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仕組み

TSV(シリコン貫通電極)とは チップを縦に貫く電極でHBMの層を結ぶ

TSVは、チップに縦の穴をあけて金属を埋め、積み重ねたチップの上下をつなぐ電極です。SKハイニックスは、HBMのチップには数千個の縦の貫通穴があると説明しています。

ポイント
  • TSVは「Through-Silicon Via」の略で、シリコンのチップを縦に貫く電極です。
  • チップの外側に配線を回さず、チップの中を通して上下を直接つなぎます。距離が短く、本数を増やせます。
  • SKハイニックスは、TSVを「HBMの性能を支える中核の技術」と位置づけ、チップには数千個の貫通穴があると説明しています。
  • 穴を掘り、銅で埋め、ウエハーの裏を削って電極の頭を出す、という工程でつくります。

チップを積み重ねると、上のチップと下のチップの間で信号を受け渡す必要があります。昔は、チップの縁から線を引き出して外を回してつないでいました。TSVは、チップそのものに縦の穴をあけ、その穴に金属を通して、上下を最短の距離で結びます。

つくり方

  1. 穴あけ:ウエハーの表面から、エッチングで細く深い穴を掘ります。穴はウエハーを貫通させず、途中で止めます。
  2. 絶縁と下地:穴の内側に絶縁の膜をつけ、その上に銅が広がらないためのバリアの膜と、めっきの土台の膜をつけます。
  3. 埋め込み:めっきで穴を銅で埋めます。細く深い穴の奥まで、すき間なく埋めるのが難しい点です。
  4. 裏からの研削:ウエハーの裏を削って薄くし、穴の底の銅の頭を裏側に出します。
  5. 接続:表と裏の電極にバンプなどをつけ、上下のチップとつなぎます。

米ラムリサーチは、自社のめっき装置をTSVの金属づくりにも使うと説明しています。裏を削る工程では、ディスコなどの研削装置を使います。

HBMでの役割

HBMは、DRAMのチップを何層も重ね、TSVで上下をつないだメモリです。SKハイニックスは2026年6月24日のニュースルームの解説で、TSVをHBMの性能を支える中核の技術と位置づけました。チップに数千個の微細な縦の貫通穴をあけ、層を直接つなぐと説明しています。積む層が増えるほど、反りや熱の問題が大きくなるとしています。

SKハイニックスのHBM4の主な数字(2025年9月12日の発表)
項目数字
I/O(データの出入り口)の数2048本(前の世代の2倍)
1本あたりの速さ毎秒10ギガビット超
JEDECの規格の速さ毎秒8ギガビット
電力の効率40%以上の改善

I/Oが2倍になれば、データを運ぶ道も増やす必要があります。限られたチップの面積にTSVを並べるため、穴を細く、間隔を狭くする技術が要ります。SKハイニックスは10月28日の決算発表で、7〜9月期にHBM4の出荷が本格化したと説明しました。米マイクロンや韓国サムスン電子もHBMをつくっています。

HBM以外の使い道

TSVは、画像センサーで画素のチップと処理のチップを重ねる製品や、先端パッケージで使うシリコンの中間基板(インターポーザー)にも使われます。インターポーザーでは、上に載せたGPUやHBMの信号を、TSVを通して下のパッケージ基板へ送ります。

関連する用語

  • HBM:DRAMのチップを積み重ね、TSVでつないだ高帯域のメモリです。
  • マイクロバンプ:TSVの頭どうしをつなぐ、ごく小さな金属の突起です。
  • ハイブリッドボンディング:バンプを使わず、銅の電極どうしを直接接合する方法です。

SKハイニックスは、2026年10〜12月期にHBM4が出荷量と売上の両方でHBM3Eを上回ると見込んでいます。ディスコの2026年7〜9月期の出荷額は1486億円で、HBM向けを中心にメモリ向けが増えました。

この記事は公開資料をもとに作成しています。売買をすすめるものではありません。誤りを見つけたら訂正します(編集方針)。

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