TWI822081B - 半導體系統及配線缺陷檢測方法 - Google Patents

半導體系統及配線缺陷檢測方法 Download PDF

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Abstract

實施例提供一種半導體系統及一種配線缺陷檢測方法，藉由該方法，可在不分離該半導體系統之一封裝之情況下容易且準確地檢測一信號中之一缺陷之一原因。 一種半導體系統包含：一第一半導體晶片；一第二半導體晶片，其堆疊於該第一半導體晶片上方；一控制器，其經組態以控制該等第一及第二半導體晶片；一第一配線，其連接於該控制器與該等第一及第二半導體晶片之各者之間，且一第一信號待藉由其自該控制器傳輸至該等第一及第二半導體晶片之各者；一第二配線，其連接於該控制器與該第一半導體晶片之間，且流動通過該第一配線至該第一半導體晶片之該第一信號之一電流待藉由其返回至該控制器；及一第三配線，其連接於該控制器與該第二半導體晶片之間，且流動通過該第一配線至該第二半導體晶片之該第一信號之一電流待藉由其返回至該控制器。

Description

半導體系統及配線缺陷檢測方法
本文中描述之實施例大體上係關於一種半導體系統及一種配線缺陷檢測方法。
半導體晶片藉由其堆疊、使用接合線彼此連接並封裝之一堆疊技術已變得廣泛使用。在其中在透過一接合線自一控制器傳送之一信號中檢測一缺陷之一情況中，需要在不分離封裝之情況下容易且準確地檢測該信號中之缺陷之原因。
實施例提供一種半導體系統及一種配線缺陷檢測方法，藉由該方法，可在不分離該半導體系統之一封裝之情況下容易且準確地檢測一信號中之一缺陷之一原因。
一般而言，根據一項實施例，一種半導體系統包含：一第一半導體晶片；一第二半導體晶片，其堆疊於該第一半導體晶片上方；一控制器，其經組態以控制該等第一及第二半導體晶片；一第一配線，其連接於該控制器與該等第一及第二半導體晶片之各者之間，且一第一信號待藉由其自該控制器傳輸至該等第一及第二半導體晶片之各者；一第二配線，其連接於該控制器與該第一半導體晶片之間，且流動通過該第一配線至該第一半導體晶片之該第一信號之一電流待藉由其返回至該控制器；及一第三配線，其連接於該控制器與該第二半導體晶片之間，且流動通過該第一配線至該第二半導體晶片之該第一信號之電流待藉由其返回至該控制器。
在下文中，半導體系統及配線缺陷檢測方法之實施例將參考附圖來描述。雖然將集中於半導體系統之主要組件進行描述，然半導體系統可具有本文中未繪示或描述之組件或功能。本文在下文中之描述不意欲排除本文中未繪示或描述之組件或功能。 (第一實施例)
圖1係示意性地繪示根據一第一實施例之一半導體系統1之主要組件之一平面圖。圖1之半導體系統1具備複數個堆疊之半導體晶片2及控制該複數個半導體晶片2之一控制器3。
複數個半導體晶片2之各者係一未封裝之裸晶片。半導體晶片2可係任何類型。例如，半導體晶片2可係一快閃記憶體晶片。
複數個堆疊之半導體晶片2之各者具備複數個墊P1及P2。在圖1中，假定複數個半導體晶片2具有相同功能，且設置於各半導體晶片2上之墊P1及P2之位置、大小及數目在全部半導體晶片2中係共同的。各半導體晶片2透過墊P1及P2及接合線W1及W2將信號傳輸至控制器3/接收來自控制器3之信號。如稍後描述，各半導體晶片2包含兩種類型之墊P1及P2。有關墊之數目，各半導體晶片2具備一個墊P1及一或多個墊P2。圖1表示其中各半導體晶片2具備複數個墊P2之一實例。
各半導體晶片2之複數個墊P2包含用於接收來自控制器3之一信號之一墊、用於將一信號傳輸至控制器3之一墊、用於雙向地將一信號傳輸至控制器3/接收來自控制器3之一信號之一墊及用於供應一電力之一墊。此外，單獨設置於各半導體晶片2上之墊P1係用於檢測一缺陷之一墊，如稍後描述。
如圖1中繪示，複數個半導體晶片2堆疊於一支撐基板(未繪示)上同時稍微移位。移位原因係促進接合線W1及W2連接至各半導體晶片2上之墊P1及P2。當接合線W1及W2連接至複數個半導體晶片2之各者上之墊P1及P2時，隨著堆疊之半導體晶片2之數目增加，變得難以確保用於配置接合線W1及W2之空間。因此，在一些實施例中，複數個堆疊之半導體晶片2上之相同類型之墊藉由使用穿矽通路(TSV)、凸塊、一Cu-Cu連接或類似者在堆疊方向上彼此接合，且接合線W1連接至任一半導體晶片2之墊以將信號傳輸至控制器3/接收來自控制器3之信號。因此，在無需增加接合線W1之數目之情況下，信號可在控制器3與複數個半導體晶片2之間傳輸/接收。因此，堆疊之半導體晶片2之數目可根據需要增加。
在圖1中，複數個堆疊之半導體晶片2之對應墊P1 (或P2)藉由導線彼此電導通。然而，對角線係示意性的，且實際上由例如通路、一Cu-Cu連接、一配線型樣及其他之一組合來實施。
雖然圖1表示其中各半導體晶片2包含三個墊P2之一實例。然而，墊P2之數目、墊P1及P2之配置位置及藉由墊P2傳輸/接收之信號之類型係任意的。例如，當半導體晶片2係一快閃記憶體晶片時，除了與一電力相關之墊外，所有墊基本上皆將信號傳輸至控制器3/接收來自控制器3之信號。快閃記憶體晶片中典型之墊包含用於一晶片啟用信號CEn之一墊、用於一寫入啟用信號WEn之一墊、用於一讀取啟用信號REn之一墊、用於一位址鎖存啟用信號ALE之一墊、用於一命令鎖存啟用信號CLE之一墊及其他。晶片啟用信號CEn係用於使快閃記憶體晶片進入一啟用狀態之一信號。寫入啟用信號WEn係用於指定將資料寫入至快閃記憶體晶片之一時序之一信號。讀取啟用信號REn係用於指定用於自快閃記憶體晶片讀取資料之一時序之一信號。位址鎖存啟用信號ALE係用於指示一信號DQ係一位址之一信號。命令鎖存啟用信號CLE係用於指示信號DQ係一命令之一信號。
