1 中国工程物理研究院 a.电子工程研究所
2 b.微系统与太赫兹研究中心, 四川成都 610200
由于需要外部电源的接入, 传统芯片上的环形结构的物质波波导无法形成完全封闭的环形结构, 其产生的环形磁阱存在天然缺陷, 阻碍了对冷原子的有效操控。利用硅通孔(TSV)技术能够在垂直于原子芯片表面方向接入导线, 有望降低接入导线对环形磁阱的影响。本文通过有限元方法对基于 TSV技术的环形原子物质波波导进行仿真研究, 对导线加载电流时的磁场进行仿真分析, 并系统研究了 TSV横截面形状、通孔深度、通孔间隙等因素对环形导线所产生磁阱的影响。最终结合仿真结果, 设计一种在加工工艺上切实可行的基于 TSV结构的环形波导原子芯片。
环形物质波波导 原子芯片 磁阱 硅通孔 ring matter wave guide atom chip magnetic trap Through-Silicon Via 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(5): 506
1 西安电子科技大学 微电子学院, 西安 710071
2 西安理工大学 自动化与信息工程学院, 西安 710048
基于硅通孔(TSV)技术, 提出了应用于三维集成电路的三维螺旋电感。在实际应用中, TSV电感存在电场、温度场和力场之间的相互耦合, 最终会影响TSV电感的实际电学性能。考虑P型和N型两种硅衬底材料, 采用COMSOL仿真软件, 对TSV电感进行多物理场耦合研究。结果表明, 在P型硅衬底情况下, 多物理场耦合的影响更大, TSV电感的电感值和品质因数的变化率可达14.13%和5.91%。
硅通孔 多物理场 三维集成电路 through-silicon via multi-physical field COMSOL COMSOL three dimensional IC
1 中国电子科技集团公司 第二十四研究所， 重庆 400060
2 模拟集成电路国家重点实验室, 重庆 400060
3 重庆西南集成电路设计有限责任公司， 重庆 400060
硅转接板是3D IC中实现高密度集成的关键模块，获取其技术参数对微系统的设计至关重要。以实际研制的一种2.5D硅转接板为研究对象，对大马士革铜布线(Cu-RDL)、硅通孔(TSV)关键电参数的测试结构与测试方法进行了研究，并对TSV电参数测试结构的寄生电容进行了分析。研究结果表明，研制的2.5D硅转接板中10 μm×80 μm TSV的单孔电阻为26 mΩ，1.7 μm厚度的Cu-RDL的方块电阻为9.4 mΩ/□，测试结果与理论计算值相吻合。本研究工作为2.5D/3D集成工艺的研发和建模提供了基础技术支撑。
2.5D硅转接板 铜再布线 硅通孔 电阻测试 3D集成电路 2.5D silicon interposer cooper redistribution layer through silicon via resistor measurement 3D IC
1 中北大学 仪器与电子学院, 太原 030051
2 中北大学 前沿交叉学科研究院, 太原 030051
3 中北大学 南通智能光机电研究院, 江苏 南通 226000
针对当前微机电系统(MEMS)发展对小型化封装的需求，设计了一种高可靠性、低成本、高深宽比的硅通孔(TSV)结构工艺流程。该工艺流程的核心是双面盲孔电镀，将TSV结构的金属填充分为正、反两次填充，最后获得了深度为155 μｍ、直径为41 μｍ的TSV结构。使用功率器件分析仪对TSV结构的电学性能进行了测试，使用X光检测机和扫描电子显微镜(SEM)分别观察了TSV结构内部的缺陷分布和填充情况。测试结果证明，TSV样品导电性能良好，电阻值约为1.79×10-3 Ω，孔内完全填充，没有空洞。该研究为实现MEMS的小型化封装提供了一种解决方法。
硅通孔 微机电系统封装 双面盲孔电镀 深反应离子刻蚀 through silicon via (TSV) micro-electromechanical system (MEMS) packaging double-sided blind via plating deep reactive ion etching (DRIE)
1 中北大学 仪器与电子学院, 太原 030051
