JP2013105996A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体装置に関し、特に、貫通電極によって電気的に接続された複数の半導体チップを含む半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device including a plurality of semiconductor chips electrically connected by through electrodes.
DRAM(Dynamic Random Access Memory)などの半導体記憶装置に要求される記憶容量は年々増大している。近年においては、この要求を満たすため複数のメモリチップを積層し、シリコン基板に設けられた貫通電極を介してこれらを電気的に接続する方法が提案されている(特許文献1、2、3参照)。
The storage capacity required for semiconductor storage devices such as DRAM (Dynamic Random Access Memory) is increasing year by year. In recent years, in order to satisfy this requirement, a method has been proposed in which a plurality of memory chips are stacked and these are electrically connected through through electrodes provided on a silicon substrate (see
特に、インターフェース回路などのフロントエンド部が集積されたインターフェースチップと、メモリコアなどのバックエンド部が集積されたコアチップとを積層したタイプの半導体記憶装置においては、メモリコアからパラレルに読み出されたリードデータがシリアル変換されることなくそのままインターフェースチップに供給されることから、多数の貫通電極(多い場合には4000個程度)が必要となる。しかしながら、貫通電極に1つでも不良が存在すると当該チップ全体が不良となり、しかも、積層後においては全てのチップが不良となってしまう。このため、この種の半導体記憶装置においては、貫通電極の不良によって全体が不良となることを防止するため、予備の貫通電極が設けられることがある。 In particular, in a semiconductor memory device of a type in which an interface chip in which a front end unit such as an interface circuit is integrated and a core chip in which a back end unit such as a memory core is integrated is read in parallel from the memory core. Since the read data is supplied to the interface chip as it is without being serially converted, a large number of through electrodes (about 4000 in the case of many) are required. However, if there is even one defect in the through electrode, the entire chip becomes defective, and all the chips become defective after lamination. For this reason, in this type of semiconductor memory device, a spare through electrode may be provided in order to prevent the entire through electrode from being defective due to a defective through electrode.
特許文献2に記載された半導体装置では、複数の貫通電極(例えば8個の貫通電極)からなる群に対して予備の貫通電極が1つ割り当てられる。そして、貫通電極の1つに不良が発生している場合には、この貫通電極の代わりにこの群に割り当てられた予備の貫通電極が用いられ、これによって不良が救済される。
In the semiconductor device described in
上述のようなインターフェースチップとコアチップを備えた半導体装置においては、不良の貫通電極を救済(リペア)するために、インターフェースチップに保存された救済情報(使用可能な貫通電極を指定するための接続情報)をインターフェースチップの対応回路により各コアチップへ救済情報の転送が電源投入時に実行される。 In a semiconductor device having an interface chip and a core chip as described above, in order to repair (repair) a defective through electrode, repair information stored in the interface chip (connection information for designating a usable through electrode) ) Is transferred to each core chip by the corresponding circuit of the interface chip when the power is turned on.
救済情報転送は、インターフェースチップに保持された救済情報を読み出して行なわれるため、インターフェースチップ自身の対応回路に救済情報が設定されるタイミングとコアチップに救済情報が設定されるタイミングにずれが発生してしまう。このずれにより、コアチップに誤信号が入力され、誤動作が発生してしまう可能性があると本発明者は認識した。 Since the relief information transfer is performed by reading the relief information held in the interface chip, there is a difference between the timing when the relief information is set in the corresponding circuit of the interface chip itself and the timing when the relief information is set in the core chip. End up. The present inventor has recognized that an error signal may be input to the core chip due to this deviation, and a malfunction may occur.
本発明に係る半導体装置は、第1の半導体チップと、第1の半導体チップに積層される第2の半導体チップと、第1の半導体チップと第2の半導体チップを接続する複数の貫通電極と、を備える。第2の半導体チップに含まれる第2の設定回路は、電源投入時における設定処理(初期化処理)の前に、第2の半導体チップに含まれる複数の入力信号線と複数の貫通電極との接続をいったん遮断し、第2の半導体チップの設定(初期設定)後に、複数の入力信号線と複数の貫通電極の接続を示す第2の接続情報にしたがって各入力信号線を複数の貫通電極のいずれかと接続する。 A semiconductor device according to the present invention includes a first semiconductor chip, a second semiconductor chip stacked on the first semiconductor chip, and a plurality of through electrodes that connect the first semiconductor chip and the second semiconductor chip. . The second setting circuit included in the second semiconductor chip includes a plurality of input signal lines and a plurality of through electrodes included in the second semiconductor chip before the setting process (initialization process) at power-on. After the connection is temporarily cut off and the second semiconductor chip is set (initial setting), each input signal line is connected to the plurality of through electrodes according to the second connection information indicating the connection between the plurality of input signal lines and the plurality of through electrodes. Connect with one.
本発明によれば、複数の貫通電極を選択的に利用可能な積層型の半導体装置において、コアチップの誤動作を抑制しやすくなる。 According to the present invention, in a stacked semiconductor device in which a plurality of through electrodes can be selectively used, malfunction of the core chip can be easily suppressed.
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の好ましい実施形態による半導体記憶装置10の構造を説明するための模式的な断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining the structure of a
図1に示すように、本実施形態による半導体記憶装置10は、互いに同一の構造を持つ8枚のコアチップCC0〜CC7、1枚のインターフェースチップIF及び1枚のインターポーザIPが積層された構造を有している。コアチップCC0〜CC7及びインターフェースチップIFはシリコン基板を用いた半導体チップであり、いずれもシリコン基板を貫通する多数の貫通電極TSV(Through Silicon Via)によって上下に隣接するチップと電気的に接続されている。一方、インターポーザIPは樹脂からなる回路基板であり、その裏面IPbには複数の外部端子(半田ボール)SBが形成されている。
As shown in FIG. 1, the
コアチップCC0〜CC7は、1GbのDDR3(Double Data Rate 3)型SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)に含まれる回路ブロックのうち、外部とのインターフェースを行ういわゆるフロントエンド部が削除された半導体チップである。言い換えれば、バックエンド部に属する回路ブロックのみが集積された半導体チップである。フロントエンド部に含まれる回路ブロックとしては、メモリセルアレイとデータ入出力端子との間で入出力データのパラレル/シリアル変換を行うパラレルシリアル変換回路や、データの入出力タイミングを制御するDLL(Delay Locked Loop)回路などが挙げられる。コアチップCC0〜CC7にはフロントエンド部に属するこれらの回路は含まれていないため、テスト動作時を除きコアチップCC0〜CC7を単体で動作させることはできない。コアチップCC0〜CC7を動作させるためには、インターフェースチップIFが必要である。 The core chips CC0 to CC7 are semiconductor chips in which a so-called front-end unit that interfaces with the outside is deleted from among circuit blocks included in a 1 Gb DDR3 (Double Data Rate 3) SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory). . In other words, it is a semiconductor chip in which only circuit blocks belonging to the back-end part are integrated. The circuit block included in the front end unit includes a parallel / serial conversion circuit that performs parallel / serial conversion of input / output data between the memory cell array and the data input / output terminals, and a DLL (Delay Locked) that controls the input / output timing of data. Loop) circuit. Since the core chips CC0 to CC7 do not include these circuits belonging to the front end unit, the core chips CC0 to CC7 cannot be operated alone except during a test operation. An interface chip IF is required to operate the core chips CC0 to CC7.
インターフェースチップIFは、8枚のコアチップCC0〜CC7に対する共通のフロントエンド部として機能する。したがって、外部からのアクセスは全てインターフェースチップIFを介して行われ、データの入出力もインターフェースチップIFを介して行われる。本実施形態では、インターポーザIPとコアチップCC0〜CC7との間にインターフェースチップIFが配置されているが、インターフェースチップIFの位置については特に限定されず、コアチップCC0〜CC7よりも上部に配置しても構わないし、インターポーザIPの裏面IPbに配置しても構わない。インターフェースチップIFをコアチップCC0〜CC7の上部又はインターポーザIPの裏面IPbに配置する場合には、インターフェースチップIFにTSVを設ける必要はない。 The interface chip IF functions as a common front end unit for the eight core chips CC0 to CC7. Therefore, all external accesses are performed via the interface chip IF, and data input / output is also performed via the interface chip IF. In the present embodiment, the interface chip IF is disposed between the interposer IP and the core chips CC0 to CC7. However, the position of the interface chip IF is not particularly limited, and may be disposed above the core chips CC0 to CC7. Alternatively, it may be arranged on the back surface IPb of the interposer IP. When the interface chip IF is arranged on the upper part of the core chips CC0 to CC7 or on the back surface IPb of the interposer IP, it is not necessary to provide the TSV in the interface chip IF.
インターポーザIPは、半導体記憶装置10の機械的強度を確保するとともに、電極ピッチを拡大するための再配線基板として機能する。つまり、インターポーザIPの上面IPaに形成された電極91をスルーホール電極92によって裏面IPbに引き出し、裏面IPbに設けられた再配線層93によって、外部端子SBのピッチを拡大している。図1には、2個の外部端子SBのみを図示しているが、実際には多数の外部端子が設けられている。外部端子SBのレイアウトは、規格により定められたDDR3型のSDRAMにおけるそれと同じである。したがって、外部のコントローラからは1個のDDR3型のSDRAMとして取り扱うことができる。
The interposer IP functions as a rewiring substrate for ensuring the mechanical strength of the
図1に示すように、最上部のコアチップCC0の上面はNFC94及びリードフレーム95によって覆われており、コアチップCC0〜CC7及びインターフェースチップIFの側面はアンダーフィル96及び封止樹脂97によって覆われている。これにより、各チップが物理的に保護される。
As shown in FIG. 1, the upper surface of the uppermost core chip CC0 is covered with
コアチップCC0〜CC7に設けられたTSVの大部分は、積層方向から見た平面視で、すなわち図1に示す矢印Aから見た場合に、同じ位置に設けられた他層のTSVと短絡されている。つまり、図2(a)に示すように、平面視で同じ位置に設けられた上下のTSV1が短絡され、これらTSV1によって1本の配線が構成されている。各コアチップCC0〜CC7に設けられたこれらのTSV1は、当該コアチップ内の内部回路4にそれぞれ接続されている。したがって、インターフェースチップIFから図2(a)に示すTSV1に供給される入力信号(コマンド信号、アドレス信号など)は、コアチップCC0〜CC7の内部回路4に共通に入力される。また、コアチップCC0〜CC7からTSV1に供給される出力信号(データなど)は、ワイヤードオアされてインターフェースチップIFに入力される。
Most of the TSVs provided in the core chips CC0 to CC7 are short-circuited with TSVs of other layers provided at the same position in a plan view seen from the stacking direction, that is, when viewed from the arrow A shown in FIG. Yes. That is, as shown in FIG. 2A, the upper and lower TSV1 provided at the same position in a plan view are short-circuited, and one wiring is constituted by these TSV1. These TSV1 provided in each of the core chips CC0 to CC7 are respectively connected to the
これに対し、一部のTSVについては、図2(b)に示すように、平面視で同じ位置に設けられた他層のTSV2と直接接続されるのではなく、当該コアチップCC0〜CC7に設けられた内部回路5を介して接続されている。つまり、各コアチップCC0〜CC7に設けられたこれら内部回路5がTSV2を介してカスケード接続されている。この種のTSV2は、各コアチップCC0〜CC7に設けられた内部回路5に所定の情報を順次転送するために用いられる。このような情報としては、後述する層アドレス情報が挙げられる。
On the other hand, as shown in FIG. 2B, some TSVs are not directly connected to other layers TSV2 provided at the same position in plan view, but are provided in the core chips CC0 to CC7. Connected through the
さらに他の一部のTSV群については、図2(c)に示すように、平面視で異なる位置に設けられた他層のTSVと短絡されている。この種のTSV群3に対しては、平面視で所定の位置Pに設けられたTSV3aに各コアチップCC0〜CC7の内部回路6が接続されている。これにより、各コアチップに設けられた内部回路6に対して選択的に情報を入力することが可能となる。このような情報としては、後述する不良チップ情報が挙げられる。
Further, some other TSV groups are short-circuited with TSVs of other layers provided at different positions in plan view, as shown in FIG. For this type of
このように、コアチップCC0〜CC7に設けられたTSVは、図2(a)〜(c)に示す3タイプ(TSV1〜TSV3)が存在する。上述の通り、大部分のTSVは図2(a)に示すタイプであり、アドレス信号、コマンド信号、クロック信号などは図2(a)に示すタイプのTSV1を介して、インターフェースチップIFからコアチップCC0〜CC7に供給される。また、リードデータ及びライトデータについても、図2(a)に示すタイプのTSV1を介してインターフェースチップIFに入出力される。これに対し、図2(b),(c)に示すタイプのTSV2,TSV3は、互いに同一の構造を有するコアチップCC0〜CC7に対して、個別の情報を与えるために用いられる。 As described above, there are three types (TSV1 to TSV3) of TSVs provided in the core chips CC0 to CC7 shown in FIGS. As described above, most TSVs are of the type shown in FIG. 2A, and address signals, command signals, clock signals, etc. are transferred from the interface chip IF to the core chip CC0 via the TSV1 of the type shown in FIG. To CC7. Also, read data and write data are input / output to / from the interface chip IF via the TSV1 of the type shown in FIG. On the other hand, TSV2 and TSV3 of the types shown in FIGS. 2B and 2C are used to give individual information to the core chips CC0 to CC7 having the same structure.
