自己組織化による異種デバイス混載積層型チップの創製

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19686022
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 電子デバイス・電子機器
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 福島 誉史 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教 (10374969)
• 連携研究者: 小柳 光正 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60205531) ; 田中 徹 東北大学, 大学院・医工学研究科, 教授 (40417382)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2009
• キーワード: インターコネクト・パッケージのシステム化・応用 / 自己組織化 / マイクロ・ナノデバイス / 流体 / 微細接続 / システムオンチップ

研究概要

液体の表面張力を駆動力とした自己組織化チップ位置合わせ、および接合技術を基盤とした三次元集積化技術の基礎を開拓し、異種デバイスを混載したテストモジュールを試作した。平均位置合わせ精度は1μm以内であり、500個以上の5mm角チップを一括して0.1秒以内の瞬時に位置合わせさせることに成功した。また、常温で荷重をかけずにチップを基板上に直接接合することも可能にした。

研究成果

• [雑誌論文] Surface tension-driven chip self-assembly with load-free hydrogen fluoride-assisted direct bonding at room temperature for three-dimensional integrated circuits (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Fukushima, E. Iwata, T. Konno, K. -W. Lee, T. Tanaka, M. Koyanagi
  • 雑誌名: Applied Physics Letters Vol.96 ページ: 154105-1-154105-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three-Dimensional Integration Technology Based on Reconfigured Wafer-to-Wafer and Multichip-to-Wafer Stacking Using Self-Assembly Method (2009)
  • 著者名/発表者名: Takafumi Fukushima, Eiji Iwata, Yuki Ohara, Akihiro Noriki, Kiyoshi Inamura, Kang-Wook Lee, Jicheol Bea, Tetsu Tanaka, Mitsumasa Koyanagi
  • 雑誌名: IEEE IEDM Technical Digest ページ: 349-352
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cu Filling Characteristics in Through-Si Via Holes by Electroless Plating with Addition of Inhibitors (2009)
  • 著者名/発表者名: F. Inoue, M. Koyanagi, T. Fukushima, K. Yamamoto, S. Tanaka, Z. wang, S. Shingubara
  • 雑誌名: ECS Transactions Vol.16 ページ: 27-32
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical Interposer Technology using Buried Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser Chip and Tapered Through-Silicon Via for High-Speed Chip-to-Chip Optical Interconnection (2009)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Noriki, Makoto Fujiwara, Kang-Wook Lee, Woo-Cheol Jeong, Takafumi Fukushima, Tetsu Tanaka, Mitsumasa Koyanagi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics Vol.48 ページ: 04C113-1-04C113-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] 三次元積層型チップのためのSi貫通ビア(TSV)形成技術 (2009)
  • 著者名/発表者名: 福島誉史, 田中徹, 小柳光正
  • 雑誌名: エレクトロニクス実装学会誌 Vol.12 ページ: 105-109
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-Density Through Silicon Vias for 3-D LSIs (2009)
  • 著者名/発表者名: Mitsumasa Koyanagi, Takafumi Fukushima, Tetsu Tanaka
  • 雑誌名: Proceedings of the IEEE Vol.97 ページ: 49-59
  • 査読あり
• [雑誌論文] New Heterogeneous Multi-Chip Module Integration Technology Using Self-Assembly Method (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Fukushima, T. Konno, K. Kiyoyama, M. Murugesan, K. Sato, W. -C. Jeong, Y. Ohara, Noriki, S. Kanno, Y. Kaiho, H. Kino, K. Makita, R. Kobayashi, C. -K. Yin, K. Inamura, K. -W. Lee, J. -C. Bea, T. Tanaka, M. Koyanagi
