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異種機能デバイス集積化技術の基礎と応用    
-MEMS、NEMS、センサ、CMOSLSIの融合-
Integration Technology for Heterogeneous Advanced Devices : Basics and Applications
[コードNo.2012T860]

※ 本書籍はご試読頂けません ※

■監修/ 益一哉、年吉洋、町田克之
■体裁/ B5判 279ページ
■発行/ 2012年11月 (株)シーエムシー出版
■定価/ 73,440円(税込価格)
■ISBNコード/ 978-4-7813-0586-8

 
★微細化技術の追求とともに、新しい技術開発軸として「異種機能集積」が注目を集める!
★基礎から実用段階の応用技術までを網羅! 「異種機能集積化技術」を体系的にまとめた決定版!

キーワード

More than Moore/集積化MEMS/ワイヤレス/スマート・インテリジェントセンサ/エネルギーハーベスティング/実装/SiP/TSV/BEANSプロジェクト

刊行にあたって

20世紀最大の発明は半導体デバイスと集積回路であろう。集積-integration-は単に組み合わせただけではなく、機能を産み出すことで工業的、産業的にインパクトを与えてきた。本書「異種機能デバイス集積化技術の基礎と応用」は、この分野の第一人者の方々の寄稿により上梓することになった。
本書では異種機能集積化の重要性を強調しているが、微細化技術が必要ないとはいっていない。微細化高性能化技術開発なしに異種機能集積技術の未来は産業的には存在しないことを頭にたたき込んで欲しい。そうはいっても微細化技術の追求が研究、開発、製造、ビジネスのそれぞれのレベルで大きな困難を抱えていることは事実である。それを何とか克服するべく、単なる微細化だけでなく、単純なCMOS回路の組み合わせだけではなく、センサ、MEMS、エネルギーハーベスタ、通信機能などを集積回路と融合させることの期待が生まれてくる。
本書は、種々な機能発現のためのデバイス、プロセス技術が述べられており、CMOS技術と融合することを想定すれば、研究としてもビジネスとしても想像できないような大きな可能性を拓くことにつながるであろう。

「はじめに」より抜粋

著者一覧

益一哉東京工業大学 ソリューション研究機構 教授
江刺正喜東北大学 原子分子材料科学高等研究機構(WPI-AIMR) 教授
藤田博之東京大学 生産技術研究所 教授
石田誠豊橋技術科学大学 電気・電子情報工学専攻 副学長、教授
年吉洋東京大学 先端科学技術研究センター 教授
田中秀治東北大学 大学院工学研究科 ナノメカニクス専攻 准教授
橋一浩豊橋技術科学大学 電気・電子情報工学系 助教
越田信義東京農工大学 大学院工学府 特任教授
小山英樹兵庫教育大学 大学院学校教育研究科 教授
町田克之東京工業大学 大学院総合理工学研究科 物理電子システム創造専攻 連携教授;NTTアドバンステクノロジ(株) 主幹担当部長、高機能デバイスチームリーダ
佐々木実豊田工業大学 工学部 教授
秦誠一名古屋大学 大学院工学研究科 マイクロ・ナノシステム工学専攻 教授
橋口原静岡大学 電子工学研究所 教授
高尾英邦香川大学 微細構造デバイス統合研究センター 副センター長、准教授
永瀬雅夫徳島大学 大学院ソシオテクノサイエンス研究部 教授
山口浩司日本電信電話(株) NTT物性科学基礎研究所 量子・ナノデバイス研究統括 上席特別研究員
北澤正志オリンパス(株) 研究開発センター マイクロデバイス開発部 チームリーダー
前中一介兵庫県立大学 大学院工学研究科 電気系工学専攻 回路・システム工学部門 教授
澤田和明豊橋技術科学大学 電気・電子情報工学系 教授
柴ア一郎豊橋技術科学大学 大学院テーラーメイド・バトンゾーン教育推進本部 特命教授;(公財)野口研究所 顧問
野村聡(株)堀場製作所 開発企画センター 学術情報担当部長
竹内幸裕(株)デンソー 基礎研究所 エレクトロニクス研究部 半導体プロセス研究1室 室長
柴田英毅(株)東芝 半導体研究開発センター 技監
楢橋祥一(株)エヌ・ティ・ティ・ドコモ 先進技術研究所 アンテナ・デバイス研究グループリーダ
鈴木雄二東京大学 大学院工学系研究科 機械工学専攻 教授
西岡泰城日本大学 理工学部 精密機械工学科 教授
森村浩季日本電信電話(株) マイクロシステムインテグレーション研究所 グループリーダー
日暮栄治東京大学 先端科学技術研究センター 准教授
千野満(株)ミスズ工業 組立技術グループ 主席研究員
内山直己浜松ホトニクス(株) 電子管事業部 第6製造部 部長代理、市場開発G グループ長
足立秀喜大日本スクリーン製造(株) 技術開発センター 技術開発グループ 開発管理部 部長
井上晴伸(株)ラポールシステム SA事業部 ゼネラルマネージャー
橋本秀樹(株)東レリサーチセンター 構造化学研究部 部長

