基于光学测量和多物理场仿真的BEOL热传导机理洞察
介观与纳米尺度物理
2025-08-12 v1
摘要
随着集成电路继续向下尺度化并采用三维（3D）堆叠，后端线（BEOL）中的热管理已成为关键设计约束。本研究提出了一种结合实验和仿真框架，对BEOL多层结构的热传导进行定量表征和机理理解。我们采用方方脉冲源（SPS）方法，这是一种基于光学的时域测量技术，用于在纳米分辨率下测量半导体芯片中的横向热阻和面积热容。对两个经粗磨至M4和M6互连层的芯片样品进行分析，以提取不同多层堆叠结构的热物性。结果表明，热阻遵循系列模型，而面积热容随金属含量呈线性比例。为揭示其背后的物理机制，我们采用COMSOL多物理场仿真，考察了通孔连通性和介质热导率对有效横向热传导的影响。仿真结果表明，由于其较大的体积分数，介质材料是BEOL热传导中的主要限制因素，而通孔结构则起次要但显著的作用。这种结合实验和仿真的方法为理解先进IC结构中的热传导提供了机理性见解，并为优化未来高性能3D堆叠设备的热路径提供了实用指导。
引用
@article{arxiv.2508.07740,
title = {Mechanistic Insight into BEOL Thermal Transport via Optical Metrology and Multiphysics Simulation},
author = {Yang Shen and Shangzhi Song and Tao Chen and Kexin Zhang and Yu Chen and Lu Zhao and Puqing Jiang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.07740},
year = {2025}
}
备注
16 pages, 6 figures