【摘要】：隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,傳統(tǒng)集成電路面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn):芯片尺寸不斷縮小,CMOS晶體管和互連線的尺寸即將趨近物理極限;互連線的延遲、串?dāng)_和功耗等問題隨著工作頻率的升高而愈加嚴(yán)重。為了解決這些問題,基于硅通孔的三維集成技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。雖然硅通孔能夠顯著提高芯片的集成度,提升信號(hào)的傳輸速率,減小系統(tǒng)功耗,但同時(shí)也面臨著一些問題,例如信號(hào)、電源完整性問題,以及自熱引起的可靠性問題。為了提高硅通孔的性能,工業(yè)界和學(xué)術(shù)界從襯底、絕緣層和填充部分三個(gè)方面著手改進(jìn)傳統(tǒng)互連技術(shù)。因此,如何設(shè)計(jì)新型互連結(jié)構(gòu)和電源分配網(wǎng)絡(luò),保證它們的性能,是我們關(guān)注的重點(diǎn)。本論文主要研究工作和創(chuàng)新點(diǎn)可歸納為:(1)考慮到MOS效應(yīng)、趨膚效應(yīng)和溫度效應(yīng),建立了硅通孔陣列的等效電路模型。通過與商業(yè)軟件HFSS對(duì)比,證明該模型在100 GHz頻率范圍內(nèi)適用于多根地線均勻分布的的硅通孔陣列。在此基礎(chǔ)上,深入研究了物理尺寸和材料參數(shù)對(duì)硅通孔電學(xué)性能的影響。(2)采用自主開發(fā)的時(shí)域有限元算法同時(shí)求解電-熱-力多物理場(chǎng)方程組,獲得硅通孔陣列和鏈路結(jié)構(gòu)在直流電壓作用下的溫度和熱應(yīng)力分布,以及外來電磁脈沖作用下的瞬態(tài)熱-力響應(yīng),由此分析了它們的可靠性,并恰當(dāng)?shù)靥幚砹瞬牧蠀?shù)的溫變效應(yīng)。進(jìn)一步地,將該算法集成到合作單位—北京應(yīng)用物理與計(jì)算數(shù)學(xué)研究所自主研發(fā)的大規(guī)模并行框架JAUMIN中,用于研究大規(guī)模硅通孔互連陣列的多物理場(chǎng)耦合特性。(3)改進(jìn)了硅通孔陣列的等效電路模型,將其用于對(duì)比分析玻璃通孔、聚合物絕緣層硅通孔與傳統(tǒng)硅通孔在100 GHz頻率范圍內(nèi)電學(xué)特性的差異,并且考慮了聚合物絕緣層厚度變化的影響。(4)利用自研的多物理場(chǎng)耦合算法,研究了在外來直流電壓和周期性電磁脈沖作用下玻璃通孔、聚合物絕緣層硅通孔以及聚合物填充硅通孔陣列和鏈路中的電-熱-力響應(yīng),并對(duì)它們進(jìn)行了可靠性分析;深入研究了物理參數(shù)(如聚合物絕緣層厚度、填充聚合物的直徑、水平互連的寬度等)改變對(duì)這些新型互連可靠性的影響。(5)建立了碳納米管硅通孔的等效電路模型,考慮了硅通孔兩端與金屬連接的接觸電阻;詳細(xì)研究了碳納米管硅通孔的等效復(fù)電導(dǎo)率和電學(xué)特性,考慮了碳納米管的動(dòng)態(tài)電感、直徑、非理想填充率以及環(huán)境溫度的影響。進(jìn)一步地,將提出的碳納米管硅通孔陣列電路模型與片上電源分配網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合,搭建出多層堆疊的電源分配網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上,系統(tǒng)地比較分析了碳納米管物理參數(shù)、堆疊層數(shù)和硅通孔數(shù)量變化時(shí)電源分配網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的阻抗特性。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN40
【圖文】：

浙江大學(xué)博士學(xué)位論文逡逑導(dǎo)致芯片成本急劇上升。當(dāng)繼續(xù)縮小晶體管尺寸變得不再經(jīng)濟(jì)時(shí)，可以認(rèn)為摩爾定律將失效［６］。最新版（２０１５年版）國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖（ＩＴＲＳ）顯示晶體管的尺寸可在未來五年后停止縮�。郏罚�。種種現(xiàn)象表明：摩爾定律終將壽終正寢。逡逑

￣ｊ邋越邋ＣＭ0ｉ＾＞逡逑圖１－２深度摩爾與擴(kuò)充摩爾【７］逡逑為此，國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖已針對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)提出了兩種發(fā)展方式逡逑［７］－［８】，如圖１－２所示：逡逑（１）

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 韓繼國(guó);;摩爾定律失效后的芯片走向[J];集成電路應(yīng)用;2015年10期

本文編號(hào)：2737115