  • 雑誌名: International Electron Devices Meeting (IEDM) Technical Digest ページ: 499-502
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low-Loss Optical Interposer with Recessed Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser Diode and Photodiode Chips into Si Substrate (2008)
  • 著者名/発表者名: Makoto Fujiwara, Shinsuke Terada, Yoji Shirato, Hiroshi Owari, Kei Watanabe, Mutsuhiro Matsuyama, Keizo Takahama, Tetsuya. Mori, Kenji Miyao, Koji Choki, Takafumi Fukushima, Tetsu Tanaka, Mitsumasa Koyanagi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics Vol.47 ページ: 2936-2940
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tungsten Through-Silicon Via Technology for Three-Dimensional LSIs (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Kikuchi, Y. Yamada, A.M. Ali, J. Liang, T. Fukushima, T. Tanaka, M. Koyanagi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics Vol.47 ページ: 2801-2806
  • 査読あり
• [雑誌論文] 自己組織化ウェーハ張り合わせによる三次元集積化技術 (2008)
  • 著者名/発表者名: 福島誉史, 田中徹, 小柳光正
  • 雑誌名: 応用物理学会分科会シリコンテクノロジー「多層配線」特集号 No.99 ページ: 34-37
• [雑誌論文] New Three-Dimensional Integration Technology Based on Reconfigured Wafer-on-Wafer Bonding Technique (2007)
  • 著者名/発表者名: Takafumi Fukushima, Hirokazu Kikuchi, Yusuke Yamada, Takayuki Konno, Jun Liang, Keiichi Sasaki, Kiyoshi Inamura, Tetsu Tanaka, Mitsumasa Koyanagi
  • 雑誌名: International Electron Devices Meeting (IEDM) Technical Digest ページ: 985-988
  • 査読あり
• [学会発表] 金属マイクロバンプ接合を介した自己組織化チップ積層 (2010)
  • 著者名/発表者名: 岩田永司, 福島誉史, 李康旭, 田中徹, 小柳光正
  • 学会等名: 第57回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 平塚
  • 年月日: 2010-03-19
• [学会発表] セルフアセンブリを基盤としたウェーハレベル三次元集積化技術 (2010)
  • 著者名/発表者名: 福島誉史, 李康旭, 田中徹, 小柳光正
  • 学会等名: 応用物理学会 シリコンテクノロジー分科会/電子情報通信学会 シリコン材料・デバイス研究会(SDM) 第118回研究集会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2010-01-29
• [学会発表] 3D積層技術 (2010)
  • 著者名/発表者名: 福島誉史, 李康旭, 田中徹, 小柳光正
  • 学会等名: IEEE Electron Devices Society (EDS) Japan Chapter総会・2009 International Electron Devices Meeting (IEDM)報告会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2010-01-26
• [学会発表] Self-Assembly Technology for Advanced Die-to-Wafer 3D Integration (2010)
  • 著者名/発表者名: Takafumi Fukushima, Kang-Wook Lee, Tetsu Tanaka, Mitsumasa Koyanagi
  • 学会等名: 2nd International IEEE Workshop on Low Temperature Bonding for 3D Integration
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2010-01-20
• [学会発表] Three-Dimensional Integration Technology Based on Reconfigured Wafer-to-Wafer and Multichip-to-Wafer Stacking Using Self-Assembly (2009)
  • 著者名/発表者名: Takafumi Fukushima, Eiji Iwata, Yuki Ohara, Akihiro Noriki, Kiyoshi Inamura, Kang-Wook Lee, Jicheol Bea, Tetsu Tanaka, Mitsumasa Koyanagi
  • 学会等名: 2009 IEEE International Electron Devices Meeting(IEDM)
  • 発表場所: ボルチモア(USA)
  • 年月日: 2009-12-08
