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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
★ 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!

商品コード: T0860

  • 監修: 益一哉、年吉洋、町田克之
  • 発行日: 2012年11月
  • 価格(税込): 73,440 円
  • 体裁: B5判,約279ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0586-8

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  • 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
髙橋一浩   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
柴﨑一郎   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

目次

【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  
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  
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―  
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  
1 表面マイクロマシニングの特徴
2 3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  
1 はじめに
2 DRIE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
6 p++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  
1 はじめに
2 SOI-MEMSプロセス技術
3 SOI-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  
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  
1 はじめに
2 集積化CMOS-MEMS技術
3 STP技術
3.1 STP法の原理
3.2 STP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  
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 
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  
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
3 MEMS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 
1 はじめに
2 MEMS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
5 MEMS-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
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
2.1 MEMSセンサデバイスの表現方法
2.2 MEMS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 
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
4 NEMSへの期待

第15章 NEMSによる新機能素子の探求 
1 はじめに
2 NEMSの特徴―なぜナノスケールが必要か?―
3 NEMS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
5 NEMSによる極限計測
6 NEMS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  
1 はじめに
2 Siカンチレバー
3 CNF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 
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  
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  
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  
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
4 ISFETの開発動向
5 ISFET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  
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
3.2 KOH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  
1 RF-MEMSデバイスの種類と応用
2 RF-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
2.3 CMOS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  
1 RF-MEMSデバイスの種類と応用
2 RF-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
2.3 CMOS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  
1 はじめに
2 reconfigurable RF部
3 MEMS応用マルチバンドPA
3.1 帯域切替型整合回路
3.2 MEMSスイッチの適用
3.3 マルチバンドPA
3.4 MEMS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  
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
3.1 MEMS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  
1 はじめに
2 エレクトレット材料
3 圧電材料
4 PZT
5 PVDF
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  
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
3 nW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
3.4 MEMS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  
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  
1 はじめに
2 MEMSパッケージの現状
3 MEMS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―  
1 はじめに
2 MEMS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
4 Si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 
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
3.3 CVD(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  
1 はじめに
2 MEMS加速度センサのテスト技術
2.1 1G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
3 MEMS角速度センサのテスト技術
4 MEMS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  
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
3 MEMSの解析
3.1 MEMSの力学特性試験
3.2 パッケージ内部のガス分析
4 TSVの解析
4.1 TSV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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