スケール量産のための
最先端製造科学研究コア
2010~
Nano-Pico-Femt-Attoscales production under
newly developed
manufacturing sciences
熊本大学衝撃･極限環境研究センター
教授 久保田 弘
まえがき
熊本大学では、世界水準の研究を推進するために独創性の高い先導的研究を
○ 部局横断的又は特化された研究を「拠点形成研究」と位置付け、重点的に推進する。
○ 発生医学研究センター、エイズ学研究センター、生命資源研究・支援センター、衝撃・極限環
境研究センター及び沿岸域環境科学教育研究センターにおける研究を重点的に推進する。
という方針の下に、本拠点研究が実施されている。2011 年度の研究センター改組により本拠点は、自
然科学研究科内の研究センター群の研究コアとして再出発する。
本テキストは、拠点リーダーの久保田教授が下記の招待講演において紹介した資料、および学内講
義と学外向け人材育成事業で使用しているテキスト、オペレーショントレーニング（初任者研修、い
わゆるオペトレ）で使用する資料、さらに元三菱電機、松田幸正客員教授による信頼性工学のテキス
ト等を収録した。この資料作製にあたり多くのご意見をいただいた方々に感謝すると同時に、今後、
日進月歩の半導体最先端分野において特徴ある量産地域とされる熊本地域において、熊本大学への高
まる期待に応えることを目指すものである。
1) 招待講演 久保田
弘, “超精密半導体計測技術の事業化と QTAT 生産拠点の形成”, 熊本県地域結
集型共同研究事業「超精密半導体計測技術開発」第 5 回技術シンポジウム, 2004.6.18
2) 招待講演 久保田
弘, 第 3 回産学官連携推進会議
分科会３「地域クラスターと中小企業」,
2004.6.19
3) 招待講演 久保田
弘, “熊本の半導体製造企業集積から QTAT クラスターへ”, 独立行政法人経済
産業研究所, 文部科学省科学技術政策研究所, 研究・技術計画学会地域科学技術政策分科会, 主催 地
域クラスターセミナー, 於：（独）経済産業研究所
4) 招待講演 久保田
1121 セミナー室, 2004.6.25
弘, 大学シンポジウム「変わる大学～産学連携のあり方を求めて」主催：日本経
済新聞社, 2004.6.29
5) 招待講演 久保田
弘, 京都府地域結集型共同研究事業
第 3 回研究者会議“地域結集型共同研究事
業の進め方”, 主催：京都府, （株）けいはんな, 同志社大学, （独）科学技術振興機構, 2004.9.16
6) 招待講演 久保田
弘, “次世代半導体熊本地域クラスターの事業化への取組み”, セミコン・ジャ
パン 2004 熊本フォーラム, 主催：（財）くまもとテクノ産業財団, 熊本県, 2004.12.1
7) 招待講演 久保田弘, 中田明良, 若杉雄彦, “ＱＴＡＴ生産拠点を目指して”, ＳＥＭＩテクノロジー
シンポジウム（ＳＴＳ）２００４講演予稿集, pp. 8-13-8-14, 幕張メッセ, , 2004.12.１-12.3
8) 招待講演 久保田
弘, “熊本の半導体分野の産学官連携 ～地域結集型共同研究事業の成果～”, 産
学官交流フォーラム, 主催：埼玉大学, 埼玉大学交流協議会, 埼玉県, 2005.3.18
9) 招待講演 久保田弘，大学発産学官連携フォーラム基調講演「半導体最先端製造現場における産学官
連携」平成 17 年 10 月 21 日(金)，財団法人浜松地域テクノポリス推進機構
ドホテル浜松にて．
1
静岡大学 主催，グラン
10) 招待講演 久保田弘, 中田明良, 居村史人, “超兆集積最先端産業基盤技術”, 実環境計測・診断システ
ム協議会秋季講演会, 平成 17 年 11 月 18 日, 財団法人福岡県中小企業振興センター
11) 招待講演 久保田弘「産学官連携による地域イノベーションシステムの構築」福島県ものづくり産業
セミナー，コラッセふくしま４階多目的ホールＡ 福島市 2006 年 4 月 18 日．
12) 招待講演 久保田弘「熊本地域の企業・大学・県公設試の半導体関連分野研究－超精密半導体計測技
術開発－」 福島県ハイテクプラザ 郡山市 2006 年 4 月 18 日．
13) 招待講演 久保田弘「エレクトロニクスの世界－目に見えない電子が社会を持続的に発展させる－」
熊本県高等学校教育研究会理化部会総会、平成 18 年 5 月 24 日、水前寺共済会館、熊本市。
14) 招待講演 久保田弘「ユビキタス社会の実現に向けて」総務省九州総合通信局・社団法人テレコム振
興センター主催
平成１８年度電波利用セミナー、平成１８年６月２０日（火） ＫＫＲホテル熊本
「五峯の間」
。
15) 招 待 講 演 Hiroshi KUBOTA, “For the high-precision metrology and measurement standard in
semiconductor
mass
production”
Symposium
on
“High-Precision
Nano-Metrology
for
Nano-Manufacturing, 2007.2.21, TOKYO.
16) 招 待 講 演
Hiroshi KUBOTA ”TOWARD THE ULTRA-LARGE-SCALE INTEGRATED AND
KNOWLEDGE BASED
IT- INDUSTRY AT Kumamoto city”日本貿易振興機構（ジェトロ）外国企業
誘致支援セミナー, 2007.2.28.
17) 招待講演
久保田 弘
「半導体量産地域イノベーションのための超兆集積基盤技術」第９回半導体
プロセス研究会・セミナー
平成１９年１１月１６日（金）産業技術総合研究所九州センター福岡サ
イト．
18) 招待講演
久保田 弘
「半導体量産地域イノベーションのための超兆集積基盤技術」第９回半導体
プロセス研究会・セミナー
平成１９年１１月１６日（金）産業技術総合研究所九州センター福岡サ
イト．
19) 招待講演 久保田 弘
12 月 21 日 (金曜日)
さいたま新都心イブニングセミナー「熊本発
17 時 30 分
さいたま新都心 北与野駅前
超精密半導体技術」 2007 年
新都心ビジネス交流プラザ
４階
会議室
20) 招待講演
「半導体プロセス技術を活用した地域振興」、財）福島県産業振興センター半導体関連産
業分野における東北及び首都圏川上川下ネットワーク構築事業第二回フォーラム、ホテルニューヴェ
ール北上アネックス（岩手県北上市大通り 1‐10‐1）、H21.1.28
21) 招待講演
平成 20 年度熊本県公立高等学校理数科研究発表会・講演会
22) 招待講演
「科学技術を核とした地域振興施策提言－新製造技術による量産の高度化」、経済産業省
地域経済研究会
講師
平成 20 年 12 月 5 日
地域活性化のための技術力向上ワーキンググループ検討会 平成 21 年 3 月 16 日
2011 年 3 月 21 日
久保田
記
以上
2
目次
NaPFA スケール量産のための最先端製造科学
研究拠点センター
・・・
４ページ
衝撃・極限環境研究センター設置までの沿革と
その後の活動（新制熊本大学 60 年史より抜粋）
・・・ ２３ページ
熊本大学半導体デバイス研究室創立３０周年記念
研究テーマの変遷
・・・ ２８ページ
研究室卒業生の論文題目
・・・ ３０ページ
エレクトロニクスの世界
－目に見えない電子が社会を持続的に発展させる－
・・・
３９ページ
信頼性工学講義資料（松田幸正客員教授）
・・・
５９ページ
・・・
８５ページ
熊本大学
イメージセンサーレクチャー２００８
（キヤノン 山下雄一郎 講師）
半導体デバイス工学テキスト（久保田弘教授）
・・・１００ページ
MOS プロセス概要
・・・１６０ページ
酸化工程
・・・１６３ページ
リソグラフィ・エッチングプロセス
・・・１７５ページ
スパッタ・真空装置
・・・１８６ページ
不純物拡散
・・・１９０ページ
MOS トランジスタの動作
・・・１９３ページ
n-MOS トランジスタプロセス実験手順書
・・・１９５ページ
3
NaPFAスケール量産のための
NaPFAスケ
ル量産のための
最先端製造科学研究拠点センター
Nano-Pico-Femt-Attoscales pproduction under
newly developed
manufacturing sciences
ミッション
会 議 体
NaPFAスケール研究コア運営体制
研究委員会
(拠点リーダー、
研究グループ長)
谷口功 熊本大学長
山村研一 研究担当副学長
プロジェクト推進委員会
プロジェクト
拠点リーダー 久保田弘
産総研ナノ電子デバイス研究センター：
金山敏彦センター長
東芝セミコンダクター社：
東芝
ミ ンダクタ 社
金子尚史 アドバンストプロセス部長
水島一郎 主査
東京エレクトロン九州
岩津春生 取締役会長
ルネサスセミコンダクタ九州・山口：
今村徹 代表取締役社長
ソニーセミコンダクタ九州：
久留巣敏郎 執行役員常務
三菱電機パワーデバイス製作所：
神立信一 熊本工場長
ルネサス九州セミコンダクタ：
古木晃 取締役社長
平田機工：
米田康三 代表取締役社長
平賀靖英 執行役員半導体ユニット長
レーザーテック：
渡壁 弥一郎 代表取締役社長
大日本スクリーン製造株式会社：
津田雅也 専務取締役副社長
廣江敏朗 執行役員
熊本県：
宮村宜司 異業種交流協議会会長
田中邦典 商工観光労働部政策審議監
顧問委員会
大見忠弘 東北大名誉教授（客員教授）
鹿児島誠一 東大名誉教授（前物理学会会長）
）
小宮山進 東大教授
須川成利 東北大教授
福山秀敏 東京理科大副学長
（元東大物性研所長）
高柳英明 東京理科大教授・研究担当理事
（元NTT基礎研究所長）
塚本修 東京理科大特命教授
（元地域経済産業審議官）
武黒洋一郎 経団連・COCN実行委員
イノベーション機構
知財グループ
Kubota Lab
Lab.
NaPFAスケール量産のための
NaPFAスケ
ル量産のための
最先端製造科学研究・教育拠点
NaPFAスケール
NaPFA
スケール微細加工
微細加工
JST科学技術振興機構
知財グループ
極低温・光学応用
計測・分析装置
先端機器共用
逆インターンシップ
受け入れグループ
DB・ソフトウェア
エネルギーグループ
檜山教授
宮内准教授
鳥居教授
庶務担当
川越准教授
数理物理工学グループ
研究グループ
研究グル
プ
光永教授
原准教授
イノベーション人材
育成グループ
ＨＵＲＥＣ
千田教授
西田助教
SANKAKU
久保田教授
高宗教授
IT融合
IT融合グループ
グループ
杉谷教授
中助教
新機能性材料開発グループ
IKKAN
岸木准教授
横井准教授
久保田教授
外部評価委員会
外部評価委員
フロント・バックエンド
プロセスグループ
松田客員教授
久保田教授
松田教授
定例記者会見
松田准教授
藤吉教授
広報・評価
4
林田准教授
藤井准教授
日本企業の生産拠点（量産）の九州回帰
新製造科学技術による半導体量産拠点の高度化
電子産業の世界市場で、
オペレーションではなく、エンジニアリングで
オペレーションでは
なく、エンジニアリングで
勝負。
勝負
✧ものづくりの量産現場を大革新
ものづくりの量産現場を大革新。
。
✧ 高効率・
高効率 ・ 先導的な量産現場を日本国内
先導的な量産現場を日本国内・・
九州地域に配置
九州地域に配置。
。
✧国際競争力の強化：ユーロ圏の
IMPROVE
IMPROVEプロジェクト等に対抗
プロジェクト等に対抗。
。
第三期~第四期科学技術基本計画へ
重点推進4分野(ﾗｲﾌｻｲｴﾝｽ、情報通信、環境、ﾅﾉﾃｸﾉﾛｼﾞｰ・材料)
(
)
推進4分野(ｴﾈﾙｷﾞｰ、ものづくり技術、社会基盤、ﾌﾛﾝﾃｨｱ)
~新成長戦略における2大イノベーション（グリーンイノベーション・ライフイノベーション）
~新成長戦略における「分野の独自性」、「IT融合による生産コストの低減」「博士雇用確保」
新成長戦略における「分野の独自性」、「IT融合による生産コストの低減」「博士雇用確保」
企業が国を
企業が
国を選ぶ大競争時代
選ぶ大競争時代
「新製造技術による量産の高度化」
を通した地域イノベ シ ン
を通した地域イノベーション
Kubota Lab
Lab.
大量生産（量産）は社会の持続的発展を妨げるか？
・石油消費型大量生産から情報通信バイオの時代と言われているが．．．？
石油消費型大量生産から情報通信バイオの時代と言われているが
？
・半導体には当てはまらない。
半導体量産は90年代に目指した少量多品種生産でよいのか
・半導体量産は90年代に目指した少量多品種生産でよいのか？
⇒高価な商品の恩恵は一部の富裕層にのみ、結果格差が拡大。
産業の成長に、労働
生産性上昇率と成長
率双方の増進が
双方の増進が必須
必須
熊本地域
5
[例]農林水産は労働
生産性では健闘 し
生産性では健闘、し
かし成長率が伸びな
いため離農者が増加、
産業とし 終焉 の危
産業として終焉
危
機?
持続可能な発展を促す半導体量産技術
持続可能な発展を
促す半導体量産技術
Kubota Lab
Lab.
エネルギー事情の考察
H20九州電力の発電量（858億8300万キロワット時）に相当
東北大学須川教授提供
地域 半導体大手 量産拠点 ニーズに確実に応える
トリニテ 型 共同研究 熊本方式
トリニティー型
成長戦略
生産現場の課題提供
大学・公設試
熊本大学、東北大学、東京大
学、産総研つくば等
大手半導体一貫生
大手半導体 貫生
産（IDM)
産（
IDM)・・製造装置
企業
テーマ設定
結
集
キヤノン、NEC、ソニー、東芝、東京
エレクトロン、三菱、ルネサス、荏原、
平田機工、富士フィルム、凸版印刷
他
成果導入によ
る課題の解決
地域中小企業
アラオ、櫻井精技、阪和電子、東京
カソード、熊本防錆、オジック、プレ
シード、ミヤムラ、他半導体関連約
１５０社
ビジネスアプローチ
商品化・事業化
6
他社へのアプローチ
予想市場規模
Kubota Lab
Lab.
（新）半導体プロセス研究会 企画運営委員会メンバー
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
拠点リーダー 久保田弘
産総研ナノ電子デバイス研究センター：
産総研ナノ電子デバイス研究センタ
：
金山敏彦センター長
東芝セミコンダクター社：
金子尚史 アドバンストプロセス部長
水島一郎 主査
東京
東京エレクトロン九州
クト
九州
岩津春生 取締役会長
ルネサスセミコンダクタ九州・山口：
今村徹 代表取締役社長
ソニーセミコンダクタ九州：
ソニ
セミコンダクタ九州：
久留巣敏郎 執行役員常務
三菱電機パワーデバイス製作所：
神立信一 熊本工場長
ルネサス九州セミコンダクタ：
古木晃 取締役社長
平田機工：
米田康三 代表取締役社長
平賀靖英 執行役員半導体ユニット長
レーザーテック：
レ
ザ テック：
渡壁 弥一郎 代表取締役社長
大日本スクリーン製造株式会社：
津田雅也 専務取締役副社長
廣江敏朗 執行役員
熊本県：
宮村宜司 異業種交流協議会会長
田中邦典 商工観光労働部政策審議監
研究開発
発費／生産額
額（％）
投資負担の他産業との比較
【企画運営委員メンバー】
20
半導体（‘９８～）
15
電気機械最先端
研究開発
10
半導体
(ave.’80，’90)
自動車
5
鉄鋼
0
0
5
10
15
20
設備投資／生産額（％）
25
・２０１０～２０１５年までの日本での半導体予
２０１０ （出所：通産省、ＥＩＡＪ資料
２０１５年まで 日本で 半導体予
（出所 通産省 ＥＩＡＪ資料 NEC作成）
想新規投資額（装置売り上げ高）
８０，０００＄Ｍ
・九州のシェア予測 ３０％（熊本は約１０％）
・後工程組み立てが３０％＋新製造科学（計測）
が２５％
＝ 80,000＄Ｍx0.3x(0.3+0.25)＝13,200＄Ｍ(九
80 000＄Ｍ 0 3 (0 3 0 25) 13 200＄Ｍ(九
州新規)
現在の熊本の半導体関連製造品出荷額
＝10,000＄Ｍより
5年で約４０％の成長。(年率７％成長）
Kubota Lab
Lab.
7Courtesy by Dr.INOUE
ウェーハ大口径化・微細化・ 工程の複雑化
Kubota Lab
Lab.
ウェーハー上のデバイス数が１兆個超
➣ウェーハ大口径化
現在：300 mm
2012：450 mm
2021：675 mm
➣ゲート長の微細化
現在：32 nm
2012：22 nm
2015:16 nm
➣工程の複雑化
550工程以上、12～16週間
50~100枚ウェーハ/hour
素子数／ウェーハー
1兆個
１０Ｅ１２
ＤＲＡＭ製品
１０Ｅ１１
ＵＬＳＩ
１０Ｅ１０
１０Ｅ９
１０００万個
ＶＬＳＩ
１０Ｅ８
１０万個
１０Ｅ７
１０Ｅ６
半導体プロセス
ロジック製品
ＬＳＩ
１０Ｅ５
１０Ｅ４
➣量産（計測を極力排除）における計測コストの増大、
MＳＩ
ＳＳＩ
１９７０
45nmノードで既に工程の4分の一が計測
45nmノ
ドで既に工程の4分の が計測
プロセスのFF制御 バーチャルメトロロジー
最適なサンプリング＠インライン評価
１９８０
１９９０
２０００
２０１０年
Hei Wong, Hiroshi Iwai,
microelectronic
Engineering 83 (2006)
1867–1904
➣リーク電流と絶縁膜破壊は次世代プロセス最大の問題
絶縁高誘電率薄膜の原子レベルでの成膜
グリーンイノベーション
➣ゲート絶縁膜電気特性のインライン評価手法が皆無
ゲ ト絶縁膜電気特性のインライン評価手法が皆無
誘電率の伝導率に対する比をインラインで計測！
～半導体量産製造プロセス～
ゲート絶縁膜形成
ウェーハ
ゲート電極成膜
ゲート電極形成
リソグラフィー工程
ソース/ドレイン形成
イオン源
ガス
ウェーハ
抵抗加熱ヒーター
Kubota Lab
Lab.
ウェハ
プラズマ
雰囲気
ウェーハ
O2または
H2O/O2
石英管
排気
質量分析
マグネット
加速管
水平走査電極
ファラデーカップ
ファラデ
カップ
熱処理成膜装置
プラズマエッチング装置
550工程以上、
550
工程以上、12
12～
～16
16週間、
週間、1
1分1枚
イオン注入装置
コンタクト/配線形成
層間絶縁膜形成
コンタクトホ ル形成
コンタクトホール形成
ウェーハ
リソグラフィ 工程
リソグラフィー工程
ガス
イオン
銃
平坦化
加圧
プラズマ
雰囲気
ウェーハ
スパッタ粒子
粒
ターゲット
CVD装置
回転
回転
排気
イオン
プラズマエッチング装置
ラ
ッチ グ装置
スパッタ成膜装置
ス
ッタ成膜装置
配線エッチング
リソグラフィー工程
CVD装置
装
CMP装置
層間絶縁膜形成
平坦化
ガス
加圧
プラズマ
雰囲気
ウェーハ
回転
回転
排気
プラズマエッチング装置
8
CVD装置
CMP装置
ウェーハー上
に1兆個超
Ａ
Kubota Lab
Lab.
Virtual Metrology (VM) ：
IC manufactures need for increased equipment productivity and lower costs.
The VM is defined as the prediction of metrology variables (measurable or nonmeasurable)
bl ) using
i process and
d wafer
f state
t t iinformation.
f
ti
Courtesy by Dr.INOUE
ユーロプロジェクト
Kubota Lab
Lab.
Implementing Manufacturing science
solutions to increase equiPment
pROductiVity and fab pErformance
ＩＭＰＲＯＶＥ project ＠EURO.
9
新製造技術による量産の高度化
⇒フロントエンドプロセスへの地域の直接貢献・計測ニーズに応える。
新製造
技術
• 製造方法：ITシステムを
融合した、FBからFF（予
測）の重視
• 製造装置：単なる精度
（寸法）から重ね合わせ
精度
による単価
による
単価の
の圧縮：止めない
圧縮：止めない
量産
量産ライン
ライン
★複雑な重ね合わせ
（集積）による高付加価
値化 高度化された量産
高度化さ
量産
同時進行
量産技術
付加価値
創生
★多品種量産のための
リアルタイム段取り
AEC/APCによる
による知識集積
知識集積
• 信頼性
• 単価減（量と同時にリサイクル
対応生産等の知識集積）
• 新規性と短TAT
• 多品種化（例：inkjとCMOS
（例 i kjとCMOS
センサーの同一ライン生産）
付加価値は
付
価値
MEMS＜太陽電池
（太陽電池の
の２５倍）
２５倍）
＜FPD（太陽電池
＜LSI（FPDの１６
１６倍）
倍）
大学院博士の量産現場 の適応
大学院博士の量産現場への適応
SANKAKU
第一回（新）半導体プロセス研究会
～革新的半導体量産技術の未来像の構築に向けて～
進行次第
■日時：１０月１５日（木）９：００～１２：００
「一日中小企業庁in
「一日中小企業庁
inくまもと
くまもと2009
2009」と呼応開催
」と呼応開催
■場所：ホテル熊本テルサ ３階 たい樹の間
たい樹の間
〒862862-0956 熊本市水前寺公園
熊本市水前寺公園28
28--51
tel 096
096--387
387--7777
7777（代表）
（代表）
■プログラム
１．主催者挨拶（9
１．主催者挨拶（
9：00～
00～9：05）
05）
熊本大学 教授 久保田弘
２．講演I
２．講演I （30分のうち質疑
30分のうち質疑5
5分を含む）
（9:05～
9:05～9:35）「ウェーハもの流しの最適化」
9:35）「ウェーハもの流しの最適化」
ソニーセニコンダクタ九州株式会社
執行役員 熊本TEC
熊本TECプレジデント久留巣
プレジデント久留巣 敏郎
（9:35～
9:35～10:10
10:10）「パワーデバイスの生産について」
）「パ
）「パワーデバイスの生産について」
デバ
生産
三菱電機パワーデバイス製作所
熊本工場長 神立 信一
（10:10
10:10～
～10:45
10:45）「半導体後工程次世代生産システム」
）「半導体後工程次世代生産システム」
ルネサス九州セミコンダクタ
取締役社長 中川 治
（10:45～
10:45～11:15
11:15）
）
大日本スクリーン製造
取締役副社長 津田 雅也代理
長
マ
執行役員 廣江敏朗
期
３．講演II
３．講演II （15分のうち質疑
15分のうち質疑5
5ス
分を含む）
イ
（11:15～
11:15～11:30
11:30）
）
タ
平田機工
ン
執行役員 半導体ビジネスユニット長
半導体ビジネス ー
ット長 平賀 靖英タ
入
（11:30～
11:30～11:45
11:45）「生産性向上のための検査のあり方」
）「生産性向上のための検査のあり方」
ー
レーザーテック
学
ン
代表取締役会長 渡壁 弥一郎
４．まとめ （11:45
11:45～
～12:00
12:00）
）
産業技術総合研究所 ナノ電子デバイス研究センター
ナノ電子デバイス研究センタ
研究センター長、熊本大学客員教授 金山 敏彦
z
D’ （ドクターダッシュ 准博士。。。プロジェクト）
量産に適応できる博士人材を大学と企業で共同で育成
⇒高コスト人材を使用した地域量産の意味づけ?前例主義の
企業人事システムの改革。
⇒現場適応する博士のキャリアを長期にわたって形成
現場適応する博士のキ リアを長期にわた て形成
１
２
D’
入
学
イ
ン
タ
ー
ン
３
10
現
場
で
業
務
入
社
決
定
学
位
取
得
５
大学院5年間
量
産
現
場
適
応
D
研究テーマを具現化するデバイス化システム
研究テ
マを具現化するデバイス化システム
目標：究極のグラフェンデバイスLSIプロセス
原子レベル製造・計測技術
（久保田、光永、高宗、藤井）
グラフェン
グラ
ン
材料作製
（久保田、横井、中）
Siデバイス
（金山、松田、
小宮山）
グラフェンデバイス
LSIプロセスへの適用
グラフェンデバイス
（久保田、金山、横
井）
バリスティック
電子輸送解明
（原、松田）
Siデバイス
原子レベル量産
（杉谷、高田）
微細化
進展
2020
2010
2040
最先端・
最先端
グラフェンデバイスとバンドエンジニアリング
（１）
（２）
バンドが開いた絶
縁性グラフェン
バンドが開いた絶
縁性グラフェン
（３）
基板から絶縁され
たグラフェンパター
ン
11
グラフェンの特徴
• 二次元構造のため従来のLSIプロセスが適応できる。
二次元構造のため従来のLSIプロセスが適応できる
理想的には電子の流れが妨げられな 。(抵抗がな )
• 理想的には電子の流れが妨げられない。(抵抗がない)
バリスティック伝導
理論的にシリコン中の電子の約2000倍(2000000cm2/Vs)の移動度。
実験的にも約200倍(200000 2/Vs)の移動度を持つ。
実験的にも約200倍(200000cm
/V )の移動度を持つ
電子の移動度とホールの移動度が同等。
• 電子が静止質量のない粒子のように振舞う。
ディラック・フェルミオン粒子。
Beyond CMOS技術の有望な材料として注目されている
製造の複雑化が進み、処理工程が増
え、開発期間が延長され、生産期間が
益々長期化
「綿密かつ柔軟な製造計画に基づく状況監視」
「インラインリアルタイムの原子・ＮａＰＦＡスケール
計測技術による保全予測」
必須
12
研究テーマ(具体的テーマ)
z
z
z
z
z
z
革新的エネルギー効率の達成と多品種変量生産→生産技術革新、
革新的
ネルギ 効率の達成と多品種変量生産 生産技術革新、
原子レベル酸化膜インライン検査
完全無人化と高効率多品種変量生産→原子レベルバーチャルメト
ロロジー＠RFリソグラフィー
グ
物理モデルを取り込める統計的ＦＤＣ（fault detection control）→数
理工学によるゆらぎ解析
加速試験のない高信頼化・ハイスループットテストシステム→バー
ンインフリ WLP（※ウェ ハ レベルパッケ ジ参照）
ンインフリーWLP（※ウェーハーレベルパッケージ参照）
インラインのパーティクル可視化技術と欠陥検査分析・不良解析の
技術的統合→原子レベル空間差分法
レイアウトフリーな生産システム→スパイダーマン搬送システム
【ＭＯＳトランジスタ
ＭＯＳトランジスタ】
】
Kubota Lab
Lab.
原子レベル絶
insulator
縁キャパシタ
電気二重層キャ
電気
層キャ
パシタ
Source
電気二重層キャ
パシタ
Gate
電子
電子
p Si ( 100)
p-Si
Drain
電子
Substrate
～22nm
～ 7 nano-meter＠2006Y （原子20個）
～ 2 nano-meter＠2015Y（原子6個）
13
ＮａＰＦＡ計測を可能とするＶＭ計測技術
マスク検査とウェーハ検査の融合
Mask Fab. 我々が国際的に先導している技術
Wafer
a e Fab.
a . 米国に遅れている技術
照明光学系
透過光検出
CCD
反射・散乱光
CCD
フ トマスク
フォトマスク
受け入れ検査
(Incoming QC)
フォトマスク
リソグラフィー後の
リソグラフ
後の
デバイス形状検査
製造工程での検査
ウェーハ
ウェ
ハ
転写
マスクメーカー側の検査とデバイスメーカー側での検査を複合して行うことで
ク
カ 側 検査とデバ
カ 側
検査を複合
行う と
問題の解決を図らなければならない。
※ウェーハレベルパッケージの背景
Kubota Lab
Lab.
市場ニーズ
・高速動作、高性能、低消費電力
・市場へのより速い供給
微細化により実現が可能
ム アの法則にしたが た微細化
ムーアの法則にしたがった微細化
微細化による問題
・CR信号遅延
・高集積に対する歩留りの低下
・素子増加に対するテスト時間の増加
・素子増加による多ピン化
・パッケージング時のワイヤーの遅延
ウェハレベルでの実装の改善が必要
14
ウェハレベルでの実装・BI・テスト工程の改善
Kubota Lab
Lab.
ウェハレベルパッケージ
•実装形態の多様化に対応
•不良情報の早期フィードバック
•歩留改善のためのTAT短縮
•バーンイン（ＢＩ）コストおよびテストコスト
の低減
従来のパッケージ
ウェハレベルパッケージ
ウェハ工程と
後工程の融合
インラインにおけるバーンイン試験を可能
↕
故障情報をLSI プロセスへフィードバック
デバイス化のプロセスを重視
目標
半導体・電
極限環境（微細、
量子化等）
Material
フェーズ
ズ
Pure &
applied
science
フェーズ
CMOS・
CCDイメー
ジセンサ
半導体プ
ロセスコン
ソ
製
MEMSセ
ンサ
太陽電池
製造コン
ソ
金属
ロボット・製
造装置量
産
輸送機器
量産
新
結節研究会コン
ソーシアム（会費
制）
目標
生産技術革新・地域産学連携拠点
Implement 子部品量
産
フェーズ
Application
A
li ti
-device
フェーズ
Kubota Lab
Lab.
造
半導体
科
表示デバ
表
デバ
イス
太陽電池
有機導
体・ＥＬコ
ンソ
材料・化学
製品量産
LCD,EL,L
ED
パワーデ
バイスコン
ソ
太陽電池
利用蓄電
コンソ
無機材料
液体
固体
食品量産
◆「部品」の組み
合わせで効果を
産み出す。
学
PIEZO機
器
研究会コ
ンソーシ
アム（１）
有機材料
集積回路
メモリ・プロ
セッサ・
IGBT
・・・
（２）
粉体セラ
ミクス
◆設計と
◆設計とソフト組
ト組
み込みによりデバ
イス（機能最小単
位部品）化する。
結節研究会コ
ンソ（会費制）
◆単なる材料を量
子化高機能化し、”
マテリアル”にする。
マテリアル
にする。
気体・プラズマ
工 学 ・ 理 学
建築・土
木
機械
電気電
子情報
15
材料
化学
物理
◆専攻横断
型拠点研究
次世代半導体デバイス技術を先導し、かつ
次世代半導体デバイス技術を先導し
かつ
それを駆使できる人材の育成
2009.3.9 日刊工業２３面
z
大学院生のIKKANインターンシップ
大学院生のIKKANインタ
ンシップ
九州半導体イノベーション協議会主催
議
■事業名
「IKKAN」～半導体製
造プロセス一貫体験インターンシップ
～
■実施目的 「九州における半導体
産業発展のための次世代人財の創
出」
日本の半導体産業の牽引役を担う「シリコン
アイランド九州」の更なる強化のために 半導
アイランド九州」の更なる強化のために、半導
体の詳細な製造プロセスを一貫して
体験することにより、九州の半導体産業の源
泉である優秀な人材を育成・創出
■実施内容 「九州を代表する半導
体企業
体企業で、半導体製造プロセスを一
半導体製造プ
を
貫して体験し、就業イメージを形成す
る」
■研修日程 平成20年8月20日～平
成20年9月3日のうち7日間
大学院博士の量産現場への適応
大学院博士の量産現場
の適応
SANKAKU
z
D’ （ドクターダッシュ 准博士。。。プロジェクト）
量産現場に適応可能な博士人材を大学と企業で共同で育成
⇒高コスト人材を使用した地域量産の意味づけ? 前例主義
の企業人事システムの改革。
⇒現場適応する博士のキャリアを長期に亘り形成
現場適応する博士のキ リアを長期に亘り形成
マ
ス
タ
ー
入
学
長
期
イ
ン
タ
ー
ン
D’
入
学
イ
ン
タ
ー
ン
１
２
３
16
現
場
で
業
務
入
社
決
定
学
位
取
得
５
大学院5年間
量
産
現
場
適
応
D
SANKAKUにおけるD’コース確定の流れ
博士進 • 修士学生：博士進学についてインターンシップ希望動機調書提出
学の決 • 企業：１次（書類）選考で５名以内の若干名に絞る。
意
見学
長期イン
ターンシッ
プ＠
Master
Ｄ’条件調整
Ｄ‘コー
ス
• 修士学生：見学＆２次選考の受験、同時にテーマ探索
• 企業：１日見学会と２次選考で１名に絞る。
• 修士学生：３か月～６か月の長期インターンシップ受講＠修士期間
• 企業：長期インターンシップの評価でD’としての採用
• 修士学生：奨学金、テーマ、指導者等打ち合わせ
• 企業：条件提示
• 学生：大学主体で論文体裁完成
• 企業：論文成果のチェック
取組
¸ 大学が企業に出て行き、日々サポートする組織の創設が必要
安全・健康
（１）メンタルヘルスケアへの対応
福利
福利厚生
（１）費用の分担
工場見学
（１）受け身でない、学生なりの問題意識の醸成
責任・保障問題
（１）学位取得不可の場合の企業責任
（２）途中打ち切りの場合の企業責任
（３）転職の場合の大学および個人の責任
研究テーマ
（１）研究テーマの発掘が困難
（２）研究テーマの実施が難しい
（３）研究テーマの継続を保証出来ない
指導体制
（１）指導者がいない
（２）指導する時間がない
守秘
（１）他社就職時の機密情報漏洩の可能性
意識・モティベーション
（１）正規社員との関係
（２）本人の自覚
（３）モチベーションの維持
（３）モチベ
ションの維持
インターンシップ
（１）十分なインターン期間必要
（２）学生の質厳選必要
（３）後の関係の継続性必要
大企業 ： 中央（総
合）研究所組織を持ち、
量産現場との明確なミッ
ションの違いが意識され
ている企業。博士学位保
持者は、主に研究所や企
画部門に配置され 現場
画部門に配置され、現場
技術の改善に進むキャリ
アーは狭い。
その他 特殊事情
（１）会社方針との不一致
（２）経験、自信が無いこと
博士論文採択レベル
（１）博士論文作成が保証できない
（２）それに代わる特許出願も保証できない
比較的大企業 ：
博士、修士、学部
出身者の区別が少
なく、開発から生
産までの部署の人
事交流が盛んな企
業
業。
17
中堅中小企業 ：
（量産）
現場のコスト削減での道より
も 高コストだが優秀な博士
も、高コストだが優秀な博士
人材を取り入れることで開発
ポテンシャルを身につけ、マ
ザー工場としてあるいは中堅
中小企業 雄とし 事業を拡
中小企業の雄として事業を拡
大しようとする企業。
研究開発一線の外部講師によるシンポジウム・講
研究開発
線の外部講師によるシンポジウム 講
演会→ ルールは自ら作る！
先端機器の外部公開共同利用＠工学部
18
Kubota Lab
Lab.
＜産業界への議論の課題提起＞
Kubota Lab
Lab.
１．バックエンドプロセス(後工程・組み立て)技術を日本に残す意義
■技術的課題
☞微細化により多ピン化、ワイヤーによる信号遅延を改善するため
に ウェーハー段階での実装改善（ウェーハーレベルパッケージ）
に、ウェ
ハ 段階での実装改善（ウェ ハ レベルパッケ ジ）。
☞ バーンイン（BI）・テスト工程をウェーハーレベルで実施。
■将来トレンド
☞インラインBI・テスト工程の開発により、故障情報をフロントエンド
LSIウェーハー プ
LSIウ
プロセスへ直接フィードバック。
セス 直接フィ ド ック。
☞ウェーハプロセスと後工程・組み立ての融合の進展がトレンド。
ウェーハプロセスと後工程・組み立ての融合の進展がトレンド。
日本の半導体業界が、後工程はコストが小さく労働集約型であるとの
理由で海外シフトを容認すれば、将来に前工程までも失うであろう！
２．日本の後工程会社のアライアンスは可能か？
■ビジネスとして前工程のように装置主導として成り立つか？
ウエハレベルバーンイン 【WLBI】
Kubota Lab
Lab.
バーンイン：デバイスに電気的バイアスを与えた状態で、高温で動作させる信頼性検査法
19
半導体 日の丸ファンドリーの再構築
Kubota Lab
Lab.
熊本大学、九州から with
企業再生支援機構
300M$
組み立て会
社と後工程
零細中小企
業の統合と
量産体制の
確立
3,000M$
前
工
程
企
業
を
含
め
た
日
の
丸
フ
ァ
ン
ド
リ
へ
景気変動に左右されない循環型地域活性化スパイラルの創設
高級人材の地域への定着
公設試人
材 機能
材・機能
熊本県
強化ニー
ズ
大学連携
地域企業への
Kumamoto
University
課題設定
設定で
きる人材
（Dｒ博士)
育成の拡充
大学連携
支援強化
県財政の活
財
性化・健全
化、公設試
の充実
大手量産企
大学・
大学
・地域企業
地域企業と
と連
業の満足度
携・課題解決型発注
向上、更な
る集積
大手量産企業
大手量産企
業の現場課
題の解決
異業種連携・課題
解決型受注
地域企業
地域企業
の技術力
向上
Accord. Discussion by courtesy of
Shiro TAKEGAMI & Yuki SOH.
大手量産
企業人材
強化・定
着
大学連携課題解決
解決で
きる人材
地域企業
（MS)育成
人材強
の拡充
化・定着
20
現在までの協働実施企業・機関
Kubota Lab
Lab.
韓国_浦項工科大学
Pohang University
of Science and Technology
gy
長崎大学
工学部
韓国_漢陽大学 佐賀大学
電気電子工学科
Hanyang
APU
小川博司
University
モンテ・カセム学長
センター長
台湾_南台科技大学
Southern Taiwan
University
of Technology
アジア地域
アジア地域
大学
台湾_国立政治大学
National Chengchi University
韓国_湖西大学
Hoseo
University
九州地域
九州工業大学
電波高専
大学 下村輝夫学長
江端直校長
アジア地域
アジア
地域
八代高専
佐藤校長
東北大学
半導体生産技術
公設機関等
阪和電子
阪和電
関西地域
企業
応用電機
産総研
九州半導体
イノベーション協議会
シ ン協議会
九州センタイ
九州センター
衝撃・極限
環境センター
総合情報
理学部
センター 学内
物理
東芝
ソニー
ソニ
山田電音
三洋電機
関東地域
企業
沖電気
フナイ電機
学部・
工学部センター 理学部
NEC
数理
日立
NTT
生物
工学部
電気
日東電工
オムロン
くまもとテク
産業財団
関西地域 関東地域
キヤノン
企業
企業
テクノス
松下電器
KAST
センター
群馬大学
オブザーバ制御
大阪大学
CNTナノプローブ
神奈川
公設機関
産総研
つくばセンター
くばセンタ
九州外
大学
九州外
大学
早稲田大学
超微細加工
日本学術振興会
産学連携委員会
熊本大学 学内
学部
東京大学
遠赤外
微小顕微鏡
東京工業大学
計測情報
九州地域
大学
大学
長崎総合科学
技術大学
山邊時雄学長
九州
経済同友会
松下電子部品北辰光機
基礎研究に隣接して推進できる地域イノベーション＝ドクターの輩出
2005～
第一回
2009 産学連携功労者表彰
熊本大学における論文業績・対外発表
文部科学大臣賞 等
International Microprocess
地域新生コンソーシアム等研究開発事業
地域新生コンソ
シアム等研究開発事業
Conference Award
（経済産業省・文部科学省）
地域結集型共同研究事業 and Nanotechnology
（JST、文部科学省）
平成1１年度～平成１６年度
－技術シーズの創出－
○超精密半導体計測技術開発
国際ナノテクノロ
ジ 総合展バイ
ジー総合展バイ
オ部門賞受賞
熊本テクノロジー、
D
D
アラオ
アラオ、
①超精密高速
①超精密高速ステージ開発
ジ開発
①超精密高速ステージ開発
IEEE Best
Presentation Award
－熊本地域からの活発な実用化提案－
平成12年度補正
D
居村
平成13年度補正
東京カソード、
三菱電機
④プラズマ異常放電監視法開発
（超音波を利用した異常放電検知技術）
東京カソード、ＮＥＣ、ＮＥＣ九州
⑤レジスト塗布・現像プロセス開発
D
技術シー
ズを活用
した製品
開発
凸版印刷、熊防メタル、緒方工業、日本ゼオン
D
櫻井エンジニアリング、
⑦液晶光プローバ開発
⑦液晶光プローバ開発
オオクマ電子、
（液晶輝度ムラ自動検査技術）
ヤマックス、ＡＤＩ、
羽山
論文３、口頭発表８、特許１テクノス、アラオ
⑧微細加工 計測技術開発
⑧微細加工・計測技術開発
（超極薄膜技術、レチクルフリー露
光技術）
プレシード、ソニーセミコンダクタ九州、
テクノス、ＡＤＩ、ロジックリサーチ
熊本テクノロジー、アラオ
平成14年度～平成15年度
精密工学会ベ
ストプレゼン
３次元形状計測と半導体電気特
テーション章
章 性計測機能を搭載した電子ビーム
平成13年度補正
測長機の開発
（①・②の技術シーズを活用）
高速駆動プリント配線板
高速駆動プリント配線板
の開発
の開発
平成15年度
平成
年度
（⑥
技術
ズを活 ）
本武（⑥の技術シーズを活用）
論文３、口頭発表３
プラズマ処理装置向け異常放電
プラズマ処理装置向け異常放電
熊本防錆工業、緒方工業、
抑止システムの開発
抑止システムの開発
八坂
（④の技術シーズを活用）
論文３、口頭発表２
セイブ、凸版印刷、
D
ものづくり
日本大賞
東京エレクトロン九州、日本ゼオン
優秀賞
（実装対応めっき技術）
トプコン、テクノデザイン、
熊本テクノロジー、アラオ
（微細加工用レジスト塗布技術）
（微細加
用 ジ
塗布技術）
⑥次世代実装対応めっき技術研究開発
D
ターニング技術の開発
路パターニング技術の開発
応用物理学会
（⑧・①の技術シーズを活用）
（⑧
①の技術シ ズを活用）
論文１２、口頭発表４９、特許２
九州支部学術
若杉
講演会発表奨ソニー、テクノス、熊本テクノロジー、
励賞
プレシード、ウシオ電機
半導体電気計測のための
ナノプローブ技術の開発
（①の技術シーズを活用）遠藤
③プローバ高周波計測技術開発
（高周波対応の微細なプローバ技術）
熊本テクノロジー、
アラオ、トランスジェニック、
QTAT(短工期)オンライン電子回路パ
QTAT(短工期)オンライン電子回
ジェネティックラボ
ナノテクノロジーを応用した細胞内
構造体の手術・操作装置の開発
構造体
手術 操作装置 開発
（①の技術シーズを活用）
太平洋セメント、
（半導体加工用精密位置決め技術開発）
小坂
江頭
論文１４、口頭発表１７、特許２日本セラテック計測自動制御
トプコン、
学会学術奨励
②３次元形状計測手法開発
（電子ビームを使った精密計測技術）
（電子
を使
精密計測技術） 新電元熊本、東芝 賞技術奨励賞
D
平成14年度補正
森本
熊本大学、
東北大学、
崇城大学、
広島大学、
長岡技術科学大学、
県工技センター
産総研
D
日本ゼオン 上村工業
日本ゼオン、上村工業、
東京カソード、九州日本電気、
ソニーセミコンダクタ九州
平成13年度補正
D
NECエレクトロニクス
平成14-16年度
微細
林スマートマイクロチップ微細加
工技術 （⑧の技術シーズを活用）
スキャン形成膜技術に不可欠な高
東京エレクトロン九州、ハヤシ、
精度減圧乾燥装置の開発
（⑤の技術シーズを活用） トレジャーオブテクノロジー、日本ゼオン
21
久保田研究室の地域コンソーシアム事業実績
22
Kubota Lab
Lab.
衝撃・極限環境研究センター設置までの沿革とその後の活動（抜粋）
＜センター設置の経緯＞
1996 年、第 16 期日本学術会議物理学研究連絡委員会（物研連）物性物理専門委員会が「日本の
物性研究の質を高めるには、中・小型実験設備を充実させ、それを有効利用すべきである。国内に
は活発に物性研究を行っている研究機関が全国的に分布するので、その中から地域性と大学の特色
を考慮して選んだ研究拠点に特色ある中小型施設を早期に整備し、それを研究者が共同利用する体
制（これをネットワークと呼ぶ）を作るのがよい」との対外報告を行った。直ぐに衝撃実験所の藤
田教授と巨海教授が中心となって、研究センター設置へ一歩を踏み出した。佐藤泰生工学部長、岩
田工学部事務長、巨海玄道教授、藤田昌大教授の４人で 10 月から設置準備委員会創設へ向けて始
動。10 月に部局長会議で「極限環境応用科学研究施設」設置準備委員会設置が認められる。この間
学内でヒヤリングなどを開催し、1997 年 3 月、第１回目の文部省との交渉、衝撃エネルギー実験
所を中心とした理工系の中核となる研究施設の設置は長く話題となるもののここでも実現されず、
その後北田経理部長が着任、新工学部長の生野教授と巨海教授が文部省を訪れ、ようやくこの頃か
ら活発に動き始めることになる。その内容は、特徴ある工学部附属衝撃エネルギー実験所と理学部
に関係の深い極低温装置室、そしてそれらに関係する極限環境研究グループが中心となり、新しい
センターを設置する計画であった。
設置の申請に先立って、改組の必要性を審査する外部評価が実施された。具体的には、広島電機
大学の大森正信教授を委員長とし、高山和善教授（東北大学）、毛利信男教授（東京大学）、澤岡
昭教授（東京工業大学）、水崎隆雄教授（京都大学）を委員として委嘱し、1998 年 5 月 16,17 日
にヒヤリング等の外部評価が行われた。当時の外部評価報告書 3 によると、翌日の 5 月 18 日には
文部省に結果報告を行っており、翌年の４月には設置の運びとなっている。この外部評価によって
改組の必要性が高く認められたことが、改組の実現を早めたことは間違いない。
改組することによって期待される成果・展望としては、外部評価報告書には「これまでに国内外
に例がない静的・動的超高圧を用いた複合極限環境の創生により、非平衡状態にある新素材の開発、
新しい物性出現及びそれらの生物化学への応用等に関する基礎科学研究が推進できるため、本学の
特徴が生かすことができ・・・（後略）」3 ということが述べられており、実際に改組後、衝撃エ
ネルギーにかかわる COE の実現に大きく寄与することになった。ここで、この改組には当時の関
連教官として藤田昌大本学名誉教授、千葉 昂本学名誉教授、巨海玄道教授（元九州大学教授、現
在久留米工業大学教授）らによる尽力と、歴代の工学部長である本田忠敏教授（故人）、佐藤泰生
教授（元八代工業高等専門学校校長、現在本学名誉教授）、生野浩正教授（現在本学名誉教授）の
多大な支援があったことを特に付記しておきたい。
＜複合極限機能科学分野・物性領域～半導体エレクトロニクス領域へのあゆみ＞
1996 年の 12 月、第 16 期日本学術会議物理学研究連絡委員会（物研連）物性物理専門委員会が
伊達学術会議議員を中心として、我が国の今後の物性物理の研究の振興のための「物性研究拠点整
備計画」と言う名前で物研連の対外報告を行った。その内容は「特色ある地方の物性研究施設をネ
ットワークで結び効率的に研究を進める」ことであった。熊本大学でも、知能生産システム工学科
の巨海玄道教授を中心に組織化が図られ、「火の国研究会」の開催等を通じて、高圧下の物性研究
（巨海教授）、衝撃波を応用した材料研究（真下教授）、半導体微細加工研究（久保田教授）など
活発な意見交換が行われた。
その後、衝撃・極限環境研究センターは 1999 年 4 月に文部省（当時）により認可、理学部の極
低温グループと工学部の衝撃グループに新たに新設の教授席（半導体微細加工研究グループ久保田
1
23
弘教授）を加えて、実質的には 2000 年 4 月に３研究分野＋客員部門が揃ってスタートした。 2001
年 4 月には研究棟実験棟がベンチャーラボラトリーと合築竣工し、漸く（新）研究センターとして
の体制が整った。熊本大学の組織を挙げての半導体エレクトロニクス研究の拠点化と産学官連携活
動は、1996 年に遡る。当時は産学連携という言葉もなかったため、1990 年代の熊本大学の地域社
会貢献活動は中央政府および経済会をリードする魁となった。また研究成果は地域に限らずグロー
バルな国際見本市、特に 1999 年から毎年米国シリコンバレーで開催の「セミコンウェスト」に出
展され、研究の国際化を先導した。本分野は当初より学部・専攻横断型の産学官連携研究体として
運営されている。そのあゆみを、新聞報道を基本に振り返ることとする。
【1996.11.15】 世界的な半導体の権威である大見忠弘東北大学教授を迎えて（後に熊本地域結集
型共同研究事業の研究統括）、半導体企業の連携を推進する「新シリコンアイランド・シンポジウ
ム」を熊本県と協力して開催。参加者は 450 人を数え、席が足りずに立ち見が出るほどの盛況、こ
れが熊本大学での半導体エレクトロニクス研究および産業人材育成の拠点化の原動力となった。当
時、熊本県商工観光労働部次長の黒田篤郎氏（現、国際協力機構 JICA 理事）の熱心な思いが、熊
本大学、大企業、中小企業等多くの関心を持たせた。
【1998.01】 久保田弘助教授が熊本県庁商工観光労働部に席を占め（1999 年 8 月まで）、当時の
県商工観光労働部次長の熊谷敬氏（現、特許庁総務部長）とともに、産業政策について土日も無く、
不眠不休で議論を重ね、地域指定に向けた申請書作製や県内企業との調整、中小企業の現状聞き取
りを行った。当時の前田浩文商工観光労働部長、津田真司熊本県工業振興課長、生野浩正工学部長、
江端直副学長他大学執行部の理解の上に、正に産学官連携の夜明けと言うべき「大学教官が県庁に
席を構える」という前代未聞の出来事であった。熊本県の工業振興・企業誘致の重点を「半導体関
連産業」にフォーカス。「セミコン・フォレスト構想」として、一連の施策をパッケージで展開す
ることとなった。
【1998.06.11】産業クラスターの核となる最先端研究の拠点を形成すべく、「地域結集共同研究開
発事業」を熊本大学と県が共同で科学技術庁に提案し、調査検討地域に選ばれた。熊本大学ベンチ
ャーラボの設置と併せ、正に地域を結集した産学官連携プロジェクトとして開始。前田浩文部長は、
「熊本テクノポリス財団共同研究棟内に、最先端クリーンルームを備える次世代半導体研究・教育
センターを整備する。」ことを表明し、熊本大学とのスクラムを強固なものとした。
【1999.01】有馬朗人文部大臣が小渕一次改造内閣で科学技術庁長官を兼務すると同時に、福島譲
二熊本県知事が熊本での次世代半導体プロジェクトの採択を大臣陳情、旧制高等学校の話しに花が
咲きながら、大臣から「寺田寅彦に関係する家屋や施設をきちっと地域で保存してほしい」と逆に
陳情され、現在の五高記念館の寺田寅彦ブースとなった。
【1999.07.06】 科学技術庁の「地域結集型共同研究事業」に、「次世代半導体プロセス技術の確
立」研究が採択された。早速、福島譲二知事は県庁で会見、久保田弘教授も同席した。事業費は国
から五年で計二十億円。知事は「研究に際し東京のハイテクベンチャー企業も進出することになっ
た。成果は半導体産業にももちろん、二十一世紀の重要産業に波及する。昭和五十九年のテクノポ
リス構想以来の大事業として取り組む」と話した。研究事業で訴えた人材育成については当時、予
算は地域負担分（熊本県と熊本大学）で行うよう注文されたが、その後、産業人材育成の重要性が
国全体の施策で説かれるようになる端緒となった。
【1999.10.07】 次世代半導体開発を促進する産学官の組織として、研究交流促進会議が発足。会
議は東北大学の大見教授、熊本大学工学部長の生野浩正教授、久保田教授、熊本工業大学の岡村教
授、稲垣肥後銀行頭取をはじめ、「超精密半導体計測技術の開発」をテーマにした地域結集型共同
研究に参加している企業や大学の代表者ら十八人で組織。
【2000.12.03】 共同研究成果物を、半導体国際見本市「セミコンジャパン 2000」に出展、展示ブ
ースおよび技術説明会での名刺交換記名者は 500 名を超えた。
2
24
【2000.03.05】 深谷隆司通産相と県内経済界の代表者らとの懇談会を開催。「深谷隆司通産大
臣が来熊し、熊本の産学連携の代表として久保田弘教授が出席され、日本のバイドール法の問題点
を指摘、その後の国の制度改善の端緒になった。」と熊本地域結集型共同研究事業を立ち上げた当
時の仕掛け人で熊本県商工観光労働部総括審議員であった熊谷敬氏（現、特許庁総務部長）は語る。
深谷大臣より特許についての取り組み、岩田満泰中小企業庁長官からは困っていることはないか
との質問があり、その際に久保田教授から以下のような発言とやり取りをした。
久保田：「科学技術庁のプロジェクトなのでオフレコでお願いしたいが、昨年制定された産業活力
法が実際にこの科技庁プロジェクトでは機能していない。科学技術庁と直接行うプロジェクトには
活きるが、法律の解釈の問題で、地域結集型共同研究事業のように委託を受けて実施するプロジェ
クトではそのまま法律は活きない。.特許権の中の運用権だけでも１００％企業に渡せるようになる
とよいと私は考えている。」
大臣：「これはどういうことか？（随行員に質問）」
太田通産相機械情報産業局長：「一部にそのような混乱があるとは聞いている.整理をする必要が
あると考えている.これもオフレコだが。。。」
大臣：そちら（中小企業総合事業団）ではどうか？
木下中小企業総合事業団理事長：問題は出ていない.バイドールの精神で運用している。
大臣：この件については調査して、後で必ずきちんと久保田先生に報告します.