• [学会発表] High-Aspect-Ratio Fine Cu Sidewall Interconnection over Chip Edge with Tapered Polymer for MEMS-LSI Multi-Chip Module (2009)
  • 著者名/発表者名: A. Noriki, Y. Kaiho, E. Iwata, Y. Ohara, M. Murugesan, K. -W. Lee, J. -C. Bea, T. Fukushima, T. Tanaka, M. Koyanagi
  • 学会等名: 2009 International Conference on Solid State Devices and Materials
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2009-10-07
• [学会発表] Self-Assembled 3D Chip Stacking Technology (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Fukushima, Kang-Wook Lee, Tetsu Tanaka, Mitsumasa Koyanagi
  • 学会等名: 216th Electrochemical Society (ECS) Meeting
  • 発表場所: ウィーン(オーストリー)
  • 年月日: 2009-10-05
• [学会発表] Development of a NEW Self-Assembled Die bonder to Three-Dimensionally Stack Known Good Dies in Batch (2009)
  • 著者名/発表者名: Takafumi Fukushima, Eiji Iwata, Kang-Wook Lee, Tetsu Tanaka, Mitsumasa Koyanagi
  • 学会等名: IEEE International 3D System Integration Conference 2009 (3DIC)
  • 発表場所: サンフランシスコ(USA)
  • 年月日: 2009-09-30
• [学会発表] 自己組織化による三次元LSIチップの高精度位置合わせ技術 (2009)
  • 著者名/発表者名: 岩田永司, 福島誉史, 李康旭, 田中徹, 小柳光正
  • 学会等名: 第70回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 富山
  • 年月日: 2009-09-11
• [学会発表] セルフアセンブリー法を用いた新しいヘテロインテグレーション技術 (2009)
  • 著者名/発表者名: 福島誉史, 李康旭, 田中徹, 小柳光正
  • 学会等名: 応用物理学会シリコンテクノロジー分科会第115回研究集会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2009-08-03
• [学会発表] 3D Integration Technology and 3D Integrated Systems (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Koyanagi, T. Fukushima, T. Tanaka
  • 学会等名: IEEE International Interconnect Technology Conference (IITC)
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2009-05-31
• [学会発表] Cu lateral interconnects formed between 100-um-thick self-assembled chips on flexible substrates (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Murugesan, J.C. Bea, T. Fukushima, T. Konno, K. Kiyoyama, W.C. Jeong, H. Kino, A. Noriki, K.W. Lee, T. Tanaka, M. Koyanagi
  • 学会等名: 2009 Electronics Components and Technology Conference (ECTC)
  • 発表場所: サンディエゴ(USA)
  • 年月日: 2009-05-29
• [学会発表] 自己組織化によるヘテロインテグレーション技術 (2009)
  • 著者名/発表者名: 福島誉史
  • 学会等名: 第12回低温接合による3D集積化研究会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2009-04-22
• [学会発表] Super Chip Integration Technology for Three-Dimensionally Stacked Retinal Prosthesis Chips (2009)
  • 著者名/発表者名: Takafumi Fukushima, Tetsu Tanaka, Mitsumasa Koyanagi
  • 学会等名: Smart System Integration Conference 2009
  • 発表場所: ブリュッセル(ベルギー)
  • 年月日: 2009-03-11
• [学会発表] 自己組織化を用いた高密度実装技術とスーパーチップインテグレーション" (2009)
  • 著者名/発表者名: 福島誉史
  • 学会等名: 10回半導体パッケージング技術展専門技術セミナー
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2009-01-30
• [学会発表] Three-Dimensional Integration Technology to Achieve Super Chip (2009)
  • 著者名/発表者名: Takafumi Fukushima, Tetsu Tanaka, Mitsumasa Koyanagi
  • 学会等名: SEMICON Korea
  • 発表場所: ソウル(韓国)
  • 年月日: 2009-01-21