如上文描述，設置於複數個堆疊之半導體晶片2之各者上之墊P2之數目及類型係任意的，且複數個半導體晶片2之任一者上之墊P2及控制器3藉由接合線W1彼此連接。例如，安置於最上層上之半導體晶片2之複數個墊P2可分別藉由接合線W1連接至控制器3。另外，如圖1中繪示，由於複數個半導體晶片2被堆疊同時被移位，故具有接合線W1所連接至之墊P2之半導體晶片2可能不一定係安置於最上層上之半導體晶片。
在本文中之描述中，用於在複數個半導體晶片2之各者與控制器3之間傳輸一信號之接合線W1將指稱一第一配線W1，且用於將控制器3與各半導體晶片2彼此連接以便檢測第一配線W1中之一缺陷之接合線W2將指稱一第二配線W2。提供與設置於複數個堆疊之半導體晶片2之各者上之複數種類型之墊P2之數目一樣多之第一配線W1。提供與堆疊之半導體晶片2之數目一樣多之第二配線W2。
此外，在本文中之描述中，連接至複數個第二配線W2之各者之半導體晶片2上之墊P1可指稱一第一墊P1，且與第一配線W1電導通之墊P2可指稱一第二墊P2。雖然第二墊P2係設置於半導體晶片2上之一習知墊，然第一墊P1係經提供用於檢測一缺陷之一非習知墊。第一墊P1經提供用於各半導體晶片2，且連接至對應第二配線W2。一或多個第二墊P2設置於各半導體晶片2上，且第一配線W1連接至半導體晶片2之任一者之第二墊P2。
如上文描述，針對最小組態，除了上文描述之複數個半導體晶片2及控制器3外，根據本實施例之半導體系統1具備至少一個第一配線W1及複數個第二配線W2。第一配線W1係用於在控制器3與複數個半導體晶片2之間傳輸信號之配線(接合線)。複數個第二配線W2係用於將控制器3與複數個半導體晶片2之第一墊P1彼此連接之配線(接合線)，且當執行一缺陷檢測時，使流動通過第一配線W1至控制器3之電流返回。
控制器3中具備一開關SW，該開關SW選擇複數個第二配線W2之一者。基於電流流動通過由開關SW選擇之一個第二配線W2，控制器3檢測連接至第二配線W2之第一配線W1之一缺陷。更準確言之，第一配線W1之缺陷係指透過第一配線W1自控制器3側處之第一配線W1之端至各半導體晶片2之第二墊P2之一信號路徑中之一缺陷。缺陷之一典型實例係一短路或一斷開連接。
如稍後描述，在本實施例中，當控制器3透過第一配線W1向各半導體晶片2之第二墊P2發送一信號時，對應於信號之電流透過第二配線W2自第一墊P1返回至控制器3。當各半導體晶片2具有複數個第二墊P2時，控制器3可根據至控制器3之一輸入信號或用於在稍後待描述之一第一模式被選擇之後選擇一任意第一配線W1之一位址信號選擇一任意第二墊P2，且可檢測連接至選定第二墊P2之第一配線W1之一缺陷。
由於分開地為各半導體晶片2提供第二配線W2，故控制器3可自透過第二配線W2返回之電流識別具有其中出現一缺陷之一信號路徑之一半導體晶片2。
控制器3可藉由在第一模式與一第二模式之間執行一切換來控制複數個堆疊之半導體晶片2。第一模式係用於檢測用於信號傳輸之第一配線W1中之一缺陷之一模式。當第一模式被選擇時，控制器3檢測透過複數個第二配線W2返回之電流，且基於所檢測之電流檢測複數個各自半導體晶片2之信號路徑中是否出現一缺陷。更明確言之，在第一模式中，控制器3檢測經由對應於任一第二墊P2之一第一墊P1自一第一配線W1流動至一對應第二配線W2之電流。
當第二模式被選擇時，其中電流自第一配線W1流動至複數個第二配線W2之信號路徑被切斷。因此，控制器3透過第一配線W1將信號傳輸至各半導體晶片2/自各半導體晶片2傳輸信號，以使各半導體晶片2執行一正常操作。
如上文描述，各第一配線W1之一端連接至控制器3，且其另一端連接至半導體晶片2之任一者之一第二墊P2。設置於複數個半導體晶片2之各者上之複數個第二墊P2彼此電導通。在缺陷檢測期間，自第一配線W1流動至複數個第二墊P2之各者之電流透過對應第一墊P1流動至對應第二配線W2。
如圖1中繪示，複數個半導體晶片2之各者具備安置於第一墊P1與第二墊P2之間之一整流電路4。當第一配線W1之電壓位準小於一預定臨限值時，整流電路4切斷其中一電流自第二墊P2流動至第一墊P1之信號路徑，且當第一配線W1之電壓位準等於或高於臨限值時，整流電路4容許電流在信號路徑中自第二墊P2流動至第一墊P1。預定臨限值係例如高於半導體晶片2之電源供應電壓之一電壓。因此，當控制器3將第一配線W1之電壓位準設定為小於預定臨限值時(上文描述之第二模式)，電流不透過第二墊P2自第一配線W1流動至第一墊P1，且因此，亦不在第二配線W2中流動，使得控制器3無需監測第二配線W2之電流。同時，在第一模式中，控制器3有意地將第一配線W1之電壓位準設定為等於或高於預定臨限值，使得一電流透過第二墊P2及第一墊P1自第一配線W1流動至第二配線W2。
如上文描述，在第一模式中，第一配線W1之電壓位準需要被設定為預定臨限值或更高。因此，例如，一升壓電路(未繪示)可設置於控制器3內部，以在第一模式期間將藉由用升壓電路使控制器3之電力電壓升高獲得之一電壓供應至第一配線W1。替代地，用於第一模式之電壓可提前輸入至控制器3，且用於第一模式之輸入電壓可在第一模式期間供應至第一配線W1。
