TSV（硅通孔）技术是HBM制造中最核心的工序。综合多家机构深度研究显示，对于4层DRAM+1层逻辑芯片的HBM，在99.5%键合良率下，TSV成本占比高达30%（其中TSV制造18%、TSV显露12%）。TSV工艺流程包括硅通孔刻蚀、绝缘层沉积、阻挡层/种子层制备、电镀填充、CMP抛光五大核心步骤。目前TSV核心设备仍由应用材料、泛林半导体等海外巨头主导，但中微公司、北方华创、华海清科、盛美上海等国产设备商正从刻蚀、CMP、电镀等环节加速突破。
TSV五步工艺：深反应离子刻蚀→绝缘层→阻挡层→电镀→CMP
TSV制造的主要工艺流程依次为：（1）深反应离子刻蚀（DRIE）形成通孔——Bosch工艺交替进行刻蚀和保护，可达到20:1以上的深宽比；（2）绝缘层制备——CVD/PECVD沉积绝缘层，防止漏电和串扰；（3）阻挡层和种子层制备——PVD沉积阻挡层（氮化硅钽/钛/氮化钛）和铜种子层；（4）电镀填充——硫酸铜体系电镀，自下而上的沉积工艺实现无空洞填充；（5）CMP抛光——去除多余铜、阻挡层和氧化层。一旦完成铜填充，则需对晶圆进行减薄，最后进行晶圆键合。
各环节设备与国内布局
硅通孔刻蚀：国外应用材料、泛林半导体主导，国内中微公司、北方华创提供等离子刻蚀机。绝缘层沉积：国外KLA（SPTS）、应用材料，国内拓荆科技。阻挡层/种子层：国外KLA（SPTS），国内北方华创。电镀填充：国外安美特、东京电子、应用材料、泛林半导体提供设备，陶氏化学等提供电镀液；国内盛美上海提供设备，上海新阳、天承科技提供电镀液。CMP抛光：国外应用材料、Ebara，国内华海清科、特思迪提供设备，鼎龙股份、安集科技提供抛光垫/液。
测试环节：TSV缺陷检测是HBM良率的关键
TSV刻蚀及填充质量对三维集成整体性能影响显著，微小尺寸、层叠结构及晶圆减薄使得TSV缺陷检测较为复杂。缺陷检测方法包括：电学检测（可测试功能完整性但易损晶圆）、光学检测（红外可穿透硅但无法测金属内部缺陷）、声学检测（分辨率不足）、X射线检测（分辨率高但三维重建效率低）。国内精智达探针卡/老化修复设备已通过验证，晶圆测试机样机验证接近完成；赛腾股份收购日本OPTIMA切入晶圆检测领域，已成为三星、协鑫、中环等晶圆厂商的检测设备供应商。
减薄与临时键合：TBDB提高良率
超薄晶圆机械强度低、翘曲度高，需采用临时键合和解键合工艺（TBDB）。临时键合步骤包括键合介质涂覆、前烘固化、晶圆与键合载片对准、真空热压；解键合包括UV照射/机械剥离/激光剥离、晶圆清洗。气泡排除和翘曲度控制是工艺难点。芯源微临时键合&解键合设备新签订单2024H1同比增长超过十倍，应用于Chiplet和HBM领域。
表：TSV各环节设备与国内供应商| 工艺流程 | 国外主要供应商 | 国内主要供应商 |
|---|
| 硅通孔刻蚀（DRIE） | 应用材料、泛林半导体 | 中微公司、北方华创 |
| 绝缘层沉积（CVD） | KLA（SPTS）、应用材料 | 拓荆科技 |
| 阻挡层/种子层（PVD） | KLA（SPTS） | 北方华创 |
| 电镀填充 | 安美特、东京电子、应用材料 | 盛美上海（设备）、上海新阳（电镀液） |
| CMP抛光 | 应用材料、Ebara | 华海清科、鼎龙股份、安集科技 |
| 晶圆检测 | — | 赛腾股份、精智达 |
| 临时键合/解键合 | EVG、SUSS | 芯源微 |