• [学会発表] New Heterogeneous Multi-Chip Module Integration Technology Using Self-Assembly Method (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Fukushima, T. Konno, K. Kiyoyama, M. Murugesan, K. Sato, W. -C. Jeong, Y. Ohara, Noriki, S. Kanno, Y. Kaiho, H. Kino, K. Makita, R. Kobayashi, C. -K. Yin, K. Inamura, K. -W. Lee, J. -C. Bea, T. Tanaka, M. Koyanagi
  • 学会等名: International Electron Devices Meeting (IEDM)
  • 発表場所: サンフランシスコ(米国)
  • 年月日: 2008-12-16
• [学会発表] Three-Dimensional Integration Technology Based on Self-Assembled Chip-to-Wafer Stacking (2008)
  • 著者名/発表者名: Takafumi Fukushima, Tetsu Tanaka, Mitsumasa Koyanagi
  • 学会等名: 2008 Materials Research Society (MRS) Fall Meeting
  • 発表場所: ボストン(米国)
  • 年月日: 2008-12-01
• [学会発表] セルフアセンブリーを用いた3次元集積化技術 (2008)
  • 著者名/発表者名: 福島誉史, 小柳光正
  • 学会等名: 九州学術研究都市第8回産学連携フェア
  • 発表場所: 小倉
  • 年月日: 2008-10-09
• [学会発表] Tapered Through-Si Via Formation for Optical Interposer with 3D ICs and Buried Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser / Photo Diode Chips (2008)
  • 著者名/発表者名: Makoto Fujiwara, Akihiro Noriki, Takafumi Fukushima, Tetsu Tanaka, Mitsumasa Koyanagi
  • 学会等名: 2008 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM)
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 2008-09-26
• [学会発表] Self-Assembly for Heterogeneous Integration with Lateral Interconnections Extending over MEMS and LSI Chips (2008)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Konno, Takafumi Fukushima, Tetsu Tanaka, Mitsumasa Koyanagi
  • 学会等名: 2008 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM)
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 2008-09-25
• [学会発表] 3D system integration technology and 3D systems (2008)
  • 著者名/発表者名: Takafumi Fukushima, Tetsu Tanaka, Mitsumasa Koyanagi
  • 学会等名: Advanced Metallization Conference (AMC) 2008
  • 発表場所: サンディエゴ(米国)
  • 年月日: 2008-09-23
• [学会発表] 三次元LSIを搭載した光インターポーザのためのテーパTSVの形成 (2008)
  • 著者名/発表者名: 乗木暁博, 藤原誠, 福島誉史, 田中徹, 小柳光正
  • 学会等名: 第69回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 春日井
  • 年月日: 2008-09-02
• [学会発表] キャビティ構造を有するMEMSチップのセルフアセンブリ (2008)
  • 著者名/発表者名: 今野隆行, 小林吏悟, 福島誉史, 田中徹, 小柳光正
  • 学会等名: 第69回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 春日井
  • 年月日: 2008-09-02
• [学会発表] Multichip Self-Assembly Technique on Flexible Polymeric Substrate (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Fukushima, T. Konno, S.Y. Ji, T. Tanaka, M. Koyanagi
  • 学会等名: The 59th Electronic Components and Technology Conference (ECTC)
  • 発表場所: フロリダ(米国)
  • 年月日: 2008-05-30
• [学会発表] Chip Self-Assembly Technique for 3D LSI Fabrication (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Fukushima, T. Konno, S.Y. Ji, T. Tanaka, M. Koyanagi
  • 学会等名: 3D System Integration Technology Conference (3D-SIC) 2008
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2008-05-12
• [学会発表] MEMS-半導体横方向配線技術I:フレキシブル基板へのLSIチップのセルフアセンブリ (2008)
  • 著者名/発表者名: 福島誉史, 今野隆行, 田中徹, 小柳光正
  • 学会等名: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 船橋
  • 年月日: 2008-03-28
