3D IC（Three-Dimensional Integrated Circuit）是將多顆半導體晶粒沿垂直方向（Z 軸方向）堆疊，並以 TSV（Through-Silicon Via，矽穿孔）或混合鍵合（Copper-Copper 直接接合）進行電氣連接的積體電路技術。與傳統2D（平面）IC 相比，可在縮小占用面積（footprint，基板上的占用面積）的同時，實現更多功能與更高頻寬。
3D IC 的主要架構包括：記憶體堆疊型（HBM 等，將多顆 DRAM 晶粒以 TSV 堆疊）、邏輯+記憶體堆疊型（將 SRAM 堆疊在邏輯晶粒正上方，作為 L2/L3 快取使用）、異質3D 堆疊（堆疊不同功能、不同製程節點的晶粒）等。
混合鍵合（Direct Cu-Cu Bonding）是實現3D IC 的核心技術之一，可將接合間距微縮至10μm 以下（未來可達<1μm），因此能實現比 TSV 更高密度的垂直連接。索尼（CIS：CMOS 影像感測器的 BS/FS 堆疊）、台積電（SoIC）、三星正推動其實用化。
3D IC 製造的主要課題包括：堆疊造成的熱累積（熱密度增加）、各晶粒的對準精度（<0.5μm）、薄化晶圓（<50μm）的處理，以及良率管理（堆疊後無法替換不良晶粒的風險）。因此，Known Good Die（KGD）的事前篩選與測試策略變得相當重要。
3D IC 相關設備的主要供應商為：晶圓接合（Wafer-to-Wafer、Die-to-Wafer）有 EV Group、SUSS MicroTec；混合鍵合機有 Besi、ASMPT（ASM Pacific）、東麗工程（Toray Engineering）；TSV 製程有科林研發、應用材料；晶圓薄化有迪思科（DISCO）、岡本工作機械等。AI 與 HPC 市場的成長正帶動3D IC 技術快速發展。