论文部分内容阅读
硅通孔(through silicon via，TSV)技术是三维高密度集成电路实现其连线短、尺寸小、功耗低、可异构等性能优势的关键所在。然而该技术仍面临许多挑战性的问题，如何迅速准确建立其等效电路模型、提取电特性参数便是其中之一。常用的分析方法是将TSV等效成圆柱，应用传输线理论分析。然而，受限于工艺技术，制造的硅通孔倾角最高可达20，而传统传输线方法将不再适用，对锥形TSV的建模分析就显得十分必要。本文的主要工作归纳如下：首先，推导并提取锥形硅通孔对结构及锥形硅通孔阵列的频变等效电路模型。具体的，通过将锥形硅通孔等效为圆柱硅通孔层叠，建立电流连续性方程并简化积分表达式，考虑硅基底对硅通孔阵列的影响及趋肤效应、涡流效应、MOS效应和邻近效应，展开贝塞尔函数导出不同倾角下双根锥形硅通孔的电阻-电感-电导-电容(RLGC)模型近似解析表达式，且给出工作电压、环境温度对参数提取的影响。利用这些电路参数，得到其特征阻抗及S参数，并用商业软件Ansys Q3D及HFSS进行了数值验证。最后，基于硅通孔对RLGC模型，给出了可快速求解锥形硅通孔阵列的改进的PEEC法，与仿真的对比验证了该方法的准确性。其次，采用反拉普拉斯变换法计算了反相器-硅通孔-互连线模型在脉冲信号及梯形信号下的输出响应，与HSPICE仿真结果吻合。计算表明忽略硅通孔阵列的RLGC模型将可能造成6.2%的时延误差和12.1%的上升时间误差。本文提出了锥形硅通孔对RLGC模型及其电特性分析方法，具有精确且快速的优点，并可对硅通孔的设计优化提供指导。