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光励起プロセスハンドブック

コードNO0104
発刊日1987年12月10日
監 修
高橋 清 東京工業大学 工学部電気・電子工学科 教授
小長井 誠 東京工業大学 工学部電気・電子工学科 助教授
価 格本体43,000円+税
体 裁A4判上製 284頁
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現在のプロセスの欠点を克服 ― 低温でイオン損傷のない革新的な半導体・新機能デバイスのプロセス=光励起プロセスについてその機構、現象の基礎的解明から応用までを集大成した指針の書

主要構成

第1章 光励起プロセスとエレクトロニクス
第2章 基礎過程
第3章 光励起プロセス装置
第4章 膜形成の基礎
第5章 表面反応
第6章 応用

発刊にあたって

 最近のLSIは4MBから16MB、64MBと高密度化へと進んでおりますが、16MBから64MBへは、従来のプロセス技術では不可能ではなかろうか、なにか新しいブレイク・スルーが必要ではなかろうか、とよく言われております。 そのブレイク・スルーの最先端に位置しているのが、すでに1960年代に東北大学の西沢潤一先生によって提唱された光励起プロセスではないでしょうか。 この事を裏付けるかのように、昭和61年度から通産省の大型プロジェクトとして「超先端加工システム」が発足し、その主な柱として光励起プロセスが含まれております。
 このように光励起プロセスは、次世代のエレクトロニクス・プロセスとして極めて重要な技術であるにもかかわらず、いまだその成書ではなく、化学、エレクトロニクス関係の書物に散見される程度です。 そこで今回サイエンスフォーラムから光励起プロセスハンドブックを出版するはこびになりました。
高橋 清

内容目次

発刊にあたって<高橋 清>

第1章 光励起プロセスとエレクトロニクス<西澤 潤一/嶋脇 秀徳>


第2章 基礎過程

第1節 各種断面積とスペクトル<鯉沼 秀臣/橋本 拓也>
  1. 光と分子の相互作用
    1.1 光吸収
    1.2 電子励起と振動励起
    1.3 多光子過程
  2. 光吸収の定量的評価 断面積
  3. 吸収スペクトルの形
    3.1 電子スペクトルの構造
    3.2 Frank-Condon原理
    3.3 直接解離と前期解離
  4. 半導体関連ガスのスペクトル
  5. 理論計算との反応
第2節 熱化学データ<黒岩 紘一/重井 康夫>
  1. はじめに
  2. 熱化学データの意味と使い方
    2.1 反応熱
    2.2 化学平衡
    2.3 結合解離エネルギー
  3. 平衡定数とその算出法
    3.1 平衡定数の表現法
    3.2 定圧平衡法に基づく平衡定数の計算
    3.3 エントロピーの値に基づく自由エネルギーの計算
    3.4 自由エネルギーの近似計算法
    3.5 自由エネルギーの間接計算法
    3.6 熱力学関数に基づく平衡定数の計算
  4. 標準生成エントロピー、標準生成自由エネルギー、標準エントロピーおよび定圧比熱の表
  5. 結合解離エネルギーの表
第3節 反応速度<幸田 清一郎>
  1. はじめに
  2. 反応機構と反応速度
  3. 種々の素反応
  4. 単分子反応
    4.1 単分子反応の機構と反応速度の圧力依存性
    4.2 単分子反応の実際
  5. 2分子反応
    5.1 2分子反応の速度定数と断面積
    5.2 衝突論と遷移状態理論
    5.3 反応速度定数の温度依存性
    5.4 ひき抜き型2分子反応
    5.5 挿入、付加型2分子反応
    5.6 原子反応と失活
  6. イオン―分子反応
    6.1 イオン―分子反応の速度
    6.2 イオン―分子反応の実際
  7. おわりに
第4節 反応機構<英 貢>
  1. はじめに
  2. 一次反応と二次反応
  3. 気相反応と表面反応
  4. 基板温度依存性
  5. 波長依存性
  6. 分光計測による反応機構の解明
  7. おわりに

第3章 光励起プロセス装置

第1節 コヒーレント光源<佐藤 卓蔵>
  1. はじめに
  2. エキシマレーザ
    2.1 エキシマレーザ開発の歴史
    2.2 エキシマレーザの動作過程
    2.3 希ガスハライドエキシマレーザの開発現状
  3. Ar÷イオンレーザ
  4. 色素レーザ
  5. 波長変換によるコヒーレント光発生
    5.1 第2高調波発生
    5.2 ラマンレーザ
    5.3 2光子共鳴4光波混合
  6. 波長可変固体レーザ
    6.1 電子振動遷移レーザ
    6.2 カラーセンターレーザ
    6.3 半導体レーザ
  7. 炭酸ガスレーザ
  8. おわりに
第2節 インスタントコヒーレント光源<平本 立躬>
  1. はじめに
  2. 紫外線発光の基本過程
    2.1 光のエネルギーとインコヒーレント光源
    2.2 プラズマからの発光機構
    2.3 スペクトルと線の自己反転
  3. 光励起用光源の現状
  4. 将来の開発課題
    4.1 185nm 以上
    4.2 150-180nm
    4.3 150nm 以下
第3節 光励起プロセス装置<山崎 舜平/犬島 喬>
  1. 光励起プロセス装置
  2. 装置の構成
  3. 光CVD装置の特徴
    3.1 クリーンなプロセス条件の実現
    3.2 紫外線光源透過窓の存在
    3.3 活性種の空間拡散
    3.4 光強度と到達膜厚の関係
    3.5 光強度の均一性と膜厚の相関
    3.6 その他の特徴
  4. 今後の課題

