研究開発された技術紹介

近年、三次元LSIの研究開発が加速している。現行の技術は小型化が主目的である。弊社では次世代三次元LSI向けにサイズが1桁以下の接続技術を研究してきた。これで積層チップ間の回路ブロックを直接接続でき、高速かつ超並列信号処理が可能で消費電力も1/2以下になる。本研究ではこの技術をベースに基礎技術と実際の製品とを埋めるべく、一段と高度化した次世代三次元製造技術を開発しビジネス化に繋げること目的とする

現行のプロセスの問題点・課題を改善して、実使用に耐えうる信頼性・歩留りを確保できる三次元LSIチップ製造技術を開発する
(新技術)
2～3μmで寄生容量の小さいチップ間接続が行える三次元LSI製造技術を確立する
(新技術の特徴)
・今までTEGレベルでも他社でできなかった微細貫通配線、マイクロバンプ接続技術の完成度が向上する
・200℃以下のプロセス温度で接合できる

・チップズレ発生メカニズムの解明による、三次元積層装置及び積層プロセスの最適化
・注入プロセス及びレイアウトパターンの最適化による、ボイド発生の防止
・Iuバンプ構造の最適化
・500サイクルの温度サイクル試験における導通抵抗劣化の防止及び3.0×104A/cm2以上の電流密度の達成
・国内外の展示会への出展、主要な三次元LSIの学会での発表

・チップレベルでの高信頼性三次元LSI積層試作サービス
・世界最小レベルの5μmピッチを持つマイクロバンプ接続技術を使った三次元ファウンドリサービス

・実使用に耐えうる信頼性・歩留りを確保できる三次元LSIチップ製造技術の開発という目標は達成しており、今後はディテクタ、X線センサ、赤外線センサの試作に本研究開発で得られた技術を適用していき、インテグレーション技術の完成度を確認していく
・同時に、更なるバンプTSVピッチの縮小を並行して検討していく

以下の3手法による課題解決を通じた歩留まりの向上、信頼性向上で、生産コストの低減に貢献
(1)ボイドレス接着剤注入技術
・従来は、三次元LSIを積層する段階でズレが生じたうえ、接着材注入時にボイドが発生していたが、注入プロセスとレイアウトパターンの最適化により、接着材注入時におけるボイドの発生が抑制できた
(2)チップズレ防止技術
・チップの接着の精度向上によるチップ積層装置と積層プロセスの最適化により、三次元LSIを積層する段階におけるズレの発生が防止された
(3)高信頼性バンプ接続技術
・バンプ構成材料の1つであるAu(金)は、Si(シリコン)中に拡散すると少数キャリアのライフタイムが下がりMOSデバイスの劣化を引き起こす
・耐拡散構造により金の濃度を検出レベルよりも遥かに低い濃度に抑えたこと、バンプ形成プロセス途中で生成されるメタル酸化膜の影響の除去、バンプ組成及びバリアメタルの最適化により、安定したバンプ接合が実現した

・今までは技術的な学会や展示会に出展してきたが、三次元LSI技術はシステムLSI寄りの技術であるため、川下企業(エンドカスタマー)と接触ができるような展示会や学会等に向けてかじ取りを修正していき、付加価値の高いデザインインのサンプルの試作受注に注力していく予定である
・平成27年度中に月産数百個レベルの少量量産対応ができるように生産フロー、ビジネスフロー等の整備を行い、対応できるように準備することを予定している