【摘 要】
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随着半导体技术的不断扩展,互连延迟和功耗等限制了工艺尺寸的进一步缩放。为了打破这些瓶颈,业界和研究机构正在探索三维集成,例如通过晶片堆叠和硅通孔（Through Silicon Via,TSV）。然而,目前的工艺水平下TSV的良率不高,在制造过程中会出现失效的TSV,这些失效可能导致整块芯片的失效,因此对于包括TSV在内的互连方式的失效检测和修复方法是提高三维芯片良率的重要手段。在本篇论文中,给出
【基金项目】
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国家自然科学基金“基于高可靠链路设计的3DNoC系统通信关键技术研究”（编号61176037）； 上海航天科技创新基金项目“面向叠层型SIP的失效分析及检测技术研究”；
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随着半导体技术的不断扩展,互连延迟和功耗等限制了工艺尺寸的进一步缩放。为了打破这些瓶颈,业界和研究机构正在探索三维集成,例如通过晶片堆叠和硅通孔（Through Silicon Via,TSV）。然而,目前的工艺水平下TSV的良率不高,在制造过程中会出现失效的TSV,这些失效可能导致整块芯片的失效,因此对于包括TSV在内的互连方式的失效检测和修复方法是提高三维芯片良率的重要手段。在本篇论文中,给出了3D-IC中互连失效的建模、检测和修复方法,主要工作有以下几个方面:（1）依据TSV的工艺和制造结构,建立TSV的等效器件模型,通过HSPICE仿真得到TSV不同故障的电性能影响,可以将由TSV缺陷引起的TSV至衬底电阻的变化映射到路径延迟的变化,从而可以检测相关故障,在此基础上提出一种基于扫描技术的TSV内建自测试模型,并在SMIC 0.18μm工艺下通过Model Sim仿真验证,该检测模型可以同时检测键合前和键合后TSV的故障。（2）针对中介层（Interposer）中互连线（Wire）的固定逻辑故障,提出一种基于元胞自动机（Cellular Automation,CA）的检测结构。利用元胞自动机中单长度单周期吸引子的特性,可以快速地并行地检测一排互连线是否存在故障,此外该检测结构也适应于大量TSV的快速故障检测。（3）提出一种蜂窝网络状的TSV冗余结构,单列冗余阵列是双容错双向冗余结构,蜂窝网络结构既保证了高修复率,又一定程度地减小了各列连接带来的路由电路成本,该结构在TSV总数为1000时,仅需要0.2%的冗余率就可以达到99.9980%的修复率。
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