一种晶圆接合质量的检测结构及检测方法技术

本发明专利技术涉及一种晶圆接合质量的检测结构及检测方法，在所述检测结构中，底部晶圆通过底部金属层、底部焊盘以及位于两者之间的底部通孔形成互联结构，作为所述测试结构的下半部分，在顶部晶圆中所述顶部焊盘和顶部金属层以及位于两者之间的顶部通孔形成互联结构，作为测试结构的上半部分，所述顶部金属层作为测试焊盘，在顶部晶圆减薄后，将测试焊盘开口开在顶部晶圆的顶部金属层上。测试结构由3部分组成，左右两侧的测试结构分别为第一测试目标和第二测试目标，中间的结构主要起引线作用，测试结构为对称结构，使通路中除了测试目标外其它额外电阻相等，本发明专利技术所述测试结构种简单而有效的，解决了在3D IC中Cu-Cu接合电阻Rc不能精确测试的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体领域，具体地，本专利技术涉及一种晶圆接合质量的检测结构及检测方法。
技术介绍
在电子消费领域，多功能设备越来越受到消费者的喜爱，相比于功能简单的设备，多功能设备制作过程将更加复杂，比如需要在电路版上集成多个不同功能的芯片，因而出现了3D集成电路（integrated circuit，IC）技术，3D集成电路（integrated circuit，IC）被定义为一种系统级集成结构，将多个芯片在垂直平面方向堆叠，从而节省空间，各个芯片的边缘部分可以根据需要引出多个引脚，根据需要利用这些引脚，将需要互相连接的的芯片通过金属线互联，但是上述方式仍然存在很多不足，比如堆叠芯片数量较多，而且芯片之间的连接关系比较复杂，那么就会需要利用多条金属线，最终的布线方式比较混乱，而且也会导致体积增加。3D IC是将原裸晶尺寸的处理器晶片、可程式化逻辑闸(FPGA)晶片、记忆体晶片、射频晶片(RF)或光电晶片，打薄之后直接叠合，并透过TSV钻孔连接。在3D IC立体叠合技术，硅通孔(TSV)、中介板(Interposer)等关键技术／封装零组件的协助下，在有限面积内进行最大程度的晶片叠加与整合，进一步缩减SoC晶片面积／封装体积并提升晶片沟通效率。因此，晶圆水平上的Cu-Cu接合（Wafer level Cu-Cu bonding）作为3DIC中的一项关键技术，目前还处在研发阶段，如何有效的在线检测接合>（bonding）的质量和良率，如何精确测量接合电阻（Rbonding），是目前研发的一个重点。尤其是在3D CIS等高端产品上的应用，接合的密度很高（一个像素需要至少一个接合-bonding），有效简单的在线检测方法显得尤其重要。目前晶圆水平上的Cu-Cu接合（wafer level Cu-Cu bonding）的质量检测主要采用传统的电阻链（Rc chain）的方式来测试，如图1所示，但传统的电阻链（Rc chain）测试中的Rc包含了接合处（bonding），金属层metal，通孔（Via）的阻值，Rc=Rbonding+RVia+Rmetal，而正常的接合（bonding）带来的阻值在Rc中占的比例较小，只有当接合质量（bonding quality）较差的时候能够定性的反应出接合（bonding）的质量，而不能够精确的测出接合（bonding）本身的接触电阻，也不能准确的反应出接合（bonding）的质量。虽然现有技术中存在对晶圆水平上的Cu-Cu接合（wafer level Cu-Cubonding）的质量检测的检测结构，但是仍存在各种不足，如何有效的在线检测接合（bonding）的质量和良率，如何精确测量接合电阻Rbonding成为现在亟需解决的问题。
技术实现思路
