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第1章 三维集成电路概述1

1.1 三维集成电路2

1.1.1 三维集成电路的优势2

1.1.2 三维集成电路的发展现状3

1.1.3 三维集成电路的发展趋势6

1.1.4 三维集成电路面临的挑战10

1.2 TSV技术14

1.2.1 TSV在三维集成电路中扮演的角色15

1.2.2 TSV技术的主要研究方向及进展17

参考文献20

第2章 基于TSV的三维集成电路工艺技术25

2.1 基于TSV的三维集成电路的分类25

2.1.1 TSV的制造顺序26

2.1.2 堆叠方式31

2.1.3 键合方式33

2.2 TSV制造技术34

2.2.1 通孔刻蚀34

2.2.2 绝缘层38

2.2.3 黏附层和扩散阻挡层42

2.2.4 种子层43

2.2.5 导电材料填充44

2.3 减薄技术48

2.3.1 机械研磨50

2.3.2 边缘保护52

2.3.3 减薄后处理52

2.4 对准技术53

2.4.1 红外对准54

2.4.2 光学对准56

2.4.3 倒装芯片58

2.4.4 芯片自组装对准59

2.4.5 模板对准60

2.5 键合技术61

2.5.1 SiO2融合键合63

2.5.2 金属键合64

2.5.3 高分子键合68

参考文献69

第3章 TSV RLC寄生参数提取71

3.1 圆柱形TSV寄生参数提取71

3.1.1 寄生电阻71

3.1.2 寄生电感72

3.1.3 寄生电容72

3.2 锥形TSV寄生参数提取73

3.2.1 寄生电阻73

3.2.2 寄生电感75

3.2.3 寄生电容76

3.3 环形TSV寄生参数提取90

3.3.1 寄生电阻90

3.3.2 寄生电感90

3.3.3 寄生电容90

3.4 同轴TSV寄生参数提取91

3.4.1 寄生电阻91

3.4.2 寄生电感91

3.4.3 寄生电容92

参考文献92

第4章 考虑TSV效应的互连线模型94

4.1 考虑TSV尺寸效应的互连线长分布94

4.1.1 忽略TSV尺寸效应的互连线长分布模型94

4.1.2 考虑TSV尺寸效应的互连线长分布模型101

4.2 考虑TSV寄生效应的互连延时和功耗模型103

4.2.1 互连延时103

4.2.2 互连功耗105

4.2.3 模型验证与比较106

4.3 三维集成电路的TSV布局设计108

4.3.1 RLC延时模型109

4.3.2 信号反射111

4.3.3 多目标协同优化算法113

4.3.4 结果比较114

参考文献116

第5章 TSV热应力和热应变的解析模型和特性119

5.1 圆柱形TSV热应力和热应变的解析模型119

5.2 环形TSV热应力和热应变的解析模型和特性120

5.2.1 解析模型121

5.2.2 模型验证122

5.2.3 阻止区124

5.3 同轴TSV热应力和热应变的解析模型和特性124

5.3.1 解析模型125

5.3.2 模型验证126

5.3.3 阻止区127

5.3.4 特性分析127

5.4 双环TSV热应力和热应变的解析模型和特性129

5.4.1 与同轴TSV热应力对比130

5.4.2 热应力解析模型及验证131

5.4.3 和同轴TSV的KOZ及等效面积对比132

5.4.4 不同TSV结构高频电传输特性对比133

5.5 考虑硅各向异性时TSV热应力的研究方法135

参考文献137

第6章 三维集成电路热管理140

6.1 热分析概述140

6.1.1 热传递基本方式140

6.1.2 稳态传热和瞬态传热142

6.1.3 线性与非线性热分析143

6.2 最高层芯片温度的解析模型和特性143

6.2.1 忽略TSV的最高层芯片温度解析模型143

6.2.2 考虑TSV的最高层芯片温度解析模型144

6.2.3 特性分析146

6.3 各层芯片温度的解析模型和特性147

6.3.1 忽略TSV的各层芯片温度的解析模型148

6.3.2 考虑TSV的各层芯片温度的解析模型149

6.3.3 特性分析151

6.4 三维单芯片多处理器温度特性153

6.4.1 3D CMP温度模型153

6.4.2 热阻矩阵154

6.4.3 特性分析155

6.5 热优化设计技术157

6.5.1 CNT TSV技术158

6.5.2 热沉优化技术159

6.5.3 液体冷却技术160

参考文献161

第7章 新型TSV的电磁模型和特性163

7.1 GSG型空气隙TSV的电磁模型和特性163

7.1.1 寄生参数提取164

7.1.2 等效电路模型及验证171

7.1.3 特性分析174

7.1.4 和GS型空气隙TSV特性比较175

7.1.5 温度的影响176

7.2 GSG型空气腔TSV的电磁模型和特性184

7.2.1 工艺技术184

7.2.2 品质因数186

7.2.3 特性分析189

7.2.4 等效电路模型及验证190

7.3 SDTSV的电磁模型和特性192

7.3.1 结构192

7.3.2 等效电路模型193

7.3.3 模型验证196

7.3.4 RLCG参数全波提取方法197

7.3.5 特性分析200

参考文献205

第8章 CNT TSV和三维集成电路互连线208

8.1 CNT制备208

8.1.1 CNT生长208

8.1.2 CNT致密化209

8.2 CNT等效参数提取211

8.2.1 等效电阻212

8.2.2 等效电感214

8.2.3 等效电容214

8.3 信号完整性分析215

8.3.1 耦合串扰215

8.3.2 信号传输225

8.3.3 无畸变TSV设计229

参考文献233