用于3D 集成电路堆栈的能量有效配电制造技术

本发明专利技术涉及一种用于3D集成电路堆栈的能量有效配电。可以将多个管芯堆叠成通常称为三维模块(或“堆栈”)的东西，在管芯之间具有互连，获得电路部件容量增大的IC模块。这样的结构能够导致更低的寄生效应，使得电荷能够在各不同层之间迁移到不同部件。在一些实施例中，本发明专利技术提供了有效率的配电方式，用于向不同层中的部件供电。例如，可以提高用于全局电源轨的电压电平以减低给定功率目标的所需电流密度。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】用于3D集成电路堆栈的能量有效配电本申请为分案申请，其原申请是于2013年9月30日(国际申请日为2012年3月30日)向中国专利局提交的专利申请，申请号为201280016822.8，专利技术名称为“用于3D集成电路堆栈的能量有效配电”。
本专利技术总体上涉及集成电路，尤其涉及所谓的三维集成电路。【附图说明】在附图中通过举例而非限制，例示了本专利技术的实施例，附图中类似附图标记表示类似元件。图1示出了异质三维集成电路模块。图2是根据一些实施例具有配电拓扑的3D IC模块的图示。图3示出了根据一些实施例用于图2的3D配电拓扑的电源状态管理方案。图4示出了根据一些实施例的3D集成电路模块的侧面示意部分。【具体实施方式】可以将多个管芯堆叠成通常称为三维模块(或“堆栈”)的东西，在管芯之间具有互连，获得电路部件容量增大的IC模块。这样的结构能够导致更低的寄生效应，使得电荷能够在各不同层之间迀移到不同部件。在一些实施例中，本专利技术提供了有效率的配电方式，用于向不同层中的部件供电。例如，可以提高用于全局电源轨的电压电平以减低给定功率目标的所需电流密度。在一些实施例中，可以采用具有高压全局轨和局部下变频器的分级设计结构。此外，可以将管芯到管芯电容器(设置于相邻管芯层之间的电容器)和管芯上电容器的混合用于局部功率调节，例如，对于给定电路减少必要的管芯上电容，或实现更好的产出和/或提供有效的局部粒状(granular)调节。此外，在希望的时候，可以在工作中在非易失性存储器(例如PCM和/或闪存)和易失性(e-DRAM、DRAM)之间交换数据，例如，以能够停止易失性存储器的阻塞。这可能导致节省功率的机会增大。为了利用这样的潜在更快的存储转移能力，可以考虑到模块中采用的特定层，定义功率状态，例如，其可能导致更加粒状的控制。在一些实施例中，可以使用集中式功率状态管理策略来利用这样的状态。例如，可以使用更精细的颗粒功率节流来通过自适应地址重映射来提高效率。此外，用于单个模块的不同处理的可用性提供了在更宽范围的互补目的地中定位模拟和逻辑部件的机会。例如，模拟敏感部件可以定位于例如PCM/闪存处理管芯层上，其可以具有期望的模拟特征，例如部件特征尺度、电源电平等。类似地，逻辑晶体管能够利用更适于逻辑电路(例如在内核层上)的处理。图1是用于诸如移动电话、便携式个人计算机或服务器计算机的计算装置的示范性不均匀3D模块的概念视图。非均质模块是一种由两个或更多不同处理(例如，可用的晶体管特征尺度、电源电平等)形成的包括两个或更多集成电路管芯的模块。例如，用于处理器管芯的处理通常不同于用于闪速存储器管芯的处理。图示的3D模块具有内核层102、闪存层104、SRAM层106、PCM(相变存储器)层108和eDRAM层110。它还有众多的过硅通孔(“TSV”)，用于在不同电子层之间互连信号和电源基准。根据功能和负载要求，TSV可以是不同长度和宽度。也可能有其他类型的互连结构，用于实现不同层之间的互连。此外，尽管图示和论述了 TSV，但可以使用其他适当的互连结构来实现全局电源轨，在以后几节里将论述该问题。(注意，可以与ASIC或处理器在相同管芯上集成用于嵌入式DRAM的eDRAM支架、基于电容器的动态随机存取存储器。它通常比常规DRAM、用于相变存储器的PCM支架泄露相当大，但更快。它是一种非易失性计算机存储器。基于PCM的存储器采用了硫属玻璃的独特行为。例如，可以将PCM单元用于制作由垂直集成的PCM单元形成的PCMS、相变存储器开关、阵列。基于特定的设计考虑，这里论述的3D模块可以采用PCM层和/或PCMS层。)