题目：三维集成电路传输通道TSV的建模与电磁分析

 

目前，单个电子设备功能的多重集总化已经成为了电子行业发展的主要趋势，因此对增加电子集成密度的需求显得更为迫切。半导体集成电路在平面范围内的集成已几近饱和，不能满足目前对于电子高集成度的要求，所以我们必须找到新的集成和互联技术以满足工业发展的需要。近年来，提出的一种基于垂直硅穿孔（即TSV）的三维集成技术，有可能成为解决这种互联瓶颈的有效途径。三维TSV互联技术主要优点如下：减少寄生参数，增大互联密度，提高芯片内通信速度，削减能量消耗。因此，这种新提出的TSV互联技术可作为实现高集成三维技术的主要设计理念。但是，三维互联设计中存在大量的互联设计，结构复杂，他们之间的电气耦合将带来信号完整性和电磁方面的威胁，这就为TSV的实现带来了很大的困难。

在本论文中，对TSV互联结构进行了详细的建模与电磁分析。主要工作可以分为三大部分：首先，第一部分中研究建立了精确的TSV模型，并对其几何结构和参数模型进行优化；三维技术的实现需要成千上万个TSV的互联，这就带来了潜在的耦合问题，因此，本文第二部分重点研究了小阵列TSV和大阵列分别在摆放顺序规则和不规则时带来的耦合问题；为了快速有效实现三维集成技术的TSV精确建模，将多层硅衬底结构考虑进去是必不可少的。基于此，第三部分首次提出了三种不同的多层TSV阵列模型，对这几种模型进行了电磁分析，并针对他们的电气性能和耦合问题进行了比较。

本文采用三维电磁场求解器HFSS进行结构建模与时域仿真，并在电路仿真软件ADS中对模型做时域分析。然后将电磁场求解器的频域结果与spice仿真器的时域结果进行对比验证，发现两者的仿真结果非常吻合。

电气特性的不同仿真结果表明TSV的几何结构及其参数非常重要，对性能影响很大。本文证明了耦合是我们有效利用3D集成技术的主要障碍。对不同模型的仿真结果表明，本文提出的多层TSV模型可为多层TSV的进一步研究提供很好的研究基础，并有益于TSV的工业实现。但是强烈建议在生产前要优化TSV阵列的耦合现象，否则对整个系统将带来巨大灾难。

  本文将为大型多层结构硅穿孔的进一步电磁分析提供开放的研究基础。

关键词：硅穿孔（TSV），多层结构，耦合，电磁分析。