[发明专利]基于分区的TSV聚簇故障容错系统及方法

说明书

本发明适用于超大规模集成电路技术领域，提供了一种基于区分的TSV聚簇故障容错系统及方法，系统包括：由四个M*N的路由模块阵列一组成，四个路由模块阵列一组成一个4M*N的路由模块阵列二；路由模块阵列一由(M*N‑1)个路由模块一、及一个路由模块二组成，路由模块二设于路由模块阵列一的临接边界；路由模块一由STSV、信号及路由开关组成，路由开关用于连接STSV与信号；路由模块二由RTSV及路由开关组成。相对于路由容错方法，在保证良率的前提下，会使用更少的冗余TSV，使得面积开销大大节省；由于各区域均分配了冗余TSV，修复路径相对短，意味着时序开销更短；对于特定的聚簇区域，提供信号转移的方向选择更多，保证更高的容错能力，提升3D芯片良率。

技术领域

本发明属于超大规模集成电路技术领域，提供了一种基于区分的TSV聚簇故障容错系统及方法。

背景技术

随着CMOS工艺节点逐渐接近物理极限，摩尔定律正式走向了终结。三维集成电路(3DIC)技术的出现为半导体行业的发展提供了新的动力，近些年成为了业界的研究热点。3DIC技术利用硅通孔(TSV)在垂直方向上将多个堆叠的裸片进行互连，具有高性能、高带宽、低功耗且支持异构集成等优点。同时基于TSV的3DIC技术也面临着制造工艺、3DIC测试、热管理、互连设计和CAD算法与工具等方面的新的挑战。

3D芯片在制造过程中容易产生缺陷，在堆叠过程中也会由于不对齐绑定、应力等因素引起TSV缺陷，TSV的堆叠质量不仅取决于堆叠工艺技术，还受硅片本身粗糙度和清洁度的影响。一旦堆叠过程中某个TSV产生缺陷，其周围的TSV也很有可能产生缺陷，TSV的缺陷呈现聚簇分布，影响3D芯片的良率及可靠性。

三星公司提出了一种信号切换的冗余策略可以有效提升3D DRAM良率。6个TSV作为一组，每一组使用多路开关选择其中4个TSV用于信号传输，剩余2个TSV用于冗余，冗余比为4：2，该方法可以容忍任何一个或两个TSV发生故障。而基于信号转移的容错结构，它在每个TSV块中添加1个冗余TSV形成一个TSV链。那么，原来经由某故障TSV传输的信号可以通过邻近TSV传输，因此它可以容忍TSV块中的某一个TSV发生故障。

基于交叉开关的冗余结构用于3D片上网络的容错。冗余TSV添加到TSV阵列(路由模块阵列)的行或列，连接故障TSV的信号可以经由交叉开关实现转移，这种方法可以容忍行或列中任意一个TSV发生故障。

上述方法都可以在一定程度上实现3D芯片良率的提升，但这些方法都假设TSV故障是均匀分布的(各TSV故障彼此独立)，采用邻近TSV实现信号的转移。但实际上，由于聚簇效应的存在，故障TSV的邻近TSV也是很大概率上发生故障的，那么简单通过旁边TSV转移信号就显得不那么可行了。

针对TSV聚簇故障的容错方案，研究甚少，现有主要有基于路由的TSV容错方法，基于路由的TSV容错方法将冗余TSV放置于TSV阵列边缘，当TSV阵列规模较大时，冗余TSV的数目会很多，而单个TSV的面积较大，故该方法面积开销过大。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于分区的TSV聚簇故障容错系统，旨在解决基于路由的TSV容错方法需要插入的冗余TSV的数目多，面积开销过大的问题。

本发明是这样实现的，一种基于分区的TSV聚簇故障容错系统，所述系统包括：

由四个M*N的路由模块阵列一组成，四个路由模块阵列一组成一个2M*2N的路由模块阵列二；

路由模块阵列一由(M*N-1)个路由模块一、及一个路由模块二组成，路由模块二设于路由模块阵列一的临接边界；

路由模块一由STSV、信号及路由开关组成，路由开关用于连接STSV与信号；

路由模块二由RTSV及路由开关组成。

进一步的，路由模块一中的路由开关内设有3个MUX，