米SEMATECHは2004年、配線における製造プロセスや材料の変更では次世代半導体で求められる性能向上を達成することができず、むしろ、必要な性能向上は異種デバイスの異種統合からもたらされるかもしれないと予想した。半導体メーカーとパッケージング企業は、将来の製品小型化と機能性向上の要求に対応するためウェーハレベルパッケージング(WLP)技術に注目している。この種の微細化から最終的に恩恵を受けると思われる製品は、デジタルカメラ、携帯電話、PDAなどである。

　三次元インテグレーション技術はWLPの1つで、これにより複数の平面デバイスが積層・配線される。WLPにはワイヤ、フリップチップボンディングなど複数の方法があるが、より高度で、性能を向上させるのはウェーハ貫通ビアを使う方法である。国際半導体技術ロードマップ(ITRS)は、2007年に初めて、三次元配線向けデザインノードとアーキテクチャを加え、今後これらの技術を見守っていくとみられる。

　BoschプロセスをベースとしたディープSiエッチングは、元々MEMSデバイスの製作を想定しており、今でも同目的に使用されている。しかし、パワーデバイスの新たな領域(高電圧・大電流処理能力を持つディープトレンチ)やSi貫通ビアエッチング(図1)を可能にする技術でもある。このプロセスではSi側壁保護のためSiエッチングとポリマー成膜が高速で切り替わり、SF₆とC₄F₈がそれぞれエッチングと成膜サイクルの主要プロセスガスとして使われる。このスイッチプロセス(典型的なステップ時間は1～3秒)の長所は、単一ステップのSiエッチングでは達成できない高エッチング速度と高マスク選択比などである。短所は、エッチングと成膜サイクルでできてしまう側壁の波紋(スキャロッピング)である。しかし、プロセス最適化がきちんと行われれば、このスキャロッピングは最小化できる(図2)。

　三次元パッケージングの重要性が増したため、SEMATECHは三次元パッケージングの取り組みを導く業界全体のロードマップ作成に取り掛かった。一方、ベルギーのIMECも、同じ最終目標を持つコンソーシアムを立ち上げ中だ。このような動きによって、業界の取り組みがまとまり、市場に受け入れられることにつながるだろう。現在、ICフードチェーンの中の異なるグループによって支持されている一連の方法が存在する。三次元パッケージのFEOL(Front-end-of-line)アプローチでは、IDMやファウンドリで組み立てられるように、始めにビアが設計される。パッケージング企業はウェーハを薄型化し、ビアを露出させ、IC間のボンディングを行う。もう一つの方法であるBEOL(Back-end-of line)アプローチは、チップ設計者が排他的な部分を残しておいて、パッケージング企業がそこにビアを加える。これはパッケージングに付加価値をもたらすが、現在使われていない技術が必要となる。

　ディープSiエッチングは三次元パッケージングを可能とする技術である。Si貫通ビアの統合を成功させるには、エッチング、酸化膜成膜、メタルシード/フィルを提供する企業間の緊密な協力が必要となるだろう。これら新技術のコストモデルはまだ算定中であり、いかに同技術を既存のICフードチェーンに合わせていくかというロジックは、今後も研究および検討が続けられるだろう。

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1.　Sematech Annual Report , 2004, p. 25.