半導体業界のトレンドは「3次元化」が明確に VLSI 2019：過去最高の出席者数で大盛況（3/4 ページ）

2019年のVLSIシンポジウム（以下、VLSI）が6月9〜14日に、京都のリーガロイヤルホテルで開催された。今後の半導体業界の進む方向性を伺える内容が多かったのでレポートする。

[湯之上隆（微細加工研究所），EE Times Japan]

656人が出席したShort Course

　2日目の6月10日（月）には、以下の三つのShort Courseが行われた。カッコ内はVLSI事務局が発表した各Short Courseの登録者数である。

1. CMOS Technology Enablers for Pushing the Limits of Semiconductors: Materials to Packaging（273人）
2. Advanced 5G Circuits, Systems and Applications（114人）
3. Opportunities and Challenges at the Intersection of Security and AI（174人）

　以上に加えて、全てのShort Courseに登録した人が203人おり、これらを合計すると659人と過去最高を記録した。

　Short Courseの出席者数は、ここ10年間で約2.4倍に増加した。この理由を次のように考えている。筆者の予想では、Short Courseの出席者には、装置メーカーや材料メーカーの技術者などが多いのではないかと思う。というのは、Technical Sessionでは、英語の論文を読み、英語の講演を聞かなければ、内容を理解することが困難である。これは、非常にハードルが高い。

　一方、Short Courseでは、ホットなトピックスを一日集中して聞くことができる。その上、発表スライドの全てがPDFで配布されるため、英語の文章を読まなくても、図を見ればおおよその概要が理解できる。そのため、装置メーカーや材料メーカーにとってShort Courseは、格好の情報収集の機会となるからだ。

半導体の技術トレンド

　筆者は、CMOS Technology関係のShort Course1に参加した。そこから見えてきた技術トレンドは、半導体デバイスは3次元化し、そしてチップを複数枚重ねる3次元アーキテクチャ化が進むだろうということだ（図8）。

図8　半導体の技術トレンド：3D Devicesから3D Architectures 出典：R. Clark, TEL, “Advanced Process Technologies Required for Future Scaling and Devices”, Short Course1, VLSI2019より引用（クリックで拡大）

　しかし、微細化を続けるには、相当に難しい技術開発が待ち受けている。例えば、5nmノードの微細配線幅には、原子がたったの42.5個しかない（図9）。このような微細配線を形成するには、Self-Directedな成膜、Self-Limitedなエッチング、そしてSelf-Alignedな構造を駆使する必要があるだろう（図10）。

図9　ゲート長および微細配線の幅と原子数の関係 出典：R. Clark, TEL, “Advanced Process Technologies Required for Future Scaling and Devices”, Short Course1, VLSI2019より引用（クリックで拡大）

図10　Self-Directed、Self-Limited、Self-Alignedがキーワード 出典：R. Clark, TEL, “Advanced Process Technologies Required for Future Scaling and Devices”, Short Course1, VLSI2019より引用（クリックで拡大）

　そして、さまざまなチップを重ねる3次元アーキテクチャが当たり前のように使われると考えられる。図11は、TSMCのチップ積層技術である。複数枚のロジックチップやメモリを3次元方向に積層し、Through-Silicon Via（TSV）を開けてCuでチップ間をつないでいる。

図11　TSMCの3次元インテグレーション技術 出典：C. H. Tung, TSMC, “3D Integration for More-Moore and More-than-Moore”, Short Course1, VLSI2019より引用（クリックで拡大）

　TSMCは、“Chip on Chip”、”Chip on Wafer”および、”Wafer on Wafer”技術も開発しており、これらを”Wafer Level System Integration”、略して“WLSI”と呼称していた。なかなかしゃれたネーミングである。

　微細化はスローダウンするかもしれないが、今後は、上記のようなデバイスの3次元化とチップを積層する3次元化が、ムーアの法則をけん引していくと思われる。