用于向三維芯片供電的方法和結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開(kāi)涉及三維(3D)集成電路。特別地，本公開(kāi)涉及使用多個(gè)供給電壓(supplyvoltage)在3D集成電路中供電。
【背景技術(shù)】
[0002]三維(3D)芯片向硬件開(kāi)發(fā)者提供以緊湊設(shè)計(jì)布置存儲(chǔ)器的能力。由于該緊湊性，3D芯片提供了優(yōu)于傳統(tǒng)2D芯片的若干個(gè)優(yōu)點(diǎn)，例如減小的電壓變化、不均勻管芯(die)配置、以及減少的引腳數(shù)。3D芯片也造成一些障礙，例如電力供給噪聲。可以通過(guò)管芯之間的諸如導(dǎo)電焊料凸起(solder bump)的微連接以及通過(guò)管芯內(nèi)的穿娃過(guò)孔(through-silicon-via, TSV)來(lái)向 3D 芯片部件供電。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本公開(kāi)包括一種三維(3D)集成器件，其包括具有第一供給線的第一管芯和具有第二供給線的第二管芯、電力管座(power header)和電壓選擇邏輯部(logic)。所述電力管座被連接到所述第一管芯和所述第二管芯，并且被配置為在第一電壓線上產(chǎn)生第一電壓并且在第二電壓線上產(chǎn)生第二電壓。所述電壓選擇邏輯部被連接到所述第一供給線和所述第二供給線，并且被配置為:為所述第一供給線和所述第二供給線中的每一者在所述第一電壓線與所述第二電壓線之間進(jìn)行選擇。
[0004]本公開(kāi)還包括一種用于向3D集成器件供給電壓的方法，其包括在第一電壓線上產(chǎn)生第一電壓并且在第二電壓線上產(chǎn)生第二電壓。接收用于第一管芯的第一電力考慮事項(xiàng)和用于第二管芯的第二電力考慮事項(xiàng)?；谒龅谝浑娏紤]事項(xiàng)確定所述第一管芯的第一所需電壓，并且基于所述第二電力考慮事項(xiàng)確定所述第二管芯的第二所需電壓?；谒龅谝凰桦妷海瑢⒌谝豢刂菩盘?hào)提供給這樣的電壓選擇邏輯部:該電壓選擇邏輯部被配置為基于所述第一控制信號(hào)，為所述第一管芯上的第一供給線在所述第一電壓線與所述第二電壓線之間進(jìn)行選擇?；谒龅诙桦妷海瑢⒌诙刂菩盘?hào)提供給這樣的電壓選擇邏輯部:該電壓選擇邏輯部被配置為基于所述第二控制信號(hào)，為所述第二管芯上的第二供給線在所述第一電壓線與所述第二電壓線之間進(jìn)行選擇。
[0005]本公開(kāi)還包括一種用于3D集成電路的供電系統(tǒng)，其包括多個(gè)管芯、電力管座、電壓選擇邏輯部和電壓確定邏輯部。所述多個(gè)管芯為層疊關(guān)系，并且具有位于所述管芯中的多個(gè)電力互連。所述電力管座被連接到所述多個(gè)管芯，并且被配置為在所述多個(gè)電力互連的相應(yīng)電力互連上產(chǎn)生多個(gè)電壓。每個(gè)相應(yīng)管芯上的所述電壓選擇邏輯部被連接到所述多個(gè)電力互連，并且被配置為根據(jù)來(lái)自電壓確定邏輯部的輸入而選擇與電壓相對(duì)應(yīng)的電力互連。所述電壓確定邏輯部被配置為接收電力考慮事項(xiàng)輸入，并且控制所述相應(yīng)管芯上的所述電壓選擇邏輯部。
【附圖說(shuō)明】
[0006]本申請(qǐng)中包括的附圖被并入本說(shuō)明書(shū)中，并且形成本說(shuō)明書(shū)的一部分。本發(fā)明的示例性實(shí)施例以及描述用于解釋本發(fā)明的原理。附圖僅僅是本發(fā)明的典型實(shí)施例的示例，而不限制本發(fā)明。
[0007]圖1A是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例利用在邏輯芯片上具有電壓線選擇的用于向管芯供電的多個(gè)電壓線的3D層疊芯片的圖。
[0008]圖1B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例利用在每個(gè)管芯上具有電壓線選擇的用于向管芯供電的多個(gè)電壓線的3D層疊芯片的圖。
[0009]圖2根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例在具有多個(gè)電壓線的3D芯片中供電的流程圖。
[0010]圖3是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例在邏輯芯片上具有電壓線選擇的3D芯片的圖。
[0011]圖4是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例在每個(gè)管芯上具有電壓線選擇的3D芯片的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]本公開(kāi)的各方面涉及向3D芯片的供電；更具體地，各方面涉及向不同芯片的可選擇供電。雖然本公開(kāi)不一定受限于這樣的應(yīng)用，但可以使用該上下文通過(guò)對(duì)各種實(shí)例的討論來(lái)理解本公開(kāi)的各種方面。
[0013]本公開(kāi)的各方面涉及3D芯片的各種方面的識(shí)別。例如，與2D技術(shù)相比，3D芯片可以具有提高每單位面積電流的高封裝密度。這可導(dǎo)致對(duì)于體積的提高的功率消耗，這會(huì)產(chǎn)生更多的熱且導(dǎo)致熱問(wèn)題。另外，向3D芯片的封裝引腳供給的電流的增加會(huì)導(dǎo)致供電問(wèn)題。