構成および内容

【第1編 総論編】

第1章最先端集積システムの技術とその応用   江刺正喜
1はじめに
2ワイヤレス機器の集積化MEMS
3触覚センサネットワークの集積化MEMS
4おわりに
第2章異機能集積化のバイオとナノへの展開   藤田博之
1はじめに
2ナノテクノロジーと異機能集積技術
3異機能集積を目指すBEANS技術
4おわりに
第3章センサと異種機能集積化への期待―グローバルCOEプログラム「インテリジェントセンシングのフロンティア」を通して―   石田 誠
1はじめに
2機能集積化デバイス実現のための考え方
3機能集積化デバイス展開の実例
4機能集積化デバイス開発を担う「センシングアーキテクト」人材の育成
5異分野融合研究と異種機能集積化デバイス

【第2編 プロセス技術編】

第4章表面マイクロマシニング技術とそのデバイス   年吉 洋
1表面マイクロマシニングの特徴
23層多結晶シリコンによる表面マイクロマシニングの標準プロセス
3ヒンジ構造による3次元マイクロ構造の組立
4おわりに
第5章バルクマイクロマシニング技術とそれによるデバイス   田中秀治
1はじめに
2DRIEと直接接合による複雑な3次元構造の形成
3多段階SiO2マスクを用いた結晶異方性エッチング
4結晶異方性エッチングによる梁構造の形成
5バルクマイクロマシニングと陽極結合との組み合わせ
6p++エッチストップによるダイヤフラム等の作成
7異方性・等方性プロセスの組み合わせ
8おわりに
第6章SOI-MEMSプロセス技術とそのデバイス   橋一浩
1はじめに
2SOI-MEMSプロセス技術
3SOI-MEMS応用デバイス
4レイヤー分離設計技術
5集積化SOI-MEMS
第7章ナノポーラスシリコンとそのデバイス   越田信義、小山英樹
1まえがき
2ナノポーラスシリコンの作製方法
3ナノポーラスシリコンの基本物性
4フォトニクス機能
4.1発光特性の概要
4.2青色燐光とエネルギー転移
4.3光導電・光電変換
5弾道電子放出
6音波発生
7むすび
第8章集積化CMOS-MEMS技術とそのデバイス   町田克之
1はじめに
2集積化CMOS-MEMS技術
3STP技術
3.1STP法の原理
3.2STP装置
3.3平坦化特性
3.4埋め込み特性
3.5封止特性
4集積化CMOS-MEMS指紋センサLSI技術
4.1集積化CMOS-MEMS指紋センサLISの原理と構造
4.2集積化CMOS-MEMS指紋センサLISプロセス
4.3集積化CMOS-MEMS指紋センサLIS評価結果
5まとめ
第9章エッチング技術   佐々木 実
1表面マイクロマシニングでのエッチング技術
2バルクマイクロマシニングでのエッチング技術
第10章材料技術の集積化   秦 誠一
1はじめに
2コンビナトリアル技術による材料探索
3異種機能集積化薄膜ライブラリ
3.1水素吸蔵特性
3.2相変態温度
3.3疲労強度
4おわりに
第11章マルチフィジクス・シミュレーションによる統合設計   年吉 洋
1静電アクチュエータの一般的な解析手法
2回路シミュレータを用いた統合解析手法
3MEMS部品の等価回路表現
3.1平行平板型静電アクチュエータ
3.2粘弾性サスペンション
3.3運動方程式ソルバー
3.4アンカー
4統合解析の応用例
5おわりに

