TSV熱機(jī)械應(yīng)力及其對(duì)遷移率的影響的研究.pdf

1、隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，芯片的集成度越來越高，目前，三維集成技術(shù)被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)小型化、高密度、多功能的首先方案。相對(duì)于二維集成，三維集成有許多優(yōu)點(diǎn)：集成度高、可實(shí)現(xiàn)多種芯片的集成、提高速度、改善性能以及減小體積和重量，受到了研究人員的廣泛關(guān)注。而硅通孔（Through Silicon Via，TSV）技術(shù)是實(shí)現(xiàn)三維集成的最主要的方法，成為當(dāng)前微電子行業(yè)研究的重點(diǎn)。作為比較新的技術(shù)，TSV在很多方面有待深入研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括

2、：⑴對(duì)TSV結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的熱機(jī)械應(yīng)力進(jìn)行解析建模。選擇一種常用的TSV結(jié)構(gòu)，對(duì)其產(chǎn)生的熱機(jī)械應(yīng)力進(jìn)行分析，建立一種單個(gè)TSV應(yīng)力解析模型，并將該解析模型和有限元仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了該模型的準(zhǔn)確性。⑵對(duì)TSV半徑，氧化層和絕緣層的厚度及材料屬性對(duì)熱應(yīng)力的影響進(jìn)行分析。隨著TSV半徑的減小，熱應(yīng)力有所減小，硅襯底中的應(yīng)力隨著TSV半徑距離的增加下降的更快。氧化層可以作為一個(gè)應(yīng)力緩沖層，能比較有效的吸收由于TSV導(dǎo)電材料和襯底硅熱膨脹系數(shù)不匹

3、配引起的熱應(yīng)力，而且氧化層厚度越大吸收效果越明顯，同時(shí)，氧化層材料的楊氏模量越小效果也越好。阻擋層較薄，而且其材料一般為金屬，其屬性和銅相近或介于銅和硅之間，對(duì)應(yīng)力的影響很小。⑶多個(gè)TSV情況下的驗(yàn)證。將線性疊加原理運(yùn)用到TSV熱應(yīng)力分析中，證明了線性疊加原理對(duì)于TSV熱應(yīng)力分析的適用性，同時(shí)也說明本文中提出的熱應(yīng)力解析模型對(duì)多個(gè)TSV的分析同樣有效。⑷對(duì)TSV熱機(jī)械應(yīng)力對(duì)硅襯底中載流子遷移率的影響進(jìn)行了分析。基于TSV應(yīng)力解析模型，對(duì)

4、單個(gè)TSV情況下熱應(yīng)力對(duì)硅襯底中遷移率變化的影響進(jìn)行分析。對(duì)于100晶向的硅襯底來說，其電子遷移率變化較大，空穴遷移率變化較小。而對(duì)于110晶向的硅襯底來說，其電子遷移率變化較小，空穴遷移率變化較大。無論哪個(gè)晶向，空穴和電子在 x軸和y軸方向上變化比在兩個(gè)坐標(biāo)軸間的變化要大。⑸對(duì)多個(gè)TSV情況下遷移率變化進(jìn)行了研究?；赥SV應(yīng)力解析模型和線性疊加原理，對(duì)多個(gè)TSV情況下載流子遷移率變化進(jìn)行討論。通過比較研究發(fā)現(xiàn)，無論是兩個(gè)TSV還是四