研究課題
本研究は三次元集積回路(3D IC)内の異種材料間の熱膨張係数差が薄化されたICチップに与える局所曲げ応力の影響を調査するものである。特に回路動作によって生じる発熱に起因した有機系接着剤の熱膨張による影響についての詳細を定量評価することが本研究の目的である。本年度は様々な密度のマイクロバンプを形成し、それぞれの場合における局所曲げ応力がMOSFETの特性変動へ与える影響を評価した。種々の密度のマイクロバンプを有する基板上に薄化した分光分析による応力評価用のSiチップおよびMOSFETの特性変動評価用のICチップを積層し、基盤とICチップ間に有機系接着剤を注入することで評価試料を作製した。SiチップおよびICチップの厚さ依存性も評価するため様々な厚さのSiチップとICチップを用いて評価した。結果、マイクロバンプの密度上昇に伴い熱膨張係数差による曲がり量および曲げ応力が低下することが判明した。一方で、チップの薄化に伴い曲げ応力の大きさが上昇することが判明した。3D ICの性能向上はマイクロバンプの高密度化とICチップの薄化によってなされると考えられることから本結果は3D ICの設計指針に対し非常に意義のある結果といえる。さらに、有限要素法によるシミュレーションを用いた解析も実施した。シミュレーションにより昨年度実施した熱による有機系接着剤の膨張の効果、および本年度実施したマイクロバンプの密度による曲げ応力の変化に非常に近しい結果を得ることに成功した。このことからシミュレーションによる評価も非常に有用であることが判明した。以上により当初の目標として掲げた3D IC内に発生する熱膨張係数差によって生じる局所変形のシミュレーション、回路の動作発熱により膨張した有機系接着剤がMOSFETに与える影響、マイクロバンプの密度とMOSFETの特性変動の依存関係の解明を成したと判断する。
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IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES
巻: 61 ページ: 540-546
10.1109/TED.2013.2295463
http://www.lbc.mech.tohoku.ac.jp
