半導体設計技術微細化と製造が設計課題に

進め方

半導体設計とは？そもそも半導体とは？（基礎知識をお話します）

半導体設計の歴史と推移年を追うことで、設計技術がどのように推移したかを、理解しましょう。

現在の課題微細化との戦い

DFM技術の到来

質疑・応答など

半導体設計とは？

半導体材料を用いて、電子回路を作成し製造可能な原版（マスク）を作成すること

半導体材料

シリコン（珪素）

ゲルマニウム

ガリウム

砒素

ホウ素 など

導体材料

アルミ

銅

金

半導体電子回路

単体トランジスタ

デジタル回路

SoC システムLSIASIC 特殊用途LSI

アナログ回路

高周波（RF)回路レーザー回路（ダイオード）

MEMS（マイクロマシン）

講義では、デジタル回路を扱います

半導体産業の構造

設計 製造 検査

設計者は顧客からの情報を元に製品を設計する。最終的に設計情報は半導体マスク（GDSと呼ばれる）になり、製造者に提供される。

製造者は製造工程を持っている。製造工程技術はプロセス技術と呼ばれる。微細化するにつれて、高度なプロセス技術が必要になる。設計者が設計した回路マスクを使い製造する。

検査技術者は製造したものを効率よく検査して不良品を市場に出荷されることを阻む。また短い検査時間になるように検査技術を考えて、設計に盛り込む。

半導体産業の構造

半導体設計・製造

設計・販売専業

製造専業設計専業

半導体業務を一業務として持つ

特定半導体設計・製造検査装置開発製造装置開発

半導体産業は、設計・製造・検査で構成されているが、専業化した会社も多く存在する。国内においてもADVANTESTが検査装置製造で有名になっている。このため半導体産業の景気指標にもなっている。海外では製造専業であるTSMCは有名であり、世界最大の製造能力を持つ。ここには、記載していないが半導体設計ツールメーカーなどもある。

デジタル半導体設計について

トランジスタ開発

デジタル素子開発

特定機能回路開発

システムLSI開発

システムソフト開発

基本ソフト開発

応用ソフト開発

トランジスタ開発

デジタル素子開発

トランジスタ開発

トランジスタ開発

デジタル素子開発

特定機能回路開発 システムLSI開発

トランジスタ開発

デジタル素子開発

特定機能回路開発

物理学化学

代数学

歴史

SoCの誕生

半導体設計者は、もともとトランジスタを設計していた。物理・化学の知識を必要とする。デジタル素子設計者は、代数学の知識を必要とする。システムLSI設計には、情報処理技術（信号処理技術など）が必要になる。最近ではソフトウェアのサポートを必要になり、ソフトウェア工学技術を必要としている。

デジタル設計 -SOC-

CPU

メモリ

画像処理

音声処理

通信処理

CPU

メモリ

画像処理

音声処理

通信処理

集積化微細化

SoC (System on Chip) とは、1つのチップ上に複数の機能ブロックを集積して単体で大きな機能（システム）を提供できるLSI

高集積化で設計コストが高価になる一部の機能の不具合でも交換が不可能

高集積化でコスト力が上がる。底面積で製品価格（材料費）を下げる機能間の確認を単体で確認が可能

近年のSoC (System On Chip)

８つのSPEと１つのPPEで構成外部メモリにXDRメモリを接続

マルチプロセッサで構成されて処理を分散させる

近年のSoC (System On Chip)

各商品ラインナップに共通HWを用いでSWの運用性を高めて生産効率を上げコスト力をつける。

近年のSoC (System On Chip)

機能をBOX化して組み上げる。設計工数を削減可能にする。

近年のSoC (System On Chip)

•CPUを搭載してソフトウェアを使い、多目的に運用可能を目指す。

•SoCの設計の複雑さを共通化をおこない容易化を目指す。

•マルチCPUが今後のトレンドになっている。

デジタルLSI設計は、SoC設計を行うこと同義になっている。容易化を行い設計を単純化していく努力をおこなっているが、他にも課題はある。次に、他の分野からの設計課題について述べる。

検査容易化設計DFT (Design For Testability)

検査工程の設計考慮

設計時に検査項目を考慮して設計する。

検査時間の短縮をして検査コストを削減

高価な検査装置を用いなくてもすむようにする。

故障検出率を上げ市場不良をなくす

生産容易化設計DFM (Design For Manufacturer)

生産工程の設計考慮

DFM

マスクを設計するときに、製造工程の光学ばらつきまで考慮して設計をおこなう

DFM

DFTやDFMを検討しながらの開発を促進するため各分野のすり合わせを行いやすくする。プロトタイピング技術が登場した。