超高速リアルタイム画像処理システム実現のための三次元集積化技術に関する研究

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本研究は、現在微細化のみによる性能向上が困難となっている現在高性能なLSIを実現する、更なる+αの技術として、集積回路の高集積化、高機能化、高性能化を実現する新しい集積回路技術または集積システム技術を確立することを目的とし、そのための技術として、LSIを垂直方向に多層に積層する三次元集積化技術の実用化を目指した。本研究の特徴は、予め集積回路と埋め込み配線を形成したLSIウェーハを、接着剤およびウェーハ間の電気的導通を実現するマイクロバンプを用いて張り合わせることにより三次元集積構造を作成することである。この技術は、これまで提案されてきたレーザーアニールや電子ビームアニールを用いた技術と比較し作業工程を大幅に短縮できるだけではなく、信頼性や歩留まりを著しく向上できるため実用化が容易である。また、現在既に実用化されているパッケージレベルでの積層技術、またその延長にあるチップレベルの積層技術と比較し、高い垂直方向の配線の密度を実現できるため、配線の自由度が高く、より高機能なシステムを実現できる。この技術によって実現される三次元LSIは、その構造上、垂直方向の多数の短距離配線を実現することができ、積層された高密度のLSIによって高度の並列処理システムを実現することが可能である。本研究では、この並列性を利用したビジョンチップや共有メモリの設計、試作を行い、実際にこの動作を確認し、さらに大規模な回路を実現するためにプロセスの改善を行った。また、より効率的な三次元LSIの設計のために、既存の配線長分布を計算する式を拡張し、独自に三次元LSIにおける配線長分布を求める式を導出した。そしてこれをもとに、三次元集積回路を設計する際に重要となる最適な垂直配線の密度を求める式を導出し、今後の三次元LSIの設計における指針とすることが出来た。