Elektrische Modellbildung, Charakterisierung und Entwurf von Silizium Durchkontaktierungen für Anwendungen in integrierten Systemen

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Die Through-Silicon-Via (TSV) Technologie erlaubt seit ca. 10-15 Jahren eine zuverlässige elektrische Durchkontaktierung des Halbleiter-Bulkmaterials von integrierten Schaltkreisen (ICs) oder ganz allgemein Halbleitersubstraten. Ziel dieses Vorhabens von TUHH und TU Berlin im Bereich der elektrischen Modellbildung von TSVs ist es, neue wissenschaftliche Erkenntnisse zu analytischer und numerischer elektromagnetischer Modellierung, messtechnischer Validierung sowie zu Entwurf und Optimierung von TSV-Strukturen unter Berücksichtigung der Umverdrahtungslagen auf Siliziumsubstraten zu gewinnen. Insbesondere sollen Beiträge erarbeitet werden zu: (1) experimenteller Bestimmung der komplexen Permittivität bzw. komplexen Wellenzahl von Silizium unter Berücksichtigung der Siliziumdotierung von 100 MHz bis 100 GHz; (2) analytischer und numerischer Beschreibung der Wellenausbreitung in Si-Substraten sowohl entlang der TSVs als auch in der Ebene des Substrates; (3) analytischer Bestimmung der elektrischen Parameter von TSVs sowie der Extraktion parametrisierter Modelle (Ersatzschaltbilder); (4) einer Erweiterung der Contour Integral Methode (CIM) zur Erfassung der Wellenausbreitung und Vielfachstreuung in Si-Substraten; und (5) einer numerischen Modellierung von Arrays mit einer hohen Anzahl von TSVs (100- 1000). Nach messtechnischer Charakterisierung der Genauigkeiten sollen die entwickelten Methoden und Modelle angewandt werden, um zuverlässige Entwurfsmaßnahmen für die Übertragung hoher Datenraten über optimale TSV-Strukturen und TSV-Anordnungen abzuleiten.