その後、久保田教授、通産省、文部科学省と熊本県との間で調整が図られ、国会答弁の準備に至っ
た。
【2000.11.27】 原田総務部長と、法人化に向けてのアメリカ大学視察の事務官の人選を確定．久
保田教授が団長兼通訳。
【2000.12.07】熊本県と熊本大学の半導体産学官連携事業に誘発され、ソニーセミコンダクタ九州
の熊本誘致が実現。半導体関連産業を中心とした誘致活動の結果、1997 年から 2000 年の５年間に
60 件が立地、うち 32 件が半導体関係。
【2001.03.20】半導体関連産業の集積拡大、技術の高度化を図って行くには、熊本だけでなく九州
全体で取組が不可欠との認識から、広域産学官連携の場として「全九州半導体技術フォーラム」の
設立準備を進め、全九州の産学官関係者を集めて第一回を開催した。鶴島稔夫熊本県産業技術顧問
の尽力もありその後、国の産業クラスター計画の受け皿となる「九州半導体イノベーション協議会」
の活動に繋がった。
【2001.04】熊本県と熊本大学他が協力して熊
本 TLO を設立。熊本大学産学官連携研究推進
機構（江口吾朗機構長、石原修副機構長）が推
進した。また潮谷義子知事が就任、副知事時代
から多大の支援を賜り、2003 年 6 月に第一回
産学連携功労者表彰文部科学大臣賞を松村敏人
事業総括（元熊本県副知事）、久保田弘教授と
共に受賞。大見忠弘研究統括は、内閣総理大臣
賞を受賞。小山悟商工観光労働部次長と受賞講
演会に出席。
【2001.4.9】 1999 年 1 月の有馬朗人文部大臣
への陳情が好結果に働き、衝撃・極限環境研究センターとベンチャービジネスラボラトリーの合築
建設がなされ、4 月よりオープン。 熊本県内半導体産業とものづくり拠点化へ産学官が結束し、
（新）研究センターが実質的にスタートした。この間、北田憲治経理部長が学内と本省との調整に
中心的な役割を果たした。一方、熊本県は国の支援を受けてテクノポリスセンター内の「（株）テ
3
25
クノインキュベーションセンター」を設立、地域結集プロジェクトで設立したベンチャー企業「熊
本テクノロジー」も入居。
【2001.09.26】 最先端研究開発とともに地域における人材育成に大きな期待。熊本大学他の県内
大学、熊本テクノポリス財団、工業技術センター、県立技術短期大学校、半導体関連企業の教育施
設等を有機的にネットワーク化した「ネットワーク型半導体教育研修システム」を構築。地場企業
の技術力向上へ資することとした。大学の講師に企業講師をペアーとすることで、絶えず出口を意
識した基礎研究を活かす産業技術教育を目指し、大学の講義とは一線を画した。シラバスは熊本大
学で全面的に作製し、くまもとテクノ産業財団が受講料の取りまとめ、受講料補助金の申請業務等
をサポート。
【2001.10.10】県内の半導体関連産業の今後の戦略を検討する九州地域産学半導体イノベーション
研究会熊本会議の初会合が開催された。
＜複合極限機能科学分野の研究活動＞
平成 10 年度に熊本地域結集型共同研究事業（後述）の申請と歩調を合わせた概算要求で、熊本大
学ベンチャービジネスラボラトリーと衝撃・極限環境研究センターの合築新築要求が認められた。
同時に新設の教授席の公募により、平成 11 年 8 月 に久保田弘教授が着任、材料科学分野の森園靖
浩助手（その後、山崎助手と交替）を迎えて複合極限機能科学分野がスタートした。一方、電気シ
ステム工学科電気システム先端技術講座内に複合極限機能科学研究室が創設され、
清水久雄が技官、
堤貴子が秘書として着任。
平成 12 年にセンターの研究を支えるミッションを持った電気システム工
学科助教授を公募し、7 月に東京大学 VDEC 助手の中田明良が助教授として着任。平成 13 年には吉
岡昌雄技術官が着任、清水久雄技術官は機械工場に異動。次世代半導体プロセス用の精密製造・計
測手法、ソフトウェアーを開発し、先端材料を極限的に微細なデバイス構造に載せることを本分野
のミッションとした。平成 14 年度の研究室のメンバーは、教員 2 名、技術官 1 名、研究員 5 名、博
士課程 6 名、修士課程 5 名、学部 10 名、秘書 3 名の 32 名。平成 10 年度から開始した熊本地域結集
型共同研究事業では、文部科学省・経済産業省・熊本県から約 25 億円、大学・民間企業 60 社以上
から約 25 億円の研究経費を受け入れ。2003 年文部科学大臣賞、2008 年経済産業大臣賞他、各学会
賞多数、新聞記事掲載：全国紙 68 件（内 1 面 2 件）
、地方紙 38 件、半導体業界誌 98 件。大学
における知的財産の扱い等、現在の「地域における科学技術振興とイノベーション創成」施策の雛
形となった。固体物性,半導体の研究を中心に、情報電気電子工学、機械システム工学専攻の教育も
推進。
平成 10 年～平成 16 年の中心的研究課題は、
『半導体微細化サブ 100nm 時代のための超精密半導体
加工・計測技術』
。そこで、熊本大学発の多くの技術が世に出され注目をあびた。 超精密高速超音
波モーターステージ、3 次元 CD-SEM 装置、超平坦メッキ技術、高速 LSI テスト手法、プラズマ異常
放電検知技術、大型 FPD 膜ムラ検査装置、超精密マニピュレータプローブ等、いずれも半導体 LSI
企業との長年の協働に基づく、量産現場を巻き込んだ研究成果として高く評価された。折しも国立
大学の法人化前夜にその地方大学の研究・教育・社会貢献の在り方について、米国の有名大学の法
人経営について久保田を団長に事務官 4 人の調査団を組織して調査。地方大学の産学連携の進め方
について文部科学省へ提言を行い、高く評価された。平成１０年度からは熊本地域結集型共同研究
事業（文部科学省・経済産業省・熊本県から約２５億円、大学・民間企業６０社以上から約２５億
円の研究経費を投入し、平成２０年度まで実施したナショナルプロジェクト）が開始され、久保田
教授がその先導役となった。そのネットワークの緻密さと果敢な研究テーマへの挑戦と先端性が認
められ、文部科学大臣賞、経済産業大臣賞、そして各学会賞を受賞。また知的財産の扱いについて
は国の根本的なスタンスの改革など、国会委員会、総合科学技術会議、自由民主党政審において、
熊本大学と熊本地域の取り組みが取り上げられ、現在の「地域における科学技術振興とイノベーシ
4
26
ョン創成」施策の雛形となった。
平成 17 年～平成 21 年は、超精密計測・加工技術をさらに発展させ、ウェーハ 1 枚の上に 1 兆個
以上のスイッチを載せる超兆集積技術とそれを可能にする量産および量産地域を支える地域の科学
技術イノベーションをテーマに研究を進めた。民生技術として進歩を遂げた映像デジタル情報技術
を先取りし、人工皮膚に替わる触感情報技術の開発による精密加工・計測技術開発、超音波を含む
音響技術を駆使した聴覚情報技術の開発による半導体精密計測装置開発等、量産現場のウェーハ処
理スピードに見合った計測・加工法を多数提案し、中央の大学や研究開発機関とは異なる際立った
研究成果を世に出した。
平成 22 年度からは、NaPFA スケール（ナノ、ピコ、フェムト、アトスケール）の生産手法を安
定化させる新製造技術を中心に取り組む予定で、IT との融合を意識しながら引き続き、高度な量産
（多品種量産）のための最先端製造科学研究を進める。H22 年度現在のプロジェクトは、熊本地域
結集型共同研究事業フェーズ(III)、熊本大学拠点研究Ｂ他民間との共同研究を進めている。
この間,情報電気電子工学科の電子物性担当として固体物性,半導体などの電子物性関係の教育を
組織化・担当すると共に,半導体電子工学、次世代半導体製造手法、有機無機先端材料の研究を活発
に推し進めている。
◆新聞記事掲載：全国紙 68 件（内 1 面 2 件）
、地方紙 38 件、半導体業界誌 98 件
◆代表的業績
"Wear Reduction Method for Frictionally Fast Feeding Piezoactuator" Japanese Journal of
Applied Physics, Vol.45, No.2A, 2006, pp.1005-1011
"Attoliter Control of Microliquid" Japanese Journal of Applied Physics Vol. 46, No. 11, 2007,
pp. 7519-7523
"Nano-fabricated CDW by ion-beam irradiation" Synthetic Metals 103(1999)2234-2237
◆博士学位
・反応性拡散法による酸化物薄膜の結晶成長と配向制御
・イオンビームによるサブ 0.1μm 構造の実現とその電子物性
・超精密位置決め用圧電アクチュエータの高速駆動に関する研究
・連続視野角方式による液晶ムラ検査レジスト膜厚検査
・ウエットプロセス薄膜形成法によるエレクトロニクスデバイス実装技術応用
・QTAT（短工期）オンライン電子回路パターニング技術開発
・マイクロスケールピエゾ抵抗型メンブレン圧力センサの高感度化・高集積化
・新高速圧電アクチュエータの超精密半導体原子スケール生産技術の確立
・画像表示デバイスを用いたオンライン露光方式に関する研究
・次世代微細加工技術で作製した一次元整列電子の伝導機構に関する研究
・アト-フェムトリットル微少液体の精密計測・操作技術に関する研究
以上
5
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熊本大学
半導体デバイス研究室
大貫研⇒宮原・久保田・藤吉研⇒久保田・中田研⇒久保田研
２０１１年３月２１日（月）
研究室創立３０周年
学部： 情報電気電子工学科
博士前期 情報電気電子工学専攻
博士前期：
博士後期： 複合新領域科学専攻
衝撃・極限環境研究センター
教授 久保田 弘
デバイス研究室 発展の歴史
半導体を中心とする熊本大学産学
熊本大学産学連携
連携と熊本地域への貢献
１９８６
熊本大学地域地域
熊本大学
地域地域共同研究センター
共同研究センター この20年間で
開設：クリーンルーム設置
開設 クリ ンル ム設置
１９９１
大学院自然科学研究科研究棟竣工： 200％ＵＰ！
クリーンルーム・極低温実験室設置 ●３００を超える企業の新たな進出と
新 学 究機器
新工学研究機器センター竣工：
タ 竣
集積！
ULSIクリーンルーム設置
ULSIクリーンルーム設置
●製造装置関連は10年間で５００％
理学部・大学院総合研究実験棟竣工：ＵＰ！
地下クリーンルーム設置
地下クリ ンル ム設置
１９９６
１９９８
１９９９
２０００
●半導体関連製造品出荷額等が約
地域結集型共同研究事業開始（地方初の半導体大型国家プロジェクト）
２００２
くまもとテクノ産業財団共同研究棟竣工：プロセス用クリーンルーム設置
衝撃・極限環境研究センターとベンチャーラボ竣工：クリーンルーム設置
衝撃・極限環境研究センター
とベンチャーラボ竣工：クリーンルーム設置
九州半導体イノベーション協議会企画、
九州半導体イノベーション
協議会企画、JFK
JFK国際フォーラム開催現在に至る。
国際フォーラム開催現在に至る。
国際ナノテクノロジー展ナノテック大賞 バイオテクノロジー部門賞 受賞
２００３
文科省都市エリア事業・経済産業省コンソーシアム事業（事業化4件継続3件）
産学連携功労者表彰
産学連携功労者
表彰 文部
文部科学大臣
科学大臣賞
賞 受賞
）
２００５
インキュベーションラボを併設
インキュベーションラボを併設
超兆集積産業基盤
超兆
集積産業基盤技術拠点研究開始、
技術拠点研究開始、客員教授１名、非常勤講師３名
客員教授１名、非常勤講師３名
２００７
２０１０
内閣総理大臣表彰ものづくり日本大賞
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優秀賞 受賞
経済産業省地域イノベーション創出研究開発事業一般枠採択
Kumamoto Univ.
Kubota Lab
Lab.
1984～1990
1984 1990
1998～2004
応用物性物理学
超精密半導体加工・計測技術
超精密高速超音波モーターステージ
3次元CD-SEM
超平坦メッキ
高速LSIテスト手法開発
プラズマ異常放電検知技術
大型FPD膜ムラ検査装置
超精密マニピュレータプローブ
2005～
ジョセフソン素子回路に関する研究
ジ
セフソン素子回路に関する研究
アモルファスシリコン太陽電池研究
高速応答液晶表示素子の開発
赤外センサーと非接触熱物性測定への応用
一次元電気伝導体に関する研究
酸化物高温超伝導体研究
1991～1997
知識基盤情報技術と超兆知識集積
量産イノベーション
精密イオンビーム利用技術
精密イオンビ
ム利用技術
映像情報技術
触感情報技術
聴覚情報技術
2011～
ULSI用拡散防止膜とメタライゼーション研究
アモルファスIII-V青色発光デバイス、
宇宙用太陽電池研究
ナノワイヤに関する研究
低エネルギーイオンビームによる微細加工
高誘電率薄膜形成と光触媒
NaPFAスケール量産のための最先端
製造科学研究拠点
Kumamoto Univ.
Kubota Lab
Lab.
ドクターテーマ
ドクタ
テ マ
半
導
体
熊
情
本
報
大
素
学 工
子
工 学
工
学 科
学
部
講
情
座
報
一
元
次
赤外センサーと非接触熱物性測
定
高速応答液晶表示素
子
低エネル
ギーイオ
ギ イオ
ンビーム
による微
細加工
高誘電率
薄膜形成
と光触媒
ジ
ョ
セ超
フ伝
ソ導
ン
・
反応性拡
散法によ
る酸化物
薄膜の結
晶成長と
配向制御
に関する
研究
連続視野角方式による液晶ムラ膜厚一括
連続視野角方式による液晶ムラ膜厚
括
全面検査
高速LSI
高速
LSIテ
テ
スト手法開
発
超平坦メッキ：ウエットプロセス薄膜形成法によ
超平坦メッキ：
ウエットプロセス薄膜形成法によ
超平坦
ウ
トプ
薄膜形成法 よ
るエレクトロニクスデバイス実装技術への応用
マイクロスケールピエゾ抵抗型メンブレン圧
力センサの高感度化 高集積化
力センサの高感度化・高集積化
イオンビームによ
るサブ0.1μm
るサブ0.1μm構造の
構造の
実現とその電子物
性に関する研究
超精密
高速超
音波
モー
タース
テージ
光伝導技術による酸化超薄膜検査
宇宙用太陽電池
研究
ULSI用拡散防止膜
LSI用拡散防止膜
とメタライゼーション
ナノワイヤ
酸
化
物
高
温
超
伝
導
体
大型FPD
大型FPD膜ムラ検査装置
膜ムラ検査装置
アモルファスIIIアモルファスIII
-V
青色発光デバイ
ス
アモルファ
スシリコン
シリ ン
太陽電池
量産対応ウェーハ温度計測
3次元CDSEM
超精密マニ
ピュレータ
プローブ
次世代微細加工技術で作製した一次
元整列電子の伝導機構に関する研究
新高速圧電アクチュエータの超精密半導体プロセ
スへの応用と原子スケール生産技術の確立
画像表示デバイスを用いたオンライ
ン露光方式に関する研究
アトアト-フェムトリットル微少液体の精密計
測・操作技術に関する研究
プラズマ異常
放電検知技術
放電検知
術
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宮原・藤吉研究室
QTAT（短工期）オンライン電子回
QTAT（短工期）オンライン電子回
路パターニング技術開発
超精密位置決め用圧電アクチュ
エータの高速駆動に関する研究
すばる望遠鏡欠陥検査
論文番号
95DMY1_1
99DMY2_2
03DKB1_1
05DKB1_3
05DKB2 3
05DKB2_3
05DKB3_3
06DKB2_5
05DKB1_1
05RKB
06DKB3_5
07DKB1_1
11DKB1_1
Author
宮川隆二
住田 泰史
江頭 義也
羽山 隆史
本武 幸一
若杉 雄彦
林 直毅
小坂 光二
森本 達郎
森川 晃次
居村 史人
西優弥
Title
反応性拡散法による酸化物薄膜の結晶成長と配向制御に関する研究
イオンビームによるサブ0.1μm構造の実現とその電子物性に関する研究
超精密位置決め用圧電アクチュエータの高速駆動に関する研究
連続視野角方式による液晶ムラ検査レジスト膜厚検査
ウエットプロセス薄膜形成法によるエレクトロニクスデバイス実装技術への応用
QTAT（短工期）オンライン電子回路パターニング技術開発
マイクロスケールピエゾ抵抗型メンブレン圧力センサの高感度化・高集積化に関する研究
新高速圧電アクチュエータの超精密半導体プロセスへの応用と原子スケール生産技術の確立
画像表示デバイスを用いたオンライン露光方式に関する研究
次世代微細加工技術で作製した一次元整列電子の伝導機構に関する研究
アト-フェムトリットル微少液体の精密計測・操作技術に関する研究
ト
ムトリ ト 微少液体の精密計測 操作技術に関する研究
光伝導技術による酸化超薄膜のインライン評価手法の開発（仮）
D-M-B
博士論文
博士論文
博士論文
博士論文
博士論文
博士論文
博士論文
博士論文
博士論文
博士論文
博士論文
博士論文
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85MMY1_1
85MON1 1
85MON1_1
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87MON1 1
87MON1_1
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88MON1_2
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89MKB1_1
89MMY1_1
89MON1_1
90MKU1_1
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杉谷 賢一
財津 俊行
松永 浩志
井川 敬章
野坂 正昭
打越 政弘
新納 博明
山田 浩幸
粒崎 耕治
井上 毅
坂本 穣
野尻 勲
石川 直幸
波多野 亮
藤井 孝憲
三村 晃満
平地 和幸
松岡 雅則
川上 良裕
岩田 正治
鉾立 竜也
本明 謙二
大原 一晃
東 亨
中尾 光志
宮川 隆二
松本 剛
川村 浩和
宮崎裕二
大隅裕司
梶山裕城
超電導複合多芯線の交流損失測定
超伝導素子を用いた論理回路と電磁波センサに関する研究
水素化アモルファスSi中のキャリア挙動に関する研究
超電導複合多芯線の交流損失測定
円筒形状を有するイオン輸送系におけるパターン形成に関する研究
TN液晶表示素子の応答特性の解析
非晶質半導体の光物性
擬一次元導体K0.3M0O3における電荷密度の動特性に関する研究
a-GaP:H薄膜の光物性の研究
G P H薄膜の光物性の研究
超電導多芯線と安定化用銅ストランドから構成された１次ケーブルの結合損失
液晶の熱拡散率異方性
a-GaP:H薄膜の光物性の研究（II）
Y系酸化物超伝導体の作成とその物性
非線形強制振動子系におけるカオスシミュレーション
非線形強制振動子系におけるカオスシミュレ
ション
水素添加非晶質GaP中のキャリヤのドリフト移動度の温度特性
水素添加アモルファスGaP薄膜によるPN接合の研究
分子線エピタキシー技術による酸化物超伝導薄膜の作成
超伝導多芯線の結合損失に対する安定化層の影響
a-GaP:H/C-GaP接合ダイオードにおけるエレクトロルミネッセンス
拡散法による酸化物超伝導膜の作成に関する研究
超伝導多芯線における結合損失の周波数特性に関する一考察
a-GaP:H薄膜によるPn接合ダイオードの研究
Studies of excited CDW in quasi one-dimensional conductors
酸化物高温超伝導体の熱拡散率に関する実験と解析
分子線エピタキシー技術による酸化物超伝導薄膜の作成とその評価
分子線
タキシ 技術
る酸化物超伝導薄膜 作成 そ 評価
拡散法による酸化物超伝導薄膜の作成とその解析
水素添加によるアモルファスGaPのPn制御と光デバイスへの応用
酸化物高温超伝導体における臨界電流密度とピンポテンシャルに関する研究
分子線エピタキシャル成長による亜酸化銅薄膜の光物性
熱物性の異方性に関する研究
超薄膜一次元電気伝導体K0 30MoO3におけるCDW新励起状態
超薄膜一次元電気伝導体K0.30MoO3におけるCDW新励起状態
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修
論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
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平湯剛士
津田尚広
本 博憲
田代智裕
住田泰史
末吉 哲郎
徳永 美栄
島田陽一
若杉雄彦
松原孝行
田中 寿
松原孝行
矢津田 貴史
大神武士
福島智恵
長井達也
喜志多達郎
板井 俊郎
中畑 祐治
a-Gap:Nによる青色発光ダイオードの作成
亜酸化銅薄膜の光伝導におけるエキシトンの挙動
低エネルギーイオンビームによるTiN超薄膜の物性制御
イオンアシスト法によるアモルファスGaP薄膜への窒素ドーピング
超薄膜低次元伝導体の集団励起
高温超伝導体における量子化磁束の動的挙動に関する研究
TiN薄膜の作製プロセス制御とULSI用プラズマプロセスの標準化
銀電極の腐食経年特性とそのダイナミクス
ULSIプロセス用B1型遷移金属ナイトライド薄膜の構造制御
高温超伝導体における量子化磁束の光励起運動
宇宙開発用太陽電池材料InP薄膜の作製と窒素イオン打ち込み効果
高温超伝導体における量子化磁束の光励起運動
シミュレーションによる量子化磁束ダイナミクスの研究
C60エピタキシャル薄膜の作製とその窒素イオン注入効果
水素イオン注入酸化モリブデンの電荷密度波超薄膜の作製とその励起状態の解明
収束イオンビームによる１次元化CDWの作製とその励起状態
B1型TaN次世代ULSI用拡散防止膜の応用に関する研究
多結晶n型ダイヤモンド薄膜の作製とその電界放出特性
液晶ディスプレイ用銀接合金挟持型酸化物透明導伝膜の耐性改善
A Study of The Time Dependent Electric Field Characteristics of Ultra-Thin and Thick Silicon Dioxide Films
アシシュ ミシュラ under Pre and Threshold Breakdown Conditions
鷹見 伸哉
ナノスケールCDWの形成とその伝導特性
仲田 浩一郎
浩 郎
酸化物高温超伝導体の臨界電流密度に対する中性子線照射効果
江頭 義也
超精密ステージ用圧電アクチュエータデバイスに関する研究
浜田 大作
非破壊パルス光伝導法によるSiO2薄膜の電界特性測定に関する研究
町 英一郎
窒素注入C60フラーレン電子線レジストの特性と実用化に関する研究
林 直毅
イオンビームを用いた窒化タングステン薄膜の成膜
羽山 隆史
液晶ディスプレイの視角情報取得法及びその輝度ムラ検査への応用に関する研究
液晶ディスプレイの視角情報取得法及びその輝度ムラ検査
の応用に関する研究
森川 晃次
K0.30MoO3における雑音特性評価及び細線構造作成に関する研究
木原 健雄
誘導結合型プラズマエッチング装置を用いた高アスペクト比コンタクトホール形成に関する研究
原田 崇
非共振型超音波モータに用いる積層型圧電アクチュエータの構造設計
居村 史人
細胞手術のための微細管内流体操作に関する研究
遠藤 泰史
非共振型超音波モータの可変周波数駆動に関する研究
橋口 弘幸
非共振型超音波モータの真空中における駆動耐久性向上に関する研究
赤道 孝之
レチクルフリー露光技術を用いたフレキシブル基板対応アライメント方式に関する研究
古川 博之
スケールフリー駆動ステージの高精度化に関する研究
森 康雄
高感度・小型圧力センサー作製プロセスに関する研究
板倉 敬二郎
高精度マニピュレータとその半導体電気計測への応用に関する研究
大型FPD用インライン全面膜厚計測の高速・高精度化に関する研究
新庄信博
大
用
ラ
面膜厚計測 高速 高精度化 関する研究
脇元聡
微細半導体デバイスにおけるMOSFETの省面積化設計に関する研究
後藤 篤志
パルス光伝導法によるゲート絶縁膜の信頼性評価技術に関する研究
黒岩裕之
アトリットルポンプシステムの構築に関する研究
小村俊一郎
Cu配線プロセスに対応したバリアメタルの拡散防止性能評価と熱処理温度予想に関する研究
日高光太
大型FPD製造プロセス用インライン膜厚ムラ検査技術に関する研究
西優弥
超微細電子線リソグラフィにおける長距離細線描画パターン評価
31
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修 論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
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宗 勇樹
岩田洋輔
溝上隆之
那須淳一
塩津啓介
濱田真弘
宮本康生
河野政崇
平野利政
ピエゾ抵抗型メンブレン圧力センサの高密度触覚センサへの応用に関する研究
高精度マニピュレータを用いた超精密半導体計測に関する研究
Ｃｕ配線プロセスにおける熱処理および信頼性評価に関する研究
連続視野角膜厚計測装置の高度化に関する研究
レチクルフリー露光機光源への自発光デバイスの適用に関する研究
次世代半導体製造用微小パーティクル高精度・高速検出手法の開発
Ion Beam Assist法を用いたa-Si太陽電池の高効率化に関する研究
ナノメートル空間差分による微小欠陥の高感度検出手法に関する研究
多眼カメラによるリアルタイム膜厚計測装置に関する研究
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
修士論文
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熊崎 誠
大嶋 一郎
郎
谷口 祥之
ナノサージェリー用ピペットに関する研究
高感度・小型圧力センサの製造プロセスに関する研究
高感度 小型圧力セ サの製造プ セ に関する研究
「スポット光の階調制御多重露光における描画データ生成方法」に関する研究
研究員
研究員
研究員
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井川 敬章
上原 英敬
宇治野 義顕
松本 秀俊
森本 英己
池田 弘康
奥山 秀人
新納 博明
中村 悟
浜崎 秀敏
眞﨑 浩二
吉川 博文
荒木 誠一
大塚 茂樹
島田 恒孝
染野 秀一
粒崎 耕治
中田 順士
山田 浩幸
上村 勝
大平 尚
下津濵 功
宮崎 実
吉富 厚
甲斐 浩二
浩
貞光 伸一
砂田 和久
園田 浩司
田崎 澄晴
辻 聖一
野尻 勲
ジョセフソン素子を用いた超伝導回路の研究
超電導複合多芯線の交流損失測定
超電導複合多芯線の交流損失測定
ジョセフソン素子を用いた超電導回路の研究
高周波スパッタ装置を用いて製作した超伝導薄膜
結晶シリコンPIN接合ダイオードの過渡電流
水素化アモルファスシリコンの光物性
非晶質シリコン薄膜のパルス光伝導
TN FEM結晶表示の立下り応答特性
TN-FEM結晶表示の立下り応答特性
結晶シリコンPINフォトダイオードのパルス光伝導
TN-FEM結晶表示素子の温度および応答特性
焦電型赤外線センサーの特性
焦電赤外素子による非接触法温度測定に関する研究
反応性蒸着法による水素添加非晶質シリコン薄膜の遠赤外光吸収の研究
蛍光体の発光スペクトラム測定に関する研究
水素添加非晶質シリコン薄膜の可視・近赤外域光学特性の研究
非晶質シリコンPIN+接合の赤外光解法電流の研究
TN液晶表示素子の光応答遅延に関する研究
ゲルマニウムPINフォトダイオードの応答特性
超電導複合多芯線の交流損失測定
超電導複合多芯線の交流損失測定
スーパー・ショットキー・バリア・ダイオードの基本特性
点接触形ジョセフソン素子のマイクロ波基本応答
豆幼根の成長と電気的環境との相互作用に関する研究
擬一次元導体における電荷密度波のダイナミックスの研究
擬 次元導体 おける電荷密度波 ダ ナ ック
研究
半導体薄膜の光学的特性の研究
非接触法による固体の熱拡散率の測定に関する研究
a-Si:HPIN+接合の交流光電導の位相特性の研究
TN液晶表示素子への超音波印加効果の研究
反応性蒸着法による非晶質半導体の作製に関する研究
スパッタ法によるa-Si:H薄膜の作製とその光物性の研究
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
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三谷 康孝
定野 修一
髙橋 正和
松尾 智英
村上 志郎
石川 直幸
井上 俊明
早川 浩二
原 髙弘
小野 美隆
後藤 博憲
尾崎 行雄
秋冨 利伸
小野 俊介
佐伯 宗男
高木 智宏
平地 和幸
藤井 正宏
松岡 雅則
田村 耕作
石井 周作
岩田 正治
嶋北 健
谷口 憲司
森口 明定
山口 智博
山下 恭司
大原 一晃
晃
古閑 康弘
高岡 和也
稲田 卓
川崎 隆
藤田 英治
山下 功誠
横手 雄志
永松 義幸
山中 章己
梶原 誠一
タン ジ
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橋本 英昭
平井 克幸
藤浦 理恵
本明 謙二
山永 敬二
タイム・オブ・フライト法によるa-Si:H中の光電子の移動度の研究
超電導二次ケーブル撚り線の結合損失に関する一考察
超電導二次ケーブル撚り線の結合損失に関する一考察
擬一次元導体K0.3M0O3の電気伝導現象に関する研究
点接触型ジョセフソン素子の基本特性に関する研究
有機金属TTF-TCNQの誘電分散の研究
結晶及び非晶質石英の熱伝導の研究
TN液晶表示素子の応答遅延の研究
a-GaP:H中のキャリア移動度の研究
a-GaP:Hの交流光電導の研究
GaPのルミネッセンス測定の研究
a-GaP:H薄膜の作成と光吸収の研究
薄膜の作成と光吸収の研究
安定化用銅ストランドを含む超電導１次ケーブルの結合損失
酸化物高温超伝導体の生成（III）
酸化物高温超伝導体の生成（II）
酸化物高温超伝導体薄膜の育成とその超伝導特性
交流帯磁率測定による高温超伝導体の評価
超電導多芯線と安定化用銅ストランドから構成された一次ケーブルの結合損失
実用超電導多芯線の結合損失に関する一考察
生物における空間パターン引き込み現象の理論的及び実験的解析
非接触法による液晶の熱拡散率異方性の測定
酸化物高温超伝導体の生成（I）
反応性蒸着法による水素添加非晶質G P薄膜の作成
反応性蒸着法による水素添加非晶質GaP薄膜の作成
酸化物高温超伝導体の金属元素の置換と超伝導特性
a-GaP:Hのドリフト移動度の温度特性
a-GaP:H薄膜の可視・近赤外光吸収
a-GaP:Hのチョップ光交流電流の位相遅れ
低次元導体中の電荷密度波の励起状態に関する研究
a-InP:Hの光電導の研究
RFスパッタリング法による酸化物高温超伝導薄膜の作成
実用超電導多芯線の結合損失に対する内部安定化層の影響
酸化物高温超伝導体の低温焼結
B1化合物、TaNの超伝導特性に関する研究
反応性拡散法による酸化物高温超伝導薄膜の作成
多層安定化層を持った超伝導多芯線の結合損失
酸化物超電導体におけるフラックスクリープ現象
車軸藻の電気的空間パターン形成機構に関する理論的解析
ビスマス系高温超伝導体の作成とその評価
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
a-GaP:Hの光キャリヤ移動度の温度特性
卒業論文
酸化物高温超電導体の熱拡散率の測定
熱拡散率の精密測定法の研究
a-InP:H薄膜の作成と光吸収に関する研究
スパッタ法によるa-GaP:H薄膜の光物性
a-GaPを用いたPn接合ダイオードの作成
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
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塩塚 大幸
白石 洋一
宮本 秀徳
山元 孝訓
徳永 浩二
中尾 光志
永島 史朗
野尻 誠喜
宮川 隆二
渡部 哲也
濵田 真悟
石井 周作
重田 陽史
菅野 幸則
東 亨
廣瀬 茂
松本 剛
青木 博行
本田 孝夫
宮崎 裕二
吉田 伸二
軸屋 幸一
中島 晴信
中島 康志
前田 法重
三原 純
向江 康冶
山田 智博
飯干 直喜
上田 博章
積 知範
錦戸 亮二
早﨑 茂
梶山 裕城
田中 謙充
戸田 聡
長濱 裕喜
平湯 剛士
梅木 晃士郎
晃 郎
田染 政和
津田 尚広
時枝幸伸
青柳 達哉
小沢 誠司
河野 佳穂子
非線形強制振動子系におけるカオスシミュレーション（III）
電荷密度波の励起状態における非線形現象に関する実験的研究
非線形強制振動子系におけるカオスシミュレーション（II）
一次元導体中の直流バイアス応答の解析
分子線エピタキシー装置による超伝導性多層薄膜の作成と評価
分子線エピタキシー装置による高純度銅酸化物薄膜の作成と評価
ビスマス系酸化物高温超伝導体の作成とその評価
実用超伝導多芯線の結合損失についての一考察
拡散法による超伝導薄膜の作成－BaCuO2基板－
拡散法による超伝導薄膜の作成－Y2Cu2O5基板－
２次元電気化学的パターンの表面電位を用いた解析
酸化物高温超伝導体の熱拡散率の研究
高温酸化物超伝導体の熱拡散率測定法
スパッタ法によるa-GaP:Hダイオードに関する研究
酸化物高温超伝導体のフォノン熱伝導
a-GaP:Hの空間電荷制限電流
aa-GaP:Hのタイムオブフライト法におけるアニール効果
GaP:Hのタイムオブフライト法におけるアニ ル効果
Cu2O薄膜作成とその光電導
衝撃圧縮焼成法によるTaN超伝導体の電磁特性
Cu2O薄膜の光パルスによる光電導特性
Bi系超伝導体による点接触形ジョセフソン接合の作成
超伝導多芯線の結合損失に対する飽和領域の影響
酸化物高温超伝導体の転移温度における磁束運動の影響
超伝導多芯線における結合損失とその周波数特性
車軸藻類の酸・アルカリパターンに対する電気的影響
分子線エピタキシー法による酸化銅薄膜の作成制御とその評価
反応性拡散法による超伝導薄膜の作成
車軸藻類にみられる酸・アルカリパターンとその引き込み現象
車軸藻類にみられる酸
アルカリパタ ンとその引き込み現象
a-GaP:Hにおける電気的特性
a-GaP:H薄膜PN接合ダイオードの作成
多孔質多結晶物質における熱拡散率の解析
酸化物高温超伝導体の熱拡散率の解析
熱拡散率精密解析の研究
酸化物高温超伝導体における磁場中での抵抗温度特性
反応性拡散法による超伝導厚膜の作製とその境界層の解析
酸化銅薄膜の光パルスによる光伝導特性
酸化物高温超伝導体の熱拡散率に関する研究
a-AlGaP:H薄膜によるPn接合ダイオードの作成とその諸特性
酸化物超伝導体における熱拡散率の異方性
酸化物超伝導体 おける熱拡散率 異方性
アモルファスGaPの水素添加によるPn制御
MBEによる亜酸化銅のエピタキシャル成長
イオン照射された一次元伝導体中のCDWの新励起状態に関する研究
酸化物高温超伝導体における磁束クリープに関する研究
車軸藻節間細胞における酸・アルカリパターンの形成と螢光
衝撃圧縮焼成法によるB1型超伝導体の作製とその評価
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卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
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卒業論文
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卒業論文
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卒業論文
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清水 浩文
下山 隆登
新天寺 守
園山 卓哉
藤尾 隆史
住田泰史
徳永美栄
西本 友成
五十嵐 豊
稲倉 宗俊
猪口 みか
片岡 浩
篠原 賢治
下田平 光貴
末吉 哲郎
築嶋 孝之
島田陽一
島田陽
前田正之
山崎憲司郎
吉浦 学
井上 幸次郎
阪本 英司
杉村 二郎
高橋 賢
高浜 文雄
前田 正之
松原 孝行
山本 亨
亨一
大神 武
喜志多達郎
福島智恵
家村拓雄
ライリ
長井達也
吉村 宇裕
吉村 誠
上田 誠治
酒匂 勝巳
竹添陽介
田中 宏昌
中山 聡
西原 良
宮田 将邦
桑原 豊
原田 隆博
反応性拡散によるY系超伝導薄膜の作製とその評価
反応性拡散法によるジョセフソン結合の基本特性
超伝導多芯線の結合損失に対する飽和領域の影響
アモルファスAlGaP:H薄膜の光物性の研究
酸化物高温超伝導体における磁束クリープに関する研究
超薄膜電荷密度波の新励起状態に関する研究
低エネルギーイオンビームプロセスにおける金属酸化に関する研究
亜酸化銅薄膜中のエキシトンの挙動に関する研究
微小交流磁界重畳法による酸化物高温超伝導体におけるピン止め特性の測定と磁束状態
窒素イオン添加a-GaPの光物性
車軸藻節間細胞における表面電位・蛍光パターン
交流用超伝導多芯線の内部電流分布とその磁気的不安定性
ステップ加熱法による酸化物高温超伝導体の比熱測定
微小交流磁界重畳法による酸化物高温超伝導体におけるピン止め特性の測定と磁束状態
BaCuO2の融液面での結晶成長に関する研究
a-GaP中の窒素イオン添加によるPn制御と青色発光
パルス光伝導による半導体薄膜の光物性測定
TiN薄膜の表面ナノ構造に関する研究
低エネルギーイオンビームによる一次元CDWの超薄膜化
Ti酸化物薄膜の生成とその誘電測定
酸化物高温超伝導体の不可逆曲線と磁束状態に関する研究
酸化物高温超伝導体の不可逆曲線と磁束状態に関する研究
酸化物高温超伝導体の量子化磁束のダイナミ クスに関する考察
酸化物高温超伝導体の量子化磁束のダイナミックスに関する考察
交流光伝導法による非晶質半導体の局在準位構造の測定
異方性特性を持つ熱物性測定
TiN薄膜の表面ナノ構造に関する研究
交流用超伝導多芯線の内部電流分布に関する研究
反応性拡散法による酸化物薄膜の結晶成長と配向制御
精密光伝導測定法による半導体バンド構造の測定
窒化チタンのプラズマ成膜プロセスにおける酸化機構
低次元伝導体モリブデン酸化物薄膜結晶の作成
スーパークーリング法による酸化物結晶基板の作成制御
LSI用窒化タンタルの結晶構造制御とその超伝導性
一次元超薄膜性の生成とその低次元電気伝導特性
交流光磁気効果測定装置の開発
銀接点の経年劣化性測定とその熱拡散理論による考察
酸化物高温超伝導体の不可逆温度付近における量子化磁束の運動に関する研究
酸化物高温超伝導体の光励起効果
太陽電池用燐化インジウム接合の試作とその光物性
太陽電池用燐化
ジウ 接合 試作 そ 光物性
酸化物高温超伝導体の不可逆温度付近における量子化磁束の運動に関する研究
イオンアシスト法によるIII-V族化合物半導体の作成
高温超伝導体における磁束ダイナミクス・シミュレーション
交流用超伝導多芯線の内部電流分布に関する研究
量子化磁束の運動と臨界電流密度に対する光効果
イオン感受性FETによる味覚センサの基本特性
35
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
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卒業論文
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卒業論文
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卒業論文
卒業論文
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卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
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伊藤英史
栗山慎二
永倉 誠
長野光浩
鯵坂 修
板井俊郎
岩崎 睦朗
栗崎 聡哉
是枝 弘規
中畑祐治
牧 浩史
稲田裕之
大塚 仁
原口隆一
矢野祐樹
渡邊信穂
岩合三郎
小濱 詠二
鷹見伸哉
仲田 浩一郎
波多野浩之
福寿雄二
古川 雄介
町 英一郎
西田 克
西村 隆
野尻 憲一
野仲 剛
矢野祐樹
町 英一郎
三隅 成人
本村慎之助
柳 孝幸
林 直毅
松本 賢和
森川 晃次
Ajmain Rosli
崎村 亮太
森 耕司
古瀬 智明
山内 崇
小湊 祐樹
齊藤 優貴
柴田 節
羽田野 純司
熱拡散理論による銀接点の経年劣化とその実験的予測
イオンビームスパッタリング法によるTiN薄膜の作製と配向制御
ULSIプロセス用TiO２薄膜の結晶相制御と光触媒設計
反応性RFスパッタリング法によるα-MoO３薄膜の作製
ULSI用TiNの構造制御と拡散バリア材
宇宙利用太陽電池用InP薄膜の作製と窒素イオン注入効果
Ginzburg-Landau方程式のFDTD法による数値解析
光励起下の量子化磁束ダイナミクスとパルス光励起現象
超伝導多芯線の内部電流密度に対する輸送電流の影響
水素イオン注入一次元伝導体CDW特性と強磁界
C６０エピタキシャル薄膜の作製とその光物性
水素イオ
水素イオン注入酸化モリブデンの電荷結晶密度波超薄膜の作製
注入酸化 リブデ の電荷結晶密度波超薄膜の作製
プラズマプロセスを用いた高効率酸化チタン光触媒薄膜の開発
カラー液晶の顔料色素による光錯乱の可視化手法の開発
RBSシュミレーター、RUMPによるCu/TaN/Si界面の拡散状態評価
希ガスイオンの及ぼすTaN薄膜結晶化の影響
1次元化CDWの作製プロセスとそのダイナミクスの解明
TDGL方程式の数値解法・・・外部印加磁場の影響
1次元化CDWの非線形応答特性
超伝導多芯線内の電流密度に対する外部磁場の影響
イオンアシストフラッシュ法によるInP熱電子の試作
ULSIバーチャルファクトリーの構築
酸化物高温超伝導体の臨界電流密度に対する中性子線照射の影響
C６０エピタキシャル薄膜の作製と結晶評価
フラッシュ法を用いたC60エピタキシャル薄膜の作製と光物性
表面改質による2層構造酸化チタン光触媒の実現とその性能評価
YIG-Nb薄膜による静磁波（MSW）デバイス構造の作製
ECR型イオンビームスパッタリング法におけるITO膜特性の算出
ECR型イオンビ ムスパッタリング法におけるITO膜特性の算出
アルマイトの対プラズマ性制御
C60フラーレン薄膜における窒素イオン注入効果
水素イオン注入酸化モリブデンを用いた低次元超薄膜の作製とその電子物性
微細化電荷密度の励起状態の解明
n型ダイヤモンド薄膜の電界放出特性
B1型TaN薄膜の酸素含有量と拡散防止性能の関係
窒素ドープダイヤモンド薄膜作製とその評価
超薄膜CDWの雑音測定
SiO２薄膜作製とその絶縁破壊特性
窒素内包C60フラーレンの電子線レジスト特性評価
アルマイトの対プラズマ性に関する基礎研究
ア
対 ラ
性 関する 礎研究
逆フーリエ変換－視野角特性輝度ムラ検査装置の開発
窒素内包C60フラ－レンの作製とその評価
B1型WN薄膜の作製に関する研究
超薄膜CDWの雑音測定及びEB微細加工技術開発
次世代電子線露光装置用超精密ステージに関する研究
窒素注入C60フラーレン混入電子線レジストの描画パラメータ最適化
36
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
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安部 雅也
橋口 弘幸
居村 史人
遠藤 泰史
中島 大輔
村川 和績
石橋 秀隆
赤道 孝之
福島 康弘
小磯 公房
坂本 賢太郎
苑田 忠靖
古川 博之
松岡 真二
森 康雄
板倉 敬二郎
田中 秀幸
荒木 俊二
犬塚 英貴
緒方 陽亮
新庄 信博
百島 雅人
山口 貴弘
脇元 聡
伊藤 訓史
原 弘一
松永 浩二
吉野 彰
彰一郎
郎
森本 達郎
石川 康之
岩崎 吉記
江口 雅典
萩原 龍馬
松永 康孝
梅原 均
緒方 智博
川嶋 大喜
黒岩 裕之
小村
村 俊一郎
俊 郎
齊藤 茂樹
杉野 陽介
永原 聡
日高 光太
柴村 聡
西 優弥
K0.3MoO3細線の微細加工プロセスと伝導特性に関する研究
円筒型圧電アクチュエータを用いた非共振型超音波モータに関する研究
細胞内構造体の操作技術に関する研究
積層型圧電アクチュエータを用いた非共振型超音波モータに関する研究
スキャン塗布・減圧乾燥によるレジスト膜形成に関する研究
イオンビームスパッタ法で形成したタングステン薄膜に関する研究
マイクロ波焼結で形成した圧電セラミックスの電気的特性に関する研究
液晶ディスプレイを用いたレチクルフリー露光方式に関する研究
液晶ディスプレイ検査に用いる視角情報計測手法に関する研究
ステージ高速駆動のための積層型圧電アクチュエータの性能向上に関する研究
角型基板への高分子膜均一塗布工程に関する研究
液晶ディスプレイの検査における回転角位置決め方式に関する研究
液晶デ
プ イの検査における回転角位置決め方式に関する研究
超精密ステージシステムの制御に関する研究
レチクルフリー露光システムの開発およびその評価
誘導結合型プラズマ装置におけるエッチングプロセスパラメータ制御に関する研究
微細デバイス計測のための精密プローブシステムの開発
遷移金属薄膜のラジカル窒化に関する研究
精密位置決めに用いる圧電アクチュエータの駆動方式に関する研究
超小型圧力センサ構造とその高感度化に関する研究
シリコン酸化膜の高選択比エッチングプロセスに関する研究
低抵抗電極形成のための一次元伝導体の仕事関数測定
非共振型超音波モータの摩耗耐性向上に関する研究
連続視野角画像を応用した3次元形状計測方式に関する研究
レチクルフリー露光プロセスに適応した半導体集積回路の設計に関する研究
ナノピペットを用いた微粒子の液中操作に関する研究
階調制御多重露光方式におけるデータ生成アルゴリズムに関する研究
微細デバイス計測のための微小電極プローブ加工プロセスに関する研究
レチクルフリー露光における任意パターンアライメント方式に関する研究
レチクルフリ
露光における任意パタ ンアライメント方式に関する研究
画像表示デバイスを用いたオンライン露光方式の研究
半導体電気計測用高精度マニピュレータの操作性能評価
レチクルフリー露光方式の半導体集積回路設計・試作への応用
大面積基板上の膜厚計測への高感度イメージセンサーの応用
超小型MEMS圧力センサの高感度化設計とその特性評価
非共振型超音波モータのスリップフリー駆動方式に関する研究
プロセス・デバイスシミュレータを用いた試作ＭＯＳデバイスの不良解析
ＱＴＡＴ微細任意パターン形成に用いる画像表示デバイス構造に関する研究
半導体圧力センサの高精度化とウェットエッチング法によるメンブレン形成プロセスに関する研究
微細ピペットの超微量液体精密制御に関する研究
Cu配線用拡散防止膜の開発と半導体接合による性能評価に関する研究
線用拡散防 膜 開発 半導体接合
る性能評価 関する研究
連続視野角方式による大型FPD全面膜厚検査の高速化に関する研究
パルス光伝導法を用いたSiO2薄膜の絶縁性能評価に関する研究
スリップフリー駆動を用いたステージシステムの高耐久化に関する研究
共焦点顕微鏡を用いたフレキシブル基板対応３次元露光技術に関する研究
高感度微笑圧力センサの実装プロセスに関する研究
微細化１次元伝導体におけるCDW伝導モデルの検証
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卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
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卒業論文
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卒業論文
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卒業論文
卒業論文
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美野田 敏寛
森川晃次
田北進哉
近藤裕樹
堂前祐輔
溝上隆之
宗 勇樹
那須淳一
岩田洋輔
中野公太
宮本康生
塩津啓介
田中慎太郎
濱田真弘
橋本泰明
ダヤナンダ シン
田中慎太郎
板井秀樹
河野政崇
木村慶祐
佐藤智哉
椿山洵平
濱口誠治
加来卓也
坂中瑠依
松川誠也
松村康志
伊藤雄大
内田謙治
田中一路
山本将史
渡口公康
極微細デバイス電気計測に対応した微小抵抗プローブ作製に関する研究
スキャン塗布レジストを用いた微細加工技術の開発及び微細化電化密度派の伝導状態解明に関する研究
半導体量産工場特有の不良解析とその製造許容条件に関する研究
スリップしない超音波モータの開発と次世代超精密位置決めへの応用
パルス光伝導法を用いたゲート酸化膜の非破壊評価試験に関する研究
pn接合電気計測によるCu配線半導体デバイスのプロセス評価
ピエゾ抵抗型圧力センサの感度特性評価と触覚センサへの応用
連続視野角を用いた半導体ウェハのインライン温度計測に関する研究
高分解能・長ストロークナノプロービングシステムの開発
超微細電子線リソグラフィにおける長距離細線描画の評価
MEMS用多層薄膜メンブレンの機械的強度に関する研究
微細
微細TEGによるULSIプロセスウェハ負荷温度の同定に関する研究
による
プ セ ウ
負荷温度の同定に関する研究
pn接合捕獲準位密度によるULSIプロセスウエハ負荷温度評価に関する研究
オープンループ制御動作のナノプロービングシステムに関する研究
連続視野角方式によるFPD・ウェハ上のパーティクル高速検出手法の開発
Variable frequency drive of piezoelectric actuator for high durability
半導体自発光デバイスを用いたレチクルフリー露光に関する研究
半導体自発光デバイスを用いたレチクルフリ
露光に関する研究
レチクルフリー露光装置におけるスループットの向上
超微量液体の制御・計測技術の開発
次世代半導体用高誘電率絶縁薄膜のインライン評価手法に関する研究
大型FPD用インライン膜厚計測の高速化・高精度化
半導体ピエゾ抵抗型圧力センサの高集積化に関す研究
半導体ウ
半導体ウェーハープロセスにおける高精度温度評価TEGの開発
ハ プロセスにおける高精度温度評価TEGの開発
摩擦駆動型圧電アクチュエータの周波数可変高効率駆動に関する研究
空間的差分計測を用いた微小パーティクル検出手法の開発
Cu拡散制御による温度同定TEGを用いたバーンインフリープロセスに関する研究
32nm世代へ向けた高誘電率ゲート絶縁薄膜のインライン評価手法に関する研究
ULSIウェハプロセスにおける熱処理評価用TEGに関する研究
多眼カメラシステム膜厚計測のスループット向上に関する研究
22nm世代以降に向けたゲート絶縁膜インライン評価装置用マルチ電極の開発に関する研究
アトリットル微小流体制御システムの定量制御に関する研究
シーケンシャルイオンビームアシスト法を用いたa-Si太陽電池のキャリア移動度改善に関する研究
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卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
卒業論文
Kubota Lab.