藉由以此方式提供整流電路4，僅當控制器3增加第一配線W1之電壓位準時，電流才可透過整流電路4自第一配線W1流動至第二配線W2。因此，藉由監測第二配線W2之電流，控制器3可對其電壓位準已增加之第一配線W1執行缺陷檢測。
整流電路4具有複數個第一二極體D1，其等串聯連接同時將其等之整流方向對準。第一二極體D1之陽極在複數個經連接第一二極體D1之一端處連接至第二墊P2。第一二極體D1之陰極在複數個經連接第一二極體D1之另一端處連接至第一墊P1。由於一正常二極體之正向電壓係約0.6 V，故當半導體晶片2之電力電壓例如係約1.8 V時，串聯連接之二極體之數目被設定為例如4。因此，上述預定臨限值被設定為約2.4 V，且當第一配線W1之電壓位準係2.4 V或更多時，電流可被容許透過二極體D1自第一配線W1流動至第二配線W2。
已描述其中電流透過整流電路4自第一配線W1流動至第二配線W2之實例。然而，根據缺陷之類型，一缺陷可能無法藉由簡單地監測第二配線W2之電流來正確地檢測，且可藉由透過整流電路4使電流自第二配線W2返回至第一配線W1來檢測。因此，當複數個第二配線W2之電壓位準小於一預定臨限值時，整流電路4切斷其中電流自複數個第一墊P1流動至對應第二墊P2之信號路徑。當複數個第二配線W2之至少一者之電壓位準等於或高於臨限值時，整流電路4容許電流在信號路徑中自複數個第一墊P1之至少一者流動至對應第二墊P2。在此情況中，整流電路4具有複數個第二二極體D2，其等在與複數個第一二極體D1之方向相反之方向上串聯連接。第二二極體D2之陰極在複數個經連接第二二極體D2之一端處連接至第二墊P2。第二二極體D2之陽極在複數個經連接第二二極體D2之另一端處連接至第一墊P1。
如圖1中繪示，各半導體晶片2具備複數種類型之第二墊P2用於相對於控制器3傳輸信號。在此情況中，複數個第一配線W1配置於控制器3與複數個半導體晶片2之間以與複數種類型之第二墊P2電導通。在缺陷檢測期間，控制器3檢測透過對應第二墊P2及對應第一墊P1自各第一配線W1流動至對應第二配線W2之電流。整流電路4分開地連接至複數個第一配線W1之各者。當第二配線W2之電壓位準小於一預定臨限值時，各整流電路4切斷其中電流自對應第二墊P2流動至第一墊P1之信號路徑。當第二配線W2之電壓位準等於或高於臨限值時，各整流電路4容許電流在信號路徑中自對應第二墊P2中流動至對應第一墊P1。此外，當複數個第二配線W2之電壓位準小於一預定臨限值時，各整流電路4切斷其中一電流自複數個第一墊P1之各者流動至對應第二墊P2之信號路徑。當複數個第二配線W2之至少一者之電壓位準等於或高於臨限值時，各整流電路4可容許電流在信號路徑中自複數個第一墊P1之至少一者流動至對應第二墊P2。
半導體晶片藉由其堆疊、透過接合線彼此連接並封裝之一堆疊技術已變得廣泛使用。在其中堆疊之半導體晶片之數目大之一情況中，當接合線連接至各堆疊之半導體晶片之墊時，封裝中之導線之數目變得過大。因此，針對相同類型之信號，複數個半導體晶片之墊可在堆疊方向上彼此導通，且接合線可僅連接至一代表性半導體晶片之墊，藉此減小導線之數目。在此情況中，當在自控制器傳輸至一接合線之一信號中檢測到一缺陷時，難以自封裝外部識別有缺陷之位置。
針對最小組態，圖1中繪示之半導體系統1可具備控制器3及兩個半導體晶片2。在下文中，兩個半導體晶片2將指稱一第一半導體晶片2a及一第二半導體晶片2b。例如，第一半導體晶片2a及第二半導體晶片2b之各者具有一個第一墊P1及兩個第二墊P2。在本文中之下文描述中，第一半導體晶片2a中之兩個第二墊P2將指稱一第三墊P2a及一第五墊P2c，且第二半導體晶片2b中之兩個第二墊P2將指稱一第四墊P2b及一第六墊P2d。
如上文描述，控制器3及各半導體晶片2透過第一配線W1執行信號傳輸。在下文描述中，用於在控制器3與第一半導體晶片2a中之第三墊P2a/第二半導體晶片2b中之第四墊P2b之間傳輸一第一信號之第一配線W1將指稱一第一配線W1a，且用於在控制器3與第一半導體晶片2a中之第五墊P2c/第二半導體晶片2b中之第六墊P2d之間傳輸不同於第一信號之一第二信號之第一配線W1將指稱一第四配線W1b。
如上文描述，圖1中繪示之半導體系統1中之各半導體晶片2具有第一墊P1及第二配線W2。在下文中，第一半導體晶片2a中之第一墊P1將指稱一第一墊P1a，且連接至第一墊P1a之第二配線W2將指稱一第二配線W2a。此外，第二半導體晶片2b中之第一墊P1將指稱一第二墊P1b，且連接至第二墊P1b之第二配線W2將指稱一第三配線W2b。
如上文描述，圖1中繪示之半導體系統中之各半導體晶片2具有整流電路4。在下文中，安置於第一半導體晶片2a中之第一墊P1a與第三墊P2a之間之整流電路4將指稱一第一整流電路4a，且安置於第二半導體晶片2b中之第二墊P1b與第四墊P2b之間之整流電路4將指稱一第二整流電路4b。此外，安置於第一半導體晶片2a中之第一墊P1a與第五墊P2c之間之整流電路4將指稱一第三整流電路4c，且安置於第二半導體晶片2b中之第二墊P1b與第六墊P2d之間之整流電路4將指稱一第四整流電路4d。
如上文描述，圖1之整流電路4具有複數個二極體D1及複數個二極體D2，其等在方向上彼此不同。在下文中，第一整流電路4a中之複數個二極體D1將指稱複數個第一二極體D1a，且第二整流電路4b中之複數個二極體D1將指稱複數個第二二極體D1b。此外，在下文中，第一整流電路4a中之複數個二極體D2將指稱複數個第三二極體D2a，且第二整流電路4b中之複數個二極體D2將指稱複數個第四二極體D2b。