図3は、図2(a)に示すタイプのTSV1の構造を示す断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of TSV1 of the type shown in FIG.
図3に示すように、TSV1はシリコン基板80及びその表面の層間絶縁膜81を貫通して設けられている。TSV1の周囲には絶縁リング82が設けられており、これによって、TSV1とトランジスタ領域との絶縁が確保される。図3に示す例では絶縁リング82が二重に設けられており、これによって信頼性が高められている。
As shown in FIG. 3, TSV1 is provided through
シリコン基板80の裏面側におけるTSV1の端部83は、裏面バンプ84で覆われている。裏面バンプ84は、下層のコアチップに設けられた表面バンプ85と接する電極である。表面バンプ85は、各配線層L0〜L3に設けられたパッドP0〜P3及びパッド間を接続する複数のスルーホール電極TH1〜TH3を介して、TSV1の端部86に接続されている。これにより、平面視で同じ位置に設けられた表面バンプ85と裏面バンプ84は、短絡された状態となる。尚、図示しない内部回路との接続は、配線層L0〜L3に設けられたパッドP0〜P3から引き出される内部配線(図示せず)を介して行われる。
The
次に、貫通電極に不良が発生した場合の救済方法について説明する。以下に説明する救済方法は、上述したいずれのタイプのTSV1〜TSV3に対しても適用可能である。 Next, a relief method when a defect occurs in the through electrode will be described. The relief method described below can be applied to any of the types of TSV1 to TSV3 described above.
図4は、インターフェースチップIFとコアチップCC0〜CC7との接続関係を説明するための模式的な回路図であり、貫通電極に不良が存在しない場合を示している。 FIG. 4 is a schematic circuit diagram for explaining a connection relationship between the interface chip IF and the core chips CC0 to CC7, and shows a case where there is no defect in the through electrode.
図4には、一例として、インターフェースチップIFから8ビットのデータD1〜D8を各コアチップCC0〜CC7に供給する部分が示されている。これらデータD1〜D8はインターフェースチップIFから同時に出力され、各コアチップCC0〜CC7にて同時に入力されるべき信号であり、アドレス信号やライトデータなどが該当する。 FIG. 4 shows, as an example, a portion for supplying 8-bit data D1 to D8 from the interface chip IF to the core chips CC0 to CC7. These data D1 to D8 are signals that are simultaneously output from the interface chip IF and are to be input simultaneously by the core chips CC0 to CC7, and correspond to address signals, write data, and the like.
図4に示すように、インターフェースチップIFには各データD1〜D8に対応する8個のドライバ回路101〜108が設けられ、各コアチップCC0〜CC7には各データD1〜D8に対応する8個のレシーバ回路201〜208が設けられている。これに対し、本実施形態では、これらドライバ回路101〜108とレシーバ回路201〜208を接続するための貫通電極301〜309が9個(=8個+1個)設けられている。これら貫通電極301〜309のうち、貫通電極309は予備の貫通電極であり、他の貫通電極301〜308に不良がない場合には使用されない。
As shown in FIG. 4, the interface chip IF is provided with eight
具体的に説明すると、インターフェースチップIFには、ドライバ回路101〜108の出力端を、ドライバ回路111〜119を介して対応する2つの貫通電極のいずれかに接続する出力切り替え回路120(以下、出力切り替え回路のことを「第1の設定回路」ともよぶ)が設けられている。ここで、対応する2つの貫通電極とは、ドライバ回路101〜108の符号の末尾をi番(iは1〜8)とした場合、i番及びi+1番の貫通電極を指す。例えば、ドライバ回路101には1番及び2番の貫通電極301,302が対応し、ドライバ回路102には2番及び3番の貫通電極302,303が対応することになる。このため、一部の貫通電極302〜308については、それぞれ2つのドライバ回路に対応することになるが、1つの貫通電極に2つのドライバ回路が接続されることなく、各貫通電極への接続は排他的に行われる。対応する2つの貫通電極のいずれを選択するかは、救済信号R1〜R8によって定められる。
More specifically, the interface chip IF includes an output switching circuit 120 (hereinafter referred to as an output) that connects the output terminals of the
救済信号R1〜R8はそれぞれ貫通電極301〜308に割り当てられており、対応する貫通電極が不良である場合に活性化される。そして、活性化している救済信号をRxとすると、符号の末尾が1〜x−1番であるドライバ回路についてはi番の貫通電極が選択され、符号の末尾がx〜8番であるドライバ回路についてはi+1番の貫通電極が選択される。図4に示す例では救済信号R1〜R8がいずれも活性化しておらず、このため出力切り替え回路120は、ドライバ回路101〜108の出力端をそれぞれドライバ回路111〜118を介して貫通電極301〜308に接続する。
The relief signals R1 to R8 are assigned to the through
以上の接続関係は、コアチップCC0〜CC7側においても同様である。つまり、各コアチップCC0〜CC7には入力切り替え回路220(以下、出力切り替え回路のことを「第2の設定回路」ともよぶ)が含まれており、図4に示す例のように、救済信号R1〜R8のいずれも活性化していない場合には、入力切り替え回路220は、レシーバ回路201〜208の入力端をそれぞれレシーバ回路211〜218を介して貫通電極301〜308に接続する。
The above connection relationship is the same on the core chips CC0 to CC7 side. That is, each of the core chips CC0 to CC7 includes an input switching circuit 220 (hereinafter, the output switching circuit is also referred to as “second setting circuit”), and the relief signal R1 as shown in the example of FIG. When none of -R8 is activated, the
このように、いずれの貫通電極301〜308にも不良が存在しない場合には、対応するドライバ回路とレシーバ回路は全てパスPA(貫通電極301のパスPAのみを例示)を介して接続されることになる。この場合、予備の貫通電極309は使用されない。
As described above, when there is no defect in any of the through
続いて、貫通電極306に不良が発生している場合における模式的な回路を図5を用いて説明する。
Next, a schematic circuit when a defect occurs in the through
図5に示すように、貫通電極306に不良が発生している場合、インターフェースチップに保持された救済情報(使用可能な貫通電極と使用不可の貫通電極を指定するための接続情報)に基づいて救済信号R6が活性化される。これにより、出力切り替え回路120は、ドライバ回路101〜105の出力端をそれぞれドライバ回路111〜115を介して貫通電極301〜305に接続する一方、ドライバ回路106〜108の出力端をそれぞれドライバ回路117〜119を介して貫通電極307〜309に接続する。このように、不良のある貫通電極を境に、ドライバ回路101〜108と貫通電極301〜309との接続関係がシフトされる。
As shown in FIG. 5, when a defect occurs in the through
以上の接続関係は、コアチップCC0〜CC7側においても同様であり、入力切り替え回路220は、レシーバ回路201〜205の入力端をそれぞれレシーバ回路211〜215を介して貫通電極301〜305に接続する一方、インターフェースチップから供給された救済情報に基づいた救済信号R6の活性化に応答してレシーバ回路206〜208の入力端をそれぞれレシーバ回路217〜219を介して貫通電極307〜309に接続する。このように、入力側においても、不良のある貫通電極を境に、レシーバ回路201〜208と貫通電極301〜309との接続関係がシフトされる。
The above connection relationship is also the same on the core chips CC0 to CC7 side, and the
貫通電極306に不良が存在する場合、ドライバ回路101〜105とレシーバ回路201〜205についてはパスPA(図4参照)を介して接続される一方、ドライバ回路106〜108とレシーバ回路206〜208についてはパスPBを介して接続される。要するに、不良のある貫通電極を30xとした場合、ドライバ回路101〜10(x−1)とレシーバ回路201〜20(x−1)についてはパスPAを介して接続され、ドライバ回路10x〜108とレシーバ回路20x〜208についてはパスPBを介して接続される。
When there is a defect in the through
つまり、不良のある貫通電極(図5に示す例では貫通電極306)を単純に予備の貫通電極(図5に示す例では貫通電極309)に置き換えるのではなく、不良のある貫通電極を境に、ドライバ回路101〜108及びレシーバ回路201〜208と貫通電極301〜309との接続関係がシフトされる。このように、置換後においてもより番号の大きいドライバ回路の出力端がより番号の大きい貫通電極に接続され、より番号の大きいレシーバ回路の出力端がより番号の大きい貫通電極に接続される。このため、貫通電極301〜309をこの順に配列するなど、i番とi+1番の貫通電極を隣接配置すれば、置換前の信号パスと置換後の信号パスとの間にほとんど配線長差が生じなくなる。これにより、置換によるスキューもほとんど生じないことから、信号品質を高めることが可能となる。
In other words, instead of simply replacing the defective through electrode (through
図6は、インターフェースチップIFとコアチップCC0〜CC7との接続関係を説明するための模式的な回路図であり、貫通電極302,304に不良が存在する場合を示している。
FIG. 6 is a schematic circuit diagram for explaining the connection relationship between the interface chip IF and the core chips CC0 to CC7, and shows a case where a defect exists in the through
図6に示す構成においては、8個の貫通電極301〜308に対して2個の予備の貫通電極309,310が割り当てられている。したがって、貫通電極の総数は10個である。
In the configuration shown in FIG. 6, two spare through
インターフェースチップIF側には2つの出力切り替え回路130,140(第1の設定回路)が設けられ、コアチップCC0〜CC7側には2つの入力切り替え回路230,240(第2の設定回路)が設けられている。出力切り替え回路130及び入力切り替え回路230には、救済信号R11〜R18が供給され、これによって出力パス及び入力パスの切り替えが行われる。同様に、出力切り替え回路140及び入力切り替え回路240には、救済信号R21〜R29が供給され、これによって出力パス及び入力パスの切り替えが行われる。このような2つの出力切り替え回路130,140及び2つの入力切り替え回路230,240を備えることにより、ドライバ回路101〜108及びレシーバ回路201〜208と貫通電極301〜310との接続関係を最大で2個分シフト可能である。
