集積 しゅうせき 回路 かいろ の例 れい (写真 しゃしん 中央 ちゅうおう の黒色 こくしょく の正方形 せいほうけい が集積 しゅうせき 回路 かいろ のパッケージの外観 がいかん )
集積 しゅうせき 回路 かいろ のダイ (回路 かいろ を形成 けいせい した半導体 はんどうたい ウェハを四角 しかく く切 き り出 だ したもの)。通常 つうじょう はパッケージに封入 ふうにゅう されていて見 み えない。これは555 タイマー ICのもの。
集積 しゅうせき 回路 かいろ (しゅうせきかいろ、英 えい : integrated circuit, IC )は、半導体 はんどうたい の表面 ひょうめん に、微細 びさい かつ複雑 ふくざつ な電子 でんし 回路 かいろ を形成 けいせい した上 うえ でパッケージに封入 ふうにゅう した電子 でんし 部品 ぶひん である。
集積 しゅうせき 回路 かいろ は、シリコン 単 たん 結晶 けっしょう などに代表 だいひょう される「半導体 はんどうたい チップ」[ 注釈 ちゅうしゃく 1] の表面 ひょうめん に、不純物 ふじゅんぶつ を拡散 かくさん させることによって、トランジスタ ・コンデンサ ・抵抗 ていこう 器 き として動作 どうさ する構造 こうぞう を形成 けいせい したり、アルミ蒸着 じょうちゃく とエッチング によって配線 はいせん を形成 けいせい したりすることにより電子 でんし 回路 かいろ が作 つく り込 こ まれている電子 でんし 部品 ぶひん である[ 注釈 ちゅうしゃく 2] 。
多 おお くの場合 ばあい 、複数 ふくすう の端子 たんし を持 も つ比較的 ひかくてき 小型 こがた の[ 注釈 ちゅうしゃく 3] パッケージ に封入 ふうにゅう されており、パッケージ内部 ないぶ で端子 たんし からチップに配線 はいせん され、モールドされた状態 じょうたい で出荷 しゅっか され、半導体 はんどうたい 部品 ぶひん (電子 でんし 部品 ぶひん )として流通 りゅうつう している。
1940年代 ねんだい 末 まつ のトランジスタ の発明 はつめい に次 つ いで1950年代 ねんだい に考案 こうあん され、製造 せいぞう 技術 ぎじゅつ 、微細 びさい 化 か 技術 ぎじゅつ の進歩 しんぽ により内蔵 ないぞう される部品 ぶひん 数 すう がムーアの法則 ほうそく で増 ふ え続 つづ け、性能 せいのう が向上 こうじょう し続 つづ けている。(→#歴史 れきし )
製造 せいぞう 工程 こうてい はフォトリソグラフィ という光学 こうがく 技術 ぎじゅつ を利用 りよう し、微細 びさい な素子 そし や配線 はいせん をひとつずつ組 く み立 た てることなく大量 たいりょう 生産 せいさん できるため(→#製造 せいぞう 工程 こうてい )、現在 げんざい のコンピュータ や電子 でんし 機器 きき を支 ささ える主要 しゅよう な技術 ぎじゅつ の一 ひと つとなっている。
実際 じっさい に集積 しゅうせき 回路 かいろ を考案 こうあん したのは、レーダー 科学 かがく 者 しゃ ジェフリー・ダマー (1909年 ねん 生 う まれ)であった。彼 かれ はイギリス国防省 こくぼうしょう の王立 おうりつ レーダー施設 しせつ で働 はたら き、1952年 ねん 5月 がつ 7日 にち ワシントンD.C.でそのアイデアを公表 こうひょう した。しかし、ダマーは1956年 ねん 、そのような回路 かいろ を作 つく ることに失敗 しっぱい した。各 かく 企業 きぎょう は集積 しゅうせき 回路 かいろ の実現 じつげん を目指 めざ して、RCA のマイクロモジュール、ウェスティングハウス・エレクトリック のモレキュラーエレクトロニクス、テキサス・インスツルメンツ のソリッドステートサーキットが開発 かいはつ された[ 1] 。
初期 しょき の集積 しゅうせき 回路 かいろ の概念 がいねん は、モノリシックICというより後 のち のハイブリッドICに近 ちか いもので、この概念 がいねん にしたがって、基板 きばん に真空 しんくう 蒸着 じょうちゃく で抵抗 ていこう 素子 そし やコンデンサ を形成 けいせい してトランジスタ と組 く み合 あ わせる薄膜 うすまく 集積 しゅうせき 回路 かいろ や、現在 げんざい のプリンテッドエレクトロニクス に相当 そうとう する印刷 いんさつ 技術 ぎじゅつ により抵抗 ていこう や配線 はいせん 、コンデンサなどを1枚 まい のセラミック基板 きばん 上 じょう に集積 しゅうせき した厚 あつし 膜 まく 集積 しゅうせき 回路 かいろ が開発 かいはつ されていった[ 1] 。
また、1958年 ねん にはウェスティングハウス から「Molectronics」という名称 めいしょう の集積 しゅうせき 回路 かいろ の概念 がいねん が発表 はっぴょう され[ 2] 、1960年 ねん 2月 がつ にSemiconductor Product誌 し に掲載 けいさい された記事 きじ に触発 しょくはつ されて、電気 でんき 試験 しけん 所 しょ でも同年 どうねん 12月 がつ に、見方 みかた 次第 しだい ではマルチチップ構造 こうぞう のハイブリッドICともいえる、ゲルマニウムのペレット3個 こ を約 やく 1cm 角 かく の樹脂 じゅし 容器 ようき に平行 へいこう に配列 はいれつ した集積 しゅうせき 回路 かいろ の試作 しさく に成功 せいこう した[ 3] [ 4] 。
1961年 ねん 2月 がつ には、ウェスティングハウスと技術 ぎじゅつ 提携 ていけい した三菱電機 みつびしでんき から、11種類 しゅるい のモレクトロンが発表 はっぴょう された[ 1] 。日本 にっぽん で最初 さいしょ のモノリシック集積 しゅうせき 回路 かいろ は、東京大学 とうきょうだいがく と日本電気 にほんでんき (NEC) の共同 きょうどう 開発 かいはつ とされる[ 5] 。
著名 ちょめい な集積 しゅうせき 回路 かいろ の特許 とっきょ は、アメリカ合衆国 あめりかがっしゅうこく の別々 べつべつ の2つの企業 きぎょう の、2人 ふたり の研究 けんきゅう 者 しゃ による異 こと なった発明 はつめい にそれぞれ発行 はっこう された。テキサス・インスツルメンツ のジャック・キルビー の特許 とっきょ 「Miniaturized electronic circuits」は1959年 ねん 2月 がつ に出願 しゅつがん され、1964年 ねん 6月 がつ に特許 とっきょ となった (アメリカ合衆国 あめりかがっしゅうこく 特許 とっきょ 第 だい 3,138,743号 ごう )。フェアチャイルドセミコンダクター のロバート・ノイス の特許 とっきょ 「Semiconductor device-and-lead structure」は1959年 ねん 7月 がつ に出願 しゅつがん され、1961年 ねん 4月 がつ に特許 とっきょ となった(アメリカ合衆国 あめりかがっしゅうこく 特許 とっきょ 第 だい 2,981,877号 ごう )。しかし、「キルビー特許 とっきょ 紛争 ふんそう 」などと呼 よ ばれるように(ちなみに「キルビー特許 とっきょ 」に対 たい し、ノイスの特許 とっきょ は「プレーナー特許 とっきょ 」と呼 よ ばれることがある)多 おお くの議論 ぎろん を発生 はっせい させることとなった。
