Exploration and Analysis of Through-Glass Vias for High-Speed, Low-Loss Vertical Interconnects in Glass-Based 3-D Integrated Circuits

材料科学 集成电路 电子线路 电子工程 计算机科学 光电子学 电气工程 工程类
作者
Zhen Fang,Jihua Zhang,Jinxu Liu,Juefeng Fu,Shuqi Li,Xingzhou Cai,Libin Gao,Hongwei Chen,Wanli Zhang
出处
期刊:IEEE Transactions on Electron Devices [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:71 (7): 4267-4274 被引量:17
标识
DOI:10.1109/ted.2024.3405407
摘要

In glass-based 3-D integrated circuits (ICs), nonuniform through-glass vias (TGVs) contribute to increased delay, higher losses, and performance degradation, particularly notable in dense multilayer stacked circuits operating at high frequencies. To explore high-speed, low-loss vertical interconnections, we develop nonuniform TGVs double-layer vertical interconnect models and analyze impedance, insertion loss, and delay across various taper and sidewall roughness configurations. This study confirms a positive correlation among sidewall roughness, taper, and both loss and signal delay. Detailed examination of Smith charts for double-layer vertically interconnected TGVs further illustrates worsening impedance matching with increasing sidewall roughness and taper. In addition, we extract parasitic RLGC parameters, revealing that increased taper exacerbates parasitic effects induced by sidewall roughness, providing evidence for observed losses and delays. Our findings underscore the superior performance of cylindrical TGVs, advocating smaller taper and lower sidewall roughness for enhanced microwave performance in multilayer vertically interconnected devices. Experimental validation supports our conclusions, with measured results aligning well with simulations up to 40 GHz. Moreover, increased multilayer misalignment is confirmed to correlate with higher signal transmission loss and delay, while the loss positively correlates with the radius of pads between interconnection layers.

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