[发明专利]TSV结构电击穿寿命测试方法、装置、系统和控制设备

说明书

本申请涉及一种TSV结构电击穿寿命测试方法、装置、系统和控制设备；所述方法包括在第一个温度循环周期内，通过信号采集设备采集待测TSV矩阵晶圆样品在初始电压下的初始漏电流；第一个温度循环周期为控制温度调节设备调节待测TSV矩阵晶圆样品的测试环境温度循环变化的第一个周期；在初始漏电流小于或等于预设值时，控制电源设备以初始电压为起点逐渐增大施加在待测TSV矩阵晶圆样品上的电压，并通过信号采集设备实时采集待测TSV矩阵晶圆样品的当前漏电流；在当前漏电流满足失效判据时，获取电源设备调节电压的总时长，并将总时长确认为待测TSV矩阵晶圆样品的失效时间，实现高效准确地测试TSV结构的寿命性能，实现高效准确地测试TSV结构的电击穿可靠性。

技术领域

本申请涉及晶圆性能测试技术领域，特别是涉及一种TSV结构电击穿寿命测试方法、装置、系统和控制设备。

背景技术

基于TSV(Through silicon via，硅通孔技术)技术的新型三维集成方法，具有更高集成密度、更高性能，是现国内外先进封装的前沿应用方向。TSV三维集成技术以硅通孔互连以及芯片堆叠技术为支撑，通过TSV垂直互连实现同质或异质芯片间的垂直集成与数据传输。TSV垂直互连突破了平面集成在数据传输和功能密度方面的技术瓶颈，大大提升器件信息处理速度，并大幅度降低系统体积、重量和功耗。

其中，TSV结构是由电镀Cu填充具有多层材料界面的复合结构，界面结构为Si/SiO₂/Ta/Cu。TSV界面中，由于各材料的热膨胀系数存在显著差异，例如，在航天应用典型大温差(-65℃～150℃)工况下，严重的热失配将导致TSV界面各层材料产生较大的切应力和拉应力，很容易诱发界面分层或开裂失效。这些TSV界面损伤直接关系到SiP(System In aPackage系统级封装)器件的漏电性能和电击穿(Time Dependant Dielectric Breakdown，TDDB)可靠性，这一问题伴随三维封装密度增加、TSV结构尺寸减小、阻挡层/介电层减薄会愈加严峻。因此，需要对TSV的结构可靠性进行测试，以支持对TSV结构的设计和改进，但是，在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：传统技术无法高效准确地测试TSV结构的电击穿可靠性。

发明内容

基于此，有必要针对传统技术无法高效准确地测试TSV结构的电击穿可靠性的问题，提供一种TSV结构电击穿寿命测试方法、装置、系统和控制设备。

为了实现上述目的，本申请实施例提供了一种TSV结构电击穿寿命测试方法，包括以下步骤：

在第一个温度循环周期内，通过信号采集设备采集待测TSV矩阵晶圆样品在初始电压下的初始漏电流；第一个温度循环周期为控制温度调节设备调节待测TSV矩阵晶圆样品的测试环境温度循环变化的第一个周期；

在初始漏电流小于或等于预设值时，控制电源设备以初始电压为起点逐渐增大施加在待测TSV矩阵晶圆样品上的电压，并通过信号采集设备实时采集待测TSV矩阵晶圆样品的当前漏电流；

在当前漏电流满足失效判据时，获取电源设备调节电压的总时长，并将总时长确认为待测TSV矩阵晶圆样品的失效时间。

在其中一个实施例中，在当前漏电流满足失效判据时，获取电源设备调节电压的总时长，并将总时长确认为待测TSV矩阵晶圆样品的失效时间的步骤之后，还包括步骤：

获取多个待测TSV矩阵晶圆样品对应的失效时间，并根据各失效时间绘制TSV矩阵晶圆的失效概率分布图。

在其中一个实施例中，在当前漏电流满足失效判据时，获取电源设备调节电压的总时长，并将总时长确认为待测TSV矩阵晶圆样品的失效时间的步骤中，还包括步骤：

根据满足失效判据的当前漏电流，得到待测TSV矩阵晶圆样品累积的击穿电荷；击穿电荷用于作为改善TSV矩阵晶圆性能的参数。

在其中一个实施例中，还包括步骤：