技術 ぎじゅつ 的 てき な内容 ないよう とはほぼ無関係 むかんけい に、業界 ぎょうかい の権益 けんえき 争 あらそ いとして、特許 とっきょ 優先 ゆうせん 権 けん 委員 いいん 会 かい においてどちらの特許 とっきょ が「集積 しゅうせき 回路 かいろ の特許 とっきょ として有効 ゆうこう であるか」を、法的 ほうてき に認定 にんてい させる争 あらそ いが勃発 ぼっぱつ した(技術 ぎじゅつ 的 てき な判断 はんだん が目的 もくてき なのではなく、あくまで「法的 ほうてき にどちらが有効 ゆうこう か」を認 みと めさせることが目的 もくてき である)。キルビーの特許 とっきょ 出願 しゅつがん から10年 ねん 10か月 げつ を経 へ て決着 けっちゃく し、ノイスの勝利 しょうり が確定 かくてい した。しかし、そのような法的 ほうてき 勝利 しょうり は、実際 じっさい にはほとんど意味 いみ がなかった。
ライセンスビジネス的 てき には、1966年 ねん にテキサス・インスツルメンツ とフェアチャイルドセミコンダクター を含 ふく む十 じゅう 数 すう 社 しゃ のエレクトロニクス企業 きぎょう が、集積 しゅうせき 回路 かいろ のライセンス供与 きょうよ について合意 ごうい に達 たっ していたからであり、技術 ぎじゅつ と法律 ほうりつ とビジネスというものについて、教訓 きょうくん 的 てき な事例 じれい となっている。またさらに日本 にっぽん では、20年 ねん の紆余曲折 うよきょくせつ を経 へ て1989年 ねん に特許 とっきょ となったことで、莫大 ばくだい な額 がく の請求 せいきゅう 等 とう を伴 ともな う紛争 ふんそう となり「サブマリン特許 とっきょ 制度 せいど 」のタチの悪 わる さを際立 きわだ たせるという役割 やくわり を担 にな う結果 けっか となった。
キルビーとノイスは後 のち に、ともにアメリカ国家 こっか 技術 ぎじゅつ 賞 しょう を受 う け、全米 ぜんべい 発明 はつめい 家 か 殿堂 でんどう 入 い りをした。
SSI, MSI, LSI というのは、集積 しゅうせき する素子 そし の数 かず によってICを分類 ぶんるい 定義 ていぎ [ 6] したものである。「MSI IC」のようにも言 い うものであるが、今日 きょう ではほぼ使 つか われない。比較的 ひかくてき 小規模 しょうきぼ のものを単 たん にIC、比較的 ひかくてき 大 だい 規模 きぼ のものを単 たん にLSIとしているが、現在 げんざい ではICとLSIを同義 どうぎ 語 ご として使 つか うことも多 おお い。
初期 しょき の集積 しゅうせき 回路 かいろ はごくわずかなトランジスタを集積 しゅうせき したものであった。これをSSI (Small Scale Integration) とするのであるが、後 のち にMSI (Middle Scale Integration) やLSI (Large Scale Integration) という語 かたり と同時 どうじ に作 つく られたと思 おも われる、おそらくレトロニム であろう。航空 こうくう 宇宙 うちゅう 分野 ぶんや のプロジェクトで珍重 ちんちょう され、それによって発展 はってん した。ミニットマンミサイル とアポロ計画 けいかく は慣性 かんせい 航法 こうほう 用 よう 計算 けいさん 機 き として軽量 けいりょう のデジタルコンピュータを必要 ひつよう としていた。アポロ誘導 ゆうどう コンピュータ は集積 しゅうせき 回路 かいろ 技術 ぎじゅつ を進化 しんか させるのに寄与 きよ し、ミニットマンミサイルは量産 りょうさん 化 か 技術 ぎじゅつ の向上 こうじょう に寄与 きよ した。これらの計画 けいかく が1960年 ねん から1963年 ねん まで生産 せいさん されたICをほぼ全 すべ て買 か い取 と った。これにより製造 せいぞう 技術 ぎじゅつ が向上 こうじょう したために製品 せいひん 価格 かかく が40分 ぶん の1になり、それ以外 いがい の需要 じゅよう が生 う まれてくることになった。
民生 みんせい 品 ひん として大量 たいりょう のICの需要 じゅよう を発生 はっせい させたのは電卓 でんたく だった。コンピュータ(メインフレーム )でのICの採用 さいよう は、System/360 では単体 たんたい のトランジスタをモジュールに集積 しゅうせき したハイブリッド集積 しゅうせき 回路 かいろ (IBMはSLTと呼 よ んだ)にとどまり、モノリシック集積 しゅうせき 回路 かいろ の採用 さいよう はSystem/370 からであった。
1960年代 ねんだい に最初 さいしょ の製品 せいひん があらわれた汎用 はんよう ロジックIC は、やがて多 た 品種 ひんしゅ が大量 たいりょう に作 つく られるようになり、コンピュータのようにそれらを大量 たいりょう に使用 しよう する製品 せいひん や、あるいは家電 かでん など大量 たいりょう 生産 せいさん される機器 きき にも使 つか われるようになっていった。1970年代 ねんだい にはマイクロプロセッサ が現 あらわ れた。
集積 しゅうせき 度 ど の高 たか いMSIやLSIが普通 ふつう に生産 せいさん されるようになると、そのうちそのような分類 ぶんるい も曖昧 あいまい になって、マイクロプロセッサなど比較的 ひかくてき 複雑 ふくざつ なものをLSI、汎用 はんよう ロジックICなど比較的 ひかくてき 単純 たんじゅん なものをIC、と大雑把 おおざっぱ に呼 よ び分 わ ける程度 ていど の分類 ぶんるい となった。
もとの分類 ぶんるい ではLSIに全 すべ て入 はい るわけだが、1980年代 ねんだい に開発 かいはつ され始 はじ めたより大 だい 規模 きぼ な集積 しゅうせき 回路 かいろ をVLSI (Very Large Scale Integration) とするようになった。これにより、これまでの多数 たすう のICで作 つく られていたコンピュータに匹敵 ひってき する規模 きぼ のマイクロプロセッサ が製作 せいさく されるようになった。1986年 ねん 、最初 さいしょ の1Mbit RAM が登場 とうじょう した。これは100万 まん トランジスタを集積 しゅうせき したものである。1993年 ねん の最初 さいしょ のPentium には約 やく 310万 まん 個 こ のトランジスタが集積 しゅうせき されている。また、設計 せっけい のルール化 か はそれ以前 いぜん と比較 ひかく して設計 せっけい を容易 ようい にした。
また、カーバー・ミード とリン・コンウェイ の『超 ちょう LSIシステム入門 にゅうもん 』[ 7] によりVLSIにマッチした設計 せっけい 手法 しゅほう が提案 ていあん された。これはMead & Conway revolution(en:Mead & Conway revolution )と呼 よ ばれることもあるなどの影響 えいきょう をもたらした。たとえば、1950年代 ねんだい には、大学 だいがく で最先端 さいせんたん のコンピュータを実際 じっさい に建造 けんぞう するなどといったこともさかんだったわけであるが、1970年 ねん 頃 ごろ 以降 いこう にはコストの点 てん で現実 げんじつ 的 てき ではなくなっていた。それが、CAD きゃど 等 とう の助 たす けによりパターンを設計 せっけい してチップ化 か する、という手法 しゅほう で、大学 だいがく などでも最先端 さいせんたん の実際 じっさい の研究 けんきゅう がまた可能 かのう になった、といった変化 へんか を齎 もたら したのが一 いち 例 れい である。たとえば初期 しょき のRISC として、IBM 801 、バークレイRISC(SPARC への影響 えいきょう が大 おお きい)、スタンフォード系 けい のMIPS がまず挙 あ がるが、後者 こうしゃ 2つにはその影響 えいきょう がある。
