[发明专利]一种三维集成电路缺陷TSV的动态自修复方法和装置

说明书

本发明涉及一种三维集成电路缺陷TSV的动态自修复方法和装置。修复电路分为主端修复电路和从端修复电路，主端修复电路用于配置修复路径，从端修复电路用于恢复修复后的数据信号。当缺陷TSV的数量小于或等于冗余TSV数量时，应用冗余容错修复(硬修复)对其进行修复。否则，先对缺陷TSV进行冗余容错修复(硬修复)，再将剩余缺陷TSV进行并串‑串并转换修复(软修复)。本发明避免了传统修复方案中修复率高低取决于冗余TSV数量的弊端，增加了修复路径的选择，进而提高了缺陷TSV被修复的可能性。通过重构电路来修复由于工作环境及芯片老化率等因素影响下的TSV数据通道缺陷问题，有利于延长芯片的工作寿命，减少经济损失。

技术领域

本发明属于面向三维封装中的高可靠性数据通道研究领域，涉及三维集成电路中缺陷TSV(Through Silicon Via)的动态自修复问题，具体涉及一种基于冗余容错修复(硬修复)和并串-串并转换修复(软修复)结合的双重动态自修复方案，目的是通过重构电路来修复由于工作环境及芯片老化率等因素影响下的数据通道突发缺陷问题，达到延长芯片工作寿命的目的。

背景技术

早期的集成电路，设计过程相对简单，每个芯片的集成度低，随着汽车电子、移动通信和其他消费类电子产品的快速发展，电子设备对于集成电路的多功能、小型化、低功耗、高速度、高可靠性和便携式的要求不断提升，因此芯片的集成数也在不断增加。基于TSV垂直互连的三维集成电路能够实现更小的芯片面积、更短的芯片间互连、更高的数据传输带宽、以及不同工艺技术的异质集成，从而大幅度降低芯片功耗、减小延时、提高性能、拓展功能，并为实现复杂功能的SoC(System-On-Chip)提供可能。

TSV即穿透硅通孔技术，是实现三维系统级封装垂直电互连的核心技术。该技术在集成电路芯片的硅衬底上制造通孔，并用金属填充形成垂直方向上的互联导线，以链接上下两层的电路接口。通过将功能模块垂直方向进行堆叠来替代传统的水平方向的放置，明显地降低模块间的互联线长度，从而缩短了信号的传输距离，减少了信号的衰减，进一步提升整个三维集成系统的性能。

TSV的制造工艺复杂，在制造过程中可能会产生各种各样的故障。有些明显的故障可以在键合前检测出来并进行及时的修复处理，但也存在一些潜在的故障无法在一开始的检测中被发现，这类故障在芯片工作环境的影响下变成影响芯片正常工作的关键缺陷。因此需要对TSV缺陷进行动态的自修复处理。

目前对TSV数据通道的修复主要分为静态修复和动态修复两种，静态修复主要是在键合前直接用正常的TSV通道替换缺陷TSV通道，经过测试确认无缺陷后再对芯片进行键合。在现有的文献中，对TSV的动态自修复方法有基于硬件映射的方法、基于编码的修复方法、基于路由的修复方法等。这些动态修复都是针对键合过程中，由于制造工艺造成的TSV缺陷，且冗余TSV的数量决定了修复率的高低，当冗余数量不足时，无法实现完全修复。本发明主要针对在工作时，受到工作环境等复杂因素引起的突发性缺陷，当出现突发性缺陷时，使用双重修复方法修复缺陷，可以降低冗余TSV数量对修复率的影响，从而使芯片恢复正常地工作。

对TSV数据通道的动态自修复可以避免芯片工作数据的丢失，使芯片在少量数据通道出现缺陷时还能保持正常工作，有利于避免由于突发性缺陷导致整个芯片失效的情况，减少了由于数据通道缺陷问题导致的经济损失。尤其是在航空航天、生物医疗电子、工业物联网等特殊服役环境下，由于工作温差大或者工作环境复杂等因素，TSV更容易产生缺陷，因此在服役过程中对三维封装中的高可靠性数据通道的动态自修复研究无论是在学术研究、实际应用还是在经济上都具有深远的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对3D芯片TSV工作时突发缺陷的动态自修复方案，首先提出一种并串-串并转换修复(软修复)方案；然后提出一种基于冗余容错修复(硬修复)和并串-串并转换修复(软修复)结合的双重动态自修复方案。本发明能够使芯片恢复正常工作，从而避免由于TSV缺陷引起整个芯片失效的问题，增长芯片的使用寿命。