考虑硅通孔热应力的静态时序分析

Static timing analysis with TSV thermo-mechanical stress in 3D IC is researched in this project. Firstly，based on quasi 3D Kane-Mindlin equation, TSV thermo-mechanical stress model is derived by using correction factor to control the averaged error. For multiple TSVs influence, the linear superposition method is applied to evaluate the stress. The Proposed single or multiple TSVs stress model is validated by comparing with Finite Element Analysis.

本项目研究考虑硅通孔热应力的三维集成电路静态时序分析方法。从准3D Kane-Mindlin理论出发构建TSV热机械应力模型，利用修正因子来控制平均相对误差。采用线性叠加的方法来描述多TSV共同作用时的应力，并与有限元分析结果对比验证。

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。本项目对TSV热机械应力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。其中，随着TSV半径的减小，热应力有所减小，硅衬底中的应力随到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。