随着摩尔定律临近极限，先进封装已成为提升芯片性能的重要路径之一。而近年来，三维IC和小芯片技术成为业界热门话题，吸引了各大芯片厂商纷纷布局。在2022广东省半导体产业技术峰会上，香港应用科技研究院（以下简称：香港应研院）高级总监史训清博士作了三维集成及互联主题报告，分享了三维集成及互联技术的发展趋势及技术挑战，以及香港应研院在该技术上的研发情况。

　　香港应用科技研究院高级总监史训清博士在线演讲

　　史训清表示，三维IC和小芯片技术是当前半导体领域最热的话题。目前各大厂商为应对以5G、人工智能、自动驾驶以及元宇宙等应用的发展新机遇，更热衷于通过先进的小芯片封装技术，以加强其芯片计算能力及支持芯片异构集成，实现成本与性能的双提升。不过，他认为，“目前很多所谓三维IC技术，严格来说仍然是2.5D，并不是3D的。真正的三维IC技术，应该是把MEMS、Memory、Logic放置在一个芯片上。”

　　“目前三维IC技术主要应用于跟高性能计算相关的CPU、GPU和NPU，可以把一些驱动芯片通过载板和第三代半导体器件，利用模组集成或被动的器件集成，再加上一些传感器件，形成一个三维集成的小芯片系统。”史训清表示。

　　史训清表示，小芯片的三维互联技术优势主要体现在：一是可以大幅提高大型芯片的良率。通过小芯片设计，则可将超大型的芯片按照不同的功能模块切割成独立的小芯片，进行分开制造，这样就可以有效改善良率，同时降低生产成本；二是可以降低设计的复杂度和设计成本；三是降低芯片制造的成本，将系统芯片进行小芯片设计之后，不同的芯粒可以根据需要来选择合适的工艺，来分开制造，然后再通过先进封装技术进行组装，不需要全部都采用先进的工艺在一块晶圆上进行一体化制造，这样可以极大的降低芯片的制造成本；四是可以满足多样化市场需求，特别是满足应用端对定制芯片的需求。

　　史训清表示，TSV技术是三维互联中的一个非常重要的技术。他介绍，TSV技术主要有深硅刻蚀形成微孔绝缘层/阻挡层/种子层的沉积、深孔填充、化学机械抛光、晶圆减薄、再分布线制备等工艺技术。

　　他特别提到，TSV微孔的填充技术是三维集成的关键技术，也是难度较大的一个环节，TSV填充效果直接关系到集成技术的可靠性和良率等问题，而高的可靠性和良率对于三维TSV堆叠集成实用化是至关重要的。他表示，微孔的填充会受到很多因素的影响，比如受到很多电化学高分子材料分子以及一些物理参数的影响。

　　怎么解决这个问题呢？史训清表示，现在比较热门的技术是用AI技术。他表示，香港应研院十几年前就开始做这方面的尝试，利用软件做虚拟设计，需要从物理、化学、流体力学等各个层面做全面考虑，然后再回到基于材料的开发，选用高分子结构进行相关的结构合成，然后对工艺本身进行工艺仿真，进而找到最优化的工艺参数，最后形成无缺陷的填充。

　　另外，史训清介绍，在基片减薄过程中保持良好的完整性，避免裂纹扩展是TSV工艺过程中的另一个难点。

　　他也介绍，针对三维互联芯片技术，香港应研院正进一步开发相关的材料和工艺，既可以做垂直互联，也可以做水平互联，还可以做各种类的三维互联，且开发出了自有知识产权的材料工艺，应用在不同的产品上，包括汽车MEMS、CIS，进而帮助一些企业开发三维的集成技术。

　　2022广东省半导体产业技术峰会录播

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