半導体集積回路アイドレス

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"title": "半導体集積回路製造所",
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"title": "シリコン半導体集積回路製造について",
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"title": "半導体とは",
"description": "半導体とは、一定の電気的性質を備えた物質であり、物質には電気を通す「導体」と、電気を通さない「絶縁体」とがあり、半導体はその中間の性質を備えた物質です。\nまた、電気抵抗の大きさが金属と絶縁体との中間にある一群の物質とも言われています。　半導体の種類は、大きく無機半導体と有機半導体に分かれ\n無機半導体には、シリコン、ゲルマニウムなどのように単一の元素で構成される元素半導体と、複数の元素が結合すると半導体の性質を示す化合物半導体と、酸化亜鉛など特定の金属酸化物の半導体である\n酸化半導体があります。　化合物半導体は、元素半導体では実現できない高速性や光電特性を発揮するため、高速通信や太陽光発電などの半導体素子材料として利用されます。\n酸化半導体は、可視光を通す性質があることから、液晶パネルや太陽電池の透明電極などに活用されます。\n\n",
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"title": "シリコンとケイ素とそれが選ばれる理由",
"description": "シリコンはケイ素とも呼ばれ、普通の石にもたくさん含まれているごくありふれた物質です。\n半導体部品として利用するためには高純度である必要があり、このため精製技術が必要です。\nケイ素が集積回路に使わる理由は、１つは、資源が豊富である。2つ目は、高純度化しやすい。3つ目は、単結晶化と不純物添加量調整による抵抗率制御が容易である。\n4つ目は、安定した酸化膜ができ、集積化等の加工がしやすい点があります。\nまた、コンピュータでは電子的にON/OFFするスイッチング素子を大量に使用にする為、豊富な材料が必要になる点があります。\n",
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"title": "製造工程",
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"title": "集積回路とは",
"description": "集積回路　Integrate Circuit は、その頭文字をとってICと呼ばれています。\n主としてシリコン単結晶などによる半導体チップの表面および内部に、半導体トランジスタとして動作する構造\nや、アルミ蒸着とエッチングによる配線などで、複雑な機能を果たす電子回路の多数の素子が作り\nりこまれている電子部品です。電子回路は、増幅器や演算器などの機能単位ではすでに回路構成が決まっています。\n個別の抵抗やコンデンサ、トランジスタをひとつずつ組み立てる事は、効率が悪く、コストとサイズがかさばり、故障の原因にも\nなるので、複雑な回路を小さな1枚のチップにまとめて作り込む技術の成果が、集積回路です。",
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{
"title": "アナログ集積回路とデジタル集積回路と大規模集積回路",
"description": "集積回路には演算増幅器のように信号をアナログ処理するアナログ集積回路とダイナミックメモリやプロセッサーのようにデジタル処理するデジタル集積回路があります。\n一般にICの土台となるウエハーは、シリコン単結晶でできたものが使われますがマイクロ波やミリ波のような高周波を処理するアナログ集積回路などには、ガリウムヒ素基板を使った集積回路が使われています。\n集積回路は、素子の集積度によって分類されています。また、ICは、内部の気密性や機械的強度を保つためにパッケージに収められています。\n素子の集積度により、大規模集積回路、超大規模集積回路などに分類されています。",
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{
"title": "設計工程",
"description": "半導体製造は、設計工程と製造工程がある。設計工程では、集積回路の持つ機能と性能を決めて、そのためにどのような回路を組み立てるかを設計し、検証する。\n設計路に要求される回路の動作速度や消費電力、チップ寸法などは重要で一枚のウエハーからいくつのチップができるかによって価格に反映される重要な項目となっている。",
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{
"title": "パターン設計",
"description": "チップ内にどのような回路を作りそれを効率的に配置する為の工程です。　回路設計用の道具を用いて。デザインルールに基づき回路パターンを作製して行きます。\n次に、この回路図をトランジスタの製造工程、配線工程になどに分け何層にも渡りフォトマスクと呼ばれるガラスの上に回路パターンが描かれた日光写真のネガのようなものを作る。\nこれは集積回路のパターンをウエハー上に焼き付けるための写真のネガに相当するもので、高度な寸法精度が要求される技術です。",
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{
"title": "ウエハー製造",
"description": "集積回路のチップの土台となるウエハーを作る工程です。　ここでは、単結晶ウエハーインゴットの製造、切り出し、鏡面研磨が行われます。\nウエハーインゴットは、主に高純度の多結晶シリコン（石英）から作られており、石英を主成分とするケイ石やケイ砂を採掘し、精製して作られます。",