Lab
エ レ ク ト ロ ニ ク ス の 世 界
－目に見えない電子が社会を持続的に発展させる－
目に見えない電子が社会を持続的に発展させる
世界の産業を支え、経済をリードする半導体産業は、日本を中心としたアジア
での生産拠点化を進めている。世界人類の繁栄と持続的発展のためには、微細
な半導体チ プ中 小さな「目 見えな 電子 が決定的な役割を果たす
な半導体チップ中の小さな「目に見えない電子」が決定的な役割を果たす。こ
の電子を扱う半導体エレクトロニクスの発展に熊本大学はこの10年、大きく貢
献してきた。日本の半導体産業40周年の今年、日本、そして九州の主力産業と
して発展する半導体が開く未来像を紹介する
して発展する半導体が開く未来像を紹介する。
（大学学部）工学部情報電気電子工学科
（大学院前期）自然科学研究科情報電気電子工学専攻
機能創成エネルギー講座
（ 学院後期）自然科学研究科複合新
（大学院後期）自然科学研究科複合新領域科学専攻
科学専
複合ナノ創成科学講座
熊本大学衝撃・極限環境研究センター
教授 久保田 弘
福岡県立三池高等学校
平成22年11月6日（土）午前10時30分～12時00分
Kubota Lab
Lab.. location
Kubota Lab.
Lab
総合情報基盤センター
理学部 大学院総合実験棟
理学部・大学院総合実験棟
理学専攻・複合新領域科学専攻
CR
情報電気電子工学科棟
衝撃・極限環境研究センター
ベンチャービジネスラボラトリー
大学院自然科学研究科棟
理学専攻・
情報電気電子工学専攻
CR
インキュベーションセンター
工学研究機器センター
情報電気電子 応用数理講座
CR
CR
CR
39
：クリーンルーム
クリ ンル ム
Univ.
熊本大学久保田研究室の施設Kumamoto
Kubota Lab.
（クリーンルーム設備等）
大学院自然科学研究科棟
集積回路作製室
半導体メゾスコピック設計支援設備
主役は、「目に見えない電子」
Kubota Lab.
Lab
31ｋｇ
質量～9.1x10
質量
9 1 10-31
ｋ
電子の働き：(クーロン）力を近くに
も、遠くにも伝える能力あり
半導体（電
半導体（電子の働き場所）：
働 場 ）
・電子の流れを制御するスイッチ．
・動いている電子を吸収すると光を発
する （例：青色発光ダイオ ド）
する．（例：青色発光ダイオード）
・光を吸収すると電子を生む．（例：
太陽電池）
電子
Copyright MEXT
Copyright 2000 (社) 電子情報通信学会
電子
電子
電子
光
電子
光
40
電子
光
電子
軽いボール（電子）でテニスをしよう！
軽いボールを 強く 叩く！
41
Kubota Lab.
Lab
Kubota Lab.
Lab
バンド構造
～半導体結晶中の電子～
Kubota Lab.
Lab
・原子の中の電子のポテンシャルエネルギ
原子の中の電子のポテンシャルエネルギ
F
Ze
r
０
原子
核
1
∝r
＋
＋
＋
＋
例：原子が８個
例：原子
が８個
＋
＋
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
＋
U
拡大
U
エネルギー準位が８本
８本：バンド
エネルギー準位が８本
ネルギ 準位が８本
８本：バンド
エネルギー
ギャップ
（半導体の結晶）
Ｓｉ
＋
− 1 Ζe
4πε ο r
ポテンシャル
U=
Ｓｉ
・結晶の中のエネルギー準位
Ζe ⋅ e
F=
4πε ο r 2
1
e−
バンド：接近したエネルギー
準位の束
結晶（原 が約１０23個）の中のエネルギーバンド構造
結晶（原子が約１０
） 中
ネ ギ バ ド構造
～１０
１０23本のエネルギー準位
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
U
～１０
１０23本のエネルギー準位
～１０
１０23本のエネルギー準位
電子のボルツマン分布＝半導体
Kubota Lab.
Lab
電子の数
U
（ボルツマン分布；席が空いている！）
ボ
分布 席が空
る ）
教卓
机・座席
最前列グル プ
最前列グループ
2 番目のグループ
3 番目の
グル プ
グループ
最後列の
グル プ
グループ
42
電子君
【ＭＯＳトランジスタ
ＭＯＳトランジスタ】
】
Kubota Lab.
Lab
原子レベル絶縁
insulator
キャパシタ
電気二重層キャ
パシタ
電気二重層キャ
パシタ
Source
Gate
電子
電子
Drain
p-Si ( 100)
電子
S b t t
Substrate
～2nm
～ 7 nano
nano-meter
meter＠2006Y （原子20個）
～ 2 nano-meter＠2020Y（原子6個）
超兆集積のための知識基盤情報技術
素子数／ウェーハー
素子数／ウェ
ハ
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
～300mm
300mm 450mm
1兆個
１０Ｅ１２
１０Ｅ１１
ＤＲＡＭ製品
ＵＬＳＩ
１０Ｅ１０
１０Ｅ９
１０００万個
１０Ｅ８
ＶＬＳＩ
１０Ｅ７
１０万個
１０Ｅ６
１０Ｅ５
１０Ｅ４
ロジック製品
ＬＳＩ
ウェーハ
MＳＩ
ＳＳＩ
１９７０
パッケージ
１９８０
１９９０
p
n
２０００
２０１０年
チップ断面
～0.1μm
43
チップ（ダイ）
超 微 細 化 （原子・ナノスケール）
原子・ナノスケールの生産技術
nm-order
m-order
control
working area
ｘ10-99
resolution
450mm＠
450mm＠2014
Si ウェーハ
Probe
ｘ109
Kubota Lab.
Lab
と
ウェーハーサイズの増大
ウェ
ハ サイズの増大
が 同時進行
Atom
半導体集積回路（LSI)の内部
産総研金山博士より提供
Kubota Lab.
Lab
銅配線
絶縁膜
４ギガビットメモリー
テレビ画像１時間分を記憶
銅配線
トランジスタ
シリコン基板
500 nm
断面の電子顕微鏡写真
シリコン基板
44熊本大学金山客員教授提供
～半導体チップができるまで～
ゲート絶縁膜形成
ゲート電極成膜
ウェーハ
ゲート電極形成
リソグラフィー工程
ソース/ドレイン形成
イオン源
ガス
ウェーハ
ウェハ
プラズマ
雰囲気
ウェーハ
O2または
H2O/O2
石英管
抵抗加熱ヒーター
排気
質量分析
マグネット
加速管
水平走査電極
ファラデーカップ
CVD装置
熱処理成膜装置
コンタクト/配線形成
コンタクトホール形成
ウェーハ
プラズマエッチング装置
リソグラフィー工程
イオン注入装置
加圧
プラズマ
雰囲気
ウェーハ
イオン銃
Ａ
層間絶縁膜形成
平坦化
ガス
スパッタ粒子
ターゲット
タ
ゲット
Kubota Lab.
Lab
回転
回転
排気
イオ
イオン
CMP装置
プラズマエッチング装置
スパッタ成膜装置
配線エッチング
リソグラフィー工程
層間絶縁膜形成
CVD装置
ウェーハー上に
1兆個超
平坦化
ガス
加圧
プラズマ
雰囲気
ウェーハ
回転
回転
排気
プラズマエッチング装置
CVD装置
CMP装置
1994～2005年における
Kubota Lab.
Lab
電子工業生産構成比推移
ＰＣ万能時代の終焉＠ the new millennium
モバイル・インターネット
民生用電子機器
産業用電子機器
45
デジタル家電
自動車
電子部品・デバイス
電子工業生産構成比推移’94-’06
民生用電子機器
Kubota Lab.
Lab
2010
2010年
年 30
30兆円
兆円
PDP，液晶テレビ，
PDP，液晶テレビ，VTR
VTR，
，
DVD--ビデオ，
DVD
デジタルカメラ，携帯電話
デジタルカメラ 携帯電話
カーナビゲーションシステム
3兆円＠2005年度 前年比114%
ＰＣ万能時代の終焉
産業用電子機器
モバイル・インターネット
通信機器，電子計算機（
電子計算機（PC
PC含む）
含む），
電気計器，環境計測器，謄写機，
事務用印刷機，事務用機械
7.7兆円＠2005年 前年比99%
デジタル家電
半導体のみでも 2010
2010年
年 15
15兆円
兆円
電子部品・デバイス
半導体デバイス，LSI，
液晶デバイス，受動部品，
回路基板
10.4兆円＠2005年 前年比103%
Kubota Lab.
Lab
2006年の半導体市場 3
2006年の半導体市場-3
($Million） 地域別半導体設備投資予測
70 000
70,000
60,000
その他
50,000
台湾
韓国
40,000
中国
30,000
欧州
20 000
20,000
日本
北米
10,000
0
1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
＊2002年以前のその他は、台湾・韓国・中国を含む
（出典： Gartner）
Copyright: NEC Corporation
46
4
低消費電力 半導体
Kubota Lab.
Lab
環境保護対応 パ
環境保護対応⇒パワー半導体
半導体
・風力発電太陽光発電
６００V 1200V,５０
1200V,５０－１０００A
１０００A
・インバータ 白物家電用
６００V，3-50A
ハイブリッド 電気自動車用
・ハイブリッド
６００V,600A
,
Micro Needs
Macro Needs
持続可能な発展を促す超兆集積技術
エネルギー事情の考察
九州電力の発電量以上に相当
東北大学須川教授提供
47
Kubota Lab.
Lab
フォトリソグラフィーによる半導体チップの量産
Kubota Lab.
Lab
‘もの’はウ
もの はウェーハのみ！自動車のような部品の組み合わせはなし！
ハのみ！自動車のような部品の組み合わせはなし！
チップ断面
光源
p
n
フォトマスク
レチクル原版
レチクル原版
縮小投影
レンズ
～0.1μm
照明光学系
チップ（ダイ）
パッケージ
ウェーハ
ステージシステム
ステ ジシステム
～300mm
圧電現象を利用した原子レベルモーター
■ 材料・製造方法・原理
Kubota Lab.
Lab
■ 圧電効果・逆圧電効果
電子
焼結
チタン酸ジルコン酸鉛
（PZT）
チタン酸バリウム
チタン酸バリウム、
ニオブ酸バリウム
分極
加熱 シリコンオイル中
約100℃
圧電効果
電子
力
高電界
500〜
1,000V@1mm
双極子内結合モデル
逆圧電効果
1次元剛体イオンバネモデル
+
電子
-
E
〜
ネ
バネ
δ1
δ2
クーロンエネルギーと量子論的結合エネルギーの
等価的表現．イオン間結合力が非対称であること
48
d33
d31
d15
超精密超音波モーター熊本方式の位置づけ
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
<<次世代ステ
次世代ステージ駆動
ジ駆動 = ダイレクトドライブ方式>>
磨耗しない圧電アクチュエータ（熊本方式）
浮上式磁気リニアモーター方式（N
社，Y社，AS社等）
ベ ス
ベース
圧電素子
［利点］非接触，高速駆動
KUMAMOTONRUSM
［不利な点］
・制定制御の必要性，
・磁気シールド等の重量過大
Stage feed direction
圧電アクチュエーター方式
★超音波モータ 熊本方式の特徴★
フリクションプレート
［利点］高性能な位置決め，非磁性，コンパ
［利点］高性能な位置決め
非磁性
パ
クト
［不利な点］接触式による磨耗，低速
［周波数制御による超低摩耗・超低発塵］
［高電圧，高周波数化による 高速化］
［寿命予兆予測が可能］
［マイクロ派焼結による高剛性化による容易な摩擦制御］
共振駆動方式（京セラ，ASET等）
→0.6nm位置決め 300mm/sec
［不利な点］共振ストロ ク以下の位置決め不可能，共
［不利な点］共振ストローク以下の位置決め不可能
共
圧電インパクト方式（東大，福岡結集型等）
振励起パワーが必要のため非線形制御が必要．
［不利な点］動摩擦による磨耗大．
日本最北端から最南端へホールインワンする超精密ステージ技術
Kubota Lab.
Lab
北海道大学
ジェネティックラボ
3000 km
韓国LG
韓国
LG 電子
湖西大学
東北大学
群馬大学
長岡技術大学
日本セラテック
次世代半導体研究センター
東芝 トプコン 日本電子 日立 ニコン Leepl キャノン
奈良テクノス
太平洋セメント
三菱電機 名古屋産業技術センター
名古屋産業技術センタ
米国KLA
米国
KLAKLA
-テンコール，
テン
テンコール，CALTECH
ル CALTECH
ソニー
熊本大学
熊本テクノロジー
アラオ プレシード
東京エレクトロン
オオクマ電子
3cmカップ
3cm
カップ
国立天文台
ハワイ島すばる天文台
49
ナノプローブ技術開発研究背景
Kubota Lab.
Lab
故障率増加
LSI信頼性の低下
開発期間の短縮
デバイスの微細化
評価時間の削減
これまでの技術
微細構造非対応
プローブ
開発する技術
精密移動
電子
金属パッド
先端径
φ500nm
0.5～0.1μｍ
μ
MOSトランジスタ
ラ
MOSトランジスタ
ラ
プローブが粗大、位置制御が難しい
→大きな金属パッド電極の形成が必要
精密ステージ、ナノマニピュレータを使用し
微小電極プローブを直接接合にコンタクト
配線への
微小プローブ配置例
プ
ブ
例
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
微小電極プロ ブ
微小電極プローブ
Al配線
50
EOS 1Ds と フルサイズCMOSセンサ
1/6”
Kubota Lab.
Lab
1/2.7”
1/1 8” 4/3システム
1/1.8”
APS C
APS-C
35
35mmフルサイズ
フルサイズ
提供：キヤノン株式会社
超兆集積基盤技術により
期待されるＣＭＯＳセンサ 技術開発
期待されるＣＭＯＳセンサー技術開発
解像度 + 性能
性能//機能のイノベーションで市場拡大を加速
Kubota Lab.
Lab
A3
A4
超兆画素
等身大の
画像
超兆Dﾚﾝｼﾞ
星から
太陽まで
超兆感度
手のひらに
すばる望遠鏡
超高速連写
情報配信
時空間メモリ
51
自動車エレクトロニクス産業への波及
Kubota Lab.
Lab
自動車部品の今後
★エレクトロニクス化・
軽量化の進展
◎メカ部品
⇒
電子部品
◎金属部品
⇒
プラスチック
成形部品
細胞組織集積グループの実現可能性探索例
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
微小量（アトリッター）定量制御
熊本大学発 キヤノン，オリンパス，日立
ドレイン
プローブ
ゲA ト
ゲート
B
ソ ス
ソース
MOS
20 µm
50 µm
Clean Room
(ISO class 6)
Nano-Pipette
Nano-Manipulator
CCD Images
（Phase-Contrast/Differential
Interference,
CCD Camera
Epifluorescence ）
Bellows Pump
C
TV Monitor
D
ピペット挿入前
Sample Stage
VTR
Confocal Laser Image
Joy Stick
Vibration Isolator
RS-232C
He-Ne/Ar Laser
Halogen/Hg Lamp
Laser&Light Unit
Driver for Pump
ピペット挿入後
Router
20 µm
µm
20
Drivers for Manipulator/Sample Stage
Scan Unit, Inverted-Microscope
PC, Power Unit
Operation Unit
細胞保持用ピペット
52
インジェクション用ピペット
20 µm
Kumamoto
Univ.
国際ナノテク展
2002
ナノサージャリーシステムの開発
Kubota Lab.
超精密ステージ技術
を応用した
－ 細胞を生かしたままで細胞内小器官を操作する －
要求される細胞操作技術
目標技術
不定量の
流量制御量
粗大なピペッ
ト
位置ゆらぎ
クロスローラガイド
核
ピペット
非共振型超音波モータ（Ｘ軸駆動）
1µm
1µm
数十ミクロン単位の粗大な操作
ナノ－ミクロン単位の超微細操作
先端内径：420nm 先端外径：720nm
マニピュレータ
２
z 遺伝子病（ミトコンドリア病）治療における遺伝子改変
クロスローラガイド（Ｚ軸）
ピペットホルダ
非共振型超音波モータ
タ駆
動
クリーンルーム環境
CCDカメラ映像（位相差／微分干渉像，
落射蛍光像）
ナノピペット
TVモニタ
CCDカメラ
ナノピペッ
ト
Ｚ軸ステージ
ジ
VTR
ジョイスティック
Ｙ軸ステージ
クロスローラガイ
ド
リニアスケール＋
リニアエンコーダ
リ
ダ
Ｚ軸ステージ
Ｚ軸ステ
ジ
サンプルステージ
ナノマニピュレータ
トマト果肉細胞の色素体へのFITC溶液の注入
仕様一覧
ルータ
マニピュレータ／サンプルステージドライバ
ポンプ用ドライバ
スキャンユニット，倒立顕微鏡
パソコン，パワーユニット
操作ユニット
高解像度のマニュピレーション環境を構築
倒立画像補正、波長限界までの高解像度の観察/操作環境の構築
外乱ノイズや汚染を排除した環境の構築
本研究開発は、新エネルギー・産業技術総合開発機構の平成１２年度即効型地域新生
コンソーシアム研究開発事業の委託により行われたものである。
管理法人：くまもとテクノ産業財団
参加機関：北海道大学、熊本大学、小樽商科大学、
（有）熊本テクノロジー、（株）ジェネティックラボ、（株）トランスジェニック
細胞操作例
リニアスケール＋
リニアエンコーダ（Ｙ軸用）
RS-232C
z 倒立顕微鏡と高速画像処理システム
対物レンズ
リミットセンサ
Ｘ軸ステージ
除振台
z 超精密ステージとナノピペット
リニアスケール＋
リ
ケ
＋
リニアエンコーダ
（Ｘ軸用）
Ｙ軸ステージ
Ｙ軸ステージ
手動
手
共焦点レーザ顕微鏡画像
Ｘ軸ステージ
ＭＣナイロ
ン
サンプルステージ
薬液注入／排出ポンプ
材質：Borosilicate Glass
作製：P97/IVF（サッター社製）
リミットセンサ（Ｙ軸用）
セラミクスプレート
システム構成
ナノマニピュレータ
500nm
500nm
カバーグラス
非共振型超音波
モータ（Ｘ軸駆動）
z 農作物の品種改良における細胞小器官の移植
z 除振台とクリーンルーム
リミットセンサ（Ｘ軸用）
ミトコンドリア
ド
ナノピペット
で
吸引／排出
He-Ne／Arレーザ
非共振型超音波モータ（Ｙ軸駆動）
マニピュレータ １
葉緑体
核
ハロゲン／水銀ラン
プ
レーザ＆光源ユニット
ナノピペット
ナノマニピュレータ＋サンプルステージ
従来技術
ナノテク大賞
バイオ部門賞
熊本大学
（試料作成：北海道大学 増田清博士）
ナノマニピュレータ
サンプルステージ
軸構成
X／Y／Z 3軸
X／Y 2軸
ストローク
X／Y 20 mm
Z 5 mm
X／Y 25 mm
制御分解能
X／Y 10 nm
Z 2 nm
X／Y 10 nm
駆動方式
非共振型超音波モータ
非共振型超音波モータ
位置検出
リニアエンコーダ
リニアエンコーダ
最小分解能
10 nm
10 nm
ヒトがん細胞内のミトコンドリアを吸引しようとする様子
サイズ
120×110×110 mm
240×240×30 mm
（試料作成：北海道大学 浜田淳一博士）
重量
4 kkg
5 kkg
拡大
〒860-8555 熊本市黒髪2丁目39番1号
〒861-2202
熊本大学大学院 自然科学研究科
熊本県上益城郡益城町田原2020番地3
TEL：096-342-3035 FAX：096-342-3065
E-mail：devicegrad@eecs.kumamoto-u.ac.jp
（有）熊本テクノロジー
インキュベーションセンター A-2
TEL：096-287-1261 FAX：096-377-2278
kosaka_kouji@technologies.co.jp
サブテーマ②：試料形成技術
プラズマ異常放電
監視法・ハワイ国
立天文台すばる主
鏡の探傷検査と次
世代望遠鏡構築
プラズマ異常放電フリー保全システム：正常なプラズマ
プラズマ異常放電フリ 保全システム：正常なプラズマ
装置でおきるはずのない異常放電の検出
・超音波
・超音波AE
AE方による異常放電
方による異常放電位置特定システム
・AE
AE法による探傷と傷形状の同定傷生成監視
法による探傷と傷形状の同定傷生成監視
・次世代50
・次世代50メートル望遠鏡構築
メートル望遠鏡構築
アクティブフィルター（ＬＰ，ＨＰ，ＢＰ）
遮断周波数設定可変（任意設定可能）
ＡＥmeno
基板
ハワイすばる天文台
電子
主鏡傷検出装置に採用．
ＡＥセンサー：
４個
53
Tactile sensor & display
Variable Sensors Array
+
Flexible Substrate
hand
電子
Flexible Tactile Sensor
object
Tactile Display System
High Sensitivity
High Resolution
=Micro-sized element
Flexible and Robust
Pi
Piezoresistive
i ti P
Pressure Sensor
S
by
b MEMS
熊本大学情報電気電子工学科
研究テーマ
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
半 導 体 が 開 く 世 界
セキュリティ・
暗号化
超高速
インターネット
グローバル
コンピューティング
集積回路設計・
集積回路設計
設計自動化
ＩＴＳ
コンピュータ
ンピ
タ
グラフィックス
大規模デ タベ
大規模データベース
モバイルコン
ピューティング
マルチメディア
知的情報制御
コンピュータシステム
IT情報通信・ネットワーク
IT情報通信
ネ トワ ク
システムソフトウェア
ナノエレクトロニクス
電気エネルギ
電気エネルギー
システム制御
ヒューマンインタフェース
マルチメディア
半導体大規模集積回路
情報系分野
電気系分野
電子系分野
次代の高度情報化社会の基盤開拓拠点
54
植物工場
種類：太陽光利用型植物工場
光源：高圧ナトリウムランプ
主な生産物：レタス・サラダ菜
所在地：兵庫県三田、茨城県土浦
Kubota Lab.
Lab
種類：完全制御型植物工場
光源 蛍光灯
光源：蛍光灯
主な生産物：レタス・サラダ菜
所在地：福井県美浜、京都府北山（レストラン併用）
半導体ＬＥＤのみの光源
有機土壌での栽培
半導体ＬＥＤのみの光源
のみの光源
植物工場
種類：完全制御型植物工場
光源：LED・蛍光灯ｅｔｃ
主な生産物：レタス・サラダ菜
熊本大学工学部の沿革
工学研究資料館
（重要文化財指定、機械遺産認定）
（重要文化財指定
機械遺産認定）
五高資料館
（重要文化財指定）
55
252年
252年
134年
121年
111年
五高記念館
（重要文化財指定）
工学研究資料館
（重要文化財指定、機械遺産認定）
昭和
昭和24.5
24.5
熊本大学
嘉納 治五郎
講道館柔術を創始。
第三代第五高等中学
校長
校長。
平成16.4
平成16.4
国立大学法人
熊本大学
ラフカディオ・ハーン
小泉八雲として知られる
英国人。英語とラテン語
の教師。
教師
夏目 漱石
明治29年五高教授。「草
枕」等を執筆。
寺田 寅彦
物理学者・随筆家。五高で
漱石に師事。東大教授。独
特の写生文や科学随筆で知
られる。
佐藤 栄作
政治家 首相 昭和47年
政治家・首相。昭和47年
沖縄返還を実現。
ノーベル平和賞を受賞。
56
工学系の建物（黒髪南地区キャンパス）
最先端の技術を創造する人材を育成
情報電気電子工学科
情報
気
学科
情
情報電気電子工学科
学
D
Department
t
t off C
Computer
t S
Science
i
and
d Electrical
l ti lE
Engineering
i
i
人間や環境に親和した高度情報化
社会を形成する情報・電気・電子工
学に関する教育研究
人間環境情報
機能創成エネルギー
先端情報通信
特徴
• 情報・電気・電子のほぼ全分野を教員45名と技術職員10名でカバー
• 旧電気ｼｽﾃﾑ工学科と旧数理情報ｼｽﾃﾑ工学科の２学科統合(H18)
有機的な教育・研究体制を形成し、スムーズな専門教育
• JABEE認定審査2009年度受審予定
認定審査
年度受審 定
（旧電気ｼｽﾃﾑ工学科は電気電子分野全国初の認定ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑ）
• 21世紀COE選定 「Pulsed Power」
• 高等学校一種「情報」の教員免許も取得可能
57
ソフトウェア
アルゴリズム
ゴリズム
コンピュータ
集積システム
マイクロ波
電磁気学
気
電力システム
電気エネルギー
環境エレクトロニクス
電子デバイス
ナノ構造デバイス
音声言語インタフェース
サイバネティクス
マルチメディア
映像メディア
回路システム
教職免許（情報）
データベース
次世代携帯電話
高度交通情報システム
医用生体機械
情報セキュリティ
才能を十二分に発揮できる整った教育・研究環境
情報電気電子工学科
情報
学科
情報 気
情報電気電子工学科
気
学
Department off Computer
C
Science
S
andd Electrical
l
l Engineering
情報電気電子
究棟
総合研究棟
H16新棟竣工
電波暗室
平成20年度新入生
充実した実習設備
親身な教育指導
（2008 4 4入科式）
（2008.4.4入科式）
（２４時間利用可能な
計算機実習室）
（実験レポート）
高速並列処理
コンピュータシステム
ハード・ソフト融合
学生実験テーマ
半導体製造
クリーンルーム
あらゆる職種・企業に就職している情報・電気系卒業生
情報電気電子工学科
情報
学科
情報 気
情報電気電子工学科
気
学
Department off Computer
C
Science
S
andd Electrical
l
l Engineering
年間600社超の求人！
熊本大，九州大，
東京工大，
奈良先端など
凸版印刷，旭化成，
TOTO，福岡放送など
27%
大阪製鐵，
古河スカイ，
古河スカイ
新日鉄など
56%
1%
1%
2%
11%
2%
11%
トヨタ，ホンダ，
トヨタ
ホンダ
JR九州など
電気・情報
エネルギー
ネルギ
金属・鉄鋼
機械
その他
公務員
進学
1% 5%
7%
3%
5%
68%
九電，東電，中部電など
学部卒業
大学院修了
58
（H15～19年度旧電気・旧数理卒業・修了者に基づく）
東芝，日立，松下，
富士通，三菱電機，
キヤノン オムロン
キヤノン，オムロン，
NTT西日本， NEC，
NTTドコモ九州など
信頼性工学 第１回講義（２０１０年５月２９日）
０．講義の前に
・講義概要、授業の構成
‐信頼性工学の基礎知識を体系的に理解する
‐半導体製造現場、およびＴＦＴ液晶ディスプレイ製造現場における
信頼性技術を駆使した製品の品質向上と信頼性向上の実例を紹介
‐経済がグローバル化する中での日本の品質・信頼性システムの問題、
および国際化への対応についても触れる
・品質、信頼性の危機が紙面を賑わしている
・その一方で過剰品質、高コスト体質が問題視される
‐授業は３部構成 （ 『最近の話題から』、『本論』、『会社勤めの経験から』 ）
・自己紹介
‐略歴、趣味、信条
・２０１０年度活動計画
‐計画、協力お願い
・積極的学生生活を送るには
‐人間の運命（ 偶然と必然 ）
人生の７～８割が偶然で決まっても、残る２～３割に努力の余地がある
三木清
”人生においては、何事も偶然である。 しかしまた、人生において
何事も必然である。 もし、一切が必然であるなら、運命というものも
また考えられないであろう。 偶然のものが必然の、必然のものが
偶然の意味を持っているがゆえに、人生は運命なのである。”
‐人間は自分が思った通りの人間になる
心理学の実験
人間の眼とレンズの眼
沈む夕陽は何故大きいか
逆立ち眼鏡の実験、赤色眼鏡の実験
応用
人間は変われる（良い方にも悪い方にも）
１．最近の話題から
・ｉＰａｄ
分解で見えた「こだわり」とアップルの哲学
デザイン ‐‐‐ 洗練された外観 （ ネジひとつ無し ）
ずっしりした質感 （ アルミ ６８０ｇ ）
見た目は大きなｉＰｈｏｎｅ
本体大半が液晶ディスプレイ
ボタンひとつ
背面の黒色Ａｐｐｌｅマークを中心に薄くなっていく
操作性 ‐‐‐ ｉＰｈｏｎｅ踏襲 （ 指で触れる ）
システム ‐‐‐ 電子書籍配信
分解結果
内部は黒一色 （ 黒い樹脂でカバー ）
サムスン、LG、エプソンなど
液晶パネル部
ガラスパネル（１８３ｇ）＋液晶パネル（１５３ｇ）
TDK香港子会社
バッテリー部
リチウムポリマー電池
薄型２個を左右対称配置 → 薄さ確保、重量バランス
強力接着剤で固定 → 交換性よりデザインを優先
（ ライフサイクル ）
背面パネル
階段状切削加工 → 剛性確保、基板固定
Ａｐｐｌｅマークくり抜き → 電波受信性能
フラッシュメモリはサムスン、東芝など
基板
黒で統一
推定原価率 約５２％ （ １６ギガバイトモデル ）
原価 ＄２５９．６ 販売価格 ＄４９９
考察
①内部へのこだわり → 設計、部品採用で、EMSメーカーに対し
主導権を確保して裁量余地を与えない
（ 普通、メーカーは外観と量産性のみを重視する。）
”ハードとソフト一体として考える哲学”
②枯れた技術の流用とこだわりの追求で最先端製品を実現
ｉＰｈｏｎｅ技術 ＋ デザインと使い勝手 → 最先端製品
③日本の部品メーカーの地位低下（半導体、水晶発振機、コンデンサ）
コネクタは日本メーカーにも存在感
２．本論
Ⅰ． 信頼性とは
１． 信頼性工学の歴史
第２次世界大戦
アメリカ軍、 ドイツ軍
日本軍は神頼み
59
RADOC
MILスペック
２． 信頼性とは
製品の品質 ‐‐‐ 耐久性、寿命、安定性、サービス性
システム、装置の 質的高度化、 量的複雑化、 人間生活密着、
→ 故障時の損害増大
（ 国家、軍、社会、個人の使命、安全を脅かす ）
システムや製品がある使用状態におかれたとき、規定の時間
（ あるコストの制限内で使用者が要求し期待する時間 ）”満足
しうる状態” にあるかどうかということ。 および その確率。
修理をしない場合
信頼度
３． 信頼度とは
システムや製品、部品などが規定の条件の下で、意図する
（ あるいは規定の ）期間中、規定の機能 を（ 故障なく ）遂行
する確率。
対象、機能（故障）、規定の使用環境、規定の時間
４． 信頼性工学
システム工学
安全性工学
品質管理
価値工学
人間工学
環境工学
確率、統計
物理
化学
電気
機械
総合
５． 信頼性工学の目的
Ｌｉｆｅ ｃｙｃｌｅ ｃｏｓｔｉｎｇ
要求品質のバランス
機能、信頼性、コスト
コスト
総費用
信頼性を作り込むコスト
運用コスト＋損失
Ｒ＝０
最適信頼度
Ｒ＝１
６． 信頼性用語
不信頼度 Ｆ（ｔ）＝１－Ｒ（ｔ）
ＭＴＢＦ
ＭＴＴＦ
正
故障し易さ
故障
修復し易さ
保全度 Ｍ（τ ）
不良と故障
破局（ catastrophic ）故障と劣化（ degradation ）故障
故障モード（ mode ）と故障メカニズム（ mechanism ）
固有信頼性と使用信頼性
３．会社勤めの経験から
本日は省略
信頼性工学 第２回講義（２０１０年７月３日）
１．最近の話題から
環境バリューチェーンにおける日本の技術力
創エネ（新エネ）
・太陽光発電
０５年世界シェア４６％
日本メーカー４社
０８年世界シェア１６％
シャープ１社
０９年世界シェア１０％確保できたか？
・風力発電
・バイオマス
60
油断
技術偏重
蓄エネ
・ニッケル水素電池
・リチウムイオン電池
三洋電機、ソニーからサムソン、ＬＧ、ＢＹＤへ
省エネ
・エコカー
・省エネ家電
・高効率照明
エコカー世界シェア９０％
トヨタ＋ホンダ
ＬＥＤ照明 これからどこまで伸ばせるか
では、どうするか？
政府支援（エコポイント）は限界
↓
環境性能以外の付加価値
市場に即した商品開発（デザイン、使い勝手、サービス）
２．本論
Ⅰ． 信頼性とは
１． 信頼性工学の歴史
２． 信頼性とは
３． 信頼度とは
前回
４． 信頼性工学
５． 信頼性工学の目的
６． 信頼性用語
７． 信頼度の計算
加法定理と乗法定理
Ａ･Ｂ
Ａ
Ａ＋Ｂ
Ｂ
Ｐ（ＡＵＢ） ＝ Ｐ（Ａ＋Ｂ）
＝ Ｐ（Ａ）＋Ｐ（Ｂ）－Ｐ(Ａ･Ｂ）
Ｐ（Ａ Ｂ） ＝ Ｐ（Ａ・Ｂ）
＝ Ｐ（Ａ）・Ｐ（Ｂ）
直列系と並列系
バルブＡ バルブＢ
流体
Ａ、Ｂ開放
閉止（故障）確率 Fo（A）、Fo（B）
故障により、流体が流れなくなる確率は ？
Ａ、Ｂ閉止
開放（故障）確率 Fc（A）、Fc（B）
故障により、流体が流出する確率は ？
直列（ series ）系
入力
出力
ＲＡ
ＲＢ
ＦＳ ＝ ＦＡ ＋ ＦＢ － ＦＡ・ＦＢ
ＲＳ ＝ １ － ＦＳ ＝ ＲＡ・ＲＢ
ＲＳ（ｔ） ＝ Π Ｒｉ（ｔ）
最小寿命系
並列（ parallel ）系
入力
出力
ＲＡ
ＲＢ
ＲＰ ＝ ＲＡ ＋ ＲＢ － ＲＡ・ＲＢ
ＦＰ ＝ １ － ＲＰ ＝ ＦＡ・ＦＢ
最大寿命系
ＦＰ（ｔ） ＝ Π Ｆｉ（ｔ）
問題
双発の航空機と４発の航空機がある。 このエンジンの故障は独立で故障の
確率は等しいとする。 航空機が飛行を続けるためには、エンジンの尐なくとも
半分が動作していなければならないとする。 エンジン故障による事故の確率
を検討せよ。 どちらの構造の方が信頼がおけるか。
Ⅱ． 信頼度関数
１． 瞬時故障率と信頼度関数
不良
不良率
故障
61
不良率
故障
故障数
ｒｉ
サンプル ｎ個
ｔｎ 時間で全て故障
Δｔ
ｔｉ－１
ｔｉ
ｎｉ ＝ ｎ － Σ ｒｉ
ｉ番目 測定後の残存数
定義する→
時間
平均故障率
λ （ｔｉ‐1、ｔｉ） ＝ （ ｒｉ/ｎｉ-1 ）・（ １/Δ ｔ ）
故障密度関数
ｆ（ｔｉ） ＝ （ ｒｉ/ｎ ）・（ １/Δ ｔ ）
Ｆ（ｔｉ） ＝ Σ ｆ（ｔｉ）Δ ｔ ＝ Σ ｒｉ/ｎ
＝（ ｎ－ｎｉ ）/ｎ ＝ １－ｎｉ/ｎ
死んだ確率
累積故障分布関数
（ 不信頼度関数 ）
信頼度関数
Ｒ（ｔｉ） ＝ １－Ｆ（ｔｉ） ＝ ｎｉ/ｎ
生きている確率
Δ ｔ→０、ｎ→∞、Σ →∫
∫ｆ（ｔ）ｄｔ ＝ Ｆ（ｔ） ＋ Ｒ（ｔ） ＝ １
ｔ
∞
Ｆ（ｔ） ＝ ∫ｆ（ｔ）ｄｔ
Ｒ（ｔ） ＝ ∫ｆ（ｔ）ｄｔ
0
ｔ
ｆ（ｔ） ＝ ｄＦ（ｔ）／ｄｔ ＝ －ｄＲ（ｔ）／ｄｔ
1
95%
Ｆ（ｔ）
0.5
Ｒ（ｔ）
5%
0
ｔ
ｆ（ｔ）
5%
95%
0
ｔ
λ （ｔ）
ｔ
２． 故障率
λ （ｔ） ＝ ｆ（ｔ）/Ｒ（ｔ） ＝ [ －ｄＲ（ｔ）/ｄｔ ] / Ｒ（ｔ）
＝ －ｄ ｌｎＲ（ｔ）/ｄｔ
ｔ
ｌｎＲ（ｔ） ＝ －∫λ （ｔ）ｄｔ
0
ｔ
Ｒ（ｔ） ＝ ｅｘｐ［－∫λ （ｔ）ｄｔ］ ＝ ｅｘｐ［－Ｈ（ｔ）］
指数形
0
Ｈ ： 累積Hazard関数
３． ＭＴＴＦ、（ ＭＴＢＦ）、ＭＴＴＲ
∞
分布 ｆ（ｔ）
ｎ
ｎ次モーメント ：∫ｔ ｆ（ｔ）ｄｔ
-∞
１次モーメント → 平均、期待値
２次モーメント → 分散、標準偏差
ＭＴＴＦ、（ ＭＴＢＦ ） ＝ ∫Ｒ（ｔ）ｄｔ
問題
１．故障率と不良率の違いを述べよ。 また、故障率と不良率の例を示せ。
２．これまでの使用経験から、以下それぞれの故障率の時間変化を
概略グラフで示せ。
①百円傘（梅雤時にちなんで出題）
②携帯電話
③自転車
３．会社勤めの経験から
62
人生における未知との遭遇（２回）
第１回目 『会社生活のスタート』
価値観の違う人種の集まり
生活環境、教育、責任、---現場
シニア女性社員
最初に悩むのがチームワーク
コミュニケーション
伝える前に相手を理解する
状況は正しいか、タイミングは適切か
自分の意見、リーダーシップ
人間的魅力
最初の１ヶ月、１年が重要
この期間の評価・印象がその後もつきまとう
第２回目 『結婚生活』
異星人との共同生活
前向きにとらえる（異星人の文化を吸収しレベルアップを図る）
新しい価値観
視野の拡大
毎日が重要
時々、苦痛を伴う
信頼性工学 第３回講義（２０１０年７月１７日）
１．最近の話題から
日の丸原発の教訓
（１）背景
新興国のインフラ需要対応事業 --- 世界的競争
エネルギー（原発など）、水資源、環境、
２０２５年までの原発特需（見込み）
米国 １５．５兆円、 中国 ６３．５兆円、
インド １６．６兆円、 東南アジア ８．８兆円、
中近東 １１．６兆円
（２）結果
①アラブ首長国連邦（UAE) ２００９年１２月
４００億ドル（４兆円）
× フランス企業連合
○ 韓国企業連合（韓国電力公社が中心）
× 日米連合（日立＋GE)
日本は主にコスト面で敗退
韓国に比べ約２割高
更に韓国は６０年間の運転保証、支援契約
（強力な政府支援）
大統領によるトップビジネス
教育、環境、IT分野での協力申し入れ
②ベトナム ２０１０年２月
日本はロシアに敗退
首相間の協力約束（潜水艦供与、エネルギー協力）
（３）対応
政府、民間関係者による立て直し
包括的体制作り
長期の運転・保守支援、 そのための人材育成支援
システムビジネス（全体設計、オペレーション支援）
↓
成長戦略のひとつの柱＝システムインフラ輸出強化策
「パッケージ型インフラ輸出各省実務担当者会議」
官民の受注支援共同会社
東京電力、日本原子力発電、産業革新機構の参画
（４）その他、隠れた問題
国内企業の乱立、過当競争
官民コンソーシアムの形成が困難
相手ニーズの把握が下手
発注国のコンサルト→相手側ニーズの作り込みが重要
２．本論
信頼度関数と故障率（前回の復習）
Ｒ（t) ＝ １－Ｆ（t)
ｔ
∞
Ｆ（ｔ） ＝ ∫ｆ（ｔ）ｄｔ
Ｒ（ｔ） ＝ ∫ｆ（ｔ）ｄｔ
0
ｔ
ｆ（ｔ） ＝ ｄＦ（ｔ）／ｄｔ ＝ －ｄＲ（ｔ）／ｄｔ
λ （ｔ） ＝ ｆ（ｔ）/Ｒ（ｔ） ＝ [ －ｄＲ（ｔ）/ｄｔ ] / Ｒ（ｔ） ＝ －ｄ ｌｎＲ（ｔ）/ｄｔ
ｔ
ｌｎＲ（ｔ） ＝ －∫λ （ｔ）ｄｔ
0
63
ｔ
Ｒ（ｔ） ＝ ｅｘｐ［－∫λ （ｔ）ｄｔ］ ＝ ｅｘｐ［－Ｈ（ｔ）］
0
1
95%
Ｆ（ｔ）
0.5
Ｒ（ｔ）
5%
0
ｔ
ｆ（ｔ）
5%
95%
0
ｔ
λ （ｔ）
ｔ
Ⅲ． 故障率
１． 故障率のパターン
減尐型
： ＤＦＲ
一定型
： ＣＦＲ
増加型
： ＩＦＲ
予防保全 （ ＰＭ ）
デバギング （ スクリーニング ）
根本改善
〈 例 〉 λ （ｔ）＝ λ （一定） ← ランダム（偶発的）
Ｒ（ｔ） ＝ ｅｘｐ（－λ ｔ ） ＝ ｅｘｐ（－ｔ/ｔ０ ）
信頼度は指数型
故障までの時間は指数分布
２． バスタブ曲線 （ ｂａｔｈ－ｔｕｂ ｃｕｒｖｅ ）
故障率 λ （ｔ）
摩耗故障期
初期故障期
偶発故障期
時間 ｔ
耐用寿命
初期故障期
製造起因
偶発故障期
製造起因、設計起因
摩耗故障期
設計起因、使用起因
３．半導体のバスタブ曲線と加速寿命試験
故障率 λ （ｔ）
摩耗故障
初期故障
偶発故障
規定の水準
時間 ｔ
実稼働
故障メカニズム
静電破壊
ラッチアップ
ホットキャリア注入
加速試験方法
ESD耐量試験
ラッチアップ試験
低温動作試験
64
高温動作試験
α 線加速試験、システム試験
耐湿性試験
高温動作試験
高温保存試験
高温保存試験
温度サイクル試験
温度サイクル試験
酸化膜経時破壊
ソフトエラー
アルミ腐食
エレクトロマイグレーション
ストレスマイグレーション
パープルプレーグ
応力アルミスライド
接合（抵抗）劣化
４．宇宙船の打ち上げ時期決定とバスタブカーブ
ユニット、サブシステム、システムの実動作シミュレーション試験データ
①致命故障 ： 実打ち上げ時に故障となるもの → 重み １．０
②重故障 ： 打ち上げ時に故障とはならないが、システムを著しく劣化させるもの
→ 重み ０．６
③軽故障 ： 設計値からみてあまりシステムに影響ないもの
→ 重み ０．１
故
障
率
（１０ －２
/時間）
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
平均故障率
０．０１９２／時間
打ち上げ時期
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
ユニット番号
1
2
3
7
10
11
15
7.4/70
5.5/70
3.9/60
1.8/60
1.1/60
0/55
0.7/42
0/40
評点 ：
＝１．０
＝０．６
＝０．１
は非関連故障
②製品の無償修理期間1年というのは初期故障に対する保証なのか、
それとも耐用寿命に対するものか。
③テレビの画面が出なければ故障である。 画面がだんだん暗く
なった場合、どこを故障と 言うか。 雑音が出る場合はどうか。
④航空機や車両の事故率は１億旅客マイル当たり何人（単位は１/マイル）
