[發明專利]半導體裝置的硅穿孔雙向修補電路

有效

• 申請號: 201310469842.7
• 申請日: 2013-10-10
• 公開（公告）號: CN103915419B
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 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直通硅晶穿孔(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準位發生漂移而不穩定，使得在其他TSV中傳輸的信號也可能會因為硅基板的電壓準位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偵測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。

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，并自動偵測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)能夠正確且雙向地傳輸數據。

本申請實施例提出一種半導體裝置的硅穿孔雙向修補電路，其包括第一芯片以及第二芯片、第一雙向開關及第二雙向開關、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。第一雙向開關及第二雙向開關分別設置于第一芯片以及第二芯片。第一雙向開關及第二雙向開關分別接收切換信號及反相切換信號以決定導引所述第一芯片或是第二芯片的輸入信號到其輸出端。各個傳輸路徑模塊的兩端分別連接第一雙向開關以及第二雙向開關的輸出端，且每個傳輸路徑模塊包括至少一直通硅晶穿孔。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輸入端分別連接直通硅晶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，從而分別產生第一輸出信號以及第二輸出信號。

承上所述，每個傳輸路徑模塊包括至少一直通硅晶穿孔、以及第一與第二數據路徑電路。各個直通硅晶穿孔分別穿透硅基板以相互傳遞第一芯片與第二芯片之間的信號。第一數據路徑電路以及第二數據路徑電路分別設置于所述第一芯片以及第二芯片。第一數據路徑電路以及第二數據路徑電路的輸入端分別連接所述第一雙向開關以及第二雙向開關的輸出端，藉以接收第一芯片或第二芯片的輸入信號。第一數據路徑電路以及第二數據路徑電路的輸出端分別連接直通硅晶穿孔的第一端以及第二端，以透過所述直通硅晶穿孔且依據切換信號或反相切換信號而傳遞數據。

承上所述，第一數據路徑電路以及第二數據路徑電路分別包括輸入驅動電路、短路偵測電路以及漏電流消除電路。輸入驅動電路接收所述輸入信號，依據第一準位電壓與第二準位電壓以轉換所述輸入信號為待傳信號，并將待傳信號傳送至直通硅晶穿孔的對應端點。短路偵測電路連接所述直通硅晶穿孔的對應端點，依據所述輸入信號、所述反相切換信號或切換信號以及所述直通硅晶穿孔對應端點的電位，藉以偵測所述直通硅晶穿孔是否與硅基板發生短路，并產生短路偵測輸出信號。漏電流消除電路連接所述短路偵測電路以及輸入驅動電路，其依據所述短路偵測輸出信號，藉以避免由第一準位電壓所產生的漏電流流入所述硅基板。