三维集成电路(3D IC,Three-dimensional Integrated Circuit)将多块芯片在垂直方向上堆叠起来,通过硅通孔(TSV,Through Silicon Via)实现多层芯片之间的电气连接,将其封装成为一个单功能或多功能的整体,极大地提高了晶体管集成度。相较于逐渐走向极限尺寸的传统的二维集成电路,三维集成电路支持异构集成,具有高互连密度、高速通信、小封装体积、低成本及低功耗等众多优势,因而被认为是摩尔定律的延续。然而由于尚不成熟的工艺技术,在三维集成电路制造、使用及老化过程中,TSV中易引入各种缺陷,这些缺陷可能影响TSV电气参数,甚至导致TSV开路故障或短路故障。而且,在三维集成电路堆叠及工作等过程中,由于晶片粗糙度、弯曲度及热应力等的影响,如果一个TSV中有缺陷,其相邻的TSV很可能也有缺陷,TSV故障呈现聚簇式分布,这些TSV聚簇故障大大降低TSV良率,从而降低三维集成电路的良率。为了修复TSV聚簇故障,提高TSV的良率,本文考虑在TSV阵列中添加空闲的冗余TSV,在TSV测试阶段检测到TSV故障后,TSV容错结构以冗余TSV代替故障TSV传输信号,实现修复故障TSV的目的。本文主要贡献如下:(1)针对网格型TSV阵列,提出基于间隔分组的TSV聚簇故障容错结构。首先将网格型TSV阵列按照一定规律间隔划分为若干TSV组,并确定每组冗余TSV位置;然后为每组设计冗余路径,使信号TSV可以利用组内冗余TSV实现故障修复;最后利用数据选择器链实现各组共享冗余TSV。该结构的冗余修复路径非常灵活,因而具有高修复能力。仿真结果表明,在硬件开销和延时均较低的情况下,该结构对TSV均匀及聚簇故障均有99.5%以上的修复率,相较现有的路由、环形、切换转移TSV容错结构,该容错结构修复率分别提高27.5%、62.7%及11.4%。并且在聚簇严重的情况下,该结构修复率保持接近100%。(2)针对蜂窝型TSV阵列,提出基于菱形分组器的TSV聚簇故障容错结构,该结构以菱形分组器将TSV蜂窝阵列划分为若干TSV组,为每组配置相应的修复资源,达到分散TSV聚簇故障后逐个修复的目的,并以单向环形数据选择器链共享全局修复资源,以达到充分利用所有冗余TSV的目的。据分析评估,该结构耗费较少硬件开销,延时较低。仿真结果表明,该容错结构针对聚簇或均匀分布的TSV故障修复率均达到了99%,远高于同类方法,良好适用于修复TSV聚簇及均匀故障。