[0014]3D芯片通常包含從不同工藝技術(shù)制造的管芯。這些芯片在向3D芯片中的每個(gè)管芯供給的所需電壓或最優(yōu)電壓會(huì)可能不同。例如，處理器和由處理器所使用的存儲(chǔ)器可以在3D芯片中被層疊，并且處理器可能需要比存儲(chǔ)器更高的電壓來(lái)工作。如果使用高供給電壓，則3D芯片可能使用較多的電力并產(chǎn)生較多的熱。另外，一管芯可能具有不同的性能特性并且可能基于在測(cè)試或操作中使用的各種制造變化而采用與其他管芯不同的電壓。
[0015]根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例，通過(guò)多個(gè)電壓線/軌線(rail)向3D芯片中的管芯以多個(gè)供給電壓供電。電力管座將芯片電壓轉(zhuǎn)換成跨多個(gè)電壓線的多個(gè)供給電壓。通過(guò)選擇邏輯部，例如開(kāi)關(guān)或多路轉(zhuǎn)換器(multiplexor)邏輯部，選擇對(duì)應(yīng)的電壓線，從而接入所需的電壓?？梢酝ㄟ^(guò)諸如管芯制造變化、管芯操作和性能考慮事項(xiàng)的因素來(lái)確定所需的電壓。管芯中的電壓可以被感測(cè)并通過(guò)向調(diào)節(jié)控制電路的反饋而被調(diào)節(jié)。
[0016]通過(guò)向3D芯片中的管芯提供多個(gè)供給電壓，該3D芯片可以具有適應(yīng)具有不同電壓要求的不同管芯類(lèi)型的靈活性。可以向這些管芯提供不同電壓，以便每個(gè)管芯可以根據(jù)其操作、性能或制造特性而接收適當(dāng)?shù)碾妷?。此外，設(shè)計(jì)可以適應(yīng)現(xiàn)有技術(shù)。電壓調(diào)節(jié)電路可以駐留在邏輯芯片上的管芯之外。電壓選擇邏輯部可以位于每個(gè)管芯上以適應(yīng)現(xiàn)有的TSV制造，或者位于邏輯芯片上以適應(yīng)現(xiàn)有的管芯?，F(xiàn)有的供電通道或互連，例如通硅過(guò)孔(TSV)和微連接，可以被用作電力管座與管芯之間的電壓線/軌線。
[0017]此外，通過(guò)在多個(gè)電壓線上的供給電壓之間進(jìn)行切換，用于一管芯的電壓可以以更快的速率被動(dòng)態(tài)調(diào)整。每個(gè)電壓線可以傳送靜態(tài)保持且動(dòng)態(tài)調(diào)整的電壓，該電壓可以通過(guò)電力選通(power gating)而被快速選擇。當(dāng)某管芯選擇某供給電壓時(shí)，對(duì)應(yīng)的電壓線可以已經(jīng)被充電至該供給電壓，這可以縮短電壓暫態(tài)并且改善切換時(shí)間。更快的切換時(shí)間可以使得能夠更大地進(jìn)行電壓調(diào)整以減小功率并提高性能，這是因?yàn)殡妷嚎梢栽谟糜谟性垂苄镜母唠妷号c用于無(wú)源管芯的低電壓之間快速交替。可以對(duì)電壓線進(jìn)行切換而不影響管芯選擇。
[0018]圖1A是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例利用在邏輯芯片上具有電壓線選擇的用于向?qū)盈B的管芯供電的多個(gè)電壓線的3D層疊芯片的圖。圖1B是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例利用在每個(gè)管芯上具有電壓線選擇的用于向?qū)盈B的管芯供電的多個(gè)電壓線的3D層疊芯片的圖。邏輯芯片101可以支撐各種不同電路，這些電路包括但不必限于提供多個(gè)不同供電電壓的電路。與各種實(shí)施例相一致，3D芯片可以包括兩個(gè)或更多個(gè)管芯106，這些管芯可以被層疊在邏輯芯片101上。管芯106可以為各種各樣的管芯，包括存儲(chǔ)器管芯、處理器管芯、邏輯管芯、I/O芯片，ASICS、以及其組合。電力管座邏輯部103可以被配置為與通硅過(guò)孔(TSV) 104交界，所述通硅過(guò)孔(TSV) 104用作電力軌線且作用于管芯106。電力管座邏輯部103可以從芯片供給電壓產(chǎn)生多個(gè)(標(biāo)準(zhǔn))電壓。
[0019]電壓選擇邏輯部105A和105B可以被用于選擇不同供電電壓并將所述不同供電電壓路由到不同管芯。在某些實(shí)施例中，如圖1A所示，電壓選擇邏輯部105A可位于邏輯芯片101上。在其他實(shí)施例中，如圖1B所示，電壓選擇邏輯部105B可以位于一個(gè)或多個(gè)管芯106上。各實(shí)施例也允許電壓選擇邏輯部105在所述管芯106中的一個(gè)或多個(gè)與邏輯芯片101這二者之間被分割開(kāi)。
[0020]在特定實(shí)施例中，電壓確定邏輯電路102可以向控制邏輯部提供控制信號(hào)。例如，電壓確定邏輯電路102可以被配置為基于系統(tǒng)反饋(例如，對(duì)處理要求或熱的改變)針對(duì)不同管芯106動(dòng)態(tài)地調(diào)整電壓水平。在實(shí)施例中，電壓確定邏輯電路102可以位于邏輯芯片101上、遠(yuǎn)程電路或計(jì)算機(jī)或及組合上。
[0021]各種實(shí)施例允許控制邏輯部被設(shè)定到靜態(tài)值。例如，可以基于