随着人们对电子产品的多功能、高速度、低功耗等的需求的增大，作为最先进应用最广泛的穿透硅通孔（TSV，Through Silicon Vias）互连技术暴露出的热问题、信号延迟与串扰等问题日益明显。人们发现用低介电常数（k）材料替代传统TSV结构中二氧化硅（SiO₂）介电层可以有效地改善信号延迟与串扰问题，并且热问题也能得到缓解。但是，由于低k材料的吸湿性引入了新的湿气相关问题。首先，基于ABAQUS，建立了传统SiO₂基TSV结构和氢基硅氧烷（HSQ，Hydrogen Silsesquioxane）基TSV结构的二维有限元模型，分析了因热膨胀的不匹配引入的热等效应力、湿膨胀不匹配引入的湿等效应力以及湿和热膨胀都存在时的湿-热等效应力，并对这两种TSV结构进行了对比。结果表明，使用HSQ取代传统的SiO₂可以显著改善TSV结构的热不匹配应力，虽然湿气的吸收会引入湿不匹配应力，但即使是在环境湿度最大时HSQ基TSV结构整体的最大的湿―热等效应力水平还是要低于SiO₂基TSV结构的最大热等效应力水平。湿不匹配应力，主要增加了硅（Si）上的等效应力水平，而对互连导线铜（Cu）上的等效应力水平影响不大。与SiO₂基TSV结构相比，HSQ基TSV结构具有更好的热稳定性，互连导线Cu上的等效应力水平得到显著的改善。因此，合理地设计HSQ和Si层的工艺，HSQ基TSV结构将有更好的应用前景。其次，我们用分子动力学方法（MD）探讨了HSQ的吸湿参数。HSQ吸湿性能对互连结构的可靠性有重要影响，由于吸湿参数的实验测定过程成本较高，过程较复杂，还可能存在一定的误差。为此，我们建立了不同湿度下的分子动力学模型，运行NPT计算后得到了HSQ在不同温度下的湿扩散系数，并发现其与温度呈明显的线性关系，线性关系为1/1×10^-12y=0.00881x+7.42328。通过分析元胞晶格长度的变化得出了不同湿度HSQ体系在25，225和345℃的湿应变，并计算得出湿应变变化率，即湿膨胀系数为5.63×10^-3、7.78×10^-3和9.79×10^-3。MD模拟结果与相近材料实验结果吻合较好。此外，采用MD方法，通过计算体积与温度的曲线的转折点得出HSQ的玻璃化转变温度为309.6℃，以及通过应力应变涨落方法探讨了HSQ在0-400℃温度下的拉伸模量、泊松比、体积模量和剪切模量的变化规律。