VLSIに続 つづ いて、新 あら たに ULSI (Ultra-Large Scale Integration) という語 かたり も作 つく られ、集積 しゅうせき される素子 そし 数 すう が100万 まん 以上 いじょう とも1000万 まん 以上 いじょう ともされているが、そのような集積 しゅうせき 度 ど の集積 しゅうせき 回路 かいろ も、今日 きょう 普通 ふつう はVLSIとしている。
WSI (Wafer-Scale Integration) は、複数 ふくすう のコンピュータ・システム等 とう の全体 ぜんたい をウェハー上 じょう に作 つく り込 こ み、個別 こべつ のダイに切 き り離 はな さずにウェハーの大 おお きさのままで使用 しよう するという構想 こうそう である[ 注釈 ちゅうしゃく 4] 。現状 げんじょう では、1品 ひん もので、コストが非常 ひじょう に高額 こうがく であっても良 よ いというような特殊 とくしゅ な用途 ようと ・特殊 とくしゅ な要求 ようきゅう に基 もと づき生産 せいさん するような装置 そうち で採用 さいよう されている。たとえば、人工 じんこう 衛星 えいせい や天体 てんたい 観測 かんそく 望遠鏡 ぼうえんきょう の光学 こうがく 受像 じゅぞう 素子 そし では、つなぎ合 あ わせて作 つく ると歪 ゆが みや隙間 すきま が生 しょう ずるので、1枚 まい のウェハーの全面 ぜんめん を使用 しよう した物 もの が作 つく られている。
System-on-a-chip (SoC) は、従来 じゅうらい 別々 べつべつ のダイで構成 こうせい されていたものを統合 とうごう することで、独立 どくりつ して動作 どうさ するシステム全体 ぜんたい をひとつの集積 しゅうせき 回路 かいろ 上 じょう に実現 じつげん するものである。例 たと えば、マイクロプロセッサとメモリ、周辺 しゅうへん 機器 きき インターフェースなどを1つのチップに集積 しゅうせき するものである。
集積 しゅうせき 回路 かいろ 技術 ぎじゅつ の進歩 しんぽ の一 いち 例 れい であるが、以前 いぜん は撮像 さつぞう 管 かん などと呼 よ ばれる真空 しんくう 管 かん だった、映像 えいぞう を撮影 さつえい する撮像 さつぞう 素子 そし も、電荷 でんか 結合 けつごう 素子 そし (CCD) の技術 ぎじゅつ 開発 かいはつ が進 すす み、固体 こたい 撮像 さつぞう 素子 そし としてCCDイメージセンサ が作 つく られ、家庭 かてい 用 よう ビデオカメラの大幅 おおはば な小型 こがた 化 か などにまず貢献 こうけん した。続 つづ いてCMOSイメージセンサ も作 つく られた。やがて静止 せいし 写真 しゃしん 用 よう にも十分 じゅうぶん な解像度 かいぞうど を持 も つようになり、デジタルカメラ が銀 ぎん 塩 しお カメラを一掃 いっそう した。
伸縮 しんしゅく ・折 お り畳 たた み可能 かのう なシリコン集積 しゅうせき 回路 かいろ [ 編集 へんしゅう ]
このシステムは、単 たん 結晶 けっしょう 硅素 けいそ の無機 むき の整列 せいれつ アレイを含 ふく む無機 むき 電子 でんし 材料 ざいりょう と、極 きょく 薄 うす のプラスチックやエラストマー基板 きばん を統合 とうごう している。[ 8]
半導体 はんどうたい 製造 せいぞう は、ウェハー 上 うえ に回路 かいろ を形成 けいせい する前 ぜん 工程 こうてい と、そこで作 つく られたウェハーをダイに切断 せつだん し、パッケージに搭載 とうさい した後 のち に最終 さいしゅう 検査 けんさ を行 おこな う後 のち 工程 こうてい に大 おお きく二分 にぶん される。なお、これらの工程 こうてい は一般 いっぱん に複数 ふくすう の工程 こうてい 専門 せんもん 企業 きぎょう がそれぞれの工場 こうじょう で順次 じゅんじ 行 い っていくものである。1社 しゃ ですべての工程 こうてい を行 おこな うケースはほぼなく、あったとしても非常 ひじょう に稀 まれ である。
一般 いっぱん 的 てき には、設計 せっけい ・ウェハー製造 せいぞう ・表面 ひょうめん 処理 しょり ・回路 かいろ 形成 けいせい ・ダイシング・基 もと 材 ざい 製造 せいぞう ・ボンディングの各 かく 工程 こうてい に専業 せんぎょう 企業 きぎょう が存在 そんざい し、デザイン・ウェハー切 き り出 だ し・アンダーフィリング・検査 けんさ が前記 ぜんき から分 わ かれて専業 せんぎょう 化 か している場合 ばあい 、加 くわ えて各 かく 工程 こうてい で使用 しよう される材料 ざいりょう ・加工 かこう にも専業 せんぎょう メーカーが存在 そんざい する。一 ひと つの集積 しゅうせき 回路 かいろ パッケージが出来上 できあ がるまでに関 かか わるメーカーの数 かず は少 すく なくとも5、多 おお いときには30社 しゃ とも言 い われる。
集積 しゅうせき 回路 かいろ の母 はは 材 ざい となるウェハーの原材料 げんざいりょう は、半導体 はんどうたい の性質 せいしつ を持 も つ物質 ぶっしつ である。一般 いっぱん 的 てき な集積 しゅうせき 回路 かいろ ではそのほとんどがシリコン であるが、高周波 こうしゅうは 回路 かいろ では超 ちょう 高速 こうそく スイッチングが可能 かのう なヒ化 か ガリウム 、低 てい 電圧 でんあつ で高速 こうそく な回路 かいろ を作 つく りやすいゲルマニウム も利用 りよう される。
集積 しゅうせき 回路 かいろ の歩留 ぶど まりとコストは、ウェハーの原材料 げんざいりょう である単 たん 結晶 けっしょう インゴットの純度 じゅんど の高 たか さと結晶 けっしょう 欠陥 けっかん の数 かず 、そして直径 ちょっけい に大 おお きく左右 さゆう される。2007年 ねん 末 まつ 現在 げんざい のウェハーの直径 ちょっけい は300 mmに達 たっ する。インゴットのサイズを引 ひ き上 あ げるには、従来 じゅうらい の技術 ぎじゅつ だけでは欠陥 けっかん を低 ひく くすることが難 むずか しく、多 おお くのメーカーが揃 そろ って壁 かべ に突 つ き当 あ たった時期 じき があった。シリコン単 たん 結晶 けっしょう 引 ひ き上 あ げ装置 そうち のるつぼを超 ちょう 伝導 でんどう 磁石 じしゃく で囲 かこ みこみ、溶融 ようゆう したシリコンの対流 たいりゅう を強力 きょうりょく な磁場 じば で止 と めることで欠陥 けっかん の少 すく ない単 たん 結晶 けっしょう が製造 せいぞう 可能 かのう になった。
前 ぜん 工程 こうてい によって回路 かいろ が出来上 できあ がったウェハー。
前 ぜん 工程 こうてい は、設計 せっけい 者 しゃ によって作 つく られた回路 かいろ のレイアウトに従 したが ってウェハー上 じょう に集積 しゅうせき 回路 かいろ を作 つく り込 こ む工程 こうてい である。光学 こうがく 技術 ぎじゅつ 、精密 せいみつ 加工 かこう 技術 ぎじゅつ 、真空 しんくう 技術 ぎじゅつ 、統計 とうけい 工学 こうがく 、プラズマ工学 こうがく 、無人 むじん 化 か 技術 ぎじゅつ 、微細 びさい 繊維 せんい 工学 こうがく 、高分子 こうぶんし 化学 かがく 、コンピュータ・プログラミング、環境 かんきょう 工学 こうがく など多岐 たき にわたる技術 ぎじゅつ によって構成 こうせい される。
