【摘要】：隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展,遇到的瓶頸越來越難以克服,短溝道效應(yīng)、載流子速度飽和等效應(yīng)所帶來的問題越來越明顯。三維集成電路(Three-Dimension Integrated Circuit,3D IC)技術(shù)可以將多個(gè)不同功能的芯片堆疊在一起,并利用硅通孔(Through-Silicon Via,TSV)將多個(gè)器件連接起來,有效減小了互連線長度,實(shí)現(xiàn)芯片異質(zhì)集成。TSV是半導(dǎo)體三維集成技術(shù)的關(guān)鍵因素,其工作頻率呈現(xiàn)多樣化趨勢,因此對TSV的寬頻帶研究具有重要意義。本文針對空氣隙同軸TSV進(jìn)行了深入研究,在考慮了金屬-絕緣體-半導(dǎo)體(Metal-Insulator-Semiconductor,MIS)結(jié)構(gòu)、襯底渦流損耗、電流趨膚效應(yīng)的影響后,求得了此結(jié)構(gòu)的寄生參數(shù),并建立了等效電路。將此模型和HFSS軟件仿真曲線進(jìn)行對比,結(jié)果顯示回波損耗S_(11)和插入損耗S_(21)誤差在5%以內(nèi),驗(yàn)證了模型在寬頻帶的正確性。模型可以模擬100MHz到100GHz的傳輸情況,適用范圍較廣。研究了非耗盡層近似下的精確TSV電容,對比發(fā)現(xiàn)實(shí)際TSV電容與耗盡層近似下的值相差達(dá)10%,將此結(jié)果應(yīng)用到模型中可以進(jìn)一步提升模型的準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上,采用控制變量法對模型的結(jié)構(gòu)參數(shù)和摻雜濃度進(jìn)行了研究,對比分析不同模型下的傳輸參數(shù),結(jié)果表明TSV高度和空氣隙數(shù)量對傳輸特性的影響最大。優(yōu)化了原有TSV結(jié)構(gòu),在100GHz時(shí),回波損耗S_(11)優(yōu)化前后分別為-15dB和-30dB,插入損耗S_(21)優(yōu)化前后分別為-0.26dB和-0.03dB,優(yōu)化后的TSV具有更小的反射系數(shù)和更高的傳輸系數(shù),傳輸特性提升了一倍以上。針對工藝方面的特點(diǎn),對錐形空氣隙同軸TSV結(jié)構(gòu)和傳輸特性進(jìn)行了研究。仿真顯示同等尺寸下,垂直結(jié)構(gòu)TSV傳輸特性比錐形結(jié)構(gòu)好,二者在低頻段差值較大,在中高頻差值變小。研究了TSV高度、側(cè)壁傾角、溫度、襯底介質(zhì)材料對傳輸特性的影響,結(jié)果表明襯底介質(zhì)種類對傳輸特性的影響最大。在100GHz時(shí),回波損耗S_(11)優(yōu)化前后分別為-14dB和-22dB,插入損耗S_(21)優(yōu)化前后分別為-0.31dB和-0.1dB,傳輸特性變好。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN43
【圖文】：

西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文方式融合到一個(gè)芯片中，同時(shí)減少功耗，系片的結(jié)構(gòu)具有高效、低功耗等特點(diǎn)，會極大行深入研究。TSV 傳輸性能要求的多樣化和率產(chǎn)生變化，結(jié)構(gòu)不同將導(dǎo)致其特性有很特性分析出現(xiàn)偏差。以往所建立的模型大不能模擬 TSV 在不同頻率下的傳輸特性，本文將對一種新型的 TSV 結(jié)構(gòu)——空氣隙頻率的要求。

異質(zhì)集成芯片

（4）具有良好的穩(wěn)定性，能夠適應(yīng)化學(xué)機(jī)械拋光(ChemicalMechanicalPolishing，CMP)過程，以及抗侵蝕特性。圖2.1 銅擴(kuò)散速率2.1.3 導(dǎo)電介質(zhì)填充TSV 的信號傳輸依靠深孔內(nèi)的介質(zhì)實(shí)現(xiàn)，在高深寬比的 TSV 結(jié)構(gòu)中有效填充導(dǎo)電介質(zhì)是 TSV 工藝中最重要的技術(shù)之一。導(dǎo)電介質(zhì)可選的有多晶硅、鎢和銅[39]，由于主流 CMOS 工藝使用的金屬介質(zhì)一般都是銅[40]，綜合考慮技術(shù)難度、材料性質(zhì)、制造設(shè)備等因素，TSV 主流技術(shù)方案中使用銅作為 TSV 導(dǎo)電介質(zhì)，銅的熱膨脹系數(shù)、電阻率、工藝成熟度、應(yīng)力等條件都能滿足深孔 TSV 的要求，填充銅的方式多為電化學(xué)淀積(Electrochemical Deposition，ECD)。研究銅工藝在三維集成電路制造中有重要的影響：銅電鍍的時(shí)間較長

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1 史陽楠;空氣隙同軸TSV（CTSV）寬頻帶建模研究[D];西安電子科技大學(xué);2019年

本文編號：2761701