期持续发展的关键性前沿技术，而硅通孔结构作为其核心技术，更是成为国际研究的热点。

微波、毫米波段硅通孔的电特性对于三维集成电路的性能有着重要的影响，而作为一种垂直结构，硅通孔的电特性无法通过目前普遍使用的单面探针直接进行测量，因此大量的实验工作都是在“垂直—水平—垂直”的结构上展开，通过改变水平结构长度，多次测量整个结构的电特性，或者测量整个结构的电特性和水平结构的电特性，进而通过去嵌入方法求得垂直硅通孔的电特性。

本发明基于去嵌入方法，其优势在于只需要在同一平面进行测量，并且不需要测量单独的水平互联结构。

设被测无缘垂直结构硅通孔的电学特性传输矩阵是[X]_T，散射系数矩阵是[X]_S；底部水平连接线电学特性传输矩阵是[R]_T，散射系数矩阵是[R]_S；整体结构电学特性传输矩阵是[DUT]_T，散射系数矩阵是[DUT]_S。在实际测量中，设置多组不同长度的底部水平连接线，其长度分别为500μm、1000μm和2000μm等。根据长度不同，其电学特性的参数应具有如下关系：

[R]_T,2000μm＝[R]_T,1000μm²＝[R]_T,500μm⁴(1)

对于不同长度的整体结构，理想情况下应满足如下关系，

[DUT]_T＝[X]_T×[R]_T×[X]_T(2)

整体结构的散射系数矩阵[DUT]_S可以通过探针台和矢量网络分析仪直接测量得出。二端口散射矩阵[T]和传输矩阵[S]对应关系如下(四端口略去)，

因此多组长度的[DUT]_T是可以通过直接测量得到的量。待测垂直结构硅通孔在这些整体结构中是保持不变的，因此可以用公式(1)(2)推导得出：

多组长度可以得出多组测量结果，利用最小二乘法可以得到更精确的结果。然而该方法是基于式(2)的理想条件，即垂直互联与水平互联互不影响，二者连接后各自的电特性保持不变，但在微波、毫米波频段，二者较强的电磁耦合使得他们无法保持各自的电特性不变，这个条件无法满足，进而大大增加了整个方法的误差，如图1所示。

由此，在微波、毫米波频段，垂直硅通孔与水平互联结构之间有很强的电磁耦合，它们相互影响，大大增加了上述方法的误差。

发明内容

针对如何削弱垂直通孔与水平互联线之间的耦合，提高去嵌入测量方法的精度这上述问题，本发明提出了一种基于去嵌入法测量硅通孔电特性的测量结构，适用于两端口及多端口，可以大大提高测量的精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：

本发明包括硅衬底、底面RDL导体、通过底面RDL导体连接的待测TSV结构、凸起和测试引脚，待测TSV结构由对称分布在两侧的两组待测硅通孔柱构成，待测TSV结构包括信号待测TSV结构和地待测TSV结构，其特征在于：对于二端口及多端口互联结构，同一侧的信号待测TSV结构和地待测TSV结构中心连线的垂直平分线上布置有隔离TSV结构，隔离TSV结构用于隔离垂直的待测TSV结构与水平的底面RDL导体之间的电磁耦合，隔离TSV结构主要由间隔布置的金属硅通孔柱构成；隔离TSV结构为内侧隔离TSV结构或者内侧隔离TSV结构与外侧隔离TSV结构两者的结合，内侧隔离TSV结构位于互联内侧，外侧隔离TSV结构位于互联外侧。