Two
救済信号R11〜R18は、8個の貫通電極301〜308に1個又は2個の不良が存在する場合に1ビットのみ活性化される信号である。具体的には、1個の貫通電極30xが不良である場合にはこれに対応する救済信号Rxが活性化し、2個の貫通電極30x,30y(x<y)が不良である場合には、より番号の小さい貫通電極に対応する救済信号Rxが活性化する。貫通電極301〜308に3個以上の不良が存在する場合は、本実施形態では救済不能である。一方、救済信号R21〜R29は、9個の貫通電極301〜309に2個の不良が存在する場合に1ビットのみ活性化される信号である。具体的には、2個の貫通電極30x,30y(x<y)が不良である場合、より番号の大きい貫通電極に対応する救済信号Ryが活性化する。上記の条件によれば救済信号R21が活性化することはあり得ないため、救済信号R21については非活性レベルに固定しても構わない。但し、各ドライバ回路と各貫通電極との間、並びに、各貫通電極と各レシーバ回路との間の論理段数を互いに一致させることが望ましいため、図6に示すように、救済信号R21を用いた論理ゲートについては省略しないことが好ましい。
The relief signals R11 to R18 are signals that are activated by only one bit when one or two defects exist in the eight through
上記の構成により、8個の貫通電極301〜308に1個の不良が存在する場合には、不良のある貫通電極を境として接続が1個シフトされ、不良が救済される。さらに、2個の不良が存在する場合には、不良のある貫通電極のうち、より番号の小さい貫通電極を境として接続がまず1個シフトされ、より番号の大きい貫通電極を境として接続がさらに1個シフトされて不良が救済される。
With the above configuration, when one defect exists in the eight through
図6に示す例では、2つの貫通電極302,304が不良のある貫通電極であり、この場合、救済信号R12と救済信号R24が活性化する。これにより、まず貫通電極302を境として出力切り替え回路130によってシフト動作が行われるため、ドライバ回路102の出力端は貫通電極303に接続されることになる。さらに、貫通電極304を境として出力切り替え回路140によってシフト動作が行われるため、ドライバ回路103の出力端が貫通電極305に接続されることになる。入力側についても同様である。
In the example shown in FIG. 6, the two through
図7は、一般的な半導体記憶装置10において、2つの不良貫通電極TSVを予備の貫通電極TSVに置換したときの信号経路を詳細に示す図である。インターフェースチップIF側の信号線(出力信号線)には、図6に示したように2段階のスイッチ回路が挿入されている。たとえば、ドライバ回路D(n)から貫通電極TSV(n)に至る出力信号線には、出力切り替え回路130、140の一部であるスイッチ回路SW11(n)、SW21(n)が間挿される。同様に、コアチップCC側の信号線(入力信号線)にも、2段階のスイッチ回路が挿入されている。貫通電極TSV(n)からレシーバ回路R(n)に至る入力信号線には、入力切り替え回路240、230の一部であるスイッチ回路SW31(n)、SW41(n)が間挿される。なお、ドライバ回路D(n)は図5でいえば、「ドライバ回路10n」に対応し、レシーバ回路R(n)は「レシーバ回路20n」に対応する。インターフェースチップIF側にはシリアライザ500、コアチップCC側にはTSV救済回路502が設けられる。インターフェースチップIFの救済信号R11〜R29は、シリアライザ500によりシリアライズされ、2重化された貫通電極TSVを経由してTSV救済回路502に供給され、コアチップCCの救済信号R11〜R29として展開される。詳細は後述する。
FIG. 7 is a diagram showing in detail a signal path when two defective through electrodes TSV are replaced with spare through electrodes TSV in the general
以下、ドライブ回路D(n)からレシーバ回路R(n)に至る信号経路を中心として説明する。不良の貫通電極TSVが存在しないときには、スイッチ回路SW11(n)、SW21(n)、SW31(n)、SW41(n)がオンとなる。このとき、ドライブ回路D(n)に対応する出力信号線は貫通電極TSV(n)と直結され、貫通電極TSV(n)はレシーバ回路R(n)と直結される。インターフェースチップIFのスイッチ回路が「第1のスイッチ」、コアチップCC側のスイッチ回路が「第2のスイッチ」に対応する。 Hereinafter, the description will focus on the signal path from the drive circuit D (n) to the receiver circuit R (n). When there is no defective through electrode TSV, the switch circuits SW11 (n), SW21 (n), SW31 (n), and SW41 (n) are turned on. At this time, the output signal line corresponding to the drive circuit D (n) is directly connected to the through electrode TSV (n), and the through electrode TSV (n) is directly connected to the receiver circuit R (n). The switch circuit of the interface chip IF corresponds to the “first switch”, and the switch circuit on the core chip CC side corresponds to the “second switch”.
一方、貫通電極TSV(i)と貫通電極TSV(j)が不良であるときには(i、j<nとする)、スイッチ回路SW11(n)、SW21(n+1)がオフとなり、代わりにスイッチ回路SW12(n)、SW22(n+1)がオンとなる。この結果、ドライバ回路D(n)は貫通電極TSV(n+2)と接続される。 On the other hand, when the through electrode TSV (i) and the through electrode TSV (j) are defective (i, j <n), the switch circuits SW11 (n) and SW21 (n + 1) are turned off, and instead the switch circuit SW12 (N), SW22 (n + 1) is turned on. As a result, the driver circuit D (n) is connected to the through silicon via TSV (n + 2).
また、コアチップCC側でも同様のスイッチングが行われ、貫通電極TSV(n+2)はレシーバ回路R(n)と接続される。具体的には、スイッチ回路SW32(n+1)、SW42(n)がオンとなる。こうして、ドライバ回路D(n)とレシーバ回路R(n)は、貫通電極TSV(n+2)を介して接続される。図6に関連して説明したように、他のドライバ回路D、レシーバ回路Rについても同様の接続シフトがなされる。 The same switching is performed on the core chip CC side, and the through silicon via TSV (n + 2) is connected to the receiver circuit R (n). Specifically, the switch circuits SW32 (n + 1) and SW42 (n) are turned on. Thus, the driver circuit D (n) and the receiver circuit R (n) are connected via the through silicon via TSV (n + 2). As described with reference to FIG. 6, the same connection shift is performed for the other driver circuits D and receiver circuits R.
なお、スイッチSWT(n)、SWT(n+1)は、レシーバ回路R(n)、R(n+1)とテストポートT(n)、T(n+1)を接続するためのスイッチである。ウエハ状態で動作テストするとき、動作信号CTRL2はローアクティブに設定される。動作信号CTRL2がローレベルとなると、入力切り替え回路240は強制的にオフとなる。この結果、貫通電極TSVとレシーバ回路Rの接続が遮断される。その上で、スイッチSWT(n)、SWT(n+1)をオンする。そして、テストポートT(n)、T(n+1)から各種テスト信号をコアチップCCに供給する。テストポートの役割については後述する。
The switches SWT (n) and SWT (n + 1) are switches for connecting the receiver circuits R (n) and R (n + 1) to the test ports T (n) and T (n + 1). When the operation test is performed in the wafer state, the operation signal CTRL2 is set to low active. When the operation signal CTRL2 becomes low level, the
貫通電極TSVと出力信号線や入力信号線のつなぎ方を示す情報、いいかえれば、各スイッチ回路のオン・オフを設定するための情報(以下、「救済情報(ここでいう救済情報とは、不良メモリセルの救済のための設定情報を意味するものではなく、不良貫通電極の救済のための接続情報である)」とよぶ)は、救済信号R11〜R29としてインターフェースチップIF、コアチップCCの双方に供給される。インターフェースチップIF用の救済情報(出力切り替え回路のオン・オフを指定する情報)が「第1の救済情報」、コアチップCC用の救済情報(入力切り替え回路のオン・オフを指定する情報)が「第2の救済情報」に対応する。 Information indicating how to connect the through silicon via TSV to the output signal line or the input signal line, in other words, information for setting on / off of each switch circuit (hereinafter referred to as “relief information (relief information here is defective It does not mean setting information for memory cell repair, but connection information for repair of defective through-hole electrodes) ”)) as relief signals R11 to R29 to both the interface chip IF and the core chip CC. Supplied. The relief information for the interface chip IF (information specifying on / off of the output switching circuit) is “first relief information”, and the relief information for the core chip CC (information specifying on / off of the input switching circuit) is “ This corresponds to “second relief information”.
