摘要: 随着半导体技术的发展，遇到的瓶颈越来越难以克服，短沟道效应、载流子速度饱和等效应所带来的问题越来越明显。三维集成电路(Three-Dimension Integrated Circuit，3D IC)技术可以将多个不同功能的芯片堆叠在一起，并利用硅通孔(Through-Silicon Vi... 展开 随着半导体技术的发展，遇到的瓶颈越来越难以克服，短沟道效应、载流子速度饱和等效应所带来的问题越来越明显。三维集成电路(Three-Dimension Integrated Circuit，3D IC)技术可以将多个不同功能的芯片堆叠在一起，并利用硅通孔(Through-Silicon Via，TSV)将多个器件连接起来，有效减小了互连线长度，实现芯片异质集成。TSV是半导体三维集成技术的关键因素，其工作频率呈现多样化趋势，因此对TSV的宽频带研究具有重要意义。 本文针对空气隙同轴TSV进行了深入研究，在考虑了金属-绝缘体-半导体(Metal-Insulator-Semiconductor，MIS)结构、衬底涡流损耗、电流趋肤效应的影响后，求得了此结构的寄生参数，并建立了等效电路。将此模型和HFSS软件仿真曲线进行对比，结果显示回波损耗S11和插入损耗S21误差在5%以内，验证了模型在宽频带的正确性。模型可以模拟100MHz到100GHz的传输情况，适用范围较广。研究了非耗尽层近似下的精确TSV电容，对比发现实际TSV电容与耗尽层近似下的值相差达10%，将此结果应用到模型中可以进一步提升模型的准确性。 在此基础上，采用控制变量法对模型的结构参数和掺杂浓度进行了研究，对比分析不同模型下的传输参数，结果表明TSV高度和空气隙数量对传输特性的影响最大。优化了原有TSV结构，在100GHz时，回波损耗S11优化前后分别为-15dB和-30dB，插入损耗S21优化前后分别为-0.26dB和-0.03dB，优化后的TSV具有更小的反射系数和更高的传输系数，传输特性提升了一倍以上。 针对工艺方面的特点，对锥形空气隙同轴TSV结构和传输特性进行了研究。仿真显示同等尺寸下，垂直结构TSV传输特性比锥形结构好，二者在低频段差值较大，在中高频差值变小。研究了TSV高度、侧壁倾角、温度、衬底介质材料对传输特性的影响，结果表明衬底介质种类对传输特性的影响最大。在100GHz时，回波损耗S11优化前后分别为-14dB和-22dB，插入损耗S21优化前后分别为-0.31dB和-0.1dB，传输特性变好。 收起