集積 しゅうせき 回路 かいろ は半導体 はんどうたい 表面 ひょうめん に各種 かくしゅ 表面 ひょうめん 処理 しょり を複数 ふくすう 実施 じっし して製造 せいぞう される。まずウェハーにはイオン注入 ちゅうにゅう によってドープ物質 ぶっしつ を打 う ち込 こ み、不純物 ふじゅんぶつ 濃度 のうど を高 たか める措置 そち が行 おこな われる(最初 さいしょ に作 つく られるこの層 そう がゲートなどの集積 しゅうせき 回路 かいろ の中枢 ちゅうすう となる)。さらにSOI ではウェハーに絶縁 ぜつえん 層 そう を焼 や きこむか張 は り合 あ わせることで漏 も れ電流 でんりゅう を押 お さえ込 こ む処置 しょち が行 おこな われる。そしてレジスト膜 まく の塗布 とふ 、ステッパーによる露光 ろこう 、現像 げんぞう 処理 しょり によるレジスト処理 しょり を複数 ふくすう 行 おこな い、その間 あいだ に回路 かいろ 構造 こうぞう 物 ぶつ の母体 ぼたい となるシリコンの堆積 たいせき 、イオン注入 ちゅうにゅう によるドープ物質 ぶっしつ の注入 ちゅうにゅう 、ゲートや配線 はいせん の土台 どだい となる絶縁 ぜつえん 膜 まく の生成 せいせい 、金属 きんぞく スパッタリングによる配線 はいせん 、エッチングによる不要 ふよう 部分 ぶぶん の除去 じょきょ などが行 おこな われる(フォトリソグラフィ )。集積 しゅうせき 回路 かいろ の立体 りったい 的 てき な複雑 ふくざつ さを配線 はいせん 層 そう の枚数 まいすう で数 かぞ えることから4層 そう メタル・6層 そう メタル等 とう と表現 ひょうげん する。この表面 ひょうめん 処理 しょり 技術 ぎじゅつ は現在進行形 げんざいしんこうけい であり、2014年 ねん 現在 げんざい ではHigh-K絶縁 ぜつえん 膜 まく 、添加 てんか 物 ぶつ 打 う ち込 こ み、メタルゲート、窒化物 ぶつ 半導体 はんどうたい 素子 そし など新 あら たな技術 ぎじゅつ が導入 どうにゅう されている。さらに新 あたら しい技術 ぎじゅつ は、より微細 びさい 化 か したプロセス・ルールと共 とも に世 よ に出 で ると言 い われている。
半導体 はんどうたい 工場 こうじょう の生産 せいさん ラインは、それ自体 じたい が巨大 きょだい なクリーンルーム となっている。生物 せいぶつ 学 がく 的 てき クリーンルームよりも、半導体 はんどうたい 製造 せいぞう 現場 げんば のほうが遥 はる かに清浄 せいじょう 度 ど が高 たか い。ウェハー上 じょう の1つの細菌 さいきん 細胞 さいぼう は、トランジスタ100個 こ 近 ちか くを覆 おお い隠 かく す。2008年 ねん の先端 せんたん プロセス・ルールである45nm は、ウイルス 以下 いか の大 おお きさである。製造 せいぞう 中 ちゅう の半導体 はんどうたい は、人間 にんげん がいる環境 かんきょう ではどこにでもあるナトリウム に大変 たいへん 弱 よわ く、それが絶縁 ぜつえん 膜 まく に浸透 しんとう するため、特 とく にCMOS トランジスタには致命 ちめい 的 てき 欠陥 けっかん になる。
半導体 はんどうたい 工場 こうじょう のクリーンルーム内 ない に導入 どうにゅう される空気 くうき は、部屋 へや や場所 ばしょ ごとに設定 せってい されたクリーン度 ど に応 おう じて、何 なん 度 ど もHEPAフィルター やULPAフィルター で、空中 くうちゅう 微粒子 びりゅうし を濾 こ しとられたものが使 つか われる。また水 みず はイオン交換 こうかん 樹脂 じゅし とフィルターによって、空気 くうき 同様 どうよう に水中 すいちゅう 微粒子 びりゅうし を徹底的 てっていてき に除去 じょきょ された超 ちょう 純 じゅん 水 みず を使用 しよう している。
大量 たいりょう のナトリウムを含 ふく み、皮膚 ひふ から大量 たいりょう の角質 かくしつ 細胞 さいぼう の破片 はへん を落下 らっか させ、振動 しんどう をもたらすヒト は、半導体 はんどうたい プロセスにとって害 がい をなす以外 いがい の何 なに 物 ぶつ でもなく、クリーンスーツ、いわゆる“宇宙 うちゅう 服 ふく ”を着 き て、製造 せいぞう ラインを汚染 おせん しないようにしている。もっとも工場 こうじょう は高度 こうど に自動 じどう 化 か されており、人間 にんげん が製造 せいぞう ラインに出向 でむ くのは、機械 きかい の故障 こしょう といったトラブルがあった時 とき だけである。
ウェハー上 じょう への回路 かいろ 形成 けいせい が完了 かんりょう したら、半導体 はんどうたい 試験 しけん 装置 そうち を用 もち いて回路 かいろ が正常 せいじょう に機能 きのう するかを確認 かくにん するウェハーテストを行 おこな う。半導体 はんどうたい の動作 どうさ 特性 とくせい は温度 おんど にも左右 さゆう されるため、常温 じょうおん に加 くわ え高温 こうおん や低温 ていおん 下 か での試験 しけん も行 おこな われる。
ウェハーテストの結果 けっか はダイにマーキングされ、後述 こうじゅつ する後 のち 工程 こうてい では良品 りょうひん とマークされたダイのみが組 く み立 た て対象 たいしょう となる。
ダイ面積 めんせき の大 おお きい超 ちょう 大 だい 規模 きぼ 集積 しゅうせき 回路 かいろ では、チップ上 じょう に一 ひと つも欠陥 けっかん がない完璧 かんぺき な製品 せいひん を作 つく ることは非常 ひじょう に難 むずか しい。そこで、設計 せっけい 段階 だんかい で予備 よび の回路 かいろ を前 まえ もって追加 ついか し、ウェハーテストで不良 ふりょう が検出 けんしゅつ されたときにそこを予備 よび 回路 かいろ で補 おぎな うことで歩留 ぶど まりを上 あ げる救済 きゅうさい が行 おこな われる。回路 かいろ の切 き り替 か えは、回路 かいろ 上 じょう に形成 けいせい されたヒューズを、レーザーまたはウェハーテスト中 ちゅう に電流 でんりゅう を流 なが して切断 せつだん することで実現 じつげん している。
DRAM やフラッシュメモリ では、製品 せいひん で決 き められた容量 ようりょう に加 くわ え予備 よび のメモリ領域 りょういき を用意 ようい しておき、不良 ふりょう 箇所 かしょ をテストで見 み つけた時点 じてん で配線 はいせん のヒューズを切 き り予備 よび 領域 りょういき に切 き り替 か えることが一般 いっぱん 的 てき に行 おこな われる。また、CPUでオンダイのコプロセッサや、マルチコアプロセッサの各 かく コアなど、その内部 ないぶ に不良 ふりょう があった場合 ばあい にはそれを切 き り離 はな して、ラインナップ中 ちゅう の低 てい グレードの製品 せいひん とする、あるいは最初 さいしょ から全 すべ てが機能 きのう することは期待 きたい しない、といった手法 しゅほう もある。例 たと えば、Cell プロセッサはSynergistic Processor Element ( シナジスティック・プロセッサー・エレメント ) をマスクパターンとしては8個 こ 用意 ようい しているが、ゲーム機 き PlayStation 3 では、使用 しよう 可能 かのう なSynergistic Processor Elementを7個 こ に設定 せってい し、不良 ふりょう コアが一 ひと つ発生 はっせい しているダイでも利用 りよう 可能 かのう とした。
ダイシング工程 こうてい によりウェハーから切 き り出 だ したチップ
前 ぜん 工程 こうてい で良品 りょうひん としてマーキングされた回路 かいろ をウェハーから切 き り出 だ し、シートに貼 は り付 づ けてパッケージに搭載 とうさい する。端子 たんし との配線 はいせん や樹脂 じゅし で封 ふう 止 よ し、最終 さいしゅう 製品 せいひん の形 かたち になる。その後 ご 、初期 しょき 不良 ふりょう をあぶり出 だ すバーンイン試験 しけん や製品 せいひん の機能 きのう を確認 かくにん するファイナルテストを経 へ て出荷 しゅっか される。
