• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2010 年度 実績報告書

グラフォアセンブリーによる三次元積層型光電子集積システム・オン・チップ

研究課題

研究課題/領域番号 21226009
研究機関東北大学

研究代表者

小柳 光正  東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 教授 (60205531)

研究分担者 田中 徹  東北大学, 大学院・医工学研究科, 教授 (40417382)
三浦 英生  東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (90361112)
羽根 一博  東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50164893)
福島 誉史  東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 准教授 (10374969)
裴 艶麗  東北大学, 国際高等研究教育機構, 助教 (70451622)
キーワードセルフアセンブリー / 三次元集積化 / 光電子集積化 / スーパーチップ / シリコン貫通配線
研究概要

本年度は、前年度に引き続き、三次元積層型光電子集積システム・オン・チップ実現の鍵となるグラフォアセンブリー技術、シリコン貫通配線、シリコン貫通光インターコネクション、シリコンフォトニクス・デバイスなどの要素技術について研究した。グラフォアセンブリー技術に関しては、グラフォアセンブリーによる接合後の金属マイクロバンプ電極間の抵抗を下げることと再現性の向上を目指して、接合時に荷重を印加しながら熱処理する手法について検討し、マイクロバンプ電極間抵抗の低減と再現性の向上に成功した。また、三次元実装構造内の局所熱応力・変形を支配する構造・材料因子を定量的に明らかにし,低応力高信頼実装構造設計指針を確立した。更に,三次元積層構造内の微細バンプ接続信頼性検査システムを提案・試作し有効性を実証した。シリコン貫通光インターコネクションに関しては、前年度作製した光TSV(TSPV=Through Si Photonic Via)の寸法を縮小することを検討し、前年度の断面寸法45μm×45μmを10μm×10μmまで縮小することに成功した。また、クラッド層の効果を評価するために、クラッド層厚を1μm~10μmと変化させて光信号の伝搬特性を評価し、良好に導波されることを確認した。更に、シミュレーションにより、TSPVの直径をどこまで小さくできるかについて検討し、直径0.5μmの微細TSPVでも良好に光が導波されることを明らかにした。電気TSVと光TSV(TSPV)を同時に形成する技術を開発し、それぞれのTSVの信号伝搬特性の評価も行った。シリコンフォトニクス・デバイスに関しては、シミュレーションにより、光グレーティングカップラと光変調器の最適設計を行った。光グレーティングカップラはTSPVを伝搬してきた垂直方向の光信号をチップ表面に形成した水平方向のSi光導波路へと結合するために用いるが、本年度は、グレーティングカップラのグレーティングの寸法やその上に設置するミラーとの距離などを最適化することによって、80%以上の結合効率が得られることを確認した。また、光変調器に関しては、Siをベースとしたp+-i-n+型構造を採用し、0.2以上の屈折率変化を実現するための光変調器長、自由キャリア密度を明確化した。

  • 研究成果

    (33件)

すべて 2011 2010

すべて 雑誌論文 (11件) (うち査読あり 9件) 学会発表 (21件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Three-Dimensional Hybrid Integration Technology of CMOS, MEMS, and Photonics Circuits for Optoelectronic Heterogeneous Integrated Systems2011

    • 著者名/発表者名
      Kang-Wook Lee, Akihiro Noriki, Kouji Kiyoyama, Takafumi Fukushima, Tetsu Tanaka, Mitsumasa Koyanagi
    • 雑誌名

      IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES

      巻: Vol.58 ページ: 748-757

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Cavity Chip Interconnection Technology for Thick MEMS Chip Integration in MEMS-LSI Multichip Module2010

    • 著者名/発表者名
      Kang-Wook Lee, Soichiro Kanno, Kouji Kiyoyama, Takafumi Fukushima, Tetsu Tanaka, Mitsumasa Koyanagi
    • 雑誌名

