传统的二维集成电路已经不能通过减小其尺寸来达到进一步提高性能的目的,摩尔定律正在逐渐失效。为了延续摩尔定律以及进一步提高集成电路的性能,三维集成电路的概念被提出。不同于传统的二维集成电路,三维集成电路将芯片中各个模块通过硅通孔垂直堆叠,以达到减小互连线长度、减小寄生参数和提高集成电路性能的目的。硅通孔是三维集成中最重要的器件之一,由于集成电路上的硅通孔密度很高,而且十分脆弱,因此传统的探针结构不适用与硅通孔的测试。如何对硅通孔进行测试以提高芯片良品率和对工艺进行监测是三维集成电路中的一个重要课题。本文对三维集成电路中的硅通孔测试进行研究。由于本文采用电学方法对硅通孔进行故障诊断,所以本文首先对硅通孔的电学建模进行研究。前人的文献往往脱离硅通孔的物理尺寸而对硅通孔测试进行研究而且仅仅采用公式分析的方法导致了电学模型不够精确,本文通过三维全波仿真软件对硅通孔物理模型进行分析,通过仿真软件得到的硅通孔等效电学模型会更加精确,随后在硅通孔物理模型上注入故障,研究故障对硅通孔等效电学模型的影响。仿真结果表明,硅通孔的孔洞故障导致硅通孔的等效电阻增加,硅通孔的漏电故障导致硅通孔和外层基质形成的等效电容和电介质层的等效电阻减小。接着本文分析了传统的环形振荡器的硅通孔测试结构的缺点,并针对这些缺点加以改进,提出了两种新的硅通孔内建自测试结构——RC环形振荡器和施密特环形振荡器。RC环形振荡器通过在环形振荡器上增加RC电路,使得环形振荡器的周期上升,而且其输出周期在硅通孔发生漏电故障时的变化量增大,使得更加微弱的漏电故障可以被检测出来。仿真结构表明RC环形振荡器可以检测出0.2μm~2及其以上的漏电故障。施密特环形振荡器是将硅通孔接收端的反相器换成施密特触发器。理论分析和仿真结构都表明施密特触发器正向阈值高、反向阈值低的特点有利于硅通孔孔洞故障的检测和诊断。仿真结果表明,当硅通孔发生孔洞电阻为30k?、位于硅通孔中间部位的孔洞故障时,普通的环形振荡器周期变化了384ps,而对于施密特环形振荡器其周期变化了884ps,较普通的环形振荡器测试结构有所改善。对于漏电故障,本文利用了施密特触发器上的一个反相器实现了一个分压电路来进行硅通孔漏电故障的诊断,该方法对硅通孔的漏电故障有很高的敏感性。仿真结果表明当硅通孔发生1μm~2漏电故障时,硅通孔上端节点电压变化了0.078V。