三維集成技術（第2版）

目錄

第1章三維集成技術概述

1.1三維集成的基本概念

1.1.1三維集成的結構

1.1.2三維集成的優點

1.2三維集成制造技術

1.2.1三維集成制造方法

1.2.2三維集成工藝順序

1.3三維集成的歷史和現狀

1.3.1順序三維集成

1.3.2並行三維集成

1.3.3三維集成產品

1.3.4三維集成產業鏈

1.4三維集成的發展和挑戰

1.4.1三維集成的發展

1.4.2三維集成面臨的挑戰

參考文獻

第2章深孔刻蝕技術

2.1等離子體概述

2.1.1低溫等離子體的產生

2.1.2電容耦合等離子體

2.1.3電感耦合等離子體

2.2反應離子刻蝕

2.2.1刻蝕原理

2.2.2常用材料的刻蝕

2.3Bosch深刻蝕技術

2.3.1Bosch深刻蝕原理

2.3.2工藝參數的影響

2.3.3刻蝕結構控制

2.4穩態刻蝕

2.4.1低溫穩態刻蝕

2.4.2常溫穩態刻蝕

2.5TSV深孔刻蝕

2.5.1TSV的刻蝕方法與設備

2.5.2倒錐形TSV刻蝕

2.6激光刻蝕

2.6.1刻蝕原理

2.6.2刻蝕特點

參考文獻

第3章介質層與擴散阻擋層沈積技術

3.1TSV的介質層和擴散阻擋層

3.1.1CMOS的互連材料

3.1.2TSV的材料體系和制造技術

3.2薄膜沈積技術

3.2.1物理氣相沈積

3.2.2化學氣相沈積

3.2.3金屬有機物化學氣相沈積

3.2.4原子層沈積

3.2.5快速原子層順序沈積

3.3二氧化矽介質層

3.3.1等離子體增強化學氣相沈積

3.3.2次常壓化學氣相沈積

3.3.3原子層沈積

3.4其他材料介質層

3.4.1高分子聚合物介質層

3.4.2氮化矽和氮氧化矽

3.4.3低介電常數介質層

3.4.4三氧化二鋁

3.5擴散阻擋層

3.5.1TiTiN

3.5.2TaTaN

3.5.3WC/WN/WCN

3.5.4TiTiW

3.5.5MnN

3.6銅種子層

3.6.1物理氣相沈積

3.6.2金屬有機物化學氣相沈積與原子層沈積

3.7濕法沈積技術

3.7.1化學鍍

3.7.2電接枝與化學接枝

參考文獻

第4章TSV銅電鍍技術

4.1銅互連技術

4.1.1銅互連制造方法

4.1.2TSV銅互連

4.2銅電鍍的原理和設備

4.2.1銅電鍍原理

4.2.2銅電鍍液與設備

4.2.3晶粒的產生與分布

4.2.4自退火現象

4.3TSV電鍍

4.3.1盲孔電鍍的特點

4.3.2電流密度與電流波形

4.3.3超共形電鍍

4.3.4TSV通孔電鍍

4.3.5TSV電鍍的理論模型

4.4TSV應力

4.4.1殘余應力

4.4.2銅柱熱膨脹應力

4.4.3銅柱熱膨脹對器件的影響

4.4.4影響熱應力的因素

4.5TSV熱退火

4.5.1退火對TSV的影響

4.5.2TSV熱退火

4.6其他導體材料

4.6.1鎢

4.6.2多晶矽

4.6.3BiSnAg

參考文獻

第5章鍵合技術

5.1鍵合技術概述

5.1.1鍵合基本原理

5.1.2鍵合機

5.1.3鍵合對準

5.1.4鍵合方式

5.2介質層鍵合

5.2.1二氧化矽鍵合

5.2.2碳氮化矽鍵合

5.3聚合物永久鍵合

5.3.1聚合物鍵合基本性質

5.3.2苯並環丁烯鍵合

5.3.3聚酰亞胺鍵合

5.4臨時鍵合

5.4.1臨時鍵合流程

5.4.2拆鍵合方法

5.4.3臨時鍵合材料

5.5金屬鍵合

5.5.1銅熱壓鍵合

5.5.2低溫及室溫銅鍵合

5.5.3鋁熱壓鍵合

5.5.4共晶鍵合

5.5.5瞬時液相鍵合

5.6晶圓級混合鍵合

5.6.1金屬聚合物混合鍵合

5.6.2銅介質層混合鍵合

5.7芯片晶圓級混合鍵合

5.7.1直接芯片晶圓混合鍵合

5.7.2集體芯片晶圓混合鍵合

參考文獻

第6章化學機械拋光技術

6.1化學機械拋光原理

6.1.1CMP基本原理

6.1.2CMP影響因素

6.1.3CMP的典型應用

6.2矽和介質層化學機械拋光

6.2.1單晶矽化學機械拋光

6.2.2SiO2化學機械拋光

6.3銅化學機械拋光

6.3.1銅化學機械拋光液

6.3.2銅化學機械拋光原理

6.4聚合物化學機械拋光

6.4.1BCB化學機械拋光

6.4.2聚酰亞胺化學機械拋光

6.5晶圓減薄

6.5.1晶圓背面減薄

6.5.2機械研磨

6.5.3減薄後處理

6.6TSV化學機械拋光

6.6.1TSV CMP

6.6.2正面CMP

