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该技术极限，透过与3M公司的合作以寻求超越当前架构的其它可能性。然而，IBM在3D方面取得的每项进展也将激起像三星(Samsung)、英特尔(Intel)与台积电等竞争厂商的创造力，这些厂商们都已在3D IC方面各自展开相关开发工作，”市场观察公司The Envisioneering Group总监Richard Doherty表示。
用于制造3D IC的技术并不是最近才开发的，而当今的工作重点在进于一步提升这些技术。例如，目前许多 CMOS成像器以TSV将画素数据从基板前面传至背面，而晶片堆叠的概念可追溯到电晶体先驱William Shockley早在1958年时的专利。此后，堆叠晶片的配置常常被加以利用──例如在ASIC上堆叠MEMS感测器，或在处理器核心上堆叠一个小型DRAM－－但通常是使用焊线接合的方式来实现互连。
从焊线接合过渡到TSV的方式，使得互连更为密集。它还让设计者们免于严格的矩形布局要求，让他们能像设计电路板一样地进行晶片设计。缺乏电路的地区则可用于其他结构，如垂直互连汇流排或甚至是制冷剂气体的烟囱等。异质的3D堆叠晶片还提高了整合度，让整个系统可组合成一个单一的矽晶块。
“3D IC最重要的是带来一个摆脱农场般架构的机会，每个晶片分割为毗邻的矩形区域，”Doherty说。“3D晶片设者所使用的方式并不是试图使用晶片上的所有空间，而是开始从晶片上切割出正方形、三角形和圆形以实现垂直互连，并使其得以散热。
“3D技术启发了更多的晶片设计新思维。设计人员们现在能以创新的方式来结合CPU、记忆体与I/O功能，使他们必须采取不同的
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思考方式来进行设计。这在过去一切都得并排设计的传统方式是无法实现的。”
全球主要的的半导体组织都为3D技术展开各种标准建立工作。国际半导体设备材料产业协会(SEMI)成立了四个致力于3D IC标准制定的工作小组。此外，其3DS-IC标准委员会包括SEMI会员Globalfoundries、HP、IBM、英特尔、三星与联华电子(UMC)，以及Amkor、ASE、欧洲的IMEC、台湾工研院(ITRI)、Olympus、高通(Qualcomm)、Semilab、Tokyo Electron与赛灵思等公司。
半导体制造联盟(Sematech)已经成立了一个3D晶片设计中心。参与成员包括Altera、ADI、LSI、安森美半导体(Semiconductor)和高通等公司。Sematech联盟还在纽约州立大学阿尔巴尼分校科学与工程院设置一条300毫米的3D IC试产线。
比利时微子研究中心(IMEC)与Cascade Microtech公司合作为3D IC进行测试与特征化。德国研究机构Fraunhofer IZM表示可望在2014年以前将处理器、记忆体、逻辑、类比、MEMS和RF晶片整合于单片式3D IC中。
台湾工研院赞助成立了一个3D IC联盟，目前已有超过20家成员联盟。联盟中的许多厂商们均可望从明年初开始提供端至端的3D IC代工服务。
今年九月，在国际半导体展(Semicon)的3D IC技术论坛中，英特尔表示正致力于堆叠3D IC的开发工作(但这并不是指其FinFET三闸电晶体)。此外，在Semicon上，尔必达(Elpida)据称其与力成科
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技(Powertech Technology)和联电在2Gbit DRAM的共同研发上己取得了进展，该合作团队采用了以高密度TSV连结的堆叠DDR3晶片。
联合电子装置工程协会(JEDEC)可望在今年底前率先为3D IC开发出Wide I/O标准。JEDEC规格将支援512位元宽的介面。
法国半导体研究机构CEA-LETI与意法半导体