如上文描述，第一半導體晶片2a具備第一墊P1a、第三墊P2a、第五墊P2c、具有複數個第一二極體D1a及複數個第三二極體D2a之第一整流電路4a以及具有與第一整流電路4a之組態相同之組態之第三整流電路4c。第二半導體晶片2b具備第二墊P1b、第四墊P2b、第六墊P2d、具有複數個第二二極體D1b及複數個第四二極體D2b之第二整流電路4b以及具有與第二整流電路4b之組態相同之組態之第四整流電路4d。控制器3透過第一配線W1a向第一半導體晶片2a及第二半導體晶片2b傳輸第一信號。第一半導體晶片2a透過第二配線W2a使在第一配線W1a中流動之電流返回至控制器3。第二半導體晶片2b透過第三配線W2b使在第一配線W1a中流動之電流返回至控制器3。此外，控制器3透過第四配線W1b向第一半導體晶片2a及第二半導體晶片2b傳輸第二信號。第一半導體晶片2a透過第二配線W2a使在第四配線W1b中流動之電流返回至控制器3。第二半導體晶片2b透過第三配線W2b使在第四配線W1b中流動之電流返回至控制器3。
在根據第一實施例之半導體系統1中，為了檢測用於在複數個堆疊之半導體晶片2與控制器3之間傳輸一信號之第一配線W1中之一缺陷，提供用於將各半導體晶片之第一墊P1及控制器3彼此連接之第二配線W2。接著，對應於由控制器3發送至第一配線W1之信號之電流自各第二配線W2返回至控制器3。因此，可針對各半導體晶片2個別地檢測自控制器3側處之第一配線W1之端至各半導體晶片2之第二墊P2之信號路徑中諸如一短路或斷開連接之一缺陷。因此，根據本實施例，複數個堆疊之半導體晶片2與控制器3之間之配線路徑中有缺陷之位置可被容易且準確地識別。
此外，在本實施例中，由於複數個整流電路4被設置於第一配線W1與複數個第二配線W2之間，故僅當控制器3將具有等於或高於預定臨限值之一電壓位準之一信號供應至第一配線W1時，電流才自第一配線W1流動至第二配線W2。因此，藉由在不提供用於切換操作模式之開關電路之情況下簡單地切換第一配線W1之電壓位準，可在用於檢測第一配線W1之一缺陷之第一模式與用於正常操作複數個半導體晶片2之第二模式之間實施一切換。 (第二實施例)
在一第二實施例中，提供開關電路5，而非圖1之整流電路4。圖2係示意性地繪示根據第二實施例之一半導體系統1a之主要組件之一平面圖。類似於圖1，圖2之半導體系統1a具備複數個堆疊之半導體晶片2及控制器3。
如圖2中繪示，複數個半導體晶片2之各者具有複數個開關電路5，該複數個開關電路5就複數種類型之第二墊P2及第一墊P1是否彼此電導通進行切換。控制器3選擇複數個開關電路5之一者以使對應第二墊P2及第一墊P1彼此電導通，藉此檢測流動通過第一墊P1之電流。
複數個開關電路5基於來自控制器3之一開關控制信號SC就對應第二墊P2及第一墊P1是否彼此電導通進行切換。在控制器3與複數個半導體晶片2之間，複數個第一配線W1及複數個第二配線W2如在第一實施例之半導體系統1中般配置，且此外，安置用於開關控制信號SC之一第三配線W3。由於開關控制信號SC能夠對所有開關電路5執行開關控制，故可提供僅一個第三配線W3。藉由切換開關控制信號SC之邏輯，控制器3可就對應於所有開關電路5之第二墊P2及第一墊P1是否彼此電導通進行切換。更明確言之，控制器3可將開關控制信號SC設定為例如一高位準，使得透過各開關電路5，一對應第二墊P2及第一墊P1可彼此電導通。在此情況中，對應於連接至第二墊P2之第一配線W1上之信號之電流透過第二墊P2及第一墊P1流動至對應第二配線W2。
由於控制器3可個別地控制施加至複數個第一配線W1之電壓，故可個別地檢測各第一配線W1中之諸如一斷開連接或類似者之一缺陷。在第一實施例中，具有等於或高於預定臨限值之一電壓位準之一信號在第一模式中被供應至複數個第一配線W1。然而，在本實施例中，在第一及第二模式期間供應至複數個第一配線W1之信號之電壓位準中不存在差異。因此，促進控制器3側處之控制。
複數個開關電路5之特定電路組態不限於任何特定組態。圖2之實例具有並聯連接於第一墊P1及第二墊P2與一反相器6之間之一NMOS電晶體Q1及一PMOS電晶體Q2。開關控制信號SC被輸入至反相器6，且反相器6之輸出被輸入至PMOS電晶體Q2之閘極。開關控制信號SC被輸入至NMOS電晶體Q1之閘極。
針對最小組態，圖2中繪示之半導體系統1a可具備控制器3及兩個半導體晶片2。在下文中，兩個半導體晶片2將指稱一第一半導體晶片2a’及一第二半導體晶片2b’。在下文中，將集中於與圖1中之第一半導體晶片2a及第二半導體晶片2b之差異來進行描述。
第一半導體晶片2a’具有一第一開關電路5a及一第二開關電路5b，而非圖1之第一半導體晶片2a中之第一整流電路4a及第三整流電路4c。此外，第二半導體晶片2b’具有一第三開關電路5c及一第四開關電路5d，而非圖1之第一半導體晶片2b中之第二整流電路4b及第四整流電路4d。第一開關電路5a就第一墊P1a及第三墊P2a是否彼此電導通進行切換。第二開關電路5b就第一墊P1a及第五墊P2c是否彼此電導通進行切換。第三開關電路5c就第二墊P1b及第四墊P2b是否彼此電導通進行切換。第四開關電路5d就第二墊P1b及第六墊P2d是否彼此電導通進行切換。控制器3使第一開關電路5a進入一導通狀態以使第三墊P2a及第一墊P1a彼此電導通，藉此檢測流動通過第一墊P1a之電流。控制器3使第二開關電路5b進入導通狀態以使第五墊P2c及第一墊P1a彼此電導通，藉此檢測流動通過第一墊P1a之電流。控制器3使第三開關電路5c進入導通狀態以使第四墊P2b及第二墊P1b彼此電導通，藉此檢測流動通過第二墊P1b之電流。控制器3使第四開關電路5d進入導通狀態以使第六墊P2d及第二墊P1b彼此電導通，藉此檢測流動通過第二墊P1b之電流。
