中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
近日，中科院微電子所新技術(shù)開(kāi)發(fā)部微系統技術(shù)實(shí)驗室焦斌斌研究員團隊在高密度低應力硅通孔（TSV）研究方面取得新進(jìn)展。
三維（3D）集成技術(shù)是制造低功耗、高性能和高集成密度器件的必備技術(shù)，有望突破摩爾定律限制。TSV作為3D集成的核心技術(shù)，具有縮短互連路徑和減小封裝尺寸的優(yōu)勢。目前，高密度TSV互連在近傳感器和傳感器內計算、混合存儲立方體、高帶寬存儲器（HBM）、CMOS圖像傳感器、制冷和非制冷焦平面陣列、有源像素傳感器等具有重要應用前景。但在高密度應用場(chǎng)景下，由于硅襯底與TSV互連金屬之間熱膨脹系數不匹配，TSV存在嚴重的熱應力問(wèn)題，會(huì )導致晶體管遷移率和參數偏移進(jìn)而影響器件性能，甚至導致器件損壞，亟需通過(guò)結構調控抑制熱應力對器件可靠性的影響。
中科院微電子所焦斌斌團隊創(chuàng )新性提出了兩端窄中間寬、兩端封閉中間空心的“類(lèi)橄欖球”狀TSV結構，具有小孔徑、高深寬比、低應力等特點(diǎn)。向內潰縮的應力緩沖空心結構為T(mén)SV提供了應力釋放空間，可大幅降低襯底硅的應力和電遷移，可耐受大溫差使用工況，兩端封口結構兼容后續傳統旋涂涂膠工藝，具有普適性。目前已實(shí)現了國際已有報道中深度最大（＞100μm）、深寬比最大（＞20.3:1），殘余應力最?。?1.02MPa）的TSV結構，其直徑5μm、中心距 25μm、TSV數量達320000（密度1600個(gè)/mm2），有效連通率達100%，是唯一可耐受極低溫工況（-200℃）的TSV解決方案。
高密度互連的低應力TSV設計與制備
基于該成果的論文“Low-Stress TSV Arrays for High-Density Interconnection”近期發(fā)表在中國工程院院刊Engineering。中科院微電子所焦斌斌研究員為論文第一作者兼通訊作者，喬靖評博士為論文第二作者。該研究成果同時(shí)被2023 IEEE 73rd Electronic Components and Technology Conference （ECTC）會(huì )議收錄，并以分會(huì )場(chǎng)報告的形式展示。