ダイシング工程 こうてい では、前 ぜん 工程 こうてい で製造 せいぞう されたウェハーをチップの形 かたち に切 き り離 はな す。ダイシングには、薄 うす い砥石 といし を用 もち いて切断 せつだん する方法 ほうほう と、レーザーを用 もち いる方法 ほうほう が主流 しゅりゅう である。
ワイヤーボンディングの図 ず 。パッケージ端子 たんし であるリードフレームとチップの端子 たんし がボンディングワイヤーで接続 せつぞく されている。
フリップチップボンディングの図 ず 。上 うえ に浮 う いているのがチップで、それにくっついている丸 まる い突起 とっき がバンプである。下 した がチップを取 と り付 つ けるパッケージ基板 きばん で、並 なら んでいる四角 よつかど の部分 ぶぶん がバンプとの接合 せつごう 面 めん になる。
チップをパッケージ基板 きばん に搭載 とうさい し、チップ側 がわ の端子 たんし とパッケージの端子 たんし を接続 せつぞく する工程 こうてい はボンディングと呼 よ ばれる。主 おも なボンディング手法 しゅほう を下 した に示 しめ す。
チップ上 じょう の接続 せつぞく 端子 たんし であるボンディングパッドとパッケージ端子 たんし を細 ほそ い金属 きんぞく の線 せん で接続 せつぞく する方法 ほうほう 。加工 かこう の容易 たやす さと電気 でんき 抵抗 ていこう の低 ひく さから、材質 ざいしつ には金 きむ やアルミニウム がよく用 もち いられる。
チップ上 じょう にバンプと呼 よ ばれる接続 せつぞく 用 よう の突起 とっき を載 の せ、その面 めん をパッケージ基板 きばん に合 あ わせて接続 せつぞく する方法 ほうほう 。チップ全面 ぜんめん を接続 せつぞく に使 つか えるため、端子 たんし 数 すう が多 おお くかつチップ面積 めんせき が小 ちい さい集積 しゅうせき 回路 かいろ でよく利用 りよう される。
ボンディングによる配線 はいせん が完了 かんりょう したら、外部 がいぶ からの衝撃 しょうげき や水分 すいぶん から集積 しゅうせき 回路 かいろ を保護 ほご する封 ふう 止 とめ を行 おこな う。一般 いっぱん 的 てき な集積 しゅうせき 回路 かいろ では、モールド剤 ざい でチップやボンディングワイヤーを保護 ほご するための注入 ちゅうにゅう 成形 せいけい を行 おこな う。集積 しゅうせき 回路 かいろ の黒 くろ い外見 がいけん はこの樹脂 じゅし によるものである。樹脂 じゅし が固 かた まった後 のち 、チップ毎 ごと に切 き り離 はな せば集積 しゅうせき 回路 かいろ は完成 かんせい する。近年 きんねん のCPU やGPU 、液晶 えきしょう ドライバICなどの超 ちょう 精密 せいみつ 集積 しゅうせき 回路 かいろ にはモールド剤 ざい を用 もち いず、アンダーフィル と呼 よ ばれる一 いち 液 えき 硬化 こうか の樹脂 じゅし を用 もち いる。ボンディングの後 のち 、基 もと 材 ざい とIC間 あいだ に注入 ちゅうにゅう を行 おこな いキュア炉 ろ と呼 よ ばれる装置 そうち でリフローし、硬化 こうか させる。
バスタブカーブのグラフ。不良 ふりょう 発生 はっせい を示 しめ す青 あお いグラフは、初期 しょき 不良 ふりょう 期間 きかん の高 こう 故障 こしょう 率 りつ を経 へ て、偶発 ぐうはつ 故障 こしょう 期間 きかん に移行 いこう する様子 ようす を示 しめ している。
集積 しゅうせき 回路 かいろ の故障 こしょう 率 りつ は一般 いっぱん 的 てき にバスタブカーブ と呼 よ ばれる確 かく 率 りつ 分布 ぶんぷ に従 したが う。バスタブカーブでは、使用 しよう 開始 かいし 直後 ちょくご に高 たか い不良 ふりょう 率 りつ を示 しめ す初期 しょき 不良 ふりょう 期間 きかん を経 へ て、低 ひく い不良 ふりょう 率 りつ を維持 いじ する偶発 ぐうはつ 故障 こしょう 期間 きかん に移行 いこう する。劣化 れっか を加速 かそく する条件下 じょうけんか で短時間 たんじかん 集積 しゅうせき 回路 かいろ を動作 どうさ させることでこの初期 しょき 不良 ふりょう をあぶり出 だ す工程 こうてい がバーンイン(burn-in、焼入 やきい れ。エイジング とも)である。バーンインであぶり出 だ された初期 しょき 不良 ふりょう は次 つぎ の品質 ひんしつ 検査 けんさ によって取 と り除 のぞ かれる。
具体 ぐたい 的 てき には、高温 こうおん 下 か で一定 いってい 時間 じかん 集積 しゅうせき 回路 かいろ に電流 でんりゅう を流 なが すことで劣化 れっか を加速 かそく している。これは、劣化 れっか を化学 かがく 反応 はんのう として捉 とら えた場合 ばあい 、劣化 れっか 速度 そくど と温度 おんど はアレニウスの式 しき の関係 かんけい に従 したが うとの考 かんが え方 かた によるものである。
最後 さいご に、集積 しゅうせき 回路 かいろ が製品 せいひん として正常 せいじょう に機能 きのう するかを確認 かくにん する検査 けんさ を行 おこな う。封 ふう 止 とめ 樹脂 じゅし に欠 か けやひび、リードフレームやBGAパッケージ のボール端子 たんし に異常 いじょう が無 な いかを確認 かくにん する外観 がいかん 検査 けんさ 、ボンディングによる電気 でんき 接続 せつぞく が確実 かくじつ に行 おこな われ、チップが完全 かんぜん に動作 どうさ するかを半導体 はんどうたい 検査 けんさ 装置 そうち で確認 かくにん する電気 でんき 検査 けんさ が行 おこな われる。
EEPROM やフラッシュメモリ などの記憶 きおく 素子 そし を混載 こんさい した製品 せいひん では、プログラムをそれらに書 か き込 こ む作業 さぎょう も行 おこな われる。プログラムの内容 ないよう を切 き り替 か えることで、同一 どういつ のマスクから異 こと なるグレードや入出 いりで 端子 たんし の異 こと なる集積 しゅうせき 回路 かいろ を作 つく り出 だ すことができる。またCPU等 とう の製品 せいひん で、実際 じっさい に動作 どうさ 可能 かのう な最高 さいこう 速度 そくど に応 おう じたクロック倍率 ばいりつ を後処理 あとしょり で設定 せってい することで、グレードの異 こと なる製品 せいひん を同 どう 一 いち 生産 せいさん ラインから製造 せいぞう している。
プロセス・ルールとは、集積 しゅうせき 回路 かいろ をウェハーに製造 せいぞう するプロセス条件 じょうけん をいい、最小 さいしょう 加工 かこう 寸法 すんぽう を用 もち いて表 あらわ す。プロセス・ルールによって、回路 かいろ 設計 せっけい での素子 そし や配線 はいせん の寸法 すんぽう を規定 きてい するデザイン・ルールが決 き まる。