如上文描述，在第二實施例中，複數個開關電路5設置於電連接至經配置用於在控制器3與複數個半導體晶片2之間進行信號傳輸之複數個第一配線W1之複數個第二墊P2與第一墊P1之間。控制器3藉由開關控制信號SC選擇複數個開關電路5之一者且透過選定開關電路5使來自對應第一配線W1之電流返回至第二配線W2。
在第二實施例中，由於開關電路5就第一墊P1及第二墊P2是否彼此電導通進行切換，故在第一模式期間複數個第一配線W1之電壓位準無需升高至高於在第二模式中之電壓位準，使得控制器3之內部組態及控制可能不會變得複雜化。
此外，在圖2中，針對所有開關電路5之開關控制係基於自控制器3輸出之共同開關控制信號SC來執行。然而，一分開的開關控制信號SC可針對各開關電路5形成。在此情況中，等於開關電路5之數目之數目個第三配線W3經配置於控制器3與複數個半導體晶片2之間，且透過各第三配線W3，對應開關控制信號SC被供應至各半導體晶片2。
NAND快閃記憶體晶片可在根據上文描述之第一及第二實施例之半導體系統1及1a中用作複數個堆疊之半導體晶片2。
圖3係繪示一記憶體系統10之一輪廓之一方塊圖，該記憶體系統10係根據第一或第二實施例之半導體系統1或1a之一特定實例。圖3之記憶體系統10具備一NAND快閃記憶體100、一控制器200及一主機裝置300。NAND快閃記憶體100係堆疊之本體，其中堆疊複數個NAND快閃記憶體晶片。
組成NAND快閃記憶體100之複數個快閃記憶體晶片之各者具有一記憶體單元陣列110。記憶體單元陣列110之各記憶體單元以一非揮發性方式儲存資料。全部複數個快閃記憶體晶片皆具有相同之內部組態。此外，各快閃記憶體晶片具有一控制器介面(I/F)電路170。如圖1及圖2中繪示，複數個第二墊P2、整流電路4或開關電路5及第一墊P1設置於控制器I/F電路170中。第二配線W2及第一墊P1經提供用於各快閃記憶體晶片。此外，在控制器I/F電路170中，可提供圖2之第三墊P3，且第三配線W3可經提供為連接至第三墊P3。
控制器200將各種信號傳輸至NAND快閃記憶體100/接收來自NAND快閃記憶體100之各種信號。此外，控制器200藉由一主機匯流排12連接至主機裝置300。
控制器200及NAND快閃記憶體100藉由複數個第一配線W1及複數個第二配線W2彼此連接用於傳輸/接收各種信號。如上文描述，複數個第一配線W1傳輸/接收晶片啟用信號CEn、寫入啟用信號WEn、讀取啟用信號REn、位址鎖存啟用信號ALE、命令鎖存啟用信號CLE及其他。
控制器200控制NAND快閃記憶體100且回應於自主機裝置300接收到之一命令存取NAND快閃記憶體100。主機裝置300係例如一電子裝置，諸如一個人電腦或類似者。
控制器200具備一主機介面(I/F)電路210、一內置記憶體(隨機存取記憶體(RAM)) 220、一處理器(中央處理單元(CPU)) 230、一緩衝器記憶體240、一NAND介面(I/F)電路250及一錯誤檢查及校正(ECC)電路260。
主機I/F電路210經由主機匯流排12連接至主機裝置300且將自主機裝置300接收到之命令及資料傳送至CPU 230及緩衝器記憶體240之各者。此外，回應於來自CPU 230之一命令，主機I/F電路210將緩衝器記憶體240中之資料傳送至主機裝置300。
CPU 230控制整個控制器200之操作。例如，當自主機裝置300接收到一寫入命令時，CPU 230作為回應向NAND I/F電路250發出一寫入命令。此同樣適用於一讀取命令及一擦除命令。此外，CPU 230執行用於管理NAND快閃記憶體100之各種程序，諸如損耗均衡或類似者。另外，下文描述之控制器200之操作可以CPU執行韌體之方式實施，或可藉由硬體實施。
NAND I/F電路250將各種信號傳輸至NAND快閃記憶體100中之控制器I/F電路170/接收來自控制器I/F電路170之各種信號，以便執行與NAND快閃記憶體100之通信。此外，基於自CPU 230接收到之命令，NAND I/F電路250向NAND快閃記憶體100傳輸各種信號及接收來自NAND快閃記憶體100之各種信號。緩衝器記憶體240暫時儲存寫入或讀取資料。
RAM 220係一半導體記憶體，諸如一動態隨機存取記憶體(DRAM)、一靜態隨機存取記憶體(SRAM)或類似者，且用作CPU 230之一工作區域。RAM 220儲存用於管理NAND快閃記憶體100之韌體、各種管理表及其他。
ECC電路260對待儲存於NAND快閃記憶體100中之資料執行一錯誤檢測程序及一錯誤校正程序。即，針對一資料寫入，ECC電路260產生一錯誤校正碼(ECC)並指派所產生之ECC來寫入資料。針對一資料讀取，ECC電路260判定在讀取資料中是否存在一錯誤，且當判定在讀取資料中存在一錯誤時，ECC電路260藉由使用ECC對讀取之資料執行錯誤校正程序。
接著，將描述NAND快閃記憶體100之組態。如上文描述，除了控制器I/F電路170外，NAND快閃記憶體100亦具備記憶體單元陣列110、一列解碼器120、一驅動器電路130、一行控制電路140、一暫存器群組150及一定序器160。
