三維芯片中硅通孔容錯(cuò)技術(shù)與存儲(chǔ)器堆疊方法研究.pdf

1、隨著納米級(jí)、亞納米級(jí)制造工藝的發(fā)展，集成電路的性能迅速提高，傳統(tǒng)的芯片設(shè)計(jì)思想和理念，已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)前制造行業(yè)的發(fā)展和集成電路市場(chǎng)的需求，芯片設(shè)計(jì)行業(yè)遇到了前所未有的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。三維集成電路的提出，給集成電路行業(yè)帶來(lái)了一個(gè)新的研究方向。與傳統(tǒng)的二維平面集成電路相比，三維集成電路有著更高的芯片集成度、更密集的布線和更高的性能，被認(rèn)為是一種很有發(fā)展前景的集成電路制造技術(shù)。然而，人們對(duì)三維集成電路技術(shù)的研究還處于初級(jí)階段。無(wú)論是理論研究，還是實(shí)

2、際應(yīng)用，也都還面臨這諸多問(wèn)題。
　　硅通孔(Through Silicon Vias，TSVs)作為三維芯片中各層之間的互連線，在整個(gè)系統(tǒng)中扮演著極為重要的角色。由于目前制造工藝水平的限制等因素，電路中的TSVs出現(xiàn)故障在所難免，如何修復(fù)故障TSVs，保證系統(tǒng)在出現(xiàn)故障時(shí)依然能夠正?？煽窟\(yùn)行，是目前行業(yè)研究的重點(diǎn)之一。本文提出了基于互連線線長(zhǎng)導(dǎo)向的TSVs分布容錯(cuò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)不同的電路特點(diǎn)，將整個(gè)芯片按照信號(hào)TSVs的數(shù)量分成若

3、干區(qū)域，在每個(gè)區(qū)域中再分配冗余TSVs修復(fù)故障，完成容錯(cuò)。基于互連線線長(zhǎng)導(dǎo)向的TSVs分布更加符合實(shí)際情況;劃分區(qū)域分配冗余TSVs的方法，有效避免了電路中TSVs密度較高區(qū)域線路復(fù)雜導(dǎo)致故障難以修復(fù)的問(wèn)題;較短的布線和較低的傳輸延遲，也降低了整體芯片的功耗。
　　存儲(chǔ)器作為集成電路中應(yīng)用最為廣泛的系統(tǒng)之一，是當(dāng)前行業(yè)內(nèi)的研究熱點(diǎn)。更高的集成度、更小的功耗以及更強(qiáng)的性能，都是各大生產(chǎn)廠商競(jìng)相追逐的目標(biāo)。三維堆疊存儲(chǔ)器已經(jīng)作為三維集

4、成電路的先驅(qū)大規(guī)模量產(chǎn)。存儲(chǔ)器的修復(fù)問(wèn)題，一直是行業(yè)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。本文提出了一種基于相鄰層的冗余共享修復(fù)策略，每層芯片與其上下相鄰層之間均通過(guò)TSVs連接共享冗余，替換修復(fù)故障單元。在此基礎(chǔ)上提出了一種新的堆疊方法，將故障數(shù)目較多的芯片與較少的交替堆疊，最終形成的堆疊結(jié)構(gòu)中，故障數(shù)目較多的芯片均能從相鄰層獲取冗余。所提方法的硬件開(kāi)銷(xiāo)較小，而且由于每層芯片均能利用相鄰上下層的冗余來(lái)修復(fù)自身故障單元，更加有效地利用了冗余單元，提高了成品