[發(fā)明專利]一種基于碳納米管的三位TSV及其參數(shù)提取方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011490765.X
• 申請(qǐng)日: 2020-12-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112652574A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂紅亮;關(guān)文博;嚴(yán)思璐;趙冉冉;張玉明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L21/768
• 分類號(hào): H01L21/768;H01L23/538;G06F30/398;G06F30/367;G06F111/14
• 代理公司: 西安嘉思特知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61230
• 代理人: 劉長(zhǎng)春

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于碳納米管的三位TSV及其參數(shù)提取方法，所述三維TSV包括設(shè)置在襯底中的TSV結(jié)構(gòu)以及設(shè)置在所述TSV結(jié)構(gòu)頂部的三個(gè)信號(hào)墊，其中，所述TSV結(jié)構(gòu)包括開(kāi)設(shè)在所述襯底中的通孔以及均勻填充在所述通孔內(nèi)部的多束碳納米管；所述三個(gè)信號(hào)墊以相互間隔的方式鋪設(shè)在所述TSV結(jié)構(gòu)頂部的不同位置處，且分別與其下方的多壁碳納米管連通，以在一個(gè)TSV結(jié)構(gòu)上形成三個(gè)信號(hào)傳輸通道。該三位TSV通過(guò)三個(gè)信號(hào)墊使得一個(gè)TSV結(jié)構(gòu)可以同時(shí)傳輸三個(gè)獨(dú)立信號(hào)，使與通過(guò)該三位TSV連接的上下兩層芯片之間的I/O管腳數(shù)量加倍，提高了芯片集成度，降低工藝成本，且具有更好的傳輸特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于碳納米管的三位TSV及其參數(shù)提取方法。

背景技術(shù)

三維(3D)集成技術(shù)能夠在降低成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)異質(zhì)異構(gòu)集成，其為實(shí)現(xiàn)超摩爾定律提供了廣闊的發(fā)展平臺(tái)，促使不同材料(硅、Ⅲ-Ⅴ化合物、碳納米管等)和工藝(存儲(chǔ)器、邏輯電路、射頻電路、微機(jī)械系統(tǒng)等)集成到一個(gè)芯片中。TSV(Through Silicon Via，硅通孔)技術(shù)促進(jìn)了三維集成電路的發(fā)展，其可以降低傳統(tǒng)平面集成電路的局限性，縮短互連長(zhǎng)度，提高集成密度，降低功耗。

TSV作為連接上下層芯片的導(dǎo)電通道己經(jīng)被證明是影響3D IC整體性能的關(guān)鍵組件。碳納米管(CNT，Carbon nanotube)作為一種新興材料，因其具有優(yōu)越的電、熱、機(jī)械性能，通常可取代銅(Cu)和鎢(W)作為TSV的填充材料。每微米的CNT束在傳導(dǎo)方向上的電阻大約比Cu低2.5倍，相反，束內(nèi)相鄰CNT之間的電阻約為兆歐級(jí)別。然而，TSV占據(jù)的面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于片上通道。此外，任何襯底內(nèi)的TSV數(shù)量都受到TSV填充材料和襯底熱膨脹系數(shù)之間的差異的限制。為了防止由于熱應(yīng)力導(dǎo)致的基片開(kāi)裂，TSV在硅襯底中所占的面積被限制在基片面積的2％左右。因此，如何解決三維結(jié)構(gòu)中各層之間的I/O(輸入/輸出)限制是一個(gè)主要問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于碳納米管的三位TSV及其參數(shù)提取方法。本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種基于碳納米管的三位TSV，包括設(shè)置在襯底中的TSV結(jié)構(gòu)以及設(shè)置在所述TSV結(jié)構(gòu)頂部的三個(gè)信號(hào)墊，其中，

所述TSV結(jié)構(gòu)包括開(kāi)設(shè)在所述襯底中的通孔以及均勻填充在所述通孔內(nèi)部的多束碳納米管；

所述三個(gè)信號(hào)墊以相互間隔的方式鋪設(shè)在所述TSV結(jié)構(gòu)頂部的不同位置處，且分別與其下方的多壁碳納米管連通，以在一個(gè)TSV結(jié)構(gòu)上形成三個(gè)信號(hào)傳輸通道。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述碳納米管為多壁碳納米管，所述三個(gè)信號(hào)墊均為多層石墨烯材料。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述三個(gè)信號(hào)墊為直徑相同的扇形結(jié)構(gòu)，所述扇形結(jié)構(gòu)的扇形角度均為120°。

本發(fā)明的另一方面提供了一種基于碳納米管的三位TSV的參數(shù)提取方法，用于提取上述實(shí)施例中任一項(xiàng)所述的基于碳納米管的三位TSV的寄生參數(shù)，所述方法包括：

S1：利用仿真軟件搭建基于碳納米管的三位TSV的物理模型；

S2：利用所述三位TSV中信號(hào)傳輸時(shí)的電子有效平均自由程提取所述三位TSV的阻抗參數(shù)；

S3：提取所述三位TSV的等效復(fù)電導(dǎo)率；

S4：提取所述三位TSV的電容參數(shù)；

S5：建立該三位TSV的等效電路模型并對(duì)所述三維TSV的物理模型和等效電路進(jìn)行S參數(shù)仿真。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述S2包括：

S21：獲取TSV結(jié)構(gòu)內(nèi)填充的多壁碳納米管的壁數(shù)及每層壁的直徑；

S22：獲取所述多壁碳納米管的第i層壁的導(dǎo)電溝道數(shù)：