[发明专利]一种用于硅芯片间互连的冗余互连结构

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件，具体而言涉及一种用于硅芯片间互连的冗余互连结构。

背景技术

为了实现更高的晶体管集成度，现有的半导体设计技术采用如图1所示的堆叠式半导体芯片，在图1中，半导体衬底100上形成有自下而上依次堆叠的半导体芯片101、102和103，半导体芯片101和半导体衬底100之间、半导体芯片102和半导体芯片101之间以及半导体芯片103和半导体芯片102之间通过引线键合元件(图1中用带有斜线的方框示出)进行连接，在半导体芯片102和半导体芯片101的内部，通过硅通道元件(TSV)104将所述半导体芯片内部的金属互连线和所述引线键合元件连接起来，从而实现如图1所示的堆叠式半导体芯片内部各层芯片之间的通信。

然而，经过一定时间的使用，所述堆叠式半导体芯片内部的所述硅通道元件性能将会退化，例如，在所述硅通道元件的内部或者附近出现如图2中所示的孔洞200，所述孔洞200出现在硅通道元件201下方的焊盘202中。所述退化将会造成所述堆叠式半导体芯片的失效。

由于具有多个所述硅通道元件的堆叠式半导体芯片的制造成本很高，因此，避免所述多个硅通道元件中的一个失效而导致整个堆叠式半导体芯片的失效是十分必要的。现有半导体技术通常在所述多个硅通道元件中配置冗余的硅通道元件和相应的检测及启动元件，当所述检测元件检测到所述多个硅通道元件中的一个发生故障，则启动所述冗余的硅通道元件来代替发生故障的硅通道元件，从而保证所述半导体芯片的正常工作。但是，所述检测及启动元件的结构通常比较复杂，占用较多的芯片利用面积，不利于制造成本的降低，同时有些检测及启动元件需要增加额外的工艺，不利于同现有制造工艺的兼容。

因此，需要提出一种用于所述堆叠式半导体芯片的冗余互连结构，以解决上述问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于硅芯片间互连的冗余互连结构，所述硅芯片之间通过多个焊球固定连接，所述冗余互连结构包括：多个主互连通道，其下端连接到通过焊点与所述焊球连接的所述硅芯片下表面的焊盘，上端连接到与所述硅芯片上表面的焊盘连接的金属互连线；多个冗余互连通道，其下端连接到通过焊点与所述焊球连接的所述硅芯片下表面的焊盘，上端连接到与所述硅芯片上表面的焊盘连接的金属互连线，所述多个冗余互连通道中的每个形成于所述多个主互连通道中的每个的旁边；多个反熔丝元件，所述多个反熔丝元件中的每个形成于所述多个主互连通道中的每个的上端与相应的所述多个冗余互连通道中的每个的上端之间的所述金属互连线中；所述反熔丝元件与相应的所述冗余互连通道相串联，相串联的所述反熔丝元件和所述冗余互连通道再与相应的所述主互连通道构成并联结构。

进一步，所述反熔丝元件控制所述冗余互连通道的开启。

进一步，当所述多个主互连通道中的任意一个发生故障时，与所述发生故障的主互连通道相对应的反熔丝元件由非导通状态转变为导通状态，实现位于所述发生故障的主互连通道旁边的所述冗余互连通道的开启。

进一步，所述多个主互连通道与所述多个冗余互连通道由硅通道元件构成。

进一步，所述硅通道元件的材料是导电材料。

进一步，构成所述硅通道元件的所述导电材料包括铜、钨、钛或者多晶硅中的一种或者多种。

进一步，所述多个反熔丝元件的材料是导电材料。

进一步，构成所述多个反熔丝元件的所述导电材料包括钨、钛或者多晶硅中的一种或多种构成的合金。

本发明还通过一种用于硅芯片间互连的冗余互连结构，所述硅芯片之间通过多个焊球固定连接，所述冗余互连结构包括：多个主互连通道，其下端连接到通过焊点与所述焊球连接的所述硅芯片下表面的焊盘，上端连接到与所述硅芯片上表面的焊盘连接的金属互连线；多个冗余互连通道，其下端连接到通过焊点与所述焊球连接的所述硅芯片下表面的焊盘，上端连接到与所述硅芯片上表面的焊盘连接的金属互连线，所述多个冗余互连通道中的每个形成于所述多个主互连通道中的每个的旁边；多个反熔丝元件，所述多个反熔丝元件中的每个形成于所述多个主互连通道中的每个的上端与所述多个冗余互连通道中的每个的上端之间的所述金属互连线中；多个熔丝元件，所述多个熔丝元件中的每个形成于所述多个主互连通道中的每个的下端与连接所述硅芯片下表面的焊盘和所述焊球的焊点之间的所述焊盘中；所述反熔丝元件与相应的所述冗余互连通道相串联，所述熔丝元件与相应的所述主互连通道相串联，相串联的所述熔丝元件和所述主互连通道再与相串联的所述反熔丝元件和所述冗余互连通道构成并联结构。