TSV技术概述与应用 - 硅通孔 (TSV) 为高带宽存储器 (HBM) 堆叠、硅中介层和新兴的 3D 芯片堆叠中的 DRAM 芯片之间提供必要的互连 [2] - TSV 对于集成MEMS、射频、模拟IC、GPU等器件至关重要，能够提升单个芯片的性能，并作为高频电信号的垂直传输线，从而改善多芯片系统的性能 [3] - TSV 技术大约在 20 年前开始发展，当时东芝率先将其应用于 CMOS 图像传感器，而尔必达则将其集成到智能手机的 DRAM 芯片中 [5] TSV的制造挑战与工艺 - 随着 TSV 尺寸的缩小，其制造成本越来越高，也越来越容易出错 [2] - 随着器件整体密度的增加，TSV密度也随之提高，这要求更小的通孔间距和/或更小的TSV尺寸以及更小的微凸点，可能导致信号完整性问题 [3] - TSV 对机械应力非常敏感，需要设置“禁入区”来限制通孔之间的距离，在这些高而深的结构中，可能会形成空隙和接缝等缺陷 [4] - TSV 制造过程中的蚀刻、电镀、化学机械抛光 (CMP) 和 TSV 显露等步骤都极具挑战性，需要精确控制以确保高良率和可靠性 [7][8][9][12][13] TSV在不同场景下的尺寸与规格 - 对于 2nm 及以下的工艺节点，纳米 TSV（尺寸小于 100nm）将电源轨连接到晶体管 [4] - 硅中介层中的 TSV 尺寸可达 10µm 或更大，贯穿整个减薄的硅晶圆 [4] - HBM内部的TSV直径通常为2至5微米，深度为30至60微米 [5] - 硅中介层内部的TSV通常直径为5到20微米，深度为80到120微米 [6] 行业参与方与制造分工 - 像日月光 (ASE) 和安靠 (Amkor) 这样的OSAT厂商通常最后进行TSV制造（或称TSV揭示工艺） [3] - 像台积电 (TSMC) 和三星 (Samsung) 这样的代工厂则进行TSV开头制造和TSV中间制造（在FEOL之后）的工艺 [3] - 英特尔代工厂以将TSV集成到中介层和嵌入式芯片平台而闻名 [3] - HBM的制造商——美光、SK海力士和三星——均自行完成这些工艺 [5] - 代工厂将硅中介层作为其产品的一部分进行制造，也有一些公司专门提供中介层服务，但很少有公司能够提供领先的技术 [6] 新兴技术：背面供电与纳米TSV - 背面供电是一种新型技术，由三大晶圆代工厂——英特尔、台积电和三星——正在开发，用于 2nm 逻辑节点及未来的器件 [15] - 通过将电源与信号线分离，背面供电网络可以通过降低电压降和 RC 延迟，将功率损耗降低高达 30% [15] - Imec 近期发表了一种自对准方法，该方法采用狭缝状纳米通孔 (nanoTSV) 和正交的背面金属层，可实现约 100nm 的套刻裕量 [16] 市场动态与供应链压力 - 当前的AI热潮导致HBM（以及其他主流存储器）短缺，而制造采用TSV技术的2.5D和3D系统所需的先进组装能力却未能跟上爆炸式增长的需求 [3] - 人工智能 (AI) 的快速发展正在给整个供应链带来压力，并可能导致未来的变革 [6] - 如今，只有少数公司拥有领先的组装和封装能力 [3]