東大 黒田教授とレゾナックが考える次世代半導体開発のカギとは？

黒田：そして、後工程に期待が集まる理由には、もうひとつ「微細化の限界」という技術的な問題もあります。これまで半導体開発は、チップ上の回路の線幅を狭めることで「集積化＝高性能化」を図ってきました。

有名なムーアの法則（※2）に従えば、半導体の性能は10年で100倍、15年で1000倍、30年100万倍……と指数関数的に増えるわけですが、もはや線幅は「ウィルスの大きさの10分の1」という原子レベルに突入している。今後、同様の方針で高性能化を続けていくのは物理的に困難になってきました。

• ※2 ムーアの法則……｢集積回路上の搭載素子数（集積度）は、2年ごとに倍になる｣という将来予測。米国インテル社の創業者であるゴードン・ムーアが提唱したとされる。

そこで出てきたのが、「パッケージ全体で集積化する」というアイデアです。現時点でひとつのチップに数百億のトランジスタを集積できますが、各国の研究者たちは、パッケージ全体で1000億～1兆トランジスタの集積をすることに挑んでいます。

チップ単体ではなく、複数のチップを組み合わせてパッケージ全体で集積率を高めていこうということですね。

黒田：おっしゃるとおり、それが世界的な潮流です。半導体開発の主戦場がパッケージ全体まで拡大したという言い方もでき、向こう10年は次世代パッケージの開発に求められる材料や製造装置には、ますます強い光が当たると思われます。

阿部：今まさにレゾナックのパッケージングソリューションセンターで研究・開発を進めている「チップレット」技術も、複数のチップを組み合わせてパッケージングし、全体で機能性を高めようというものです。

先ほど黒田教授がおっしゃったように、半導体の回路では原子の大きさに迫る1～2ナノの世界で開発競争が行われています。例えば、基板では、まだ数十ミクロン単位で設計が行われています。パッケージングの領域には、まだまだ微細化の余地が大いに残されています。

避けては通れない課題である「省エネルギー化」

黒田：また、近年の半導体開発には「エネルギーの効率化」も求められています。これまでお話しした基板の微細化が実現すれば、チップ間の伝送距離が短くなるので、消費エネルギーの削減にもつながっていきます。

ありとあらゆるところでAIが活躍する2030年には、日本のデータセンターの消費電力量は、現在の10倍以上になるという予測もあります。そんな状況下で、「持続可能な成長」を実現するためにも、これからの半導体は“グリーン”でなければいけません。

私も機能性と伝送効率を高めるために、チップを縦方向に集積させる「3D化」に取り組んでいますが、従来以上に熱や電流など細部まで配慮したパッケージングが求められます。つまり、後工程を意識しながら、半導体を設計しなければいけなくなりました。

阿部：さまざまな業界でサステナビリティの波が押し寄せてきていますよね。日本のみならず、近い将来、世界の使用電力量のかなりの割合がサーバーに使われるという話もあるので、半導体産業全体としても「省エネルギー化」に取り組むことがマストになりつつあります。

実際、世界では2022年にCO2排出量の削減加速に向けたイニシアチブ「半導体気候関連コンソーシアム(SCC)」が立ち上がり、レゾナックもその創立メンバーに加わりました。材料メーカー、装置メーカー、半導体メーカーが協力してCO2排出量をいかに減らしていくかという議論が進められています。「後工程」だけでなく、「前工程」の半導体材料に強みを持つ我々が旗振り役となることで、日本の半導体産業再興の一歩になると考えています。

複雑化する半導体業界の後工程を「共創」で挑む

ここまで産業の変遷や、業界の潮流などを話していただきましたが、これから日本の半導体産業が再興するために必要なことについてのお考えを聞かせてください。

黒田：各社が「自分だけが勝てばいい」という考えでは、業界全体の発展につながりません。むしろ、淘汰される会社が増えてしまえば、縮小していく。それは、生物多様性が失われた森が荒廃していくのと同じ事象だと思います。互いに助け合い、ともに進化していくという考えが日本の半導体業界に必要で、そのための“共創の森”をつくる活動を進めていくべきです。

阿部：“共創の森”、すばらしい表現ですね。私も「共創」や「オープンイノベーション」といった企業を超えた連携や取り組みは不可欠だと感じます。

まさに今私たちも「半導体業界のエコシステムづくり」に挑戦しています。材料メーカーであるレゾナック単独では難しいことも、多様な企業と連携することで、豊かな森をつくることができると思っています。

2021年に我々が立ち上げた「JOINT2」というコンソーシアムも、そうした思いからはじまったものです。「前工程」に関連する企業にも参画いただいていて、前工程の技術をパッケージングに応用する研究にも挑戦しています。また、レゾナックの競合企業ともいえる材料メーカーの東京応化工業やナミックスなどにも加わっていただいて、複雑化する後工程に求められる材料や装置の開発・評価に取り組んでいます。まさに多様性のチームです。

黒田：かつて日本の半導体産業は、森を意識せず、各社が大きな一本の木を立てようとしたために世界に負けました。結果、半導体メーカーはまさに根こそぎにされてしまったのですが、さいわい、「材料」と「装置」という豊かな土壌がまだ残っています。ぜひレゾナックが中心となって、この土壌の上に、多様性に富んだ“共創の森”をつくり出してほしいと思います。

続く後編では、これからの半導体産業で活躍する人材に求められる要素や企業側からどのようなアプローチが必要なのかをお話しいただきました。

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黒田 忠広

1982年東京大学工学部電気工学科卒業。工学博士。同年（株）東芝入社。1988年～90年カリフォルニア大学バークレイ校客員研究員。2000年慶應義塾大学助教授、2002年教授、2019年名誉教授。 2007年カリフォルニア大学バークレイ校MacKay Professor。2019年東京大学大学院教授、d.labセンター長。2020年RaaS理事長。60件の招待講演と30件の著書を含む300件以上の技術論文を発表。200件以上の特許を取得。IEEE SSCS監理委員会メンバー、IEEE上級講師、IEEE/SSCS Region10代表、A-SSCC委員長を歴任。IEEEフェロー。電子情報通信学会フェロー。VLSIシンポジウム委員長。

阿部秀則

株式会社レゾナック 理事 エレクトロニクス事業本部開発センター長

1998年、日立化成に入社。半導体封止材の開発に携わる。アメリカに駐在し、技術サービス対応を7年間経験。エグゼクティブMBAを取得。その後、パッケージングソリューションセンターの立ち上げに関わる。コーポレートのマーケティングやCMPスラリーの事業部長を経て、現在は半導体材料関係全般の開発を推進させるとともに、パッケージングソリューションセンターを起点とした共創活動を推進している。