研究内容

三次元実装

電子デバイスの発展は現在まで人の暮らしを豊かにするために貢献してきたが、今後は国際社会共通の目標である持続可能な社会実現(SDGs)のための根幹技術としての役割が求められています。

しかしロジックデバイスの最先端技術は限られた大手のデバイス製造企業が極紫外線(EUV)リソグラフィ露光機などの超高額の装置を揃えた製造拠点を形成するなど多額の研究開発とインフラへの投資をしなければ製造不可能となっています。この現状を打破する可能性をもつ技術が平面での微細工程に依存せず、デバイスを立体的に積層し高集積化、高速化、低消費電力化が達成可能な三次元実装です。

3D Integration chip

3Dヘテロデバイス

さらに2050年を見通すと自動運転等による輸送機器の自動化、Beyond 5G によるスマートシティ、 VR/ARによるデジタルサービス、オンライン診療による遠隔診療等これらすべてにおいて電子デバイスが重要な役割を担っています。こういった高度な最終アプリケーションの実現は単一デバイスの微細化による高集積化や高性能化のみでは達成できず、メモリ、ロジック、パワーデバイス、各種センサ、光デバイスなど様々なデバイスを高度に並行運用可能な「異種融合(ヘテロ)デバイス」が必要です。

三次元実装

本研究室ではこの3Dヘテロデバイスへ向けた「後工程プロセス技術」を中心に研究を行います。

主な研究テーマ

1.ハイブリッド接合

ハイブリッド接合

 

異種デバイスをウエハ上にて積層するWafer-to-Wafer接合技術では 、直接接合とVia-last TSV による接続からさらに発展し、現在ではよりデザイン自由度が高い「 Cu-SiCNハイブリッド接合」の熾烈な開発競争が起こっています。この技術はダマシン工程によって形成した接合面をプラズマ表面活性化により接合する、一度の接合で機械的な接合絶縁膜と電気的な接合金属を達成する手法です。さらに3Dヘテロデバイスではダイサイズ不問、良品(KGD)選別が可能なDie-to-Wafer(D2W) 接合技術の開発が重要です。従来のD2W接合はスズ(ソルダー)の共晶反応を利用した熱圧着接合が使用されていますが、熱圧着接合では狭ピッチでの信頼性、アライメント精度の限界を迎えています。ここでも「ハイブリッド接合」を用いた接合ピッチ縮小のブレークスルーに向けて研究開発競争が進んでいます。

本研究室ではハイブリッド接合に向けた「めっき」、「CMP」、「直接接合」すべての研究を進める世界でも数少ない研究室です。さらにはプレアセンブリ技術(ダイシング、ダイレベル洗浄等) に関する研究も行う予定です。

2.選択成長技術 (ALD, SAM, ELD, EL-ALD)

無電解めっきやSAM 、ALDなどの「原子レベル」の表面改質、堆積手法を用いて、今後、更に発展するであろう自己組織化を利用した次世代の製造工程への貢献を目指します。

3.三次元量子コンピュータ集積技術

量子コンピュータにおいては量子ビットの並列数が量子演算の計算速度を決めており、その数が増えれば計算速度は指数関数的に増加します。将来的な量子ビットのスケールアップのためには、制御回路を量子ビットと集積化することが必須の技術となります。量子ビットと制御回路は別種の超伝導集積回路技術を用いるため、「異種デバイスの混載技術」が必要となります。また量子ビットのエラーコレクションのために、例えばサーフェイスコードが用いられるが、そのためにはマイクロ波回路との3D積層が必須です。これら量子ビットと他の演算回路、超伝導素子を別々に作成し、三次元実装技術によって接続する三次元量子コンピュータ (3D-QC) が大いに期待されています。

本研究室では超伝導TSV 、超伝導ハイブリッド接合などを研究し、この3D-QCの実現を目指します。