近日，微電子所新技術(shù)開發(fā)部微系統(tǒng)技術(shù)實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)計算、混合存儲器立方體、高帶寬存儲器（HBM）、互補金屬氧化物半導體（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存在嚴重的熱應力問題，會導致晶體管遷移率和參數(shù)偏移進而影響器件性能，甚至導致器件損壞，亟需通過結(jié)構(gòu)調(diào)控抑制熱應力對器件可靠性的影響。

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“類橄欖球”狀TSV結(jié)構(gòu)，具有小孔徑、高深寬比、低應力等特點。向內(nèi)潰縮的應力緩沖空心結(jié)構(gòu)為TSV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(jié)構(gòu)兼容后續(xù)傳統(tǒng)旋涂涂膠工藝，具有普適性。目前已實現(xiàn)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?。?/span>31.02MPa）的TSV結(jié)構(gòu)，其直徑5μm、中心距 25μm、TSV數(shù)量達320000（密度1600個/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。

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（2095-8099，2095-8099，https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.11.023）。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。該研究成果同時被2023 IEEE 73rd Electronic Components and Technology Conference （ECTC）會議收錄，并以分會場報告的形式展示。

Engineering期刊瞄準世界科技前沿，服務(wù)國家重大戰(zhàn)略需求，面向人民生命健康，聚焦具有重大經(jīng)濟、社會意義和世界先進水平的工程科技原創(chuàng)性成果，內(nèi)容涉及全球重大挑戰(zhàn)、人工智能、新冠病毒肺炎、碳中和、6G等工程科技前沿熱點，引領(lǐng)工程科技各前沿領(lǐng)域的發(fā)展。

Electronic Components and Technology Conference （ECTC）是匯聚封裝、元件和微電子系統(tǒng)科學、技術(shù)和教育領(lǐng)域最佳合作與技術(shù)交流環(huán)境的頂級國際盛會。

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S209580992400153X

高密度互連的低應力TSV設(shè)計與制備