3DICTSV技术与可靠性研究摘要：对三维（3Dime
sio
，3D）堆叠集成电路的硅通孔ThroughSilico
Via，TSV互连技术进行了详细的介绍，阐述了TSV的关键技术与工艺，比如对准、键合、晶圆减薄、通孔刻蚀、铜大马士革工艺等。着重对TSV可靠性分析的重要性、研究现状和热应力分析方面进行了介绍。以传热分析为例，实现简单TSV模型的热仿真分析和理论计算。最后介绍了TSV技术市场化动态和未来展望。关键词：3DTSV；通孔；晶圆减薄；键合；热可靠性0引言随着半导体制作工艺尺寸缩小到深亚微米量级，摩尔定律受到越来越多的挑战。首先，互连线尤其是全局互连线延迟已经远超过门延迟，这标志着半导体产业已经从“晶体管时代”进入到“互连线时代”。为此，国际半导体技术路线图组织ITRS在2005年的技术路线图中提出了“后摩尔定律”的概念。“后摩尔定律”将发展转向综合创新，而不是耗费巨资追求技术节点的推进。尤其是基于TSVThroughSilico
Via互连的三维集成技术，引发了集成电路发展的根本性改变。三维集成电路ThreeDime
sio
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tegratedCircuit，3DIC可以将微机电系统MEMS、射频模块RFmodule、内存Memory及处理器Processor等模块集成在一个系统内1，，大大提高了系统的集成度，减小了功耗，提高了性能，因此被业界公认为延续摩尔定律最有效的途径之一，成为近年来研究的热点。目前3D集成技术主要有如下三种：焊线连接WireBo
di
g、单片集成Mo
olithicI
tegratio
和TSV技术2。焊线连接是一种直接而经济的集成技术，但仅限于不需要太多层间互连的低功率、低频的集成电路。单片集成是在同一个衬底上制作多层器件的新技术，它的应用受到工艺温度要求很高和晶体管质量较差等约束。基于TSV的3D集成可以实现短且密的层间互连，有效缩短了互连线长度，大大提高了系统集成度，降低了互连延时，提高了系统性能，缩小了封装尺寸，高频特性出色，芯片功耗降低可将硅锗芯片的功耗降低大约40，热膨胀可靠性高，同时还实现了异构集成，成为业界公认使摩尔定律持续有效的有力保证，所以备受研究者的青睐。1TSV技术与相关工艺11TSV技术介绍TSV技术将在先进的三维集成电路3DIC设计中提供多层芯片之间的互连功能3。图2给出了最早的TSV结构示意图这是1958年诺贝尔奖得主WilliamShockley提出的4。它是通过在芯片和芯片之间、晶圆和晶圆之间制作垂直导通，一般用导体材料钨、铝、铜、多晶硅或碳纳米管构成的互连线垂直穿过硅衬底以实现上下层芯片的信号互连5，需要穿透组成r