三維集成技術

第1章 三維集成電路概述
1.1集成電路發展的瓶頸
1.1.1互連延遲與數據傳輸帶寬
1.1.2功耗
1.1.3異質芯片的SoC集成
1.2三維集成電路
1.2.1三維集成的優點
1.2.2三維集成的分類
1.2.3三維集成制造技術概述
1.2.4三維集成的應用
1.3三維集成的歷史、現狀及發展前景
1.3.1三維集成的歷史
1.3.2三維集成的現狀
1.3.3發展前景和趨勢
1.4三維集成面臨的挑戰
1.4.1制造技術
1.4.2散熱與熱管理
1.4.3可靠性
1.4.4成品率及成本
1.4.5模型、模擬、設計方法和設計規則
1.4.6測量測試
參考文獻

第2章 三維互連制造技術
2.1三維互連制造概述
2.1.1TSV深孔刻蝕
2.1.2深孔側壁絕緣和擴散阻擋層
2.1.3TSV深孔導電填充
2.1.4圓片減薄
2.1.5圓片鍵合
2.2高深寬比深孔刻蝕
2.2.1等離子體刻蝕
2.2.2時分復用法
2.2.3低溫刻蝕法
2.2.4磁中性環路放電刻蝕
2.2.5TSV深孔刻蝕
2.2.6激光刻蝕加工
2.3介質層材料與工藝
2.3.1介質層沉積
2.3.2介質層材料
2.3.3低介電常數介質層
2.4粘附層／擴散阻擋層／種子層材料與工藝
2.4.1擴散阻擋層和種子層的制造方法
2.4.2擴散阻擋層
2.4.3種子層
2.5導電填充與電鍍
2.5.1銅電鍍原理
2.5.2TSV盲孔電鍍
2.5.3TSV通孔電鍍
2.5.4電鍍的理論模型與模擬
2.5.5其他導體材料
參考文獻

第3章 鍵合集成技術
3.1鍵合技術概述
3.1.1鍵合基本原理
3.1.2鍵合方法
3.1.3鍵合對象
3.1.4鍵合強度測量
3.2鍵合對准方法
3.2.1紅外對准
3.2.2光學對准
3.2.3倒裝芯片
3.2.4芯片自組裝對准
3.2.5模板對准
3.3金屬鍵合
3.3.1微凸點技術
3.3.2銅熱壓鍵合
3.3.3金屬共晶鍵合
3.4二氧化硅融合鍵合
3.4.1鍵合原理
3.4.2鍵合過程和特點
3.5高分子臨時鍵合
3.5.1臨時鍵合
3.5.2WaferBOND
3.5.3HD3007
3.5.4其他臨時鍵合材料
3.5.5拆鍵合方法
3.6高分子永久鍵合
3.6.1苯並環丁烯（BCB）鍵合
3.6.2聚酰亞胺（PI）鍵合
3.7金屬一高分子材料混合鍵合
3.7.1Cu—BCB混合鍵合
3.7.2銅一聚酰亞胺混合鍵合
3.7.3銅錫共晶混合鍵合
3.8化學機械拋光（CMP）
3.8.1化學機械拋光基本原理
3.8.2單晶硅和二氧化硅化學機械拋光
3.8.3銅化學機械拋光
3.8.4高分子材料化學機械拋光
3.9硅圓片減薄
3.9.1硅圓片減薄
3.9.2回刻
參考文獻

第4章 三維集成策略
4.1TSV的工藝順序
4.1.1TSV工藝順序的分類及特點
4.1.2ViaFirst工藝
4.1.3ViaMiddle工藝
4.1.4ViaLast工藝
4.1.5基於通孔的三維集成
4.1.6SOI圓片三維集成
4.2鍵合方式的選擇
4.2.1芯片／圓片的選擇
4.2.2芯片方向的選擇
4.2.3鍵合方法的選擇
4.3典型集成方法和策略
4.3.1ViaFirst工藝方法
4.3.2ViaMiddle工藝方法
4.3.3ViaLast工藝方法
4.3.4SOI三維集成的工藝方法
4.3.5通孔電鍍ViaLast方案
4.4插入層技術
4.4.1插入層的功能與特點
4.4.2插入層典型結構及制造流程
4.4.3玻璃插入層
4.4.4插入層的應用
4.5三維集成可制造性
4.5.1三維集成的制造
4.5.2三維集成的制造成本
參考文獻

第5章 三維集成的電學和熱力學特性
5.1三維互連的電學分析及模型
5.1.1TSV閉式參數模型
5.1.2RLCG集約模型
5.1.3寬頻帶集約模型
5.1.4TSV的插入損耗與噪聲耦合
5.1.5TSV性能的溫度影響
5.1.6電容調控
5.2三維集成的熱學特性
5.2.1三維集成的溫度特性及其影響
5.2.2熱傳導模型
5.2.3有限元方法
5.2.4三維集成的功耗優化設計
5.3三維集成的散熱問題
5.3.1熱傳導TSV
5.3.2微流體散熱
5.3.3鍵合層熱導率增強
參考文獻

第6章 三維集成的可靠性
6.1三維集成的可靠性問題
6.2殘余應力
6.2.1殘余應力的影響
6.2.2TSV殘余應力
6.2.3硅片減薄殘余應力
6.2.4鍵合應力
6.3熱應力及熱學可靠性
6.3.1TSV銅柱熱膨脹
6.3.2銅柱熱膨脹對可靠性的影響
6.3.3銅柱熱膨脹對襯底器件電學性能的影響
6.3.4熱膨脹的影響因素
6.3.5退火熱處理
6.3.6溫度沖擊
6.3.7熱膨脹的分析方法
6.4電學可靠性
6.4.1電遷移
6.4.2擴散阻擋層的完整性
6.4.3閾值電壓
6.4.4介質層完整性
6.5三維集成成品率
6.5.1三維集成成品率估計
6.5.2成品率提升
參考文獻

第7章 三維集成檢測與測試
7.1電學參數測量
7.1.1電阻測量
7.1.2TSV電容測量
7.2電學可靠性測量
7.2.1TSV及金屬凸點的電遷移
7.2.2擴散阻擋層完整性
7.2.3介質層完整性
7.2.4TSV電鍍缺陷測量
7.3幾何參數測量
7.3.1硅片彎曲測量
7.3.2TSV深度的測量
7.3.3TSV熱膨脹測量
7.4應力測量方法
7.4.1Stoney公式法
7.4.2集成應力傳感器
7.4.3拉曼散射光譜
7.4.4納米壓痕
7.4.5X射線衍射
7.4.6同步輻射X射線衍射
7.4.7TSV銅晶粒