[發明專利]一種用于硅芯片間互連的冗余互連結構

有效

• 申請號: 201210046598.9
• 申請日: 2012-02-27
• 公開（公告）號: CN103296005A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 甘正浩;徐依協
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L23/525
• 分類號: H01L23/525
• 代理公司: 北京市磐華律師事務所 11336
• 代理人: 董巍;顧珊

技術領域

本發明涉及半導體器件，具體而言涉及一種用于硅芯片間互連的冗余互連結構。

背景技術

為了實現更高的晶體管集成度，現有的半導體設計技術采用如圖1所示的堆疊式半導體芯片，在圖1中，半導體襯底100上形成有自下而上依次堆疊的半導體芯片101、102和103，半導體芯片101和半導體襯底100之間、半導體芯片102和半導體芯片101之間以及半導體芯片103和半導體芯片102之間通過引線鍵合元件(圖1中用帶有斜線的方框示出)進行連接，在半導體芯片102和半導體芯片101的內部，通過硅通道元件(TSV)104將所述半導體芯片內部的金屬互連線和所述引線鍵合元件連接起來，從而實現如圖1所示的堆疊式半導體芯片內部各層芯片之間的通信。

然而，經過一定時間的使用，所述堆疊式半導體芯片內部的所述硅通道元件性能將會退化，例如，在所述硅通道元件的內部或者附近出現如圖2中所示的孔洞200，所述孔洞200出現在硅通道元件201下方的焊盤202中。所述退化將會造成所述堆疊式半導體芯片的失效。

由于具有多個所述硅通道元件的堆疊式半導體芯片的制造成本很高，因此，避免所述多個硅通道元件中的一個失效而導致整個堆疊式半導體芯片的失效是十分必要的。現有半導體技術通常在所述多個硅通道元件中配置冗余的硅通道元件和相應的檢測及啟動元件，當所述檢測元件檢測到所述多個硅通道元件中的一個發生故障，則啟動所述冗余的硅通道元件來代替發生故障的硅通道元件，從而保證所述半導體芯片的正常工作。但是，所述檢測及啟動元件的結構通常比較復雜，占用較多的芯片利用面積，不利于制造成本的降低，同時有些檢測及啟動元件需要增加額外的工藝，不利于同現有制造工藝的兼容。

因此，需要提出一種用于所述堆疊式半導體芯片的冗余互連結構，以解決上述問題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種用于硅芯片間互連的冗余互連結構，所述硅芯片之間通過多個焊球固定連接，所述冗余互連結構包括：多個主互連通道，其下端連接到通過焊點與所述焊球連接的所述硅芯片下表面的焊盤，上端連接到與所述硅芯片上表面的焊盤連接的金屬互連線；多個冗余互連通道，其下端連接到通過焊點與所述焊球連接的所述硅芯片下表面的焊盤，上端連接到與所述硅芯片上表面的焊盤連接的金屬互連線，所述多個冗余互連通道中的每個形成于所述多個主互連通道中的每個的旁邊；多個反熔絲元件，所述多個反熔絲元件中的每個形成于所述多個主互連通道中的每個的上端與相應的所述多個冗余互連通道中的每個的上端之間的所述金屬互連線中；所述反熔絲元件與相應的所述冗余互連通道相串聯，相串聯的所述反熔絲元件和所述冗余互連通道再與相應的所述主互連通道構成并聯結構。

進一步，所述反熔絲元件控制所述冗余互連通道的開啟。

進一步，當所述多個主互連通道中的任意一個發生故障時，與所述發生故障的主互連通道相對應的反熔絲元件由非導通狀態轉變為導通狀態，實現位于所述發生故障的主互連通道旁邊的所述冗余互連通道的開啟。

進一步，所述多個主互連通道與所述多個冗余互連通道由硅通道元件構成。

進一步，所述硅通道元件的材料是導電材料。

進一步，構成所述硅通道元件的所述導電材料包括銅、鎢、鈦或者多晶硅中的一種或者多種。

進一步，所述多個反熔絲元件的材料是導電材料。

進一步，構成所述多個反熔絲元件的所述導電材料包括鎢、鈦或者多晶硅中的一種或多種構成的合金。

本發明還通過一種用于硅芯片間互連的冗余互連結構，所述硅芯片之間通過多個焊球固定連接，所述冗余互連結構包括：多個主互連通道，其下端連接到通過焊點與所述焊球連接的所述硅芯片下表面的焊盤，上端連接到與所述硅芯片上表面的焊盤連接的金屬互連線；多個冗余互連通道，其下端連接到通過焊點與所述焊球連接的所述硅芯片下表面的焊盤，上端連接到與所述硅芯片上表面的焊盤連接的金屬互連線，所述多個冗余互連通道中的每個形成于所述多個主互連通道中的每個的旁邊；多個反熔絲元件，所述多個反熔絲元件中的每個形成于所述多個主互連通道中的每個的上端與所述多個冗余互連通道中的每個的上端之間的所述金屬互連線中；多個熔絲元件，所述多個熔絲元件中的每個形成于所述多個主互連通道中的每個的下端與連接所述硅芯片下表面的焊盤和所述焊球的焊點之間的所述焊盤中；所述反熔絲元件與相應的所述冗余互連通道相串聯，所述熔絲元件與相應的所述主互連通道相串聯，相串聯的所述熔絲元件和所述主互連通道再與相串聯的所述反熔絲元件和所述冗余互連通道構成并聯結構。