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TSV(シリコン貫通電極)とは

TSV(Through-Silicon Via、シリコン貫通電極)とは、チップを厚み方向に貫いて上下の面をつなぐ電極です。 チップを積層したとき、上下の階を直接つなぐ経路になります。

チップを積むだけでは、上下の階はつながりません。周辺へワイヤを回して結ぶこともできますが、配線が長くなり、本数も外周の長さで頭打ちになります。積層の利点である短い距離を活かすには、垂直に貫く経路が要ります。

TSVは、その垂直の道です。厚み方向に穴を掘り、絶縁し、金属で埋めます。距離はチップの厚みだけになり、面全体へ格子状に配置すれば何千本もの経路を取れます。積層の効果が最大に出る接続方法です。

回り込むか、まっすぐ貫くか
外周へ回して結ぶ基板配線が長くなる本数は外周の長さで頭打ちになる積層して距離を縮めたのに、つなぎ方で長さが戻ってしまう厚み方向に貫く(TSV)基板距離はチップの厚みだけ面全体へ格子状に置ける何千本もの経路を取れる増え方が違う外周に沿って結ぶ ── 辺の長さで決まる面に貫く ── 面積で決まるBGAで端子を下面へ移したのと、同じ形の解決そのかわり要ること深く細い穴を掘り、側壁まで絶縁する貫通させるには、先に薄くしておく厚いままでは埋めることも絶縁することも難しくなる
外周へワイヤを回すと配線が長くなり、本数も辺の長さで頭打ちになります。厚み方向に貫けば距離はチップの厚みだけになり、面全体へ格子状に置けます。増え方が1次元から2次元へ変わります。

作る工程は3段に分かれます。掘る、絶縁する、埋めるです。掘るのはDRIEが担います。KLAは公式製品ページで、シリコンのDRIEがボッシュプロセスを使い、プラズマの化学種をエッチングと側壁保護の段の間で繰り返し切り替えて、シリコンへ異方性の溝や穴を作ると述べています。

TSV の作り方 ─ 掘る、絶縁する、埋める、露出させる
① DRIE で掘るボッシュプロセスで垂直に深く掘る② 絶縁するALD で側壁まで均一に覆う③ 金属で埋めるシード層の上へめっきで充填④ 裏面を削る底が露出して貫通電極になる
DRIEで垂直に深い穴を掘り、ALDで側壁まで均一に絶縁膜を付け、シード層の上へめっきで金属を埋めます。最後に裏面を削って底を露出させると、上下を貫く電極になります。

穴の中は絶縁が要ります。金属がシリコンへ直接触れれば、そこから電流が漏れます。深く細い穴の側壁まで均一に覆う必要があるため、表面で反応が自己停止するALDが向きます。その上にバリア膜とシード層を付け、めっきで金属を埋めます。

側壁に覆えていない所があると、そこから電流が漏れる
覆えていない所があると金属がシリコンへ直接触れるとそこから電流が漏れる側壁まで均一に覆えていれば側壁が全面覆われていれば金属はシリコンに触れない絶縁膜金属シリコンだから、ALDが向く側壁まで均一に覆う必要がある表面で反応が自己停止するALDが深く細い穴に向く絶縁膜の上に、さらに重なるその上にバリア膜とシード層を付けめっきで金属を埋める
穴の中を絶縁するのは、金属がシリコンへ直接触れると電流が漏れるからです。深く細い穴の側壁まで均一に覆う必要があるため、表面で反応が自己停止するALDが向きます。

貫通させるには薄化が前提になります。厚いままではアスペクト比が高くなりすぎ、埋めることも絶縁することも難しくなります。表面側から途中まで掘っておき、裏面を削って底を露出させる順序が使われます。DISCOは公式技術ページで、TAIKOプロセスが薄化後の加工(貫通孔形成、バンプ配置など)の容易さを向上させると述べています。

この用語に対応する装置と製造メーカー

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TSVとは何ですか?

TSV(Through-Silicon Via、シリコン貫通電極)は、チップを厚み方向に貫いて上下の面をつなぐ電極です。チップを積層したとき、上下の階を直接つなぐ経路になります。

なぜTSVが要るのですか?

積んだチップの上下をつなぐ最短の道だからです。周辺にワイヤを回して結ぶこともできますが、配線が長くなり本数も限られます。垂直に貫けば、距離は厚み分だけで、面全体に何千本も配置できます。

どうやって作りますか?

深い穴を掘り、絶縁して、金属で埋めます。掘るのはDRIEです。KLAの公式製品ページは、シリコンのDRIEがボッシュプロセスを使い、エッチングと側壁保護を繰り返し切り替えて異方性の溝や穴を作ると述べています。

穴の中はどう絶縁しますか?

側壁へ絶縁膜を付けます。深く細い穴の側壁まで均一に覆う必要があるため、表面で反応が自己停止するALDが向きます。その上にバリア膜とシード層を付け、めっきで金属を埋めます。

薄化との関係は何ですか?

貫通させるには薄くする必要があります。厚いままでは穴のアスペクト比が高くなりすぎて埋められません。表面側から途中まで掘っておき、裏面を削って底を露出させる順序が使われます。

TSVの装置メーカーはどこですか?

当サイトの装置カタログDBでは、DRIEと先進パッケージングに一致する製品familyを持つメーカーを公式製品ページ単位で引けます。KLA(SPTS)、ラムリサーチ、DISCO、Evatecなどが該当します。

この記事の事実は次の一次資料を根拠とし、各URLの到達可否をこちらで実測しています。したがって、リンク先が移動または消滅した場合は、その旨をこのページへ反映します。

  • KLA(SPTS)「Etch」公式製品ページ(2026年8月22日にリンク生存を実測、200)
  • DISCO「TAIKO Process」公式技術ページ(2026年8月22日にリンク生存を実測、200)
  • 装置と製造メーカーの行は intel.equipment_vendor_families(公式製品ページ由来)から生成
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