というような表現で安全性の比較に用いられる。 しかし最近のジェット
旅客機では離着陸の事故発生（％）がそれぞれ２２％、７１％を占めると
言われる。 このような事故率の単位は適切であろうか。
３．会社勤めの経験から
特許力の話
特許は個人的にも企業経営的にも、両面から重要
個人的 --- 特許収入よりも個人の査定、評価として重要
企業経営 --- 会社評価（投資、信用）、 特許収入（損益）
最先端分野では、企業業績＝特許力
会社の特許組織
知的財産権保護部門 ＋ 弁護士（国内、海外）
・技術者に対する特許教育（重要性、書き方、等）
・アイデアの特許化支援（アイデア→特許）
・他社使用の摘発（証拠→訴訟→販売差し止め）
・特許交渉（自社特許と相手側特許の比較評価→特許料）
・特許計画（数年後を見通した中期計画）
・特許戦略（生産規模∝特許料）
技術部門
・特許委員（選出→知財部門と連携、知財窓口）
・特許作成（ブレーンストーミング→振り分け→作成者決定）
必達件数（上期、下期）
・他社品調査（定期的分解調査→特許抵触有無）
特に海外品（韓国、台湾）
技術者
・特許講習参加
・期限内提出（徹夜作業も有り）
・特許収入
特許作成時、特許成立時
定期収入（重要特許として使われている場合）
65
0/40
1.0/40
0/40
0.7/40
2.4/40
会社における特許の扱い
技術者個人と会社の間の契約による
入社時に契約書取り交わし
信頼性工学 第４回講義（２０１０年７月２４日）
１．最近の話題から
新素材による自動車の軽量化
量産型炭素繊維複合材料とポリカーボネイト
（１）背景
自動車の軽量化 重量３割削減→燃費２割向上
メルセデス・ベンツ １０％（先代比）
日産 １５％（全車両、’１５年まで）
カギは炭素繊維複合材料とポリカーボネイト（PC）樹脂
（２）炭素繊維複合材料
炭素繊維＋樹脂
炭素繊維 --- 鉄の１/４（重量）、１０倍（強度）
熱可塑性樹脂の採用
レーシングカー・高級車から一般量産車へ
熱可塑性樹脂
熱硬化性樹脂
・今後の量産車
・ボーイング７８７で
応用
先行（機体重量の
５０％）
・熱を加えると軟らかく ・低粘度の液状で
変形、冷やすと固まる 加熱すると化学反応
・金型による射出成型 を起こし固化する
が使える（量産向き） ・耐熱性に優れる
・成形時間が短い
・低粘度で炭素繊維と
・既存加工設備が
なじみ易い
そのまま利用可能
・熱に強く強度が高い
・熱に弱い
・成形に時間がかかる
・炭素樹脂とのなじみ ・リサイクル性に乏しい
易さが課題（＊）
特性
長所
短所
（＊）粘度が高い。分散、浸透しにくい。
NEDO（新エネルギー・産業技術総合開発機構）の研究開発テーマ
炭素繊維に対しては→ 接着性、分散性が両立する表面処理技術
樹脂に対しては→ 炭素繊維となじみ易い材料選定
（３）ポリカーボネイト
当面は窓ガラスの代替（ 耐衝撃性２００倍、重量３０～４０％）
透明性、耐熱性、耐衝撃性
耐傷つき性 →ハードコート剤併用
自由自在の成形性
ボディーへの展開
Ⅲ． 故障率（前回の復習）
故障率のパターン
減尐型
一定型
増加型
バスタブ曲線
故障率 λ （ｔ）
摩耗故障
初期故障
偶発故障
時間 ｔ
実稼働
ESD、ラッチアップ
酸化膜経時破壊
ホットキャリア、腐食、マイグレーション、アルミスライド
Ⅳ． 信頼性における確率分布
信頼度 ”故障までの時間の確率分布”
１． 二項分布
N
ｎ個抽出
ｐ
ｑ＝１-ｐ
ｒ
ｆ（ｒ） ： 不良（故障）をｒ個見出す確率
Ｆ（ｃ） ： ｃ個以下の累積確率分布
ｎ-ｒ
ｆ（ｒ） ＝ ｎＣｒ ｐ （１－ｐ）
ｒ＝ｃ
ｒ
ｎ-ｒ
Ｆ（ｃ） ＝ Σ ｎＣｒ ｐ （１－ｐ）
ｒ＝０
Ｅ（ｒ） ＝ ｎｐ、 Ｖ（ｒ） ＝ ｎｐｑ
66
”二項分布が基本”
２． ポアソン（ Ｐｏｉｓｓｏｎ ）分布
ｐｎ＝ｍ（一定）、 ｐ→０、 ｎ→∞
（ 事象の出現確率極尐 ）
”不良数（故障数）期待値が一定で、率が極めて低い場合”
ｒ
-ｍ
ｆ（ｒ） ＝ ［ ｅ
ｒ＝ｃ
］・[ ｍ ／ｒ！]
-ｍ
Ｆ（ｃ） ＝ Σ ［ ｅ
ｒ
］・[ ｍ ／ｒ！]
ｒ＝０
ｐ＜０．１ --- 二項分布 ＝ Ｐｏｉｓｓｏｎ分布で近似可能
二項分布、ポアソン分布ともに離散型分布（不良数、故障数の表現）
信頼性への当てはめ
ｐ（不良率）をλ （故障率）に
ｎ（サンプル数）をｔ（時間）に
ｍ＝ｐｎ＝λ ｔ となって ポアソン分布は
ｒ
-λ ｔ
ｆ（ｒ） ＝ ［ ｅ
ｒ＝ｃ
］・[ （λ ｔ） ／ｒ！]
-λ ｔ
Ｆ（ｃ） ＝ Σ ［ ｅ
ｒ
］・[ （λ ｔ） ／ｒ！]
ｒ＝０
”故障が全く偶発的に起こる場合の確率モデル”
３． 正規分布
２
ｆ（ｔ） ＝ [１/√２π σ ] ｅｘｐ［ －（ｔ－μ ） ／２σ
]
２
Ｆ（ｔ） ＝ [１/√２π σ ] ∫ｅｘｐ［ －（ｔ－μ ） ／２σ
ｆ（ｔ）
]ｄｔ
34%
14%
2%
0.13%
ｔ
－３σ
－σ
μ
４． 指数分布
”故障率λ が一定で偶発故障のモデル”
Ｒ（ｔ） ＝ ｅｘｐ（－λ ｔ ） ＝ ｅｘｐ（－ｔ/ｔ０ ）
ＭＴＴＦ ＝ １／λ ＝ ｔ０
ポアソン分布と指数分布（裏返しの関係）
ポアソン分布 ： 観測時間ｔを一定にしてこの間にランダムに
何個の故障（ｒ）が起こるかを示す離散型分布
指数分布 ： 故障が起こらず、無故障で動作した寿命時間ｔの
分布を表す
ポアソン分布でｒ＝０ ｆ（ｒ＝０）＝exp（－λ ｔ）
５． ワイブル（ Ｗｅｉｂｕｌｌ ）分布
W. Weibull : ”A Statistical Distribution Function of Wide Applicability”
Jour. App. Mech., Sept. 1951
ｍ
ｍ
Ｒ（ｔ） ＝ ｅｘｐ（－ｔ /ｔ０ ） ＝ ｅｘｐ[－（ｔ/η ）
ｍ-１
ｆ（ｔ） ＝ ｍ［ ｔ
］
ｍ
／ｔ０ ］ ｅｘｐ（－ｔ /ｔ０ ）
（ ｔ＞０、 ｔ０＞０、 ｍ＞０ ）
ｌｎ ｌｎ ［ １／Ｒ（ｔ） ］ ＝ ｍ ｌｎ ｔ － ｌｎ ｔ ０
縦軸
横軸
ｍ＝１
ｍ＞３
傾き
切片
ｍ：形状パラメータ
η :尺度パラメータ
指数分布
正規分布に近い
問題
①ある装置の故障率は１％／１０００時間である。 この装置の信頼度が
９０％、９９％になる時間をもとめよ。
②ある社の集積回路について、いままでのフィールドデータを集計したら
８
３３１２９ユニットにつき総動作時間は１．０５ｘ１０
時間で故障ゼロで
あった。 この集積回路の故障率をもとめよ。
67
３．会社勤めの経験から
小集団活動の話
様々な社内活動（ 技術者～現場作業者 ）
ZD活動、 小集団活動、 PM活動、 安全活動、 ---小集団活動（ Small Circle Activity ）
日本的経営、 欧米では定着し難い
全員で問題を共有
→全員で解決方法を検討
→職場の改善（４M）（５S)
Man、Machine、Method、Material → PQCDSM
Productivity、 Quality、 Cost、 Delivery、
Safety、 Morale（ Motivation ）
整理、整頓、清掃、清潔、躾 → 事務部門も
欧米型、 馴染まない
マニュアル重視（ 誰でも、いつでも、どこでも ）
契約による仕事（ 査定 → 契約更改 ）
活動例
・グループ形成 → リーダー選出 → グループ名決定
・年間計画策定
問題抽出、 調査分析、 検討、 改善、 効果確認
・定期的打合せ
進捗フォロー
・発表会（ 職場 → 部門 → 工場 → 事業部 ）
・全社発表会
アメリカ半導体会社での導入例
従業員の理解（ １年 ）
社長のリーダーシップ
客観的成果の必要性
真面目に取り組めば、それなりの成果はある （
不真面目で手を抜く技術者も多い → 無駄作業となる
信頼性工学 第５回講義（２０１０年１０月９日）
１．最近の話題から
パワーデバイスシンポジウム、セミナー
①パワーデバイスとは？
②パワーデバイスの歴史
③パワーデバイスがかかえる問題
④これからの方向付け
＊理解できた内容、理解できなかった内容
＊共鳴できた点、出来なかった点
Ⅳ． 信頼性における確率分布（前回の復習）
信頼度 ”故障までの時間の確率分布”
１． 二項分布 ⇔ 基本の分布
２． ポアソン（ Ｐｏｉｓｓｏｎ ）分布 ⇔ 故障が全く偶発的に起こる場合の確率モデル
３． 正規分布 ⇔ 寿命がある値を中心に分布
４． 指数分布 ⇔ 故障率λ が一定の偶発故障
５． ワイブル（ Ｗｅｉｂｕｌｌ ）分布
W. Weibull : ”A Statistical Distribution Function of Wide Applicability”
Jour. App. Mech., Sept. 1951
ｍ
ｍ
Ｒ（ｔ） ＝ ｅｘｐ（－ｔ /ｔ０ ） ＝ ｅｘｐ[－（ｔ/η ）
ｍ-１
ｆ（ｔ） ＝ ｍ［ ｔ
］
ｍ
／ｔ０ ］ ｅｘｐ（－ｔ /ｔ０ ）
（ ｔ＞０、 ｔ０＞０、 ｍ＞０ ）
ｌｎ ｌｎ ［ １／Ｒ（ｔ） ］ ＝ ｍ ｌｎ ｔ － ｌｎ ｔ ０
縦軸
横軸
ｍ＜１
ｍ＝１
ｍ＞１
傾き
切片
ｍ：形状パラメータ
η :尺度パラメータ
故障率減尐型（初期故障）
故障率一定（偶発故障）
--- 指数分布
故障率増加型（劣化故障） --- ｍ＞３では
正規分布に近い
ワイブル分布の活用
68
信頼性試験結果のプロット（ワイブル確率紙）
形状パラメータ（ 故障の型 ）読み取り
試験で発生した故障モード、メカニズムとの照合
加速係数算出
故障率推定
デバイス改善
実際のやり方は、隣のシート（
耐湿性試験
高温動作試験
高温保存試験
故障率低減
スクリーニング方法
使用条件、ＰＭ再考
Sheet1(2) ）へ。
４問
５問
５問
３．会社勤めの経験から
ＪＯＢ ＰＯＳＴＩＮＧについて
” 工場で組立工程の作業者が退職し、そのポジションに空席が出来ました。
組立工程の課長が、会社の中を探し、別部門から優秀な作業者を引き
抜いて来て、空席をうめました。 もちろん、別部門の課長と引き抜かれた
本人の同意を得た上での話です。 ”
質問 ： これは法律に違反しますか？
答え ： 欧米では違反です。 Ｅｘｅｍｐｙ（ ｗｏｒｋｅｒ、ｔｅｃｈｎｉｃｉａｎ )にたいしては
Ｐｏｓｔｉｎｇという手順を踏む必要があります。
長所
公平性の維持
機会均等
短所
Ｓｅｎｉｏｒｉｔｙ優先によるモラル低下
経営から見た適材適所の配置不可
成立条件
契約社会
明確な ＪＯＢ Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ があること
”日本企業の海外進出、海外生産で要注意”
”海外から日本を見る、大陸から島国を見ることの重要性”
信頼性工学 第６回講義（２０１０年１０月１６日）
１．最近の話題から
海外への技術供与が生む強敵
市場参入の見返り ⇔ 技術供与、技術移転
中国の例
日米欧の高速鉄道技術（ 川崎重工、ボンバルディア、シーメンス、等 ）
↓ ←‐‐‐ 供与 ←‐‐‐超魅力的市場
↓
最大級交通インフラ計画
↓
（１０００億＄/年 ｘ 数年間）
提携先が消化（ わずか数年間 ）
↓
強敵出現
↓
・中国市場でのシェア低下 ← 中国国内企業優遇政策
・低価格販売中国勢との勝負 （国有銀行低利融資）
中国政府の説明 ： 海外技術を買い、それに
イノベーションを加えて、
中国企業の製品として販売
（実際には、技術の９０％が合弁企業や海外企業の開発設備から派生）
２０１２年末（ 上海～北京 ）超特急 --- 日本の最新型新幹線に酷似
反省：
弱み：
強み：
・海外鉄道会社は、中国市場でライバルより優位に立つため公表以上に
高度な技術を移転してきた。
・中国市場からの締め出しを恐れ、不満を言えない弱み。
・世界中の高速鉄道計画に中国企業と手を組んで入札したい弱み。
（サウジアラビア---中国企業主導コンソーシアムにシーメンスが加盟）
・中国企業と言えども、最先端部品については海外企業の支援が必要。
次は、航空、ＩＴ、自動車、環境技術で同じことが起きるか？
愚痴、苦情、不満を並べ立てても解決しない。（過去は日本も同様でなかったか？）
⇒ 更にレベルを上げて先を行くことが重要。
（ 高次のコンセプト、視点による技術開発、 市場創出。 ）
69
Ⅳ． 信頼性における確率分布
ワイブル分布の活用
前回の続き
Ⅴ． 故障物理
１． 故障物理とは
故障を原理的に原子・分子的な立場から解析し、改善、
評価、使用法、信頼性設計、保全等に役立てようとする
「物理＋工学」の基礎的技術である。
２． 故障物理のねらい
劣化や故障を解析する物理化学的基礎を固め、
高信頼化を促進すること。
⇔
⇔
⇔
⇔
⇔
故障メカニズムの確認方法、測定方法の研究
故障原因の除去と信頼度の改善
故障メカニズムを解析的に取扱い劣化を予測する
物理化学的モデルの確立と寿命加速方法の研究
スクリーニング方法の開発
３． 故障モードと故障メカニズム
故障モード
外的なあらわれ
〈 例 〉 オープン、ショート
故障メカニズム 原子・分子的規模で原因を説明
する理論的モデル
”故障メカニズムが重要”
４．故障メカニズム例
腐食
http://www.primo.jobsate.com/jigyo/buhin01.html
ホットエレクトロン（リーク、破壊）
http://jp.fujitsu.com/group/fql/services/evaluation/emission/
マイグレーション
http://jp.fujitsu.com/group/fql/services/analysis/method/epma/
汚染
http://jp.fujitsu.com/group/fql/services/analysis/method/sam/
剥離
http://www.oeg.co.jp/Rel/trouble.html#fre
http://ednjapan.cancom-j.com/content/issue/2006/09/pulse/pulse03.html
http://www.jfe-tec.co.jp/jfetec-news/k_news/news/59.html
ボイド、クラック
http://semicon.sanyo.com/jp/reliability/main.php?part=4&id=DM30A96
http://www.jfe-steel.co.jp/research/giho/013/pdf/013-19.pdf
ピンホール
http://www2.renesas.com/quality/ja/download/PQ10478JJ02V0TN_ch04.pdf
１７４ページ
エレクトロマイグレーション
http://www.iis.u-tokyo.ac.jp/publication/topics/2009/20090501press1.pdf
http://semicon.sanyo.com/jp/reliability/main.php?part=4&id=DM30A47
ストレスマイグレーション
http://semicon.sanyo.com/jp/reliability/main.php?part=4&id=DM30A51
http://semicon.sanyo.com/jp/reliability/main.php?part=4&id=DM30A47
スライド
http://semicon.sanyo.com/jp/reliability/main.php?part=4&id=DM30A100
酸化膜破壊
http://semicon.sanyo.com/jp/reliability/main.php?part=5&id=DM30A123
ホイスカ
http://ci.nii.ac.jp/els/110002766588.pdf?id=ART0003064771&type=pdf&lang=jp&host=cinii&order_no=&ppv_type=0&lang_sw=&no=1287039039&cp=
ホットエレクトロン注入（特性劣化）
http://semicon.sanyo.com/jp/reliability/main.php?part=4&id=DM30A59
ソフトエラー
http://semicon.sanyo.com/jp/reliability/main.php?part=4&id=DM30A80
その他
http://semicon.sanyo.com/jp/reliability/main.php?part=5&id=DM30A122
３．会社勤めの経験から
メール文化と報・連・相について（ 特に製造現場において ）
ＩＴの浸透
メール、スペック、処理記録、結果報告がタイムリーに現場へ
↓
①コミュニケーションの希薄化
・メールを送ることと説明責任を果たすことは別もの
②仕事の意味の取り違え
・メールを読むだけで、考える作業を忘れている
③情報の氾濫
・「情報エントロピーは、放っておくと無限に膨張する。」
・メールを使った不毛な議論のやり取り
情報発信者の責任
誰に、何を、どう伝えるかを真剣に考える。
70
（ メールは送る人の質が問われる。 ）
メールの限界を知る。
相手の表情、ニュアンス、‐‐‐
不足分を、報・連・相の
直接作業でカバーする。
情報受信者の責任
必要な情報は自分で取りに行く。
（情報は勝手に届けられるものではない。）
不必要な情報が送られる無駄を認識する。
メールは大事なツール、ただし過度の依存は禁物。
信頼性工学 第７回講義（２０１０年１０月２３日）
１．最近の話題から
品質月間の話 ⇔ １１月は品質月間。 今年は第５１回目。
今年のテーマ
「品質の原点にかえり 先駆者の知恵に学ぶ」
“Returning to the original point of Quality to learn from the wisdom of pioneers”
今年の趣旨
環境変化が激しい今こそ、経営課題・職場問題解決のため、「品質」という原点を
忘れず、先駆者の努力や知恵を引継ぎ、あらたな知恵、工夫、価値を付加すること。
日本の強みである「品質」は、急激な経営環境変化、グローバル化、新興国の急成長
により、足元から揺らいでいる。 安全・安心で豊かな社会の実現のため、品質月間を
通して、「品質」、「品質管理」の重要性を産業界、消費者に伝え続けて行くこと。
歴史
１９５１年(昭和２６年)９月、初めての品質管理大会（大阪で開催）
１９５２年８月～11月品質管理強調月間を設立（八幡製鐵、富士製、三共製薬、信越化学）
１９６０年(昭和３５年)に毎年11月を「品質月間」とすることを決定
主催機関は日本科学技術連盟、日本規格協会、日本生産性本部、日本能率協会。
後援機関は科学技術庁(現在の文部科学省)、通商産業省(現在の経済産業省)、
日本商工会議所、日本放送協会。
日本のデミング賞、品質月間 → 各国の品質改善活動にも大きな影響
１９８７年 米国 マルコムボルドリッジ国家品質賞の制定
１９８８年 米国、カナダ １０月を品質月間(Quality Month)と制定
１９８９年 国連 Ｗｏｒｌｄ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｄａｙ（１１月第２木曜）提唱
テーマの変遷
１９６０年代
”とにかく品質”
品質を向上させよう（１９６３）
信頼性を高めよう（１９６５）
１９７０年代
”社会、人類”
品質管理で豊かな社会（１９７１）
品質で人類の繁栄
１９８０年代
”ＴＱＣ”
ＴＱＣで企業の活性化（１９８３）
のりきろう環境変化をＴＱＣで（１９８６）
１９９０年代
”ＴＱＭ”
人と地球にやさしい品質（１９９１）
ＴＱＭで新たな飛躍（１９９６）
２０００年代
”質経営”
創造とスピードで築く 質経営（２００２）
質経営 持続的成長への道（２００６）
昨年２００９年
今年２０１０年
持続可能な社会をつくる品質
品質の原点にかえり 先駆者の知恵に学ぶ
会社の中では
１．品質の総点検
２．ポスター、標語
３．QC発表会
４．社長、部門長によるQC(TQM)診断
５．品質アンケート、顧客調査
６．購入先品質ランク発表
などの行事
２．本論
Ⅵ． 故障解析
１． 故障解析とは
顕在不良、潜在不良の両方について、故障物理的
アプローチを用いて原理的に解明し、これに基づく
正しい改善処置を行なうこと。
２． 基本的思想
偶発的、不可避として目をつぶってきた事象にメスを
入れてメカニズムを解析し、出来る限り必然事象の
領域まで引きずり込んで、技術と管理の制御下に置く。
３． 効果的な位置づけ
71
サイクリックな信頼性管理
ＰＤＣＡ
設計
製造
故障解析
評価試験
４． 故障解析の種類
事前解析
事中解析
事後解析
破壊解析、良品解析
劣化の進行程度
発生後の解析
５． 故障解析の手順 （ 半導体部品 ）
外観
↓
電気的
↓
内部（ 非破壊 ）
↓
内部（ 破壊 ）
金属顕微鏡、実体顕微鏡
テスター、カーブトレーサ、実機
Ｘ線、赤外線顕微鏡、超音波探傷
顕微鏡、ＳＥＭ、赤外線マイクロスキャナ、
レーザーカッター、ＦＩＢ、ＥＢテスタ
６． 各段階で見られる代表的故障事例
外観
塵埃、汚染、
リード変色、リード応力腐食、リード損傷、
金属マイグレーション、ホイスカ、
電気的
電気的特性、ファンクション、
内部（ 非破壊 ）
内部異物、ボンディング、ボイド、クラック、
内部（ 破壊 ）
配線断、コンタクト断、ボンディング、異物、
パターン欠陥、エレクトロマイグレーション、
ストレスマイグレーション、
（問題）
一般にゲート酸化膜の破壊は、微細で故障解析が難しく、解析しても
見えない場合が多い。 そこで、見易くするために、傷口を更に大きく
しようと、高電圧を印加したり、大電流を流した。 この結果、ＳＥＭで
破壊箇所らしきものが観察できるようになった。
この故障解析方法は正しいか。 正しい場合は理由を、正しくない
場合はどうすれば正しく出来るかを述べよ。
７．ＤＶＤ 『ナノ・バイオサイエンスを支援する高性能電子顕微鏡群』
～試料作製から分析・評価まで～
３．会社勤めの経験から
故障解析がもたらした信頼性向上例（２例）
１．１６ＭＤＲＡＭの耐湿性向上
信頼度基準
ＰＣＴ ９６ｈ
８５℃/８５％ＲＨ ５００時間
ＬＴＰＤ １０
信頼性試験の合格率が低い ５０～６０％ （ ｎ＝２２、 ｒ＝１ ）
↓
解析
１ビット不良、 腐食、 パッシベーション膜に傷（？）
↓
ビットマップ調査
リング状に発生
↓
ダイコレットの吸着傷
↓
円筒コレットを角型コレットへ。 周辺吸着へ。
２．１ＭＳＲＡＭの酸化膜破壊スクリーニング
客先の工程で不良が多発
↓
解析
１ビット不良、 酸化膜破壊と推定（ ただし破壊箇所不明 ）
↓
履歴調査 アクセスタイム選別での低速品（Ｂ級品）に集中
↓
特性選別基準は実力値から制定する
信頼性工学 第８回講義（２０１０年１１月１３日）
１．最近の話題から
①三菱電機液晶工場の見学について
良かった点
72
悪かった点（改善点）
液晶の原理、作り方に関する情報（参考）
・原理
http://www.sharp.co.jp/products/lcd/tech/s2_1.html
・表示
http://www.sharp.co.jp/products/lcd/tech/s2_2.html
・製造
http://www.sharp.co.jp/products/lcd/tech/s2_3.html
次回工場見学（ソニーセミコンダクタ九州）について
イメージセンサに関する事前勉強
②インターンシップ募集（派遣先：ソニー）
テーマ
・ＶＭ
・画像処理
・物流シミュレータ
③前回休講（１１月６日）の補講
12月18日
２．本論
Ⅶ． 信頼性試験
１． 信頼性試験の種類
場所
ストレス強度
現地試験、 模擬試験 （ 工場、実験室 ）
正常動作試験、
オーバーストレス試験、破壊試験、限界試験、
加速寿命試験、強制劣化試験
定ストレス試験、ステップストレス試験、
サイクリックストレス試験
無負荷放置試験 （ 保存 ）
ストレス時間
２． 目的
開発確認 （ バスタブ曲線の確認 ）
目標性能と製造ばらつき
初期故障率
偶発故障率
摩耗（寿命）
故障率
時間
認定および受入
製品の認定、 ロットの合否判定
ＡＱＬ、ＬＴＰＤ （ ＯＣ曲線 ）
100%
合格率９５％⇒ＡＱＬ
（合格品質水準）
ロ
ッ
ト
合
格
率
合格率１０％⇒ＬＴＰＤ
（ロット許容不良率）
（
％
）
0%
不良率（％）
３． 主な信頼性試験規格
半導体
ＴＦＴ ＬＣＤ
ＭＩＬ規格
ＭＩＬ－ＳＴＤ－８８３
－
（ Military Standard ） （マイクロエレクトロニクスの試験方法）
ＪＩＳ規格
ＪＩＳ Ｃ ７０２２ ⇒ 廃止
－
（ Japanese Industrial （ 半導体集積回路の環境試験方法
Standard）
及び耐久性試験方法 ）
ＩＥＣ ６００６８－１
ＩＥＣ規格
－
ＩＥＣ ６００６８－２
（ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ
Ｅｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ （ 半導体デバイスの環境試験方法）
Ｃｏｍｉｓｓｉｏｎ ）
ＪＥＩＴＡ規格
ＥＤ－４７０１
ＥＤ－２５３１
（ Japan Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ （ 半導体デバイスの環境及び
（ 液晶表示パネルの環境及び
ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
耐久性試験方法 ）
耐久性試験方法 ）
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ
Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ http://www.jeita.or.jp/cgi-bin/standard/list.cgi?cateid=5&subcateid=34
Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ）
（社）電子情報技術産業協会
４． 標準的な信頼性試験方法
熱的
高温（ 動作、保存 ）、 低温（ 動作、保存 ）、
73
耐環境性
熱衝撃、 温度サイクル、
加圧・減圧、 振動、 機械的衝撃、
高温高湿 （ 動作、保存 ）、ＰＣＴ （ 飽和、不飽和 ）
温湿度サイクル、
塩水噴霧、 日射、
試験条件
主な影響
高温
熱的エージング、酸化、クラック、
化学反応、軟化、凝固、昇華、
蒸発、膨張
絶縁不良、機械的
故障、摩耗、電気
的故障
温度サイクル
熱衝撃
温湿度サイクル
低温
脆化、結氷、粘度増加、凝固、
物理的収縮
絶縁不良、クラッ
ク、摩耗、機械的
故障、封止故障
電圧印加による
加速
高湿度
水分の吸収又は吸着、膨潤、
腐食、電解、化学的反応、
機械的強度低下、
絶縁物の導電性増加
物理的破壊、
絶縁不良、
機械的故障、
電気的故障
イオン（ Ｃｌ、Ｋ ）
の存在での加速
低湿度
脱水、脆化、物理的収縮、摩耗
機械的故障
加圧
減圧
圧縮、変形、空気の絶縁劣化、
コロナ及びオゾンの発生
機械的故障、
封止故障
振動
衝撃
機械的ストレス、疲労、共振
機械的故障、
摩耗、破壊
機械的
耐湿性
摘出故障
塩水噴霧 化学反応、腐食、電解、表面劣化、 摩耗、電気的
ＳＯ２
導電性の増加、接触抵抗の増加 故障、発錆、
Ｈ２Ｓ
機械的故障
日射
化学反応、物理反応、光化学反応、絶縁不良、変色、
（ 紫外線 ） 脆化、表面劣化、退色、オゾン発生、摩耗、クラック、
局所加熱
機械的故障
高電圧
大電力
沿面放電、熱疲労、
絶縁物の導電性増加
絶縁破壊、
クラック
備考
乾燥を含む
サイクルは
加速性大
応力の印加
で加速される
場合あり
静電気試験も
必要
断続動作
３．会社勤めの経験から
信頼性に関する失敗事例（市場クレーム）
１．ゲート酸化膜破壊（４ＭＤＲＡＭ）
品質保証検査
ダイナミックバーンイン（１２５℃、２４ｈ、Ｖｃｃ＝５．５Ｖ）
抜取検査（ｎ＝２２、ｃ＝０）合格率低下 １ビット不良
↓
出荷部門からクレーム
↓
設計、製造、品質保証で調査
↓
品質保証のバーンイン電圧波形にノイズ → ノイズによる破壊
合格率が低下している → 社内で認められず
↓
市場で故障多発 （ 稼働Ⅰ週間で ～０．１％ ）
銀行端末
航空機発券端末
↓
スクリーニング方法の検討
バーンイン時間延長
バーンイン電圧を上げる
↓
スクリーニング効果の確認 → 改善報告
↓
新スクリーニング品から故障発生 ← 厳しい目で見られる
↓
スクリーニング条件の強化
ロット判定強化（耐圧試験）
↓
故障は皆無にならない ← スクリーニングは万能ではない
↓
半年かかってプロセス改善
↓
解決
２．Ａｌマイグレーション
74
信頼性試験
連続動作試験で１列不良発生 Ａｌ断線（腐食？）
↓
解析、原因調査
↓
類似不良が最終検査不良品の中から見つかる
↓
市場で故障が多発
航空用計測器
ミニコン
銀行端末
↓
スクリーニング方法なし
ロット履歴判定（ Ａｌ処理装置 ）
Ａｌスパッタ時の真空度
↓
改善はしたが完全解決には至らず
↓
半年がかりで装置変更
↓
解決
重大クレーム
一旦発生すると、回復に半年から１年を要す
必ず、ラインのどこかで兆候が出ている
↓
感度を上げる
出てしまったらプロジェクトチームで迅速対応
信頼性工学 第９回講義（２０１０年１１月２０日）
１．最近の話題から
①就職協定復活の是非とグローバル採用
大手総合商社７社の提言書（経団連へ）
２０１３年入社の新卒採用活動から
４月（現行）を遅らせ夏以降に開始すべき
目的は学業優先
過去の歴史
就職協定は存在
水面下の採用活動で形骸化 → 廃止
今回は？
反論、異論噴出
・企業側に余裕なし（商社以外の大企業）
・採用計画に遅れ、狂い（中小企業）
・過去の例から無意味
・本当に学業優先になるのか（特に理系）
↓
協定反対
自由競争とすべき、等
現実はどうか？
新形態採用が増加中
・グローバル採用
意思決定速度
戦略立案
・通年採用
必要タイミングにその時の優秀人材を
②次回工場見学
・（株）ルネサス九州セミコンダクタ
１２月１６日（木）午後 半導体製造（後工程）
・東京エレクトロン九州株式会社
中止
③インターンシップ募集（派遣先：ソニー）
テーマ
・ＶＭ
・画像処理
・物流シミュレータ
④前回休講（１１月６日）の補講
１２月１８日（先週決定したが再延期する）
→１月に延期する
２．本論
Ⅷ． 信頼度予測
１． 加速の理論
通常使用より厳しい条件下に置くことで故障を促進させ、
故障モードとメカニズムを より短時間で再現させる。
故障モードとメカニズムが同一であること。
加速した場合と しない場合の間に規則性があること。
75
時間
Ｔ１
Ｔ２
劣化 ：物性の変化 （ 拡散、酸化、再結晶 等 ）
反応速度：Ｖ
特性値Φ の変化 （ 劣化 ）
ｄΦ ／ｄｔ ＝ Ｖ
Φ ＝Ｖｔ
Φ が一定値 Φ Ｌに達したとき、寿命Ｌに至るとする。
ΦＬ ＝ Ｖ Ｌ
Ｖは 熱ストレスに対して、Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ（ ｱﾚﾆｳｽ ）の経験式
で表される。
Ｖ ＝ Ｃ ｅｘｐ（ －Ｅａ／ｋＴ ）
活性状態
ｴﾈﾙｷﾞｰ
Ｅａ
Ｅａ ： 活性化エネルギー
正常状態（反応前）
劣化状態（反応後）
Φ Ｌ ＝ Ｌ Ｃ ｅｘｐ（ －Ｅａ／ｋＴ ）
Ｌ ｅｘｐ（ －Ｅａ／ｋＴ ）＝ 一定
ｌｎ Ｌ ＝ Ａ ＋ Ｅａ／ｋＴ
温度Ｔ０（加速条件）での寿命をＬ０、Ｔ１（実使用条件）での寿命をＬ１とすると、
Ｌ０ ｅｘｐ（ －Ｅａ／ｋＴ０ ） ＝ Ｌ１ ｅｘｐ（ －Ｅａ／ｋＴ１ ）
加速係数 ＝ Ｌ１/Ｌ０ ＝ ｅｘｐ{ Ｅａ/ｋ [（１/Ｔ １）－（１/Ｔ０）] }
Eyring （ ｱｲﾘﾝｸﾞ ）モデル
Ｖ ＝ ＣＴ ｅｘｐ（ －Ｅａ／ｋＴ ） Ｓ
α
温度範囲の狭い領域では
α
Ｖ ＝ Ａ ｅｘｐ（ －Ｅａ／ｋＴ ） Ｓ
ｌｎ Ｌ ＝ Ｂ－Ｅａ／ｋＴ －α ｌｎ Ｓ
温度一定の場合では
α
Ｖ＝ＣＳ
ｌｎ Ｌ ＝ Ｄ－α ｌｎ Ｓ
ｌｎ Ｌ
Ｌ１
ｌｎ Ｌ
Ｌ１
傾き －α
Ｌ２
傾き Ｅａ／ｋ
Ｔ２
Ｔ１
Ｌ２
１／Ｔ
Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ モデル
Ｓ１
Ｓ２
ｌｎ Ｓ
Ｅｙｒｉｎｇ モデル
２． 半導体での試験結果（ 例 ）
定ストレス保存試験 （ 高温保存 ）
定ストレス動作試験 （ 高温動作 ）
半導体デバイスの故障メカニズムと活性化エネルギー
故障現象
故障メカニズム
評価デバイス
活性化エネルギー
Ｅａ （ ｅＶ ）
76
開放
（オープ
ン）
短絡
（ショー
ト）
Ａｕ－Ａｌの金属間化合物の生成
ＩＣ
Ａｌのエレクトロマイグレーション
ＩＣ
Ａｌの腐食 （ 水分の浸入 ）
ＩＣ （ プラスチック ）
酸化膜の破壊
ＭＯＳ ＩＣ （ メモリ ）
ＰＮ接合の破壊 （ Ａｌ-Ｓｉの固相反応 ） －
ＰＮ接合の破壊 （ Ａｕ-Ｓｉの固相反応 ）ダイオード（金電極）
Ａｕのｴﾚｸﾄﾛﾏｲｸﾞﾚｰｼｮﾝ ( ﾃﾞﾝﾄﾞﾗｲﾄ ) ﾄﾗﾝｼﾞｽﾀ（ﾏｲｸﾛ波）
１．0
０．６
０．５５
０．３～０．３５
３．５
１．５
０．６
外部ﾘｰﾄﾞ
ＫＯＶＡＲの応力腐食割れ （ 塩気環境 ）ＩＣ ( ｺﾊﾞｰﾙﾌﾚｰﾑ )
破断
電流増幅
率低下 水分によるイオン移動の加速
もれ電流
増加
記憶特性
変化
しきい値
電圧の変
化
０．６５
ﾄﾗﾝｼﾞｽﾀ (ﾌﾟﾗｽﾁｯｸ)
反転層の生成
ＭＯＳ デバイス
Ｓｉ酸化膜のリーク
ＭＯＳ ＩＣ （EPROM）
リンガラスの分極
ＭＯＳ デバイス
Ｓｉ酸化膜中でのＮａイオンのドリフト ＭＯＳ デバイス
Ｓｉ－Ｓｉ酸化膜界面でのスロートラッピング
ＭＯＳ デバイス
０．８
０．８～１．０
０．８～１．１５
１．０
１．２～１．４
１．０
問題１．
ある半導体デバイスの寿命を調べるため、加速試験を計画している。
実際の試験を実施するまでの検討事項、確認事項、手順、等を
述べよ。
問題２．
加速方法や加速試験が需要視されるが、一方で減速も重要である。
減速方法、試験の例やその応用について述べよ。
３．会社勤めの経験から
ＭＯＳ ＬＳＩの重大トラブル史（ １９７０年代～１９９０年代 ）
１．ＰチャネルＭＯＳ Ｖｔｈドリフト（長時間） 市場トラブル
使用時間経過とともにＶｔｈが変化し、特性が劣化する。
短期信頼性試験でロット判定（暫定対策）
プロセスのクリーン化（恒久対策）
２．ＰチャネルＭＯＳ Ｖｔｈドリフト（短時間） 市場トラブル
使用中にＤＲＡＭの特性（リフレッシュタイム）劣化
連続動作スクリーニング（暫定対策）
プロセス改善（恒久対策）
３．リフレッシュタイム歩留問題 社内トラブル
ＤＲＡＭ開発当初からリフレッシュ不良が多発、良品の
リフレッシュタイムも短い
バックサイドＰゲッタリング（恒久対策）
４．高濃度リンガラス膜による耐湿性不良 社内トラブル
リンの吸湿によるＡｌ配線腐食
リン濃度の適正化（恒久対策）
５．酸化膜破壊 市場トラブル （ 先週紹介済 ）
６．Ａｌマイグレーション 市場トラブル （ 先週紹介済 ）
７．ソフトエラー 市場トラブル
α 線による記憶データの揮発
封止材の変更（暫定対策）
メモリセル容量の拡大（恒久対策）
８．電源破壊耐量不足 市場トラブル
衝突電離による基板電位の持ち上がり
ＬＤＤ構造（恒久対策）
９．Ｖｔｈ変化による特性劣化 市場トラブル
衝突電離による酸化膜へのホットエレクトロン注入
ＬＤＤ構造（恒久対策）
信頼性工学 第１０回講義（２０１０年１２月４日）
１．最近の話題から
①ソニー工場見学顛末記
デジタル一眼フルサイズ用ＣＭＯＳセンサー
帰りのバスの中でとにかく大きいことが気になった。
メーカー ⇔ 歩留、コスト、エネルギーで不利
ユーザー ⇔ 価格、品質、信頼性で不利
← 難しい問題の中に新しいアイデアの芽がある。
（特許は重要 ： 第３回講義）
大きさが半分に出来れば、飛躍的に有利になる
メーカー ⇔ 利益、シェア拡大、競争力、新規投資余力
ユーザー ⇔ 手頃感、価値
新アイデア（ ２ミラー１眼レフ ： 隣のシート ）
ソニー中枌部長に相談、意見を聞いた。
本当に大丈夫か？との反応。
致命的欠陥（像が暗くなる問題）で頓挫。
更に良いアイデアがあれば募集します !!!
77
問題意識を持って工場見学しましょう !!!
②次回工場見学
・（株）ルネサス九州セミコンダクタ
← 前回紹介
１２月１６日（木）午後 半導体製造（後工程）
・東京エレクトロン九州株式会社
中止 → 久保田先生の後方支援で復活
１２月２２日（水）午前（９：３０～）
・工場見学
・半導体工程近況
・若手エンジニアとの意見交換会
せっかく復活したので出来るだけ参加しよう !!!
２．本論
Ⅸ． 信頼性の作り込み
１． 信頼性設計
信頼性プログラム（下記）を確立して設計・開発することが重要
① システム、サブシステムレベルの
明確な設計要求と要件
（ システム設計 ）
② 要求を満たす設計
（ 詳細設計 ）
③ 設計の妥当性を見る試験
（ 評価、検証 ）
④ 生産品の適合性
（ 製造の信頼性 ）
⑤ 実用データの把握と解析
（ 設計、製造へのフィードバック ）
信頼性設計のポイント
①信頼性ある構成 － 設計審査で確認
部品の負荷軽減、 実績ある部品、 簡単化、 標準化、
過去の経験、 冗長設計、
②環境効果の最小化
振動、 衝撃、 熱、 湿度、 塵埃、 ガス、 日射、 放射線、
③種々のファクターとのバランス
安全性、 保全性、 操作性、 経済性、 生産性、
機能、 性能、 寸法、 重量、 外観
２． 信頼性設計の流れ
コンセプト
設計
ＦＭＥＡ
ＦＴＡ
性能、
思い、狙い
機能
設計
ＦＭＥＡ
ＦＴＡ
仕様
論理
設計
ＦＭＥＡ
ＦＴＡ
実現ロジック
回路
設計
ＤＲ
ＦＭＥＡ
ＦＴＡ
デザインルール
ＬＳＩ
設計
ＤＲ
ＦＭＥＡ
ＦＴＡ
レイアウト
部品最適配置
設計
ＤＲ
ＦＭＥＡ
ＦＴＡ
ボード
設計
ＤＲ
筐体
設計
ＤＲ
生産システム
設計
ＤＲ ： Ｄｅｓｉｇｎ Ｒｅｖｉｅｗ
ＦＭＥＡ ： Ｆａｉｌｕｒｅ Ｍｏｄｅ ａｎｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ
ＦＴＡ ： Ｆａｕｌｔ Ｔｒｅｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ
ＦＭＥＡ（自転車の例）
アイ
テム
機能
フレー
ム
構造・重量を保持
ハンド
ル
方向を定める
前輪
方向を定める
回転走行する
後輪
駆動する
回転走行する
故障ﾓｰﾄﾞ
構成要素面での分析
原因
折損・変形 強度不足
頻度
きびしさ
評価
１
７
７
折損・変形 強度不足
１
７
７
回転不良 ﾍﾞｱﾘﾝｸﾞ不良
空気抜け
パンク
ムシ不良
変形
強度不足
空気抜け
パンク
ムシ不良
２
３
４
１
３
４
４
３
３
３
３
３
８
９
１２
３
９
１２
78
対策
後輪
駆動
装置
前ブ
レーキ
後ブ
レーキ
駆動力を伝える
制動する
制動する
変形
強度不足
伝達不能 ﾁｪｰﾝ切れ
ﾁｪｰﾝ外れ
制動不良 系統の緩み
摩耗
制動不良 系統の緩み
摩耗
頻度区分
等級
基準
① しょっちゅう起こる
② しばしば起こる
③ ときには起こりそう
④ 起こりそうもない
評点
４～５
３～４
２
１
故障等級
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
１
２
３
４
３
４
２
故障のきびしさの区分
程度
致命的
重大
軽微
微小
①
き
び
し
さ
３
３
３
６
６
６
６
３
６
９
２４
１８
２４
１２
基準
人命、ｼｽﾃﾑに重大損害
人に傷害、ｼｽﾃﾑに損害
損害は軽微
無視できる程度
起こりやすさ
②
③
Ⅰ
４０～
２０～４０
Ⅱ
２０～４０
１０～２０
前と後を
同時に
故障させ
ない。
評点
７～１０
４～７
２～４
１～２
④
Ⅲ
Ⅳ
設計者が使うＦＭＥＡ ⇒ 設計ＦＭＥA 又は 製品ＦＭＥA
プロセス技術者が使うＦＭＥＡ ⇒ プロセスＦＭＥA
工程面での分析
ＦＴＡ（自転車の例）
機能面での分析
自転車の故障
ブレーキ不良
前輪
ブレーキ
チェーン不良
タイヤ空気抜け
後輪
抜け
前輪
抜け
後輪
ブレーキ
ムシ不良
パンク
パンク
チェーン切れ
チェーン外れ
ムシ不良
３． 信頼性生産
部材の信頼性確保
材料評価・認定試験 （ メーカー、ユーザー ）、 工場監査
検査 （ メーカー出荷検査、 ユーザー受入検査 ）
初期流動管理、 量産品管理
製造の信頼性確保
標準化、 自動化、 工程検査と最終検査、
スクリーニング、 初期流動管理、
作業者ＱＣ教育、 ライン、監査
ＳＰＣ （ 装置管理、 工程管理 ）
プロセスＦＭＥＡ
アイテム
機能
故障ﾓｰﾄﾞ
原因
頻度
きびしさ
洗浄
酸化
レジスト塗布
露光
エッチング
⇔ プロセスの実験や技術で活用しよう !!!