【第3編 回路・デバイス設計技術編】

第12章MEMS等価回路モデルを用いた統合設計   橋口 原
1はじめに
2MEMSのモデリングと線形等価回路の導出法
2.1ラグラジアンによる静電型MEMSのモデリングと運動方程式の導出
2.2線形動作方程式の導出と電気等価回路
2.3従属電源を用いた電気・機械等価回路
2.4電磁型MEMSのモデリング
3半導体への電界の浸み込みを考慮した静電型素子の等価回路
4櫛歯素子の機械系多自由度等価回路
5MEMS-MEMS連成解析
6静電型MEMSのホワイトノイズ解析
7おわりに
第13章集積化MEMSセンサ実現のための回路設計   高尾英邦
1集積化MEMSセンサの構造と回路接続の影響
2集積化MEMSセンサ実現に必要な回路設計の考え方
2.1MEMSセンサデバイスの表現方法
2.2MEMSとCMOS間の接続配線構造の表現方法
3まとめ

【第4編 NEMS技術編】

第14章NEMSと異種機能集積化への期待   永瀬雅夫
1はじめに
2積化ナノプローブ
2.1集積化Siナノ電極プローブ
2.2集積化ナノ四探針プローブ
2.3ナノカーボン四探針プローブ
2.4集積化ナノギャップ電極プローブ
3ナノ材料とNEMS
4NEMSへの期待
第15章NEMSによる新機能素子の探求   山口浩司
1はじめに
2NEMSの特徴―なぜナノスケールが必要か?―
3NEMSに用いられる材料系
4キャリア励起を用いた新しい光機械結合素子
5NEMSによる極限計測
6NEMSによる信号処理
7おわりに
第16章ナノ領域を捉えるカンチレバー   北澤正志
1はじめに
2Siカンチレバー
3CNFカンチレバー
4おわりに

【第5編 センサ技術編】

第17章センサと電子回路集積化への期待   前中一介
1はじめに
2センサと集積回路
3シリコンによるセンサ構造体
4センサシステムと必要な回路機能
5センサ構造体と回路との融合―パッケージング手法
6高機能センサシステムのアルゴリズム
7まとめ
第18章バイオセンサ   澤田和明
1はじめに
2電流をプローブとした集積化バイオセンサ
3電圧をプローブとする集積化バイオセンサ
第19章磁気センサ   柴ア一郎
1序論
2ホール素子とその特性
2.1ホール効果tホール素子の動作原理
2.2実用ホール素子の特性
3ホールIC
3.1ホールICとは
3.2デジタル出力型ホールIC(デジタル磁気センサ)
3.3リニアホールIC
3.3.1リニアホールIC
3.3.2リニアハイブリッドホールICの応用例
4異機能集積半導体磁気センサ纏め
第20章pHセンサ   野村 聡
1はじめに
2ガラス電極とISFET
3ガラス電極と異種デバイスの融合
4ISFETの開発動向
5ISFETのフロー系への組み込み
6モノリシックデバイスへの展開
7おわりに
第21章自動車用センサ   竹内幸裕
1はじめに
2検出原理
3加工プロセス
3.1プロセスフロー
3.2KOH異方性エッチング
3.3電気化学エッチング
3.4回路側を保護する異方性エッチング装置
4圧力レンジ拡大への取り組み

【第6編 RF-MEMS技術編】

第22章RF-MEMS可変容量デバイス   柴田英毅
1RF-MEMSデバイスの種類と応用
2RF-MEMS可変容量の応用と期待
2.1駆動方式の種類と特徴
2.2静電駆動型可変容量の動作原理
2.3CMOSドライバーICとの集積化
2.4送信用に求められる耐電力とQSC素子構造
3信頼性向上技術
3.1電荷蓄積(チャージング)によるスティクション不良の抑制
3.2脆性材料を用いたクリープ耐性の向上
4小型・低コストウエーハレベル気密封止
5まとめ
第22章RF-MEMS可変容量デバイス   柴田英毅
1RF-MEMSデバイスの種類と応用
2RF-MEMS可変容量の応用と期待
2.1駆動方式の種類と特徴
2.2静電駆動型可変容量の動作原理
2.3CMOSドライバーICとの集積化
2.4送信用に求められる耐電力とQSC素子構造
3信頼性向上技術
3.1電荷蓄積(チャージング)によるスティクション不良の抑制
3.2脆性材料を用いたクリープ耐性の向上
4小型・低コストウエーハレベル気密封止
5まとめ
第23章携帯端末  楢橋祥一
1はじめに
2reconfigurable RF部
3MEMS応用マルチバンドPA
3.1帯域切替型整合回路
3.2MEMSスイッチの適用
3.3マルチバンドPA
3.4MEMSスイッチへの要望
4中心周波数・帯域幅可変フィルタ
5おわりに