図7に示すように、救済情報(救済信号R11〜R29)は複数の信号線から各スイッチ回路に供給される。救済情報は、インターフェースチップIFとコアチップCCの双方が保持しても良いが、その場合にはコアチップCCに記憶領域を確保する必要が生じるため好ましくない。そこで、本実施形態においては、インターフェースチップIFのみが救済情報(第1および第2の救済情報)を保持し、必要に応じてインターフェースチップIFはコアチップCCに救済情報(第2の救済情報)を供給する。救済情報は、図7に示す貫通電極TSVとは別の貫通電極(上記のシリアライザ500に関わる多重化された貫通電極:以下、「サブ経路」とよぶ)を介して、各コアチップに供給される。インターフェースチップIFから各コアチップへの救済情報の伝送経路であるサブ経路では、貫通電極を多重化することにより、多重化された貫通電極の一方が不良となっても情報を伝送できるよう救済情報伝送の確実性を確保している。なお、図7に示すドライバ回路Dとレシーバ回路Rを結ぶデータ伝送経路のことを「メイン経路」とよぶ。サブ経路は、電源投入後のリセット解除後において、インターフェースチップIFに保持されている救済情報を各コアチップに転送するために使用される。
As shown in FIG. 7, relief information (relief signals R11 to R29) is supplied to each switch circuit from a plurality of signal lines. The relief information may be held by both the interface chip IF and the core chip CC, but in this case, it is not preferable because a storage area needs to be secured in the core chip CC. Therefore, in this embodiment, only the interface chip IF holds the repair information (first and second repair information), and the interface chip IF stores the repair information (second repair information) in the core chip CC as necessary. Supply. The relief information is supplied to each core chip via a through electrode (a multiplexed through electrode related to the
図9は、電源投入後のイニシャライズシーケンスの模式図である。電源VDDが立ち上がり、安定化した後、/RESET信号がローレベルにアサートされる。これにより、DDR3−SDRAMの内部回路が初期化される。同図のInternal Nodeは内部回路の電位を模式的に示しており、ハッチング部分は不定状態で、/RESET信号で初期化されて初期電位となる。この初期化された状態というのは、DDR3−SDRAMのプリチャージスタンバイ状態で、全てのテストモードなどはリセットされた状態でなければならない。/RESET信号がハイレベルに復帰してリセット解除された後も初期化された状態を維持する必要がある。リセット解除からCKE信号(クロックイネーブル信号)をハイレベルにしてクロック信号を受付可能にするまでの待ち時間は約500μs必要である。この後、コマンド受付が可能となり、イニシャライズコマンドがメモリコントローラから発行されて、適切な動作モードの設定が行われる。図7の貫通電極TSVの置換回路を有する典型的な半導体記憶装置10は、リセット解除からの待ち時間の間に、インターフェースチップIFの第1の救済情報と、インターフェースチップIFからコアチップCCへの第2の救済情報の転送が行われる。図9ではこの転送期間は、制御信号CTRL1,CTRL2がローレベルになる期間で示されている。なお、図中、Tpは電源安定化に要する時間、Trはリセット期間、T1は第1転送期間(第1の救済情報の転送期間)、T2は第2転送期間(第2の救済情報の転送期間)を示す。
FIG. 9 is a schematic diagram of an initialization sequence after power is turned on. After the power supply VDD rises and stabilizes, the / RESET signal is asserted to a low level. Thereby, the internal circuit of the DDR3-SDRAM is initialized. Internal Node in the figure schematically shows the potential of the internal circuit, and the hatched portion is in an indefinite state, and is initialized by the / RESET signal to become the initial potential. This initialized state is the precharge standby state of the DDR3-SDRAM, and all the test modes must be reset. It is necessary to maintain the initialized state after the / RESET signal returns to the high level and the reset is released. About 500 μs is required for the waiting time from the reset release until the CKE signal (clock enable signal) is set to the high level and the clock signal can be received. Thereafter, the command can be received, an initialization command is issued from the memory controller, and an appropriate operation mode is set. The typical
図8(a)〜図8(f)を参照しながら、第1および第2の救済情報の設定の流れと、その際に発生する問題点について説明する。 The flow of setting the first and second relief information and the problems that occur at that time will be described with reference to FIGS. 8 (a) to 8 (f).
図8(a)は、リセット解除後のインターフェースチップIFとコアチップCCの各信号線の初期化されたレベルを示している。特に限定するわけではないが、この図ではドライバ出力D(n+1)がハイレベルにリセットされ、その他のドライバ出力信号はローレベルにリセットされる事を想定している。また、出力切替回路130と140と入力切替回路230と240は初期状態ではスイッチ回路SW11、SW21、SW31およびSW41がオン、スイッチ回路SW12、SW22、SW32およびSW42がオフであり、コアチップCCのレシーバ入力Rについても、インターフェースチップIFのドライバ出力Dが貫通電極TSVを介して伝達され、レシーバ入力R(n+1)がハイレベルで、その他のレシーバ入力信号はローレベルである。
FIG. 8A shows the initialized levels of the signal lines of the interface chip IF and the core chip CC after reset release. Although not particularly limited, it is assumed in this figure that the driver output D (n + 1) is reset to a high level and other driver output signals are reset to a low level. Further, in the initial state, the
図8(b)は、制御信号CTRL1,CTRL2がローレベルに遷移した後の状態を示している。インターフェースチップIFのスイッチ回路SW21、SW22、およびコアチップCCのスイッチ回路SW31、SW32は全てオフとなり、貫通電極TSVはフローティング状態となるように切り離される。この時点では救済情報は何も設定されていないので、インターフェースチップIFのスイッチ回路SW11はオン、SW12はオフ、およびコアチップCCのスイッチ回路SW41はオン、SW42はオフの初期状態のままである。スイッチ回路SW11(n+1)の出力に接続されているレベルキーパの電位はハイレベル、スイッチ回路SW11(n)以下の出力に接続されているレベルキーパの電位はローレベル、スイッチ回路SW11(n+2)およびSW11(n+3)の出力に接続されているレベルキーパの電位は不定状態である。ここでいう不定状態というのは、ハイレベルまたはローベルのどちらかに特定できないという意味であって、ハイおよびローのレベルの中間電位を意味するものではない。同様にスイッチ回路SW31(n+1)の出力に接続されているレベルキーパの電位はハイレベル、スイッチ回路SW31(n)以下の出力に接続されているレベルキーパの電位はローレベル、スイッチ回路SW31(n+2)およびSW31(n+3)の出力に接続されているレベルキーパの電位は不定状態である。 FIG. 8B shows a state after the control signals CTRL1 and CTRL2 transition to the low level. The switch circuits SW21 and SW22 of the interface chip IF and the switch circuits SW31 and SW32 of the core chip CC are all turned off, and the through silicon via TSV is separated so as to be in a floating state. Since no relief information is set at this time, the switch circuit SW11 of the interface chip IF is on, SW12 is off, the switch circuit SW41 of the core chip CC is on, and SW42 is off. The potential of the level keeper connected to the output of the switch circuit SW11 (n + 1) is high level, the potential of the level keeper connected to the output of the switch circuit SW11 (n) and below is low level, the switch circuit SW11 (n + 2) and The potential of the level keeper connected to the output of SW11 (n + 3) is indefinite. The indefinite state here means that it cannot be specified as either high level or low level, and does not mean an intermediate potential between high and low levels. Similarly, the potential of the level keeper connected to the output of the switch circuit SW31 (n + 1) is high, the potential of the level keeper connected to the output below the switch circuit SW31 (n) is low, and the switch circuit SW31 (n + 2). ) And the potential of the level keeper connected to the output of SW31 (n + 3) is indefinite.
図8(c)は、インターフェースチップIFが自ら保持している第1の救済情報に従って、出力切替回路130と140のオン・オフの設定をした後の状態を示す。制御信号CTRL1,CTRL2がローレベルなので、出力切替回路140は全てオフ状態を維持しているが、出力切替回路130は、スイッチ回路SW11がオフ、SW12がオンに切り替わる。このため、スイッチ回路SW11(n+1)の出力に接続されているレベルキーパの電位はローレベルに、スイッチ回路SW11(n+2)の出力に接続されているレベルキーパの電位はハイレベルに遷移する。
FIG. 8C shows a state after the
図8(d)は、インターフェースチップIFが保持している第2の救済情報をサブ経路を介してコアチップCCの入力切替回路230と240のオン・オフの設定をした後の状態を示す。制御信号CTRL1,CTRL2がローレベルなので、入力切替回路240は全てオフ状態を維持しているが、入力切替回路230は、スイッチ回路SW41がオフ、SW42がオンに切り替わる。このため、レシーバ入力R(n+1)が不定状態、レシーバ入力R(n)がハイレベルに遷移する。
FIG. 8D shows a state after the second relief information held by the interface chip IF is set to ON / OFF of the
図8(e)は、第1および第2の救済情報の設定を完了して、制御信号CTRL1,CTRL2がハイレベルに戻った後の状態を示す。出力切替回路140と入力切替回路240のオン・オフの設定がされているので、スイッチ回路SW21がオフ、SW22がオンとなり、同様にスイッチ回路SW31がオフ、SW32がオンとなる。このため、スイッチ回路SW31(n+1)の後ろのレベルキーパの電位はローレベルに、SW31(n+2)の後ろのレベルキーパの電位はハイレベルに遷移する。また、レシーバ入力R(n+1)がハイレベル、レシーバ入力R(n)がローレベルに遷移する。
FIG. 8E shows a state after the setting of the first and second relief information is completed and the control signals CTRL1 and CTRL2 return to the high level. Since the
図8(f)は、上記の救済情報の転送期間におけるコアチップCCのレシーバ入力Rの状態を説明する図である。レシーバ入力R(n)は初期電位のローレベルから、ハイレベルに遷移し、再度ローレベルに遷移する。また、レシーバ入力R(n+1)は初期電位のハイレベルから、不定値に遷移し、再度ハイレベルに遷移する。 FIG. 8F is a diagram for explaining the state of the receiver input R of the core chip CC during the above-described relief information transfer period. The receiver input R (n) transitions from the low level of the initial potential to the high level, and then transitions to the low level again. Further, the receiver input R (n + 1) transitions from the high level of the initial potential to an indefinite value, and then transitions to the high level again.
図8(g)は、本来、図9のInternal Nodeのように初期化された状態を維持すべきレシーバ入力R(n)が、ハイレベルのハザードを発生している様子を示している。 FIG. 8G shows a state where the receiver input R (n) that should be kept in the initialized state as in the internal node of FIG. 9 is generating a high level hazard.
図8(g)のレシーバ入力R(n)に発生するハザードの影響を、図17を参照しながら説明する。 The influence of the hazard occurring on the receiver input R (n) in FIG. 8G will be described with reference to FIG.
図17は、コアチップCC内に設けられたテストモードの設定回路の一例である。テストモードは、インターフェースチップIFからコアチップCCを、通常とは異なる状態に設定する為のものである。たとえば、内部の電源レギュレータのレベルを変更したり、内部タイミングを変更したり、あるいはバーンインテストモードに変更する等、多数の種類のテストモードが搭載されている。Code Signalは、テストモードのエントリコードで、アドレスピンなどから入力される信号である。このCode Signalをデコードして、合致するとハイレベルのデコード信号を出力する。信号R(n)はテストモードにエントリする為のトリガ信号で、エントリする際には1ショットのパルス信号を入力する。テストコードのデコード信号とトリガ信号R(n)が入力されたNANDゲートの出力がRSフリップフロップのセット信号となる。一方、RSフリップフロップのリセット信号は、/RESET信号あるいは/TEST_EXIT信号がローにアサートされると発生される。 FIG. 17 is an example of a test mode setting circuit provided in the core chip CC. The test mode is for setting the core chip CC from the interface chip IF to a state different from the normal state. For example, many types of test modes are installed, such as changing the level of the internal power supply regulator, changing the internal timing, or changing to the burn-in test mode. Code Signal is a test mode entry code, and is a signal input from an address pin or the like. When this Code Signal is decoded and matched, a high level decode signal is output. The signal R (n) is a trigger signal for entering the test mode, and a pulse signal of one shot is input when entering. The output of the NAND gate to which the decode signal of the test code and the trigger signal R (n) are input becomes the set signal of the RS flip-flop. On the other hand, the reset signal of the RS flip-flop is generated when the / RESET signal or the / TEST_EXIT signal is asserted low.
図8(g)のレシーバ入力R(n)が図17のテストエントリのトリガ信号R(n)に接続されていた場合、/RESET信号により全て解除されたテストモードに対して、発生したハザードにより予期せぬテストモードにエントリしてしまう危険性がある。テストモードの種類によっては、通常動作を妨げる種類のものもあり、この場合にはイニシャライズコマンドを入力しても正常には設定されずに動作不良となる場合がある。 When the receiver input R (n) of FIG. 8 (g) is connected to the trigger signal R (n) of the test entry of FIG. 17, the test mode that has been completely canceled by the / RESET signal is caused by a hazard that has occurred. There is a risk of entering an unexpected test mode. Depending on the type of test mode, there is a type that interferes with normal operation. In this case, even if an initialization command is input, it may not be set normally and malfunction.
