目次

第1章 半導体とは何か

1-1 TVや新聞をにぎわしている意味の半導体とは？

身の回りには半導体製品があふれている

半導体とは、電気抵抗が導体と絶縁体の中間にある材料

1-2 半導体は極小回路基板

半導体はシリコン材料上につくられた回路

シリコンは石ころや砂の中にある

1-3 半導体材料の電気抵抗って、何で決まるの？

電気抵抗って何？

半導体の電気抵抗を決める自由電子

半導体は、導体や絶縁体と、どこが違うのか？

コラム シリコン以外の半導体材料

1-4 シリコンの原子構造

単独で半導体材料となるシリコンの原子番号は14である

シリコン単結晶は、なぜ安定な結晶状態なのか？

シリコン結晶状態には、単結晶、多結晶、非結晶がある

1-5 不純物の種類によってP型とN型の半導体になる

N型半導体

P型半導体

1-6 トランジスタの分類と機能

トランジスタの分類は？

トランジスタの機能

1-7 トランジスタの基本、バイポーラトランジスタとは？

バイポーラトランジスタは、サンドイッチ構造

NPNトランジスタの増幅作用

1-8 MOS型トランジスタはIC、LSI向き

MOS型トランジスタ

MOS型トランジスタの基本構造はシンプル

MOS型トランジスタは、NMOS、PMOS、CMOSの3種類

1-9 ダイオードってどんなもの？

ダイオードとは？

ダイオードの整流作用の実際

脚光を浴びる各種のダイオード

発光ダイオードは話題のダイオード

第2章 半導体産業のいまと未来

2-1 成長が続く世界半導体産業と日本

IT時代で成長が続く世界半導体産業

日米欧、そして振興アジアとの熾烈な戦い

世界半導体売上ランキングと日本半導体メーカー

日本の半導体市場動向

2-2 日本半導体産業再攻勢と各社の得意分野

日本半導体産業の再攻勢

ルネサスはマイコンを旗艦にシステムソリューション事業を

東芝は個別半導体、システムLSI、メモリの3本柱

NECエレクトロニクスはシステムLSI、マイコン、個別半導体

IDM型の松下はデジタル家電向けシステムLSIに強み

エルピーダメモリは、DRAMでの世界一を狙う

2-3 半導体産業をけん引するデジタル家電と自動車業界

薄型テレビがけん引するデジタル家電市場

今後の急成長が期待される分野は自動車産業

デジタル家電、自動車向け半導体を支えるシステムLSI技術

2-4 将来を担う日本の半導体研究開発計画

つくば半導体コンソーシアム

Selete 半導体先端テクノロジーズ

MIRAIプロジェクト

STARC 半導体理工学研究センター

2-5 半導体関連産業と半導体メーカーの産業形態

半導体関連産業の中心に位置するのが半導体メーカー

半導体メーカーの産業形態

2-6 半導体商社

半導体商社の機能と営業形態

半導体商社の企業形態

半導体商社はソリューション・プロバイダーへ

2-7 半導体製造装置産業

半導体産業と一心同体である製造装置産業

半導体製造装置産業における日本の位置

シェアが大きい日本の半導体製造装置6種

第3章 LSIについて知ろう

3-1 IC、LSIの半導体デバイスはCMOSが主流

CMOSって何だ？

実は、CMOS＝PMOS＋NMOSである

CMOSインバータ回路が低消費電力のわけ

CMOSインバータ動作が、デジタル回路に向いているわけ

CMOSデジタル回路に重要な、ANDとORの論理ゲート

3-2 スーパー電子部品のLSIが電子機器を極小化！

数百万個もの電子部品を搭載したのがLSI

部品のLSI化が、夢の超小型かつ軽量な電子機器を実現！

ICとLSIはどこが違う？

シリコンウエーハ上のLSIは、半導体素子の集合体

3-3 LSIの機能分類 LSIを機能の側面から分類すると4種類に

メモリ

マイクロプロセッサ

ASIC

システムLSI

3-4 複数機能をワンチップ化 システムLSIの中身

システムLSIで電子機器のシステム統合

システムLSIは日本の重要な武器である！

3-5 マイコンは、どのように動作しているのだろう？

マイコンの中身は？

3-6 アナログLSIとデジタルLSIの違いって？

アナログとデジタルは何が違うのか？

アナログLSIとデジタルLSI

第4章 情報化社会に役立ついろいろなメモリ

4-1 パソコンで大量消費するDRAMとその他のメモリ

読み出し専用のROMと読み出し書き込みが可能なRAM