通常 つうじょう 、最小 さいしょう 加工 かこう 寸法 すんぽう はゲート配線 はいせん の幅 はば または間隔 かんかく である。ゲート配線 はいせん 幅 はば が狭 せま くできれば、金属 きんぞく 酸化 さんか 物 ぶつ 電界 でんかい 効果 こうか トランジスタ (MOSFET) のゲート長 ちょう が短 みじか くなるから、ソースとドレインの間隔 かんかく が短 みじか くなり、チャネル抵抗 ていこう が小 ちい さくなる。したがって、トランジスタの駆動 くどう 電流 でんりゅう が大 おお きくなり、高速 こうそく 動作 どうさ が期待 きたい できる。このため、プロセス・ルールは、高速 こうそく 化 か を期待 きたい して、ゲート長 ちょう のことを指 さ す場合 ばあい もある。特 とく にDRAMプロセスでは、ゲート長 ちょう はゲート配線 はいせん の最小 さいしょう 寸法 すんぽう を使 つか わない場合 ばあい があるし、拡散 かくさん 層 そう とメタル層 そう を導通 どうつう させるコンタクトの径 みち が最小 さいしょう 加工 かこう 寸法 すんぽう の場合 ばあい もある。つまり、プロセス・ルールは、製造 せいぞう 上 じょう の技術 ぎじゅつ 的 てき な高度 こうど さや困難 こんなん さを示 しめ す指標 しひょう と言 い える。
プロセス・ルールが半分 はんぶん になれば、ダイの外部 がいぶ 配線 はいせん 部 ぶ を除 のぞ けば、同 おな じ面積 めんせき に4倍 ばい のトランジスタや配線 はいせん が配置 はいち できるため、同 おな じトランジスタ数 すう では4-1 倍 ばい (4分 ぶん の1) の面積 めんせき になる。ダイ面積 めんせき が4分 ぶん の1に縮小 しゅくしょう できれば1枚 まい のウェハーから取 と れるダイが4倍 ばい になるだけでなく、歩留 ぶど まりが改善 かいぜん されるためさらに多 おお くのダイが取 と れる。トランジスタ素子 そし が小 ちい さくなればMOSFETのチャネル長 ちょう が短 みじか くなり、ON/OFFの閾値の電圧 でんあつ (Vth) を下 さ げられ、低 てい 電圧 でんあつ で高速 こうそく のスイッチング動作 どうさ が可能 かのう となるため、リーク電流 でんりゅう の問題 もんだい を考 かんが えなければ、消費 しょうひ 電力 でんりょく を下 さ げながら性能 せいのう が向上 こうじょう する。
伝播 でんぱ 遅延 ちえん
τ たう
{\displaystyle \tau }
は次 つぎ の式 しき に表 あらわ される関係 かんけい に従 したが う。
τ たう
=
C
l
o
a
d
V
d
d
T
o
x
L
W
μ みゅー
ϵ
(
V
d
d
−
V
t
)
2
{\displaystyle \tau ={\frac {C_{load}V_{dd}T_{ox}L}{W\mu \epsilon (V_{dd}-V_{t})^{2}}}}
τ たう
{\displaystyle \tau }
: 伝播 でんぱ 遅延 ちえん
C
l
o
a
d
{\displaystyle C_{load}}
: 負荷 ふか 容量 ようりょう
V
d
d
{\displaystyle V_{dd}}
: 電源 でんげん 電圧 でんあつ
T
o
x
{\displaystyle T_{ox}}
: ゲート酸化 さんか 膜 まく 厚 あつ
L : ゲート長 ちょう
W : ゲート幅 はば
μ みゅー
{\displaystyle \mu }
: キャリア移動 いどう 度 ど
ϵ
{\displaystyle \epsilon }
: ゲート酸化 さんか 膜 まく 誘電 ゆうでん 率 りつ
V
t
{\displaystyle V_{t}}
: しきい値 ち 電圧 でんあつ [ 9]
プロセス・ルールは、フォトマスク からウェハーに回路 かいろ を転写 てんしゃ する半導体 はんどうたい 露光 ろこう 装置 そうち の光学 こうがく 分解能 ぶんかいのう や、エッチング工程 こうてい の寸法 すんぽう 変換 へんかん 差 さ の改善 かいぜん などで更新 こうしん されてきた。プロセス・ルールの将来 しょうらい 予測 よそく は、ムーアの法則 ほうそく を引用 いんよう されることが多 おお い。
半導体 はんどうたい 露光 ろこう 装置 そうち は非常 ひじょう に高 たか い工作 こうさく 精度 せいど が要求 ようきゅう され、製造 せいぞう の大 だい 部分 ぶぶん が人間 にんげん の手作業 てさぎょう で行 おこな われる。ウェハーを載 の せるスライドテーブルは、高 たか い水平 すいへい 度 ど を実現 じつげん するために非常 ひじょう にキメの細 こま かい砥石 といし で職人 しょくにん が磨 みが いたレールの上 うえ に乗 の せられる。微細 びさい パターンをウェハー上 じょう に転写 てんしゃ する光学 こうがく 系 けい には、原子 げんし 単位 たんい で表面 ひょうめん の曲 きょく 率 りつ が修正 しゅうせい されている超 ちょう 高 こう 精度 せいど なレンズが用 もち いられている。
半導体 はんどうたい 露光 ろこう 装置 そうち メーカーは1社 しゃ か2社 しゃ の最先端 さいせんたん 半導体 はんどうたい メーカーと共同 きょうどう で次 つぎ の世代 せだい や次々 つぎつぎ 世代 せだい の半導体 はんどうたい 露光 ろこう 装置 そうち を開発 かいはつ し、まずその半導体 はんどうたい メーカーに向 む けて製造 せいぞう する。その開発 かいはつ によって生 う み出 だ された装置 そうち を、2 - 3年 ねん 程度 ていど 後 ご に最先端 さいせんたん に続 つづ く半導体 はんどうたい メーカーが量産 りょうさん のために購入 こうにゅう する頃 ころ には最先端 さいせんたん 半導体 はんどうたい メーカーはその先 さき の世代 せだい の試験 しけん 運用 うんよう をはじめる。この循環 じゅんかん があるために演算 えんざん プロセッサのプロセスルールは、350 nm/250 nm/180 nm/130 nm/90 nm/65 nm/45 nm/32 nm/22 nm/14 nm/10 nm といった飛 ひ びとびの値 ち になるのが普通 ふつう である。最先端 さいせんたん のプロセス・ルールは2020年 ねん 時点 じてん で5nmに達 たっ していて[ 10] 、3 nm, 2 nmと微細 びさい 化 か が進 すす んで行 い くと予想 よそう されている[ 11] [ 12] [ 13] 。一方 いっぽう DRAMやフラッシュメモリ のような記憶 きおく 用 よう 半導体 はんどうたい では小刻 こきざ みにプロセスルールを縮小 しゅくしょう している。DRAMにおける一般 いっぱん 的 てき なプロセス・ルールは2007年 ねん には65nm、2008年 ねん には57 nmと縮小 しゅくしょう を行 おこな い、2013年 ねん には32 nmを想定 そうてい している。これは、製品 せいひん の急激 きゅうげき な低 てい 価格 かかく 化 か によって各 かく メーカーが新規 しんき 投資 とうし を控 ひか え、既存 きそん 設備 せつび の改善 かいぜん によって生産 せいさん 性 せい を向上 こうじょう させることが狙 ねら いである[ 14] 。ただし最先端 さいせんたん の微細 びさい 化 か が要求 ようきゅう される携帯 けいたい 端末 たんまつ 向 む けなどには、2010年 ねん 時点 じてん で25nmの製品 せいひん が、2020年 ねん 時点 じてん で10 nmの製品 せいひん が投入 とうにゅう されている[ 15] 。
2015年 ねん 、2016年 ねん 第 だい 5世代 せだい と第 だい 6世代 せだい のIntel Coreを14 nmで製造 せいぞう している。2016年 ねん 中 ちゅう に10 nmを実用 じつよう 化 か (実際 じっさい には2019年 ねん [ 16] )、2017年 ねん には7 nm(実際 じっさい には2023年 ねん 予定 よてい [ 17] )へ[ 18] 。
2015年 ねん 7月 がつ 、IBMは7 nmプロセスの試作 しさく 品 ひん を発表 はっぴょう [ 19] 、一 いち 桁 けた ナノプロセスの時代 じだい を迎 むか える。
