朝着“三维”迈进的半导体技术

最近，“三维”一词在半导体领域出现得十分频繁。比如，英特尔采用22nm工艺制造的采用立体通道结构的“三维晶体管”、8月份三星电子宣布量产的“三维NAND闪存”，以及利用TSV(硅通孔)来层叠并连接半导体芯片的“三维LSI”等。

在半导体领域，原来的二维微细化(定标，Scaling)已逐步接近极限，各种三维技术变得十分必要。三维晶体管已广泛应用于微处理器，三维NAND闪存也有望在2014年以后、以服务器用SSD等为中心不断普及。但是，除了部分CMOS图像传感器及FPGA之外，却很少听到基于TSV的三维LSI的量产消息。

关于三维LSI，最初业界曾传出某项技术将被智能手机应用处理器(SoC)和DRAM大量采用的消息。那就是通过层叠SoC和DRAM、通过高密度TSV进行三维连接来实现大带宽的“Wide I/O”技术。业界曾期待高通等SoC厂商采用该技术，在2013～2014年开始量产。但实际情况是，Wide I/O的采用被搁置了。

原因在于该技术的成本太高。野村证券的成本分析结果显示，由SoC和DRAM构成的三维LSI的制造成本是原来的PoP(package on package)产品的约2.4倍。而智能手机厂商采用三维LSI时所依据的成本标准一般是“PoP产品的1.1倍以下”，2.4倍已大大超过该标准。目前，作为Wide I/O的后续技术，业界还在讨论带宽更大的“Wide I/O 2”，但该技术同样存在巨大的成本障碍。

另一方面，业界也出现了看似可以顺利跨越成本障碍的三维LSI技术，那就是美光科技最早将从2013年下半年开始样品供货的新一代内存“Hybrid Memory Cube(HMC)”。HMC是以配备于高端网络设备及超级计算机为目标的三维构造内存，价格是传统DDR3 SDRAM内存条5～10倍，绝对不算便宜。但是，HMC的带宽可达到DDR3内存的约15倍，“性价比非常具有吸引力”(日本某设备厂商的部件采购人员)。

而且，HMC除了部分高端用途之外，将来还打算向服务器及消费类产品推广，这一点也备受关注。虽然美光表示向消费类产品推广需要“花费5年以上的时间”，但可以通过大幅更改HMC的构造及规格来降低成本。像HMC这样首先在高端市场上实现三维LSI技术的产品化、然后再逐步扩大用途的道路虽然要花费很长时间，但也许比较踏实可靠。今后笔者将继续关注HMC将如何开拓市场。