第4章 膜形成の基礎

第1節 Si<伊藤 隆司>
  1. はじめに
  2. 膜形成の過程
  3. 常圧Si光エピタキシ
  4. 減圧Si光エピタキシ
  5. 水銀増感による減圧Si光エピタキシ
第2節 III―V族<柊元 宏>
  1. はじめに
  2. 光MOCVD装置
  3. 原料ガスの光分解
  4. GaAsの成長
  5. 混晶の成長
  6. おわりに
第3節 II―VI族<吉川 明彦>
  1. はじめに
  2. II―VIの膜模型に期待できる光照射効果
    2.1 低温成長による自己補償効果抑圧への期待
    2.2 ナローギャップ半導体に対して光照射で期待できる効果
  3. II―VI族化合物の光CVD用原料の光吸収特性
  4. II―VI族化合物半導体への光CVDの適用例
    4.1 ワイドギャップ化合物
    4.2 ナローギャップ化合物
  5. おわりに
第4節 アモルファス半導体<小長井 誠>
  1. はじめに
  2. 歴史的背景
  3. 光CVDの分類、特徴
    3.1 特徴
    3.2 光CVD法の分類
    3.3 基礎プロセス
  4. ランプを用いた直接励起光CVD
    4.1 a-Si
    4.2 a-SiC
  5. 水銀増感反応によるa-Si、a-SiC、a-SiGe、μc-Si
    5.1 a-Si
    5.2 a-SiC
    5.3 a-SiGe膜の特性
    5.4 μc層の特性
  6. エキシマレーザによるa-Siの特性
    6.1 ArFエキシマレーザによるa-Si
    6.2 F2レーザ
    6.3 ラジカルジェット
  7. 振動励起によるa-Siの成膜
  8. 光アシストプラズマCVD
  9. まとめ
第5節 絶縁膜<浜川 圭弘/奥山 雅則>
  1. 活性種の励起
  2. 絶縁膜の成長と基礎的性質
    2.1 水銀増感光CVD
    2.2 紫外線ランプによる直接励起光CVD
    2.3 レーザー光CVD
    2.4 レーザ光酸化・窒化
第6節 ダイヤモンド膜<松本 修>
  1. はじめに
  2. ダイヤモンドのプラズマによる気相合成
    2.1 ダイヤモンドのプラズマによる気相合成
    2.2 ダイヤモンド析出の際の気相状態
    2.3 メタン―水素プラズマからの基板上へのダイヤモンド析出に対する考え方
    2.4 ダイヤモンド膜析出に対する水素の役割
  3. 光励起プロセスのダイヤモンド合成への応用
    3.1 光励起プロセスによるダイヤモンド合成の可能性
    3.2 光励起反応による炭素膜析出の具体例
  4. おわりに
第7節 光イニシェーション効果<松波 弘之>
  1. はじめに
  2. KrFエキシマレーザによるSiO2膜の堆積
    2.1 SiO2の膜の堆積
    2.2 堆積機構
  3. 光イニシェーション効果
    3.1 光イニシェーション効果の諸現象
    3.2 SiO2膜堆積の堆積条件依存性
  4. 堆積膜の物理的諸性質
  5. おわりに
第8節 原子層エピタキシーと分子層エピタキシー<西沢 潤一/倉林 徹>
  1. はじめに
  2. 原子層エピタキシー
  3. 分子層エピタキシー
    3.1 1分子層成長
    3.2 分子層エピタキシーの成長機構
    3.3 光励起分子層エピタキシー
    3.4 GaAsおよびAlxGa1-xAsの分子層エピタキシーにおける不純物添加
  4. おわりに

第5章 表面反応

第1節 クリーニング<伊藤 隆司>
  1. はじめに
  2. 有機物の光クリーニング
  3. 無機物の光クリーニング
第2節 Siエピタキシーと表面反応<伊藤 糾次/目黒 多加志>
  1. はじめに
  2. 表面上の核形成
  3. CVDによるSiエピタキシャル成長
    3.1 成長温度の低減効果
    3.2 選択成長と制御
  4. MBE法によるSiエピタキシャル成長
  5. おわりに