記憶體單元陣列110具備包含與列及行相關聯之複數個非揮發性記憶體單元之複數個區塊BLK。圖3繪示例如四個區塊BLK0至BLK3。接著，記憶體單元陣列110儲存自控制器200傳送之資料。
列解碼器120選擇區塊BLK0至BLK3之一者，且在選定區塊BLK中進一步選擇一列方向。驅動器電路130經由列解碼器120向選定區塊BLK供應一電壓。
在資料讀取期間，行控制電路140感測自記憶體單元陣列110讀取之資料，並執行一必要算數運算。接著，行控制電路140將資料輸出至控制器200。在資料寫入期間，行控制電路140將自控制器200接收到之寫入資料傳送至記憶體單元陣列110。
暫存器群組150具有一位址暫存器、一命令暫存器及其他。位址暫存器儲存自控制器200接收到之一位址。命令暫存器儲存自控制器200接收到之一命令。
定序器160基於儲存於暫存器群組150中之各種類型之資訊控制整個NAND快閃記憶體100之操作。
如圖1或圖2中繪示，圖3之NAND快閃記憶體100經組態有複數個堆疊之快閃記憶體晶片。藉由增加堆疊之層之數目，可增加NAND快閃記憶體100之記憶體容量。
圖4係繪示具有三維結構之NAND快閃記憶體單元陣列110之一實例之一電路圖。圖4表示具有三維結構之NAND快閃記憶體單元陣列110中之複數個區塊當中之一個區塊BLK之一電路組態。NAND快閃記憶體單元陣列110之其他區塊具有與如圖4中繪示之相同之電路組態。
如圖4中繪示，區塊BLK具有例如四個指部FNG (FNG0至FNG3)。此外，各指部FNG包含複數個NAND串NS。各NAND串NS具有級聯連接之例如8個記憶體單元電晶體MT (MT0至MT7)、及選擇電晶體ST1及ST2。在本文中之描述中，各指部FNG可指稱一串單元SU。
此外，NAND串NS中之記憶體單元電晶體MT之數目不限於8。記憶體單元電晶體MT經配置使得其電流路徑串聯連接於選擇電晶體ST1與ST2之間。記憶體單元電晶體MT7之電流路徑在串聯連接之一端處連接至選擇電晶體ST1之電流路徑之一端，且記憶體單元電晶體MT0之電流路徑在串聯連接之另一端處連接至選擇電晶體ST2之電流路徑之一端。
各自指部FNG0至FNG3中之選擇電晶體ST1之閘極分別共同連接至選擇閘極線SGD0至SGD3。同時，選擇電晶體ST2之閘極跨複數個指部FNG共同連接至同一選擇閘極線SGS。此外，同一區塊BLK中之記憶體單元電晶體MT0至MT7之控制閘極分別共同耦合到字線WL0至WL7。即，雖然字線WL0至WL7及選擇閘極線SGS跨同一區塊BLK中之複數個指部FNG0至FNG3共同連接，然即使在同一區塊BLK中，選擇閘極線SGD亦分別獨立地用於指部FNG0至FNG3。
字線WL0至WL7分別連接至組成NAND串NS之記憶體單元電晶體MT0至MT7之控制閘極電極，且同一指部FNG內之各自NAND串NS中之第i記憶體單元電晶體MTi (i=0至7)係由同一字線WLi (i=0至7)共同連接。即，一區塊BLK之同一列中之記憶體單元電晶體MTi之控制閘極電極連接至同一字線WLi。
各NAND串NS連接至字線WLi，且亦連接至一位元線。各NAND串NS中之各記憶體單元可藉由識別字線WLi及選擇閘極線SGD0至SGD3之一位址及識別位元線之一地址來識別。如上文描述，同一區塊BLK中之記憶體單元(記憶體單元電晶體MT)之資料被共同擦除。同時，資料讀取及資料寫入在一實體磁區MG之單元中執行。一個實體磁區MG包含連接至一個字線WLi且屬於一個指部FNG之複數個記憶體單元。
控制器200在連接至一個指部FNG內之一個字線WLi之所有NAND串NS之單元中執行寫入(程式化)。因此，其中控制器200執行程式化之資料量之單元係4位元x位元線之數目。
在讀取操作及程式化操作期間，一個字線WLi及一個選擇閘極線SGD根據一實體位址來選擇，且一實體磁區MG被選擇。在本文中之描述中，在必要時，將資料寫入至一記憶體單元指稱程式化。
如圖3及圖4中繪示，控制器200及NAND快閃記憶體100傳輸/接收複數個信號。因此，控制器200與NAND快閃記憶體100之間之接合線之數目增加。此外，隨著組態NAND快閃記憶體100之各快閃記憶體晶片微型化，堆疊之快閃記憶體晶片之數目亦趨向於增加。因此，當在來自控制器200之一接合線中出現諸如一斷開連接、一短路或類似者之一缺陷時，識別有缺陷之位置變得明顯困難。
在根據本實施例之記憶體系統10中，對應於傳輸至複數個第一配線W1/自複數個第一配線W1接收到之各信號之電流透過第二配線W2自各快閃記憶體晶片中之第一墊P1返回至控制器200，如在根據第一及第二實施例之半導體系統1及1a中般，使得控制器200可容易且準確地識別在一個別第一配線W1中是否出現一缺陷。
雖然已描述某些實施例，然此等實施例已僅舉例而言呈現且不意欲限制本發明之範疇。實際上，本文中描述之新穎實施例可以各種其他形式體現；此外，可在不背離本發明之精神之情況下對本文中描述之實施例之形式作出各種省略、替代及改變。隨附發明申請專利範圍及其等之等效物意欲涵蓋如將落在本發明之範疇及精神內之此等形式或修改。 相關申請案之交叉參考
本申請案係基於且主張來自2021年9月6日申請之日本專利申請案第2021-144898號及2022年2月24日申請之美國專利申請案第17/679857號之優先權利，該等申請案之全部內容以引用之方式併入本文中。