• [学会発表] A New Nano-System with Three-Dimensional Structure for Real Time Parallel Image Processing (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Fukushima, M. Koyanagi
  • 学会等名: the 5th International Conference on Mechanical Science based on Nanotechnology
  • 発表場所: Sendai
  • 年月日: 2008-03-07
• [学会発表] 3D System Integration Technology and 3D Systems (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Fukushima, T. Tanaka, M. Koyanagi
  • 学会等名: Materials for Advanced Metallization Conference 2008 (MAM 2008)
  • 発表場所: Dresden(Germany)
  • 年月日: 2008-03-03
• [学会発表] 自己組織化ウェーハ張り合わせによる三次元集積化技術 (2008)
  • 著者名/発表者名: 福島誉史, 田中徹, 小柳光正
  • 学会等名: 応用物理学会シリコンテクノロジー分科会多層配線システム研究委員会(共催:電子情報通信学会、シリコン材料・デバイス研究会(SDM)
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2008-02-08
• [学会発表] New Three-Dimensional Integration Technology Based on Reconfigured Wafer-on-Wafer Bonding Technique (2007)
  • 著者名/発表者名: Takafumi. Fukushima, Hirokazu Kikuchi, Yusuke Yamada, Takayuki Konno, Jun Liang, Keiichi Sasaki, Kiyoshi Inamura, Tetsu Tanaka, Mitsumasa Koyanagi
  • 学会等名: International Electron Devices Meeting (IEDM)
  • 発表場所: Washington DC(USA)
  • 年月日: 2007-12-12
• [学会発表] 3次元実装技術 (2007)
  • 著者名/発表者名: 福島誉史, 田中徹, 小柳光正
  • 学会等名: エレクトロニクス実装学会/材料技術委員会公開研究会「次世代インテリジェント実装材料」
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2007-11-29
• [学会発表] Chip-to-Wafer Stacking for 3D Integration with TSV (2007)
  • 著者名/発表者名: Takafumi Fukushima, Tetsu Tanaka, Mitsumasa Koyanagi
  • 学会等名: 1st International IEEE Workshop on Low Temperature Bonding for 3D Integration
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 2007-11-09
• [学会発表] Thermal Issues of 3D ICs (2007)
  • 著者名/発表者名: Takafumi Fukushima, Tetsu Tanaka, Mitsumasa Koyanagi
  • 学会等名: Workshop on Driving the future of interconnect in 3D: Thermal and Design Issues in 3D ICs
  • 発表場所: Albany (USA)
  • 年月日: 2007-10-11
• [学会発表] Self-Assembly Process for Chip-to-Wafer Three-Dimensional Integration (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Fukushima, Y. Yamada, H. Kikuchi, T. Tanaka, M. Koyanagi
  • 学会等名: 57th Electronic Components and Technology Conference (ECTC)
  • 発表場所: Reno (USA)
  • 年月日: 2007-05-31
• [図書] MEMS/NEMS工学大全(執筆担当部分:第8節 "高密度三次元実装技術") (2009)
  • 著者名/発表者名: 福島誉史
  • 総ページ数: 455-463
  • 出版者: テクノシステム(初版発行)
• [図書] M&E(自己組織化によるウェハレベル三次元集積化技術, 36(1)) (2009)
  • 著者名/発表者名: 福島誉史, 田中徹, 小柳光正
  • 総ページ数: 123-125
• [備考] 2010年2月ドイツ・イノベーション・アワード「ゴットフリード・ワグネル賞2009」the 2nd Prize
• [備考] 2008年12月Material Research Society (MRS) fall meeting Invited Speaker Award
• [備考] 2008年2月財団法人青葉工学振興会第13回研究奨励賞
• [備考] 2007年4月International Conference on Electronics Packaging / Outstanding Technical Paper Award
• [産業財産権] 自己組織化機能を用いた三次元集積回路の製造方法及び製造装置 (2009)
  • 発明者名: 小柳光正, 福島誉史, 杉山雅彦
  • 権利者名: 東北大学, 東京エレクトロン
  • 産業財産権番号: 特願2009-095241
  • 出願年月日: 2009-04-06
• [産業財産権] 自己組織化機能を用いた三次元集積回路の製造方法 (2009)
  • 発明者名: 小柳光正, 福島誉史, 杉山雅彦
  • 権利者名: 東北大学, 東京エレクトロン
  • 産業財産権番号: 特願2009-070769
  • 出願年月日: 2009-03-23