2016年 ねん 3月 がつ 、インテルはXeon E5-2600 v4 CPU、14 nm、22コア/44スレッドを発売 はつばい [ 20] 。
2016年 ねん 3月 がつ 、サムスンは18 nmといわれるDRAMを出荷 しゅっか 。
2020年 ねん 9月 がつ 、TSMC の5 nmプロセスによるApple A14 が出荷 しゅっか される[ 21] 。
微細 びさい 化 か によってプロセスルールが使 つか われる光源 こうげん の波長 はちょう よりも短 みじか くなると、光 ひかり の回折 かいせつ や干渉 かんしょう によってマスクの形 かたち とウェハー上 じょう に作 つく られる像 ぞう の食 く い違 ちが いが大 おお きくなり、設計 せっけい 通 どお りの回路 かいろ が形成 けいせい できなくなる。この問題 もんだい を解決 かいけつ するため、回路 かいろ 設計 せっけい にあらかじめこれらの光学 こうがく 効果 こうか を織 お り込 こ んでおく光学 こうがく 近接 きんせつ 効果 こうか 補正 ほせい が130 nm以下 いか のルールで行 おこな われるようになった。光学 こうがく 近接 きんせつ 効果 こうか 補正 ほせい は、EDA による自動 じどう 化 か が普及 ふきゅう している。
2020年 ねん 頃 ごろ には、5nmに到達 とうたつ し、CMOSを使 つか った微細 びさい 化 か の限界 げんかい が訪 おとず れるとの推測 すいそく されており、新 あたら しい素材 そざい ・構造 こうぞう の研究 けんきゅう や微細 びさい 化 か に頼 たよ らない手段 しゅだん による集積 しゅうせき 度 ど の向上 こうじょう も模索 もさく されている[ 22] 。
また携帯 けいたい 電話 でんわ の小型 こがた カメラ撮像 さつぞう 素子 そし ではフットプリントの都合 つごう 上 じょう 、非常 ひじょう に微細 びさい 化 か したイメージセンサーを使 つか う。しかし、このセンサーの画素 がそ 密度 みつど は可視 かし 光 こう 波長 はちょう では従来 じゅうらい のカラーフィルタ方式 ほうしき がまったく役 やく にたなくなる。このため、メタル層 そう で光 ひかり を回折 かいせつ させて分光 ぶんこう を行 おこな ったり、窒化物 ぶつ 半導体 はんどうたい 素子 そし を使 つか って分光 ぶんこう することにより、プロセスルールよりも遥 はる かに長 なが い可視 かし 光 こう をフォトダイオードに導 みちび く。APS-Cサイズで2000万 まん 画素 がそ を超 こ えるものも同様 どうよう である[ 23] 。
歩留 ぶど まり とは、ウェハーから取 と れる全 すべ てのダイに対 たい する良品 りょうひん ダイの割合 わりあい を指 さ し、イールド・レート (yield rate) とも呼 よ ばれる。PC用 よう のCPUのように、同 おな じ生産 せいさん ラインで同 おな じ製造 せいぞう 工程 こうてい を経 へ た製品 せいひん を、完成 かんせい 製品 せいひん に後 ご からテストによってグレード(動作 どうさ 周波数 しゅうはすう )を割 わ り振 ふ ることがあるので、グレードを下 さ げれば(低 てい クロックでしか動作 どうさ させられないCPUでも良品 りょうひん と見 み なせるため)歩留 ぶど まりが上 あ がるという結果 けっか になる。
半導体 はんどうたい 故障 こしょう 解析 かいせき とは、極 きわ めて多 おお くの素子 そし の集合 しゅうごう 体 たい である集積 しゅうせき 回路 かいろ に於 お いて、何処 どこ が、どの様 よう に、壊 こわ れているのかを解析 かいせき する技術 ぎじゅつ である。LSIテスタ(半導体 はんどうたい 試験 しけん 装置 そうち )では、不 ふ 良品 りょうひん であることは分 わ かっても、その回路 かいろ の何処 どこ に異常 いじょう があるのかまでは分 わ からない。数 かず 千 せん 万 まん ものトランジスタが集積 しゅうせき された回路 かいろ に於 お いて、その一 ひと つ一 ひと つを試験 しけん していくのは現実 げんじつ 的 てき ではなく、また、それ以上 いじょう に配線 はいせん の不良 ふりょう などもあり得 え る。従 したが って、集積 しゅうせき 回路 かいろ の登場 とうじょう 当初 とうしょ から、集積 しゅうせき 度 ど の向上 こうじょう に伴 ともな って、故障 こしょう 解析 かいせき 技術 ぎじゅつ も進歩 しんぽ している。
CAN形 がた ICの内部 ないぶ
モノリシック集積 しゅうせき 回路 かいろ は1片 へん のチップに、トランジスタ、ダイオード、抵抗 ていこう 器 き などの回路 かいろ 素子 そし を形成 けいせい し、素子 そし 間 あいだ をアルミニウム などの蒸着 じょうちゃく によって配線 はいせん した後 のち 、数 かず mm - 十 じゅう 数 すう mm角 かく の小片 しょうへん に切 き り出 だ したものである。組 く み立 た て工数 こうすう が少 すく ないため安価 あんか である。
シリコン (Si、珪素 けいそ )単 たん 結晶 けっしょう 基板 きばん 上 じょう に平面 へいめん 状 じょう に構成 こうせい するトランジスタ(プレーナ型 がた トランジスタ)を発展 はってん させたものである。アナログICとデジタルICのどちらも1960年代 ねんだい から発展 はってん が始 はじ まっているが、1990年代 ねんだい には製造 せいぞう プロセスの進歩 しんぽ により高度 こうど なアナログ・デジタル混在 こんざい 回路 かいろ も見 み られるようになった。
ハイブリッド集積 しゅうせき 回路 かいろ
マルチチップモジュール
比較的 ひかくてき 小 ちい さいプリント基板 きばん に、多数 たすう の個別 こべつ 部品 ぶひん や複数 ふくすう のチップ(マルチチップモジュール )などを直接 ちょくせつ 、高密度 こうみつど さらには立体 りったい 的 てき に実装 じっそう ・配線 はいせん し、さらにモールドするなどして一体 いったい の部品 ぶひん としたものである。
制御 せいぎょ 回路 かいろ が一体化 いったいか された大 だい 電力 でんりょく の増幅 ぞうふく 回路 かいろ やスイッチング回路 かいろ (インテリジェントパワーモジュール)や、高密度 こうみつど 実装 じっそう が要求 ようきゅう される携帯 けいたい 機器 きき ・自動車 じどうしゃ ・航空機 こうくうき ・軍事 ぐんじ 用 よう 、集積 しゅうせき 回路 かいろ 同士 どうし の距離 きょり が演算 えんざん 速度 そくど に影響 えいきょう を与 あた えるスーパー・コンピュータ やメインフレーム・コンピュータなどに用 もち いられる。メインフレームコンピュータやスーパーコンピュータで使 つか われるマルチチップモジュールは100層 そう を超 こ えるセラミック基板 きばん を焼 しょう 結 ゆい 生成 せいせい した非常 ひじょう に高度 こうど な立体 りったい 回路 かいろ を構成 こうせい している。プリント基板 きばん においてもビルドアップと呼 よ ばれる、複数 ふくすう の多層 たそう 基板 きばん を貼 は り合 あ わせて回路 かいろ を構成 こうせい する技術 ぎじゅつ が開発 かいはつ されているため、ハイブリッド集積 しゅうせき 回路 かいろ の多層 たそう 化 か 製品 せいひん とプリント基板 きばん の多層 たそう 化 か 製品 せいひん の境目 さかいめ は無 な くなっている。
IBMのSystem/360 で使 つか われた「SLT」と称 しょう されたハイブリッド集積 しゅうせき 回路 かいろ