図10は、本実施形態における半導体記憶装置10において、2つの不良貫通電極TSVを予備の貫通電極TSVに置換したときの信号経路を詳細に示す図である。本実施形態においては、動作信号CTRL2により、入力切り替え回路240のスイッチ回路だけでなくレシーバ回路R(n)、R(n+1)とテストパッドT(n)、T(n+1)を接続するためのスイッチSWT(n)、SWT(n+1)も制御されている。
FIG. 10 is a diagram showing in detail a signal path when two defective through electrodes TSV are replaced with spare through electrodes TSV in the
動作信号CTRL2がローアクティブになると、入力切り替え回路240の全スイッチ回路は強制的にオフとなる。このとき、コアチップCCは、インターフェースチップIFや貫通電極TSVから強制的に遮断される。本実施形態においての制御信号CTRL2による入力切り替え回路240の動作は、図8に関連して説明した通りである。
When the operation signal CTRL2 becomes low active, all the switch circuits of the
制御信号CTRL2がローアクティブになると、スイッチSWT(n)、SWT(n+1)等がオンとなり、入力信号線とテストポートT(n)、T(n+1)が接続される。 When the control signal CTRL2 becomes low active, the switches SWT (n), SWT (n + 1), etc. are turned on, and the input signal line and the test ports T (n), T (n + 1) are connected.
ここで、テストポートTとスイッチSWTの役割について説明をする。ウエハ状態のコアチップCCは、通常プローブテスト工程でテストされて、不良メモリセルの救済を行い、組立工程に出荷される。プローブテストは、通常であればボンディングパッドにプローブカードでコンタクトしてテストされる。しかしながら、貫通電極TSVで積層するチップには、ワイヤボンディングで外部端子に接続するような構造を有しないので、プローブテスト専用のコンタクトパッドがチップ内に配置される。このプローブテスト専用コンタクトパッドから、貫通電極TSVの表面バンプに接続されるテストポートTとの間には、プローブテスト専用の入力回路が配置される。プローブテストを行う場合には、制御信号CTRL2により、スイッチSWTがオンしてレシーバ入力RにはテストポートTが接続される。 Here, the roles of the test port T and the switch SWT will be described. The core chip CC in the wafer state is normally tested in the probe test process, repairs the defective memory cell, and is shipped to the assembly process. The probe test is usually performed by contacting a bonding pad with a probe card. However, since the chip laminated with the through silicon via TSV does not have a structure for connecting to an external terminal by wire bonding, a contact pad dedicated to the probe test is arranged in the chip. Between the probe test dedicated contact pad and the test port T connected to the surface bump of the through silicon via TSV, an input circuit dedicated to the probe test is arranged. When the probe test is performed, the switch SWT is turned on by the control signal CTRL2, and the test port T is connected to the receiver input R.
プローブテスト専用の入力回路は、低速なプローブテストにしか使用しないので、簡易な構造の回路となっている。たとえば、アドレス信号を伝達するのみであれば、単純なバッファ回路で十分である。本来であればインターフェースチップIFで生成される制御信号の場合には、プローブテストに必要な機能のみをサポートするように簡略化されたロジック回路が配置される。これらのプローブテスト専用の入力回路においても、図9に示す電源投入後のイニシャライズシーケンスにしたがって、/RESET信号でリセットされて、リセット解除後には初期化された初期電位をテストポートTに出力する。 Since the input circuit dedicated to the probe test is used only for the low-speed probe test, it has a simple structure. For example, a simple buffer circuit is sufficient if only an address signal is transmitted. In the case of a control signal originally generated by the interface chip IF, a simplified logic circuit is arranged so as to support only a function necessary for the probe test. These input circuits dedicated to the probe test are also reset by the / RESET signal according to the initialization sequence after power-on shown in FIG. 9, and the initialized initial potential is output to the test port T after the reset is released.
この初期化された状態というのは、DDR3−SDRAMのプリチャージスタンバイ状態で、全てのテストモードなどはリセットされた状態でなければならない。リセット信号がハイレベルに復帰してリセット解除された後も初期化された状態を維持する必要がある。リセット解除からクロックイネーブル信号CKEをハイレベルにしてコマンド受付が可能となるまで、初期化された状態を保つ。その後、イニシャライズコマンドをメモリテスタから入力して、適切な動作モードの設定が行われる。 This initialized state is the precharge standby state of the DDR3-SDRAM, and all the test modes must be reset. It is necessary to maintain the initialized state even after the reset signal returns to the high level and the reset is released. The reset state is maintained until the clock enable signal CKE is set to the high level and the command can be accepted. Thereafter, an initialization command is input from the memory tester to set an appropriate operation mode.
本実施形態では、積層されてパッケージングされた形態において、制御信号CTRL2によりスイッチSWTによりプローブテスト専用入力回路の出力であるテストポートTがレシーバ入力Rに接続される。プローブテスト専用入力回路は、貫通電極TSVの救済情報の設定に伴うインターフェースチップIFの出力切替回路130、140、およびコアチップCCの入力切替回路230、240のスイッチングの影響を受けないので、ハザードを発生する事がない。したがって、本実施形態によれば、貫通電極TSVの救済情報の設定前後において、コアチップCCは初期化された状態を保つことが可能となり、予期せぬテストモードにエントリしてしまうような危険性を排除する事が可能となる。
In the present embodiment, in the stacked and packaged form, the test port T that is the output of the probe test dedicated input circuit is connected to the receiver input R by the switch SWT by the control signal CTRL2. The probe test dedicated input circuit is not affected by the switching of the
図11は、スイッチ回路の回路図である。ここでは、代表して、スイッチ回路SW32(n−1)、SW31(n)の接続関係を説明するが、他のスイッチ回路についても同様である。また、コアチップCCだけでなく、インターフェースチップIF側のスイッチ回路も基本的には同様の構成である。 FIG. 11 is a circuit diagram of the switch circuit. Here, as a representative example, the connection relationship between the switch circuits SW32 (n-1) and SW31 (n) will be described, but the same applies to other switch circuits. In addition to the core chip CC, the switch circuit on the interface chip IF side has basically the same configuration.
スイッチ回路SW32(n−1)、SW31(n)は、それぞれ、トライステートインバータを含む。スイッチ回路SW32(n−1)は貫通電極TSV(n)とコアチップCCの接続を制御し、スイッチ回路SW31(n)は、貫通電極TSV(n+1)とコアチップCCの接続を制御する。 Switch circuits SW32 (n-1) and SW31 (n) each include a tristate inverter. The switch circuit SW32 (n−1) controls the connection between the through silicon via TSV (n) and the core chip CC, and the switch circuit SW31 (n) controls the connection between the through silicon via TSV (n + 1) and the core chip CC.
各トライステートインバータは、電源およびグランドとの間にそれぞれ接続されたPMOS(Positive channel Metal Oxide Semiconductor)のFET(Field effect transistor)およびNMOS(Negative channel Metal Oxide Semiconductor)のFETからなる選択トランジスタとを有し、両方の選択トランジスタが活性化されなければ、インバータとして機能せず、その出力はハイインピーダンス状態となる。トライステートインバータは、その選択トランジスタが活性化されると、電源およびグランドと接続され、動作電位を供給される。 Each tri-state inverter has a PMOS (Positive channel Metal Oxide Semiconductor) FET (Field effect transistor) and a NMOS (Negative Channel Metal Oxide Semiconductor) FET selection transistor connected between the power supply and the ground, respectively. If both the selection transistors are not activated, it does not function as an inverter and its output is in a high impedance state. When the selection transistor is activated, the tri-state inverter is connected to the power supply and the ground and supplied with an operating potential.
救済信号Rxは、スイッチ回路SW32(n−1)、SW31(n)の一方を選択する。救済信号Rxがハイレベルのときにはスイッチ回路SW31(n)がオンとなり、スイッチ回路SW32(n−1)はオフとなる。救済信号Rxがローレベルのときにはスイッチ回路SW31(n)はオフとなり、スイッチ回路SW32(n−1)がオンとなる。 The relief signal Rx selects one of the switch circuits SW32 (n-1) and SW31 (n). When the relief signal Rx is at a high level, the switch circuit SW31 (n) is turned on and the switch circuit SW32 (n-1) is turned off. When the relief signal Rx is at a low level, the switch circuit SW31 (n) is turned off and the switch circuit SW32 (n-1) is turned on.
スイッチ回路SW32(n−1)、SW31(n)の出力先には更にトライステートインバータ400が接続される。本実施形態においては、このトライステートインバータ400は、動作信号CTRL2により制御される。動作信号CTRL2がローレベルのとき、すなわち、電源投入時や動作テスト時においてはトライステートインバータ400はオフとなる。すなわち、救済信号Rxのレベルに関わらず、コアチップCCの入力信号線は強制的にオフとなる。
A
図12は、動作制御信号CTRL2を生成する回路の回路図である。リセット信号/RESETの立ち上がりエッジを検出して、RSフリップフロップでロード信号AFLOADを発生する。このAFLOADがハイレベルの期間に、貫通電極TSVの第1、第2の救済情報の転送が行われる。このAFLOAD信号で、オシレータOSCとカウンタ回路が起動して、カウンタ値に従って転送シーケンサが制御される。転送完了までカウントアップされると、RSフリップフロップがリセットされて、ロード信号AFLOADがローレベルに遷移する。 FIG. 12 is a circuit diagram of a circuit that generates the operation control signal CTRL2. The rising edge of the reset signal / RESET is detected, and the load signal AFLOAD is generated by the RS flip-flop. During the period when the AFLOAD is at a high level, the first and second relief information of the through silicon via TSV is transferred. With this AFLOAD signal, the oscillator OSC and the counter circuit are activated, and the transfer sequencer is controlled according to the counter value. When counting up to the completion of transfer, the RS flip-flop is reset, and the load signal AFLOAD transitions to a low level.
ロード信号AFLOADと、プローブテスト用のテスト信号TESTが2入力のNORゲートに入力され、その出力信号が動作制御信号CTRL2となる。ロード信号AFLOADがハイレベルの転送期間と、プローブテスト用のテスト信号TESTがハイレベルのプローブテストを実施する期間のいずれかにおいて、動作制御信号CTRL2はローレベルとなる。 The load signal AFLOAD and the test signal TEST for the probe test are input to the 2-input NOR gate, and the output signal becomes the operation control signal CTRL2. The operation control signal CTRL2 is at a low level in either a transfer period in which the load signal AFLOAD is at a high level or a period in which a probe test test signal TEST is performed at a high level.
リセット信号/RESETは、リセット時にハイレベルとなりそのあとローレベルに戻る。ロード完了信号AFLOADは、救済情報のロード開始時にハイレベルとなり、接続置換完了後にローレベルとなる。テスト信号TESTはテスト時にハイレベル、それ以外のときにはローレベルとなる。 The reset signal / RESET becomes a high level at the time of reset and then returns to a low level. The load completion signal AFLOAD becomes a high level at the start of loading of repair information, and becomes a low level after completion of connection replacement. The test signal TEST is at a high level during a test, and is at a low level otherwise.
