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公開番号2024119696
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-03
出願番号2023026778
出願日2023-02-22
発明の名称V3D半導体
出願人株式会社ドクター中松創研
代理人
主分類H01L 23/38 20060101AFI20240827BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】3D集積回路等の機能増大による冷却問題を解決することにより3D集積回路等の能力を拡大、安定化する。
【解決手段】集積回路にエントツや、又、ペルチェ素子を設ける。
【選択図】図10
特許請求の範囲【請求項１】
３Ｄ又は３Ｄでなく半導体集積回路の冷却に於いて基板に対しほぼ垂直に四角形でなく自立させ立て、且つ半導体集積回路の間を空間的に開けてエントツ効果により前記半導体回路を冷却する事を特徴とする半導体回路。
続きを表示（約 67 文字）【請求項２】
３Ｄ又は３Ｄでなく半導体回路の冷却に於いて、半導体集積回路にペルチェを素子を積層することを特徴とする。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、３Ｄ構造半導体素子に関する。
続きを表示（約 3,700 文字）【背景技術】
【０００２】
［本発明のバックグラウンド］
日本人はアメリカの実態をよく知らないと思うが、アメリカという国は、メディアがきわめて強力なパワーを持っており、メディアが、アメリカの政治や技術をリードしているといっても過言ではない。そのアメリカのメディアは、スクリップスハワード系と、ハースト系の二つに分かれ、すべてのテレビや通信社がこの２つの系統に分かれていることは日本ではあまり知られていない。
そのスクリップスハワード系の中で、特に、スクリップスハワードの社主であるロイハワード氏が世界の新聞王として世界的に著名である。
本発明者は、米国において、このハワード氏に子供のようにかわいがられ、ニューヨークのパークアベニューの自宅で食事を共にしたり、本発明者が発明した、フロッピーディスクの第１号を見せたり、ハワード氏がそのフロッピーディスクの床に落ちた「ねじ」を拾ったりする、非常に親密な関係であった。そして、ハワード氏が親しくしている、ＲＣＡ社創業社長のデビットサーノフや３Ｍ社を、本発明者に紹介してくれ、たまたま、３ＭがＩＢＭに納入しているコンピュータメモリの日本の代表者を探しており、本発明者が日本の代表者に選ばれ日本で、日本初のコンピュータメモリテストセンタを発明者が設立し、富士通川崎、日立小田原、日電府中、三菱鎌倉、沖電気などすべての日本のコンピュータメーカーに本テストセンタでサーティファイしたメモリを供給した。
また、本発明者が、発明した、メモリトランスポートは、富士通、日立、ユニバック、バローズのコンピュータに採用され、この特許は科学技術庁長官賞を受賞した。
これらの会社で、日立はＲＣＡ、日電はハネウエル、三菱はウェスティングハウスと、技術提携していたが、富士通にはアメリカの技術提携先が見つからず、したがっていわゆる国産コンピュータと称する以外になかった。
そこで、富士通は海外との連携を求め、当時、サンフランシスコ大学の教授をしていた本発明者にアメリカメーカーにコンタクトを依頼して来た。本発明者の経営する会社の１／２の株式を富士通が持つと、当時の富士通の高羅社長から申し入れがあったが、他に小松製作所、興国人絹パルプ、学研などから株を持ちたいとの申し入れがあり、富士通からの１／２の申し入れはお断りする代わりに、富士通とお互いに株を持つことになり、本発明者は富士通との依頼によりアメリカとのコンタクトに注力した。
パロアルトを中心に、いわゆるシリコンバレーで活躍していた本発明者は、当時、フェアチャイルド・カメラ・アンド・インスツルメンツの副社長をしていたドクター・ノイスと友人関係であったので、一緒にロッキー山脈の山スキーをして彼は足を事故にあったので手当をしながら、ディァブロー山を眺めながら、次のプロジェクトの打ち合わせをした。それは半導体及びＬＳＩの新会社の立ち上げだった。そして、その社名をインテルとした。
のちに、日本のテレビコマーシャルで、「インテル入ってる」ということでこの社名も有名になった。
そこでまず、富士通にインテル製品を導入し、同様に、他の全コンピュータメーカーに本発明者がインテル製品を紹介した。
これをプリント基板に貼り付けた略図が図１である。
そして、富士通は、国産の世界一高速コンピュータを完成した。
ところで国産スーパーコンピュータを作るにあたって、極秘とされた重大問題があった。それは、発熱問題であった。
【０００３】
本発明は、これら他の人が持たない経験の本発明者の経験によって、本発明が生まれたのである。
