研究開発された技術紹介

三次元積層型イメージセンサは、センサ領域が広く、かつ高速画像処理可能という特徴から、医療、車、天体観測・監視等の広い分野で適用が検討されている。化合物半導体センサまで含めると低温/低荷重、更には空間分解能向上のために微小ピッチでマイクロバンプによる電気的接続ができることが不可欠である。本研究では、ガスデポジション法を用いた金コーンバンプを微細化し、化合物半導体の特性劣化が抑えられる世界最先端の2μM以下のバンプピッチを実現できる積層技術を開発する

従来と同じチップサイズで100倍以上の解像度を上げることを目標に、従来の1/10以下のピッチ、かつ化合物半導体が劣化しない低温で、加熱圧着で積層できる技術の開発
(新技術)
ナノパーティクル堆積装置(NpD装置)を使う方法
(新技術のポイント)
簡単に微細化でき、かつコスト的に有利

・金コーンバンプの開発
→ナノパーティクルデポジション装置を導入し、堆積速度向上のため改造/ナノパーティクルデポジション法で1μmφ金コーンバンプを形成/120℃で接合し、ほぼ理論値通りのバンプ抵抗が得られた
・金コーンバンプを使った自己集積化プロセスの開発
→コーンバンプ形状と自己集積化を併用して0.5μm以下の合せ精度を実現/バンプピッチ2μmを実現
・接続信頼性技術の開発
→1000サイクルの温度サイクル試験で、接合部の電気的特性劣化が無いことを確認

【論文】
(1)M. Motoyoshi et al.,” 3 Dimensional Stacked Pixel Detector and Sensor TechnologyUsing less than 3-μmφ Robust Bump Junctions,” Proc. 3DIC Conference, 2016
(2)T. Tsuboyama, S. Ono, M. Yamada, Y. Arai, M. Togawa, I. Kurachi, Y. Ikegami, K. Hara, A. Ishikawa, M. Ikebe, and M. Motoyoshi, Nucl. Inst. Meth., A 924, p. 422 (2019).
(3)M. Motoyoshi et al.,” Stacked Pixel Sensor / Detector technology using Au micro-bump Junction,” Proc. 3DIC Conference, 2019
(4)I. Kurachia, T. Tsuboyamab, Y. Araib, and M. Motoyoshi,Application of Three Dimensional Chip Stacking Technology for Fully Depleted Silicon-on-Insulator Quantum Beam Imager,Proc. 236th ECS Meeting(2019)

【特許】
(1)積層体及びその製造方法　US9,219,047
(2)外部接続機構、半導体装置及び積層パッケージ　特願2017-089870、US15/849,721、EPC 17210139.6
(3)固体撮像装置　特願2017-089871、US15/851,898、EPC 17210138.8
(4)積層型半導体装置及びこれに用いる複数のチップ　特願2018-218710

・計測用X線センサ
・医療用X線センサ
・監視・車載用赤外線センサ
・高エネルギー物理学で使われるピクセル型素粒子検出器

複数の研究機関、センサメーカーから、プロトタイプの積層型センサデバイスの試作を受注し売り上げがある。一部は少量生産を目指した試作であり、現在は顧客数を増やすよう販路開拓を進めている。

・簡単に微細化できる
・コスト的にも有利
・接続歩留まりが高い

・現在、試作受託少量生産サービスを行い、2018年度後半から医療用センサのサンプル試作が始まる見込み
・2020年には、CtW(チップをウェハに積層していく方法)でスループットを上げ単価を下げる生産方式を検討
・化合物半導体積層X線センサ、赤外線センサ・LEDディスプレイ

まだ、チップレベルの試作対応しかできていない。８”、１２”ウェハプロセスに対応できるように製造装置をいかに入手するかが課題

8～12インチ対応の量産装置導入のための金融支援。