在
技术实现思路
部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本专利技术的
技术实现思路
部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。本专利技术为了克服目前存在问题，提供了一种晶圆接合质量的检测结构，所述结构包括：底部晶圆，所述底部晶圆中设置有底部金属层以及位于所述底部金属层上方的第一底部焊盘、第二底部焊盘和第三底部焊盘，所述第一底部焊盘、所述第二底部焊盘、所述第三底部焊盘分别与所述底部金属层电连接；顶部晶圆，所述顶部晶圆表面上设置有顶部焊盘，包括第一顶部焊盘、第二顶部焊盘和第三顶部焊盘，所述顶部晶圆的背面设置有测试焊盘，包括第一测试焊盘、第二测试焊盘和第三测试焊盘，所述第一顶部焊盘、第二顶部焊盘和第三顶部焊盘与所述第一测试焊盘、第二测试焊盘和第三测试焊盘分别电连接，所述顶部晶圆还包括连接至所述第一测试焊盘的第一测试端子和第二测试端子、连接至所述第二测试焊盘的第三测试端子和第四测试端子、以及连接至所述第三测试焊盘的第五测试端子和第六测试端子；其中，所述第一顶部焊盘和所述第一底部焊盘完全重合接合，所述第二顶部焊盘和所述第二底部焊盘完全重合接合，所述第三顶部焊盘和所述第三底部焊盘部分重合接合，以实现所述底部晶圆和所述顶部晶圆的接合。作为优选，所述底部金属层、所述第二底部焊盘、所述第二顶部焊盘以及所述第二测试焊盘形成互连结构，以将所述底部晶圆和所述顶部晶圆形成通路。作为优选，所述底部金属层、所述第一底部焊盘、所述第一顶部焊盘以及第一测试焊盘形成第一测试目标；所述底部金属层、所述第三底部焊盘、所述第三顶部焊盘以及第三测试焊盘形成第二测试目标。作为优选，，所述第一测试目标、所述第二测试目标位于所述互连结构的两侧，形成对称的测试结构，以使测试目标以外的额外电阻相等。作为优选，所述底部晶圆中还设置有底部通孔，所述第一底部焊盘、所述第二底部焊盘和所述第三底部焊盘通过所述底部通孔和所述底部金属层电连接。作为优选，所述顶部晶圆中还设置有顶部通孔，所述测试焊盘通过所述顶部通孔分别和所述第一顶部焊盘、所述第二顶部焊盘、所述第三顶部焊盘电连接。作为优选，所述测试焊盘为所述顶部晶圆的第一金属层，其通过位于所述顶部晶圆内的多个金属层和通孔与所述顶部焊盘电连接，所述顶部焊盘为所述顶部晶圆的顶部金属层。作为优选，所述第一底部焊盘、第三底部焊盘、第一顶部焊盘和第三顶部焊盘的形状和面积都相同；所述第二底部焊盘和所述第二顶部焊盘的形状和面积都相同；其中，所述第二底部焊盘和所述第二顶部焊盘的面积大于所述第一底部焊盘、第三底部焊盘、第一顶部焊盘和第三顶部焊盘的面积。作为优选，所述第一底部焊盘、所述第二底部焊盘、第三底部焊盘、第一顶部焊盘、第二顶部焊盘和第三顶部焊盘形状均为正方形，选用的材料为铜。作为优选，所述第三底部焊盘和所述第三顶部焊盘的边长尺寸为L，所述第三顶部焊盘和所述第三底部焊盘之间交错的位移值为a，所述L﹥a。本专利技术还提供了一种选用上述的检测结构的检测方法：步骤（a）在所述第一测试端子和所述第三测试端子上施加应力电压，测试所述第三测试端子和所述第四测试端子之间的电压，并计算电阻值R1；步骤（b）在所述第三测试端子和所述第五测试端子上施加应力电压，测试所述第四测试端子和所述第六测试端子之间的电压，并计算电阻值R2；步骤（c）根据R1和R2计算所述第三顶部焊盘和所述第三底部焊盘之间的接合电阻。