[发明专利]硅片通孔等效电路模型及模型参数提取方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及半导体射频器件的等效电路模型及模型参数提取方法。

背景技术

硅片通孔(Through Silicon Via，TSV)是半导体集成电路中所涉及的器件及工艺之一。在高集成度的集成电路封装中，硅片通孔是实现三维电路互连的重要手段。在射频集成电路的设计中，该器件也有广泛的应用，例如，在BiCMOS射频集成电路的应用中，硅片通孔可实现双极晶体管发射极的直接接地，可以减少接地的寄生电感，从而有效地提高射频电路的增益。

在集成电路的应用中，电路设计的精度往往取决于各器件的电学模型的精度。加之射频集成电路常工作在较高的频率上，其设计的精度对射频器件电学模型精度的依赖性更大，因此，硅片通孔的等效电路电学模型对射频集成电路的性能具有显著的影响，而且随着射频电路工作频率的不断提高，硅片通孔对射频电路性能的影响也会变得越来越显著。但是，现有的硅片通孔等效电路电学模型往往过于简单，只包括简单的电阻与电感串联的结构，因此，在射频领域的仿真精度还达不到射频集成电路设计精度的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种硅片通孔等效电路模型，它对器件电学特性具有较好的拟合效果。

为解决上述技术问题，本发明的硅片通孔等效电路模型，包括第一网络支路和一条以上第二网络支路；其中，

第一网络支路包括相邻硅片通孔间的耦合电阻和耦合电容，该耦合电阻和耦合电容并联；

第二网络支路相互并联，数目由硅片通孔的阵列数决定；每条第二网络支路包括硅片通孔的金属串联电阻、金属串联电感和一条次级网络支路；次级网络支路由趋肤电阻和趋肤电感串联后再与邻近电阻并联构成，用于描述金属串联电感的高频趋肤效应和邻近效应；各条第二网络支路中对应的等效电路元件数值相同，且各金属串联电感之间具有互感关系。

本发明要解决的另一技术问题是提供上述模型的参数提取方法。

为解决上述技术问题，本发明的硅片通孔等效电路模型的模型参数提取方法，包括以下步骤：

1)对硅片通孔进行射频测试，扫描一组频率F，得到不同频率点上的高频阻抗参数；

2)根据硅片通孔的孔径尺寸、贯穿的硅衬底的厚度以及硅片通孔内填充的金属的电阻率，用计算和仿真方法得到金属串联电阻和金属串联电感的数值；

3)将耦合电阻和耦合电容的值设为经验值；

4)取所述高频阻抗参数的实部，得到所述实部随所述频率变化的数据曲线；不断调整邻近电阻的数值，使仿真结果不断拟合该数据曲线的低频段部分，确定模型中邻近电阻的数值；不断调整趋肤电阻的数值，使仿真结果不断拟合该数据曲线的高频段部分，确定模型中趋肤电阻的数值；

5)取所述高频阻抗参数的虚部I，计算得到随频率F变化的数据曲线；不断调整金属串联电感之间的互感系数的数值，使仿真结果不断拟合该数据曲线的低频段部分，确定模型中互感系数的数值；不断调整趋肤电感的数值，使仿真结果不断拟合该数据曲线的高频段部分，确定模型中趋肤电感的数值。

本发明的硅片等效电路模型完整地包括了涉及硅片通孔物理结构的各个组成部分对硅片通孔高频电学特性的影响，克服了现有模型过于简单的缺点，可直接用于硅片通孔的高频电路仿真，模拟硅片通孔对射频器件带来的高频电学影响。而本发明基于该电路模型提出的模型参数提取方法，则可以较大地提高模型参数的提取效率和模型对器件电学特性的拟合效果。

附图说明

图1是射频集成电路制造工艺中的硅片通孔的物理结构示意图。

图2是本发明实施例的硅片通孔等效电路模型的结构示意图。

具体实施方式

为对本发明的技术内容、特点与功效有更具体的了解，现结合图示的实施方式，详述如下：

在射频集成电路工艺中能够加以集成的硅片通孔的物理结构，一般由多个贯穿硅衬底的金属通孔(本实施例为钨塞)的阵列所组成，如图1所示。