図13は、本実施形態における救済情報の転送処理のタイムチャートである。動作テストではないので、テスト信号TESTはローレベルに固定される。リセット信号/RESETがローレベルからハイレベルに遷移したあと、ロード信号AFLOADがハイレベルとなる。 FIG. 13 is a time chart of the relief information transfer process in the present embodiment. Since it is not an operation test, the test signal TEST is fixed at a low level. After the reset signal / RESET transitions from the low level to the high level, the load signal AFLOAD becomes the high level.
ロード信号AFLOADがハイレベルの期間中に救済情報の転送処理が実行される。すべての救済情報の転送が完了すると、ロード信号AFLOADがローレベルに遷移する。この間、動作制御信号CTRL2はローレベルに保持される。 The relief information transfer process is executed while the load signal AFLOAD is at a high level. When the transfer of all the relief information is completed, the load signal AFLOAD transitions to a low level. During this time, the operation control signal CTRL2 is held at a low level.
すなわち、救済情報のロードが完了し、ロード完了信号AFLOADがローレベルになるまでは、動作信号CTRL2はローレベルに維持され、各コアチップCCとインターフェースチップIFの接続は遮断される。代わりに、各テストポートTがコアチップCCのレシーバ入力Rに接続され、レシーバ入力Rにはプローブテスト専用の入力回路の初期化された初期電位が入力される。 That is, until the loading of the repair information is completed and the load completion signal AFLOAD becomes low level, the operation signal CTRL2 is maintained at low level, and the connection between each core chip CC and the interface chip IF is cut off. Instead, each test port T is connected to the receiver input R of the core chip CC, and the initial potential of the input circuit dedicated for the probe test is input to the receiver input R.
貫通電極TSVの救済情報の設定前後において、コアチップCCは初期化された状態を保つことが可能となり、予期せぬテストモードにエントリしてしまうような危険性を排除する事が可能となる。 Before and after setting the relief information of the through silicon via TSV, the core chip CC can be kept in an initialized state, and it is possible to eliminate a risk of entering into an unexpected test mode.
インターフェースチップIFにおける接続置換は、アンチヒューズの読出しと同時に完了してしまうので、必ずコアチップCCの接続置換の前に実行され、その後でコアチップCCへの救済情報の転送が行われる。 Since the connection replacement in the interface chip IF is completed simultaneously with the reading of the antifuse, the connection replacement is always executed before the connection replacement of the core chip CC, and then the relief information is transferred to the core chip CC.
図14は、本実施形態において、予備の貫通電極TSVを1つだけ設ける場合の回路構成図である。図10と異なり、予備の貫通電極TSVは1本だけであるため、インターフェースチップIF、コアチップCCの双方においては、1段の出力切り替え回路120と1段の入力切り替え回路220が設置される。2つ以上の貫通電極TSVに不具合が生じると救済不可能となるが、スイッチ回路の数が少ないため回路規模を小さくできるというメリットがある。
FIG. 14 is a circuit configuration diagram when only one spare through electrode TSV is provided in the present embodiment. Unlike FIG. 10, since there is only one spare through electrode TSV, a single-stage
図15は、本実施形態において、予備の貫通電極TSVが1つだけであり、かつ、コアチップCCからインターフェースチップIFにも初期化された初期電位は与えられる場合の回路構成図である。一般的には、インターフェースチップIFからコアチップCCだけでなく、コアチップCCからインターフェースチップIFに初期化された初期電位を与えることもある。この場合には、動作信号CTRL1により、入力切り替え回路120のスイッチ回路を動作信号CTRL2と同様の方法にて制御してもよい。また、動作信号CTRL1と動作信号CTRL2を共通化すれば、信号配線数を削減できる。
FIG. 15 is a circuit configuration diagram in the present embodiment when there is only one spare through electrode TSV and the initial potential initialized from the core chip CC to the interface chip IF is applied. In general, the initial potential may be applied not only from the interface chip IF to the core chip CC but also from the core chip CC to the interface chip IF. In this case, the switch circuit of the
図16は、半導体記憶装置10の回路構成を示すブロック図である。
FIG. 16 is a block diagram showing a circuit configuration of the
図16に示すように、インターポーザIPに設けられた外部端子には、クロック端子11a,11b、クロックイネーブル端子11c、コマンド端子12a〜12e、アドレス端子13、データ入出力端子14、データストローブ端子15a,15b、キャリブレーション端子16、及び電源端子17a,17bが含まれている。これら外部端子は、全てインターフェースチップIFに接続されており、電源端子17a,17bを除きコアチップCC0〜CC7には直接接続されない。
As shown in FIG. 16, the external terminals provided in the interposer IP include
まず、これら外部端子とフロントエンド機能であるインターフェースチップIFとの接続関係、並びに、インターフェースチップIFの回路構成について説明する。 First, the connection relationship between these external terminals and the interface chip IF which is a front-end function, and the circuit configuration of the interface chip IF will be described.
クロック端子11a,11bはそれぞれ外部クロック信号CK,/CKが供給される端子であり、クロックイネーブル端子11cはクロックイネーブル信号CKEが入力される端子である。供給された外部クロック信号CK,/CK及びクロックイネーブル信号CKEは、インターフェースチップIFに設けられたクロック発生回路21に供給される。本明細書において信号名の先頭に「/」が付されている信号は、対応する信号の反転信号又はローアクティブな信号であることを意味する。したがって、外部クロック信号CK,/CKは互いに相補の信号である。クロック発生回路21は内部クロック信号ICLKを生成する回路であり、生成された内部クロック信号ICLKは、インターフェースチップIF内の各種回路ブロックに供給される他、TSVを介してコアチップCC0〜CC7にも共通に供給される。
The
また、インターフェースチップIFにはDLL回路22が含まれており、DLL回路22によって入出力用クロック信号LCLKが生成される。入出力用クロック信号LCLKは、インターフェースチップIFに含まれる入出力バッファ回路23に供給される。DLL機能は、半導体装置10が外部と通信するに当たり、外部との同期がマッチングされた信号LCLKでフロントエンドを制御するからである。故に、バックエンドであるコアチップCC0〜CC7には、DLL機能は不要である。
The interface chip IF includes a
コマンド端子12a〜12eは、それぞれロウアドレスストローブ信号/RAS、カラムアドレスストローブ信号/CAS、ライトイネーブル信号/WE、チップセレクト信号/CS、及びオンダイターミネーション信号ODTが供給される端子である。これらのコマンド信号は、インターフェースチップIFに設けられたコマンド入力バッファ31に供給される。コマンド入力バッファ31に供給されたこれらコマンド信号は、コマンドデコーダ32に供給される。コマンドデコーダ32は、内部クロックICLKに同期して、コマンド信号の保持、デコード及びカウントなどを行うことによって、各種内部コマンドICMDを生成する回路である。生成された内部コマンドICMDは、インターフェースチップIF内の各種回路ブロックに供給される他、TSVを介してコアチップCC0〜CC7にも共通に供給される。
The
アドレス端子13は、アドレス信号A0〜A15,BA0〜BA2が供給される端子であり、供給されたアドレス信号A0〜A15,BA0〜BA2は、インターフェースチップIFに設けられたアドレス入力バッファ41に供給される。アドレス入力バッファ41の出力は、TSVを介してコアチップCC0〜CC7に共通に供給される。また、モードレジスタセットにエントリーしている場合には、アドレス信号A0〜A15はインターフェースチップIFに設けられたモードレジスタ42に供給される。また、アドレス信号BA0〜BA2(バンクアドレス)については、インターフェースチップIFに設けられた図示しないアドレスデコーダによってデコードされ、これにより得られるバンク選択信号Bがデータラッチ回路25に供給される。これは、ライトデータのバンク選択がインターフェースチップIF内で行われるためである。
The
データ入出力端子14は、リードデータ又はライトデータDQ0〜DQ15の入出力を行うための端子である。また、データストローブ端子15a,15bは、ストローブ信号DQS,/DQSの入出力を行うための端子である。これらデータ入出力端子14及びデータストローブ端子15a,15bは、インターフェースチップIFに設けられた入出力バッファ回路23に接続されている。入出力バッファ回路23には、入力バッファIB及び出力バッファOBが含まれており、DLL回路22より供給される入出力用クロック信号LCLKに同期して、リードデータ又はライトデータDQ0〜DQ15及びストローブ信号DQS,/DQSの入出力を行う。また、入出力バッファ回路23は、コマンドデコーダ32から内部オンダイターミネーション信号IODTが供給されると、出力バッファOBを終端抵抗として機能させる。さらに、入出力バッファ回路23には、キャリブレーション回路24からインピーダンスコードDRZQが供給されており、これによって出力バッファOBのインピーダンスが指定される。入出力バッファ回路23は、周知のFIFO回路を含む。
The data input /
キャリブレーション回路24には、出力バッファOBと同じ回路構成を有するレプリカバッファRBが含まれており、コマンドデコーダ32よりキャリブレーション信号ZQが供給されると、キャリブレーション端子16に接続された外部抵抗(図示せず)の抵抗値を参照することによってキャリブレーション動作を行う。キャリブレーション動作とは、レプリカバッファRBのインピーダンスを外部抵抗の抵抗値と一致させる動作であり、得られたインピーダンスコードDRZQが入出力バッファ回路23に供給される。これにより、出力バッファOBのインピーダンスが所望の値に調整される。
The
入出力バッファ回路23は、データラッチ回路25に接続されている。データラッチ回路25は、周知なDDR機能を実現するレイテンシ制御によって動作するFIFO機能を実現するFIFO回路(不図示)とマルチプレクサMUX(不図示)とを含み、コアチップCC0〜CC7から供給されるパラレルなリードデータをシリアル変換するとともに、入出力バッファから供給されるシリアルなライトデータをパラレル変換する回路である。したがって、データラッチ回路25と入出力バッファ回路23との間はシリアル接続であり、データラッチ回路25とコアチップCC0〜CC7との間はパラレル接続である。本実施形態では、コアチップCC0〜CC7がDDR3型のSDRAMのバックエンド部であり、プリフェッチ数が8ビットである。また、データラッチ回路25とコアチップCC0〜CC7はバンクごとに接続されており、各コアチップCC0〜CC7に含まれるバンク数は8バンクである。したがって、データラッチ回路25とコアチップCC0〜CC7との接続は1DQ当たり64ビット(8ビット×8バンク)となる。
The input / output buffer circuit 23 is connected to the