1、1a:半導體系統 2:半導體晶片 2a:第一半導體晶片 2a’:第一半導體晶片 2b:第二半導體晶片 2b’:第二半導體晶片 3:控制器 4:整流電路 4a:第一整流電路 4b:第二整流電路 4c:第三整流電路 4d:第四整流電路 5:開關電路 5a:第一開關電路 5b:第二開關電路 5c:第三開關電路 5d:第四開關電路 6:反相器 10:記憶體系統 12:主機匯流排 100:NAND快閃記憶體 110:記憶體單元陣列 120:列解碼器 130:驅動器電路 140:行控制電路 150:暫存器群組 160:定序器 170:控制器I/F電路 200:控制器 210:主機介面(I/F)電路 220:內置記憶體(隨機存取記憶體(RAM)) 230:處理器(中央處理單元(CPU)) 240:緩衝器記憶體 250:NAND介面(I/F)電路 260:錯誤檢查及校正(ECC)電路 300:主機裝置 ALE:位址鎖存啟用信號 BLK:區塊 BLK0:區塊 BLK1:區塊 BLK2:區塊 BLK3:區塊 CEn:晶片啟用信號 CLE:命令鎖存啟用信號 D1:二極體 D1a:第一二極體 D1b:第二二極體 D2:二極體 D2a:第三二極體 D2b:第四二極體 FNG0:指部FNG FNG1:指部FNG FNG2:指部FNG FNG3:指部FNG MG:實體磁區 MT0:記憶體單元電晶體MT MT1:記憶體單元電晶體MT MT2:記憶體單元電晶體MT MT3:記憶體單元電晶體MT MT4:記憶體單元電晶體MT MT5:記憶體單元電晶體MT MT6:記憶體單元電晶體MT MT7:記憶體單元電晶體MT NS:NAND串 P1:墊 P1a:第一墊 P1b:第二墊 P2:墊 P2a:第三墊 P2b:第四墊 P2c:第五墊 P2d:第六墊 P3:第三墊 Q1:NMOS電晶體 Q2:PMOS電晶體 REn:讀取啟用信號 SC:開關控制信號 SGD0:選擇閘極線 SGD1:選擇閘極線 SGD2:選擇閘極線 SGD3:選擇閘極線 SGS:選擇閘極線 ST1:選擇電晶體 ST2:選擇電晶體 SW:開關 WEn:寫入啟用信號 WL0:字線 WL1:字線 WL2:字線 WL3:字線 WL4:字線 WL5:字線 WL6:字線 WL7:字線
圖1係示意性地繪示根據一第一實施例之一半導體系統之主要組件之一平面圖。
圖2係示意性地繪示根據一第二實施例之一半導體系統之主要組件之一平面圖。
圖3係繪示一記憶體系統之一輪廓之一方塊圖，該記憶體系統係根據第一及第二實施例之半導體系統之一特定實例。
圖4係繪示具有一三維結構之一NAND快閃記憶體單元陣列之一實例之一電路圖。
1:半導體系統
2:半導體晶片
2a:第一半導體晶片
2b:第二半導體晶片
3:控制器
4:整流電路
4a:第一整流電路
4b:第二整流電路
4c:第三整流電路
4d:第四整流電路
D1:第一二極體
D1a:第一二極體
D1b:第二二極體
D2:第二二極體
D2a:第三二極體
D2b:第四二極體
P1:墊
P1a:第一墊
P1b:第二墊
P2:墊
P2a:第三墊
P2b:第四墊
P2c:第五墊
P2d:第六墊
SW:開關
W1:接合線/第一配線
W1a:第一配線
W1b:第四配線
W2:接合線/第二配線
W2a:第二配線
W2b:第三配線

Claims (20)

  1. 一種半導體系統，其包括：一第一半導體晶片；一第二半導體晶片，其堆疊於該第一半導體晶片上方；一控制器，其經組態以控制該等第一及第二半導體晶片；一第一配線，其連接於該控制器與該等第一及第二半導體晶片之各者之間，且一第一信號待藉由其自該控制器傳輸至該等第一及第二半導體晶片之各者；一第二配線，其連接於該控制器與該第一半導體晶片之間，且流動通過該第一配線至該第一半導體晶片之該第一信號之一電流待藉由其返回至該控制器；及一第三配線，其連接於該控制器與該第二半導體晶片之間，且流動通過該第一配線至該第二半導體晶片之該第一信號之一電流待藉由其返回至該控制器。
  2. 如請求項1之半導體系統，其中該控制器經組態以基於流動通過該第二或第三配線之該電流檢測該第一配線之一缺陷。
  3. 如請求項1之半導體系統，其中該控制器經組態以將供應至該第一配線之一電壓位準設定為在操作該等第一及第二半導體晶片之一缺陷檢測模式中高於在操作該等第一及第二半導體晶片之一正常模式中。
  4. 如請求項3之半導體系統，其中在該正常模式期間，其中該電流自該第一配線流動至該第二或第三配線之一信號路徑被切斷。
  5. 如請求項4之半導體系統，其中該第一半導體晶片包含連接至該第二配線之一端之一第一墊，且該第二半導體晶片包含連接至該第三配線之一端之一第二墊，且在該缺陷檢測模式期間，該控制器檢測透過該第一墊自該第一配線流動至該第二配線之該電流，且檢測透過該第二墊自該第一配線流動至該第三配線之該電流。
  6. 如請求項5之半導體系統，其中該第一半導體晶片包含與該第一配線電導通之一第三墊，且該第二半導體晶片包含與該第一配線電導通之一第四墊，且在該缺陷檢測模式期間，該控制器檢測透過該第三墊及該第一墊自該第一配線流動至該第二配線之該電流，且檢測透過該第四墊及該第二墊自該第一配線流動至該第三配線之該電流。
  7. 如請求項6之半導體系統，其中該第一配線之一端連接至該控制器，且該第一配線之一相對端連接至該第三或第四墊，且該等第三及第四墊彼此電導通，且自該第一配線流動至該第一半導體晶片之該第三墊之該電流透過該第一墊流動至該第二配線，且自該第一配線流動至該第二半導體晶片之該 第四墊之該電流透過該第二墊流動至該第三配線。
