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在二维集成电路中，互连金属层的增加限制了电路的性能。而利用垂直互连技术来实现多层芯片堆叠的三维集成电路（Three-Dimension-Integrated-Circuit，3D IC）在很多方面都就有优势，主要包括：缩短互连线的长度、降低功耗以及允许异质集成等等。实现垂直互连的最有效的方式是硅通孔（Through-Silicon-Via，TSV）技术，但TSV结构会引入许多问题，尤其在热机械可靠性方面。同时，TSV引起的热应力问题又会造成器件性能的变化。因此本文主要讨论了 TSV热应力对于载流子迁移率、器件阈值电压以及饱和电流变化的影响，并得到了以下结论： （1）创建了提取 TSV热应力的数学模型。利用弹性力学基本理论，尤其是平面应变问题以及平面轴对称结构问题，然后利用具体的TSV结构列出求解未知系数的边界条件，从而创建了提取TSV热应力的数学模型。 （2）利用多种类型的TSV来进行验证。本文针对多种类型的TSV结构进行仿真，即传统的圆柱形TSV结构、环形TSV结构以及较为复杂的同轴TSV结构。把从热应力模型中得到的应力数据与仿真得到的应力数据放在同一个坐标系中进行验证，并对验证过的应力进行坐标系的转换。 （3）不同沟道下的载流子迁移率的变化。本文讨论了不同沟道方向条件下的迁移率的变化情况，即[100]晶向和[110]晶向。当沟道方向为[100]晶向时，电子迁移率变化较大。而且在坐标轴方向变化较大，在两条坐标轴之间的区域变化较小。但当沟道方向为[110]晶向时，空穴迁移率变化较大。而且在两条坐标轴之间的区域变化较大，在坐标轴方向变化较小。同时根据相应的载流子迁移率变化情况，对器件的放置方式进行了讨论。 （4）器件阈值电压的变化。TSV热应力还会引起器件阈值电压的变化，TSV热应力会使得器件阈值电压降低。其中 P型金属氧化物半导体（P-Type-Metal-Oxide-Semiconductor，NMOS）器件的阈值电压最大减少量为32mV， N型金属氧化物半导体（N-Type-Metal-Oxide-Semiconductor，PMOS）器件的阈值电压最大减少量为50mV。 （5）器件饱和电流的变化。TSV引起的热应力会造成器件载流子迁移率和器件阈值电压的变化，进而会引起器件饱和电流的影响。NMOS器件的饱和电流在整个坐标系均为增加的，并且最大的变化率超过了14％。同时NMOS器件的饱和电流在X轴方向增加较多，在 Y轴方向上变化较小，这与只考虑迁移率变化的情况不同。PMOS器件的饱和电流变化更大，而且饱和电流在Y轴方向上增加较大，在X轴方向上减少。 （6）TSV物理参数的影响。TSV结构的物理参数也会对器件的饱和电流产生影响，其中较小的TSV半径以及较大的绝缘层厚度可以对器件饱和电流的变化产生积极的作用。而且金属Cu和SiO2材料的组合下的饱和电流变化最大，接着是金属 Cu和BCB材料的组合，然后是金属W和BCB材料的组合，最后是金属 W和SiO2材料的组合。