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{
"title": "多結晶シリコンと単結晶シリコン",
"description": "単結晶とは、結晶の向きがすべて揃った状態の物質のことで多結晶とは単結晶の集合体を指す。　\n単結晶ウエハーインゴットは、まず高純度の金属シリコンを精製し、そこから多結晶シリコンを精製し、さらに\n単結晶成長という工程を経なければならないです。",
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{
"title": "金属シリコンと製造工程",
"description": "高純度金属シリコンの工程は、まず採掘された高純度の工程の石英を、アーク電気炉と呼ばれる電子の放出熱を用いた電気炉を用い、ケイ石を溶かします。\nそこに炭素やグラファイトを加え還元（酸素を分離）して、純度98%程度の金属シリコンを精製します。\n金属シリコンはこの後で細かく粉砕され粉末にされ、無水塩酸と反応させ、トリクロロシラン（SiHCl）と呼ばれる液体を作り、蒸留、精製し高純度にします。",
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{
"title": "多結晶シリコンの製造",
"description": "高純度に精製されたトリクロロシランは、高純度の水素とともにガス状にされ化学反応器に送られます。\n反応器内で水素と化学反応し、シリコンと四塩化シリコンや塩酸に分解されます。\n反応器内には加熱したシリコンの線が置かれており分解したシリコンはこの線の周り結晶化します。\nこうして結晶化させたものが99.999999999%の高純度多結晶シリコンとして取り出されます。",
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"title": "単結晶インゴットの製造",
"description": "多結晶シリコンから単結晶インゴットへの製造過程には、単結晶成長が必要である。それは、単結晶引き上げ方法とも呼ばれる。\n原料となる多結晶シリコンは、細かく砕かれ、石英るつぼ内でおよそ1400度で溶かしてシリコン融液にします。\nそこで細い棒状の単結晶シリコンを吊り下げて融液表面に触れさせ、回転させながらゆっくり引き上げます。\n引き上げた結晶に付着したシリコンは、冷めて固体化する際に、引き上げた単結晶と同じ向きに並んだ単結晶になります。\nこうして高純度なシリコン結晶のインゴットを作ります。\nまたこの時、例えばホウ素やリンといった不純物を微量に混ぜて溶かすとシリコン不純物半導体として集積回路に使われる単結晶も作製できます。",
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"title": "単結晶ウエハーインゴットの切断と鏡面加工",
"description": "インゴットの直径が均一になるようにワイヤーソーと呼ばれる切断機を用いて切断します。\n切断後、表面が平行になるように粗研磨し、さらに機械による傷を除去するべく化学的溶液を用いて研磨、最後に鏡面仕上げになるように研磨をかけます。",
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"title": "前工程　フォトリソグラフィ",
"description": "ウエハーからICチップの仕上げる工程を前工程と呼びます。\n前工程は、基盤の作成、配線、検査からなり、基盤の作成はフォトリソグラフィと呼ばれる転写技術により行われます。\nそれは、光源とフォトマスクとレンズと感光材を塗ったウエハーを用意し、転写する方法です。",
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"title": "エッチング",
"description": "ウエハー上に転写されたパターンにエッチングが行われます。\n銅版画のエッチングと同じ原理ですが高精度の寸法制御が要求され、とくにトランジスタの寸法制御は、性能の均一性に影響する為厳しく管理されています。\nエッチングには、溶剤を用いるウエットエッチングとプラズマガスを用いるドライエッチングがあります。\n寸法精度の必要なパターン作成にはドライエッチングが用いられます。\nそしてエッチングされた部分に、酸化、拡散、薄膜形成、イオン注入などの工程が行われ、トランジスタのチャネル領域が作られます。\nまた不活性ガスプラズマを用いてアルミニウムの薄膜を形成し、電極配線用のアルミニウム配線パターンを作製します。\nさらにウエハー表面を研磨パターンの凸凹の平均化を行います。　このような平坦表面にフォトリソグラフィが、繰り返されることで多重構造の配線パターンが形成され、回路が出来上がります。",
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"title": "後工程　ダイジングから半導体チップまで",
"description": "完成したチップをパッケージに仕上げる工程を後工程と呼びます。\nまず、ウエハーを切断してチップの切り出工程で、ダイヤモンドブレーを使って数十ミクの切幅でウエハーを縦横賽の目状にカットします。\nこれをダイジングと呼びます。\n次にマウント工程です。これは、チップをリードフレームの所定の位置に固定する作業で、その後、固定されたチップ内のパットに太さ約15から\n30ミクロンメートルの金線が接続されます。この工程がワイヤーボンディングです。\n次にチップに傷がつかないようにセラミックや樹脂によるパッケージによって封入されます。　この後、リードフレームから個々の半導体製品を切断分離します。\n最終的に決められた温度や電圧条件下で負荷をかけられ加速試験を行い検査します。\nさらに、使用環境や部品寿命試験などの信頼性試験が行われ、それをクリアした後に商品名が印字されます。",
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