      JOURNAL OF MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS

      巻: Vol.19 ページ: 1284-1291

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 3D Hybrid Integration Technology for Opto-Electronic Hetero-Integrated Systems2010

    • 著者名/発表者名
      Kangwook Lee, Takafumi Fukushima, Tetsu Tanaka, Mitsuma Koyanagi
    • 雑誌名

      ECS (Electrochemical Society) Transactions

      巻: Vol.33 ページ: 71-90

    • 査読あり
  • [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 circuits2010

    • 著者名/発表者名
      T.Fukushima, E.Iwata, T.Konno, J.-C.Bea, K.-W.Lee, T.Tanaka, M.Koyanagi
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: Vol.96 ページ: 154105-1-154105-3

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Self-Assembly of Chip-Size Components with Cavity Structures : High-Precision Alignment and Direct Bonding without Thermal Compression for Hetero Integration2010

    • 著者名/発表者名
      Takafumi Fukushima, Takayuki Konno, Eiji Iwata, Risato Kobayashi, Toshiya Kojima, Mariappan Murugesan, Ji-Chel Bea, Kang-Wook Lee, Tetsu Tanaka, Mitsumasa Koyanagi
    • 雑誌名

      Micromachines

      巻: Vol.2 ページ: 49-68

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of the Mechanical Properties of Underfill on the Local Deformation and Residual Stress in a Chip Mounted by Area-Arrayed Flip Chip Structures2010

    • 著者名/発表者名
      Kohta Nakahira, Yuki Sato, Hiroki Kishi, Ken Suzuki, Hideo Miura
    • 雑誌名

      Proc.of 11th International conference on Thermal, Mechanical and Multi-Physics Simulation and Experiments in Micro/Nanoelectronics and Systems

      ページ: 641-646

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nondestructive Evaluation of the Delamination of Fine Bumps in Three-Dimensionally Stacked Flip Chip Structures2010

    • 著者名/発表者名
      Yuhki Sato, Naokazu Murata, Kinji Tamakawa, Ken Suzuki, Hideo Miura
    • 雑誌名

      Proc.of the 60^<th> Electronic Components and Technology Conference

      ページ: 1951-1956

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Phase-shifter using submicron silicon waveguide couplers with ultra-small eletro-mechanical actuator2010

    • 著者名/発表者名
      Taro Ikeda, Kazunori Takahashi, Yoshiaki Kanamori, Kazuhiro Hane
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: vol.18 ページ: 7031-7037

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 三次元積層型集積回路のための自己組織化チップ位置合わせ技術2010

    • 著者名/発表者名
      岩田永司、福島誉史、大原悠希、李康旭、田中徹、小柳光正
    • 雑誌名

      電子情報通信学会論文誌C

      巻: Vol.J93-C ページ: 493-502

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 極限集積化を目指すスーパーチップ2010

    • 著者名/発表者名
      小柳光正、福島誉史、李康旭、田中徹
    • 雑誌名

      電子情報通信学会誌

      巻: Vol.93(招待論文) ページ: 918-922

  • [雑誌論文] 3次元積層型集積回路に向けた自己組織化チップ実装技術2010

    • 著者名/発表者名
      福島誉史、李康旭、田中徹、小柳光正
    • 雑誌名

      電子材料

      巻: Vol.49 ページ: 17-24

  • [学会発表] 三次元集積のための高精度チップ位置合わせと常温直接接合技術2011

    • 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
      2011年春季第58回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      神奈川工科大学
    • 年月日
      2011-03-24
  • [学会発表] 高集積微細デバイスにおける今後の信号伝達/配線技術:シリコン貫通光インターコネクション(TSPV)を用いた光電子三次元2011

    • 著者名/発表者名
      福島誉史, 乗木暁博, 田中徹, 小柳光正
    • 学会等名
      2011年春季第58回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      神奈川工科大学
    • 年月日
      2011-03-24
  • [学会発表] 狭ピッチ金属マイクロバンプを有するチップの自己組織化実装技術2011