(STMicroelectronics)和矽晶内插器制造商Shinko Electric Industries Co.共同合作，以推动2.5D至3D IC的顺利过渡。该合作小组现于一座300毫米晶圆制造厂生产原型元件，预计最早在2012年推出商用化设计。
欧洲CMOSAIC专案则展开更长程的计划，期望在2013年以前找到冷却单片式3D IC堆叠的创新办法。这项四年期的计划还包括了苏黎世IBM公司、巴黎高等洛桑联邦理工学院(Ecole Polytechnique Federale de Lausanne)以及苏黎世瑞士联邦理工学院(the Swiss Federal Institute of Technology Zurich)等组织的共同参与。
Sidebar：IBM与3M携手抢攻3D IC市场
IBM + 3M = 3D晶片。这已经是一个琅琅上口的公式。“在这项合作计划中，3M公司提供了可实现3D的技术平台，”IBM公司研究副总裁Bernard Meyerson说。
经过多年研究实现3D IC所需的每项元件技术后，IBM确定目前缺少一种非常重要的材料，因而决定与3M公司携手共同创造这种材料。根据IBM表示，影响3D IC发展的关键障碍是一种未填充的材料，它可同时用来作为电绝缘体和热导体，并从热点耗散热。IBM打算使
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用这种材料来接合3D结构上包含冷却剂的微流体通道。
“3M公司的技术能够满足3D IC接合的真正不同需
求，”Meyerson说。 “我们既想要有无限的导热接合剂，也想要电导率为零。”
根据Meyerson表示，最不利的限制是接合剂的热膨胀系数必须与用于互连的金属配合；否则，接合剂加热时将破坏金属化特性。
“热导率、电导率和热膨胀等都是彼此有关的，更遑论其易碎性。这就是我们所谓过度受限的系统。”
3M电子市场材料部技术总监程明说，3M“基本上是一家有能力调合接合剂与聚合物特性的材料公司，甚至能符合相互冲突的规范需求。我们的接合剂将结合不同类型的聚合物、低聚物和单体，以及必备的触角与粘着剂，以满足IBM的规格需求。”
根据3M公司表示，该公司尚未决定这款共同开发的3D IC接合剂是否将会出售给其他晶片制造商。但根据IBM过去的做法，该公司甚至会对竞争对手授权其关键专利。
3M公司也拥有目前机架式电脑用于冷却热点的流体开发经验──那些流体可能会快速地流经微流体通道而进入3D IC中。Meyerson说：“就算你拥有着完美的接合剂，也可能必须排除较高堆叠内层的热量。透过堆叠的微流体通道水冷散热器可以从矽砖中间耗散掉大量的热。”
程明表示：“我们现有的Fluorinert电子氟化液针对资料中心的伺服器与硬碟，协助其冷却设备进行散热，但与IBM的合作上，我
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们还将探索用于协助冷却3D IC的液体。”
除了使制程技术更加精炼，以实现堆叠晶片的互连与维持冷却状态外，设计人员们还必须思考可能从3D IC串流而出的资料量。在这方面，光子将成为3D IC处理大量I/O时不可分割的一部份。
“目前的电子数据传输可能消耗高达50%的晶片功率。而光子在每位元瓦数方面具备更高能效，将成为3D IC的基本要素。”Meyerson指出，“在堆叠3D IC时，我们将会需要用到雷射器、谐调器和侦测器。”
虽然3M与IBM合作的消息不久前才对外发布，但3M公司开发3D解决方案其实已经有一段时间了。事实上，今年稍早，3M公司就曾经发布一款用于处理3D堆叠晶圆的技术。该公司这款晶片承载系统(Wafer Support System；WSS)简化专为堆叠而磨薄晶圆的处理过程。
WSS系统“首先以临时黏着剂将磨薄的晶圆黏在玻璃上，使玻璃在接合过程中可支撑晶圆，”程明解释，“接着，在两块晶圆堆叠后，再透过雷射剥离过程移除用于承载的玻璃。”
预计在2013年以前，3M公司和IBM公司可望准备好这款端对端制程方案，为有如矽晶摩天大楼般堆叠高达100层晶片的处理器、记忆体、混合讯号、连网与I/O等异质性晶片堆叠实现广泛的商用化量产。