４． 製品の信頼性保証
開発品の社内認定試験
量産品の保証 （ 抜取検査、 不良解析 ）
顧客サポート （ 定期的品質会議、 フィールド実績収集、品質監査受審 ）
問題
①身近な製品を例にＦＭＥAを実施せよ。
②研究中のプロセスをテーマにプロセスＦＭＥＡを実施せよ。
３．会社勤めの経験から
79
評価
対策
『プレッシャーを楽しむということ』
プレッシャーをどう捉えるか？
否定的 ： 辛い、厳しい、精神的に悪い、身体に悪い
肯定的 ：
プレッシャーが無いと人は健全に育たない
これまでの自分の努力を試す好機
↓
周到な準備をしてベストを尽くす
↓
プレッシャーを乗り越えること ＝ 大きな経験
↓
次のプレッシャーを楽しみに待つ
次のプレッシャーを自分で取りに行く
プレッシャーとどう付き合うか？
①プレッシャー耐性を訓練で高める。
宣言して達成するまでチャレンジする。
人気取りのための宣言は駄目
（政治家のマニフェスト）
達成感を自信に変える
一時的に喜こぶだけでは駄目
（宴会、祝賀会）
②過度のプレッシャー、不当なプレッシャーには要注意。
[耐性＋α ] Ｘ 繰り返し ⇒ 耐性を徐々に上げて行く
③建設的な気晴らし技術を持つこと。
文化、趣味、人間
（薬物・アルコールへの逃避は駄目）
いつからプレッシャー耐性訓練をするか？
⇒ 今までやっていない人は即刻
早ければ早いほど良い。
会社に入ればプレッシャーの山、押し潰されないように。
信頼性工学 第１１回講義（２０１０年１２月１１日）
１．最近の話題から
リチウムイオン電池競争
リチウムイオン電池シェア（出荷数量ベース）
【２０００年】
【２０１０年】
三洋電機 33.00%
サムスンＳＤＩ
ソニー
三洋電機
21.00%
松下電池工業
ＬＧ化学
19.00%
東芝
ソニー
11.00%
ＮＥＣトーキン 6.40%
天津力神電池
日立マクセル 3.40%
パナソニック
ＢＹＤ
ＢＡＫ
2.90%
ＬＧ化学
ＢＹＤ
1.30%
サムスンＳＤＩ 0.40%
ＡＴＬ
その他
日立マクセル
1.60%
その他
日本の基幹産業
（ 電池大国 ）
20.10%
19.90%
15.00%
11.90%
6.50%
6.20%
4.50%
4.00%
3.50%
3.50%
4.90%
７億８４００万個
７億７４００万個
日本勢 トップ陥落
韓国勢、中国勢が躍進
シェア低下（９４％→４２％）の理由
海外勢の低価格攻勢
携帯端末向けでサムソンが躍進
今後の市場
ＥＶ向け、スマートグリッド、等、大型蓄電池分野で急拡大
ＬＧ化学 民生用での技術、ノウハウを蓄積 → ＧＭ、ルノーから受注
ＢＹＤ → 中国製ＥＶ（ 国策、数で世界を圧倒 ）
電気自動車 １５万台（ 日本は２０００台弱 ）
電動自転車 ２０００万台（ 日本は４０万台 ）
電動バス
中国メーカーの戦略
圧倒的コスト競争力（日本製の１／３） ⇔ 安い人件費
企業買収 ⇔ 米国電池メーカーの技術
リン酸リチウム ⇒ チタン酸リチウム（ 高い安全性 ）
電動自転車の普及 ⇔ 技術革新、コストダウン
日本メーカーの戦略
①普及させる ⇔ 性能から価格へ
トヨタは小型車iQをベースに近距離対応
（ 長距離用と近距離用の使い分け ）
ヤマハ（２輪車用）は専用電池開発中止
（ パソコン用汎用電池を転用 ）
②脱専用電池化
パナソニック （米）テスラ・モーターズと電池パックの共同開発
③海外生産
三洋電機 電池セルの海外生産拠点を検討
市場の中でイノベーション
本当にこれだけで良いか？？？
２．本論
80
プロセス技術的に見た半導体の故障メカニズム（ 劣化、加速 ）
MOS 集積回路のチップ概略（ 図３．１ ）
半導体デバイスの構造（ 図３．２ ）
（１）半導体基板（ Si 単結晶、Si エピタキシャル基板、GaAs、GaP 基板 ）
①酸化、拡散などのプロセス中で発生する欠陥
結晶加工プロセスにおける歪、マイクロクラック
積層欠陥（ Oxidation induced Stacking Fault )
欠陥密度大 ⇒ PN接合の逆方向電流大
⇒ DRAMの保持時間劣化、SRAMの微尐リーク電流
”対策”
・酸素濃度コントロール、各種ゲッタリング、その他プロセスの適正化、清浄化
・樹脂モールド歪の応力によるSi 基板の不安定性（抵抗体がピエゾ抵抗効果）
の場合は設計値に変動を見込む
②PN接合
寄生PNP トランジスタ、寄生NPN トランジスタのターンオン
⇒ 電源とGND 間に大電流
⇒ Al 配線あるいはボンディングワイヤのオープン
”対策”
・寄生トランジスタのhFE を下げる、パターンを適正化すること
・使用上の注意
②ESD (ElectroStatic Discharge) ： 静電気によるストレス
⇒ 局所加熱 ⇒ Si 溶融、破壊
”対策は抵抗や保護ダイオードの挿入により電圧、電流の分散を計ること”
③アロイスパイク
シリコン基板中のシリコンがAl 膜中に拡散 ⇒ コンタクト部で接合の破壊
接合の浅いシャロージャンクションでは耐圧劣化、ショート不良
”対策はAl 中にシリコンを添加、 Al とシリコンの間にバリアメタル形成”
（２）Si-SiO2 界面
①ホットキャリアによる素子特性劣化
ドレイン近傍高電界領域のキャリア ⇒ ホットキャリア
⇒ フォノン散乱、 インパクトイオン化
⇒ Si-SiO2 の電位障壁を越えゲート酸化膜に注入
⇒ MOS トランジスタのＶｔｈ変動 、gm)変動
（ チャネルホットエレクトロン、ドレインアバランシェホットエレクトロン、
２次ホットエレクトロン、基板ホットエレクトロン ）
”対策”
・動作電圧の低レベル化、ホットキャリアが捕獲されにくいゲート酸化膜形成
・LDD (Lightly Doped Drain) 構造 （ 図３．４ ）
（注） ホットキャリアは温度が低いほど劣化が大きくなる
②電圧ストレスによる特性劣化
PMOS トランジスタのゲートに高温状態で負バイアスを印加
⇒ 負バイアス不安定性
(NBTI: Negative BiasTemperature Instability)
界面Si-H 結合からHが解離し界面準位や固定正電荷生成
”対策はゲート酸化膜中のN 濃度・H 濃度や界面状態の最適化”
③インパクトイオン化による雑音電荷
電子－正孔対のうち、正孔 (Nch の場合) が基板に向かって
加速され、２回目のインパクトイオン化を起こす」
⇒ 発生した電子－正孔対が雑音電荷
⇒ 近傍のメモリ･セルやCCD のセルデータを破壊
④ソフトエラー
パッケージ、配線材料の微量放射線元素 (ウランU、トリウムTh)
から放射されるα 線
⇒ PN 接合近傍に入射すると飛程に沿って電子-正孔対発生
（ 図３．６ ）
⇒ 発生した尐数キャリアにより、DRAM やSRAM などの
メモリセル内のデバイス情報が反転
（ メモリセルモード、ビット線モード ）
”対策は高純度材料 (低α 線樹脂等) の採用”
（３）ゲート酸化膜
①酸化膜破壊
静電気、サージによる破壊、実使用状態におけるTDDB
( Time Dependent Dielectric Breakdown、 図３．７）
絶縁耐圧の分布状態、潜在的欠陥密度
ゲート電極材料、膜厚、基板の欠陥、酸化方法、
クリーニング、汚染などが影響
②ストレス誘起リーク
Fowler-Nordheim トンネリング電流、ハードブレークダウン、
＋ダイレクトトンネリング電流、SILC(Stress Induced Leakage Current)、
ソフトブレークダウン
（ 図３．８ ）
③酸化膜中の電荷に基づく不安定性現象
・可動イオンQm (Na+、H+)
後の工程で生ずるパッシベーション膜の汚染あるいは
81
外部汚染などに起因
・固定電荷Qf
・ 酸化膜のトラップ電荷Qot
・界面準位Qit ‐‐‐ 表面ポテンシャルにより状態が変化、速い準位
・電離放射線照射によるトラップチャージの発生
（ 図３．９ ）
④不揮発性メモリの故障モード
・リテンション (電荷保持) 不良 （ 図３．１０、１１ ）
・Endurance (繰り返し書き換え) 不良
・Disturb 不良
（４）パッシベーション
Si 表面安定化、多層配線の層間絶縁膜、素子全体の保護
①イオン汚染
Na+(リン･ゲッタリングで不活性化）
印加電界でパッシベーション酸化膜中を移動し、
フィールド領域、ゲート領域あるいはPN 接合の近傍に集まり、
寄生MOS、Vth 変化、耐圧劣化などの故障を引き起こす
”対策”
イオン汚染に対してはPSG などブロッキング効果のある保護膜
外部からの汚染に対してはシリコンナイトライド膜
②分極
PSG はイオンのゲッタリング効果、ブロッキング効果がある反面、
リン含有量が増大すると分極が生じ、種々の不安定性や劣化原因
③寄生ＭＯＳ
電荷の横方向ひろがりにより寄生MOS形成 （ 図３．１２ ）
フィールド領域の反転
④Al 配線の腐食
PSG (Phosphorous Silicate Glass) 中のリン、プラズマCVD 膜中の
フッ素、外部からの水などによるAl 配線の腐食
⑤ ピンホール、クラック
外部から湿気やNa+イオンなどが侵入し、素子動作の不安定、
劣化、あるいはAl 配線の腐食を引き起こす
クラックの発生は、プロセスにおける熱ストレスによって発生する
場合とモールド歪などから誘起される場合がある。
⑥ 応力
⑦ degas による素子特性の劣化
（５）メタライゼーション
①コンタクト（ 基板－配線電極 ）
アロイスパイクによるショート
合金層による抵抗増大
②Ａｌ配線腐食
一般モデル （ 図３．１３ ）
水分進入経路
印加バイアス依存性 （ 図３．１４ ）
ＰＳＧリン濃度依存性 （ 図３．１５ ）
③エレクトロマイグレーション
温度依存性 （ 図３．１６ ）
Ｃｕ配線におけるエレクトロマイグレーション
④ストレスマイグレーション
３．会社勤めの経験から
『エンジニアとテクニシャンの違い』
欧米流 ‐‐‐ エンジニア ＋ テクニシャン
日本流 ‐‐‐ エンジニア集団
エンジニア
責任 担当業務の管理
（ 企画、実行、成果 ）
報酬 年俸
方向 経営側
テクニシャン
担当業務の遂行
（ 指示に沿って実行 ）
時給
労働側
利点と欠点
欧米流
責任 厳格
組織 膠着
成果 長期的に有利
（ 短期的には不利 ）
チーム強固
遂行力強い
良い場合と悪い場合
人間関係
日本流
曖昧化し易い
融通
短期的に有利
（ 長期的には不利 ）
緩い
弱い
ほどほど良い
82
どのような体制が良いか
会社（組織）の目的、特徴
会社（組織）の規模
従業員の質、意識
⇒ 最適な形が決まる
決めた後の組織の長所と短所をよく理解しておくことが重要
↑↓
競争力の差になって現れる
信頼性工学 第１２回講義（２０１１年１月２２日）
１．最近の話題から
信頼性問題 ２事例について
（１）探査機「あかつき」の金星軌道投入失敗
２５０億円（開発費＋打上費）
観測機器６台 ⇔ 金星大気、気温分布、火山活動
（惑星規模の気象の仕組みを解明）
計画は最接近点（５５０ｋｍ）で減速（逆噴射１２分）
実際は逆噴射２分３２秒後に衝撃が加わり噴射停止
原因 ： 燃料供給バルブの故障 → 燃料、酸化剤の混合比率変化
→ 燃焼温度上昇 → エンジン噴射口破損
背景 ： ①当初M５ロケットで打上予定（積載重量５００ｋｇ）
H２Aロケットに変更、重量は５００ｋｇのままで開発
→ ５００ｋｇの制約の中で許容される冗長度（非修理系）
②期待する観測データ → 観測機器数増加
→ 他機器との取り合いで決まる冗長度（非修理系）
③初物技術（ 噴射口が合金製からセラミック製へ ）
軽量、耐熱、納期、コスト的メリット
● 機能と冗長度の設計バランス（トレードオフ）
● 成熟技術と新技術
（２）新幹線全線ストップ
JR東日本 １時間ストップ
運行管理システム（ COSMOS )の表示停止 → 運行状況確認不能
→ 全ての列車を強制停止
原因 ： ダイヤ変更が集中 → システム許容範囲（ ６００件 ）をオーバー
背景 ： 設計想定外の変更発生
指令員に変更許容範囲が知らされていない
● システムの設計仕様
● 人災（ 指令員教育 ）
２．本論
故障メカニズム（ つづき ）
パッケージ関連
東芝信頼性ハンドブックより
信頼性工学のまとめ
演習問題
問題１． 半導体における初期故障、偶発故障、摩耗故障の原因と対策に
ついて述べよ。
問題２． 半導体における初期故障、偶発故障、摩耗故障の例を述べよ。
出来るだけ多くの故障メカニズムを列挙し、解説すること。
問題３． 一般的な半導体では、実際の初期故障率、偶発故障率、寿命は
どの程度か。 １/時間、FIT、時間、等で答えること。
ただし、１ ＦＩＴ（ Ｆａｉｌｕｒｅ Ｉｎ Ｔｉｍｅ ） ＝ １ ｘ １０Ｅ－９ である。
A
問題４． ある半導体の初期故障率が１００ＦＩＴ以下であることを保証したい。
初期故障メカニズムが酸化膜破壊だけであるとした場合、どのような
試験を行えば良いか。 試験条件と判定基準を示せ。
ただし、Ｅａ（ 酸化膜破壊 ） ＝ ０．３ ｅＶ である。
問題５． ある半導体の偶発故障率が１０ＦＩＴ以下であることを保証したい。
偶発故障メカニズムが酸化膜破壊だけであるとした場合、どのような
試験を行えば良いか。 試験条件と判定基準を示せ。
ただし、Ｅａ（ 酸化膜破壊 ） ＝ ０．３ ｅＶ である。
B
問題６． ある半導体の寿命が１０年以上であることを保証したい。 どのような
試験を行えば良いか。 試験条件と判定基準を具体的に示せ。
問題７． フラッシュメモリの高温保存試験結果（下記）から、ワイブル
確率紙を用いて、故障率の傾向と加速係数を述べよ。
また活性化エネルギーを求めよ。
初期故障率を１００ＦＩＴ以下にするための方法を述べよ。
２５０℃ 保存 （ 試料数 ： ｎ＝１５、 時間 ： ｔ＝１０００ ｈ ）
０ ｈ
故障数
0
累積故障数
0
累積故障％
0
３００℃ 保存
２ ｈ
８ ｈ
0
0
0
２４ ｈ
0
0
0
４８ ｈ
0
0
0
９６ ｈ
0
0
0
２４０ ｈ
0
1
0
1
0 6.66666667
５００ ｈ
2
3
20
１０００ ｈ
6
9
60
C
（ 試料数 ： ｎ＝１５、 時間 ： ｔ＝５００ ｈ ）
83
C
０ ｈ
故障数
0
累積故障数
0
累積故障％
0
３５０℃ 保存
０ ｈ
故障数
累積故障数
累積故障％
２ ｈ
８ ｈ
0
0
0
２４ ｈ
４８ ｈ
0
1
3
0
1
4
0 6.66666667 26.6666667
９６ ｈ
２４０ ｈ
5
5
9
14
60 93.3333333
５００ ｈ
1
15
100
（ 試料数 ： ｎ＝１５、 時間 ： ｔ＝２４ ｈ ）
２ ｈ
８ ｈ
0
1
12
0
1
13
0 6.66666667 86.6666667
２４ ｈ
2
15
100
問題８． 下記いずれかのプロセスＦＭＥAを実施し、プロセスの信頼性を高めるための
方策を述べよ。
（１）薄い酸化膜生成プロセス
（２）レティクルフリー露光プロセス
（３）ＮＲＵＳＭ製造プロセス
（４）その他
３．最後に
デバイスの品質と信頼性は、携わる人間の品質と信頼性で決まる。
Quality is a image of yourself !!!
４．連絡事項
（１）最終講義（次週）は中止。 代わりに「高信頼性半導体デバイスシンポジウム、
セミナー」に出来るだけ参加すること。
（２）インターンシップ（ Pre-SANKAKU )
来年度、ソニーで実施。
東京エレクトロンも可能性あり。
奮って参加を !!!
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ߧུఱڠȁͼιȜΐΓϋȜτ·ΙλȜၳ 2008ාๅ
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ߧུఱڠȁͼιȜΐΓϋȜτ·ΙλȜၳ 2008ාๅ
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– Si + 3HCl ɨ SiHCl3 + H2
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– dRp: 0.08umഽ
– ࢚͙ȡ0.16umͅȂ1E12/cm2
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0.27um
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0.43um
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(Ref:1)
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Ref1ȇS.M.ΐͻȜȆ൵ఘΟΨͼΑలඵๅ
ISBN 4-7828-5550-8
Ref2:S.M.SzeȆPhysics of Semiconductor Devices
ISBN 0-471-09837-X
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ߧུఱڠȁͼιȜΐΓϋȜτ·ΙλȜၳ 2008ාๅ
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• ୋ྄ȜτΐΑΠഭືȜႺȜ࡛௨ȜΛΙϋΈȜτΐΑΠญၗ͈ΏȜΉ
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半導体デバイス工学
熊本大学 教授
久保田 弘
半導体デバイス基礎講座全体久保田V48（A4）
2011年3月22日改訂版
100
１次元電子系の性質
質量mの自由電子が長さLの線上に、その端にある
無限大の障壁によって束縛されている。
シュレーディンガー方程式は
ψ n = εψ n
ℋ
自由電子なのでポテンシャルエネルギーを無視する、また
2
ℋ= p / 2m (ただし、pは運動量)
量子論では
p = − ih
h2 d 2ψ n
ℋψ n = − 2m dx2 = ε nψ n
d
dx
と書けるので
(1)
ただし、ε n はその軌道にある電子のエネルギーである。
線の両端のポテンシャルの壁の高さが無限大なので
境界条件は ψ n ( 0 ) = 0 ,ψ n ( L ) = 0
これより、境界条件は波動関数が0とLの間で半波長の整数
倍を持つ正弦波であればよいので、
⎛ 2π ⎞
x ⎟⎟;
λ
⎝ n ⎠
ψ n = Asin⎜⎜
1
nλn = L
2
(2)
ただし、Aは不定定数であり、(2)は(1)の解である。
よって、エネルギーの固有値 ε n
は
h2 ⎛ nπ ⎞
εn = ⎜ ⎟
2m ⎝ L ⎠
2
(3)
で与えられる。n=0は ψ 0 ( x ) ≡ 0 となるので許されず、n
は正と負の整数である しかし 正と負は(2)式において不
は正と負の整数である。しかし、正と負は(2)式において不
定乗数の範囲で同一であるので正の整数である。
101
εn
図１
h ⎛ 8π ⎞
ε8 = ⎜ ⎟
2m ⎝ L ⎠
2
2
h ⎛ 3π ⎞
ε3 = ⎜ ⎟
2m ⎝ L ⎠
2
2
2
2
2
2
ψ 8ψ 8*
h ⎛ 2π ⎞
ε2 = ⎜ ⎟
2m ⎝ L ⎠
h ⎛ 1π ⎞
ε1 = ⎜ ⎟
2m ⎝ L ⎠
0
*
ψ nψ n
2 ⎛ 8π
⎞
= Asin ⎜ x ⎟
⎝L ⎠
3π ⎞
x⎟
⎝L ⎠
ψ 3ψ 3* = Asin2 ⎜⎛
ψ 2ψ 2*
2 ⎛ 2π
⎞
= Asin ⎜ x ⎟
⎝ L ⎠
1π ⎞
x⎟
⎝L ⎠
ψ1ψ1* = Asin2 ⎛⎜
x
１次元細線
102
L
このような事情は、質量mのテニスボールが長さL
の線上に、その端にある無限大の障壁、すなわちプ
レーヤーのラケットによってコート内に束縛されてい
ラ
縛
る場合にも適用できるはずである。すなわち、最も小
さいエネルギーでそっと打ったテニスボールは相手
の手元で消え、再びコート中央のネット上で姿を現す
ことになる。
このような現象が見えるか？
のような現象が見えるか
エネルギーの単位となるのは
2
h ⎛ 1π ⎞
ε1 = ⎜ ⎟
2m ⎝ L ⎠
2
である。この式にテニスボールの値を入れると、
h 6.625×10−27
(erg • sec)
h=
=
2π
2π
m = 58( g )
L = 2400(cm)
2
より、2
6.625
×10−54 × π 2
h2 ⎛1π ⎞
−62
ε1 = ⎜ ⎟ =
=
1
.
642
×
10
2m ⎝ L ⎠ (2π )2 × 2 × 58× 24002
= 3.9 ×10−63(cal / ボール１個)
となる。これは極限に小さいエネルギーであるため、
となる
これは極限に小さいエネルギーであるため
テニスボールは n = ∞
すなわち、無数に見え隠れしていると考えられる。
103
このような事情は、質量mの電子が長さLの線上に、
その端にある無限大の障壁に束縛されている場合
は、最も小さいエネルギーを計算してみる。
テニスボールと同様に、エネルギーの単位となるの
は
2
2
h ⎛ 1π ⎞
ε1 = ⎜ ⎟
2m ⎝ L ⎠
である。この式に電子の値を入れると、
h 6.625 ×10−27
h=
=
(erg • sec)
2π
2π
．．．テニスボールと変更なし
m = 9.1
9 1×10−28 ( g )
L = 10−5 (cm)
．．．100nmの微細半導体
2
h ⎛ 1π ⎞
6.6252 ×10−54 × π 2
ε1 =
⎜ ⎟ =
2m ⎝ L ⎠ (2π ) 2 × 2 × 9.1×10−28 × (10−5 ) 2
2
= 6.0 ×10−17 (erg )
= 2.5 ×10−3 (cal / 電子1個 )
電子は室温でも見え隠れしていることが判る。すな
わち、軽い質量の粒子が小さいスペースに閉じ込め
られた時に特異な性質をあらわすことが理解できる
られた時に特異な性質をあらわすことが理解できる。
これが微細化の思想の基本となっている。
104
εF
パウリの排他律とフェルミエネルギー
n で決まる状態を量子状態と呼ぶ。
同一量子状態を占める粒子は1個のみで、この法則をパ
ウリの排他律という。
電子はパウリの排他律を満たす。それは電子が負の電
荷をもち 互いに反発しあうために同一状態を占めること
荷をもち、互いに反発しあうために同
状態を占めること
ができないと考えられている。ただし、電子1個は上向きス
ピンとした向きスピンの2状態を有している。1次元細線の
図における一つの量子状態に電子はスピンを含めて2個
占めることができる。
n
*
ψ n ( x)ψ n ( x)
は0でない正負の整数である。なぜならば、
は電子の x における存在確率を示すので、n=0 のと
きは ψ n (x) が項等的に０となってしまい、電子が存在し
ているという条件に反するので解から除いた
ているという条件に反するので解から除いた。
今 N 個の電子を1次元細線の中に順に放り込んで
いくと、最もエネルギーの低い n=1 より順に電子が占
有していく。
ネ ギ
n=1 のエネルギーは、
2
h ⎛ 1π ⎞
ε1 = ⎜ ⎟
2m ⎝ L ⎠
2
で、このエネルギー状態にスピンを含めて2個の電子が占
める。このようにして電子を放り込んだ結果、最高のエネ
ルギー、すなわちN 番目の電子が占めるエネルギーを
フェルミエネルギー F という。
ε
フェルミエネルギーにおける量子状態 nF と
は、
105
N
の間に
N = nF × 2
2
h2 ⎛ nFπ ⎞
h2 ⎛ Nπ ⎞
εF = ⎜
⎟ =
⎜
⎟
2m ⎝ L ⎠ 2m ⎝ 4L ⎠
2
状態密度関数
D(E)ΔE : E～E + ΔE に存在する量子状態の数と定
義する D(E) を状態密度関数と呼ぶ。
義する。
を状態密度関数と呼ぶ
ε = E の量子数を n と置き、ε ≤ E の状態の総数
を
S (E) とおくと、
2
dS(E) dS(E) dn
h2 ⎛ nπ ⎞
, E=
D(E) =
=
⎜ ⎟
dE
dn dE
2m ⎝ L ⎠
より、
D(E) = 2 ×
dn
1
1
= 2
∝
dE h ⎛ π ⎞2
E
n
1
×
⎜ ⎟
2m ⎝ L ⎠
と求まる。
なお、この関係は不確定性関係を利用しても同様の結果
が求まる。試しに一辺がLの立方体に閉じ込められた電子、
一辺がLの正方形に閉じ込められた電子の状態密度関数
を求めよ。
106
不確定性関係と次元性
不確定性関係から状態密度を求める。まず、１次元系につ
不確定性関係から状態密度を求める
まず １次元系につ
いて求め、前述の結果と一致するかを考察する。後に2次元、
3次元系についてフェルミエネルギーと状態密度を求める。
1次元電子系の不確定性関係
位置と運動量を同時に指定することはできず、その積には、
Δx Δpx = h
の不確定性がある。右辺はプランク定数である。
の位相空間において、パウリの排他律より、プランク定数程
度の箱の中に運動状態がただ一つ存在する。位相空間内で
度の箱の中に運動状態がただ
つ存在する。位相空間内で
存在できる運動状態は、
0≤ x≤ L
− pF ≤ px ≤ − pF
の範囲である。ただし pF はフェルミエネルギーに対応する
運動量である。故に、
S (EF ) = L × 2 pF
spinまで考慮すると
spin
まで考慮すると
S (EF ) = L × 2 pF × 2
であるので、電子の総数をNとすると、
dS(E) dS(E) dp
p2
D(E) =
=
, E=
2m
dE
dp dE
より
D(E) =∝
1
E
となって、ルートE分の一に比例する。
107
不確定性関係から状態密度を求める。
• 一辺がLの立方体に閉じ込められた3次元電子の
方体 閉 込
次 電
状態密度関数？
• 一辺がLの正方形に閉じ込められた2次元電子の
状態密度関数？
108
２．粒子集団のエネルギー分布
2．１ 古典統計（ボルツマン統計）
例１． 4個の粒子（名前が付いて区別できる）をエネルギー状態の二つのレベル、ε1
ジュール と
定できる。
ε２
ε1
ジュール に分布させるとき、その最も確率の高い分布で実際の分布を推
と
ε２
には座席数（状態数）がそれぞれ
あるとした時の各エネルギー状態に分布している粒子数、
g1= 1 個 と g２ = 3 個
N1 と N２ を推測せよ。
ただし、一つの座席に粒子は何個占めてもよいものとする。
ε２
g２
g1
ε１
N２？
N1？
= 3
= 1
π
N1
N２
0
4
・・・
1
3
・・・
2
2
・・・
3
1
・・・
4
0
・・・
全体 場合 数は 4 4=256、 以下の各場合の数は
全体の場合の数は
以
各場合 数は
3
π4
= 81
π1 ・3π3
4C2・1π2 ・3π2
4C1・1π3 ・3π1
1 π4 = 1
4C3・1
= 108
<<<最も確率が高いと推定される分布
= 54
= 12
例２． 一般に、N個の粒子（名前が付いて区別できる）をエネルギー状態、εi ジュールに分
布させるとき、
εi
には座席数（状態数）がそれぞれ
状態に分布している粒子数、
Ni
gi
個 あるとした時、各エネルギー
を推測せよ。
ただし、一つの座席に粒子は何個占めてもよいものとする。
εi gi
N個の粒子が｛N1, N2, N3, ・・・, Ni, ・・・ ｝の分布を
取る確率は次式であらわされる。
Ni
N
ε1 g1
N1
C N 1 × N - N 1 C N 2 × N - N 1 - N 2 C N 3 × • • • × N - N 1 - • • • − N i −1 C N i ×
• ••
π × π × • • •× gi π N i × • • •
g 1 N1 g 2 N2
109
÷
1
π
∑ ggi N
i
N
C N1 × N - N1 C N 2 × N - N1 - N 2 C N 3 × • • •× N - N1 - ••• − N i−1 C N i ×
• • •×
g1
π N1× g 2 π N2 × • • •× gi π Ni × • • •
W
とおくと、この
∑N
i
=W
が極大値となる分布｛N1, N2, N3, ・・・,
Ni, ・・・ ｝を、
=N
i
∑ε N
i
i
=E
i
の制限の下で見出す問題となる。これは孤立した粒子の全エネルギーが一定であること
を表す。
Wを極大とする分布｛N1, N2, N3,
する分布をも与えるので、以下で
N
=
=
より、
・・・,
Ni, ・・・ ｝は、
対数関数
lnW
lnW の極値を与える分布を求めることにする。
C N1 × N - N1 C N 2 × N - N1 - N 2 C N 3 × • • •× N - N1 - ••• − N i−1 C N i × • • •
( N-N - • • • -N
)!
( N-N ) !
1
i -1 × • • •
1
ו • •×
N ! ( N-N ) ! N ! ( N-N -N ) !
N ! ( N-N - • • • -N ) !
1
1
2
1 2
1
i
i
N!
N!
N ! N !× • • • × N !× • • •
1 2
i
⎛
N
N N
N!
• g 1g 2 • • • g i
ln ⎜⎜
1 1
i
N ! N !× • • • × N !× • • •
⎝ 1 2
i
= ln N !− ∑ ln N i ! + ∑ N i ln g i ≡ ln W Boltzman
ln W
=
i
ここでStirlingの近似公式：
ln W ≈ ln
を使用すると、
ln N ! ≈ N ln N − N
N !− ∑ ( N i ln N i − N i ) + ∑ N i ln g i
i
i
= ln
l N !− ∑ ( N i ln
l N i − N i + N i ln
l gi )
i
∴ ln W
≈
ln N !+ ∑ N i (1 + ln
i
gi
)
Ni
※ Stirlingの近似公式は次の用に説明できる。
ln N ! = ln N + ln( N − 1) + ln( N − 1) + • • • + ln 2 + ln 1
N
N
1
N
≈ ∫ ln xdx = [x ln x ]1 − ∫ x dx ≅ N ln N − N
1
1
x
110
⎞
⎟
⎠
• • •⎟
i
である。
を極大と
分布｛N1, N2, N3, ・・・,
Ni, ・・・ ｝を変数とする対数関数、 lnW
Ni, ・・・ ｝を求める。
布｛N1, N2, N3, ・・・,
を極大とする分
今、
F ( N1 , N 2 ,• • •, N i ,• • • ) ≡ ln W
－①
f ( N 1 , N 2 ,• • •, N i ,• • • ) ≡ ∑ N i − N
－②
h ( N 1 , N 2 ,• • •, N i ,• • • ) ≡ ∑ ε i N i − E
－③
i
i
f ( N 1 , N 2 , • • • , N i , • • • ) = 0, h ( N 1 , N 2 , • • • , N i , • • • ) = 0
とおくと、
の条件下で
F ( N1 , N 2 ,• • •, N i ,• • •) ≡ ln W
の極大値を与える分布｛N
｛ 1, N2, N3, ・・・,
Lagrangeの未定係数法を用いると、未定係数
∂F
∂f
∂h
=0
−α
−β
∂N i
∂N i
∂N i
が
F
Ni, ・・・ ｝を求めることになる。
α
と
β
を用いて、
－④
の極値を取る条件を与える。
※Lagrangeの未定係数法の根拠は以下のように説明できる。
dF = ∑
∂F
d Ni
∂N i
・・・・・ 偏微分公式より
⎡ ∂f
∂h ⎤
= ∑ ⎢α
+β
⎥dN i
∂
∂
N
N
・・・・・上記Fの極値を取る条件④式を代入
i ⎣
i
i ⎦
∂f
∂h
=α∑
dN i + β ∑
dN i
∂
N
∂
N
i
i
i
i
= α df + β dh = 0
①②③式を④式に代入して微分を実行すると、
⎡
⎤
∂ ⎢∑ N i − N ⎥
∂lnW
⎦ −β
−α ⎣ i
∂N i
∂N i
∂lnW
− α − βε i = 0
∂N i
⎡
⎤
∂ ⎢∑ ε i N i − E ⎥
⎣ i
⎦ =0
∂N i
－⑤
111
lnW
は
ln W
ln N !+ ∑ N i (1 + ln
≈
i
gi
)
Ni
－⑥
であったので、⑤式の第一項の微分を実行すると、
であったので、⑤式の第
項の微分を実行すると、
⎡
gi ⎤
⎢ln N !+ ∑ N i (1 + ln ) ⎥
Ni ⎦
i
⎣
gi ⎤
d ⎡
N
=
+
(
1
ln
)⎥
⎢ i
dN i ⎣
Ni ⎦
∂lnW
∂
=
∂N i
∂N i
= ln
∂lnW
− α − βε i =
∂N i
∴
ln
∴ ln
∴
gi
Ni
gi
− α − βε i = 0
Ni
gi
= α + βε i ∴ N i = g i e − (α + βε i )
Ni
N i g i − β (ε i −ε 1 )
= e
N 1 g1
－⑦
－⑧
2．2 電子の統計力学（フェルミ統計）
一般に、
般に N個の電子（すべて同じに見えて区別できない）をエネルギー状態、
個の電子（すべて同じに見えて区別できない）をエネルギ 状態 εi ジュールに
ジ
ルに
分布させるとき、
εi
には座席数（状態数）がそれぞれ
状態に分布している粒子数、
ないことに注意せよ。
Ni
まず、N個の粒子が｛N
まず、
個の粒子が｛ 1,, N2,, N3,,
・・・,,
gi
個 あるとした時、各エネルギー
を推測せよ。ただし、一つの座席に電子は１個しか占められ
Ni,, ・・・ ｝の分布を取る確率は次式であらわされる。
C × C
× C
× • • •× C × • • •
g N g
N g N
g N
i
i
1
1 2
2 3
3
C
∑g N
i
i
変数は分子のみにあるので、分子をWとおいて
N3,
・・・,
l W
ln
を極大とする分布
布｛N1, N2,
Ni, ・・・ ｝を求める。
ln W
=
ln( g1 C N1 ×g 2 C N 2 ×g 3 C N 3 × • • •× g i C N i × • • •)
112
ln W = ln( g1 C N1 × g 2 C N 2 × g 3 C N 3 × • • •× g i C N i × • • •)
= ln
g1!g 2 !× • • • ×g i !× • • •
N1!(g1 − N1 )!× • • • × N i !(g i − N i )!× • • •
= ∑ lng i !− ∑ ln N i !− ∑ ln (g i − N i )!
i
i
i
according to Stirling formula :
= ∑ (g i lng i − g i ) − ∑ ( N i ln N i − N i ) − ∑ {(g i − N i ) ln( g i − N i ) − (g i − N i )}
i
∴
i
i
⎧
⎫
1
∂lnW
−1
− α − βε i = − (ln N i + N i
− 1) − ⎨( −1) ln( g i − N i ) + (g i − N i )
+ 1⎬
Ni
(g i − N i ) ⎭
∂N i
⎩
= − ln N i + ln( g i − N i ) = ln
gi − Ni
Ni
=0
∴ Ni =
gi
1 + eα + βε i
−⑨
2．3 電子のボルツマン統計
フェルミ統計の式⑨はエネルギー
εiが大きいときは、ボルツマン統計の式⑦に漸近する。さ
g i >> N i
らに、
すなわち、座席数が電子の数に比 て十分大きい場合は、フ ルミ分布はボルツマン分布とな
すなわち、座席数が電子の数に比べて十分大きい場合は、フェルミ分布はボルツマン分布とな
ることを以下に示す。
W
Fermi
=
=
= g1 C N1 × g 2 C N 2 × g 3 C N 3 × • • •× g i C N i × • • •
g1!g 2 !× • • • ×g i !× • • •
N1!(g1 − N1 )!× • • • × N i !(g i − N i )!× • • •
{g1 (g1 − 1)(g1 − 2) • • • (g1 − N1 + 1)}× • • • × {g i (g i − 1)(g i − 2) • • • (g i − N i + 1)}× • • •
N1!× • • • × N i !× • • •
N
Ni
g1 1 × • • • × g i × • • •
≈
N1!× • • • × N i !× • • •
=
WBoltzman
N!
113
2．4 ボルツマン分布の温度目盛り
長さLに1次元的に閉じこめられている電子について、 j番目の状態には占有座席が
あってNｊ 個の粒子が占有しているとしてボルツマン分布関数は
gj
N j = N1
e
g1
－β（ε
gｊ
個
-ε 1）
j
と書ける。１粒子あたりの平均エネルギーが１／２β となることは以下のように導き出せる．
g j ≅ g 1 >> N j
N j ≅ N 1e
－β（ε
j
-ε 1）
とすると
−⑩
と近似でき、 2
h k n2
εn =
2m
∴
nπ
L
kn =
,
h 2π 2 2
n
εn =
2
2 mL
n = 1, 2 , 3, ...
,
−⑪
と書けるので、ここで１粒子あたりの平均エネルギーを求める。
ε
∑ε N
=
∑N
i
i
i
i
⑩式を代入すると、
i
－β（ε
∑ε N e
=
β
∑Ne
1
i
i
－ （ε
1
i
i
- ε 1）
ε
∫
=
∫
0
－
i
∞
e
－βε
∞
z2
0
β
∫
∫
∞
0
e
∞
i
e
di
－β
－β
z2
β
0
=−
[
2 mL 2
dz ,
2 2
βh π
di =
∞
di
2 －z2
0
1
−2
2
1
ze － z
2
εi =
1 ∞ －z2
e dz
1 ∫0 z e dz
1 2 ∫0
1
=
=
=
∞
∞
－z2
－z2
β
β
2β
e
dz
e
dz
∫
∫
di
Q ∫ z 2 e － z dz =
2
i
2 mL 2
z,
2 2
βh π
i≡
,
z2
β
i
i
ε i e－ β ε di
0
∴ε =
－
i
i
-ε 1）
i
∞
∑ ε e βε
=
∑ e βε
]
∞
0
∫
+
∞
0
1
2
0
[
2
]
z − 2 ze － z dz
∫
∞
0
2
e－ z dz =
114
1
2
∫
∞
0
2
e－ z dz
z2
β
また以下の気体分子運動論によるところの考察に従い，上記βの逆数が 絶対温度Tに比例し、
その比例定数がボルツマン定数となることが示される。
質量 m の粒子が右側面で衝突する際に
完全弾性衝突とすると １秒間に衝突する
完全弾性衝突とすると、１秒間に衝突する
回数は、
より、１秒間の運動量変化（力積）は
mv
密度ρとし、
x方向
一辺
L
圧力をPとすると
v
mv 2
=
2 mv ×
L
2L
2
mv
ρL3
= PL2
L
P = ρmv 2
v
2L
－⑫
⑫
－⑬
－⑭
⑭
となる。１次元方向にのみ閉じ込められているときはこの⑭式であるが、３次元の箱に閉じ込め
られているときは、
1
P = ( ρ ) mv 2
－⑮
3
となる。ここでボイルシャルルの法則を書くと
ρL3
3
RT
－⑯
PL =
A
となるので、
R
PL3 = ρL3 k BT ,
⑰
kB ≡
∴ P = ρ k BT－⑰
A
粒子の平均エネルギーを算出すると、
1
1
1
∴ ρmv 2 = ρ k BT ( = P )
∴ ε (=
) = mv 2 = k BT
2β
2
2
となり
となり、
1
∴β =
が導出される。
k BT
115
「半導体デバイスの基礎」講座講義資料
第４８版
熊本大学 衝撃・極限環境研究センター 久保田 弘
（本書は無断での複製・印刷を許可していません.）
習得目標
①
②
③
4eN
N A φ F ε Si
kT N A
+ 2φ F
但し φ F =
ln
C ox
e
ni
1
W
= g = μ n C ox (VG − VTh )
L
Ron
φ b − V pn
kT N D N A
Em = 2 ⋅
但し
φb =
ln
2
X
e
ni
VTh =
Χ=
2ε si (φb − V pn )
e
（ P型）
1
1
+
ND NA
VG
Vs
VD
Metal
Oxide
ＭＯＳ構造
n
（pn）半導体・金属
W
n
L
p
pn接合
VTh
VTh
1.5V
1.5V
Si-MOS
CASE 1
CASE 2
CASE 3
CASE 4
?
x ox
?
xox
NA
N
VTh
1.5V
1.5V
1.5V
1.5V
116
A
１．金属と半導体
e−
１．１ バンド構造
・原子の中の電子のポテンシャルエネルギ
F
Ze
原子からの距離 ｒ
クローン力：Ｆ
F=
1
4πε ο
Ζe ⋅ e
r2
エネルギー
ポテンシャル
ポテンシャルエネルギー，U
U =
− 1 Ζe
4πε ο r
電子の波動性から
エネルギーはとびとびの
ネ ギ はとびとび
r
０
原子核
Ｕ
∝
値となる．：エネルギー準位
（電子の占有する座席）
電子はひとつのエネルギー準位に１個のみ． Q クローン反発
・結晶の中のエネルギー準位
結
ギ 準
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
原子が８個
U
拡大
U
エネルギー準位が８本：バンド
エネルギー準位が８本：バンド
エネルギ
エネルギー
ギャップ
バンド：接近したエネルギー準位の束
バンド：接近したエネルギ
準位の束
結晶（原子が約１０23個）の中のエネルギー準位は，バンド構造をとる。
～１０23個のエネルギー準位：バンド
U
～１０23個のエネルギー準位：バンド
～１０23個のエネルギー準位：バンド
117
1
r
１．２ 金属と半導体（結晶）
・ 金属は電子が容易に動ける
（結晶のエネルギー準位）
第
第３バンド
電子を入れると最低エネルギ 準位
電子を入れると最低エネルギー準位
から電子が座席を占める．
U
第２バンド
バンドが満たされていない時に電圧
をかける（右図の箱を傾ける）と接近
した次の空のエネルギー準位に電子
は移って容易に動ける．
第１バンド
（満
（満たされていないバンドに電子をかける）
電 を
）
○
U
×
・ 半導体は電子が容易に動けない
電圧
（満たされたバンドに電子をかける）
バンドが満たされたときに電圧をかけ
る．空の準位がないので動けない．
U
×
×
上のバンドに電子を上げる（励起）エ
ネルギーを外から与えると，電子は
動ける電圧をかけられると容易に動
ける．
（満たされたバンドの電子を動かす）
U
○
光
電磁波
×
×
×
・金属は一番上のバンドが充満していない。半導体は充満したバンドを持つ．
118
熱
１．３ 半導体のバンド構造と電子の分布
○伝導帯（コンダクションバンド）と価電子帯（バレンスバンド）
電子が満たされたバンド：価電子帯 valence band
電子が満たされていないバンド：伝導帯 conduction band
ε c − ε v ≡ ε g ：ギャップエネルギー
シリコン（Si）結晶
ne
nh
（半導体のバンド構造）
U
～1.1eV
εc
：伝導帯にいる電子の数（密度)
：価電子帯の電子のぬけた穴（正孔,
ホール）の数（密度）
○電子の分布：座席は各原子から構成される．
そこに電子がばら撒かれたときの分布を考える.
