三维集成是指将多层集成电路在垂直方向上堆叠集成为一体使其如同单一器件,并利用垂直互连(也称三维互连或硅通孔)实现相邻两层之间的电信号连接,从而利用第3个维度的集成提高系统的性能,降低功耗,减小面积并实现异质集成
每层存储器芯片超过5000个TSV,能够实现256GB/s的数据传输率,是GDDR5的7倍。
(3)减小芯片面积:高度方向的多层集成可以大幅度降低芯片面积。例如,AMD公司的HBM ( High-Bandwith-Memory)在带宽提高60%、功耗降低50%的情况下,芯片占用的PCB面积比GDDR5减小94%。
(4)提高集成度:三维集成不依赖于集成电路特征尺寸,可以适用于任何工艺节点,因此利用第3维可以线性提高集成度,从而在不继续减小特征尺寸的情况下,仍旧保持集成度继续增长。例如,三维集成使NAND闪存的容量得到提升,维持了摩尔定律的发展速度。
(5)实现异质芯片集成:三维集成的多层芯片可以是不同工艺甚至不同衬底的芯片,从而能够实现RF、光电子、MEMS、 传感器等与CMOS的三维集成。
三维集成突出的优点使其具有十分广阔的应用前景。2008 年,东芝公司首先量产了基于TSV的CMOS图像传感器,随后三维集成的MEMS及传感器、存储器、FPGA、 功率器件、射频与无线、逻辑与存储集成等产品相继投人量产。随着产业链的持续发展,三维集成制造技术将进一步发展, 成本也将逐渐降低,进而使其获得更加广泛的应用,促进多功能、高性能、小体积、低功耗的系统级集成芯片的发展。