6.6.3背面CMP

參考文獻

第7章工藝集成與集成策略

7.1三維集成的制造方案

7.1.1TSV制造順序

7.1.2TSV結構與鍵合

7.2FEOL方案

7.2.1工藝流程與結構特點

7.2.2典型方案

7.3MEOL方案

7.3.1工藝流程與結構特點

7.3.2先TSV後鍵合

7.3.3先鍵合後TSV

7.4BEOL方案

7.4.1工藝流程與結構特點

7.4.2先TSV後鍵合

7.4.3先鍵合後TSV

7.5超薄晶圓三維集成

7.5.1MEOL方案

7.5.2BEOL方案

7.6單片三維集成

7.6.1單片三維集成的難點

7.6.2下層器件

7.6.3單晶矽晶圓集成

7.6.4上層器件

7.6.5單晶矽單片三維集成

7.6.6其他材料單片三維集成

參考文獻

第8章插入層技術

8.1插入層結構與功能

8.1.1插入層結構

8.1.2插入層功能

8.1.3插入層材料

8.2矽基插入層

8.2.1矽插入層結構與制造技術

8.2.2矽基插入層的性質

8.3玻璃插入層

8.3.1玻璃插入層結構與制造技術

8.3.2玻璃插入層的性質

8.4有機插入層

8.4.1有機基板的結構與制造

8.4.2有機插入層的結構與制造

8.4.3扇出型晶圓級封裝

8.5插入層翹曲

8.5.1翹曲的產生和抑制

8.5.2翹曲分析方法

參考文獻

第9章芯粒集成技術

9.1芯粒的概念與結構

9.1.1芯粒的基本概念

9.1.2芯粒技術的優勢

9.1.3芯粒技術的實現

9.2芯粒集成技術

9.2.1芯粒的集成方法

9.2.2扇出型晶圓級封裝集成

9.2.3插入層集成

9.2.4芯片橋接集成

9.2.5三維集成

9.3芯粒間高密度互連

9.3.1高密度TSV

9.3.2高密度金屬凸點

參考文獻

第10章TSV的電學與熱力學特性

10.1TSV的電學特性

10.1.1TSV電磁場與電信號

10.1.2TSV基本電學模型

10.1.3TSV的傳輸特性

10.2三維集成的熱學特性

10.2.1三維集成的溫度特性及其影響

10.2.2熱傳導模型

10.2.3有限元方法

10.3三維集成的散熱

10.3.1熱量的產生與散熱

10.3.2熱傳導TSV

10.3.3微流體散熱

10.3.4熱導率增強鍵合層

10.4高頻應用TSV

10.4.1同軸TSV

10.4.2聚合物介質層TSV

10.4.3空氣介質層TSV

參考文獻

第11章三維集成的可制造性與可靠性

11.1三維集成的可制造性

11.1.1可制造性

11.1.2三維集成的制造成本

11.2三維集成的制造過程缺陷

11.2.1TSV缺陷

11.2.2背面工藝缺陷

11.2.3鍵合缺陷

11.2.4三維集成的成品率

11.3三維集成的可靠性

11.3.1影響可靠性的因素

11.3.2可靠性問題的來源

11.4殘余應力與熱應力

11.4.1殘余應力與熱應力的影響

11.4.2熱應力與熱學可靠性

11.4.3熱沖擊

11.5TSV電學可靠性

11.5.1金屬原子遷移

11.5.2擴散阻擋層的完整性

11.5.3介質層的完整性

11.6金屬鍵合可靠性

11.6.1銅直接鍵合

11.6.2瞬時液相鍵合

11.6.3金屬凸點的力學可靠性

參考文獻

第12章三維集成的應用

12.1MEMS與傳感器

12.1.1集成結構與發展過程

12.1.2MEMS與CMOS集成

12.1.3晶圓級真空封裝

12.1.4多芯片集成

12.2三維集成圖像傳感器與射線探測器

12.2.1TSV圖像傳感器

12.2.2兩芯片三維集成圖像傳感器

12.2.3多芯片三維集成圖像傳感器

12.2.4像素級互連圖像傳感器

12.2.5紅外與輻射探測器

12.3三維集成存儲器

12.3.1三維集成大容量DRAM

12.3.2三維集成高帶寬DRAM

12.3.3NAND三維集成

12.3.4新型存儲器

12.4三維集成處理器

12.4.1處理器的三維集成方案

12.4.2處理器與SRAM集成

12.4.3處理器與DRAM集成

12.4.4處理器與處理器集成

12.4.5處理器與電源芯片

12.5三維集成光電系統

12.5.1插入層集成

12.5.2三維集成

12.6三維集成模擬及功率器件

12.6.1模擬數字集成

12.6.2化合物半導體

12.7芯粒集成與2.5D集成

12.7.1芯粒集成FPGA

12.7.2處理器同構集成

12.7.3處理器與HBM集成

參考文獻