We proposed TSV to active circuit noise coupling model based on 3-dimensional transmission line matrix method (3D-TLM) and analyzed the noise coupling paths and the noise coupling effects on the active circuit with the proposed models. With the suggested model, the noise coupling effects from the five coupling paths were compared and analyzed. Moreover, the most critical noise coupling path was determined. We verified the accuracy of the proposed model with 3D EM simulation results.
Additionally, we proposed shielding structures using a guard-ring and the ground TSVs for suppression of the noise coupling in 3D IC. The proposed noise suppression methods can reduce the TSV noise by blocking the noise paths to the active circuit. The noise coupling and suppression mechanisms were analyzed with voltage transfer functions in frequency-domain using our proposed model. Various shielding structures were evaluated by comparing the different phase noise of LC-VCO to analyze the shielding effectiveness.
넓은 대역폭과 고성능, 그리고 저전력 소모를 위해 실리콘 관통 비아 (TSV) 기반 2.5/3차원 집적 회로가 다가오는 반도체 분야의 차세대 기술 중 하나로 떠오르고 있다. 기존의 2차원 구조에서 3차원 구조로 변하면서 TSV에서 인접한 능동회로로의 잡음 전달 현상이 새로운 문제로 대두되었다. 이에 본 학위 논문에서는 실리콘 관통 비아와 능동 회로 사이의 잡음 전달 현상을 모델링하고 분석하였다. 주요 잡음 전달 경로를 정의하고, 모델을 통해서 얻어지는 잡음전달함수를 통해 각 경로를 분석하였으며 이러한 실리콘 관통 비아 잡음이 능동 회로에 미치는 영향을 모델링하고 분석하였다. 그리고 이에 대한 보완 및 개선 방안으로 2.5/3차원 집적 회로에서의 차폐 구조를 제안하고 적용 및 분석하였다.