このように、データラッチ回路25とコアチップCC0〜CC7との間においては、基本的に、シリアル変換されていないパラレルデータが入出力される。つまり、通常のSDRAM(それは、フロントエンドとバックエンドが1つのチップで構成される)では、チップ外部との間でのデータの入出力がシリアルに行われる(つまり、データ入出力端子は1DQ当たり1個である)のに対し、コアチップCC0〜CC7では、インターフェースチップIFとの間でのデータの入出力がパラレルに行われる。この点は、通常のSDRAMとコアチップCC0〜CC7との重要な相違点である。但し、プリフェッチしたパラレルデータを全て異なるTSVを用いて入出力することは必須でなく、コアチップCC0〜CC7側にて部分的なパラレル/シリアル変換を行うことによって、1DQ当たり必要なTSVの数を削減しても構わない。例えば、1DQ当たり64ビットのデータを全て異なるTSVを用いて入出力するのではなく、コアチップCC0〜CC7側にて2ビットのパラレル/シリアル変換を行うことによって、1DQ当たり必要なTSVの数を半分(32個)に削減しても構わない。
Thus, parallel data that has not been serially converted is basically input / output between the
更に、データラッチ回路25は、インターフェースチップ単位で試験ができる機能が付加されている。インターフェースチップには、バックエンド部が存在しない。このため、原則として単体で動作させることはできない。しかしながら、単体での動作が一切不可能であると、ウェハ状態でのインターフェースチップの動作試験を行うことができなくなってしまう。これは、インターフェースチップと複数のコアチップの組み立て工程を経た後でなければ、半導体装置10を試験することができないことを示し、半導体装置10を試験することによって、インターフェースチップを試験することを意味する。インターフェースチップに回復できない欠陥がある場合、半導体装置10全体の損失を招くことになる。この点を考慮して、本実施形態では、データラッチ回路25には、試験用に擬似的なバックエンド部の一部が設けられており、試験時に簡素な記憶機能が可能とされている。
Further, the
電源端子17a,17bは、それぞれ電源電位VDD,VSSが供給される端子であり、インターフェースチップIFに設けられたパワーオン検出回路43に接続されるとともに、TSVを介してコアチップCC0〜CC7にも接続されている。パワーオン検出回路43は、電源の投入を検出する回路であり、電源の投入を検出するとインターフェースチップIFに設けられた層アドレスコントロール回路45を活性化させる。
The
層アドレスコントロール回路45は、本実施形態による半導体記憶装置10のI/O構成に応じて層アドレスを変更するための回路である。上述の通り、本実施形態による半導体記憶装置10は16個のデータ入出力端子14を備えており、これにより最大でI/O数を16ビット(DQ0〜DQ15)に設定することができるが、I/O数がこれに固定されるわけではなく、8ビット(DQ0〜DQ7)又は4ビット(DQ0〜DQ3)に設定することも可能である。これらI/O数に応じてアドレス割り付けが変更され、層アドレスも変更される。層アドレスコントロール回路45は、I/O数に応じたアドレス割り付けの変更を制御する回路であり、TSVを介して各コアチップCC0〜CC7に共通に接続されている。
The layer
また、インターフェースチップIFには層アドレス設定回路44も設けられている。層アドレス設定回路44は、TSVを介してコアチップCC0〜CC7に接続されている。層アドレス設定回路44は、図2(b)に示すタイプのTSV2を用いて、コアチップCC0〜CC7の層アドレス発生回路46にカスケード接続されており、テスト時においてコアチップCC0〜CC7に設定された層アドレスを読み出す役割を果たす。
The interface chip IF is also provided with a layer
さらに、インターフェースチップIFには不良チップ情報保持回路33が設けられている。不良チップ情報保持回路33は、正常に動作しない不良コアチップがアセンブリ後に発見された場合に、そのチップ番号を保持する回路である。不良チップ情報保持回路33は、TSVを介してコアチップCC0〜CC7に接続されている。不良チップ情報保持回路33は、図2(c)に示すタイプのTSV3を用いて、シフトされながらコアチップCC0〜CC7に接続されている。
Further, a defective chip
さらに、インターフェースチップIFには、救済情報保持回路400が設けられている。救済情報保持回路400は、上述した救済信号を例えばアンチヒューズ素子などによって記憶する回路であり、アセンブリ後の動作試験によって貫通電極に不良が発見された場合に、テスタから救済信号が書き込まれる。救済情報保持回路400に保持された救済信号は電源投入時に読み出され、インターフェースチップIF内の置換制御回路121c〜128cに転送されるとともに、図2(a)に示すタイプのTSV1を用いてコアチップCC0〜CC7内の置換制御回路にも転送される。
Furthermore, a repair
以上が外部端子とインターフェースチップIFとの接続関係、並びに、インターフェースチップIFの回路構成の概要である。次に、コアチップCC0〜CC7の回路構成について説明する。 The above is the outline of the connection relationship between the external terminal and the interface chip IF and the circuit configuration of the interface chip IF. Next, the circuit configuration of the core chips CC0 to CC7 will be described.
図16に示すように、バックエンド機能であるコアチップCC0〜CC7に含まれるメモリセルアレイ50は、いずれも8バンクに分割されている。尚、バンクとは、個別にコマンドを受け付け可能な単位である。言い換えれば、夫々のバンクは、互いに排他制御で独立に動作することができる。半導体装置10外部からは、独立に夫々のバンクをアクセスできる。例えば、バンク1のメモリセルアレイ50とバンク2のメモリセルアレイ50は、異なるコマンドにより夫々対応するワード線WL、ビット線BL等を、時間軸的に同一の期間に個別にアクセス制御できる非排他制御の関係である。例えば、バンク1をアクティブ(ワード線とビット線をアクティブ)に維持しつつ、更にバンク2をアクティブに制御することができる。リード但し、半導体装置の外部端子(例えば、複数の制御端子、複数のI/O端子)は、共有している。メモリセルアレイ50内においては、複数のワード線WLと複数のビット線BLが交差しており、その交点にはメモリセルMCが配置されている(図16においては、1本のワード線WL、1本のビット線BL及び1個のメモリセルMCのみを示している)。ワード線WLの選択はロウデコーダ51によって行われる。また、ビット線BLはセンス回路53内の対応するセンスアンプSAに接続されている。センスアンプSAの選択はカラムデコーダ52によって行われる。
As shown in FIG. 16, the
ロウデコーダ51は、ロウ制御回路61より供給されるロウアドレスによって制御される。ロウ制御回路61には、TSVを介してインターフェースチップIFより供給されるロウアドレスを受けるアドレスバッファ61aが含まれており、アドレスバッファ61aによってバッファリングされたロウアドレスがロウデコーダ51に供給される。TSVを介して供給されるアドレス信号は、入力バッファB1を介して、ロウ制御回路61などに供給される。また、ロウ制御回路61にはリフレッシュカウンタ61bも含まれており、コントロールロジック回路63からリフレッシュ信号が発行された場合には、リフレッシュカウンタ61bが示すロウアドレスがロウデコーダ51に供給される。
The
カラムデコーダ52は、カラム制御回路62より供給されるカラムアドレスによって制御される。カラム制御回路62には、TSVを介してインターフェースチップIFより供給されるカラムアドレスを受けるアドレスバッファ62aが含まれており、アドレスバッファ62aによってバッファリングされたカラムアドレスがカラムデコーダ52に供給される。また、カラム制御回路62にはバースト長をカウントするバーストカウンタ62bも含まれている。
The
カラムデコーダ52によって選択されたセンスアンプSAは、さらに、図示しないいくつかのアンプ(サブアンプやデータアンプなど)を介して、データコントロール回路54に接続される。これにより、リード動作時においては、一つのI/O(DQ)あたり8ビット(=プリフェッチ数)のリードデータがデータコントロール回路54から出力され、ライト動作時においては、8ビットのライトデータがデータコントロール回路54に入力される。データコントロール回路54とインターフェースチップIFとの間はTSVを介してパラレルに接続される。
The sense amplifier SA selected by the
コントロールロジック回路63は、TSVを介してインターフェースチップIFから供給される内部コマンドICMDを受け、これに基づいてロウ制御回路61及びカラム制御回路62の動作を制御する回路である。コントロールロジック回路63には、層アドレス比較回路(チップ情報比較回路)47が接続されている。層アドレス比較回路47は、当該コアチップがアクセス対象であるか否かを検出する回路であり、その検出は、TSVを介してインターフェースチップIFより供給されるアドレス信号の一部SEL(チップ選択情報)と、層アドレス発生回路46に設定された層アドレスLID(チップ識別情報)とを比較することにより行われ、一致を検出すると一致信号HITを活性化させる。
The control logic circuit 63 is a circuit that receives the internal command ICMD supplied from the interface chip IF via the TSV and controls the operations of the
層アドレス発生回路46には、初期化時において各コアチップCC0〜CC7に固有の層アドレスが設定される。層アドレスの設定方法は次の通りである。まず、半導体記憶装置10が初期化されると、各コアチップCC0〜CC7の層アドレス発生回路46に初期値として最小値(0,0,0)が設定される。コアチップCC0〜CC7の層アドレス発生回路46は、図2(b)に示すタイプのTSVを用いてカスケード接続されているとともに、内部にインクリメント回路を有している。そして、最上層のコアチップCC0の層アドレス発生回路46に設定された層アドレス(0,0,0)がTSVを介して2番目のコアチップCC1の層アドレス発生回路46に送られ、インクリメントされることにより異なる層アドレス(0,0,1)が生成される。以下同様にして、生成された層アドレスを下層のコアチップに転送し、転送されたコアチップ内の層アドレス発生回路46は、これをインクリメントする。最下層のコアチップCC7の層アドレス発生回路46には、層アドレスとして最大値(1,1,1)が設定されることになる。これにより、各コアチップCC0〜CC7には固有の層アドレスが設定される。
In the layer address generation circuit 46, a unique layer address is set to each of the core chips CC0 to CC7 at the time of initialization. The layer address setting method is as follows. First, when the
層アドレス発生回路46には、TSVを介してインターフェースチップIFの不良チップ情報保持回路33から不良チップ信号DEFが供給される。不良チップ信号DEFは、図2(c)に示すタイプのTSV3を用いて各コアチップCC0〜CC7に供給されるため、各コアチップCC0〜CC7に個別の不良チップ信号DEFを供給することができる。不良チップ信号DEFは、当該コアチップが不良チップである場合に活性化される信号であり、これが活性化している場合、層アドレス発生回路46はインクリメントした層アドレスではなく、インクリメントされていない層アドレスを下層のコアチップに転送する。また、不良チップ信号DEFはコントロールロジック回路63にも供給されており、不良チップ信号DEFが活性化している場合にはコントロールロジック回路63の動作が完全に停止する。これにより、不良のあるコアチップは、インターフェースチップIFからアドレス信号やコマンド信号が入力されても、リード動作やライト動作を行うことはない。
The layer address generation circuit 46 is supplied with a defective chip signal DEF from the defective chip
また、コントロールロジック回路63の出力は、モードレジスタ64にも供給されている。これにより、コントロールロジック回路63の出力がモードレジスタセットを示している場合、アドレス信号によってモードレジスタ64の設定値が上書きされる。これにより、コアチップCC0〜CC7の動作モードが設定される。
The output of the control logic circuit 63 is also supplied to the
さらに、コアチップCC0〜CC7には、内部電圧発生回路70が設けられている。内部電圧発生回路には電源電位VDD,VSSが供給されており、内部電圧発生回路70はこれを受けて各種内部電圧を生成する。内部電圧発生回路70により生成される内部電圧としては、各種周辺回路の動作電源として用いる内部電圧VPERI(≒VDD)、メモリセルアレイ50のアレイ電圧として用いる内部電圧VARY(<VDD)、ワード線WLの活性化電位である内部電圧VPP(>VDD)などが含まれる。また、コアチップCC0〜CC7には、パワーオン検出回路71も設けられており、電源の投入を検出すると各種内部回路のリセットを行う。
Furthermore, an internal
コアチップCC0〜CC7に含まれる上記の周辺回路は、TSVを介してインターフェースチップIFから供給される内部クロック信号ICLKに同期して動作する。TSVを介して供給される内部クロック信号ICLKは、入力バッファB2を介して各種周辺回路に供給される。 The peripheral circuits included in the core chips CC0 to CC7 operate in synchronization with the internal clock signal ICLK supplied from the interface chip IF via the TSV. The internal clock signal ICLK supplied via the TSV is supplied to various peripheral circuits via the input buffer B2.