ボルツマン確率：
但し
Δε
k
T
動ける
動ける
エネルギー
ギャップ
εv
×
動けない
×
動けない
e − Δε / kT
はエネルギー差
は（ボルツマン）定数
U
は絶対温度
大きな教室で生徒（電子君）たちが講義
を聞いている。前の方の席は先生にあて
られそうなので安心できない（不安定＝
（ボルツマン統計）
教卓
エネルギーU が高い）。その結果3番目
グループと最後列グループは満杯で2番
目グループはいくつか空席があり、最前
列グループには空席が目立つ。最前列
机・座席
最前列グループ
2番目のグループ
グループの電子君の数をn1，，2番目のグ
ループの電子君の数をn2とし，最前列グ
3番目の
グループ
ループの座席の数N1，2番目グループの
座席の数をN2 とすると
n1 N1 − Δε / a
=
e
n2 N 2
最後列の
グループ
電子君
の関係を想像できる。 a は定数（エネルギーの目盛り）で電子の場合は
前列，２，３，最後列それぞれのグループのエネルギー差である。
119
kT
。
Δε は最
U
（伝導帯内の電子の分布）
最前列の中の電子の数
次に最前列の中の机に座っている生徒
（電子君）の分布を考える。
最前列の中の電子の数
∝e
−U
kT
教卓
１
２
３
４
最前列
４
３
２
１
最前列の中の机の列
（エネルギー
U ：前にいくほどエネルギーが高い）
最前列を伝導帯，2番目の列を
U
（電子とホール）
総数
ne = 6
価電子帯と見なせる。右図で
n e = 6, n h = 6
n =6
であり， e
個が伝導帯の中
に分布し，上へ行くほど少なくなって
いる。
εc
電子の数
εv
○電子とホール
伝導帯の電子が動けるのと同じように，価電子帯
のホールも動ける。ホールは電子がぬけた穴なの
で，電荷の符号は ⊕である。ホールのエネルギー
の増加方向は電子の丁度逆（下向き）になる。半導
体の電流の担い手は電子とこのホールの２種類で
体の電流の担い手は電子とこのホ
ルの２種類で
ある。
U
εc
εF
？
○電子全エネルギーの特徴量：フェルミエネルギー，
電子の数は1023個程度という大きな数なので，右
図では存在確率で表した。絶対零度の温度では
価電子帯は１,伝導体は０である。温度が上昇する
,
と点線のように変化する。これも教室の生徒（電子
君）たちの座席の占有の仕方で想像してみよう。
120
（フェルミエネルギー）
εv
０
電子の存在確率
１
ε
ある温度における電子全体のエネルギーの代表値としてフェルミエネルギー、 F
を定義する。
ε
F
の定義：
ne = N c e
nh = N V e
ε
－（ ε
ｃ
-ε
Ｆ） kT
－（ ε
F
-ε
V ） kT
①
②
で定まる F をフェルミエネルギーと定義す
る。 N c ， N V は有効状態密度と呼ばれる，準位
の数（座席数）に関係した物性定数である。
伝導体の電子は全て価電子から上がってでき，
価電子帯にホールが残された場合には
n
e
= n
より ① ②式より
より，①，②式より
εF＝
h
εF は
ε ＋ε
C
2
V
＋
N
kT
ln V
2
NC
③
ε
となる。絶対０度のときの F は丁度、
エネルギーギャップの中央に位置する。
・真性半導体
ne = nh
の条件を満たす半導体、すなわち伝導帯の電子はすべて、価電子
帯から生まれるものを真性半導体（ｉnｔｒｉnｓｉｃ ｓｅｍｉｃｏnｄｕｃｔｏｒ）と呼
ぶ。これは混入異物のないきれいな結晶において達成されるが、現
実には不純物があって
ne ≠ nh
である。真性半導体におけるフェルミエネルギー
数（密度）を
と書く
と書く。
i
e
h
n = (n = n )
121
εF
を特に
εi
，
２．半導体の電気特性
(半導体のεｇの算出）
２．１真性半導体の電気特性
ne = n h = ni
ln n i
傾きが
傾
εg
より①，②を使って
2
ne × n h = ni = N C N V e
－ε g
kT
に対応
④
－ε
∴
2
n i = N C N V e g 2 kT
となる。 n i を観測する手法としてホール
効果測定という手段があり、その n i の対
1/T
④´
数を温度の逆数に対してプロットすれば、傾
きから
g が求まる。
ε
２．２不純物半導体（p，n型半導体）
ne ≠ nh
Ｓi原子は４つの結合の手（電子）を持つⅣ
族元素。隣合う原子と互いに２個の電子を
共有して結合している。この電子が価電子
帯の電子である。この電子を動かすために
は、 g 以上のエネルギーを与える必要が
ある （真性半導体）
ある。（真性半導体）
ε
・n 型半導体
Ⅳ族のＳｉに対して１つの結合の手（電子）
の多いⅤ族の不純物（例えばリン、p）を混
ぜると、余った電子は結合に寄与していな
いので 室温のエネルギ で容易に動き回
いので、室温のエネルギーで容易に動き回
れる。この状態をバンド図で書くと右のよう
になる。このような不純物を混入した半導
体を不純物半導体、特に電子を生み出す
意味でn型半導体という。n型を作る不純物
をドナーという。
をドナ
と う。
122
（不純物半導体の結合）
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
p
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
e
Ｓｉ
h
Ｓｉ
B
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
U
（n型半導体のバンド図）
εc
εv
ドナー
（p型半導体）
○p 型半導体
U
Ⅳ族のSiに対して１つ結合の手（電子）が少な
いⅢ族の不純物（例えばホウ素 B）を混ぜると
いⅢ族の不純物（例えばホウ素，B）を混ぜると，
近くの価電子が室温の熱エネルギーで容易に移
動してくることができる。移動してきた電子の元
の場所にはホールができるので，ホールが実効
的に動き回ることができる。p 型を作る不純物を
アクセプタという。
○不純物半導体 電気特性
○不純物半導体の電気特性
U
εc
アクセプタ
εv
○
○
（p型半導体＠０ K）
〇
（p型半導体＠室温）
εc
εv
U
アクセプタ
アクセプタ
U
（n型半導体＠室温）
導体 室
εc
ドナ
（n型半導体＠０ K）
〇
εc
ドナ
εv
εv
n型半導体のドナの数（密度）をND，伝導
(n )
帯の電子の数を ne ，価電子帯のホー
(n)
ルの数を nh とする。
ne
(n)
≠ nh
ln ne
(n)
(n)
不純物半導体
ND
である。 Q 伝導帯の電子は価電子から上がっ
てきたもののみではなく，ドナから上がったものもあ
(n )
るため。 ne の温度特性はおおよそ右の図のよう
になる。
123
真性半導体
１／T
高温度領域ではドナからは電子が出払って価電子帯から上がって来るので温度特性
真性半導体と は同じである。中温度領域（室温付近）ではドナより上がる電子ばかり
であるので
（n型半導体＠室温の
フェルミエネルギ ）
フェルミエネルギー）
U
(n)
ne ～ N D
εc
εi
εv
⑤
低温度領域では徐々にドナに電子が
もどる。
(n)
n型半導体のフェルミエネルギー, ε F
も真性半導体の時と同様に①,②式で定
義される。
－（ ε ｃ -ε Ｆ( n ) ）
(n)
kT
e
c
=N e
n
nh
ε F (n)
(n)
= NV e
－（ ε
F
(n)
-ε
①´
V ） kT
②´
(n)
より定まる ε F
がn型半導体のフェル
(n)
ミエネルギーである。 ne > ni であるの
(n)
> ε i となる。①´×②´を辺々
で εF
おこなうと,
－ε g
(n)
(n)
e
h
C
V
2
i
n
×n
⑤ ⑦式より
⑤，⑦式より
=N N e
=n
nh
(n)
kT
⑥
⑦
2
n
= i
ND
またn型半導体における伝導帯の電子を多数キャリア，価電子帯のホールを少数キャリ
ヤと呼ぶ。p型半導体においてもアクセプタの数（密度）をNAとして同様にまとめると，
多数キャリヤ
（室温）
p型
種類
数（密度）
ホール
nh
n型
電子
少数キャリヤ
種類
電子
( p)
(n)
～ NA
ne ～ N D
ホール
124
εF
数（密度）
ne
nh
( p)
(n)
2
n
= i ε F ( p) < ε i
NA
2
ni
=
ε F (n) > ε i
ND
３． pn結合
U
U
（p型半導体＠室温）
εc
（n型半導体＠室温）
εc
ε F (n)
ND
ε F ( p)
NA
εv
εi
p
n
εv
接合を形成すると
１ｓｔ
：電子がn型からp型へ移ってp型のフェルミレベルを上げる。
２ ｔ
２ｓｔ
：ホールがp型からn型へ移ってn型のフェルミレベルを下げる。
げ
３ｒｄ
U
：フェルミレベルが同一となる。
p型
ε F ( p) = ε F (n) = ε F
n型
＋の空間電荷
ε c ( p)
εF
ε c((np))
εv
p
ε v (n)
n
－の空間電荷
中性
－
中性
＋
空乏層：キャリヤがいない。
（ｄ ｌ ｔｉ
（ｄｅpｌｅｔｉｏn
ｌ
ｌａｙｅｒ）
）
φ
３．１ ビルトインポテンシャル、 b
接合形成時にできるポテンシャルエネルギーの段差をビルトインポテンシャル
という。
eφ b = ε C
( p)
− εC
⑤と①´式より
N D = N ce
(n)
－（ ε
(n)
ｃ
(= εV
−ε
Ｆ
( p)
(n)
）
− εV
kT
125
(n)
)
⑨
⑧
同様に
N A = NV e
－（ ε
⑨⑩式および⑧式より
N D × N A = N C NV e
F
( p)
-ε
－（ ε
C
V
( p)
(n)
-ε
となるので
ε
(n)
C
−ε
( p)
V
= kT ln
また、⑥、⑦式より
ε g = kT ln
ところで
eφ b ≡ ε C
( p)
⑪⑫式より
φb =
となる。
− εC
）
kT
V
－⑩
⑩
( p)
）
kT
N C NV
ND N A
－⑪
N C NV
2
ni
(n)
－⑫
= ε g − (ε C
(n)
− εV
kT
N N
ln D 2 A
e
ni
( p)
) より
－⑬
⑬
３．２ 空乏層の広がりと接合容量
（pn接合の容量）
n側に ＋ 、p側に － の電荷が蓄積
され、空乏層の中に働ける電荷はいな
いので、空乏層は丁度コンデンサーを
形成していると考えられる。
このコンデンサーにおいて、両極にあ
る電荷量は等しので
ND xn = NA xP
NA
ND
－ ＋
＋＋
－－
－ ＋
p
－
－
－
－
＋
＋
＋
＋
n
１
－⑭
− xp
0
空乏層
である。
126
１
xn
・コンデンサーの電界
Ｖボルト
（平板上の電荷の作る電界）
－
＋
＋
＋
＋
＋
＋
－
－
１
Ｘ
－
A
＋
＋
－
＋
１
＋
＋
－
＋
－
＋
＋
＋
＋
＋
＋
１
−Q
+Q
+Q
十分広い平板上の上に＋Qクーロンの電荷が一様に分布している時、平板外のある点
Aでの電界は、クーロンの法則で定まる各電極からの力のベクトル総和である。平板が十
分に大きければ、その電界の向きは平板に垂直になり、その電界の大きさもどこでも等し
い値となる。
電気力線は電界の向きに取り、その断面積密度、Dは電界の大きさEとD＝εEとなるよう
に引く。また電荷＋１クーロンより、1本の電気力線を出すこと（－１クーロンであれば1本
の電気力線を引き込む）により、結局平板から垂直に両側へトータルQ本の電気力線を出
すことになる。
点Aにおける電界Eの大きさは、
E=
D Q
=
ε 2ε
⑮
となり、その向きは平板に垂直で外向きである。－Qクーロンの電極の場合、電界の向き
が平板に向かうことが異なり、他は全く事情は同じである。
平行平板の片側に＋Q,もう一方に－Qの電荷が分布している時はこの議論を進めて合
成すればよい。平行平板の間では、＋Qの作る電界が左向きであり、－Qの作る電界も左
向きであるのでトータルで
E=
Q Q Q
+ =
2ε 2ε ε
⑯
となる。平行平板の外側では＋Qの作る電界と－Qの作る電界の大きさが同じで逆向き
であるため電界は存在しない。
平行平板の外側の E =
Q Q
- =０
2ε 2ε
127
１
（空乏層の電荷分布と電解）
・空乏層の電界
Ｘ>０のx´における電界を考える。
右の電極から左方向に電気力線の数は、
－
－
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
－
－
－
＋
＋
＋
＋
－
－
－
＋
＋
＋
＋
＋
＋
１
n
− xp
eN x´
− D 本
2
傾き； e
N D xn + N A x P − 2 N D x´
本
2
0
xn
x´
χ
傾き；− e
NA
ε
Em = e
ND
ε
N D xn
N x
=e A P
ε
ε
E ( x)
となるので、x´における電界 E (x ' )
E ( x' ) = e
＋
p
である。トータルx´における電気力線
の数は、
e
－
＋
＋ ＋
＋
左の電荷によって左向きに走る電気力
線の数は、
2
－
－
－
＋
eN D(xn − x′)
本
2
eN A x p
－
－
は、
N D xn + N A x P − 2 N D x '
N ( x − x' )
=e D n
2ε
ε
⑰
⑭
となる。同様に、x<０ の x´ についても
E ( x' ) = e
N D xn + N A x P + 2 N A x '
N ( x + x' )
=e A P
2ε
ε
⑱
⑭
となる。
⑰式、⑱式を図に描いた。空乏層における最大電界 E m は丁度接合部（x＝０）で
Em = e
N D xn
N x
=e A P
ε
ε
となる。
128
⑲
１
・空乏層の広がり
X =xn + xP
xn , xP は⑭式および下記の式から求まる。
∫
xn
−xP
E(x' )dx' = φ b
⑳
左辺は E ( x ) の三角形の面積にあたるので、
(xn + xP) e
NDxn
=φ b
2ε
21
ND xn = NA xP
21
と⑭を連立して解いて xn , xP を求める。
(xn +
⑭
21
に⑭を代入して
N x
ND
xn) e D n =φ b
NA
2ε
これを解くと、
xn =
⑭より x P =
2ε φ b
１
・
N
e
N D (1 + D )
NA
22
ND
xn より結局
NA
xn + xP (≡ X) =
2εφ b 1 1
・ +
e
ND NA
となる。
129
23
3.2 pn 接合の整流特性と空乏層
・整流特性
p側にもn側にも電圧をかけない
状態からp側に プラス（+） 電圧を
、n側にマイナス（－） 電圧を印加
した状態を順バイアス状態
[Vpn>0]と呼ぶ。その逆を逆バイ
アス状態[Vpn<0]と呼ぶ。
順バイアス状態の時は、p側に
プラス電圧が印加されるので、p
側の電子のポテンシャルエネン
ルギーは下がる。n側にはマイナ
ス電圧が印加されるので n側の
ス電圧が印加されるので、n側の
ポテンシャルエネルギーは上がる
。結局、右図（順バイアス時のpn
接合のポテンシャル）のようにな
る。この際､n側の伝導帯にある電
子のうち、p側の伝導帯より大き
いエネルギーを持つ電子は急激
に増加し､電子はn側からp側に一
挙に流れる。電圧がビルトインポ
テンシャル eφ b と等しくなった時
、p側とn側は導通状態となる。こ
の事情は 側のホ ルについても
の事情はp側のホールについても
同様であり､ eφ b 以上の順バイア
ス電圧下でp側からn側にホール
による電流が流れる。
（pn接合のポテンシャル）
p型
U
n型
eφ b
εF
電子の数
− xp
0
xn
x
Em
E (x)
（順バイアス時のpn接合のポテンシャル）
U
p型
n型
e(φb − V pn )
電子の数
+ eV pn
− xp
xn
Em
x
E (x)
（逆バイアス時のpn接合のポテンシャル）
（逆バイアス時の
接合のポテンシ ル）
p型
n型
U
e(φb + V pn )
逆 イア 時はp側
逆バイアス時はp側にマイナス
イナ
電圧、n側にプラス電圧がかかる
ので、n側の伝導帯からp側の伝
導帯へ向かって越えて行く電子
はほとんどなく、電流が流れない
。
・空乏層の動く様子
空乏層の広がり X ≡ x n + x p
は 21 式と⑭式によって定まった
が
− eV pn
電子の数
− xp
xn
Em
E (x)
130
x
バイアス状態においても⑭式の関係式は保たれる。 21 式は空乏層にわたるポテンシ
ャルの差が φ b であることを意味していたので､バイアス時には次のようになる。
であることを意味していたので バイアス時には次のようになる
（順バイアス時 [ V pn >0] ）
( xn + x p ) ×
e ⋅ N D xn
= φb − V pn
2ε
21 ´
（逆バイアス時[ V pn <0] ）
( xn + x p ) ×
e ⋅ N D xn
= φb − V pn
2ε
21 ´´
バイアス時には電界E のX に対する傾きを維持しながら上式の右辺のバイアス分だ
け三角形の面積が増（逆バイアス時）減（順バイアス時）することになる。
結局、n側に対するp側の電圧を
X ( ≡ xn + x p ) =
V pnで表すと､
2ε (φ b − V pn )
e
1
1
+
ND N A
22 ´
となる。すなわち、順バイアス時には空乏層は狭く、逆バイアス時には広がるととも
となる
すなわち
バ
時
空乏層 狭く 逆バ
時
広がるととも
に、接合部にかかる電界，Em も大きくなる。⑳式で考えた時と同じように三角形の
面積が
φ b − V pn
となるので
となるので、
X ⋅ Em
= φ b − V pn
2
結局､
Em =
2(φ b − V pn )
X
となる。上式で逆バイアス時にはV pn は負の値を取ることに注意せよ。
シリコン（Si）ではおよそ、3×105 V／cmで絶縁破壊が起き､ E mの値がこの値を超えると
絶縁破壊を起 す
絶縁破壊を起こす。
131
３． pn結合における整流特性
n層にある多数(majority)の電子のうちあるものは確率的に φ b を乗り越えてp層へ行く．こ
の乗り越えた電子はp層の多数(majority)のホールと再結合して消滅する.この電子の流れ
を，
◎ 再結合電子電流(recombination current)；
Ir
と呼ぶことにする．一方，p層内にも熱的に励起された少数(minority)の電子が存在しこれ
は接合部の付近までに拡散すると φb を駆け下りてn層へ行き，安定化する．この電子の
流れを，
◎熱生成電子電流(generation current)；
Ig
と呼ぶ．ホールにおいても全く同じである．熱平衡状態すなわちバイアスをかけない状態
V pn = 0 [V ]
では，
Ir
V pn = 0
= Ig
V pn = 0
−①
である．
U
p型
Ig
ε c ( p)
V pn = 0
Ir
n型
V pn = 0
U
eφb
ε c (n)
電子の数
0
εF
ε v ( p)
ε v ( n)
電子の分布はボルツマン確率で分布していると考えられるので比例乗数を A として,
Ir
V pn = 0
∞
= ∫ Ae
− ε / kT
eφ b
[
dε = − kTe
]
− ε / kT ∞
eφ b
= kTe − eφb / kT − ②
となる．ただし
εc(n)
バイアス V pn 時では
Ir
を原点として電子のエネルギー U を表している．
V pn
∞
= ∫eφ
− eV pn
b
132
Ae
− ε / kT
dε
[
= − kTe
= Ir
Ig
]
− ε / kT ∞
eφb − eV pn
= kTe
− ( eφb − eV pn ) / kT
V pn = 0 eV pn / kT
e
はバイアスに影響を受けないと考えられるので、
Ig
V pn =0
より
∴ Ir
V pn
= Ig
V pn
= Ig
V pn
e
eV pn / kT
∴ I pn = I r
V pn
− Ig
V pn
(e
eV pn / kT
= Ig
V pn
= Ig
V pn
e
eV pn / kT
− Ig
− 1)
I pn
0
Ig
V pn
V pn
133
V pn
４．MOS構造
（MOSトランジスタの構造）
４．１ 動作の概要
右図のような構造でドレイン側に
正の電圧，VD を印加しても電流
は流れない。なぜならば，p型基
板とドレイン間は逆バイアスと
なっているからである。
Source
（ソース）
Gate
（ゲート）
Drain
（ドレイン）
Metal
ここでゲート，G に正の電圧，VG
を印加すると，事情が異なる。
ゲートは金属（あるいはポリシリ
コン）でできており その下に絶
コン）でできており，その下に絶
縁層として酸化物の膜を通じてp
型基板に接続されている。この
金属（Metal）－酸化物（Oxide）
－半導体（Semiconductor）でコン
デンサーを形成している。（MOS
構造）
Oxide
n
n
p
（MOSトランジスタの電気特性）
ID
VG 大
ID
VG = 0
0
VTh
空乏
0
VG
VD
反転
正の電圧， VG をゲートに印加すると，p型基板の中の少数キャリアである電子が酸化物
直下に集められ，同時に多数キャリアであるホールは，直下から遠ざかる。その結果，
酸化物の直下は実効的にn型となり（n－チャンネルと呼ぶ），n型のドレイン－nチャンネ
ル－n型のソース間で導通し電流， I D が流れ始める。この I D が流れ始める時の VG
の値をしきい値電圧，VTh と呼ぶ。 0 < VG < VTh を空乏状態， VG > VTh を反転状
態と言う。
134
（理想MOSのバンド構造）
４．２ MOS構造の表面電位と表面電荷
U
・空乏状態
ε
εC
εF
εi
εF
εV
(M )
金属
酸化膜
ゲ トに の電圧をかけると金属と
ゲートに正の電圧をかけると金属と
(M )
フェルミレベル， ε F
は VG だけ下
がる。p型半導体の電子が表面（酸化
膜と半導体の界面）に出，また表面に
いたホールが消えることで空間電荷
が生じて半導体のバンドが下に曲が
る。このホールの移動は， F が平
坦になるまで続く。バンドの曲がり量を
φSと定義。
表面ポテンシャル，
p型半導体
（空乏状態のバンド構造と表面電位φS）
・反転状態
U
さらにVGを大きくするとより多くのホ
ールが移動し，ますます界面のバン
ドを曲げる。酸化膜と半導体の界面
では，
ε F＞ ε i
eφS
εi
εF
εV
+ eV
VG
となり，実効的に界面が n型化する。
この時，ソースとドレインは導通する。
・しきい値 VTh
（反転状態のバンド構造）
U
空乏状態から反転状態に変化する境
目を
eφS = 2(ε i - ε F )
で定義する すなわち界面における
で定義する。すなわち界面における
εi
と
εF
の関係が元のp型基
+ eVG
板と同じ位に n型化した時が閾値に
対応すると定める。
135
εi
ε
ε VF
ここで eφS = 2(ε i - ε F ) の右辺の ε i - ε F ( ≡ eφFと定義 ) の値がアクセプタ濃度
によりどう表せるかを導く。 i は，③式より
ε
εi =
p型半導体の ε F
ε C + εV
2
+
( p)
kT
N
ln V
2
NC
③
は真性半導体の時と同様に①，②式で定義される。
ne
( p)
nh
= NC e
( p)
− ( ε C −ε F ( p ) ) / kT
①´´
− ( ε F ( p ) −ε V ) / kT
②´´
= NV e
より定まる ε F ( p ) がp型半導体のフェルミエネルギーである。室温で，
( p)
A
h
≅N
n
より，②´´の対数をとると，
ε F ( p ) = ε V + kT ln
NV
NA
24
となる ③と 24 より，p型半導体では
となる。③と
より p型半導体では
ε i − ε F ( p) =
となる
となる。
ε C − εV = ε g
ε C − εV
2
+ kT ln
であるから④式から
25 式に代入すると
ε − ε F ( p ) = kT ln
i
NA
NV
ε g を求めて
を求め
NA
ni
26
( p)
となる よ
となる。よって，
eφS = 2(ε i - ε F )より
φS =
2 kT N A
ln
e
ni
27
とする VG がしきい値， VTh と理解できる。
136
NV
NC
25
x
次に空乏層の巾， d を求める。
x´> 0 における電気力線を数える。
酸化膜と金属の界面には eN A・xd
の電荷があるので，そこからの右向き
電気力線は
eN
N A xd
2
x
本。
x´
が０から までの電荷に向かって
る左向き電気力線の数は
eN A x´
2
x´を 横切
本
本。
− xox
x が x´から xdまでの電荷に向かっ
て x´を横切る右向き電気力線が
eN A ( xd − x´)
2
合計すると
線の数は
eN A xd
ε si
本。
x´における右向き電気力
eN A ( xd − x´)
となる。よって電界
E
0 x´ xd
E
eN A xd
ε ox
本。
は
eN A ( xd − x´)
ε si
， 但し
0 < x´< xd
となり図のように書ける。また半導体と酸化膜の界面の電気力線の数は等しいので，前式
のx´ を０にし誘電率を酸化膜のものに変える。酸化膜中では電界は
eN A xd
ε ox
となる 酸化膜中の電界は 定と考えられる
となる。酸化膜中の電界は一定と考えられる。
xd
VG = ∫ E ( x´) d x´ + ∫
0
0
− xox
VG は
E ( x´) dx
すなわち図中の三角形と長方形の面積となるので、
137
x
VG =
1 eN A xd ⋅ xd eN A xd xox
+
2
ε Si
ε ox
28
となる。この第１項は
なる。
第 項は φ S に等しいはずで，
等し はず ，
1 eN A xd ⋅ xd
= φS
2
ε Si
となる。この関係と
27 式より
29
xdが定まるという意味がある。
2ε Si φ S
eN A
xd =
30
で、x d が定まる。この 30 式と 29 式を 28 式へ代入すると，
VG = φ S +
となる。バンドの曲がり
φS
2eN A ε S iφ S
ε ox
2
xox
31
がゲート電圧 VG によって生まれる関係を表している。
この式を用いて，空乏層から反転層にいたるVG のしきい値電圧は，
eφ S = 2(ε i − ε F
(P)
) のときの電圧であるので，
のときの電圧であるので
2(ε i − ε F
VTh =
e
(P)
)
+
となる。ここで eφ F ≡ ε i − ε F
VTh =
4 N A ε Si (ε i − ε F
2
ε ox
(P)
φF =
)
xox
32
と表すと
4eN A φ F ε Si
xox + 2φ F
2
ε ox
但し φ F は 26 式より
(P)
33
kT
N
ln A
e
ni
である。ここで単位面積あたりの平行平板コンデンサーの容量は
（誘電率） ／ （極板間距離）であるので酸化膜の容量を C ox とおくと
VTh =
4eN A φ F ε Si
+ 2φ F
C ox
138
33´
４．３ チャンネルコンダクタンス，g
・空乏状態から反転状態へ至る電荷の分布
ゲート電極上にある電荷量をQG，とすると空
（空乏状態（ VG
QG
< VTh ）の電荷と電場）
電荷の数密度
乏状態では
QG = + eN A xd
34
NA
である。ゲート電圧，VG を増やすと 31 式に
従って φ S が増加し，それに伴って 30 式に
従って x d が増加する。 VG の増加に伴う
電界，E と電荷密度の動きを右図中の
で示す。正確には， QG にはその他にp型半
導体から吸い寄せられた電子が酸化膜とp
型半導体の界面に存在する分が上乗せさ
れるはずであるが，それはまだ反転層を形
成していないために，N A x d より十分に小さ
いものと考える。
・反転状態の電荷分布
反転状態の電荷分布
xd
0
E
< VTh ）の電荷と電場）
電荷数密度
QG
n1
− Q1 = en1 x1
NA
35
− xox
である。 VG を増やすとこの
x
30 31 式
（反転状態（ VG
反転状態に至ると，酸化膜とp型半導
体の界面に N Aよりも大きい（電荷）電
子が現れる。この反転層（チャネル）の
深さを x1 とする。チャネルの単位深さ
あたり 電荷数密度をn 1とし，チャネ
あたりの電荷数密度を
とし
ネ
ルの電荷量を Q1 とすると
Q1 = − en1 x1
− xox
×
0 x1
xd ma x x
×
eN A xd ma x
ε Si
eN A xdma x − Q1
ε ox
E
139
Q1 が増加してQG が増加する。Q1の増加は著しいためにゲート電極上の QGに補給され
た電荷から出る電気力線はすべてQ1の増加した電荷に食われ（遮蔽効果）てしまい
空乏層へは届かない。その結果， xdの増加はなく空乏層の深さは一定となる。この時
の x d を xd ma x と書くと，反転状態にいたるしきい値の時のx d が xd ma xであるから，
30 式に φ S
= 2φ F を代入して
xd max =
4 ε Si φ F
eN A
36
となる。よって，反転状態では
QG = − (Q1 − eN A xd ma x )
37
となる。酸化膜内の電界は誘電率 ε ox で割って
E ( x) =
eN A xd ma x − Q1
，但し
ε ox
− xox < x < 0
38
となる。
・反転状態のゲード電圧，V G
こうして求めた E (x )を x に対して図に描き，長方形と三角形の面
積の和をとれば，VG が求まる。
VG =
eN A xdma x − Q1
ε ox
1 eN A xdma x
xox +
2
ε Si
2
− Q1 xox eN A xdma x xox 1 eN A xdma x
=
+
+
ε ox
ε ox
2
ε Si
36 式を代入し，
33 式と比べると
VG =
=
− Q1 xox
+ VTh
ε ox
− Q1
+ VTh
C ox
140
40
2
39
・チャンネルコンダクタンス，g
ソースドレイン間のコンダクタンス，g
を求める。g は抵抗の逆数であるので，
g=
1 W x1
σ
=
R
L
41
である。但し σ は伝導率である。
電流密度をJ 電界をEとすると
電流密度をJ，電界をEとすると
J = σE
ＭＯＳ
構造
n
v
E
p
pn接合
（電流密度 J ）
1
V
43
ne
v
E
を
n
L
42 43 式より
となる。
W
42
=J
σ = ne e
VD
Metal
Oxide
（pn）半導
体・金属
体
金属
の関係がある。電子の速度を v ，
数密度をne とすると，ene v は単
位時間（1秒）に単位面積を通過す
る電荷量，すなわち電流密度とな
るので，
ene v
VG
VS
1
44
μn
と書き，モビリティー（移動度）と呼んでいる。
チャンネルでは 41 式より
g=
W
⋅ n1 x1eμ n
L
チャンネル
x1
となる 35 40 式より
となる。
g=
n1
W
L
W
W
⋅ ( −Q1 ) μ n = ⋅ C ox μ n (VG − VTh )
L
L
となる。
141
45
４．４ MOSトランジスターの動作の詳細
（MOSトランジスタの動作）
・線形領域
ゲート電圧，
ゲ
ト電圧 VG を増加させるとV
を増加させると G＝VThに
おいて半導体表面にチャンネルが形成され
ソース～ドレイン間が導通することを前述し
た。VG＜VThではチャンネルが形成されない
ためにドレイン電流は流れない。この領域を
遮断領域という。
VG＞VThのあるゲート電圧でドレイン電圧，
のあるゲート電圧でドレイン電圧
VDを増加させるとドレイン電流，IDも増加す
る。
VG 大 > VTh
ID
VG 小 > VTh
線形領域
VG < VTh
0
V
遮断領域 D
その傾きは 45 式で示したチャンネルコンダク
タンス，g によって
I D = gV D =
W
C ox μ n (VG − VTh )VD
L
46
（線形領域におけるチャンネル）
と書ける。この式で記述できる領域を線形
領域と呼んでいる。
G
S
線形領域では半導体の表面に深さx1でソー
スからドレインにわたって一様にチャンネル
（反転層）が形成される。（P22の下図）。
さらにVDを増加させると，事情が少し異
な てくる それはドレイン電圧VD がチャン
なってくる。それはドレイン電圧V
ネル部の電位に影響を及ぼすからである。
今，半導体基板の表面のソースとの境界に
原点をとり，チャンネル深さ方向を x，ドレイ
ン方向を y とする。ソースと基板は接地し
ているものとする。
D
チャンネル
n
n
p
（ VD が増加した時のチャンネル）
G
S
D
・
0
チャンネル
n
n
p
x
142
y
（チャンネル電位）
半導体表面のチャンネルの電位
をV(y)と書くと，V(y)はソースで 0ボ
ルトであり ドレインに向かって電子
ルトであり，ドレインに向かって電子
が流れるので電位が増加してドレ
イン（チャンネル長，L）でVDとなる。
その様子を右図に示す。
V(y)
VD
あるy1における微小MOS構造に
ついて考察する。VGがVThより大き
い（ VG ＞ VTh ）条件下では，チャン
ネルの電荷量，Q1は 40 式，
− Q1
VG =
+ VTh
C ox
V(y1)
0
y1
VS＝0
y
VD
40
x1
xd max
n
n
となるので これより
となるので，これより
− Q1 = C ox (VG − VTh )
L
VG
p
47
微小MOS構造
となる。これはドレイン電圧の影響
すなわちチャンネル電位V(y) を考
慮していなかったので，考慮すると
y1においては
− Q1 = C ox {(VG − VTh ) − V ( y1 )}
とすればよい。これを右図に示す。
y1における深さ方向（ x 方向）の様子
をP22の下図で考察する 今 VDが増
をP22の下図で考察する。今，V
加してもVG＞VThであるので x d max
は固定されている。（ 36 式参照） NA
も変化しないので半導体内の深さ方
向（ x 方向）の電界E の分布も変化
しない。
48
（チャンネル電荷分布）
− Q1
C ox
VG − VTh
48 式
VD
VD増加
VG − VTh − VD
0
143
y1
L
y
VDが増加すると，Ｐ２６の下図のようにチャ
ンネル電荷分布のドレイン端（y=L）の点が
下がるので，それとともにV（ｙ1）も減少し ，
（チャンネル深さの分布）
χ１
48 式に従ってＱ も減少する。
１
Ｑ１が減少するとＰ２２の下図の酸化膜中の
電界 が減少する
電界Ｅが減少する。
またＱ１の減少とともにｎ１，χ１ が減少する。
０
チャンネル深さ，χ１の分布を右図に示す
y
Ｌ
が，直線で表されるかどうかは定かではな
n
い。
n
チャンネル反転層
Ｐ
・ＭＯＳトランジスタの動作特性
y1における電流，I（ｙ1）は 42 44 式より
Ι (ｙ1 ) = J ⋅ x1 (ｙ１) ⋅ Ｗ
= σ Ε (ｙ１) ⋅ χ 1 ( y1 ) ⋅ W
= n1 ( y1 ) eμ n Ε ( y1 ) χ 1 ( y1 ) ⋅ W
49
3５ 式より
Ｑ1 ( y1 ) = − en1 ( y1 ) ⋅ χ 1 ( y1 )
144
50
より
I ( y1 ) = −Q1 ( y1 ) ⋅ W ⋅ μ n ⋅ E ( y1 )
51
となる。 51 式に 48 式を代入し
I ( y1 ) = C ox {VG − VTh − V ( y1 )}⋅ W ⋅ μ n ⋅ E ( y1 )
52
となる。これはチャンネル電荷が寄与する電流である。ところで近似的にあるいは平
均電界は
E ( y) =
VD
L
53
より
I ( y1 ) =
W
C ox μ n {VG − VTh − V ( y1 )}VD
L
54
となる。チャンネル電荷が寄与する電流の総量はこのI(y1)のy1=0～Lまでのすべての
和（右下図）になるので，右図 I(y)－y 特性中の台形の面積を求めればよい。それをL
で割った平均がドレイン電流 ID となる。
ID =
W
1 2⎫
⎧
C ox μ n ⎨(VG − VTh )VD − VD ⎬
L
2
⎩
⎭
となる。実際はドレインに流
れる電流はyに対してどこで
も一定であるから
I(y)
IDL= （台形の面積）
と考えてもよい。
55
C oxWμ n
{VG − VTh }VD
L
C oxWμ n
{VG − VTh − VD }VD
L
I(y1)
0
y
L
y1
n
VD
I(y1)
ID
I(０)
n
p
145
(I D～VD 特性 )
55 式のIDをＶDの関数として右図
1W
2
C ox μ n (VG − VTh )
2 L
ＩＤ
にトレースした。ＶＤ＝ＶＧ－ＶＴｈの
時に最大値をとる放物線となる。
55 式
ＶＤ＞ＶＧ－ＶＴｈ の領域で本当に
ＩＤは減少するのだろうか？
ＶＤ＞ＶＧ－ＶＴｈの領域では
VG − VTh − V D < 0
56
０
VG − VTh
VP
（飽和領域でのチャンネル）
であるので，48式の右下図を参照
すると－Ｑ１ が負の部分がチャン
VG
ネルの中に現れる，すなわちチャ
VD
ンネルの形成されない部分が出
↓↓↓↓
出発点としており反転層チャンネ
↑↑↑
ピンチオフ点
てくる。そもそも， 55 式は 40 式を
チャンネル
n
ルが形成されることを前提として
いるため，この 55 式は 56 式
の領域では使用できない。
よって 55 式は太線で示した部分
n
p
にのみ適用できる。 56 式の領域
空乏層
について次に考察する。
・飽和領域
ＶDが増加してＶＧ－ＶＴｈ＝ＶＤとなった時，y＝ＬにおけるＱ１は０となる。（Ｐ２６下
図参照）これはドレイン近傍の半導体表面（
表
χ～０，
χ
， y ～Ｌ）において
146
半導体表面が空乏化したままで，反転層チャンネルが形成されないことを意味する。
この現象をピンチオフと言い，その境界線をピンチオフ点と呼ぶ。VDがさらに増加す
ると，ピンチオフ点はソース側へ移行する。ピンチオフ点とドレイン間の電界はソース
からゲートに向かうようになる。ピンチオフ前にはゲートからチャンネルに向かって酸
ゲ
う う な 。
前
ゲ
酸
化膜中に存在していた電界は，ピンチオフ後には逆向きとなる。p29の下図中に電気
力線と電界の向きを矢印で示した。次にピンチオフ点が出現した後のID～VD特性を
考察する。
チャンネル反転層の中をドレインに向かって動く電子は，ピンチオフ点に到達後ドレイ
ン近傍の空乏層に存在する強い電界でドレインに吸い込まれる このときのドレイン電
ン近傍の空乏層に存在する強い電界でドレインに吸い込まれる。このときのドレイン電
流，IDはチャンネル反転層内でソースからピンチオフ点に至る範囲で生れた全電流で
ある。よって，54 式のI(y1)をソース（y1=0）からピンチオフ点まで足し合わせればよい。
ピンチオフ点を y=yp とおくと， ypは下図より以下の式，
− Q1
（ピンチオフ後の反転層チャン
ネル電荷のIDへの寄与）
I(y)
C0 x
VG－VTh
VD
ピンチオフ
ピンチオフ前
L－yp
0
yp
ピンチオフ点
0
L
yp
y
VD－（VG－VTh）
147
ピンチオフ点
L
y
y
p
L − y
=
p
V
D
V G − V Th
− (V G − V Th
)
57
より近以的に求まると想像できるかもしれない。
y
p
V
=
G
− V
V D
Th
L
58
となる。ここでＱ１のｙ方向への分布は，ソース（ｙ=０）ではＱ１ ＝Ｃｏｘ（ＶＧ－ＶＴｈ）であり，
ドレイン電圧ＶＤによらず固定されている。ドレインにおけるＱ１は，ＶＤの増加とともに
減少し負側に移向する。しかし前述のようにｙ＞ｙｐの領域の直線に意味はない。一方，
ピンチオフ後の反転層チ ンネル電荷の電流 の寄与は ソ ス（ｙ＝０）
ピンチオフ後の反転層チャンネル電荷の電流への寄与は，ソース
（ ０）においては
Ｐ２８の図より
I (0 ) =
Cox Wμ n
(VG − VTh ) VD
L
59
となり，ＶＤ増加とともに増加する。結局 54 式のI（ｙ１）をソースからピンチオフ点まで
加え合わせると，Ｐ３０の下右図の三角形の面積であるので， 58 と 59 式より
1
1
2
I (0 )⋅ y p = Cox Wμ n (VG − VTh )
2
2
60
となる。Ｐ２８で考察したようにこれがIDLに等しいと考えると
ID =
1W
2
Cox μ n (VG − VTh )
2 L
148
61
となる。これは、 IDはこの領域ではドレイン電圧VDによらず一定値をとり，それ
は反転層チャンネルの電荷の移動で律速されることを意味する。
この動作領域を飽和領域という。
・まとめ
I D = gV D =
ID
W
C ox μ n (VG − VTh )VD
L
46
VD = VG −VTh の時 I D =
1W
2
Cox μnVD
2L
61
V G大
ID =
ID =
1W
C ox μ n (VG − VTh ) 2
2 L
W
1 2⎫
⎧
C ox μ n ⎨(VG − VTh )VD − VD ⎬
L
2
⎩
⎭
55
V G小
VD
149
61
５．スケーリング（比例微細化）則
・パンチスルー現象
飽和領域においてドレイン電圧
（ソース～基板～ドレインのバンド構造）
U
VDを増加させると，ドレイン側（n側
基板
）のポテンシャルは基板（p側）に比
べて下がる。（p15下図：逆バイアス
ドレイン
ソース
V D ＝0
p
時のpn接合のポテンシャル参照）
それとともに空乏層（ポテンシャル
が傾いている部分）も広がる。これ
が進んで空乏層がソースまで到達
VD≫VG－VTh
するとソース～基板間のビルトイン
ポテンシャルを引き下げて，ソース
0
からドレインに向けて大量の電子
L
が流れ込む。すなわち IDが急激に
増加する。この現象をパンチスル
ーという。パンチスルーは，チャン
ネル形成とは無関係にドレイン電
圧によって引き起こされる。この現
象を抑えるには， 14 式より基板の
濃度，NAを増大させて空乏層の広
がりを抑制する必要がある。
・スケールダウン微細化技術
デバイスの微細化は，集積度の向上や信号伝達の高速化による動作速度の向上の
ために必要である。電気信号と言えども高々，光の速度程度の有限な速さであるから
である。
150
y
今，右図のMOSデバイスのL，W，酸
xox）を
化膜厚（
VG
VS
1
にすることを考え
5
VD
る。サイズが小さくなっても空乏層の
大きさは変わらないので，ドレインと
ソースの空乏層は容易に重なり，ま
ＭＯＳ
構造
たLが短くなることでドレイン～ソース
Metal
Oxide
n
間の電界は増大し，パンチスルーを
1
5
n
p
起こしてしまう。
そこで，空乏層を同じく
L
W
にするた
pn接合
めには 14 式より基板の不純物濃度
（pn）半導
体・金属
を5倍にする必要がある。また電界を
縮小前と同じにするため，動作ドレイ
1
5
ン電圧も
にする必要がある。線
形領域におけるチャンネルコンダクダ
ンスの式 45 に単位面積あたりの容量，
C ox =
ε ox
μ n (VG − VTh )
xox
62
を代入すると，
g=
W ε ox
μ n (VG − VTh )
L xox
パラメータ
となる。 xox ，W，Lともに
VThを
1
5
1
5
にすれば，VG，
で使用すればgは変わらない。ま
た 61 式より電流も
1
5
とすれば特性が全く
変わらないことがわかる。
デバイス寸法
xox ，L，W
1
k
不純物濃度
k
電圧
電流
151
スケーリング
1
k
1
k
・ホットエレクトロン効果
（ホットエレクトロン）
は，ドレーンの電界による空乏層によっ
電流
MOSトランジスタを微細化した場合に
ホット
てチャンネル反転層の電荷が影響を受
けるためVTh が変化してしまう。それを
結晶格子振動エネ
ルギーに散逸
ルギ
に散逸
抑えながら微細化するには前述のス
ケーリングによって達成する。しかしこ
オームの法則
の他にも大きな問題となるのがホットエ
レクトロン効果である。
電圧
半導体結晶に流れる電流は低電圧で
はオームの法則に従う。電圧を増加さ
はオ
ムの法則に従う。電圧を増加さ
せるとオームの法則からはずれてくる。
（ホットエレクトロン注入）
その原因は電子の運動エネルギーが
結晶格子の振動エネルギーとして，す
VD
なわち熱として散逸するためである。さ
れにそれを超えると 電子はエネル
れにそれを超えると，電子はエネル
↑↑↑
ギーを熱に変える間もなく直接加速され
てしまう。これがホットエレクトロンであ
る。
n
ホット
エレクトロン
微細化によってチャンネル長が短くな
ると
るとソース～ドレイン間の電界が大きく
ス ドレイン間の電界が大きく
p
なりホットエレクトロンが生じる。その結
果酸化膜中に電子が注入されて，VTh
やRonを変化させてしまう。
152
→
→
n
６．レポート課題
・提出〆切
８月１５日
・提出方法
添付ファイル付メールで久保田まで
６－１ ＭＯＳトランジスタの中の電子が目に見えるようになりましたか？
どのように動くかを数式を使わずに述べてください。
６－２
シリコンのｐｎ接合ににおいて
ＮＡ=１０１５ atoms／ｃｍ3 ，ＮＤ=１０１６ atoms／ｃｍ3, Vpn=５Ｖ, T=３００Ｋの時
（１）空乏層の広がりを求めよ。 （答え）2.87μm
（２）高濃度側の不純物濃度が２倍および２分の一となったときの空乏層の広がり
を
求めよ。
（答え） 2.81μm 2.99μm
（（３）低濃度側の不純物濃度が２倍および２分の一となったときの上記の値を求め
）低濃度側 不純物濃度
倍および 分
な
き
記 値を求
よ。
（答え） 2.12μm
3.97μm
（４）空乏層の広がりをＶｐn=０Ｖ，-１Ｖ，-５Ｖ，-２０Ｖ について求めよ。
（答え） 0.97μm
６ ３
６－３
1.55μm
2.87μm
5.50μm
○
ＮA=１０１６ atoms／ｃｍ
／ 3 のＰ型シリコンに８００
の 型シリ ンに８００ A のＳｉO
のＳｉ ２をつけたＭＯＳ
を けた ＯＳ
構造がある。反転層ができ始める時のφｓ（界面ポテンシャル）とそのと
きの空乏層の広がり，空乏層の電荷量およびしきい値電圧を求めよ。
（答え） 0.694 V
６－４
0.304μm
4.86x10-8 C/cm2
1.79 V
あるＭＯＳトランジスタについてＶＴｈ とＲｏｎを測定したところ，ＶＴｈ＝１．２ Ｖで，
ＲｏｎはＶＧ＝３Ｖ で１０ｋΩであった。このＭＯＳトランジスタのID－ ＶＤ特性を描け。但しＶ
Ｇ＝２，３，４，５Ｖ
としＶＤは０から５Ｖの範囲で描 け。
（答え）下記の式にＶＧの値を代入する.
1 2⎫
⎧
I D = 9.3 × 10 −3 ⎨(VG − 1.2 )VD − VD ⎬........VD ≤ VG − VTH
2
⎭
⎩
I D = 4.65 × 10 −3 (VG − 1.2 ) ......VD ≥ VG − VTh
2
153
６－５ MOSトランジスタ（L = 5 μm ,
を
1
5
xox = 1000Å,
N A = 5 × 1015 atoms / cm 3 ）
にスケールダウンしたい
にスケ
ルダウンしたい。但し電圧を変えずに実行せねばならな
但し電圧を変えずに実行せねばならな
い。複数の方法を提案し，各方法の長所短所を考察せよ。
（答え）絶縁破壊、パンチスルー、ホットエレクトロン効果を考慮したス
ケールダウンかどうかに注意する.
７．参考書
１） 岸野正剛，小柳光臣著 「VLSIデバイスの物理」，丸善
２） 小柳光臣著 「サブミクロンデバイスⅠ」，丸善
３） 小柳光臣著 「サブミクロンデバイスⅡ」，丸善
４） 柳井久義，永田積著 「改訂版集積回路工学（１）」，コロナ社
５） 柳井久義，永田積著 「改訂版集積回路工学（２）」，コロナ社
８ 謝辞
８．謝辞
本資料の作成にあたっては、くまもとテクノ産業財団の鶴島研究理事から多くのご
助言をいただきました。またくまもとテクノ産業財団地域結集型共同研究プロジェクト
推進室の皆様にもご支援をいただきました。特に堤貴子秘書、道添こずえ秘書には
図面起こしから数式・文章のタイピングまで多大の援助をいただき、ここに深く謝意を
表す次第です。
一般の教科書には掲載されていない理屈、イメージを大胆に取り上げられたたこと
には、熊本大学中田明良助教授，三菱電機ULSI技術開発センター湊忠玄氏との詳
細なディスカッションが大変有益でした。しかしまだまだ私の理解不足ゆえに誤った
記述が多々あることと思われます。広く皆様方のご意見を引き続き伺えれば幸いで
す。
2001年9月1日 久保田 弘
154
「半導体デバイスの基礎」 レポート課題
平成13年5月12日
以下の課題を次回6月8日にＡ４用紙にて報告のこと。
左のようなnチャネルMOSFETを考える。
左
ような チ ネ
を考える
講義で学んだ様に、MOS構造においてはゲート
電極にしきい値Vth [V]以上の電圧を加えると、
絶縁膜（SiO2）とp型Si基板との界面に電子濃度
の高い領域（反転層）が形成される。この反転層
により２つのn+型領域（ソ
型領域（ソースおよびドレインの高
スおよびドレインの高
濃度n型領域）は電気的に接続され電流を流す
ことが可能となる。
（問１）
このVthの値を1.5Vに設計してほしいという要求
があったとする。下表の4種類のアクセプタ密度
NA [個/cm3]を持つp型Si基板に対して絶縁膜厚
xox [nm]をいくつに設計すれば良いか？
習得目標①の式を使用して計算しなさい。
ゲート電極
ソース
絶縁膜
ドレイン
xox
n+
n+
p型Si基板
（問２）
設計後、ゲート電極が「仕事関数4．35Vの材料」で製造されるということが
明らかになった。問１で設計したxoxの値をそのまま使用して製造してしまっ
値
造
た場合、それぞれの条件で、Vthは要求値の1.5Vから何V変動することとな
るか予測しなさい。
（注：仕事関数とは何か？次回までに各自調べておいてくださ
い。）
（問３）
さらに詳しく製造プロセスを調べたところ、絶縁膜とSi基板の界面（ちょうど
接している面）に1cm2当りに1012個の割合で余分なプラスの固定電荷
（1.6x10-19[C]を持つ動くことの出来ない電荷）が分布していることが明らか
になった。しきい値はさらに何Vずれてしまうのか考えなさい。
NA [個/cm3]
xox [nm]
CASE1
1x1015
?
CASE2
1x1016
?
CASE3
5x1016
?
CASE4
1x1017
?
計算には下記の物理定数を使用のこと
計算には下記の物理定数を使用のこと。
ボルツマン定数 k = 1.38x10-23 [J/K]
絶対温度 T = 300 [K]
単位電荷量 e = 1.6x10-19 [C]
真性キャリア密度 ni = 1.5x1010 [個/cm3]
誘電率（Si） εSi = 1.04x10-12 [F/cm]
-13 [F/cm]
誘電率（SiO
率
2） εox = 3.5x10
Siのエネルギギャップ εg = 1.12 [eV]
Siの電子親和力 χsi = 4.05 [V]
155
「半導体デバイスの基礎」
平成13年6月8日
デバイスシミュレータを使ったレポート課題の計算
ご所属：
ご氏名：
（１）ＣＡＳＥ１～４のＭＯＳＦＥＴの特性シミュレーション
ＣＡＳＥ１
ＣＡＳＥ２
ＣＡＳＥ３
ＣＡＳＥ４
Ｖｔ
β
Ｒｏｎ
注１）酸化膜厚はそれぞれ234.1nm,
注
）酸化膜厚はそれぞれ
58.7nm, 22.2nm, 14.6nm
注２）ＲｏｎはVtとβからVg=3Vとして各自計算ください。
（２）仕事関数が４．３５Ｖ材料であった場合
ＣＡＳＥ１
ＣＡＳＥ２
ＣＡＳＥ３
ＣＡＳＥ４
Ｖｔ
β
ΔＶｔ
（３）固定電荷密度が１０１２ｃｍ－２であった場合
ＣＡＳＥ１
ＣＡＳＥ２
ＣＡＳＥ３
ＣＡＳＥ４
Ｖｔ
β
ΔＶｔ
（４）結果を横軸ＮＡの片対数方眼紙にプロットください。
156
平成13年6月9日出題のレポート課題
（１）MOSトランジスタにおけるしきい値電圧，VTh オン抵抗，Ron pn接合耐圧 のそれぞれの
働きについてまとめなさい．
（２）講義シミュレータ実習を通して得たことを踏まえて，不純物濃度，N A ゲート絶縁膜の
厚さ， xοχ の値が VTh Ron 接合耐圧に対してどの様な効果を及ぼすか考察しなさい．
（３）素子の微細化に伴いＭＯＳＦＥＴのゲート長Lを小さくしていくことを考えると，VTh Ron
接合耐圧を適切な値に設定したい場合どのようなことを考慮すべきか考えなさい．
157
記号表
C ox : 単位面積あたりの酸化 膜の容量［ F/cm 2］
e : 電子の電荷素量
～1 . 6 × 10 − 19
［ C］
E ：電界［ V/ ｍ］
E m : 接合内の最大電界［
V/ ｍ］
ε F：フェルミエネルギー
ε c：伝導帯のエネルギー
ε V ：価電子帯のエネルギー
ε：
g エネルギーギャップ
ε i：真性半導体のフェル ミエネルギー
ε Si：シリコンの誘電率
ε ox：酸化膜の誘電率
ε ：誘電率
g ：チャンネルコンダク
タンス
I D :ドレイン電流［ A］
k : ボルツマン定数
1.38 × 10
-23
L : チャンネル長
n：
e 伝導帯の電子の数密度
n：
h 価電子帯のホールの数密度
( p)
nh ：ｐ側の価電子帯のホ ールの数
(n)
ne ：ｎ側の伝導帯の電子 の数
ni：真性半導体の電子あ るいはホールの数
N D：n側のドナ不純物濃度［ 1
m3
］
N A：p 側のアクセプタ不純物 濃度［ 1
N C：伝導帯の有効状態密度
N V：価電子帯の有効状態密 度
158
m3
］
QG：MOS ゲート金属上の蓄積電 荷［ C ］
Q ：電荷量［
荷
C］
Ron : 反転状態のソースドレ イン間抵抗［Ω］
T : 絶対温度 ケルビン［ K ］
U : 電子のエネルギー［
ネ
［ J］
V pn：pn 接合の n側に対する p側の電圧［ V ］
V ( y1 ) :ソースから y1のチャンネル電位
VD：ソース接地時のドレイン電圧［V］
VTh : MOS のしきい値電圧［ V ］
VG : MOS のゲート電圧［ V ］
W ：チャネル幅［ｍ］
x 1：反転層の深さ
x n：ｎ側の空乏層幅
x P：ｐ側の空乏層幅
x d：MOS 構造の基板の空乏層幅
x d max：反転層における基板の
( 最大 )空乏層幅
X : pn 接合の空乏層幅［ｍ］
y p :ソースからピンチオフ 点までの距離
φ S： MOS の界面ポテンシャル［ V］
φb：pn接合のビルトインポテ ンシャル［
ンシ ル［ V］
μ n : 電子の易動度［ｍ ２/V ・ sec ］
159
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
MOSプロセス概要
プ
概要
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
熊本大学発 産学官連携 による 独創的研究
－超精密半導体計測技術開発－
超精密半導体計測技術開発
デジタル
ハイビジョン
文部科学大臣賞
液晶 TV
1996年～ 半導体 IT分野 国プロ共同研究
CCD・CMOS
原子（ナノ）スケール生産技術実現！
大型フラットパネル
ディスプレーの膜ム
ラ検査装置
Clean Room
(ISO class 6)
Nano-Pipette
Nano-Manipulator
マスクを使わ
ずに液晶で
転写しセン
サーチップを
プ
短工期で設
計製造
TV Monitor
CCD Images
（Phase-Contrast/Differential
Interference,
CCD Camera
Epifluorescence ）
Bellows Pump
Sample Stage
デジタルカメラ
VTR
Confocal Laser Image
Joy Stick
モバイル
Vibration Isolator
RS-232C
ピペット挿入前
He-Ne/Ar Laser
Driver for Pump
Halogen/Hg Lamp
Laser&Light Unit
Router
Drivers for Manipulator/Sample Stage
ナノサ ジャリ
ナノサージャリー
Scan Unit, Inverted-Microscope
ピペット挿入後
PC, Power Unit
細胞操作技術
細胞保持用ピペット
超精密ステージ
インジェクション用ピペット
Operation Unit
ステージの小型化によるナノマニ
ピュレータの実現とそれによるナノ
サージャリーシステム
エンタテインメント
超兆集積最先端産業基盤技術
QTAT 生産拠点形成による産業競争力強化
160
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
負の相互作用 （物理法則）
U: stability
-V： 負の相互作用エネルギー
不安定
←
N 人のネットワーク共同体メンバー
少し不安定
安定 →
基底状態（現状）
-NV
NV： トランジション（改革）
新たな基底状態
（パラダイムシフト）
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
学生実習で作製するＭＯＳデバイスの構造
→ 5μｍ・1層アルミ・タングステンゲートnＭＯＳ
Gate
Source
Drain
p-Si ( 100)
Substrate
～5μm
～ 90 nano-meter＠2006
～ 20 nano-meter＠2020Y
161
Kumamoto Univ.
Kubota･Nakada Lab.
ＭＯＳトランジスタ
トラ ジ タとスケーリング則
ケ リ グ則
パラメータ
Ｖｇ
Ｖｄ
Ｖｓ
ｎ
ｎ
ｐ
デバイス寸法
Ｘｏｘ、Ｌ、Ｗ
１／Ｋ
不純物濃度
Ｋ
電圧
１／Ｋ
電流
１／Ｋ
Ｌ
チャネルコンダクタンス：ｇ
εｏｘ
g ＝ ―― ・ ―― ・ μｎ( Ｖｇ － Ｖｄ）
Ｗ
Ｌ
Ｖ
Ｗ
スケーリング
Ｘｏｘ
( スケーリング対策例）
スケ リング対策例）
・Ｓ－Ｄ間電界強度増大→ホットエレクトロン→ＬＤＤ
・短チャネル効果→パンチスルー→不純物濃度最適化
・容量不足( ＤＲＡＭキャパシタ）→ソフトエラー→高誘電率膜
・配線切断→ストレスｏｒエレクトロマイグレーション→ＡｌＳｉＣｕ
μｎ ＝ ―― ： 移動度( ｍｏｂｉｌｉｔｙ）
Ｅ
Kumamoto Univ.
Kubota･Nakada Lab.
