11、3D-IC技术：超薄芯片的应用与挑战

3D-IC技术：超薄芯片的应用与挑战

1. 前言

3D集成电路（3D-IC）技术是当今半导体领域的重要发展方向，它通过堆叠多个芯片来实现更高的集成度和性能。其中，超薄芯片在3D-IC技术中扮演着关键角色。本文将详细介绍3D-IC技术中涉及的多个关键环节，包括TSV相关工艺、晶圆减薄与背面处理以及堆叠技术等，并对不同的方法进行比较和分析。

2. TSV相关工艺

2.1 TSV隔离衬层工艺

为了将TSV连接与硅衬底进行电气隔离，需要一个隔离层。该隔离层应具备低泄漏电流、足够大的击穿电压和低电容等特性。其沉积过程必须与器件工艺流程兼容，不同的工艺（如via-middle和via-last）对沉积温度有不同要求。例如，对于DRAM存储器件的后处理，可能需要低于200°C的温度以防止器件晶圆受损。

理想情况下，该隔离层应能平整硅侧壁粗糙度。常用的衬层材料是氧化物或氮化物层，可通过化学气相沉积（CVD）技术沉积，物理气相沉积（PVD）技术也在评估中。在低温处理时，实现保形填充较为困难。氮化物会导致较高的电容，但可作为阻挡层防止金属扩散。对于3D-WLP via-last TSV，也可使用聚合物隔离层，它能降低大直径结构的电容，并吸收TSV结构中金属的一些应变。

2.2 TSV阻挡层

为避免TSV金属迁移到硅中，需要高质量无针孔的阻挡层。常用的阻挡材料是Ta和TiN，它们还能改善TSV金属与衬层之间的附着力。

阻挡层沉积的常用技术是物理和化学气相沉积技术。不同形式的CVD技术可用于在高纵横比的TSV通孔上进行阻挡层沉积。PVD技术在涂层保形性和通孔纵横比方面有更多限制，但因其沉积膜的