【第7編 エネルギーハーベスト技術編】

第24章MEMSと電子デバイスの融合によるエナジー・ハーベスティング技術の期待   鈴木雄二
1序論
2環境発電と回路技術
2.1環境熱からの発電
2.2環境振動からの発電
2.3環境電波からの発電
3エレクトレットを用いたMEMS環境振動発電器の電池レス・無線センサへの適用
3.1MEMSエレクトレット発電器
3.2無線センサノードの試作と評価実験
4結論
第25章エネルギーハーベスト技術の材料とデバイス   西岡泰城
1はじめに
2エレクトレット材料
3圧電材料
4PZT
5PVDF
6窒化アルミニウム(AIN)
第26章エネルギーハーベストと回路技術   森村浩季
1はじめに
2エネルギーハーベスティング技術と回路技術の動向
3nW級超小型バッテリレスセンサノード技術
3.1センサノードのアーキテクチャ
3.2ゼロパワーセンサ回路
3.3電圧検知回路
3.4MEMSスイッチを用いた電源管理回路
4まとめ

【第8編 実装技術編】

第27章MEMS実装技術   日暮栄治
1はじめに
2集積化のアプローチ―モノリシック集積とハイブリッド集積―
3ウエハボンディングとダイボンディング
3.1ウェハボンディング
3.2ダイボンディング(チップボンディング)
4ワイヤボンディングとフリップチップボンディング
5表面実装と三次元実装
6ダイレベルパッケージングとウェハレベルパッケージング
7おわりに
第28章パッケージに求められる機能と解決策   千野 満
1はじめに
2MEMSパッケージの現状
3MEMSパッケージの種類と特徴
3.1セラミック・パッケージ
3.2プラスチック・パッケージ
3.2.1プリ・モールド型
3.2.2ポスト・モールド型
4光MEMS向けパッケージ技術
5化学センサ向けパッケージ技術開発
5.1封止領域コントロールによるセンサ面の開口
6まとめ
第29章完全ドライ・レーザダイシング技術―ステルスダイシング技術の最新動向―   内山直己
1はじめに
2MEMS製造工程に必要なダイシング技術
2.1砥石切削型ブレードダイシング
2.2ダイシング工程の完全ドライプロセス化
3ステルスダイシング技術
3.1ステルスダイシング技術:基本原理
3.2内部集光型レーザダイシング技術と表面吸収型レーザ加工技術
3.3内部レーザ加工プロセスにおけるMEMSデバイスへの熱影響範囲
3.4デバイス特性への熱影響確認
3.5ステルスダイシング技術:適用時の制約条件
4Si以外の材料への適用の可能性
4.1ガラスウェーハ
4.2テープ越しステルスダイシング技術
4.3今後のステルスダイシング技術の開発ロードマップ
5おわりに
第30章封止技術   足立秀喜
1はじめに
2封止とは
3封止技術の種類
3.1陽極接合
3.2接着封止
3.3CVD(Chemical Vapor Deposition)封止
3.4転写成膜(STP法)封止
4まとめ

【第9編 解析・評価技術編】

第31章MEMS加速度・角速度・圧力センサのテスト技術   井上晴伸
1はじめに
2MEMS加速度センサのテスト技術
2.11Gテスト
2.2遠心力によるG印加テスト
2.3振動によるG印加テスト
3MEMS角速度センサのテスト技術
4MEMS圧力センサのテスト技術
5検査受託
第32章解析(分析)・評価技術   橋本秀樹
1半導体デバイスにおける解析・評価の目的と役割
2主な分析手法
2.1構造・組成評価のための手法
2.2不純物評価のための分析手法
2.3応力・歪み評価のための分析手法
2.4化学構造評価のための分析手法
2.5欠陥評価のための分析手法
2.6物性評価のための分析手法
3MEMSの解析
3.1MEMSの力学特性試験
3.2パッケージ内部のガス分析
4TSVの解析
4.1TSVの形状観察
4.2応力分布
4.3接着層の評価
5まとめ



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