ＭＯＳトランジスタ微細化の問題点
ゲート・リーク電流
ゲート
駆動能力
ドレイン
ソース
①ゲート・リーク電流
②チャネル寄生容量
ｅ
移動度
③駆動能力低下
チャネル 寄生容量
④移動度低下
ソース・ドレイン抵抗
162
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
酸化工程
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
ＭＯＳＦＥＴ顕微鏡写真
ＣＡＤレイアウト
Metal Pad
Metal
Layout view
C t t
Contact
Gate
VD-ID特性測定結果
Id (A)
チップ作製写真( ４インチ）
1.8x10
-3
1.6x10
-3
1 4 10
1.4x10
-3
1.2x10
-3
1.0x10
-3
8.0x10
-4
6.0x10
-4
4.0x10
-4
2.0x10
-4
L = 5.2μm
W = 26μm
Vg = 5V
4V
3V
2V
1V
0.0
0
1
2
3
Vd (V)
163
4
5
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
実習で作製するＭＯＳデバイスの構造
→ 5μｍ・1層アルミ・タングステンゲートnＭＯＳ
Gate
Source
Drain
p-Si ( 100)
Substrate
～5μm
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
素子分離形成( ＷＥＴ酸化）
素 分離酸化膜
素子分離酸化膜
300nm by WET酸化＠1000℃
400μm
p-Si ( 100)
164
素子分離形成( 素子分離リソグラフィー・エッチング）
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
素
素子形成領域の酸化膜除去
成領域 酸化膜除去
リソグラフィー・ＷＥＴエッチング
p-Si ( 100)
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
ゲート電極形成( ゲート酸化）
ゲ
ゲート酸化膜
酸化膜
50nm by DRY酸化＠1000℃
p-Si ( 100)
165
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
ゲート電極形成( ゲート成膜）
タ グ
タングステン薄膜堆積
薄膜堆積
150nm by イオンビームスパッタ
p-Si ( 100)
ゲート電極形成( ゲートリソグラフィー・エッチング）
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
ゲ
ゲート電極形成
電極 成
リソグラフィー・ＷＥＴエッチング
p-Si ( 100)
166
拡散・層間絶縁膜形成( ＰＳＧ膜塗布）
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
層間絶縁膜( Phospho-Silicate Glass）
0.3μm by ＰＳＧスピン塗布
p-Si ( 100)
拡散・層間絶縁膜形成( リン拡散）
ｎ＋拡散層形成
熱拡散 Ｎ２ 1000℃
p-Si ( 100)
167
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
拡散・層間絶縁膜形成( コンタクトホール形成）
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
コンタクトホール形成
ンタクトホ ル形成
リソグラフィー・ＷＥＴエッチング
p-Si ( 100)
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
配線電極形成( Al-Si成膜）
Ａｌ-Ｓｉ薄膜堆積
500nm by イオンビームスパッタ
p-Si ( 100)
168
配線電極形成( Alリソグラフィー・エッチング）
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
配線電極形成
リソグラフィー・ＷＥＴエッチング
p-Si ( 100)
配線電極形成( 裏面電極形成＋シンタリング）
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
水素加熱処理
４％Ｈ２／Ｎ２ ＠ 400℃
p-Si ( 100)
Ａｌ-Ｓｉ薄膜堆積
500nm by イオンビームスパッタ
169
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
シリコンウエハの洗浄
洗浄の目的
■アルカリ金属(( Na,, Kなど）の除去
→ ＭＯＳデバイスのしきい値変動の防止
■有機物の除去
→ 絶縁膜不良の防止
■微粒子の除去
微粒子の除去
→ パターン欠陥、絶縁膜不良の防止
■重金属( Fe,
Fe Cuなど）の除去
→ ｐｎ接合リーク、ライフタイム劣化、絶縁膜不良の防止
■自然酸化膜の除去
→ 配線コンタクト不良の防止、シリコン表面の水素終端
シリコンウエハの洗浄工程例( ＲＣＡ洗浄）
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
SPM(( H2SO4/H2O2）
有機物、金属除去
機
超純水リンス
薬液除去
DHF ( HF/H2O）
自然酸化膜除去
超純水リンス
薬液除去
APM( NH4OH/H2O2/H2O）
微粒子、有機物除去
超純水リンス
薬液除去
温超純水リンス
有機物除去
超純水リンス
薬液除去
DHF ( HF/H2O）
ケミカル酸化膜除去
超純水リンス
薬液除去
HPM( HCl/H2O2/H2O）
金属除去
超純水リンス
薬液除去
DHF ( HF/H2O）
ケ カ 酸化膜除去
ケミカル酸化膜除去
超純水リンス
薬液除去
Hot H2O2
ケミカル酸化膜形成
超純水リンス
薬液除去
170
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
超純水ユースポイント → ( 実習に用いる装置の仕様）
装
■比抵抗 → ( 18.0MΩ・cm(
18 0MΩ・cm( ＠25℃）以上）
■微粒子の低減 → ( 0.2μｍ以上が5個/ml以下）
■イオン濃度の低減 → ( 0.1ppb以下）
■生菌繁殖の防止 → ( 10.0cfu/ml以下）
10 0cfu/ml以下）
■ＴＯＣ( 全有機物）の低減 → ( 10.0ppb以下）
■SiO2 成分の低減 → ( 0.5ppb以下）
■溶存酸素の低減 → ( ×飽和値×5ppb以下）
飽和値 pp 以下）
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
シリコンの熱酸化
洗浄直後のシリコンウエハ
石英管
O2
H2O/O2
抵抗加熱ヒータ( 800～1200℃）
高純度ガスにより絶縁性能に優れた高品質な熱酸化膜を形成できる
高純度ガスにより絶縁性能に優れた高品質な熱酸化膜を形成できる。
DRY酸化:
酸化 S
Si(( 固） + O2( 気） → S
SiO
O2( 固）
酸化速度が遅い：主にゲート酸化などの極薄酸化膜形成に使用する。
WET酸化：Si( 固） +2H2O( 気） → SiO2( 固） + 2H2( 気）
酸化速度が速い：主に素子分離などの1μｍ以上の厚膜の形成に使用する。
171
熱酸化のモデル
Si
SiO2
O2
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
Fickの第一法則
拡散
吸着
H2O
酸化種
種濃度
気相
拡散
F1
F2
c
c0
固相
流束
酸化種の流束
0
拡散係数
[cm2/sec]
[個/cm2sec]
F1 ≅ − D
cs
xox
c s − c0
x ox
F2 = k ⋅ c s
x
cs =
定常状態ではF1=F2=Fと考えてよいので
k
F
k:反応定数
Dc 0
であり F =
x ox
ちなみに
C0= 5.2x1016[個/cm3] @O2 1000℃
C0= 3.0x10
3 0 1019[個/cm
[個/ 3] @H2O 1000℃
濃度
[個/cm3]
dc
F = −D
dx
反応
D
+
k
[個cm/sec]
となる。
であり、ＷＥＴの方が酸化種の供給量は多い。
⎛ c0
dx
D
F
⎜
（酸化膜成長速度） = ox =
=
dt
C1 x + D ⎝⎜ c1
ox
k
⎞
⎟⎟
⎠
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
log xox
∝t 0.5
:酸化膜中の酸化材分子濃度[個/cm3]
C1
SiO2: 2.2x1022[個/cm3]
∝t
C1= 2.2x1022[個/cm3] @O2
C1= 4.4x1022[個/cm3] @H2O
反応律速
( 薄い酸化膜)
log t
拡散律速
( 厚い酸化膜)
この微分方程式を時刻t=0の時 xox( 0)=xi( 初期酸化膜厚）として解くと、
この微分方程式を時刻t=0の時、x
初期酸化膜厚）として解くと
D
x ox (t ) =
k
⎫⎪
2 c 0 k 2 (t + τ )
⎪⎧
− 1⎬
⎨ 1+
Dc
1
⎪⎩
⎪⎭
但し
τ =
c1
2D
( xi 2 +
xi )
2 Dc 0
k
という関係式を得る。この式から熱酸化のプロセスは、
酸化時間tが比較的短い時は酸化膜厚は時間に比例 → 反応律速領域
酸化時間tが比較的長い時は酸化膜厚は時間のルートに比例 → 拡散律速領域
に分けられる。
172
なる定数
SiO2の構造
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
熱酸化膜
石英
O
Si
Na+
1.60Å
K+
O
O
O
周期的構造
アモルファス構造
( 2.65g/cm3)
( 2.21g/cm3)
熱酸化膜は石英に比べると不純物を含み易い
熱酸化膜は石英に比べると不純物を含み易い。
SiO2
1.00
熱酸化
Si
Si
0.46
熱酸化膜はSiを削りながら成長する。
ごみ粒子
( パーティクル）
クリーンルーム
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
②
①
③
微細パターンの形成はパーティクルの
影響を受けやすい
影響を受けやすい。
① 無用な起伏形状の発生
② 断線の原因
③ 短絡の原因
3個/m
自然環境におけるパーティクル(
自然環境におけるパ
テ ク
＞
＞0.5μm）[×10
）
個 3]
田園地帯：
3,500～ 10,000
工業地帯： 175,000～350,000
微細加工にはクリーンルームが不可欠
汚染を、①持ち込まない。②発生させない
③排除する、④堆積させない。
173
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
クリーンルームの構造例
ＰＦ
ＡＨＵ
プレ
フィルタ
外調機
ＦＦＵ( ファン・フィルタ・ユニット）
ＭＦ
ＨＥＰＡ/ＵＬＰＡフィルタ使用
タ使用
垂直一方向流( 0.5m/s）の形成
中性能
フィルタ
１ ５ の
１～５μmの
粒子の除去
( Na、Caの除去）
リターンエリア
砂埃を除去
リターンエリア
加熱
冷却
外気
温度と湿度
の調整
グレーチング床
室圧をわずかに
室
をわず
上げる。( ＋１５Ｐａ）
清掃しやすい
構造とする
構造とする。
装置排気・
室内換気は
最小限にする。
人体から生じる
パーティクルを全て
床下へ押し流す。
壁面は
帯電防止対策
HEPA( High Efficiency Particulate Air Filter)
→ 除去率 99.97%@0.3μm
ULPA( Ultra Low Penetration Air Filter)
→ 除去率 99.9945%@0.15μm
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
清浄度クラス
粒径
粒径[μm]
0.1
0.2
0.3
0.5
ISO class 1
10
2
ISO class 2
100
24
10
4
ISO class 3
1,000
237
102
35
ISO class 4
10 000
10,000
2 370
2,370
352
ISO class 5
100,000
23,700
1,020
1
020
10,200
ISO class 6
ISO class 7
1 000 000
1,000,000
237 000
237,000
102 000
102,000
3,520
35,200
35
200
352,000
ISO class 8
3,520,000
ISO class 9
35,200,000
( 203,214,689) ( 23,884,180)
( 10
10,000,000)
000 000)
( 350,000,000)
( 熊大外気）
( 田園地帯）
( 工業地帯）
クリーンウエアのチェック
174
( 財団）
( VBL6F））
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
リソグラフィ・エッチングプロセス
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
実習で作製するＭＯＳデバイスの構造
→ 5μｍ・ 1層アルミ・タングステンゲート n-ＭＯＳ
Gate
Source
Drain
p-Si ( 100)
Substrate
～5μm
175
素子分離形成( ＷＥＴ酸化） ← 第１日に実施
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
素 分離酸化膜
素子分離酸化膜
300nm by WET酸化＠1000℃
400μm
p-Si ( 100)
素子分離形成( 素子分離リソグラフィー・エッチング）
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
素
素子形成領域の酸化膜除去
成領域 酸化膜除去
リソグラフィー・ＷＥＴエッチング
p-Si ( 100)
第１日目に配布の「nMOSトランジスタプロセス実験手順書」を参照の
こと。
こと
176
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
ゲート電極形成( ゲート酸化）
ゲ
ゲート酸化膜
酸化膜
50nm by DRY酸化＠1000℃
p-Si ( 100)
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
ゲート電極形成( ゲート成膜）
タ グ
タングステン薄膜堆積
薄膜堆積
150nm by イオンビームスパッタ
p-Si ( 100)
177
ゲート電極形成( ゲートリソグラフィー・エッチング）
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
ゲ
ゲート電極形成
電極 成
リソグラフィー・ＷＥＴエッチング
p-Si ( 100)
拡散・層間絶縁膜形成( ＰＳＧ膜塗布） ← 第２日に実施
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
層間絶縁膜( Phospho-Silicate Glass）
0.3μm by ＰＳＧスピン塗布
p-Si ( 100)
178
拡散・層間絶縁膜形成( リン拡散） ← 第２日に実施
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
ｎ＋拡散層形成
熱拡散 Ｎ２ 1000℃
p-Si ( 100)
拡散・層間絶縁膜形成( コンタクトホール形成）
Kumamoto Univ.
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↑ 本日の実習
コンタクトホール形成
ンタクトホ ル形成
リソグラフィー・ＷＥＴエッチング
p-Si ( 100)
179
Kumamoto Univ.
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リソグラフィー工程( パターン転写工程）
■フォトマスク( レチクル）上に描かれた幾何学的なパターン形状を、
短波長の光線/紫外線を使用し、ウェハ上に塗布した感光薄膜
( レジスト）に転写する工程
通常、波長500nm以下の光線が除去されたクリーンルーム環境で作業
可視光線( 400～760nm）
( 紫外） 紫 藍
青
緑
g線：436nm
黄
橙
赤
( 赤外線）
e線：546nm
h線：405nm
蛍光灯
水銀灯
( データ出典：波長スペクトル http://t.nomoto.org/spectra/、スペクトル写真 http://www.shokabo.co.jp/sp_opt/top.htm）
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フォトレジスト( 光化学反応を生じる物質）
ポジ型( 光化学反応により溶解し易い物質に構造変化）
→ 露光時にマスク上のパターンと同じパターンが転写される。
溶
質 構 変
ネガ型(( 光化学反応により溶解し難い物質に構造変化）
→ 露光時にマスク上のパターンの反転パターンが転写される。
( 1)前処理
)前処
ＨＭＤＳ処理
基板
ネガ型
フォトレジスト
( 2)レジスト塗布
( 3)プリベーク
( ２）重合
( １）架橋
近紫外線
フォトマスク
ポジ型
( ３）分解・解重合
( 5)ポストイクスポージャベーク
1.0
( a)ネガ型レジスト
塗布膜厚で規格
格化された
現像後のレジスト膜
膜厚( 相対値）
( 6)現像,リンス
( 7)ポストベーク
UVキュアリング
( b) ポジ型レジスト
( 8)エッチング
イオン注入
( a)エッチング
( b)ドープ
( 9)レジスト剥離
検査
( b)
図表出典：山岡亜夫、半導体集積回路用レジスト材料ハンドブック、REALIZW INC.
( ４）変性
未露光部の膜減り
露光部の膜減り
ネガ型
ポジ型
05
0.5
γ= tanφ
感度
φ
0
( a)
B
A
( 4)露光
1
感度
φ
10
露光量( 相対値）
180
100
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レジスト感度特性の例( 実習で使用するg線用レジスト）
14000
g線：436nm
12000
OFPR-800( 東京応化製）残膜曲線
残膜厚[Å]
10000
1st Spinning: 150 rpm, 3 sec
8000
2nd Spinning: 1000 rpm, 17.5sec
6000
Development：NMD-3( 2.38%), 65 sec
Pre-Baking: 120oC, 10min
4000
2000
0
0
20
40
60
80 100 120 140 160 180 200 220 240 260
2
光 量 [m J / c m ]
12000
g線：436nm
10000
PFI-38A( 住友化学製）残膜曲線
1st Spinning: 100 rpm, 3sec
残膜
膜厚 [Å]
8000
2nd Spinning: 1370rpm, 20sec
Pre-Baking: 95oC, 10min
6000
p
2.38%),, 120 sec
Development：TMAH(
4000
2000
0
0
20
40
60
80
100 120 140 160 180 200 220 240 260
データ出典：平成15年度熊本大学工学部卒業論文( 原弘一）
2
光 量 [m J / c m ]
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露光方式
■ 近接露光方式
フレネル回折理論から解像度Rが決まる。
R≅
λg
( 例）λ=436nm, g=10μm
→ R=2μm
光線( 波長λ）
マスク
g = 数μm
レジスト
マスクの汚染を防ぐ
ために不可欠
ウェハ
ｇを小さくすることは困難
微細化には光線を短波長化することが有効
( 例）Ｘ線リソグラフィー λ～1nm,
λ～1nm g=10μm → R=0.1μm
R=0 1μm
181
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Kubota Lab.
■ 投影露光方式
フラウンフォーファー回折理論から解像度Rが決まる。
光線( 波長λ）
レチクル
R ≅ k1
投影レンズ
( M:1）
λ
NA
NA = n sin θ
R i l
Reticle
( k1：プロセス定数）
( 物焦点面）
Lens
( n：媒質の屈折率）
n =1.0 @空気、1.3 @水
レジスト付き
ウェハ
( 像焦点面）
y
x-yステージにより
DOF = k 2
Wafer
DOF
焦点深度
x
θ
λ
R
(NA )2
ウェハをスキャン/ステップ移動
微細化 は光線の短波長化、 ン の高 化 有効
微細化には光線の短波長化、レンズの高NA化が有効
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最小加工寸法 → 解像度を上げる
■ＮＡの向上
レンズの大口径化
屈折率の向上( 空気→液体）
■光線の短波長化
水銀灯
Excimer
Laser
g線： 436 nm ( ～0.5μm）
i線： 365 nm ( ～0.3μm）
KrF： 248 nm ( 180 nm）
ArF： 193 nm ( 90 nm）
F2： 157 nm ( 65 nm?）
EUV： 13.5 nm ( 45 nm?）
■解像力向上技術の導入( k1値の削減）
露光装置・マスク改良などによる
変形照明、光近接効果補正 位相シフトマスク
変形照明、光近接効果補正・位相シフトマスク
182
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光リソグラフィー技術の問題点( マスクコスト）
( レチクルコスト）
マスクの作り直し
( 回路修正）
微細化が１世代進むたびに，
2倍のペースで上昇
平均2 3回( システムLSI）
平均2.3回(
高度な光学技術
・光近接効果補正技術
・光位相シフトマスク
出典3）
微細化に対応( 露光波長の半分くらいのパターンを転写）するためマスクに種々の細工．
マスクの製造 検査が困難
マスクの製造・検査が困難
出典3） アドバンテスト坂本 樹一氏
日経マイクロデバイス 2002年6月号 p116
光リソグラフィー技術の問題点( マスクTAT）
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30日( < 0.1um）1)
リソグラフィー技術の転換
マスク( レチクル）方式
7日( 0.5um）2)
マスクレス
レチクルフリー
微細化にともなう
マスクデータ量の増大
高度な光学技術
データ変換に時間がかかる
マスクの検査の複雑化，長時間化
ク 検査 複雑化，長時間化
１） T.Nakasugi et.al. J.Vac. Sci. Technol. B 20( 6) 2002 p2651
2) ( 株)ロジック・リサーチ 実績
183
液晶ディスプレイを用いたレチクルフリー露光方式
LCD
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LCD制御用PC
CAD設計用PC
光源
LAN
照明光学系
27mm
1 pixel
遮光部
縮小投影
レンズ
26mm
26μm
開口部
26μm
ステージシステム
縮小投影露光装置
1024×768 pixel (
XGA)
マスク作製なしでパターン転写が可能
製な
パ
転 が 能
( Nikon NSR-1505G3A)
任意文字パターン露光結果( １回露光）
ポジ画像
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ネガ画像
～5um
任意文字パターン露光
結果( 多重露光）
184
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多重露光シ ケンス
多重露光シーケンス
露光部分
( 1)
( 2)
( 3)
( 4)
開口部
遮光部
( a)露光領域
( b) 多重露光シーケンス
ウエハステージの精密位置決めにより実施
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エッチングとイオン注入 → 主にリソグラフィー後に実施
エッチング
イオン注入
内容
化学反応による各種薄膜の除去
レジスト
の役割
化学反応の防止
物理衝突の遮蔽
排出
粒子
原料
粒子
イメージ
物理衝突による不純物添加
反応
＋
＋
＋
＋
レジスト
基板
水溶液中での化学反応
( 例） SiO2 ( 固） + 6HF(( 液） → H2SiF6( 液） + 2H2O ( 液）
■ドライエッチング
＋
レジスト
薄膜
基板
■ウエットエッチング
高エネルギーイオン
＋
気相中での化学反応
( 例） SiO2( 固）+ CF4( 気） → SiF4( 気） + CO2( 気）
185
＋
＋
＋
＋
＋
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スパッタ・真空装置
パ タ 真空装置
真空
提供：熊本大学工学部電気システム工学科
Kumamoto Univ.
Kubota Lab.
0℃，1気圧の標準状態での分子密度は，約2.7×1025m－3である．ある容器内に
おけるこの状態から，ポンプを使って気体分子を排除，大気中より圧力の低い状
態とし そこに存在する残留気体が目的に対して無視できるようにな たとき そ
態とし，そこに存在する残留気体が目的に対して無視できるようになったとき，そ
の容器は真空であるという．気圧が低いほど「高真空」である．
圧力とは，密閉した容器に気体を詰め込んだ場合に気体が容器の壁に垂直に
及ぼす単位面積当りの力である．真空状態では，ほぼ理想気体と見なすことがで
き，よく知られている気体の状態方程式を満たす．圧力は国際単位系( SI）では，
パスカル( Pa）で表される．
１ Pa＝１ N･m－2≒10－2 g･cm－2
一方，真空技術固有の伝統的な単位Torr( 古くはmmHg）がある．これは水銀柱
の高さで圧力を表すもので，高さ1mm水銀柱の底面における圧力を１Torrという．
大気圧は760Torrであり，１Torr=1.333×102Paである．半導体の研究分野では，
10－11Torrという極めて高真空な状態が度々使用されている．
186
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真空系の構成：熊本大学 超高真空スパッタ装置
Fi 1 Schematic
Fig.1.
S h
ti di
diagram off W thi
thin fil
film d
deposition
iti system
t
with
ith d
duall iion b
beam
UHV System
Substrate
Temperature
Controller
Thermocouple
Load Lock
Chamber
Main shutter
Quadrupole Gas
Analyser
Assist Ion shutter
Assist Ion Source Assist Ion Source
Power Supply
Substrate
Sputter Ion Source
Ultrapure
Gas
Supply
System
Sputter Ion Source
Neutralizer
Power Supply
W Target
COMP
CRYO
TMP
A
Target holder
Neutralizer
Table.1. W thin films deposition condition
< 1.0 × 10 -7 Pa
2.0 × 10 -2 Pa
Ar or Ar + N 2 ultra pure gases
300 - 1000 eV
5mA, 15mA, 45mA
100eV ( Ar- ion )
Background Pressure
Workingg Pressure
Atmospheric Gas
Sputtering Ion Beam Energy
Sputtering Target Current
for the improvement of the film quality
Assist ion energy
1000eV
( N- ion )
for the nitridation of the W thin layer
Deposition Temperature
R.T and 400
℃
真空ポンプ ( 1) 提供： アネルバ株式会社，アルバックコーポレーション
1. 油回転ポンプ：
油 転ポ プ 1905年にドイツのゲーデが発明したもので回転
する二枚の板とシリンダによって空気が吸い込まれて、圧縮され吐
き出されるようになっています。
2. ドライポンプ：油回転ポンプには、油の蒸気が真空に混じってし
う欠点 あり す。油 蒸気 集積回路な
精密なも を汚
まう欠点があります。油の蒸気は集積回路などの精密なものを汚
してしまいます。それを改善したのがドライポンプです。ロータがか
み合いながら空気を排気していくようになっていて真空側に油が触
れることがありません。
これらのポンプは100万分の1気圧くらいが限界です。
100万分の1気圧以下では気体の分子同士がほとんどぶつからな
気
いので、ポンプがどんなに働いても空気は流れをつくることがあり
ません。吸うということができなくなってしまうのです。
3. ターボポンプ：高真空以上の真空でも動作するポンプです。一
見、普通の送風機のように見えますが、高真空では普通のスピ
見、普通の送風機のように見えますが、高真空では普通のスピー
ドで風を起こすことは不可能です。高速で飛んでいる分子を同じぐ
らいの速度で弾き飛ばさなくてはならないからです。
ターボ分子ポンプではそのために一秒間に500回転ものスピードで
タ
ボ分子ポンプではそのために 秒間に500回転ものスピ ドで
羽根が回転しています。
187
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真空ポンプ ( 2) 提供： アネルバ株式会社，アルバックコーポレーション
Kumamoto Univ.
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4. ソープションポンプ
プ
ポ プ：活性炭やモレキュラシーブのよ
うないわゆる多孔質物質は、1gにつき500平方メートル程度
以上の表面積を持っています。たった1gの中に10m×50m、
20gの中には野球場くらいの表面積があるというほど、多く
の孔があいています。室温を0℃以下にすると窓ガラスの水
滴が凍りつくように、この大面積を液体窒素くらいの温度に
冷却すると 自分の体積の50～100倍位の大気圧の空気を
冷却すると、自分の体積の50～100倍位の大気圧の空気を
吸着して1Pa( 10-2Torr）を実現してしまいます。これを実用
的なポンプにしたのが右図で、100リットルくらいの容器を排
気することができます。
5.もっと低い圧力を得るためには、もっと低い温度、液体水
素( 20K、-253℃）～液体ヘリウム( 4K、-269℃）くらいまで冷
却するとさらによい真空を得ることができます。これがクライ
オポンプです。ソープションポンプの形で冷却すると高価な
液体ヘリウムや液体水素を有効に使えないのでコンプレッ
サーによって冷やす冷却機付きのものが大半です。
真空ゲージ
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提供： アネルバ株式会社，アルバックコーポレーション
1mmHg=1Torr
a) トリチェリの真空
b) 隔膜真空計
c) ピラニーゲージ
b)
d) サーモカップル真空計
e) 電離真空計
d)
f) マスフィルター型真空計
c)
a)
188e)
f)
真空中での薄膜成膜( １） 提供： 熊本大学電気システム工学科
Kumamoto Univ.
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薄膜を作るも とも 般的な方法は 真空蒸着法である．この方法は，真空中で薄膜を作ろうとする物質を加熱して蒸発させ，その蒸気を適当な面の上に付着させ
薄膜を作るもっとも一般的な方法は，
である この方法は 真空中で薄膜を作ろうとする物質を加熱して蒸発させ その蒸気を適当な面の上に付着させ
るというものである．材料を高真空中で加熱すると，酸化はほとんど起こらないので，蒸気圧の上昇にともなって材料は蒸発し始めるが，その蒸気圧で決まる露点温
度よりも低い温度にある物の表面に堆積する．こうしてできた薄膜を( 真空）蒸着( 薄）膜と呼ぶ．
( 1) 蒸着速度
高真空中で蒸着する場合，蒸発速度G，すなわち単位時間あたり単位面積から蒸発する質量は，Langmuirの式にあてはまる．
( g･cm-22s-11）
( 1-1)
1 1)
M：蒸発分子の分子量
M
T( K）：蒸発表面の絶対温度
G = 5 .85 × 10 − 2 P
T
P( Torr）：温度Tにおける飽和蒸気圧
平面状の微小蒸発源から蒸発する物質の放出角度分布は，ランバートの余弦則に従う．故に，蒸発源が表面積dS1の平面において片面のみ材料を蒸発させている
場合 立体角dω中に蒸着される速度dmは次式となる．
場合，立体角d
中に蒸着される速度dmは次式となる
( 1-2)
ただし，φは蒸発面の垂線と蒸着方向のなす角である( 図1-8）．さらに，基板( 蒸発粒子が堆積する物）が蒸発流に対してθ だけ傾いている場合は
( 1-3)
dm = GdS 1 cos φ ⋅ 4 d ω
である．蒸着源から基板までの距離を r とおくと蒸着膜厚速度 t は材料の密度を ρ として
( 1-4)
となる．dm = GdS 1 cos φ cos θ ⋅ 4 d ω
したがって，図1-9のように蒸発源と基板が平行な場合の蒸発源直下の蒸着膜厚速度
GdS 1 cos φ cos θ
t0 と図中のＲ点における蒸着膜厚速度 t との関係は
t=
πρ
r2
( 1-5)
となる．
1
図 1-8 蒸発源と基板との相対位置関係
図 1-9 蒸発源と基板が平行な場合t =
t0
真空中での薄膜成膜( ２） 提供： アネルバ株式会社
189
{1 + (δ / h ) 2 } 2
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不純物拡散
平成１６年度熊本大学地域共同研究センター
高度技術研修
－MOSデバイスプロセス実習－
熊本大学 教授 久保田
久保 弘
シリコンにおけるドナーとアクセプタ不純物
U ( n型半導体のバンド図）
( 不純物半導体の結合）
εc
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
p
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
U
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
εc
e
Ｓｉ
h
Ｓｉ
Ｓｉ
B
Ｓｉ
Ｓｉ
Ｓｉ
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εv
Ｓｉ
εv
190
ドナー
( p型半導体のバンド図）
アクセプタ
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シリコンにおけるドナーとアクセプタ不純物
○不純物半導体の電気特性
U
( p型半導体＠０〇K）
( p型半導体＠室温）
εc
U
εc
アクセプタ
アクセプタ
εv
U
( n型半導体＠室温）
( n型半導体＠０〇K）
εc
ド
ドナ
ドナ
εv
εv
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不純物導入方法
センサプロセスフロ ( 例）
センサプロセスフロー(
１．アライメントマークの作製
２．拡散抵抗層＋温度センサ部の作製
３ 酸化膜層、コンタクト層の作製
３．酸化膜層、コンタクト層の作製
４ 配線層の作製
４．配線層の作製
５．保護膜層の作製
６．メンブレンの作製
Physics of Semiconductor Devices by S. M. Sze
191
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不純物濃度とシート抵抗の関係
J = σE
v
の関係がある。電子の速度を ，数密度を と
すると，
は単位時間( 1秒）に単位面積を通
e
e
過する電荷量，すなわち電流密度となるので，
n
en v
( 電流密度 J ）
1
= J
en e v
ne
式より
シート
V
x1
1
v
σ = nee
E
となる。
v
E
を
nh ne
W
L
μn
と書き，モビリティー( 移動度）と呼んでいる。電子とホールのモビリティーをそれぞれ
μe , μh
n：
e 伝導帯の電子の数密度
とすると
σ = e ( μ e ne + μ h nh )
n：
h 価電子帯のホールの数
室温では不純物濃度と電子，ホールの数密度はほぼ等しいので，
σ = e( μ e N D + μ h N A ) .
R=
L
L
.
=
Wx 1σ Wx 1e ( μ e N D + μ h N A )
密度
N D：n 側のドナ不純物濃度［
1
N A：p 側のアクセプタ不純物
濃度［
m3
］
1
m3
］
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四探針法計測の原理
I V V I
シート
s s s
x1
nh ne
x1
L
W
I V V I
W
L
s s s
RS =
V
• CF : シート抵抗 [ Ω / square ]
I
in case of x1 << L or d .
ρ=
L/d
1.0
1.5
1
σ
= R S x1 [ Ω • cm]
L/d=1
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
d >> s CF = 4 .54 .
4.5
192
Physics of Semiconductor Devices by S. M. Sze
.
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MOSトランジスタの動作
ジ タ 動作
平成１６年度熊本大学地域共同研究センター
高度技術研修
－MOSデバイスプロセス実習－
熊本大学 助教授 中田明良
中 明良
MOSトランジスタ特性の計測
電極パッド
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100μm
MOS本体
一般にデバイスにはコンタクトを取るために大きな電極パッドを形成する．
193
MOSトランジスタ特性の計測
Kumamoto Univ.
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半導体計測機器
ドレイン
プロ ブ
プローブ
ゲート
ソース
MOS
Ex. Agilent 4156C,E5250A
電極パッドにプローブを接触させて計測機器との電気回路網を作る．
機
気
194
n-MOSトランジスタプロセス
MOSトランジスタプロセス
実験手順書
熊本大学 久保田研究室
記号
日時
内容
担当
備考
第７版
２０１１．３．２０
改訂・追加
濱口・松川
追実験・日程・所要時間等追加箇所
を水色表示
オペtトレ「前年度を踏まえた準備・改
善について」を追加
第６版
２００９．４．２７
改訂
塩津・溝上・濱口
コンタクトエッチング部分修正
第５版
２００７．２．６
改訂
小村・溝上・居村
第３版を修正
第４版
２００７．１．２８
改訂
岩田・居村
計測部分改訂
第３版
２００７ １ ２８
２００７．１．２８
改訂
徳満
VBL603用実験手順書
第２版
２００４．１０．２８
電気炉・計測追加
若杉・大島・板倉
H16年度高度技術者研修用
初版
２００４．１０．１８
初版
若杉雄彦
H16年度高度技術者研修用
195
全体手順
１
↓
２
↓
３
↓
４
素 分離酸化膜 成
素子分離酸化膜形成
裏面拡散
素子分離形成
ゲート電極形成
５ 拡散・層間絶縁膜形成
↓
６ 配線電極形成
線電極 成
↓
７ 計測
（注１）使用ウエハについて
一番最初の工程である素子分離酸化膜形成は、300nm酸化膜付Siウエハを使用した場合
その工程を省略することが可能。
（注２）裏面拡散について
（注２）裏面拡散に
いて
裏面拡散は電極とSi界面でのオーミックコンタクトを得るための工程であるが、裏面拡散なしでも
オーミックコンタクトを得ることができれば、その工程は省略することも可能。
MOSトランジスタ作製手順例
Siウエハ（ベア）使用
300nm酸化膜付Siウエハ使用
①裏面拡散なしの場合
１→３ → ４ → ５ → ６ → ７
②裏面拡散ありの場合
１ →２→３ → ４ → ５ → ６ → ７
①裏面拡散なしの場合
３→４→５→６→７
②裏面拡散ありの場合
２→３ → ４ → ５ → ６ → ７
196
①
全体手順（１－１～４－３）
（ウェハ購入）
３ 素子分離形成
SVBL CR
３－１ 素子分離リソ
１ 素子分離酸化膜形成
１－１ RCA洗浄
レジスト塗布
SVBL CR
・HMDS，OFPR-800
有機物除去
・硫酸＋過水
露光
・両面アライナー
酸化膜除去
・0.5wt%希フッ酸
現像
・ＮＭＤ－Ｗ
観察
・顕微鏡、SEM
アンモニア過水洗浄 ・（アンモニア＋過水）
＠90℃
酸化膜除去
塩酸過水洗浄
酸化膜除去
３－２ 素子分離エッチング
・0.5wt%希フッ酸
エッチング
・（塩酸＋過水）＠90℃
レジスト剥離
・0.5wt%希フッ酸
観察
・BHF
・硫酸＋過水
・顕微鏡、SEM
酸化膜（化学）形成 ・Hot過水＠90℃
１－２ Wet酸化
Wet酸化
２ 裏面拡散
２－１ BSG膜形成
レジスト塗布
ジ ト塗布
４ ゲート電極形成
４ ゲート電極形成
・Wet 1000℃
60min tox=300nm
４－１ RCA洗浄
有機物除去
・硫酸＋過水
酸化膜除去
・0.5wt%希フッ酸
SVBL CR
アンモニア過水洗浄 ・（アンモニア+過水）
@９０℃
・HMDS,OFPR-800
酸化膜除去
酸化膜除去
ウェハ乾燥
酸化膜除去
・1st 1000rpm
2nd 3000rpm t=0.3um
・（塩酸＋過水）@90℃
・0.5wt%希フッ酸
酸化膜（化学）形成 ・Hot過水@９０℃
４－２ ゲート酸化
２－２ BSG拡散
拡散
・0.5wt%希フッ酸
・0.5wt%希フッ酸
塩酸過水洗浄
BSG塗布
SVBL CR
ゲート酸化
・900℃,60分
N2雰囲気
・ドライO2，1000℃
４ ３ ゲート成膜
４－３
ゲ ト成膜
ゲート成膜
①へ
次項へ
197
・イオンビームスパッタ
全体手順（４－４～６－２）
②
前項から
SVBL CR
５－３ コンタクトリソ
レジスト塗布
II．ゲート電極形成
４－４ ゲート分離リソ
レジスト塗布
露光
SVBL CR
・HMDS，OFPR-800
露光
・両面アライナー
現像
・ＮＭＤ－Ｗ
観察
・顕微鏡、SEM
・HMDS，OFPR-800
・両面アライナー
現像
・ＮＭＤ－Ｗ
観察
・顕微鏡、SEM
５－４ コンタクトエッチング
エッチング・リンス
・0.5wt%希フッ酸
レジスト剥離・リンス ・硫酸＋過水
４－５
４
５ ゲ
ゲート分離エッチング
ト分離エッチング
観察
エッチング・リンス
・顕微鏡、SEM
・過水
レジスト剥離・リンス ・硫酸＋過水
６ 配線電極形成
SVBL CR
６－１ Al-Si配線成膜
観察
・顕微鏡
顕微鏡、SEM
SEM
酸化膜除去
Ａｌ-Si成膜
５ 拡散・層間絶縁膜形成
５－１ PSG膜形成
酸化膜除去
PSG塗布
真空アニール
６－２ AlSi配線リソ
SVBL CR
・0
0.5wt%希フッ酸
5wt%希フッ酸
・HMDS，OFPR-800
・ホットプレート150℃
5分乾燥
露光
・両面アライナー
・1st 1000rpm
2nd 3000rpm t=0.3um
現像
・ＮＭＤ－Ｗ
観察
・顕微鏡，SEM
・LLチャンバー、800℃
６－３ AlSiエッチング
５－２ PSG拡散
拡散
・イオンビームスパッタ
SVBL CR
レジスト塗布
ウェハ乾燥
・0 5wt%希フッ酸
・0.5wt%希フッ酸
エッチング
・900℃、60分
N2雰囲気
レジスト剥離
観察
②へ
次項へ
198
・りん酸，硝酸，酢酸
・アセトン
・顕微鏡，SEM
全体手順（７－１～９）
日程について
オペトレの日程を組む場合の目安としています。
タイムスケジュール作製の参考にしてみては如何でしょうか。
素子分離から始めて計測まで15日分の日程に分けてあります
素子分離から始めて計測まで15日分の日程に分けてあります。
前項より
前項
り
７ 裏面電極形成
SVBL CR
７－１ 裏面酸化膜除去
裏面酸化膜除去
※日程・所要時間について（第7版追加）
・フッ酸
所要時間について
本書での所要時間とは最低限空けるべき時間を示しています。
時間は準備、大気開放、アライメント等を考えて、多く取って
ありますが、勿論トラブル等が起きた場合時間オーバーすること
もあります。こちらも目安として考えて下さい。
特にRCA洗浄は半日程度の長丁場となりますので、事前に
特
洗浄は半日程度の長丁場 なりますので、事前
告知してスケジュール合わせをしておくことをお勧めします。
７－２ 裏面AlSi電極成膜
裏面AlSi成膜
・イオンビームスパッタ
８ シンタリング
シンタリング
・H2雰囲気
＠400℃、30min
（搬送）
９ MOSの電気特性計測
理学部新棟 CR
サンプル作製
サンプル導入
SEM観察
プローブ操作
デバイス計測
デ
イ 計測
・半導体パラメータ
半導体 ラ
タ
アナライザー
199
前年度を踏まえた準備・改善について
※日程・所要時間について（第7版追加）
日程について
オペトレの日程を組む場合の目安としています。
タイムスケジュール作製の参考にしてみては如何でしょうか。
2：素子分離から始めて9：計測まで15日分の日程に分けてあります。
所要時間について
所要時間に
いて
本書での所要時間とは最低限空けるべき時間を示しています。
時間は準備、大気開放、アライメント等を考えて、多く取ってありますが、勿論トラブル等が起きた場合時間
オーバーすることもあります。こちらも目安として考えて下さい。
特にRCA洗浄は半日程度の長丁場となりますので、事前に告知してスケジュール合わせをしておくこと。
2010年度オペトレ課題
・日程調整について
→来年度は早めに始めて６月末終了を目処としたい（報告会は７月中旬までに行う）
・ゲート酸化膜が想定よりも薄くなっていた。
→拡散炉の温度が設定値よりも上がらず、低温で処理されている恐れがある？
→酸化炉が温度校正表に従った温度になっているか確認
200
場所
1 素子分離形成（1-1 RCA洗浄）
工程
手順
SVBL 6F CR
注意・備考
酸化膜除去
(04) PTFE洗浄槽に0.5%希フッ酸を作製
(05) キャリアに入れたウェハを希フッ酸槽に浸漬
→１５秒程度：化学酸化膜除去
(06) 超純水リンス槽（石英）でリンス →５分間
５分間
・HF=30ml，H2O=2970ml
・ウェハが疎水性を示すまで浸漬
(07) 石英洗浄槽に超純水2500ml入れ，ヒータで加熱
（８０～９０℃程度まで）
(08) 過水＝500mlを加熱した純水に入れる
(09) アンモニア＝25mlを加熱した純水に入れる
(10) キャリアを入れて，洗浄 →１０分間
(11) 超純水リンス槽（PTFE）でリンス →５分間
・アンモニア：過水：水
＝０．０５：１：５
・温度計で計測
・有機物除去の待ち時間などに
予め用意し、ホットプレートで
加熱しておくと良い
アンモニア
過水洗浄
有機物除去
(01) PTFE洗浄槽に１枚ウェハを入れる
(02) 過水＝40mlを入れ、次に硫酸＝160mlを入れ，洗浄
→５分間
(03) 超純水リンス槽（石英）でリンス →５分間
・硫酸：過水＝４：１
激しい反応あり（要注意！）
・予め，石英洗浄槽にキャリアを
入れた純水オーバーフロー層を用意
・硫酸過水のPTFE洗浄槽を純水で
洗い、次工程のリンス槽とする
湯洗
酸化膜
塩酸過水洗浄
除去
(12) 石英洗浄槽に超純水3000ml入れ，ヒータで加熱
（８０～９０℃程度まで）
(13) キャリアを入れて，湯洗 →１０分間
(14) 超純水リンス槽でリンス →５分間
用意する薬品類
硫酸
過酸化水素水
フッ酸
アンモニア水
塩酸
ブローガン用N2ボンベ
用意する冶具など
PTFE洗浄槽 ２
PTFE洗浄槽×２
石英洗浄槽×２
PFAウェハーキャリア
PFAピンセット
ウェハトレイ（搬送用）
ホットプレート
ヒータ（石英管）
・アンモニア過水洗浄中に、石英洗浄
槽に純水を入れて、ホットプレートで
加熱しておくと良い
処理方式
最大4インチウェハー25枚
(15) キャリアを希フッ酸槽（PTFE）に浸漬 →１５秒程度
(16) 超純水リンス槽でリンス →５分間
(17) 石英洗浄槽に超純水2300ml入れ，ヒータで加熱
石英洗浄槽に超純水2300ml入れ ヒータで加熱
（８０～９０℃程度まで）
(18) 過水＝375mlを加熱した純水に入れる
(19) 塩酸＝375mlを加熱した純水に入れる
(20) キャリアを入れて，洗浄 →１０分間
(21) 超純水リンス槽でリンス →５分間
・塩酸：過水：水＝１：１：６
塩酸 過水 水
・湯洗浄の待ち時間などに予め用意し、
ホットプレートで純水を加熱しておく
と良い。
湯洗
酸化膜 化学酸化膜
除去
形成
(22) 石英洗浄槽に超純水3000ml入れ，ヒータで加熱
（８０～９０℃程度まで）
(23) キャリアを入れて，湯洗
キ リアを入れて 湯洗 →１０分間
１０分間
(24) 超純水リンス槽でリンス →５分間
・塩酸過水洗浄中に、石英洗浄
槽に純水を入れて、ホットプレートで
加熱しておくと良い
(25) キャリアを希フッ酸槽（PTFE）に浸漬 →１５秒程度
(26) 超純水リンス槽でリンス →５分間
(27) 石英洗浄槽に過水3000ml入れ，ヒータで加熱
（８０～９０℃程度まで）
(28) キャリアを入れて，ホット過水洗
キャリアを入れて ホット過水洗 →１０分間
(29) 超純水リンス槽でリンス →５分間
(30) ブローガンで乾燥
ウェハー状態
before
・湯洗浄中に
湯洗浄中に、石英洗浄槽に過水
石英洗浄槽に過水
を入れて、ホットプレートで
加熱しておくと良い
洗浄工程をスムーズに進めるために
化学酸化膜
p-Si
化学酸化膜
次の工程が何かを意識しながら、
次工程の準備（純水過熱・容器洗浄など）をする
after
化学酸化膜
p-Si
化学酸化膜
201
場所
1 素子分離形成（1-2 Wet酸化）
工程
手順
注意・備考
（01) 窒素、酸素、水素ガスのバルブを上流から開
ける。
準備
(02)酸化・拡散炉のブレーカ2箇所をオン
(100V,200V)
(04)温度・ガスのシーケンスをPIDコントローラで設
定する。
(05)ダミーウェハ、ボートを取り出す。
・初めてH2ガスを使用する人
は、使用経験者から指導を十
分受け理解路してから使用
すること。
・酸化・拡散炉の操作はマ
ニュアルを別途参照
(06)事前に600℃まで昇温する。→30分程度
ウェハ導入
(07)ウェハをボートに載せる。
洗浄済みシリコンウェハ
ウェハキャリア
PFAピンセット
用意する装置
酸化・拡散炉
耐熱手袋
1バッチ
最大4インチウェハ25枚
・PIDコントローラの操作はマ
ニュアルを別途参照
(08)ボートを石英管内の所定の位置まで挿入。
(09)ダミーウェハを石英管内の所定の位置まで挿
ダ
ウ
を 英管内 所定 位置ま 挿
入。
(10)耐熱手袋で、石英キャップを取り付ける。
(11)酸化拡散炉本体のAUTOボタンを押す。
・石英管は非常に熱くなって
英管
常 熱くな
いるので、石英キャップの取
付・取外しは必ず耐熱手袋を
使用すること。
・ウェハの出し入れは、PFA
ピンセットもしくは石英真空ピ
ンセットを用いること。
金属ピンセットは使用禁止
(石英管、ウェハが汚染され
ます。)
(12)PIDコントローラのRUNボタンを押す。
(13)昇温・酸化・降温
酸化
60min
(酸化)
・ガスの導入はマニュアルを
別途参照
用意する治具
・H2ガスは使用時中田助教
授の許可を取ること。
(03)窒素ガスを反応管に導入
5min 30min 10min
(保持) (昇温) (保持)
SVBL 6F CR
約2時間
(降温)
1000℃
600℃
N2: 2SLM
PYRO(外部燃焼管)
H2:O2=1SLM:1SLM
N2: 2SLM
ウェハ取出
(14)温度が600℃まで下がったら、耐熱手袋で、石
英キャップを取り外す。
ウェハー状態
before
化学酸化膜
(15)搬送棒でダミーウェハを引き出す。
p-Si
(16)ダミーウェハを冷却。
化学酸化膜
(17)ウェハボートを引き出す。
(18)ウェハが十分冷めてから、ウェハをPFAピン
セットで取り出す。
後片付け
(19)ボート ダミーウェハ 石英キャップを元に戻す
(19)ボート、ダミーウェハ、石英キャップを元に戻す。
