[发明专利]半导体装置的硅穿孔双向修补电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种芯片堆迭技术，且特别涉及一种半导体装置的硅穿孔(Through Silicon Via；TSV)双向修补电路。

背景技术

由于集成电路(Integrated Circuit；IC)中晶体管数量的不断增加，因而增加了芯片的使用面积，使得信号的延迟时间(Delay Time)和功率消耗(Power Consumption)变得更加严重。为了改善严重的延迟与功率消耗等问题，三维芯片(Three Dimension IC；3DIC)堆迭技术是有效且目前正积极研发的解决方法，其将多颗芯片进行立体空间的垂直迭合，不同芯片之间利用贯穿硅基板的直通硅晶穿孔(TSV)结构以传递信号与电源电压，达到尺寸精简的最佳效益。

3DIC的制程技术主要着重在三个步骤，第一步骤为TSV通道的形成与导电金属的填入；第二步骤是晶圆薄化制程；第三步骤则为芯片堆迭与结合。在第一步骤中，受限于现阶段的制程技术，作为TSV导孔侧壁(Sidewall)的绝缘层薄膜(如SiO2)有可能在制程中破损(break)或是受到外来杂质(Impurity)的侵入，因而造成TSV的开路或硅基板(Silicon Substrate)的短路。并且，在第三步骤以迭合数颗IC时，往往因为小小的位置偏移量(offset)而造成TSV之间无法正确导通而开路，亦即此TSV无法在不同芯片之间提供有效路径来传递信号。

虽然传统的平面IC在设计时可以采用多条路径同时传输同一信号，来预防数据传输不良的问题。但是，在3DIC技术中，只要其中一个TSV与硅基板发生短路，电源电压所产生的漏电流将会经由TSV流入硅基板，造成硅基板中整体的电压准位发生漂移而不稳定，使得在其他TSV中传输的信号也可能会因为硅基板的电压准位漂移而发生传送错误。因此，许多3DIC领域的厂商皆在寻求能够自动侦测TSV的短路缺陷，并且具备数据自我修复功能的双向数据传输电路。

发明内容

本申请实施例提供一种适用于半导体装置的硅穿孔(TSV)双向修补电路，其可控制两个芯片之间的数据流向，并自动侦测TSV是否发生短路以避免漏电流流入硅基板，还可依据已传输的信号而自我修复为正确的输出信号，让三维芯片(3DIC)能够正确且双向地传输数据。

本申请实施例提出一种半导体装置的硅穿孔双向修补电路，其包括第一芯片以及第二芯片、第一双向开关及第二双向开关、至少两个传输路径模块、第一输出逻辑电路以及第二输出逻辑电路。所述第一芯片与第二芯片相互上下堆迭。第一双向开关及第二双向开关分别设置于第一芯片以及第二芯片。第一双向开关及第二双向开关分别接收切换信号及反相切换信号以决定导引所述第一芯片或是第二芯片的输入信号到其输出端。各个传输路径模块的两端分别连接第一双向开关以及第二双向开关的输出端，且每个传输路径模块包括至少一直通硅晶穿孔。第一输出逻辑电路以及第二输出逻辑电路分别设置于所述第二芯片以及第一芯片。第一输出逻辑电路以及第二输出逻辑电路的输入端分别连接直通硅晶穿孔的第二端以及第一端，藉以分别接收至少两个第一传输信号以及至少两个第二传输信号，从而分别产生第一输出信号以及第二输出信号。

承上所述，每个传输路径模块包括至少一直通硅晶穿孔、以及第一与第二数据路径电路。各个直通硅晶穿孔分别穿透硅基板以相互传递第一芯片与第二芯片之间的信号。第一数据路径电路以及第二数据路径电路分别设置于所述第一芯片以及第二芯片。第一数据路径电路以及第二数据路径电路的输入端分别连接所述第一双向开关以及第二双向开关的输出端，藉以接收第一芯片或第二芯片的输入信号。第一数据路径电路以及第二数据路径电路的输出端分别连接直通硅晶穿孔的第一端以及第二端，以透过所述直通硅晶穿孔且依据切换信号或反相切换信号而传递数据。

承上所述，第一数据路径电路以及第二数据路径电路分别包括输入驱动电路、短路侦测电路以及漏电流消除电路。输入驱动电路接收所述输入信号，依据第一准位电压与第二准位电压以转换所述输入信号为待传信号，并将待传信号传送至直通硅晶穿孔的对应端点。短路侦测电路连接所述直通硅晶穿孔的对应端点，依据所述输入信号、所述反相切换信号或切换信号以及所述直通硅晶穿孔对应端点的电位，藉以侦测所述直通硅晶穿孔是否与硅基板发生短路，并产生短路侦测输出信号。漏电流消除电路连接所述短路侦测电路以及输入驱动电路，其依据所述短路侦测输出信号，藉以避免由第一准位电压所产生的漏电流流入所述硅基板。