[發明專利]一種三維集成電路缺陷TSV的動態自修復方法和裝置

在審

• 申請號: 201810708362.4
• 申請日: 2018-07-02
• 公開（公告）號: CN110516272A
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: 趙凱;鄺艷梅;繆旻
• 申請（專利權）人: 北京信息科技大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 11200 北京君尚知識產權代理有限公司
• 代理人: 邱曉鋒<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明涉及一種三維集成電路缺陷TSV的動態自修復方法和裝置。修復電路分為主端修復電路和從端修復電路，主端修復電路用于配置修復路徑，從端修復電路用于恢復修復后的數據信號。當缺陷TSV的數量小于或等于冗余TSV數量時，應用冗余容錯修復(硬修復)對其進行修復。否則，先對缺陷TSV進行冗余容錯修復(硬修復)，再將剩余缺陷TSV進行并串?串并轉換修復(軟修復)。本發明避免了傳統修復方案中修復率高低取決于冗余TSV數量的弊端，增加了修復路徑的選擇，進而提高了缺陷TSV被修復的可能性。通過重構電路來修復由于工作環境及芯片老化率等因素影響下的TSV數據通道缺陷問題，有利于延長芯片的工作壽命，減少經濟損失。

技術領域

本發明屬于面向三維封裝中的高可靠性數據通道研究領域，涉及三維集成電路中缺陷TSV(Through Silicon Via)的動態自修復問題，具體涉及一種基于冗余容錯修復(硬修復)和并串-串并轉換修復(軟修復)結合的雙重動態自修復方案，目的是通過重構電路來修復由于工作環境及芯片老化率等因素影響下的數據通道突發缺陷問題，達到延長芯片工作壽命的目的。

背景技術

早期的集成電路，設計過程相對簡單，每個芯片的集成度低，隨著汽車電子、移動通信和其他消費類電子產品的快速發展，電子設備對于集成電路的多功能、小型化、低功耗、高速度、高可靠性和便攜式的要求不斷提升，因此芯片的集成數也在不斷增加。基于TSV垂直互連的三維集成電路能夠實現更小的芯片面積、更短的芯片間互連、更高的數據傳輸帶寬、以及不同工藝技術的異質集成，從而大幅度降低芯片功耗、減小延時、提高性能、拓展功能，并為實現復雜功能的SoC(System-On-Chip)提供可能。

TSV即穿透硅通孔技術，是實現三維系統級封裝垂直電互連的核心技術。該技術在集成電路芯片的硅襯底上制造通孔，并用金屬填充形成垂直方向上的互聯導線，以鏈接上下兩層的電路接口。通過將功能模塊垂直方向進行堆疊來替代傳統的水平方向的放置，明顯地降低模塊間的互聯線長度，從而縮短了信號的傳輸距離，減少了信號的衰減，進一步提升整個三維集成系統的性能。

TSV的制造工藝復雜，在制造過程中可能會產生各種各樣的故障。有些明顯的故障可以在鍵合前檢測出來并進行及時的修復處理，但也存在一些潛在的故障無法在一開始的檢測中被發現，這類故障在芯片工作環境的影響下變成影響芯片正常工作的關鍵缺陷。因此需要對TSV缺陷進行動態的自修復處理。

目前對TSV數據通道的修復主要分為靜態修復和動態修復兩種，靜態修復主要是在鍵合前直接用正常的TSV通道替換缺陷TSV通道，經過測試確認無缺陷后再對芯片進行鍵合。在現有的文獻中，對TSV的動態自修復方法有基于硬件映射的方法、基于編碼的修復方法、基于路由的修復方法等。這些動態修復都是針對鍵合過程中，由于制造工藝造成的TSV缺陷，且冗余TSV的數量決定了修復率的高低，當冗余數量不足時，無法實現完全修復。本發明主要針對在工作時，受到工作環境等復雜因素引起的突發性缺陷，當出現突發性缺陷時，使用雙重修復方法修復缺陷，可以降低冗余TSV數量對修復率的影響，從而使芯片恢復正常地工作。

對TSV數據通道的動態自修復可以避免芯片工作數據的丟失，使芯片在少量數據通道出現缺陷時還能保持正常工作，有利于避免由于突發性缺陷導致整個芯片失效的情況，減少了由于數據通道缺陷問題導致的經濟損失。尤其是在航空航天、生物醫療電子、工業物聯網等特殊服役環境下，由于工作溫差大或者工作環境復雜等因素，TSV更容易產生缺陷，因此在服役過程中對三維封裝中的高可靠性數據通道的動態自修復研究無論是在學術研究、實際應用還是在經濟上都具有深遠的意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種針對3D芯片TSV工作時突發缺陷的動態自修復方案，首先提出一種并串-串并轉換修復(軟修復)方案；然后提出一種基于冗余容錯修復(硬修復)和并串-串并轉換修復(軟修復)結合的雙重動態自修復方案。本發明能夠使芯片恢復正常工作，從而避免由于TSV缺陷引起整個芯片失效的問題，增長芯片的使用壽命。