图2示出了根据一些实施例具有分级配电网络的3D模块200。3D模块200 —般包括如图所示耦合在一起的不同的管芯层(202到214)、全局电压调节器(GVR) 222、用于实现全局高电源轨224和全局低电源(例如地或Vss)轨226的一个或多个TSV、电源管理单元(PMU) 228和局部电压调节器(LVR) 232。可以利用任何适当的电压调节器设计实现GVR和LVR。例如，根据“外加电压”被向下或向上转换，可以利用开关型DC-DC变换器，例如降压、降压-升压或升压-降压变换器同步或以其他方式实现可能比LVR供应多得多功率的GVR 222。也可以采用其他适当的设计。在一些实施例中，可以在主控制器中设置GVR和PMU，其可以是核心管芯202的一部分。或者，它可以在独立的管芯层中。类似地，可以利用内核层中的逻辑将PMU 228实现为离散逻辑或主机的一部分或平台控制器，或者，可以利用软件实现它。应当认识到，GVR和PMU可以位于模块的任何部分之内。例如，闪存或存储器处理可能很适合GVR，而PMU可以设置于GVR或一个或多个独立层上，例如存储器或CPU层上。下面参考图3论述PMU 228一部分的范例。此外，在一些实施例中，GVR可以设置于模块外部，从外部接触向一个或多个全局供应轨供应全局电源。可以利用开关型调节器或利用其他可能更合适的设计，例如开关电容器设计，实现供应较少功率的LVR。(可能优选开关电容器设计，因为在需要较大电容的同时，不需要电感器，这利用了如下事实:在考虑到它们的从管芯到管芯界面的管芯到管芯电容器(F)能力时，3D模块可以具有很多可用电容。)应当认识到，还被用作下变频器，根据设计需求，一个或多个LVR还可以执行升压变换。例如，一些存储器类型可能要求比全局电压轨更高的电压。SCVR电容器可以利用技术比电容，例如所谓的mim电容器、沟槽电容器等。或者，管芯上电容器可以被利用管芯层之间的重新配电层(RDL)形成的电容替换或增强。另一方面，如果采用利用电感器的VR设计，可以使用电感器。例如，可以采用螺旋或其他电感器(例如，利用螺旋形式的TSV形成)。在一些实施例中，采用电感器的VR例如可以使用管芯到管芯电容作为隔直流电容器。RDL(重新配电层)电容也可以被用作解耦帽，例如，如果需要，可以在堆栈中需要的地方插入额外的解耦管芯。GVR 222接收外部电源电压(“外电源”)并将其转换成期望的电压电平，以施加于全局高侧轨224。从这里利用LVR 232将功率分配给整个模块中的多个层。尽管针对每个层示出了单个LVR，但应当认识到，可以使用多个VR，例如用于针对一个或多个不同的供应域对公共供应栅做贡献和/或提供供应电平(不同或相同)。在图示的实施例中，开关电容器VR(SCVR)被用于利用外部可用电容机会。每个LVR包括管芯上电容器(CD)以及界面电容器(QF)，其可以形成于相邻管芯层之间夹置的配电层中。这种分级配电方案的可能益处是，它解决了非均质堆栈的问题之一，堆栈之内各管芯层的不同要求本来需要在整个堆栈中设置众多不同供应轨。从模块外部向模块之内每个电压域提供独立的专用供应轨可能需要大量的TSV(或其他功率轨结构)，这实际上可能不是由于大量TSV导致的，对于非均质多管芯堆栈中的其他功能已经需要TSV很多次。在一些实施例中，可以提升高压侧轨(224)的电压，从而向不同的管芯层提供充分大功率，而不会违反用于实现全局高低参考轨的TSV的电流密度限制。3D堆栈可能发生的问题是在最坏情况期间可能遇到的高电流密度问题，例如在同时或接近同时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，包括：堆叠在一起以形成3D集成电路堆栈的多个管芯；以及所述管芯之内的一个或多个全局高供应轨，以向每个管芯供应全局高供应，其中每个管芯都具有局部电压调节器，以接收所述全局高供应作为输入并从其提供降低的电压。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·萨拉斯沃特，A·舍费尔，S·祖普里扬托，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：美国;US