  8. 如請求項7之半導體系統，其進一步包括：一第四配線，其連接於該控制器與該等第一及第二半導體晶片之各者之間，且不同於該第一信號之一第二信號待藉由其自該控制器傳輸至該等第一及第二半導體晶片之各者，其中該第一半導體晶片包含連接至該第四配線之一第五墊，且該第二半導體晶片包含連接至該第四配線之一第六墊，且該控制器檢測透過該第五墊及該第一墊自該第四配線流動至該第二配線及透過該第六墊及該第二墊自該第四配線流動至該第三配線之該第二信號之一電流。
  9. 如請求項8之半導體系統，其中該第一半導體晶片包含該第一墊與該第三墊之間之一第一整流電路，該第一整流電路在該第一配線之該電壓位準小於一預定臨限值時切斷自該第三墊至該第一墊之一電流流動，且在該第一配線之該電壓位準等於或高於該臨限值時容許自該第三墊至該第一墊之該電流流動，且該第二半導體晶片包含該第二墊與該第四墊之間之一第二整流電路，該第二整流電路在該第一配線之該電壓位準小於該臨限值時切斷自該第四墊至該第二墊之一電流流動，且在該第一配線之該電壓位準等於或高於該臨限值時容許自該第四墊至該第二墊之該電流流動。
  10. 如請求項9之半導體系統，其中 該第一半導體晶片包含該第一墊與該第五墊之間之一第三整流電路，該第三整流電路在該第四配線之電壓位準小於該臨限值時切斷自該第五墊至該第一墊之一電流流動，且在該第四配線之該電壓位準等於或高於該臨限值時容許自該第五墊至該第一墊之該電流流動，且該第二半導體晶片包含該第二墊與該第六墊之間之一第四整流電路，該第四整流電路在該第四配線之該電壓位準小於該臨限值時切斷自該第六墊至該第二墊之一電流流動，且在該第四配線之該電壓位準等於或高於該臨限值時容許自該第六墊至該第二墊之該電流流動。
  11. 如請求項9之半導體系統，其中該第一整流電路包含串聯連接之複數個第一二極體，其等具有在相同方向上對準之整流方向，一第一二極體之一陽極在該複數個第一二極體之一端處連接至該第三墊，且一第一二極體之一陰極在該複數個第一二極體之一相對端處連接至該第一墊。
  12. 如請求項11之半導體系統，其中該第一整流電路包含複數個第三二極體，其等具有在與串聯連接之該複數個第一二極體之方向相反之一方向上對準之整流方向，一第三二極體之一陰極在該複數個第三二極體之一端處連接至該第三墊，且一第三二極體之一陽極在該複數個第三二極體之一相對端處連接至 該第一墊。
  13. 如請求項9之半導體系統，其中該第二整流電路包含串聯連接之複數個第二二極體，其等具有在相同方向上對準之整流方向，一第二二極體之一陽極在該複數個第二二極體之一端處連接至該第四墊，且一第二二極體之一陰極在該複數個第二二極體之一相對端處連接至該第二墊。
  14. 如請求項13之半導體系統，其中該第二整流電路包含複數個第四二極體，其等具有在與串聯連接之該複數個第二二極體之方向相反之一方向上對準之整流方向，一第四二極體之一陰極在該複數個第四二極體之一端處連接至該第四墊，且一第四二極體之一陽極在該複數個第四二極體之一相對端處連接至該第二墊。
  15. 如請求項9之半導體系統，其中該第一整流電路在該第二配線之電壓位準小於該臨限值時切斷自該第一墊至該第三墊之一電流流動，且在該第二配線之該電壓位準等於或高於該臨限值時容許自該第一墊至該第三墊之該電流流動。
  16. 如請求項9之半導體系統，其中該第二整流電路在該第三配線之電壓位準小於該臨限值時切斷自該第二墊至該第四墊之一電流流動，且在該第三配線之該電壓位準等於或高於該臨限值時容許自該第二墊至該第四墊之該電流流動。
  17. 如請求項8之半導體系統，其中該第一半導體晶片包含：一第一開關電路，其經組態以就該第一墊及該第三墊是否彼此電導通進行切換；及一第二開關電路，其經組態以就該第一墊及該第五墊是否彼此電導通進行切換，且該第二半導體晶片包含：一第三開關電路，其經組態以就該第二墊及該第四墊是否彼此電導通進行切換；及一第四開關電路，其經組態以就該第二墊及該第六墊是否彼此電導通進行切換，且該控制器使該第一開關電路進入一導通狀態以使該第三墊及該第一墊電導通且檢測在該第一墊中流動之該電流，使該第二開關電路進入該導通狀態以使該第五墊及該第一墊電導通且檢測在該第一墊中流動之該電流，使該第三開關電路進入該導通狀態以使該第四墊及該第二墊電導通且檢測在該第二墊中流動之該電流，及使該第四開關電路進入該導通狀態以使該第六墊及該第二墊電導通且檢測在該第二墊中流動之該電流。
  18. 如請求項1之半導體系統，其中該等第一及第二半導體晶片係快閃記憶體晶片。
  19. 一種配線缺陷檢測方法，其包括： 透過一第一配線將一第一信號自一控制器傳輸至一第一半導體晶片及堆疊於該第一半導體晶片上方之一第二半導體晶片，該控制器經組態以控制該等第一及第二半導體晶片；及藉由透過連接於該控制器與該第一半導體晶片之間之一第二配線及連接於該控制器與該第二半導體晶片之間之一第三配線使在該第一配線中流動之該第一信號之一電流返回至該控制器來檢測該第一配線之一缺陷。
  20. 如請求項19之配線缺陷檢測方法，其進一步包括：透過一第四配線將不同於該第一信號之一第二信號自該控制器傳輸至該第一半導體晶片及該第二半導體晶片；及藉由透過該第二配線及該第三配線使在該第四配線中流動之該第二信號之一電流返回至該控制器來檢測該第四配線之一缺陷。
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