三維高密度集成電路中錐形硅通孔電特性研究.pdf

1、硅通孔(through silicon via，TSV)技術(shù)是三維高密度集成電路實(shí)現(xiàn)其連線短、尺寸小、功耗低、可異構(gòu)等性能優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵所在。然而該技術(shù)仍面臨許多挑戰(zhàn)性的問(wèn)題，如何迅速準(zhǔn)確建立其等效電路模型、提取電特性參數(shù)便是其中之一。常用的分析方法是將TSV等效成圓柱，應(yīng)用傳輸線理論分析。然而，受限于工藝技術(shù)，制造的硅通孔傾角最高可達(dá)20°，而傳統(tǒng)傳輸線方法將不再適用，對(duì)錐形TSV的建模分析就顯得十分必要。本文的主要工作歸納如下：

2、　　首先，推導(dǎo)并提取錐形硅通孔對(duì)結(jié)構(gòu)及錐形硅通孔陣列的頻變等效電路模型。具體的，通過(guò)將錐形硅通孔等效為圓柱硅通孔層疊，建立電流連續(xù)性方程并簡(jiǎn)化積分表達(dá)式，考慮硅基底對(duì)硅通孔陣列的影響及趨膚效應(yīng)、渦流效應(yīng)、MOS效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，展開(kāi)貝塞爾函數(shù)導(dǎo)出不同傾角下雙根錐形硅通孔的電阻-電感-電導(dǎo)-電容(RLGC)模型近似解析表達(dá)式，且給出工作電壓、環(huán)境溫度對(duì)參數(shù)提取的影響。利用這些電路參數(shù)，得到其特征阻抗及S參數(shù)，并用商業(yè)軟件Ansys Q3D及

3、HFSS進(jìn)行了數(shù)值驗(yàn)證。最后，基于硅通孔對(duì)RLGC模型，給出了可快速求解錐形硅通孔陣列的改進(jìn)的PEEC法，與仿真的對(duì)比驗(yàn)證了該方法的準(zhǔn)確性。
　　其次，采用反拉普拉斯變換法計(jì)算了反相器-硅通孔-互連線模型在脈沖信號(hào)及梯形信號(hào)下的輸出響應(yīng)，與HSPICE仿真結(jié)果吻合。計(jì)算表明忽略硅通孔陣列的RLGC模型將可能造成6.2％的時(shí)延誤差和12.1%的上升時(shí)間誤差。
　　本文提出了錐形硅通孔對(duì)RLGC模型及其電特性分析方法，具有精確且