随着微电子技术的发展,芯片的集成度越来越高,目前,三维集成技术被认为是实现小型化、高密度、多功能的首先方案。相对于二维集成,三维集成有许多优点:集成度高、可实现多种芯片的集成、提高速度、改善性能以及减小体积和重量,受到了研究人员的广泛关注。而硅通孔(Through Silicon Via,TSV)技术是实现三维集成的最主要的方法,成为当前微电子行业研究的重点。作为比较新的技术,TSV在很多方面有待深入研究。本文对TSV热机械应力及其对迁移率的影响进行了比较系统的分析研究,取得了一定的成果:(1)对TSV结构产生的热机械应力进行解析建模。选择一种常用的TSV结构,对其产生的热机械应力进行分析,建立一种单个TSV应力解析模型,并将该解析模型和有限元仿真结果进行对比,验证了该模型的准确性。(2)对TSV半径,氧化层和绝缘层的厚度及材料属性对热应力的影响进行分析。随着TSV半径的减小,热应力有所减小,硅衬底中的应力随着TSV半径距离的增加下降的更快。氧化层可以作为一个应力缓冲层,能比较有效的吸收由于TSV导电材料和衬底硅热膨胀系数不匹配引起的热应力,而且氧化层厚度越大吸收效果越明显,同时,氧化层材料的杨氏模量越小效果也越好。阻挡层较薄,而且其材料一般为金属,其属性和铜相近或介于铜和硅之间,对应力的影响很小。(3)多个TSV情况下的验证。将线性叠加原理运用到TSV热应力分析中,证明了线性叠加原理对于TSV热应力分析的适用性,同时也说明本文中提出的热应力解析模型对多个TSV的分析同样有效。(4)对TSV热机械应力对硅衬底中载流子迁移率的影响进行了分析。基于TSV应力解析模型,对单个TSV情况下热应力对硅衬底中迁移率变化的影响进行分析。对于100晶向的硅衬底来说,其电子迁移率变化较大,空穴迁移率变化较小。而对于110晶向的硅衬底来说,其电子迁移率变化较小,空穴迁移率变化较大。无论哪个晶向,空穴和电子在x轴和y轴方向上变化比在两个坐标轴间的变化要大。(5)对多个TSV情况下迁移率变化进行了研究。基于TSV应力解析模型和线性叠加原理,对多个TSV情况下载流子迁移率变化进行讨论。通过比较研究发现,无论是两个TSV还是四个TSV情况都证明,多个TSV情况下,按照π/4角度排列时,KOZ区域最小。