2 中北大学 南通智能光机电研究院, 南通 226000
3 中北大学 前沿交叉学科研究院, 太原 030051
针对MEMS系统中硅通孔(TSV)的热可靠性, 利用快速热处理技术(RTP)进行了温度影响的实验分析。通过有限元分析(FEA)方法得到不同温度热处理后TSV结构的变化趋势, 利用RTP对实验样品进行了不同温度的热处理实验, 使用扫描电子显微镜和光学轮廓仪表征了样品发生的变化。结果表明, 热处理后TSV中Cu柱的凸起程度与表面粗糙度均随热处理温度的升高而增加, 多次重复热处理与单次热处理的结果基本相同。该项研究为TSV应用于极端环境下MEMS小型化封装提供了一种解决方案。
硅通孔 热可靠性 快速热处理技术 有限元分析 TSV thermal reliability RTP FEA
1 贵州大学大数据与信息工程学院, 贵阳 550025
2 贵州省微纳电子与软件技术重点实验室, 贵阳 550025
3 半导体功率器件可靠性教育部工程研究中心, 贵阳 550025
硅通孔(TSV)在三维集成系统中扮演着非常重要的角色。BOSCH刻蚀技术是当前主流的硅通孔刻蚀方法, 因为刻蚀和钝化交替进行, 这种干法刻蚀工艺不可避免地会在硅通孔的内部形成扇贝纹, 其尺度一般在几十纳米到几百纳米不等。扇贝纹会导致后续填充的各层材料以及它们之间的界面不平滑, 从而严重影响TSV的性能以及三维集成系统的可靠性。高温热氧化时, 较高氧气流量可确保硅通孔内部氧气浓度基本均匀, 扇贝纹凸起处的二氧化硅生长速率相对较快。交替循环进行高温热氧化和腐蚀二氧化硅, 可有效削减硅通孔内壁的扇贝纹。对深宽比为8∶1的硅通孔, 经过四次高温热氧化(每次氧化的工艺条件为: 1 150 ℃、湿氧氧化10 min)和四次腐蚀二氧化硅后, 内壁的扇贝纹起伏最大值从最初的400 nm降到了90 nm。实验结果表明该方法削减扇贝纹的效果十分明显。
扇贝纹 硅通孔 BOSCH刻蚀技术 高温热氧化 三维集成 scallop pattern through silicon via BOSCH etching technology high temperature thermal oxidation three-dimensional integration
1 北京信息科技大学 信息与通信工程学院, 北京 100101
2 北京大学 微米纳米加工技术国家重点实验室, 北京 100871
随着信号频率以及芯片集成密度的持续增长, 三维集成系统内部面临严重的耦合噪声问题。针对三维集成技术中广泛使用的硅通孔(TSV)和水平重布线层(RDL)构成的三维互连结构, 提出了一种基于分段传输线(STL)的三维互连结构优化设计方案。通过将三维互连结构传输线按STL模式划分为数个传输线片段生成复数反射波, 并运用基因算法(GA)筛选片段特征信息, 从而优化反射波叠加效果, 实现对传输过程中产生的信号损失进行补偿。仿真结果表明, 该方法可以有效改善三维互连结构中由于耦合噪声造成的信号反射问题, 提升系统传输性能。
硅通孔(TSV) 水平布线层(RDL) 分段传输线(STL) 基因算法(GA) 三维集成技术 TSV RDL STL GA three-dimensional integration technology
华南师范大学 物理与电信工程学院, 广州 510006
基于Comsol Multiphysics平台, 通过使用有限元仿真对三维集成电路的硅通孔(TSV)模型进行了热仿真分析。分别探究了TSV金属层填充材料及TSV的形状、结构、布局和插入密度对三维(3D)集成电路TSV热特性的影响。结果表明: TSV金属层填充材料的热导率越高, 其热特性就越好, 并且采用新型碳纳米材料进行填充比采用传统金属材料更能提高3D集成电路的热可靠性; 矩形形状的TSV比传统圆形形状的TSV更有利于3D集成电路散热; 矩形同轴以及矩形双环TSV相比其他结构TSV, 更能提高TSV的热特性; TSV布局越均匀, 其热特性越好; 随着TSV插入密度的增加, 其热特性越好, 当插入密度达6%时, 增加TSV的数目对TSV热特性的影响将大幅减小。
三维集成电路 硅通孔 热特性 有限元分析 3D IC TSV thermal characteristics finite element analysis
