本书系统地阐述了作为后摩尔时代关键突破技术的硅通孔（TSV）技术及其解决方案。面对传统平面微缩逼近物理极限与经济性崩塌的严峻挑战，TSV技术凭借其超高的互连密度、极低的信号延迟和卓越的功耗效率，成为重构芯片架构、实现性能跃升与成本优化的核心支柱。本书深入解析了TSV的三维集成需求、制造工艺链、关键设计挑战、可靠性分析与热管理等技术内容；然后紧密结合产业实践，详细解析了TSV技术在HBM、Chiplet异构集成、CIS、MEMS封装及LED等前沿领域的成功应用案例；同时，前瞻性地介绍了TSV技术的未来演进路径。本书最后的附录还提供了相关技术术语、关键工艺参数、生态图谱和技术路线等内容。

本书适合从事电子、微电子、半导体、三维集成电路设计的工程师、科研人员和技术管理人员阅读，也可以作为高等院校相关专业高年级本科生和研究生的补充阅读内容和参考书。

前言

第1章　三维集成与硅通孔技术概论（基础）1

1.1　后摩尔时代的三维集成需求1

1.1.1　摩尔定律的物理极限及面临的经济性挑战催生TSV1

1.1.2　三维集成技术的定义分类与演进路线5

1.2　TSV技术导论11

1.2.1　TSV的功能定义与类型分类13

1.2.2　TSV的技术优势与应用场景23

1.2.3　TSV技术与三维先进封装的关系24

1.3　基于TSV的三维集成与行业生态27

1.3.1　基于TSV技术的双层三维集成方式27

1.3.2　基于TSV技术的多芯片三维集成方式29

1.3.3　应对TSV的三维集成设计挑战的关键发展方向31

1.3.4　基于TSV技术的行业生态与发展趋势34

第2章　TSV制造工艺（进阶）38

2.1　深硅刻蚀工艺39

2.1.1　激光打孔40

2.1.2　DRIE（Bosch工艺）42

2.2　绝缘层沉积47

2.2.1　氧化法48

2.2.2　等离子体增强化学气相沉积50

2.2.3　原子层沉积52

2.3　阻挡层与种子层制作56

2.3.1　PVD制作TSV阻挡层56

2.3.2　CVD制作TSV阻挡层58

2.3.3　ALD制作TSV阻挡层60

2.3.4　种子层制作62

2.4　铜填充与CMP64

2.4.1　铜填充工艺64

2.4.2　CMP工艺68

2.5　TSV背面处理技术70

2.5.1　晶圆临时键合与解键合技术71

2.5.2　晶圆减薄技术74

2.5.3　背面平整暴露75

2.5.4　背面通孔暴露76

第3章　TSV建模与仿真（专业）78

3.1　TSV电学参数78

3.1.1?TSV电学参数简化的原则78

3.1.2?TSV电学参数计算方法79

3.1.3?简化计算应用82

3.2　TSV参数化建模82

3.2.1　几何结构建模的重要性82

3.2.2?提高TSV几何结构建模83

3.2.3?几何结构建模示例84

3.3　单TSV等效电路模型85

3.3.1　等效电路模型的重要性86

3.3.2?单TSV等效电路模型应用86

3.4　多TSV等效电路模型87

3.4.1?多TSV建模87

3.4.2　多TSV电路模型应用89

3.5　TSV热应力建模分析90

3.5.1?热应力建模理论概述91

3.5.2?热应力建模分析应用93

第4章　TSV可靠性分析与热管理（专业）95

4.1　TSV可靠性的影响因素分析95

4.1.1　热机械应力96

4.1.2　电迁移98

4.1.3　工艺缺陷101

4.2　TSV可靠性设计技术103

4.2.1　TSV硬件冗余及故障容错策略104

4.2.2　TSV可测试性设计107

4.2.3　TSV可靠性测试标准113

4.3　TSV热管理技术115

4.3.1　电-热-机械应力耦合效应115

4.3.2　铜凸起抑制技术120

4.3.3　TSV散热技术123

第5章　TSV技术应用与系统集成案例（进阶）130

5.1　高端领域的集成案例130

5.1.1　高带宽存储器技术简介130

5.1.2　基于TSV的GPU集成案例133

5.1.3　基于TSV的CPU集成案例134

5.1.4　基于TSV的FPGA集成案例137

5.1.5　基于TSV的AI芯片集成案例138

5.1.6　基于TSV的自动驾驶集成案例140

5.2　CMOS图像传感器集成案例140

5.2.1　基于TSV的堆叠式结构技术简介140

5.2.2　基于TSV的索尼公司的CIS集成案例142

5.2.3　基于TSV的三星公司的CIS集成案例144

5.3　微机电系统与传感器集成案例144

5.3.1　基于TSV的MEMS集成案例145

5.3.2　基于TSV的RF BAW集成案例148

5.3.3　基于TSV的指纹传感器集成案例149

5.4　LED及其他应用场景的集成案例150

5.4.1　基于TSV的LED集成案例150

5.4.2　基于TSV的堆叠存储集成案例152

5.4.3　基于TSV的生物医疗集成案例152

第6章　TSV技术未来发展与挑战（前沿）156

6.1　新兴材料与工艺探索156

6.1.1　碳纳米管与石墨烯TSV 156

6.1.2　低温（<200℃）键合工艺163

6.2　光子TSV与光电集成171

6.2.1　光互连TSV技术172

6.2.2　光电共封装技术174

6.3　玻璃通孔技术179

6.3.1　TGV的材料优势181

6.3.2　TGV的制造工艺182

6.4　规模化生产与成本挑战185

6.4.1　TSV规模化生产的挑战185

6.4.2　TSV良率提升的路径187

附?录　192

附录A　TSV术语速查表192

附录B　TSV关键工艺参数196

附录C　TSV与TGV等技术对比197

附录D　集成电路TSV三维封装可靠性试验方法指南198

附录E　TSV生态图谱204

附录F　各厂商TSV技术路线205