    • 著者名/発表者名
      福島誉史, 岩田永司, 李康旭, 田中徹, 小柳光正
    • 学会等名
      第25回エレクトロニクス実装学会春季講演大会
    • 発表場所
      横浜国立大学
    • 年月日
      2011-03-08
  • [学会発表] 東北大学における三次元積層技術とヘテロインテグレーション2010

    • 著者名/発表者名
      李康旭、福島誉史、田中徹、小柳光正
    • 学会等名
      JPCA Show 2010 (pp.99-104)
    • 発表場所
      アカデミックプラザ,東京ビッグサイト(招待講演)
    • 年月日
      20100602-20100604
  • [学会発表] Super Chip Technology Achieving Hetero-Integration2010

    • 著者名/発表者名
      小柳光正
    • 学会等名
      SEMICON Japan 2010
    • 発表場所
      幕張メッセ(招待講演)
    • 年月日
      2010-12-01
  • [学会発表] Through Silicon Photonic Via (TSPV) with Si Core for Low Loss and High-Speed Data Transmission in Opto-Electronic 3-D LSI2010

    • 著者名/発表者名
      A.Noriki, K.-W.Lee, J.Bea, T.Fukushima, T.Tanaka, M.Koyanagi
    • 学会等名
      IEEE International 3D System Integration Conference 2010 (3DIC)
    • 発表場所
      Munich, Germany
    • 年月日
      2010-11-17
  • [学会発表] Evaluation of Alignment Accuracy on Chip-to-Wafer Self-Assembly and Mechanism on the Direct Chip Bonding at Room Temperature2010

    • 著者名/発表者名
      T.Fukushima, E.Iwata, J.Bea, M.Murugesan, K.-W.Lee, T.Tanaka, M.Koyanagi
    • 学会等名
      IEEE International 3D System Integration Conference 2010 (3DIC)
    • 発表場所
      Munich, Germany
    • 年月日
      2010-11-17
  • [学会発表] NONDESTRUCTIVE DETECTION OF OPEN FAILURES IN THREE-DIMENSIONALLY STACK ED CHIPS MOUNTED BY AREA-ARRAYED FINE BUMPS2010

    • 著者名/発表者名
      Yuki Sato, Kohta Nakahira, Naokazu Murata, Ken Suzuki, Hideo Miura
    • 学会等名
      12^<th> International Conference on Electronics Materials and Packaging, Proceedings
    • 発表場所
      Singapore, Orcharsd Hotel
    • 年月日
      2010-10-27
  • [学会発表] 3D Hybrid Integration Technology for Opto-Electronic Hetero-Integrated Systems2010

    • 著者名/発表者名
      K.Lee, T.Fukushima, T.Tanaka, M.Koyanagi
    • 学会等名
      218th Electrochemical Society (ECS) Meeting
    • 発表場所
      Las Vegas, USA(招待講演)
    • 年月日
      2010-10-13
  • [学会発表] Mechanical Reliability of 3D Stacked Silicon Chips2010

    • 著者名/発表者名
      Hideo Miura
    • 学会等名
      The 9^<th> International Symposium on Microelectronics and Packaging
    • 発表場所
      Seoul, Korea
    • 年月日
      2010-10-04
  • [学会発表] 3D Integration Technology and 3D System-on-a Chip2010

    • 著者名/発表者名
      M.Koyanagi
    • 学会等名
      International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM)
    • 発表場所
      Tokyo(招待講演)
    • 年月日
      2010-09-24
  • [学会発表] Through Silicon Photonic Via with Si core for Low loss and High Density Vertical Optical Interconnection in 3D-LSI2010

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Noriki, Kang-Wook Lee, Jicheol Bea, Takafumi Fukushima, Tetsu Tanaka, Mitsumasa Koyanagi
    • 学会等名
      Intern.Conf.on Solid State Device and Materials
    • 発表場所
      Tokyo
    • 年月日
      2010-09-24
  • [学会発表] Self-Assembly with Metal Microbump-to-Microbump Bonding for Advanced Chip-to-Wafer 3D Integration2010

