[發明專利]硅穿孔修補電路

無效

• 申請號: 201310172891.4
• 申請日: 2013-05-10
• 公開（公告）號: CN103904064A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 曾珮玲;蘇耿立
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: H01L23/58
• 分類號: H01L23/58;H01L25/16
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 陳小雯

技術領域

本發明涉及一種芯片堆迭技術，且特別涉及一種半導體裝置的硅穿孔(Through?Silicon?Via；TSV)雙向修補電路。

背景技術

由于集成電路(Integrated?Circuit；IC)中晶體管數量的不斷增加，因而增加了芯片的使用面積，使得信號的延遲時間(Delay?Time)和功率消耗(Power?Consumption)變得更加嚴重。為了改善嚴重的延遲與功率消耗等問題，三維芯片(Three?Dimension?IC；3DIC)堆迭技術是有效且目前正積極研發的解決方法，其將多顆芯片進行立體空間的垂直迭合，不同芯片之間利用貫穿硅基板的硅穿孔(TSV)結構以傳遞信號與電源電壓，達到尺寸精簡的最佳效益。

3DIC的制程技術主要著重在三個步驟，第一步驟為TSV通道的形成與導電金屬的填入；第二步驟是晶圓薄化制程；第三步驟則為芯片堆迭與結合。在第一步驟中，受限于現階段的制程技術，作為TSV導孔側壁(Sidewall)的絕緣層薄膜(如SiO2)有可能在制程中破損(break)或是受到外來雜質(Impurity)的侵入，因而造成TSV的開路或硅基板(Silicon?Substrate)的短路。并且，在第三步驟以迭合數顆IC時，往往因為小小的位置偏移量(offset)而造成TSV之間無法正確導通而開路，亦即此TSV無法在不同芯片之間提供有效路徑來傳遞信號。

雖然傳統的平面IC在設計時可以采用多條路徑同時傳輸同一信號，來預防數據傳輸不良的問題。但是，在3DIC技術中，只要其中一個TSV與硅基板發生短路，電源電壓所產生的漏電流將會經由TSV流入硅基板，造成硅基板中整體的電壓電平發生漂移而不穩定，使得在其他TSV中傳輸的信號也可能會因為硅基板的電壓電平漂移而發生傳送錯誤。因此，許多3DIC領域的廠商皆在尋求能夠自動檢測TSV的短路缺陷，并且具備數據自我修復功能的雙向數據傳輸電路。

此外，在3DIC領域中，除了芯片內部是利用硅穿孔進行信號傳輸以外，3DIC還需要通過接合墊(bonding?pad)來將信號傳送到位于芯片外部的電路。圖1是芯片內部電路10、接合墊20、輸出緩沖驅動電路30以及外部電路40的示意圖。輸出信號經由輸出緩沖驅動電路30通過接合墊20以傳出至外部電路40或是外部電路40的輸入信號經由接合墊20傳入芯片內部電路10。如圖1所示，通常來說，芯片內部電路10在傳輸信號時，其輸出端Nout的輸出信號會受到兩個靜電保護二極管D1、D2以及電源電壓VDD跟接地電壓GND的鉗制，并且輸出端Nout會連接到輸出緩沖電路30，而對輸出信號進行緩沖。芯片內部電路10的輸出信號會通過電阻R1、接合墊20而傳輸到外部電路40，而三維芯片10到外部電路40時所掛電容負載通常例如是20pf到40pf。因此，3DIC中的雙向數據傳輸電路除了希望能夠具備數據自我修復功能以外，還希望能夠具備足夠的負載驅動能力來推動信號到外部電路。

發明內容

本申請實施例提供一種適用于半導體裝置的硅穿孔(TSV)雙向修補電路，其可控制兩個芯片之間的數據流向，自動檢測TSV是否發生短路以避免漏電流流入硅基板，還可依據已傳輸的信號而自我修復為正確的輸出信號，讓三維芯片(3DIC)能夠具備足夠傳輸能力以正確且雙向地傳輸數據。

本申請實施例提出一種硅穿孔修補電路，其包括第一芯片以及第二芯片、第一傳輸控制開關及第二傳輸控制開關、至少兩個傳輸路徑模塊、第一輸出邏輯電路以及第二輸出邏輯電路。所述第一芯片與第二芯片相互上下堆迭。第一傳輸控制開關及第二傳輸控制開關分別設置于第一芯片以及第二芯片。第一傳輸控制開關及第二傳輸控制開關分別接收切換信號及反相切換信號，以決定將第一芯片與第二芯片其中之一的輸入信號反相為第一待傳信號，將所述第一待傳信號傳輸到其輸出端，并截止第一芯片或第二芯片其中的另一個的輸入信號。各個傳輸路徑模塊的兩端分別連接第一傳輸控制開關以及第二傳輸控制開關的輸出端，且每個傳輸路徑模塊包括至少一硅穿孔。第一輸出邏輯電路以及第二輸出邏輯電路分別設置于所述第二芯片以及第一芯片。第一輸出邏輯電路以及第二輸出邏輯電路的至少兩個輸入端分別連接所述至少一硅穿孔的第二端以及第一端，藉以分別接收至少兩個第一傳輸信號以及至少兩個第二傳輸信號，且第一輸出邏輯電路以及第二輸出邏輯電路的輸出端分別產生第一輸出信號以及第二輸出信號。