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)開發(fā)部微系統(tǒng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室焦斌斌研究員團(tuán)隊(duì)在高密度低應(yīng)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(nèi)計(jì)算、混合存儲(chǔ)立方體、高帶寬存儲(chǔ)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(yīng)用前景。但在高密度應(yīng)用場景下，由于硅襯底與TSV互連金屬之間熱膨脹系數(shù)不匹配，TSV存在嚴(yán)重的熱應(yīng)力問題，會(huì)導(dǎo)致晶體管遷移率和參數(shù)偏移進(jìn)而影響器件性能，甚至導(dǎo)致器件損壞，亟需通過結(jié)構(gòu)調(diào)控抑制熱應(yīng)力對(duì)器件可靠性的影響。
中科院微電子所焦斌斌團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性提出了兩端窄中間寬、兩端封閉中間空心的“類橄欖球”狀TSV結(jié)構(gòu)，具有小孔徑、高深寬比、低應(yīng)力等特點(diǎn)。向內(nèi)潰縮的應(yīng)力緩沖空心結(jié)構(gòu)為TSV提供了應(yīng)力釋放空間，可大幅降低襯底硅的應(yīng)力和電遷移，可耐受大溫差使用工況，兩端封口結(jié)構(gòu)兼容后續(xù)傳統(tǒng)旋涂涂膠工藝，具有普適性。目前已實(shí)現(xiàn)了國際已有報(bào)道中深度最大（＞100μm）、深寬比最大（＞20.3:1），殘余應(yīng)力最?。?1.02MPa）的TSV結(jié)構(gòu)，其直徑5μm、中心距 25μm、TSV數(shù)量達(dá)320000（密度1600個(gè)/mm2），有效連通率達(dá)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(yīng)力TSV設(shè)計(jì)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(píng)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)場報(bào)告的形式展示。