    • 著者名/発表者名
      Eiji Iwata, Yuki Ohara, Takafumi Fukushima, Kang-Wook Lee, Mitsumasa Koyanagi, Tetsu Tanaka
    • 学会等名
      Intern.Conf.on Solid State Device and Materials
    • 発表場所
      Tokyo
    • 年月日
      2010-09-24
  • [学会発表] Three-Dimensional Integration Technology Using Through-Si Via Based on Reconfigured Wafer-to-Wafer Bonding2010

    • 著者名/発表者名
      Mitsumasa Koyanagi, Takafumi Fukushima, Tetsu Tanaka
    • 学会等名
      IEEE Custom Integrated Circuits Conference (CICC)
    • 発表場所
      San Jose, USA(招待講演)
    • 年月日
      2010-09-20
  • [学会発表] ファインピッチ金属マイクロバンプを有するチップの自己組織化積層2010

    • 著者名/発表者名
      岩田永司, 福島誉史, 李康旭, 小柳光正, 田中徹
    • 学会等名
      第71回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      長崎大学(長崎)
    • 年月日
      2010-09-15
  • [学会発表] Submicron silicon waveguide Mach-Zehnder interferometer using micro electro-mechanical phase-shifter2010

    • 著者名/発表者名
      Taro Ikeda, Yoshiaki Kanamori, Kazuhiro Hane
    • 学会等名
      International Conference on Optical MEMS & Nanophotonics
    • 発表場所
      札幌
    • 年月日
      2010-08-11
  • [学会発表] バッチ式Die-to-Wafer三次元集積化技術2010

    • 著者名/発表者名
      福島誉史、李康旭、小柳光正
    • 学会等名
      関西ワークショップ2010
    • 発表場所
      京都(招待講演)
    • 年月日
      2010-07-09
  • [学会発表] Self-Assembly Technology for Reconfigured Wafer-to-Wafer 3D Integration2010

    • 著者名/発表者名
      T.Fukushima, E.Iwata, K.-W.Lee, T.Tanaka, M.Koyanagi
    • 学会等名
      Electronic Components and Technology Conference (ECTC)
    • 発表場所
      Las Vegas, USA
    • 年月日
      2010-06-03
  • [学会発表] 3-D Integration Technology and 3-D LSIs2010

    • 著者名/発表者名
      M.Koyanagi
    • 学会等名
      IEEE International Conf.on IC Design and Technology (ICICDT)
    • 発表場所
      Grenoble, France(招待講演)
    • 年月日
      2010-06-02
  • [学会発表] 3D-LSI/TSVの技術動向と新領域への展開2010

    • 著者名/発表者名
      田中徹, 福島誉史, 李康旭, 小柳光正
    • 学会等名
      Semi Forum Japan 2010 TSV/3次元実装セミナー
    • 発表場所
      グランキューブ大阪(招待講演)
    • 年月日
      2010-06-01
  • [学会発表] Dominant Structural Factors of the Local Deformation and Residual Stress of a Silicon Chip Mounted on Area-Arrayed Flip Chip Structures2010

    • 著者名/発表者名
      Kohta Nakahira, Naokazu Murata, Yuhki Sato, Ken Suzuki, Hideo Miura
    • 学会等名
      International Conference on Electronics Packaging 2010
    • 発表場所
      Sapporo, Japan
    • 年月日
      2010-05-13
  • [図書] Untra-thin Chip Technology and Application (Editor : J.N.Burghartz), Chapter III-11, "3D-IC Technology Using Ultra-Thin Chips2010

    • 著者名/発表者名
      M.Koyanagi
    • 総ページ数
      109-124
    • 出版者
      Springer

URL: 

公開日: 2013-06-26  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi