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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。