第6章 応用

第1節 集積回路への応用<安田 幸夫>
  1. はじめに
  2. VLSIプロセスへの光励起応用の概要
  3. VLSI各プロセスへの光励起応用
    3.1 エッチング
    3.2 デポジション(堆積)
    3.3 ドーピング
    3.4 Si表面の酸化および窒化プロセス
  4. おわりに
第2節 光エッチング<藤井 拓>
  1. ドライエッチングの進歩と課題
    1.1 ドライエッチング技術の進歩
    1.2 エッチング技術の課題
  2. 光励起エッチングの方法
    2.1 光励起エッチングの光源
    2.2 光励起エッチングの報告例
  3. 光励起エッチングの応用
    3.1 表面洗浄
    3.2 微細加工
  4. 光励起エッチングの今後の課題
第3節 リソグラフィ<遠藤 政孝/笹子 勝>
  1. はじめに
  2. CEL(コントラスト・エンハンスト・リソグラフィ)技術
    2.1 CEL法の原理
    2.2 CELプロセス
    2.3 CEL材料
    2.4 CEL材料の特性
    2.5 CELによるパターン形成
  3. エキシマレーザ・リソグラフィ技術
    3.1 概要
    3.2 発振波数
    3.3 投影レンズ
    3.4 KrFエキシマレーザによるレジスト特性
    3.5 KrFエキシマレーザ・ステッパによるパターン形成
  4. おわりに
第4節 金属配線とマスク修正<岸田 俊二>
  1. 金属のレーザCVD
    1.1 金属膜形成
    1.2 膜質
    1.3 空間的選択性
  2. 配線応用
    2.1 導電体の直描技術
    2.2 電極形成・デバイス試作
    2.3 集積回路の配線追加・修正
  3. フォトマスクの欠陥修正
    3.1 直描による修正
    3.2 パターン転写による修正
第5節 アモルファス太陽電池<小長井 誠>
  1. はじめに
  2. アモルファス太陽電池開発の現状と課題
    2.1 太陽電池開発の現状
    2.2 アモルファス太陽電池の開発状況、課題
  3. 光CVDに期待すること
  4. 光CVD装置
  5. アモルファスSi太陽電池の代表的な特性
    5.1 p/i界面とセル特性
    5.2 シングルセルの特性
    5.3 タンデムセルの特性
  6. 積層技術としての光CVD
    6.1 太陽電池における残留不純物(ボロン)の効果
    6.2 透明導電膜からのSnやInの混合
    6.3 成長初期の核形成
  7. 超格子を用いた太陽電池
  8. 大面積化の試み
  9. 信頼性
  10. おわりに
第6節 薄膜トランジスタ<松村 正清>
  1. はじめに
  2. 薄膜トランジスタ技術における光励起プロセスの位置付け
  3. 光CVD法によって製作したアモルファスシリコンMOSトランジスタ
    3.1 薄膜トランジスタと平板ディスプレイ
    3.2 薄膜トランジスタ断面構造
    3.3 アモルファスシリコンMOSトランジスタへの光励起プロセスの応用
第7節 有機膜と有機合成<鯉沼 秀臣>
  1. 有機光化学とその応用
  2. 有機化合物のベクトル
  3. 光反応による有機膜の作成
  4. 光エッチングと光分解
  5. 有機合成化学への応用


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執筆者(敬称略/執筆順、肩書等は発刊時のものです)
 
高橋 清 東京工業大学 工学部電気・電子工学科 教授
西澤 潤一 東北大学 電気通信研究所 教授
嶋脇 秀徳 東北大学 電気通信研究所・東北大学大学院 工学研究科
鯉沼 秀臣 東京工業大学 工業材料研究所 教授
橋本 拓也 東京工業大学工学系大学院 化学エネルギー工学課程
黒岩 紘一 東京農工大学 工学部電子工学科 助教授
垂井 康夫 東京農工大学 工学部電子工学科 教授
幸田 清一郎 東京大学 工学部反応化学科助教授
英 貢 豊橋技術科学大学 電気電子工学系教授
佐藤 卓蔵 電子技術総合研究所 電波電子部レーザー研究室長
平本 立躬 ウシオ電機(株)常務・ランプ開発本部本部長
山崎 舜平 (株)半導体エネルギー研究所 代表取締役
犬島 喬 (株)半導体エネルギー研究所 研究部部長
伊藤 隆司 (株)富士通研究所 厚木研究所電子デバイス研究部門 半導体研究部第3研究室 室長
柊元 宏 東京工業大学 工学部附属像情報工学研究施設 教授
吉川 明彦 千葉大学 工学部電子工学科 助教授
小長井 誠 東京工業大学 工学部電気・電子工学科 助教授
浜川 圭弘 大阪大学 基礎工学部電気工学科 教授
奥山 雅則 大阪大学 基礎工学部電気工学科 助教授
松本 修 青山学院大学 理工学部化学科 教授
松波 弘之 京都大学 工学部電気工学第2学科 教授
倉林 徹 (財)半導体研究振興会 半導体研究所 研究員
伊藤 糾次 早稲田大学 理工学部教授
目黒 多加志 理化学研究所 レーザー分子加工グループ
安田 幸夫 名古屋大学 工学部結晶材料工学専攻 教授
藤井 拓 シャープ(株)IC事業本部超LSI開発研究所 第2開発室
遠藤 政孝 松下電器産業(株)半導体研究センター半導体基礎研究所
笹子 勝 松下電器産業(株)半導体研究センター半導体基礎研究所
岸田 俊二 日本電気(株)光エレクトロニクス研究所光基礎研究部 研究課長
松村 正清 東京工業大学 工学部電気・電子工学科 教授


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