after
(20) 酸化・拡散炉のブレーカ2箇所をオフ
(100V,200V)
SiO2
p-Si
（21) 窒素、酸素、水素ガスのバルブを下流から閉
める。
202
SiO2
場所
2 裏面拡散（ 2-1 BSG膜形成）
工程
手順
塗布＆乾燥
HMD
DS
(01)ホットプレートの温度を70℃に設定
(02)ウェハをスピンコーター中央にセット
(02)ウェハをスピンコ
タ 中央にセット
(03)スピンコーターの回転数をセット
1st 330rpm
3秒
2nd 2200rpm 20秒
(04) HMDSをウェハに塗布し，回転塗布
(05)ホットプレート70℃で乾燥 5分間
SVBL6F CR
注意・備考
1日目
・ホットプレートはクリーンルーム
入室直後に設定を行うと良い
（設定温度：70℃）
用意する薬品類
フッ酸
バッファ ドフッ酸
バッファードフッ酸
硫酸
BSG
レジスト塗布
用意する装置
・小型ポンプで固定する
表面酸化膜除去
(06)ウェハをスピンコーター中央にセット
(07)スピンコーターの回転数をセット（OFPR-800 ）
1st
500rpm
3秒
2nd
3300rpm 17.5秒
(08) OFPR-800をウェハに塗布し，回転塗布
(09)ホットプレート120℃でプリベーク 5分間
レジスト
SiO2
p-Si
SiO2
(10) PTFE洗浄槽に0.5%希フッ酸を作製
(11) キャリアに入れたウェハを希フッ酸槽に浸漬→3分間
(12) 超純水リンス槽（石英）でリンス →30秒間
(13) PFAバットのBHFを廃液タンクに捨て、すすぐ
レジスト剥離
(14) PFAバットにウェハを入れる
(15) PFAバットに硫酸＝160mlを入れる
(16) PFAバットに過水＝40ｍｌを入れる →レジスト剥離
(17)PFA角型容器(超純水リンス層用)の超純水でリンス
裏面酸化膜除去
(18) ドライエアーブローガンで乾燥
PFAバット
PFAピンセット
PFA攪拌棒
ホットプレート
保護マスク
耐酸性手袋
耐酸性エプロン
レジスト
処理方式
SiO2
枚様式
p-Si
SiO2
p-Si
20秒間
化学酸化膜
(19) PFAバットに0.5%希フッ酸を作製
(20) ウェハを希フッ酸に浸漬
→数秒間
(21) 超純水リンス槽（石英）でリンス →約20秒間
SiO2
p-Si
(22)ドライエアーブローガンで乾燥
所要時間
・HF=30ml，H2O=2970ml
・ウェハが疎水性を示すまで浸漬
(23) ウェハをスピンコーターの中央にセットする
(24) スピンコーターの回転数をセットする
1st 1000rpm 5秒
2nd 3000rpm 20秒
(25) BSGをウェハに塗布し，回転塗布
(26) ホットプレート150℃で有機溶媒乾燥
・BHF（バッファードフッ酸）
→HF：NH4F＝5wt%：17wt%
エッチングレート：110nm/min
または、LAL1000を使用する
3分間
塗布
BSG
(27) ウェハを乗せたまま、ホットプレート設定温度を200℃
にする
約10分間（200℃になるまで保持）
(28) ホットプレート200℃で有機溶媒乾燥
5分間
・硫酸：過水＝４：１
・トータル200ml作製（１枚処理用）
・最初にウェハを容器に入れる
・過水を入れると激しく反応
（注意！！）
(29) ウェハを乗せたまま、ホットプレート設定温度を300℃
にする
約10分間（300℃になるまで保持）
90分
ウェハー状態
before
SiO2
p-Si
SiO2
after
SiO2
(30) ホットプレート300℃で有機溶媒乾燥
5分間
p-Si
(31) ウェハを冷却する
(32)酸化炉に導入する
BSG層
203
場所
2 裏面拡散（2-2 BSG拡散）
工程
手順
SVBL 6F CR
注意・備考
(01) 窒素ガスのバルブを上流から開ける。
(02)酸化・拡散炉のブレーカ2箇所をオン
(100V,200V)
2日目
・ガスの導入はマニュアルを
別途参照
用意する薬品類
洗浄済みシリコンウェハ
ウェハキャリア
PFAピンセット
準備
・酸化・拡散炉の操作はマ
ニュアルを別途参照
(03)窒素ガスを反応管に導入
用意する装置
(04)温度・ガスのシーケンスをPIDコントローラで設
定する。
・PIDコントローラの操作はマ
ニュアルを別途参照
(05)ダミーウェハ、ボートを取り出す。
(05)ダミ
ウ
、ボ トを取り出す。
・石英管は非常に熱くなって
石英管は非常に熱くなって
いるので、石英キャップの取
付・取外しは必ず耐熱手袋を
使用すること。
(06)ウェハをボートに載せる。
酸化・拡散炉
耐熱手袋
処理方式
枚様式
ウェハ導入
※所定の位置
→拡散炉マニュアル参照
(07)ボートを石英管内の所定の位置まで挿入。
(08)ダミーウェハを石英管内の所定の位置まで挿
入
入。
(10)耐熱手袋で、石英キャップを取り付ける。
(11)キャップして、窒素パージする →１時間
(11)酸化拡散炉本体のAUTOボタンを押す。
(12)PIDコントローラのRUNボタンを押す。
(13)昇温・拡散・降温
拡散
ウェハ 5min 30min 10min
工程 導入 （保持） （昇温） （保持）
60min
（拡散）
約3時間
（降温）
ウェハ
取り出し
拡散炉マニュアル参照
酸化炉の温度校正表が
正確であるか事前に確認し、
ずれている場合は調節を行う
900℃
温度
所要時間
20℃
200分
300℃
ウェハ取出
(14)温度が300℃以下まで下がったら、耐熱手袋で、 拡散炉稼働中は必ず1人以
石英キャップを取り外す。
上側にいること
(15)搬送棒でダミーウェハを引き出す。
作業の効率化のために、
冷却に入った時点で終了とし、
ウェハ取り出しは次回冒頭に
行うと良い
(16)ダミーウェハを冷却。
(17)ウェハボートを引き出す。
(18)ウェハが十分冷めてから、ウェハをPFAピン
セットで取り出す。
後片付け
(19)ボート ダミーウェハ 石英キャップを元に戻す
(19)ボート、ダミーウェハ、石英キャップを元に戻す。
但し、担当者は200℃以下ま
で待機し、窒素ガスを止めて
退出すること
ウェハー状態
before
SiO2
p-Si
BSG層
after
SiO2
(20) 酸化・拡散炉のブレーカ2箇所をオフ
(100V,200V)
（21) 窒素ガスのバルブを下流から閉める。
p-Si
p+
BSG酸化膜
204
3 素子分離形成（3-1 素子分離リソ）
露光装置準備
工程
手順
場所
SVBL 6F CR
注意・備考
※前回ウェハ取り出しを行っていない場合は
ウェハの取り出しから行う
3日目
(01) 両面アライナーランプON
(02) 両面アライナー制御システム電源ON
・ランプが安定するまでに
約３０分要する．
用意する薬品類
レジスト（OFPR-800）
現像液（
現像液（NMD-W）
）
アセトン
・ＣＲ入室後すぐに両電源をＯＮ
すると良い
用意する冶具など
塗布＆乾燥
HMD
DS
PFAバット
小型ポンプ
PFAビーカー（5000ml）
(03) ホットプレートの温度を70℃に設定
(04) ウェハをスピンコーター中央にセット
(05) スピンコーターの回転数をセット
スピンコ タ の回転数をセット
1st
330rpm
３秒
2nd
2200rpm ２０秒
(06) HMDSをウェハに塗布し，回転塗布
(07) ホットプレート70℃で乾燥
・ホットプレートは，クリーン
ルーム入室直後に設定を
行うと良い（設定温度：７０℃）
・ウェハがコーターの中央に
乗ったかを確認するには、
低回転（設定：１００）で回転
させるとよい
５分間
分間
レジスト塗布
(08) ウェハをスピンコーター中央にセット
(09) スピンコーターの回転数をセット（OFPR-800）
1st
500rpm
３秒
2nd
3300rpm １７．５秒
(10) OFPR-800をウェハに塗布し，回転塗布
((11)) ホットプレート110℃でプリベーク
90秒間
PFAピンセット
PFAピンセ
ト
ストップウォッチ×２
ウェハトレイ（搬送用）
処理方式
枚様式
・小型ポンプで固定する
・左記は，OFPR-800，
1μmの設定値
・小型ポンプで固定する
露光
(12) ウェハを両面アライナーにセット
(13) マスクをセットする
(14)ウエハとマスクをアライメントする
(15) 露光 ３秒間
所要時間
・露光の実行方法については
別途、マニュアル参照
120分
ウェハー状態
before
現像＆乾燥
(16) PFAバットに現像液，
もう一つのPFAバットには純水を入れる
(17) 露光したウェハを現像液に浸す
SiO2
p-Si
Si
６５秒
p+
BSG酸化膜
(18) PFAバットの純水ですすぎ、PFAビーカーの
純水でリンス
３０秒
ポストベーク
after
(19) ドライエアーブローガンで乾燥
ブ
ガ
(20) ホットプレートの温度を120℃に設定する
(21) 現像後のウェハをホットプレートでポストベーク
レジスト
・プリベークが完了した後に，
120℃に設定しておくとよい
５分
SiO2
p-Si
p+
(22) 顕微鏡で観察する
BSG酸化膜
205
3 素子分離形成（3-2 素子分離エッチング）
工程
場所
SVBL 6F CR
エッチング
手順
注意・備考
(01) PFA角型容器(超純水バッファ層用)に超純水を入れる
(02) PFAバットに純水を238ml入れる
PFAバ トに純水を238 l入れる
(03) PFAバットにフッ化アンモニウムを212ml入れる
・BHF（バッファードフッ酸）
→HF：NH4F＝5wt%：17wt%
% 1 %
エッチングレート：110nm/min
または、ＬＡＬ１０００を
用いても良い
(04) PFAバットにフッ酸を50ml入れ，よく混ぜ合わせる
(05) BHF溶液にウェハを入れ，エッチング
３分間 ＊0.3μmをエッチングするため
(06) PFA角型容器(超純水リンス層用)の超純水でリンス
５分間
レジスト剥離
(07)
(08)
(09)
(10)
フッ酸
フッ化アンモニウム
硫酸
過酸化水素水
用意する装置
・トータル500ml作製
PFA角型容器
PFAバット
PFAウェハーキャリア
TPX手付きビーカー
1000ml
TPXメスシリンダー×２
200ml，500ml
トング
・硫酸：過水＝４：１
・トータル200ml作製（１枚処理用）
・最初にウェハを容器に入れる
・過水を入れると激しく反応
（注意！！）
PFAバットのBHFを廃液タンクに捨て、すすぐ
PFAバットにウェハを入れる
PFAバットに硫酸＝１６０mlを入れる
PFAバットに過水＝４０ｍｌを入れる
５分間
(11) PFA角型容器(超純水リンス層用)の超純水でリンス
５分間
(12) ドライエアーブローガンで乾燥
用意する薬品類
3日目
ここまで
追加実験
薬品用手袋
裏面の抵抗率の変化を
四探針で計測してみる
PFAピンセット
廃液タンク
保護マスク（フェイスガード)
（２０リットルを２本）
pH試験紙
(13) 顕微鏡観察
処理方式
枚様式
ウェハー状態
before
レジスト
SiO2
p Si
p-Si
p+
BSG酸化膜
after
SiO2
p-Si
p+
化学酸化膜
206
化学酸化膜
場所
4 ゲート電極形成（4-1 RCA洗浄）
工程
手順
SVBL 6F CR
注意・備考
有機物除去
(01) PTFE洗浄槽に１枚ウェハを入れる
(02) 過水＝40mlを入れ、次に硫酸＝160mlを入れ，洗浄
→５分間
(03) 超純水リンス槽（石英）でリンス →５分間
・硫酸：過水＝４：１
激しい反応あり（要注意！）
・予め，石英洗浄槽にキャリアを
入れた純水オーバーフロー層を用意
酸化膜除去
4日目
アンモニア
過水洗浄
(04) PTFE洗浄槽に0.5%希フッ酸を作製
(05) キャリアに入れたウェハを希フッ酸槽に浸漬
→１５秒程度：化学酸化膜除去
(06) 超純水リンス槽（石英）でリンス →５分間
５分間
・HF=30ml，H2O=2970ml
・ウェハが疎水性を示すまで浸漬
(07) 石英洗浄槽に超純水2500ml入れ，ヒータで加熱
（８０～９０℃程度まで）
(08) 過水＝500mlを加熱した純水に入れる
(09) アンモニア＝25mlを加熱した純水に入れる
(10) キャリアを入れて，洗浄 →１０分間
(11) 超純水リンス槽（PTFE）でリンス →５分間
・アンモニア：過水：水
＝０．０５：１：５
・温度計で計測
・有機物除去の待ち時間などに
予め用意し、ホットプレートで
加熱しておくと良い
・硫酸過水のPTFE洗浄槽を純水で
洗い、次工程のリンス槽とする
湯洗
酸化膜
塩酸過水洗浄
除去
(12) 石英洗浄槽に超純水3000ml入れ，ヒータで加熱
（８０～９０℃程度まで）
(13) キャリアを入れて，湯洗 →１０分間
(14) 超純水リンス槽でリンス →５分間
用意する薬品類
硫酸
過酸化水素水
フッ酸
アンモニア水
塩酸
ブローガン用N2ボンベ
用意する冶具など
PTFE洗浄槽 ２
PTFE洗浄槽×２
石英洗浄槽×２
PFAウェハーキャリア
PFAピンセット
ウェハトレイ（搬送用）
ホットプレート
ヒータ（石英管）
処理方式
・アンモニア過水洗浄中に、石英洗浄
槽に純水を入れて、ホットプレートで
加熱しておくと良い
最大4インチウェハー２５枚
・塩酸：過水：水＝１：１：６
塩酸 過水 水
・湯洗浄の待ち時間などに予め用意し、
ホットプレートで純水を加熱しておく
と良い。
所要時間
(15) キャリアを希フッ酸槽（PTFE）に浸漬 →１５秒程度
(16) 超純水リンス槽でリンス →５分間
(17) 石英洗浄槽に超純水2300ml入れ，ヒータで加熱
石英洗浄槽に超純水2300ml入れ ヒータで加熱
（８０～９０℃程度まで）
(18) 過水＝375mlを加熱した純水に入れる
(19) 塩酸＝375mlを加熱した純水に入れる
(20) キャリアを入れて，洗浄 →１０分間
(21) 超純水リンス槽でリンス →５分間
5~6時間程度
湯洗
酸化膜 化学酸化膜
除去
形成
(22) 石英洗浄槽に超純水3000ml入れ，ヒータで加熱
（８０～９０℃程度まで）
(23) キャリアを入れて，湯洗
キ リアを入れて 湯洗 →１０分間
１０分間
(24) 超純水リンス槽でリンス →５分間
・塩酸過水洗浄中に、石英洗浄
槽に純水を入れて、ホットプレートで
加熱しておくと良い
ウェハー状態
(25) キャリアを希フッ酸槽（PTFE）に浸漬 →１５秒程度
(26) 超純水リンス槽でリンス →５分間
(27) 石英洗浄槽に過水3000ml入れ，ヒータで加熱
（８０～９０℃程度まで）
(28) キャリアを入れて，ホット過水洗
キャリアを入れて ホット過水洗 →１０分間
(29) 超純水リンス槽でリンス →５分間
(30) ブローガンで乾燥
班が分かれている場合
時間が長いので同時に
行うこと
before
化学酸化膜
SiO2
・湯洗浄中に
湯洗浄中に、石英洗浄槽に過水
石英洗浄槽に過水
を入れて、ホットプレートで
加熱しておくと良い
p Si
p-Si
p+
化学酸化膜
洗浄工程をスムーズに進めるために
次の工程が何かを意識しながら、
次工程の準備（純水過熱・容器洗浄など）をする
after
f
SiO2
追加実験
洗浄前と後のウェハ表面を
比較する手段は無いだろうか？
207
p-Si
p+
化学酸化膜
化学酸化膜
4 ゲート電極形成（4-2 ゲート酸化）
工程
手順
（01) 窒素、酸素ガスのバルブを上流から開ける。
(02)酸化・拡散炉のブレーカ2箇所をオン
(100V,200V)
準備
(03)窒素ガスを反応管に導入
5日目
(04)温度・ガスのシーケンスをPIDコントローラで設
定する。
場所
SVBL 6F CR
注意・備考
用意する治具
・ガスの導入はマニュアルを別途
参照
洗浄済みシリコンウェハ
ウェハキャリア
PFAピンセット
・酸化・拡散炉の操作はマニュア
ルを別途参照
・PIDコントローラの操作はマニュ
アルを別途参照
・石英管は非常に熱くなっている
ので、石英キャップの取付・取外
ので、石英キャップの取付
取外
しは必ず耐熱手袋を使用するこ
と。
(05)ダミーウェハ、ボートを取り出す。
(05)ダミ
ウ
、ボ トを取り出す。
(06)事前に600℃まで昇温する。→30分程度
用意する装置
酸化・拡散炉
耐熱手袋
処理方式
最大4インチウェハ25枚
(07)ウェハをボートに載せる。
ウェハ導入
(08)ボートを石英管内の所定の位置まで挿入。
(09)ダミーウェハを石英管内の所定の位置まで挿
入。
入
(10)耐熱手袋で、石英キャップを取り付ける。
(11)酸化拡散炉本体のAUTOボタンを押す。
(12)PIDコントローラのRUNボタンを押す。
(13)昇温・酸化・降温
酸化
5min 30min 10min
(保持) (昇温) (保持)
60min
(酸化)
約2時間
(降温)
拡散炉マニュアル参照
1000℃
所要時間
600℃
N2: 2SLM
O2=２SLM
N2: 2SLM
200分
ウェハー状態
(14)温度が600℃まで下がったら、耐熱手袋で、石
英キャップを取り外す。
ウェハ取出
(15)搬送棒でダミーウェハを引き出す。
拡散炉稼働中は必ず1人
以上側にいること
作業の効率化のために、
冷却に入った時点で終了とし、
ウェハ取り出しは次回冒頭に
行うと良い
(16)ダミーウェハを冷却。
ダ
ウ
を冷却
(17)ウェハボートを引き出す。
(18)ウェハが十分冷めてから、ウェハをPFAピン
セットで取り出す。
後片付け
(19)ボート、ダミーウェハ、石英キャップを元に戻す。
但し、担当者は200℃以下ま
で待機し、窒素ガスを止めて
退出すること
(20) 酸化・拡散炉のブレーカ2箇所をオフ
(100V,200V)
before
SiO2
p Si
p-Si
p+
化学酸化膜
after
SiO2
（21) 窒素、酸素、水素ガスのバルブを下流から閉
める。
208
化学酸化膜
p-Si
p+
酸化膜
ゲ ト酸化膜
ゲート酸化膜
4 ゲート電極形成（4-3 ゲート成膜）
工程
手順
場所
SVBL 6F CR
注意・備考
※前回ウェハ取り出しを行っていない場合は
ウェハの取り出しから行う
・大気開放マニュアルを別途参照
サンプル導入
(01) LLチャンバーをN2ガスで大気開放する
(02) ウェハホルダにウェハを取り付ける
(03) 専用のロッドを用いてウェハホルダをLLチャンバーに
ロードする
(04) LLチャンバーを真空に引く
6日目
((05)) トラン
トランスファーロッドにLLチャンバー内の
ァ
ッドに チャン
内の
ウェハフォルダを乗せる
・大気開放している間に取り付ける
大気圧になるまで約３分
・取り扱い要注意！！
フォルダー落下注意
用意する薬品類
エタノール
用意する装置
ウェハフォルダ
PFAピンセット
精密ドライバー
精密ピンセット
フォルダ搬送冶具
※V5を開ける条件：
ＬＬチャンバーとＩＢＳチャンバー
の圧力差が100Pa以内！！！
（半日程度の真空引きが必要）
(06) 装置バルブ（V5）を開けて，LLチャンバーから
IBSチャンバーにサンプルをロードし，
IBSサンプルフォルダーにウェハを置く
(07) トランスファーロッドをLLチャンバーまで引き込み，
バルブ（V5）を閉じ，IBSチャンバーを真空に引く
１０分間
分間
処理方式
枚様式
・ロッドを引いてから，
バルブを閉じる
(08) IBSチャンバーの真空計をOFF
(09) イオンビームガス導入バルブ（Ar）を開く
(10) ボンベマニホールドを操作し、Arガスラインを開く
(11) 集積ガスパネルを操作し，カウフマンのArラインを
開き，イオンビームArパージ
５分間
分間
＊Ar流量：3.5sccm
流
成膜
(12) イオンビームの電源をON
ビーム電圧／電流設定値：1000V／70mA
アクセラレータ電圧設定値：-100V
(13) Sourceボタンを押して，イオンソース立ち上げ
Heater Current = 3.75A一定でエージング
５分間
・イオンソースにプラズマが発生し，
ヒータ（電子源）の電流が一定
（3.75A）になるまで待ち，
それからエージング
それから
ジング
(14) Beamボタンを押して、成膜開始
成膜レート：4nm/min
目標膜厚 ：150nm（37.5分成膜）
３７．５分間
所要時間
150分
追加実験
スパッタ後の膜厚の
面分布を調べておくとよい
(15) イオンビームガス導入バルブ（Ar）を閉じる
ウェハー状態
before
ゲート酸化膜
SiO2
(1６) 集積ガスパネルのArガスラインを閉じる
p-Si
(17) ボンベマニホールドのArガスラインを閉じる
サンプル取り出し
(18) IBSチャンバーの真空計をONし，IBSチャンバーの
真空度が，LLチャンバーよりもよくなるまでまつ
・圧力 IBS<LL の条件で、
V5が開くようになっている
p+
酸化膜
(19) バルブV5を開き，IBSからLLにサンプルを取り出す
(20) バルブV5を閉じる
after
(21) LLチャンバーをN2ガスで大気開放し、
ガスで大気開放し
サンプルを取り出す。
SiO2
(22) LLチャンバーを真空に引く
p-Si
p+
酸化膜
209
ゲ ト酸化膜
ゲート酸化膜
W
4 ゲート電極形成（4-4 ゲート分離リソ）
露光装置準備
工程
手順
場所
SVBL 6F CR
注意・備考
(0 ) 両面アライナ
(01)
両面アライナーランプON
ランプO
(02) 両面アライナー制御システム電源ON
・ランプが安定するまでに
ランプが安定するまでに
約３０分要する．
7日目
塗布＆乾燥
HMD
DS
(03) ホットプレートの温度を70℃に設定
(04) ウェハをスピンコーター中央にセット
(05) スピンコーターの回転数をセット
スピンコ タ の回転数をセット
1st
330rpm
３秒
2nd
2200rpm ２０秒
(06) HMDSをウェハに塗布し，回転塗布
(07) ホットプレート70℃で乾燥
・ＣＲ入室後すぐに両電源をＯＮ
すると良い
・ホットプレートは，クリーン
ルーム入室直後に設定を
行うと良い（設定温度：７０℃）
・ウェハがコーターの中央に
乗ったかを確認するには、
低回転（設定：１００）で回転
させるとよい
５分間
分間
レジスト塗布
(08) ウェハをスピンコーター中央にセット
(09) スピンコーターの回転数をセット（OFPR-800）
1st
500rpm
３秒
2nd
3300rpm １７．５秒
(10) OFPR-800をウェハに塗布し，回転塗布
((11)) ホットプレート110℃でプリベーク
用意する薬品類
レジスト（OFPR-800）
現像液（
現像液（NMD-W）
）
アセトン
用意する冶具など
PFAバット
小型ポンプ
PFAビーカー（5000ml）
PFAピンセット
PFAピンセ
ト
ストップウォッチ×２
ウェハトレイ（搬送用）
処理方式
枚様式
・小型ポンプで固定する
・左記は，OFPR-800，
1μmの設定値
90秒間
・小型ポンプで固定する
露光
(12) ウェハを両面アライナーにセット
(13) マスクをセットする
(14)ウエハとマスクをアライメントする
(15) 露光 ３秒間
所要時間
150分
・露光の実行方法については
別途、マニュアル参照
ウェハー状態
before
ゲート酸化膜
現像＆乾燥
(16) PFAバットに現像液，
もう一つのPFAバットには純水を入れる
(17) 露光したウェハを現像液に浸す
SiO2
W
p Si
p-Si
６５秒
p+
酸化膜
(18) PFAバットの純水ですすぎ、PFAビーカーの
純水でリンス
３０秒
after
ポストベーク
(19) ドライエアーブローガンで乾燥
ブ
ガ
(20) ホットプレートの温度を120℃に設定する
(21) 現像後のウェハをホットプレートでポストベーク
・プリベークが完了した後に，
120℃に設定しておくとよい
３０分
SiO2
p-Si
p+
酸化膜
(22) 顕微鏡で観察する
210
レジスト ゲート酸化膜
W
4 ゲート電極形成（4-5 ゲート分離エッチング）
工程
手順
エッチング
約３分間（目視判定）
(04) PFA角型容器(超純水リンス層用)の超純水でリンス
５分間
用意する薬品類
硫酸
・ウェハ端部からエッチングが
進み，中心部に及ぶまで保持
する．目視判定
残すべき部分がエッチングされる
可能性が高いためエッチング
条件をしっかり確認したうえで
エッチング時間を必ず測ること
レジスト剥離
・硫酸：過水＝４：１
・トータル200ml作製（１枚処理用）
・最初にウェハを容器に入れる
・過水を入れると激しく反応
（注意！！）
PFAバットのBHFを廃液タンクに捨て、すすぐ
PFAバットにウェハを入れる
PFAバットに硫酸＝１６０mlを入れる
PFAバットに過水＝４０ｍｌを入れる
５分間
(11) PFA角型容器(超純水リンス層用)の超純水でリンス
５分間
(12) ドライエアーブローガンで乾燥
SVBL 6F CR
注意・備考
(01) PFA角型容器(超純水バッファ層用)に超純水を入れる
(02) PFAバットに過水を500ml入れる
PFAバ トに過水を500 l入れる
(03) 過水にウェハを入れ、エッチング
(07)
(08)
(09)
(10)
場所
7日目
ここまで
過酸化水素水
用意する装置
PFA角型容器
PFAバット
PFAウェハーキャリア
TPX手付きビーカー
1000ml
TPXメスシリンダー×２
200ml，500ml
トング
PFA攪拌棒×２
薬品用手袋
廃液タンク
（２０リットルを２本）
pH試験紙
保護マスク（フェイスガード)
(13) 顕微鏡観察
処理方式
枚様式
ウェハー状態
before
レジスト
SiO2
ゲート酸化膜
W
p Si
p-Si
p+
酸化膜
after
ゲート酸化膜
SiO2
W
p-Si
p+
化学酸化膜
211
5 拡散・層間絶縁膜形成（5-1 PSG膜形成）
工程
手順
場所
SVBL 6F CR
注意・備考
酸化膜除去
(01) PTFE洗浄槽に0.5%希フッ酸を作製
((02)) ウェハを希フッ酸槽に入れる
１分間（目安）
・スクライブラインで水を
はじくまで浸漬
用意する薬品類
フッ酸
PSG
エタノール
(03) 超純水リンス層（石英洗浄槽）に入れ、リンス
５分間
(04) ブローガン乾燥
用意する装置
8日目
(05) ウェハをスピンコーターの中央にセットする
(06) スピンコーターの回転数をセットする
1st 1000rpm ５秒
2nd 3000rpm ２０秒
・ウェハがコーターの中央に
乗ったかを確認するには、
低回転（設定：１００）で
回転させるとよい
(07) PSGをウェハに塗布し，回転塗布
PFAピンセット
スポイト
ウェハホルダ
ウ
ホルダ
精密ドライバ
精密ピンセット
フォルダ搬送用冶具
処理方式
枚様式
塗布
PSG
(08) ホットプレート150℃で有機溶媒乾燥
ホ トプレ ト150℃で有機溶媒乾燥
３分間
(09) ウェハを乗せたまま、ホットプレート設定温度を200℃
にする
約１０分間（200℃になるまで保持）
(10) ホットプレート200℃で有機溶媒乾燥
５分間
(11) ウェハを乗せたまま、ホットプレート設定温度を300℃
ウ
を乗 たまま ホ プ
設定 度を
℃
にする
約１０分間（300℃になるまで保持）
(12) ホットプレート300℃で有機溶媒乾燥
５分間
所要時間
200分
(13) ウェハを冷却する
５分間
(14) LLチャンバーを大気開放し、ウェハ導入
(15) LLチャンバーを真空に引く
・PSG焼結時のWゲートの
PSG焼結時のWゲ トの
酸化防止のために，真空
アニールを行う
ウェハー状態
ウ
状態
before
真空アニール
ゲート酸化膜
(16) LLチャンバー基板加熱ヒータの温度を設定する
RT(室温)→500℃ 昇温 10分
500℃ 保持 30分
500℃ → 800℃ 昇温 10分
800℃ 保持 30分 → ヒ
ヒータOFF
タOFF
(17) 基板フォルダの温度が200℃以下まで冷却
１２０分間
作業の効率化のために、
冷却に入った時点で終了とし、
ウェハ取り出しは次回冒頭に
行うと良い
SiO2
W
p-Si
p
p+
化学酸化膜
(18) LLチャンバーを大気開放し、ウェハ取り出し
after
PSG
SiO2
p-Si
p+
化学酸化膜
212
W
5 拡散・層間絶縁膜形成（5-2 PSG拡散）
工程
手順
場所
SVBL 6F CR
注意・備考
準備
※前回ウェハ取り出しを行っていない場合は
ウェハの取り出しから行う
・ガスの導入はマニュアルを別途
参照
（01) 窒素ガスのバルブを上流から開ける。
(02)酸化・拡散炉のブレーカ2箇所をオン
(100V,200V)
(03)窒素ガスを反応管に導入
9日目
・酸化・拡散炉の操作はマニュア
ルを別途参照
(04)温度・ガスのシーケンスをPIDコントローラで設
定する。
(05)ダミーウェハ、ボートを取り出す。
・PIDコントローラの操作はマニュ
アルを別途参照
用意する治具
洗浄済みシリコンウェハ
ウェハキャリア
PFAピンセット
用意する装置
酸化・拡散炉
耐熱手袋
・石英管は非常に熱くなっている
ので、石英キャップの取付・取外
ので、石英キャップの取付
取外
しは必ず耐熱手袋を使用するこ
と。
(06)ウェハをボートに載せる。
ウェハ導入
(07)ボートを石英管内の所定の位置まで挿入。
処理方式
(08)ダミーウェハを石英管内の所定の位置まで挿
入。
入
最大4インチウェハ25枚
(10)耐熱手袋で、石英キャップを取り付ける。
(11)キャップして、窒素パージする →１時間
(11)酸化拡散炉本体のAUTOボタンを押す。
(12)PIDコントローラのRUNボタンを押す。
(13)昇温・拡散・降温
拡散
ウェハ 5 min 30 min 10 min
工程 導入 （保持） （昇温） （保持）
60 min
（拡散）
約3時間
（降温）
ウェハ
取り出し
900℃
所要時間
温度
20℃
200分
200℃
ウェハー状態
ウェハ取出
(14)温度が200℃以下まで下がったら、耐熱手袋で、 ・Wの酸化防止のため，
200℃以下でウェハを取り出す
石英キャップを取り外す。
PSG
SiO2
(15)搬送棒でダミーウェハを引き出す。
(16)ダミーウェハを冷却。
拡散炉稼働中は必ず1人
以上側にいること
(17)ウェハボートを引き出す。
(18)ウェハが十分冷めてから、ウェハをPFAピン
セットで取り出す。
後片付け
(19)ボート ダミーウェハ 石英キャップを元に戻す
(19)ボート、ダミーウェハ、石英キャップを元に戻す。
(20) 酸化・拡散炉のブレーカ2箇所をオフ
(100V,200V)
before
作業の効率化のために、
冷却に入った時点で終了とし、
ウェハ取り出しは次回冒頭に
行うと良い
但し、担当者は200℃以下ま
で待機し、窒素ガスを止めて
退出すること
W
p-Si
p+
化学酸化膜
after
PSG酸化膜
SiO2
n+
p-Si
p+
化学酸化膜
（21) 窒素ガスのバルブを下流から閉める。
213
W
n+
5 拡散・層間絶縁膜形成（5-3 コンタクトリソ）
露光装置準備
工程
手順
場所
SVBL 6F CR
注意・備考
※前回ウェハ取り出しを行っていない場合は
ウェハの取り出しから行う
・ランプが安定するまでに
約３０分要する．
(01) 両面アライナーランプON
(02) 両面アライナー制御システム電源ON
10日目
塗布＆乾燥
HMD
DS
(03) ホットプレートの温度を70℃に設定
(04) ウェハをスピンコーター中央にセット
(05) スピンコーターの回転数をセット
スピンコ タ の回転数をセット
1st
330rpm
３秒
2nd
2200rpm ２０秒
(06) HMDSをウェハに塗布し，回転塗布
(07) ホットプレート70℃で乾燥
レジスト塗布
(08) ウェハをスピンコーター中央にセット
(09) スピンコーターの回転数をセット（OFPR-800）
1st
500rpm
３秒
2nd
3300rpm １７．５秒
(10) OFPR-800をウェハに塗布し，回転塗布
((11)) ホットプレート110℃でプリベーク
90秒間
レジスト（OFPR-800）
現像液（
現像液（NMD-W）
）
アセトン
・ＣＲ入室後すぐに両電源をＯＮ
すると良い
用意する冶具など
PFAバット
小型ポンプ
PFAビーカー（5000ml）
・ホットプレートは，クリーン
ルーム入室直後に設定を
行うと良い（設定温度：７０℃）
・ウェハがコーターの中央に
乗ったかを確認するには、
低回転（設定：１００）で回転
させるとよい
５分間
分間
用意する薬品類
PFAピンセット
PFAピンセ
ト
ストップウォッチ×２
ウェハトレイ（搬送用）
処理方式
枚様式
・小型ポンプで固定する
・左記は，OFPR-800，
1μmの設定値
・小型ポンプで固定する
露光
所要時間
(12) ウェハを両面アライナーにセット
(13) マスクをセットする
(14)ウエハとマスクをアライメントする
(15) 露光 ３秒間
120分
・露光の実行方法については
別途、マニュアル参照
ウ ハ 状態
ウェハー状態
before
PSG酸化膜
現像＆乾燥
(16) PFAバットに現像液，
もう一つのPFAバットには純水を入れる
(17) 露光したウェハを現像液に浸す
SiO2
n+
W
n+
p-Si
p+
化学酸化膜
６５秒
(18) PFAバットの純水ですすぎ、PFAビーカーの
純水でリンス
after
３０秒
レジスト
PSG酸化膜
ポストベーク
(19) ドライエアーブローガンで乾燥
ブ
ガ
(20) ホットプレートの温度を120℃に設定する
(21) 現像後のウェハをホットプレートでポストベーク
・プリベークが完了した後に，
120℃に設定しておくとよい
５分
SiO2
n+
p-Si
p+
化学酸化膜
(22) 顕微鏡で観察する
214
W
n+
5 拡散・層間絶縁膜形成（5-4 コンタクトエッチング）
工程
手順
場所
SVBL 6F CR
注意・備考
エッチング
フッ酸
(01) PFA角型容器(超純水バッファ層用)に超純水を入れる
バ
酸を
純水を
れ
(02) PFAバットにフッ酸を10ml，純水を400ml入れて
2.5％希フッ酸を作製する
(03) PFAバットにウェハを入れ、エッチング
用意する薬品類
・トータル500ml作製（１枚処理用）
ト タル500ml作製（１枚処理用）
硫酸
・PSGはエッチングレートが
早いため要注意
過酸化水素水
３０秒（目安）
用意する装置
(06) PFA角型容器(超純水リンス層用)の超純水でリンス
・硫酸：過水＝４：１
・トータル200ml作製（１枚処理用）
・最初にウェハを容器に入れる
・過水を入れると激しく反応
（注意！！）
５分間
(07) PFAバットのBHFを廃液タンクに捨て、すすぐ
、
レジスト剥離
(08) PFAバットにウェハを入れる
(09) PFAバットに硫酸＝１６０mlを入れる
(10) PFAバットに過水＝４０ｍｌを入れる
５分間
(11) PFA角型容器(超純水リンス層用)の超純水でリンス
５分間
(12) ドライエアーブローガンで乾燥
10日目
ここまで
(13) 顕微鏡観察
PFA角型容器
PFAバット
PFAウェハーキャリア
TPX手付きビーカー
1000ml
TPXメスシリンダー×２
200ml，500ml
トング
PFA攪拌棒×２
保護マスク（フェイスガード)
薬品用手袋
PFAピンセット
廃液タンク
（２０リットルを２本）
pH試験紙
処理方式
枚様式
ウェハー状態
before
PSG酸化膜
SiO2
n+
レジスト
W
n+
p-Si
p+
化学酸化膜
after
PSG酸化膜
化学酸化膜
SiO2
n+
p-Si
p+
化学酸化膜
215
W
n+
6 配線電極形成（6-1 AlSi配線成膜）
工程
手順
場所
SVBL 6F CR
注意・備考
酸化膜除去
(01) PTFE洗浄槽に0.5%希フッ酸を作製
((02)) ウェハを希フッ酸槽に入れる
１分間（目安）
用意する薬品類
フッ酸
・スクライブラインで水を
はじくまで浸漬
(03) 超純水リンス層（石英洗浄槽）に入れ、リンス
５分間
(04) ブローガン乾燥
用意する装置
11日目
(0５) LLチャンバーをN2ガスで大気開放する
サンプル導入
(0６) ウェハホルダにウェハを取り付ける
(0７) 専用のロッドを用いてウェハホルダをLLチャンバーに
ロードする
(0８) LLチャンバーを真空に引く
・大気開放マニュアルを別途参照
・大気開放している間に取り付ける
大気圧になるまで約３分
ウェハフォルダ
PFAピンセット
精密ドライバー
精密ドライバ
精密ピンセット
フォルダ搬送冶具
処理方式
・取り扱い要注意！！
フォルダー落下注意
(09) トランスファーロッドにLLチャンバー内の
ウェハフォルダを乗せる
枚様式
※V5を開ける条件：
ＬＬチャンバーとＩＢＳチャンバー
の圧力差が100Pa以内！！！
（半日程度の真空引きが必要）
(10) 装置バルブ（V5）を開けて，LLチャンバーから
IBSチャンバーにサンプルをロードし，
バ
サ プ を
ドし
IBSサンプルフォルダーにウェハを置く
(11) トランスファーロッドをLLチャンバーまで引き込み，
バルブ（V5）を閉じ，IBSチャンバーを真空に引く
１０分間
(12) IBSチャンバーの真空計をOFF
(09) イオンビームガス導入バルブ（Ar）を開く
・ロッドを引いてから，
バルブを閉じる
(13) ボンベマニホールドを操作し、Arガスラインを開く
(14) 集積ガスパネルを操作し，カウフマンのArラインを
開き，イオンビームArパージ
５分間
＊Ar流量：3.5sccm
成膜
(15) イオンビームの電源をON
ビーム電圧／電流設定値：1000V／70mA
アクセラレータ電圧設定値：-100V
アクセラレ
タ電圧設定値： 100V
所要時間
・イオンソースにプラズマが発生し，
ヒータ（電子源）の電流が一定
（3.75A）になるまで待ち，
それからエージング
(16) Sourceボタンを押して，イオンソース立ち上げ
Heater Current = 3.75A一定でエージング
５分間
200分
ウェハー状態
before
PSG酸化膜
化学酸化膜
SiO2
(17) Beamボタンを押して、成膜開始
成膜レート：11nm/min
目標膜厚 ：400nm（36分22秒成膜）
n+
W
n+
p-Si
p+
p
化学酸化膜
(18) イオンビームガス導入バルブ（Ar）を閉じる
(19) 集積ガスパネルのArガスラインを閉じる
サンプル取り出し
(20) ボンベマニホールドのArガスラインを閉じる
(21) IBSチャンバーの真空計をONし，IBSチャンバーの
真空度が，LLチャンバーよりもよくなるまでまつ
・圧力 IBS<LL の条件で、
V5が開くようになっている
after
PSG酸化膜
AlSi
(22) バルブV5を開き，IBSからLLにサンプルを取り出す
(23) バルブV5を閉じる
(24) LLチャンバーをN2ガスで大気開放し、
サンプルを取り出す。
・プリベークが完了した後に，
120℃に設定しておくとよい
SiO2
n+
p-Si
p+
化学酸化膜
(25) LLチャンバーを真空に引く
216
W
n+
6 配線電極形成（6-2 AlSi配線リソ）
露光装置準備
工程
手順
場所
SVBL 6F CR
注意・備考
(01) 両面アライナーランプON
・ランプが安定するまでに
約30分要する．
(02) 両面アライナー制御システム電源ON
(03) マスクをセットする
12日目
・CR入室後すぐに両電源をON
すると良い
(04) ホットプレートの温度を70℃に設定
塗布＆乾燥
HM
MDS
(05) ウェハをスピンコーター中央にセット
(06) スピンコーターの回転数をセット
1st
330rpm
3秒
2nd
2200rpm 20秒
(07) HMDSをウェハに塗布し，回転塗布
((08)) ホットプレート70℃で乾燥
ッ
乾燥
５分間
・ホットプレートは，クリーン
ルーム入室直後に設定を
行うと良い（設定温度：７０℃）
・ウェハがコーターの中央に
乗ったかを確認するには、
低回転（設定：100）で回転
させるとよい
レジスト塗布
(09) ウェハをスピンコーター中央にセット
・小型ポンプで固定する
(10) スピンコーターの回転数をセット（OFPR-800）
1st
500rpm
3秒
2nd
3300rpm 17.5秒
・左記は，OFPR-800，
1μmの設定値
用意する薬品類
レジスト（OFPR-800）
現像液（
現像液（NMD-3，M）
， ）
アセトン
用意する冶具など
PFAトレー
ステンレスバット
PFAビーカー（5000ml）
ッ
PFAピンセット
ストップウォッチ×２
ウェハトレイ（搬送用）
処理方式
枚様式
(11) OFPR-800をウェハに塗布し，回転塗布
(12) ホットプレート110℃でプリベーク
90秒
・小型ポンプで固定する
所要時間
120分
露光
(13) ウェハを両面アライナーにセット
(14) マスクをセットする
ウェハー状態
・露光の実行方法については
別途、マニュアル参照
before
PSG酸化膜
AlSi
(15)ウエハとマスクをアライメントする
(16) 露光 ３秒間
SiO2
n+
現像＆乾燥
(17) PFAバットに現像液，
もう一つのPFAバットには純水を入れる
W
n+
p-Si
p+
p
化学酸化膜
(18) 露光したウェハを現像液に浸す
６５秒
(19) PFAバットの純水ですすぎ、PFAビーカーの
純水でリンス
３０秒
after
ポストベーク
PSG酸化膜
レジスト
(20) ドライエアーブローガンで乾燥
SiO2
(21) ホットプレートの温度を120℃に設定する
n+
p-Si
(22) 現像後のウェハをホットプレートでポストベーク
５分
p+
化学酸化膜
(23) 顕微鏡で観察する
217
W
n+
AlSi
6 Al配線電極形成（6-3 AlSi配線エッチング）
工程
手順
SVBL 6F CR
注意・備考
エッチング
(01) PFA角型容器(超純水バッファ層用)に超純水を入れる
(02) PFAバットにエッチング液を200ml作製する
PFAバ トにエ チング液を200 l作製する
(03) PFAバットにウェハを入れ、エッチング
（目視判定）
(04) PFA角型容器(超純水リンス層用)の超純水でリンス
５分間
・エッチング液
リン酸：硝酸：酢酸：純水
＝16:1:2:1
160ml：10ml：20ml：10ml
・ウェハ端部からエッチングが進み
中心部に及ぶまで保持する．
目視判定
レジスト剥離
(05) PFAバットのエッチング液を廃液タンクに捨て、すすぐ
(06) ステンレスバットにアセトンを適量いれる
(07) ステンレスバット１にウェハを入れる
ステンレスバ ト１にウ
を入れる
５分間
(08) ステンレスバット２にエタノールを入れる
５分間
(09) PFA角型容器(超純水リンス層用)の超純水でリンス
５分間
(10) ドライエア
ドライエアーブローガンで乾燥
ブロ ガンで乾燥
場所
12日目
ここまで
(11) 顕微鏡観察
用意する薬品類
りん酸
硝酸
酢酸
アセトン（レジスト剥離）
用意する装置
PFA角型容器
PFAバット
PFAウェハーキャリア
TPX手付きビーカー
1000ml
TPXメスシリンダー×２
200ml，500ml
トング
保護マスク（フェイスガード)
保護マスク（フェイスガ
ド)
薬品用手袋
廃液タンク
（２０リットルを２本）
pH試験紙
処理方式
枚様式
ウ
ウェハー状態
状態
before
PSG酸化膜
SiO2
n+
レジスト
W
AlSi
n+
p-Si
p+
化学酸化膜
after
PSG酸化膜
SiO2
n+
p-Si
p+
化学酸化膜
218
AlSi電極
W
n+
7 裏面電極形成（7-1 裏面酸化膜除去）
工程
手順
場所
SVBL6F CR
注意・備考
フッ酸
13日目
(01) PTFE洗浄槽に超純水で満たす。
(02) PTFEビーカにフッ酸を少量入れる
PTFEビ カにフッ酸を少量入れる
(03) ウェハを裏面を上向きにして、純水上で浮かせる
(04) ピンセットでフッ酸を数滴裏面に落とし、酸化膜除去
（目視判定）
用意する薬品類
・ウェハ端部からエッチングが進み
中心部に及ぶまで保持する．
目視判定
裏面酸化膜
エッチング
(05) ある程度酸化膜が除去されたら，ウェハーを沈める
(06) そのまま，超純水リンスする
５分間
(07) 窒素ブローガンで乾燥
窒素ブロ ガンで乾燥
用意する装置
PTFE洗浄槽×２
石英洗浄槽×２
PFAウェハーキャリア
PFAピンセット
PFAピンセット
PFA攪拌棒
攪拌棒
ウェハトレイ（搬送用）
ホットプレート
保護マスク
耐酸性手袋
耐酸性エプロン
処理方式
枚様式
所要時間
200分
ウェハー状態
before
PSG酸化膜
SiO2
AlSi電極
W
n+
n+
p-Si
p+
化学酸化膜
after
SiO2
p-Si
p+
219
AlSi電極
n+
W
n+
7 裏面電極形成（7-2 裏面AlSi電極成膜）
工程
手順
場所
SVBL 6F CR
注意・備考
(01) LLチャンバーをN2ガスで大気開放する
・大気開放マニュアルを別途参照
( ) ウェハホルダにウェハを取り付ける
(02)
ウ
ホ ダにウ
を取り付ける
・大気開放している間に取り付ける
大気圧になるまで約３分
サンプル導入
(03) 専用のロッドを用いてウェハホルダをLLチャンバーに
ロードする
(04) LLチャンバーを真空に引く
・取り扱い要注意！！
フォルダー落下注意
((05)) トラン
トランスファーロッドにLLチャンバー内の
ァ
ッドに チャン
内の
ウェハフォルダを乗せる
用意する薬品類
エタノール
用意する装置
ウェハフォルダ
PFAピンセット
精密ドライバー
精密ピンセット
フォルダ搬送冶具
処理方式
※V5を開ける条件：
ＬＬチャンバーとＩＢＳチャンバー
の圧力差が100Pa以内！！！
（半日程度の真空引きが必要）
(06) 装置バルブ（V5）を開けて，LLチャンバーから
IBSチャンバーにサンプルをロードし，
IBSサンプルフォルダーにウェハを置く
(07) トランスファーロッドをLLチャンバーまで引き込み，
バルブ（V5）を閉じ，IBSチャンバーを真空に引く
１０分間
分間
枚様式
・ロッドを引いてから，
バルブを閉じる
(08) IBSチャンバーの真空計をOFF
(09) イオンビームガス導入バルブ（Ar）を開く
(10) ボンベマニホールドを操作し、Arガスラインを開く
(11) 集積ガスパネルを操作し，カウフマンのArラインを
開き，イオンビームArパージ
５分間
分間
＊Ar流量：3.5sccm
流
成膜
(12) イオンビームの電源をON
ビーム電圧／電流設定値：1000V／70mA
アクセラレータ電圧設定値：-100V
・イオンソースにプラズマが発生し，
ヒータ（電子源）の電流が一定
（3.75A）になるまで待ち，
それからエージング
(13) Sourceボタンを押して，イオンソース立ち上げ
Heater Current = 3.75A一定でエージング
５分間
(14) Beamボタンを押して、成膜開始
成膜レート：11nm/min
目標膜厚 ：400nm（36分22秒成膜）
ウェハー状態
before
AlSi電極
(15) イオンビームガス導入バルブ（Ar）を閉じる
SiO2
(1６) 集積ガスパネルのArガスラインを閉じる
n+
W
n+
p-Si
(17) ボンベマニホールドのArガスラインを閉じる
サンプル取り出し
(18) IBSチャンバーの真空計をONし，IBSチャンバーの
真空度が，LLチャンバーよりもよくなるまでまつ
・圧力 IBS<LL の条件で、
V5が開くようになっている
p+
(19) バルブV5を開き，IBSからLLにサンプルを取り出す
(20) バルブV5を閉じる
after
(21) LLチャンバーをN2ガスで大気開放し、
ガスで大気開放し
サンプルを取り出す。
(22) LLチャンバーを真空に引く
13日目
ここまで
・プリベークが完了した後に，
120℃に設定しておくとよい
SiO2
AlSi電極
n+
W
n+
p-Si
p+
AlSi電極
220
場所
8 シンタリング
工程
SVBL 6F CR
準備
手順
注意・備考
（01) 窒素、酸素、水素ガスのバルブを上流から開
ける。
・ガスの導入はマニュアルを別途
参照
(02)酸化・拡散炉のブレーカ2箇所をオン
(100V,200V)
・H2ガスは使用時久保田教授の
許可を取ること。
(03)窒素ガスを反応管に導入
・初めてH2ガスを使用する人は、
使用経験者から指導を十分受け
理解路してから使用すること。
14日目
用意する治具
ウェハキャリア
PFAピンセット
用意する装置
酸化・拡散炉
耐熱手袋
・酸化・拡散炉の操作はマニュア
酸化 拡散炉の操作はマ ュア
ルを別途参照
・PIDコントローラの操作はマニュ
アルを別途参照
(04)ダミーウェハ、ボートを取り出す。
ウェハ導入
(06)ウェハをボートに載せる。
・石英管は非常に熱くなっている
ので、石英キャップの取付・取外
しは必ず耐熱手袋を使用するこ
と。
(07)ボートを石英管内の所定の位置まで挿入。
(08)ダミーウェハを石英管内の所定の位置まで挿
入。
(09)石英キャップを取り付ける。
(10)下記のシーケンスを全てマニュアルで実施
シンタリング
マニュアル 30min
（昇温）
（保持）
20min
（保持）
30min
（保持）
ヒーターOFF
（降温）
400℃
N2 1L/min
H2 0.04L/min
最大4インチウェハ25枚
・ウェハの出し入れは、PFAピン
セットもしくは石英真空ピンセット
を用いること。
金属ピンセットは使用禁止(石英
管、ウェハが汚染されます。)
＊注）
注）
H2流量監視のAL1（アラーム）の
設定値を0.1から0.5に変更
MFC2（マスフロー2）の設定値を
“０”にしてから、H2バルブ(AV5)を
開ける。
その後、徐々に0.04Lに設定
R.T
N2 2L/min
1バッチ
N2 2L/min
ヒーターOFFから
20分流す
詳細は、電気炉マニュアルを参照
(11)温度が200℃以下まで下がったら、耐熱手袋で、
石英キャップを取り外す。
ウェハ取出
(12)搬送棒でダミーウェハを引き出す。
所要時間
(13)ダミーウェハを冷却。
ダ
ウ
を冷却
200分
ウェハー状態
(14)ウェハボートを引き出す。
(15)ウェハが十分冷めてから、ウェハをPFAピン
セットで取り出す。
AlSi電極
後片付け
(16)ボート、ダミーウェハ、石英キャップを元に戻す。
S O2
SiO
(17) 酸化・拡散炉のブレーカ2箇所をオフ
(100V,200V)
n+
W
n+
p-Si
p+
（18) 窒素、酸素、水素ガスのバルブを下流から閉
める。
221
AlSi電極
場所
9 MOSの電気特性計測
工程
研究棟1階CR
注意・備考
手順
用意する装置
準備
(01) ダイヤモンドペンでウェハをカット
(02) 半導体パラメ
半導体パラメータアナライザの電源をON
タアナライザの電源をON
ダイアモンドペン
導電性テープ
導電性テ
プ
Wプローブ×４
※ ウォームアップ時間を
30分以上とるため
(03) ナノプローブシステムのPCの電源を入れ、
ナノプローブシステムを立ち上げる。
計測項目
(04) 試料ステージを原点復帰させる。 15日目以降
PN接合のI-V特性
(Source/Drain-GND間)
サンプル導入
(05) 試料交換室を真空引きする。
(06) 試料台をロッドを用いて試料交換室まで
取り出す。
ID-VD特性
(07) 試料交換室を大気開放し、試料台を取り出す。
(08) 試料台にサンプルを導電性テープで固定する。
ID
(09) 試料台を試料交換室に入れ、試料交換室を
真空引きにする
真空引きにする。
VD
(10) サンプルロッドを用いて試料台を元に戻す。
ID-VG特性
試料観察とプロービング
(11) SEM用PCの電源をON
SEMのコントロール画面を起動
(12) 像観察状態にして、電子銃の電流値(L.C.)を
徐々に上げ SEM画像の輝度がピークになる
徐々に上げ、SEM画像の輝度がピ
クになる
2、3点手前の値に設定する。
※ チャンバパネルの計測端子
には全て短絡端子を取り付 ID
ける。
(13) 計測したいTEGをSEM画面の中央付近に
移動させる。
※I-V測定のセットアップ
VG
SMU2
(14) 各端子(Source, Drain, Gate)にプロービング
する。
D
MOSキャパシタのCV特性
(15) SEMのL.C.値を0にして像観察を止める。
SMU1
G
B
SMU3
(16) 電気計測用PCの電源を入れ、Agilent ICSを
立ち上げる。
C
S
(17) 「HP4155-6」、「HP4284」をConnectする。
電気特性計測
(18) 測定デバイスを「DIODE」を選択し、各SMU
端子の条件を設定し 各ケ ブルをチ ンバ
端子の条件を設定し、各ケーブルをチャンバ
パネルの各端子に接続して、I-V特性を測定
する。
(19) 測定デバイスを「MOS」を選択し、各SMU端
子
の条件を設定し、各ケーブルをチャンバパネ
ルの各端子に接続して、 ID-VG、 ID-VD特性を
測定する
測定する。
(20) 次に、LCRメータ(4284A)の「CML」端子を
GATEに、「CMH」端子をGNDに設定し、
周波数などの条件を設定する。
(21) 各ケーブルをチャンバパネルの端子に
接続して、C-V特性を測定する。
SMU4
V
※ C-V測定セットアップ
ウェハー状態
D
CML
G
B
CMH
AlSi電極
S
※ 設定前にショート補正、
オープン補正を
測定周波数毎に行う。
※ High端子を基板(GND)に、
Low端子をプローブ(Gate)に
接続する。
222
S O2
SiO
n+
W
n+
p-Si
p+
AlSi電極
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