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