矽通孔3D集成技術（簡體書）

《信息科學技術學術著作叢書：硅通孔3D集成技術》系統討論用于電子、光電子和MEMS器件的三維集成硅通孔（TSV）技術的最新進展和未來可能的演變趨勢，同時詳盡討論三維集成關鍵技術中存在的主要工藝問題和可能的解決方案。通過介紹半導體工業中的納米技術和三維集成技術的起源和演變歷史，結合當前三維集成關鍵技術的發展重點討論TSV制程技術、晶圓減薄與薄晶圓在封裝組裝過程中的拿持技術、三維堆疊的微凸點制作與組裝技術、芯片／芯片鍵合技術、芯片／晶圓鍵合技術、晶圓／晶圓鍵合技術、三維器件集成的熱管理技術以及三維集成中的可靠性等關鍵技術問題，最后討論可實現產業化規模量產的三維封裝技術以及TSV技術的未來發展趨勢。
《信息科學技術學術著作叢書：硅通孔3D集成技術》適合從事電子、光電子、MEMS等器件三維集成研究工作的工程師、技術研發人員、技術管理人員和科研人員閱讀，也可以作為相關專業大學高年級本科生和研究生的教材。

曹立強，1974年9月出生。工學博士，現為中國科學院微電子研究所研究員，博士生導師，中國科學院“百人計劃”學者。1997年畢業于中國科學技術大學，2003年在瑞典Chalmers大學微電子及納米技術研究中心獲得博士學位。曾在瑞典國家工業產品研究所、北歐微系統集成技術中心、美國Intel技術開發有限公司從事系統級封裝技術的研發和管理工作。主要從事先進封裝的研究工作，承擔了國家科技重大專項、國家自然科學基金重點項目、國家創新團隊國際合作計劃等項目，在電子封裝材料、品圓級系統封裝、三維硅通孔互連技術等方面取得多項成果，授權發明專利10余項，SCI/EI收錄論文50余篇。

硅通孔（TSV）技術是3D硅集成與3DIC集成的最重要的核心技術。TSV為芯片到芯片互聯提供了最短的距離、最小的焊盤尺寸和中心距。與其他互連技術如引線鍵合技術相比，TSV技術的優點包括：更好的電學性能、更低的功耗、更高的帶寬、更高的密度、更小的尺寸、更輕的重量。
TSV是一種顛覆性的技術。對于所有的顛覆性技術，我們的問題總是：“它將取代什么技術？”和“它的成本是多少？”目前而言，不幸的是，TSV技術正試圖取代目前高良率、低成本而且最成熟的引線鍵合技術。制作TSV需要6個關鍵工藝步：深反應離子刻蝕（DRIE）制作TSV孔，等離子增強化學氣相沉積（PECVD）介電層，物理氣相沉積（PVD）阻擋層和種子層，電鍍銅填孔，化學機械拋光（CMP）去除多余銅，TSV銅外露。可見，與引線鍵合相比，TSV技術十分昂貴！然而，正如昂貴的倒裝芯片技術一樣，由于其獨特優勢，仍然在高性能、高密度、低功耗以及寬帶寬產品中得到應用。
除了TSV技術，3D硅集成與3DIC集成的另外一些關鍵技術還包括薄晶圓的強度測量和拿持，以及熱管理等。3DIC集成中的關鍵技術包括晶圓微凸點制作、組裝以及電遷移問題的處理等核心技術。在這本書里，所有這些核心技術都會被涉及或討論到。
本書內容主要有7個部分：（1）半導體工業中的納米技術和3D集成技術（第1章）；（2）TSV技術與TSV的力學、熱學與電學行為（第2章和第3章）；（3）薄晶圓強度測量與拿持技術（第4章和第5章）；（4）晶圓微凸點制作、組裝與可靠性，電遷移問題（第6章和第7章）；（5）瞬態液相鍵合技術（第8章）；（6）熱管理（第9章）；（7）3DIC封裝技術（第10章）。本書最后在第11章給出對未來（到2020年）該領域發展趨勢的幾點想法。
第1章簡要介紹半導體產業中的納米技術及其展望，并給出3D硅集成與3DIC集成近期的進展、挑戰和發展趨勢。

序
前言
致謝
導讀

第1章 半導體工業的納米技術和三維（3D）集成技術
1.1 引言
1.2 納米技術
1.2.1 納米技術起源
1.2.2 納米技術重要的里程碑
1.2.3 石墨烯與電子工業
1.2.4 納米技術的展望
1.2.5 摩爾定律：電子工業的納米技術
1.3 三維集成技術
1.3.1 硅通孔（TSV）技術
1.3.2 三維集成技術的起源
1.4 三維硅集成技術的挑戰和展望
1.4.1 三維硅集成技術
1.4.2 三維硅集成鍵合組裝技術
1.4.3 三維硅集成技術面臨的挑戰
1.4.4 三維硅集成技術的展望
1.5 三維集成電路（3DIC）集成技術的潛在應用和挑戰
1.5.1 3DIC集成技術的定義
1.5.2 移動電子產品的未來需求
1.5.3 帶寬和wideI／O的定義
1.5.4 儲存器的帶寬
1.5.5 存儲器芯片堆疊
1.5.6 wideI／O存儲器
1.5.7 wideI／O動態隨機存儲器（DRAM）
1.5.8 wideI／O接口
1.5.9 2.5 D和3DIC集成（有源和無源轉接板）技術
1.6 2.5 DIC最新進展（轉接板）技術的最新進展
1.6.1 用作中間基板的轉接板
1.6.2 用作應力釋放（可靠性）緩沖層的轉接板
1.6.3 用作載板的轉接板
1.6.4 用作熱管理的轉接板
1.7 三維集成TSV無源轉接板技術發展的新趨勢
1.7.1 雙面貼裝空腔式轉接板技術
1.7.2 有機基板開孔式轉接板技術
1.7.3 設計案例
1.7.4 帶有熱塞或散熱器的有機基板開孔式轉接板技術
1.7.5 超低成本轉接板技術
1.7.6 用于熱管理的轉接板技術
1.7.7 對于三維光發射二極管（LED）和SiP有埋入式微流道的轉接板
1.8 埋人式3DIC集成
1.8.1 帶應力釋放間隙的半埋入式轉接板
1.8.2 用于光電互連的埋入式三維混合IC集成技術
1.9 總結與建議
1.10 TSV專利
1.11 參考文獻
1.12 其他閱讀材料
1.12.1 TSV、3D集成和可靠性
1.12.2 3DMEMS和IC集成
1.12.3 半導體IC封裝

第2章 硅通扎（TSV）技術
2.1 引言
2.2 TSV的發明
2.3 可采用TSV技術的量產產品
2.4 TSV孔的制作
2.4.1 DRIE與激光鉆孔
2.4.2 制作椎形孔的DRIE工藝
……
第3章 硅通孔（BV）：機械、熱和電學行為
第4章 薄晶圓強度測量
第5章 薄晶圓拿持技術
第6章 微凸點制作、組裝和可靠性
第7章 微凸點的電遷移
第8章 瞬態液相鍵合：芯片到芯片（C2C），芯片到晶圓（C2W），晶圓到晶圓（W2W）
第9章 三維集成電路集成的熱管理
第10章 三維集成電路封裝
第11章 三維集成的發展趨勢
索引