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随着半导体工艺中特征尺寸的不断减小,互连线的数量不断增加,随之而来的延迟、干扰与功耗变得越发严重,成为制约电路性能的主要因素。使用基于垂直硅通孔(Through Silicon Via,TSV)互连技术的三维集成电路可以显著减少集成电路中互连线的数量与长度,从而大幅提升集成电路的整体性能。但由于TSV作为垂直方向的互连线,其结构与平面互连线有较大差别,一方面导致其电学特性变得特殊,另一方面也导致了信号通道中阻抗的变化。之前的研究大多集中在TSV中垂直互连线本身,而对再分布层(Redistribution Layer,RDL)关注较少,由于RDL作为与TSV直接相连的平面互连线,其特性也会对TSV信号的传输造成一定程度的影响。因此本文着重研究包括TSV与RDL的整个TSV信号通道(TSV Signal Channel)的传输特性。本文分别对包含微凸块(Bump)的TSV以及RDL进行了电磁特性的分析,充分考虑了TSV信号通道中各部分的耦合效应,提取出了电阻、电感、电容、电导(RLCG)等众多寄生参数,并且结合TSV信号通道的三维模型结构,给出了等效电路模型。根据不同的RDL互连线长度,可以分别使用不同的等效电路模型。通过HFSS三维电磁场求解器与ADS电路仿真软件的S参数仿真结果对比,验证了TSV信号通道中各部分等效电路模型的有效性,所得结果的回波损耗误差在1dB以内,插入损耗误差在0.01dB以内。随后通过等效电路模型,分析了由于TSV与RDL间阻抗失配导致的信号反射现象。为了改善两者间的阻抗失配问题,分析了TSV与RDL的特征阻抗计算公式,得出了特征阻抗随几何尺寸的变化规律,研究了通过改变几何尺寸调整特征阻抗的方法,从而使特征阻抗匹配。通过仿真验证,改变TSV的半径与间距后,TSV信号通道中的反射电压峰值由0.189V下降到0.056V。之后又研究了插入L网络匹配节与渐变传输线的方法进行阻抗匹配,发现这两种匹配方案均可以显著减小TSV信号通道中的回波损耗:从-30dB左右分别下降到-70d B与-40d B。虽然L网络有更好的匹配效果,但其匹配带宽较窄,仅有3GHz左右,而渐变传输线在整个20GHz的仿真范围内,均能达到一定程度的匹配效果。最后综合分析了所分析的三种阻抗匹配方案的适用范围,给出了TSV信号通道中阻抗匹配方案选择的总体原则。