作为优选，所述步骤（c）还包括以下子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶圆接合质量的检测结构，所述结构包括：底部晶圆，所述底部晶圆中设置有底部金属层以及位于所述底部金属层上方的第一底部焊盘、第二底部焊盘和第三底部焊盘，所述第一底部焊盘、所述第二底部焊盘、所述第三底部焊盘分别与所述底部金属层电连接；顶部晶圆，所述顶部晶圆表面上设置有顶部焊盘，包括第一顶部焊盘、第二顶部焊盘和第三顶部焊盘，所述顶部晶圆的背面设置有测试焊盘，包括第一测试焊盘、第二测试焊盘和第三测试焊盘，所述第一顶部焊盘、第二顶部焊盘和第三顶部焊盘与所述第一测试焊盘、第二测试焊盘和第三测试焊盘分别电连接，所述顶部晶圆还包括连接至所述第一测试焊盘的第一测试端子和第二测试端子、连接至所述第二测试焊盘的第三测试端子和第四测试端子、以及连接至所述第三测试焊盘的第五测试端子和第六测试端子；其中，所述第一顶部焊盘和所述第一底部焊盘完全重合接合，所述第二顶部焊盘和所述第二底部焊盘完全重合接合，所述第三顶部焊盘和所述第三底部焊盘部分重合接合，以实现所述底部晶圆和所述顶部晶圆的接合。

【技术特征摘要】
1.一种晶圆接合质量的检测结构，所述结构包括：
底部晶圆，所述底部晶圆中设置有底部金属层以及位于所述底部金属
层上方的第一底部焊盘、第二底部焊盘和第三底部焊盘，所述第一底部焊
盘、所述第二底部焊盘、所述第三底部焊盘分别与所述底部金属层电连接；
顶部晶圆，所述顶部晶圆表面上设置有顶部焊盘，包括第一顶部焊盘、
第二顶部焊盘和第三顶部焊盘，所述顶部晶圆的背面设置有测试焊盘，包
括第一测试焊盘、第二测试焊盘和第三测试焊盘，所述第一顶部焊盘、第
二顶部焊盘和第三顶部焊盘与所述第一测试焊盘、第二测试焊盘和第三测
试焊盘分别电连接，所述顶部晶圆还包括连接至所述第一测试焊盘的第一
测试端子和第二测试端子、连接至所述第二测试焊盘的第三测试端子和第
四测试端子、以及连接至所述第三测试焊盘的第五测试端子和第六测试端
子；
其中，所述第一顶部焊盘和所述第一底部焊盘完全重合接合，所述第
二顶部焊盘和所述第二底部焊盘完全重合接合，所述第三顶部焊盘和所述
第三底部焊盘部分重合接合，以实现所述底部晶圆和所述顶部晶圆的接合。
2.根据权利要求1所述的测试结构，其特征在于，所述底部金属层、
所述第二底部焊盘、所述第二顶部焊盘以及所述第二测试焊盘形成互连结
构，以将所述底部晶圆和所述顶部晶圆形成通路。
3.根据权利要求1或2所述的测试结构，其特征在于，所述底部金
属层、所述第一底部焊盘、所述第一顶部焊盘以及第一测试焊盘形成第一
测试目标；
所述底部金属层、所述第三底部焊盘、所述第三顶部焊盘以及第三测
试焊盘形成第二测试目标。
4.根据权利要求3所述的测试结构，其特征在于，所述第一测试目
标、所述第二测试目标位于所述互连结构的两侧，形成对称的测试结构，
以使测试目标以外的额外电阻相等。
5.根据权利要求1所述的测试结构，其特征在于，所述底部晶圆中还
设置有底部通孔，所述第一底部焊盘、所述第二底部焊盘和所述第三底部
焊盘通过所述底部通孔和所述底部金属层电连接。
6.根据权利要求1所述的测试结构，其特征在于，所述顶部晶圆中

\t还设置有顶部通孔，所述测试焊盘通过所述顶部通孔分别和所述第一顶部
焊盘、所述第二顶部焊盘、所述第三顶部焊盘电连接。
7.根据权利要求1所述的测试结构，其特征在于，所述测试焊盘为
所述顶部晶圆的第一金属层，其通过位于所述顶部晶圆内的多个金属层和
通孔与所述顶部焊盘电连接，所述顶部焊盘为所...

【专利技术属性】
技术研发人员：戚德奎，陈政，李新，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31