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3D IC和2.5D矽通孔（TSV）互連技術廣泛應用於MEMS、CMOS圖像傳感器和高端應用。何時它將成為消費類芯片的主流技術呢？

TSV尋找更廣泛的應用！

前些年，TSV技術開始被MEMS和CMO​​S圖像傳感器採用。由於消費類應用驅動，如智能手機和平板電腦，預計未來幾年該市場將繼續增長。對於高端應用，2015年將成為TSV技術應用的轉折點。目前，行業標準已經確定，因此將很快進入量產製造。2016-2017年，Wide I/O和Logic-on-Logic很可能廣泛採用TSV技術。新興應用，如基於中介層的光電子芯片，也正在開發新的產品。然而，該市場在2019-2020年之前都很難採用TSV技術。圖1展示了未來五年TSV市場普及和增長情況，詳情見本報告。

圖1 未來五年TSV晶圓增長情況（按應用劃分）

TSV廠商很多，佈局不同的應用領域，但主要有兩種方法！

3D技術和專用的TSV技術採用不同的方法處理晶圓。其結果是，不同的商業模式被開發出來。

現今，主要有兩種常用的TSV方法：via last和via middle。

IDM和晶圓代工廠都是通過via middle方法來製造存儲器和邏輯芯片。他們採用TSV將前端和後端結構相互連接，以提高完整的器件集成。大部分via middle應用於300mm晶圓，並且正在建立TSV標準。

與此相比，OSAT和中端晶圓廠，以及MEMS代工廠，大多數採用via last方法。

OSAT可以完成晶圓背面減薄、via reveal工藝、bumping工藝和芯片堆疊等。

圖2是採用via middle方法的主要TSV廠商的商業模式。

圖2 採用via middle方法的主要TSV廠商情況

一旦3D技術被採用，則它永遠不會被拋棄……

今天，是什麼驅動3D IC市場增長？從根本上說，多年來驅動因素並未改變，目前3DIC仍然受“性能和功能”驅動，並減小芯片尺寸，降低成本。採用3D IC技術有諸多優點，以及異構集成的能力，因此有著廣泛的應用前景。

一旦3D技術被採用，則它永遠不會被拋棄。即使經過多年的發展，CMOS圖像傳感器的集成方法已經改變，但是TSV技術演進從未停止過（見圖3）。

CMOS圖像傳感器的領導廠商索尼通過full-filled TSV和via last方法來實現圖像傳感器與CMOS芯片堆疊，使得芯片表面的面積利用率提高（90%），減小芯片尺寸。

這項技術稱為Exmor，採用3D堆疊集成方法，並且這已經成為新的趨勢，因為它使芯片尺寸更小、片上處理速度更快。這項技術也適合異構集成芯片：MEMS與ASIC通過TSV集成，如mCube和Bosch的加速度計；醫療應用的集成無源器件的3D堆疊芯片等。

圖3 CMOS圖像傳感器的TSV技術演進

接下來的市場策略

由於市場對性能提高的需求，2015年將是3D TSV技術實現大批量生產的一年。

在高端市場，非易失性存儲器，尤其是DRAM，需要3D TSV技術：堆疊存儲器芯片可以顯著降低功耗，提高性能。

最近一些採用TSV技術的新聞：今年主​​要的存儲器廠商已經開始出貨樣品，他們準備今年年底進入大批量製造；SK海力士計劃與AMD合作的高帶寬存儲器（HBM）將於今年交付；Micron出貨混合式存儲器（HMC）工程樣品，用於高性能計算（HPC），併計劃今年年底批量生產；英特爾近期透露正在研發第二代Xenon Phi處理器，該處理器是與Micron合作，採用基於TSV工藝的“on-package memory”技術；三星也在堆棧DRAM方面有進展，採用“Widcon”技術的第二代Wide I/O方法獲得驗證，計劃下一代Exynos處理器將用於消費市場。

毫無疑問，3D IC將用於高端應用，因為所以的關鍵廠商都將TSV技術放到產品路線圖上，並有樣品出貨。

採用3D IC的問題依然是：如何且何時將發生在消費市場？製造成本還需要進一步降低；設備和材料供應商與主要廠商繼續合作開發，將3D IC技術帶入消費市場。我們相信採用TSV技術的3D堆疊肯定會成為一個可行的方案。

資料來源:YOLE