かつて、半導体関連で世界で多くのシェアを占めた日本が、今や凋落の一途をたどり、最後の巻き返しとして、ＴＳＭＣの４ｎｍを下回るものを作るためＩＢＭが研究開発した２ｎｍを日本のコンピュータ会社がライセンスを受け、世界のマーケットに復帰しようとしている。それは図１の如く一層のみならず、図２に示す如く、複数枚積層する３Ｄ半導体を日本の武器として、目下開発中である。しかしながら、本発明者は上記のごとく世界初の半導体およびLSIに関わったパイオニアである。
本発明者の５０年にわたる技術的知見から、これには抜本的な欠陥がある。この欠陥を克服するのが、本発明である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開昭和６３―１４３８５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
３Ｄ半導体の発熱を放出するかという課題の対応が必要となってくる。シリコン内でのキャリア移動度は温度が上がると低下する為、出来るだけ放熱を促進する必要がある。
公知の方法では、四角形にデバイス素子（チップ）を立方体に形成し、発熱を中空コアより放熱する。
しかし、この四角形構造とするのみでは、単に自然の温度上昇のみの放熱しかできない。底部分にも配線等含んだチップを形成しており底部分からの放熱が限られてしまう。また、底部分の素子は処理動作が側面の素子と異なってしまいやすい。
本発明は、シリコン半導体集積素子がさらなる高速処理ができるようにデバイス素子を積層構造とした図２の如き公知の３Ｄ構造ではない新たな図３のＶ３Ｄ構造で温度上昇を抑え、高速処理化が可能な発明を行った。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
基板上の半導体集積回路を垂直に平行に設ける事を特徴とする。
半導体集積回路を積層し、必要であれば冷却手段層をもうける事を特徴とする。
即ち内側にＰ及びＮを交互に設けたシリコンペルチェ素子を積層し温度制御する事を特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
３Ｄ集積回路チップの処理速度が格段に向上する、発熱を防止できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
公知の一枚集積回路構造を示す図
公知の複数枚積層構造を示す図
本発明第１実施形態を示す図
本発明第２実施形態を示す図
本発明第３実施形態を示す図
本発明第４実施形態を示す図
本発明第５実施形態を示す図
本発明第６実施形態を示す図
本発明第７実施形態を示す図
本発明第８～１２実施形態を示す図
本発明第１３実施形態を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
古くはモールディングされた素子が貼り付けられたプリント基板を立体形状に設置し配置密度を増したりされていた。
デバイス自体も最小線幅がますます小さくなり、高集積化が進み、光の波長に近づき限界と考えられたが、近年のＥＵＶ露光技術を用い方法を工夫する事により、最小線幅も７―４ｎｍとなる時代を迎えている。そして省電力、高処理速度、且つ高集積化を達成するために更に、最小線幅を２ｎｍとする研究が続けられている。
しかし、前工程が完了した半導体デバイスチップ（集積回路）状態では、高集積化の技術進歩が遅い。プリント基板やモールディング技術の進歩はあるものの、デバイスチップのダイ処理は、複数枚を立方体構造や積層構造で配線する程度である。これでは処理が早くなっても発熱問題が残る。
図１は、古くから用いられている公知の集積回路設置を示す図であって、プリント基板またはソケット１上に、例えばシリコンデバイスを形成した集積回路が組み込まれた素子（後工程完了した素子）２を設けた断面図である。
基板１は、例えばＣＰＵの場合は、ＣＰＵを設置するＣＰＵソケットで、ＣＰＵパッケージが素子（後工程完了した素子）２に該当する。その他のロジック高集積回路素子であってもソケットやプリント基板1上にモールディングしたパッケージ２を載せることが公知である。
集積回路が組み込まれた素子が稼働すると集積回路チップの表面には熱が発生し高集積化するほど内部温度が十分下がらず、内部のシリコンデバイス（例えばＴＦＴトランジスタ）の動作速度を低下させる。
【００１０】
図２は、公知の積層された３Ｄ集積回路を示す図であって、例えばＣＰＵソケット、またはＣＰＵパッケージや、プリント基板等、の基板１上に、例えばシリコンデバイスを形成した集積回路が組み込まれた前工程まで完了し、ダイシングしたチップ（ダイ）である集積回路素子２を複数層（２―１～２―３）重ねた３Ｄ構造（立体構造）の断面図である。
集積回路チップを駆動させた時に発生する熱は、積層する数が多いほど、高集積化するほど、大量の熱を発し、且つ、表面のデバイス層（２―３）以外の層では放熱が難しく、デバイス処理速度が低下しやすい。
公知の技術では、積層高集積での３Ｄ立体素子では解決法を見出してはいない。
（【００１１】以降は省略されています）

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