以上がコアチップCC0〜CC7の基本的な回路構成である。コアチップCC0〜CC7には外部とのインターフェースを行うフロントエンド部が設けられておらず、このため、原則として単体で動作させることはできない。しかしながら、単体での動作が一切不可能であると、ウェハ状態でのコアチップの動作試験を行うことができなくなってしまう。これは、インターフェースチップと複数のコアチップの組み立て工程を経た後でなければ、半導体装置10を試験することができないことを示し、半導体装置10を試験することによって、各コアチップをそれぞれ試験することを意味する。コアチップに回復できない欠陥がある場合、半導体装置10全体の損失を招くことになる。この点を考慮して、本実施形態では、コアチップCC0〜CC7にはいくつかのテストパッドTPとテスト用のコマンドデコーダ65のテスト用フロントエンド部で構成される試験用に擬似的なフロントエンド部の一部が設けられており、テストパッドTPからアドレス信号、テストデータやコマンド信号の入力が可能とされている。試験用のフロントエンド部は、あくまでウェハ試験において簡素な試験を実現する機能の回路であり、インターフェースチップ内のフロントエンド機能をすべて備えるわけではない、ことに注意が必要である。例えば、コアチップの動作周波数は、フロントエンドの動作周波数よりも低いことから、低周波で試験するテスト用のフロントエンド部の回路で簡素に実現することができる。
The above is the basic circuit configuration of the core chips CC0 to CC7. The core chips CC0 to CC7 are not provided with a front-end unit for interfacing with the outside, and therefore cannot be operated alone in principle. However, if the single operation is impossible, it becomes impossible to perform the operation test of the core chip in the wafer state. This indicates that the
テストパッドTPの種類は、インターポーザIPに設けられた外部端子とほぼ同様である。具体的には、クロック信号が入力されるテストパッドTP1、アドレス信号が入力されるテストパッドTP2、コマンド信号が入力されるテストパッドTP3、テストデータの入出力を行うためのテストパッドTP4、データストローブ信号の入出力を行うためのテストパッドTP5、電源電位を供給するためのテストパッドTP6などが含まれている。 The type of the test pad TP is almost the same as that of the external terminal provided in the interposer IP. Specifically, a test pad TP1 to which a clock signal is input, a test pad TP2 to which an address signal is input, a test pad TP3 to which a command signal is input, a test pad TP4 for inputting / outputting test data, a data strobe A test pad TP5 for inputting and outputting signals, a test pad TP6 for supplying power supply potential, and the like are included.
テスト時においては、デコードされていない通常の外部コマンドが入力されるため、コアチップCC0〜CC7にはテスト用のコマンドデコーダ65も設けられている。また、テスト時においては、シリアルなテストデータが入出力されることから、コアチップCC0〜CC7にはテスト用の入出力回路55も設けられている。
At the time of testing, a normal external command that has not been decoded is input, so that a
以上が本実施形態による半導体記憶装置10の全体構成である。このように、本実施形態による半導体記憶装置10は、1Gbのコアチップが8枚積層された構成を有していることから、合計で8Gbのメモリ容量となる。また、チップ選択信号/CSが入力される端子(チップ選択端子)は1つであることから、コントローラからはメモリ容量が8Gbである単一のDRAMとして認識される。
The above is the overall configuration of the
上記の構成を有する半導体記憶装置10は、電源投入時に救済情報保持回路400に保持された救済信号が読み出され、インターフェースチップIF内及び各コアチップCC0〜CC7内の置換制御回路に転送される。そして、既に説明したとおり、インターフェースチップIF及びコアチップCC0〜CC7においては、不良のある貫通電極を予備の貫通電極にそのまま置換するのではなく、接続関係をシフトすることによって不良のある貫通電極を避けていることから、置換の前後において信号パスにほとんど配線長差が生じない。このため、置換によるスキューもほとんど生じないことから、信号品質を高めることが可能となる。
In the
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。 The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Needless to say, it is included in the range.
例えば、上記実施形態では、インターフェースチップIFからコアチップCC0〜CC7にデータを供給する場合を例に説明したが、これとは逆に、コアチップCC0〜CC7からインターフェースチップIFにデータを供給する場合につても同様である。つまり、コアチップCC0〜CC7側にドライバ回路が設けられ、インターフェースチップIF側にレシーバ回路が設けられていても構わない。尚、インターフェースチップIFからコアチップCC0〜CC7に供給されるライトデータと、コアチップCC0〜CC7からインターフェースチップIFに供給されるリードデータは同じ貫通電極を用いて転送されるため、このような貫通電極に対しては、インターフェースチップIF及びコアチップCC0〜CC7にドライバ回路とレシーバ回路の両方が設けられる。 For example, in the above embodiment, the case where data is supplied from the interface chip IF to the core chips CC0 to CC7 has been described as an example. On the contrary, when data is supplied from the core chips CC0 to CC7 to the interface chip IF. Is the same. That is, a driver circuit may be provided on the core chip CC0 to CC7 side, and a receiver circuit may be provided on the interface chip IF side. The write data supplied from the interface chip IF to the core chips CC0 to CC7 and the read data supplied from the core chips CC0 to CC7 to the interface chip IF are transferred using the same through electrode. On the other hand, both the driver circuit and the receiver circuit are provided in the interface chip IF and the core chips CC0 to CC7.
例えば、上記実施形態では、チップ積層型のDRAMを例に説明したが、積層される半導体チップの種類については特に限定されず、SRAM,PRAM(登録商標),MRAM,RRAM(登録商標),フラッシュメモリなど他のメモリデバイスであっても構わないし、CPUやDSPなどのロジック系デバイスであっても構わない。 For example, in the above embodiment, the chip stacked type DRAM has been described as an example. However, the type of stacked semiconductor chips is not particularly limited, and SRAM, PRAM (registered trademark), MRAM, RRAM (registered trademark), flash It may be another memory device such as a memory, or may be a logic device such as a CPU or DSP.
3 TSV群、4、5、6 内部回路、10 半導体記憶装置、80 シリコン基板、81 層間絶縁膜、82 絶縁リング、83 端部、84 裏面バンプ、85 表面バンプ、91 電極、92 スルーホール電極、93 再配線層、94 NFC、95 リードフレーム、96 アンダーフィル、97 封止樹脂、98 NOR回路、100 遅延回路、101〜108 ドライバ回路、120、130、140 出力切り替え回路、201〜208 レシーバ回路、220、230、240 入力切り替え回路、301〜309 貫通電極、CC コアチップ、IF インターフェースチップ、IP インターポーザ、TSV 貫通電極、SB 外部端子、L 配線層、P パッド、TH スルーホール電極、CTRL 動作信号、R1〜R8 救済信号。 3 TSV group, 4, 5, 6 internal circuit, 10 semiconductor memory device, 80 silicon substrate, 81 interlayer insulating film, 82 insulating ring, 83 edge, 84 back bump, 85 surface bump, 91 electrode, 92 through-hole electrode, 93 rewiring layer, 94 NFC, 95 lead frame, 96 underfill, 97 sealing resin, 98 NOR circuit, 100 delay circuit, 101-108 driver circuit, 120, 130, 140 output switching circuit, 201-208 receiver circuit, 220, 230, 240 Input switching circuit, 301-309 through electrode, CC core chip, IF interface chip, IP interposer, TSV through electrode, SB external terminal, L wiring layer, P pad, TH through hole electrode, CTRL operation signal, R1 ~ R8 Relief signal.
Claims (11)
前記第1の半導体チップに積層される第2の半導体チップと、
前記第1の半導体チップと前記第2の半導体チップを接続する複数の貫通電極と、を備え、
前記第2の半導体チップに含まれる第2の設定回路は、
電源投入時における設定処理(Setup)の前に、前記第2の半導体チップに含まれる複数の入力信号線と前記複数の貫通電極との接続をいったん遮断し、
前記第2の半導体チップの設定後に、前記複数の入力信号線と前記複数の貫通電極の接続を示す第2の救済情報にしたがって各入力信号線を前記複数の貫通電極のいずれかと接続することを特徴とする半導体装置。 A first semiconductor chip;
A second semiconductor chip stacked on the first semiconductor chip;
A plurality of through-electrodes connecting the first semiconductor chip and the second semiconductor chip,
The second setting circuit included in the second semiconductor chip is:
Before the setting process (Setup) at power-on, the connection between the plurality of input signal lines and the plurality of through electrodes included in the second semiconductor chip is once interrupted,
After setting the second semiconductor chip, each input signal line is connected to one of the plurality of through electrodes according to second relief information indicating connection between the plurality of input signal lines and the plurality of through electrodes. A featured semiconductor device.
前記設定処理に際しては、所定の動作信号により第2のスイッチをオフすることにより、前記入力信号線と前記貫通電極の接続を遮断することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 A second switch is inserted in the path from the input signal line to the through electrode,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein in the setting process, the connection between the input signal line and the through electrode is cut off by turning off the second switch by a predetermined operation signal.
前記設定処理に際しては、前記動作信号により前記第2のスイッチに加えて前記第1のスイッチもオフすることにより、前記出力信号線と前記貫通電極を遮断することを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。 A first switch is interposed in a path from the output signal line included in the first semiconductor chip to the through electrode;
6. In the setting process, the output signal line and the through electrode are shut off by turning off the first switch in addition to the second switch by the operation signal. Semiconductor device.
前記第2の半導体チップは、前記1番〜n番のドライバ回路にそれぞれ対応して設けられ、それぞれ1〜n番の番号が割り当てられたn個のレシーバ回路を含み、
前記複数の貫通電極には、それぞれ1番〜n+m番(mは自然数)の番号が割り当てられ、
前記第1の設定回路は、i番(iは1〜nの整数)のドライバ回路の出力端をi番からi+m番の貫通電極のいずれかに接続することによって、前記n個のドライバ回路をそれぞれ異なる貫通電極に接続し、
前記第2の半導体チップの第2の設定回路は、i番(iは1〜nの整数)のレシーバ回路の入力端をi番からi+m番の貫通電極のいずれかに接続することによって、前記n個のレシーバ回路をそれぞれ異なる貫通電極に接続することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 Each of the first semiconductor chips includes n driver circuits assigned numbers 1 to n (n is a natural number),
The second semiconductor chip includes n receiver circuits provided corresponding to the first to n-th driver circuits, respectively, and assigned with numbers 1 to n, respectively.
Numbers 1 to n + m (m is a natural number) are assigned to the plurality of through electrodes,
The first setting circuit connects the output terminals of the i-th driver circuit (i is an integer from 1 to n) to any one of the i-th through i + m-th through electrodes, thereby connecting the n driver circuits. Connect to each through electrode,
The second setting circuit of the second semiconductor chip connects the input terminal of the i-th receiver circuit (i is an integer from 1 to n) to any of the i-th through i + m-th through electrodes. The semiconductor device according to claim 1, wherein the n receiver circuits are connected to different through electrodes.
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