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ＴＳＶ技术的发展、挑战和展望，3DIC

技术的一体化、3D硅技术的一体化

摘要：3D集成技术包括3DIC集成，3DIC封装和3D硅集成技术。

这三者是不同的技术，并且硅通孔技术将3DIC封装技术与3DIC集成技

术、3DIC硅集成技术区分开来，因为后二者使用了该技术而3DIC封

装没有。硅通孔技术（TSV）是3DIC集成技术、3D硅集成技术的核心。

也是研究的热点。3D集成技术起源于当代，当然，3DIC/硅集成技术的

革新、挑战与展望已是讨论的热点，还有它的蓝图。最后，通用的、更低

能耗的、加强热控制的3DIC集成封装系统相继被提出。

关键词：硅通孔技术，3DIC集成技术，3D硅集成技术，活泼的、

消极的互边导电物，C2W和W2W。

说明：

电子产业自从1996年以来已成为世界上最大的产业。截止2011年

底已经创造了一万五千亿美元的价值。其中电子工业最大的发明便是电

子管（1947年），这也使得JohnBardeen,WalterBrattain和William赢得了

1956年的诺贝尔物理学奖。1958年JackKilby发明了集成电路（也使他

获得了诺贝尔奖），六个月后RobertNoyce(他因在1990年去世而未能与

Jackkilby分享诺贝尔奖)首创IC集成技术。由戈登·摩尔在1965年提出

的每二年便要在电路板上将晶体管的数量翻一倍的理论（也叫摩尔定律，

为了更低的能耗），在过去的46年中已成为发展微电子产业最有力的指

导。这条定律强调可以通过单片集成系统（SOC）将平面技术和所有功能

的集成（在2D层面）放到单片芯片中。另一方面，这里所有功能的集成

能通过3D集成技术例如3DIC封装,3DIC集成［1］，［2］，［4］-［143］，

［168］-［201］和3D硅集成［1］，［2］，［144］－［167］，［168］－［201］

得到实现，这些都会在1、2小节中提及。因为3DIC封装技术是一门成

熟的工艺，并且不使用硅通孔技术，故本文不再提及。

硅通孔技术是3D硅集成技术的核心［200］。尽管William

Shockloy(他也是电子管的发明者)的这项已经超过50年的发明赢得了

1956年的诺贝尔物理学奖，但是这项技术的最大目的并不是为了3D硅

/IC集成技术。

由惠普公司在1976年创造的在一块电路板上的高价值产品（MMIC）

对于大多数普通产品，尽管惠普公司的GaAsRFMMIC(整合微波电路)自

从1976年以来就被当做骨干技术，但这项技术也并不是为了3D集成。

总的来说，产业内普遍将Toshiba的图系传感器CMOS拥有TCV技术的（通

过单层电路）认为是3D集成技术的第一个高价值产物（2008）。更直接地

说，不管怎样它也不是3D集成技术的产物。

在本文中，硅通孔技术（作为一个新概念允许每个芯片或互边导电

层的两面都有电路）是焦点。加强技术已经植入3DIC/硅集成技术里边，

特别是中介层（活性的与惰性的）技术和他们的电路图。行业内也热烈讨

论着3DIC/硅集成技术的挑战与展望。3D集成技术的起源也隐约地呈现出

来。

3D集成技术的起源

再次说明一下，硅通孔技术是本文套路的焦点，因此3DIC封装技

术在本文中将不再涉及。3D集成技术作为一个相对较老的概念，允许带

有活性电子器件的两层或更多的电路层，通过TSV技术垂直连接在单个

电路里。30多年前由Gat和他的同事首创的硅绝缘体(SOI)技术将3D集

成技术完善。在20世纪90年代，半导体界普遍认为摩尔定律有可能会

受到冲击，可事实并非如此。

拥有TCV技术的由Toshib发明的CMOS图系传感器（2008）［37,38］

第二节讲述了3D集成技术的发展。在80年代早期，当时有两