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2006年3月号
Semiconductor Packaging
ITRS 2005年版：
実装とパッケージングはこれからが興味深い
John Baliga
＊　＊　＊　＊
　2005年版国際半導体技術ロードマップ(ITRS：International Technology Roadmap for Semiconductor）が2005年12月に改訂された。その中で実装技術とパッケージング技術は、特に絶え間ない半導体技術の変化を示している。コストと材料に関する従来の課題に加えて、実装/パッケージングは設計や消費電力など、特に重要な課題も出てきている。これまでの課題でさえも変わりつつある。
　以前よりチップとパッケージ、ボードの協調設計がロードマップで取り挙げられていたが、現在ではそれが必要不可欠なものになっている。90nm以降の電力設計では、パッケージ内のIR降下だけを考慮するのではなく最適化の1部として取り扱うことが要求されている。全体の消費電力の管理が差し迫る重要な課題の1つになっているため、本格的に協調設計に取り組んでいく必要があるだろう。
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　実装をIC設計と融合させるもう1つの方法は3次元チップ間配線である。現在はグローバル配線の限界に取り組むことが課題になっているが、長期的に3次元チップ間配線は重要な課題である。もしICが20mm角のチップ1個だけでなく、チップ間配線技術で4個の10mm角のチップを積層してつくることができるなら、グローバル配線の総配線長は減少するだろう。チップ間配線はすべてのSiP （System-in-Package）アプリケーションにおいて短い配線が可能である。これにより寄生容量が低く、信号中継時間を短くすることができる。しかし、コストはフリップチップと同じにはならないかもしれない。
　ITRSではグローバル配線の問題の解決案として、RFやマイクロ波、光配線のような全く新しい配線手法を取り挙げている。これらの手法はいずれもSiP内の配線速度を改善するために有効であるため、実現に向けて多くの研究が行われている。
　パッケージングコストを低減していくことはもちろん重要だ。半導体業界はパッケージングコストのスケーリングに関して分岐点に差しかかっている。ほとんどの場合パッケージとチップのコストは現在同程度と言えるが、現在のパッケージング技術のコストを低減させていくことは困難で、ITRSの要求を満たすことはできなくなるだろう。パッケージングコストを管理することは他ならぬ設計の課題である。必要最小限の革新的な技術が生まれ、それが継続しなければならない。
　パッケージングコストのスケーリングが思うようにできない理由の1つに、パッケージング技術の研究開発が十分に行われていないことがある。後工程のマージンが小さいことが、プロセス開発への投資を惜しむ大きな理由になっている。
　ITRSの要旨には半導体業界は目標達成のために開発研究を行う必要があり、家電部門からこのための資金は十分引き出せるはずであると提言されている。
　技術的な課題として、ロードマップではCuパッドへのダイレクト接続やLow-k絶縁膜の信頼性に影響しない材料およびプロセスの重要性が指摘されている。主な関心事項は、ワイヤボンディングあるいはフリップチップ接続時の熱ストレスによるCu拡散バリアの問題を解決できないということだ。信頼性に影響しないプローブも1つの課題だろう。
　ウェーハレベルパッケージングに関して、ピン数100以上でパッドピッチ150nmが当面の目標になっている。“コンパクトな”静電放電（ESD：Electrostatic Discharge）防止構造の開発も同様である。
　超薄型チップ導入の増加に伴って薄型化とハンドリングが課題になると考えられている。ウェーハ厚が100μm以下になるとSiは非常にたわみやすくなる。これはパッケージ後のチップの信頼性には良いかもしれないが、ハンドリングが難しくなる。「薄型化によるダイシング」の手法がいくつか開発されている。ウェーハ表側に部分的な深い切り込みまたはエッチングを行い、これらの切り込みに到達するまでウェーハを薄くする。この手法ならLow-kの信頼性を損なうことなく、ダイシングへの要求を満たすことができるかもしれない。
　かなり前に、受動素子はトランジスタとともにチップ上に組み込まれたが、現在ではこれらの技術がSiのSiP基板に使われている。受動素子とトランジスタを統合するのはまだ高価なものになっているが、チップの配線層に受動素子を組み込む話はここ数年話題になっている。この話題がやっとITRSでも取り上げられた。上部の配線層に電力調整用のコンデンサを埋め込めるような薄膜技術が存在している。設計ツールにも十分な能力が備えられており、配線層での寄生効果を調整し所望の効果を得ることができる。
　このような選択肢はロードマップが要求しているような協調設計を前提としている。　

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