ASIC、システムLSI(特定 とくてい 用途 ようと 向 む け IC・LSI)[ 編集 へんしゅう ]
コンピューターに耐 たい タンパー性能 せいのう を与 あた えるためのSystem-on-a-chipモジュール。I/Oポート と電源 でんげん 端子 たんし のみを備 そな え、マイクロコントローラーとして全 すべ てのロジックをワンチップに収納 しゅうのう してある。鍵 かぎ 管理 かんり ・鍵 かぎ ブロックの登録 とうろく と払 はら い出 だ し・Worm 機能 きのう などが盛 も り込 こ まれ、中 ちゅう 間 あいだ 者 しゃ 攻撃 こうげき やサイドチャネル攻撃 こうげき からコンピューターシステムを防御 ぼうぎょ する。世界 せかい で最 もっと も多 おお く使 つか われているセキュリティチップがICカード である。システム防衛 ぼうえい の要 よう として使 つか われるが、通常 つうじょう スタンドアロンで動作 どうさ する物 もの は無 な い。バックエンド システムにデータベース を備 そな え、そのデータベースにアクセスする鍵 かぎ が格納 かくのう される(過去 かこ に実 じつ データを格納 かくのう するICカードもあったが耐 たい タンパー性 せい の悪 わる さから、B-CAS カード等 とう 限定 げんてい 受信 じゅしん システム以外 いがい は撤退 てったい している。日本 にっぽん 、EUではカードが解析 かいせき ・改 かい ざんされ限定 げんてい 受信 じゅしん システムが崩壊 ほうかい した)。おサイフケータイ ・Suica などで知 し られるワイヤレス電子 でんし マネー・電子 でんし 発券 はっけん システムもセキュリティチップである。このシェアはソニー が開発 かいはつ したFelica が主流 しゅりゅう であり、NFC としてISO で標準 ひょうじゅん 化 か された。携帯 けいたい 電話 でんわ のSIMカードもセキュリティチップである。Microsoft Windows はWindows Vista から、セキュリティチップの本格 ほんかく 採用 さいよう を始 はじ めた。セキュリティチップに電子 でんし 証明 しょうめい 書 しょ を格納 かくのう し、ハードディスクを暗号 あんごう 化 か する。それ以前 いぜん は電子 でんし 署名 しょめい ベースのEFS を搭載 とうさい していたが、ユーザープロファイルの消滅 しょうめつ がユーザー証明 しょうめい 書 しょ の喪失 そうしつ につながりデータを損失 そんしつ する事故 じこ があった。またシステム全体 ぜんたい を暗号 あんごう 化 か することができなかった。インテル はvPro としてWindows NT にセキュリティチップをオプションで採用 さいよう した暗号 あんごう 化 か システムを提供 ていきょう していた。しかし一般 いっぱん ユーザーには利用 りよう されず、主 おも にITプロフェッショナルが運用 うんよう する大 だい 規模 きぼ システムでつかわれた。
耐 たい タンパー性 せい 技術 ぎじゅつ は日々 ひび 進歩 しんぽ しており、長 なが い鍵 かぎ を処理 しょり できる高性能 こうせいのう プロセッサの搭載 とうさい 、光 ひかり 消去 しょうきょ EPROMによるチップ取 と り出 だ しの困難 こんなん 化 か (チップに光 ひかり を当 あ てるとフローティングゲート から電荷 でんか が流出 りゅうしゅつ してデータが消滅 しょうめつ する)など改良 かいりょう が重 かさ ねられている。
^ 専門 せんもん 的 てき には「ダイ」とも呼 よ ぶ。
^ 個別 こべつ の部品 ぶひん を集積 しゅうせき した「ハイブリッド集積 しゅうせき 回路 かいろ 」なども含 ふく める場合 ばあい もあるが、ここではそちらへの言及 げんきゅう は割愛 かつあい する。
^ 多 おお くの場合 ばあい 、端子 たんし の数 かず とその間隔 かんかく が、パッケージのサイズの要因 よういん となっている。
^ 1980年代 ねんだい に商用 しょうよう 化 か しようとした例 れい もあったが、歩 ふ 留 とめ の制約 せいやく を越 こ えられずに失敗 しっぱい している。WSIの実用 じつよう 化 か の優先 ゆうせん 度 ど は高 たか くない。(トリロジー・システムズ (英語 えいご 版 ばん ) の記事 きじ などで見 み られる)
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^ 株式会社 かぶしきがいしゃ インプレス (2020年 ねん 3月 がつ 26日 にち ). “Samsung、業界 ぎょうかい 初 はつ のEUV採用 さいよう DRAMモジュールの出荷 しゅっか 開始 かいし ”. PC Watch . 2021年 ねん 4月 がつ 8日 にち 閲覧 えつらん 。
^ “笠原 かさはら 一輝 いっき のユビキタス情報 じょうほう 局 きょく ː Intel、第 だい 10世代 せだい Core発表 はっぴょう 。10nmプロセスで、L1が1.5倍 ばい 、L2は倍増 ばいぞう に ”. 2021年 ねん 4月 がつ 26日 にち 閲覧 えつらん 。 “初期 しょき の計画 けいかく では2017年 ねん 末 まつ の出荷 しゅっか だったが、Kaby Lakeの微細 びさい 化 か 製品 せいひん として計画 けいかく されてきた同 おな じ10nm採用 さいよう のCannon Lakeがうまく立 た ち上 あ がらず、結果 けっか 的 てき に事実 じじつ 上 じょう のスキップ(実際 じっさい にはGPUなし版 ばん が細々 こまごま と出荷 しゅっか されている)になり、2019年 ねん にずれ込 こ んでしまうというかたちになってしまった。”
^ “笠原 かさはら 一輝 いっき のユビキタス情報 じょうほう 局 きょく ː Intel、2023年 ねん の製品 せいひん 計画 けいかく プランを延期 えんき 。ゲルシンガー氏 し の新 しん 体制 たいせい で強 つよ いIntelへの回帰 かいき なるか ”. 2021/04.26閲覧 えつらん 。 “Intelの次 つぎ の製造 せいぞう 技術 ぎじゅつ であり、TSMCの5 nmと同 どう 程度 ていど の性能 せいのう を持 も っているとされる7 nmの製造 せいぞう 計画 けいかく は2022年 ねん に開始 かいし され、量産 りょうさん は2023年 ねん になると見 み られている。”
^ インテルCPUロードマップ 2016年 ねん 中 ちゅう に10nmプロセスを量産 りょうさん 、7nmは2019年 ねん ASCIIデジタル2016年 ねん 04月 がつ 18日 にち
^ ついに“ひと桁 けた ”、7 nmプロセス開発 かいはつ へ加速 かそく EE Times Japan Weekly 2016年 ねん 03月 がつ 28日 にち
^ “Broadwell-EP”こと「Xeon E5-2600 v4」が販売 はんばい 開始 かいし ASCII 2016年 ねん 04月 がつ 01日 にち
^ ASCII. “アップル異例 いれい の「順番 じゅんばん 入 い れ替 か わり」、それでも「プロセッサー自前 じまえ 開発 かいはつ 」で強 つよ みを見 み せる (1/2) ”. ASCII.jp . 2021年 ねん 4月 がつ 8日 にち 閲覧 えつらん 。
^ New nano logic devices for the 2020 time frames
^ マイクロ分光 ぶんこう 素子 そし を用 もち いたイメージセンサの高 こう 感度 かんど 化 か 技術 ぎじゅつ を開発 かいはつ Panasonic Newsroom プレスリリース 2013年 ねん 2月 がつ 4日 にち