DRAMとは、どんなタイプのメモリか？

フラッシュメモリはデジタルカメラや携帯に使用

4-2 DRAMメモリセル構造と動作

DRAMの1ビットであるメモリセル構造

メモリセルのデータ書き込み、記憶保持、データ読み出し方法

4-3 半導体市場をけん引するDRAM

DRAMが半導体市場をけん引してきたわけ

半導体産業の発展は1チップに搭載できるDRAM容量の増大

半導体技術の進歩は微細加工技術の進歩でもある

日本の半導体産業ビジネスは、DRAMからシステムLSIへ

4-4 急激な市場拡大をするフラッシュメモリとは？

半導体産業に再び息吹を与えたフラッシュメモリ

フラッシュメモリの基本構造と動作原理

4-5 フラッシュメモリの分類と特長

構成方法によって、大きくNAND型とNOR型に分類

NAND型とNOR型の主な用途と市場

4-6 メモリーカードがつなぐネットワーク世界

メモリーカードがストレージの主役へ

デジタル機器向けではSDカードが一歩抜け出す

4-7 DRAMに代わる次世代メモリ

高度情報社会には、より大容量のメモリが必要

次世代の有力候補はFRAMとMRAM

ICカードやRFIDに実用化されているFRAM

大きな可能性を秘めたMRAM

次世代メモリ技術の今後の動向

その他の話題となっている不揮発性メモリは？

第5章 半導体の前工程

5-1 LSIができるまで

半導体ができるまでの工程

前工程（ウエーハプロセス）

後工程（組み立て、実装）

5-2 クリーンルームと無塵衣でゴミをシャットアウト

半導体工場はきれい好き

クリーンルームと無塵衣

クリーンルームのきれいさは山手線内に仁丹が1つ!

クリーンルームには、いつも清浄エアーが流れている

5-3 LSIの基板材料であるシリコンウエーハ

半導体基板となるシリコンウエーハとは

シリコンウエーハの製造工程

5-4 シリコンウエーハの大口径化と薄厚化

シリコンサイクル

ウエーハサイズ大口径化とチップの取れ数

電子機器の高密度化で薄いチップを要求

シリコンウエーハの裏面研磨による薄厚化

5-5 半導体製造に必要な膜の種類

LSI製造には、いろいろな種類の膜が必要

各種の膜の役割

5-6 素子構造に必要な薄膜の形成方法は？

薄膜を形成する3種類の方法

5-7 微細パターン形成のためのリソグラフィ技術

リソグラフィ技術

リソグラフィ工程の流れ

5-8 微細加工限界を決めるステッパー露光技術

ウエーハに回路パターンを焼き付ける露光

最先端露光技術で活躍するステッパー

ステッパーの光源

5-9 65nm以降の次世代露光技術

露光機の光源は、より短波長に

電子ビームを使ったEB露光機も登場

露光装置の延命

液浸露光装置

5-10 3次元微細加工の決め手 エッチング

エッチングは3次元の形状加工

エッチング方法はウェット式とドライ式

5-11 シリコンウエーハにP型、N型領域をつくり込む

シリコンにP型やN型半導体領域をつくる不純物拡散工程

イオン注入法（イオン・インプランテーション）

5-12 金属配線は多層構造の摩天楼

最先端LSIの配線は6～7層に及ぶ多層配線へ

配線遅延がLSI高性能化を阻害する

配線材料をアルミから銅へ代え電気抵抗を減少

低誘電率材料を用いて配線間容量の減少

多層配線構造では平坦化CMP技術が必須

5-13 半導体設計ルールとデバイスの微細化限界

半導体の設計ルール

トランジスタ寸法限界と微細化可能性

CMOSデバイスの将来予測

将来予測を実現するための阻害要因の解決策

第6章 半導体の後工程

6-1 シリコンチップをパッケージに実装するまで

重要度を増すLSI製造の後工程

後工程の流れ（シリコンチップをパッケージに実装するまで）

6-2 パッケージは、ピン挿入型より表面実装型へ

LSI性能向上にあわせて、パッケージに要求される技術

パッケージ形状はピン挿入型と表面実装型

6-3 面全体を使うエリア型パッケージが主流に

モバイル機器の軽薄短小・高密度に応えるエリア型

表面実装型パッケージ「BGA」

外形寸法がチップと同じ大きさのCSP

QFP vs BGA vs CSP

6-4 一貫ウエーハ工程でつくるウエーハレベルCSP

チップ自身の大きさが究極サイズのウエーハレベルCSP

前工程から後工程まで一気通貫のプロセス

ウエーハレベルCSPの特長と用途

6-5 電子機器の高機能・薄小型化を支えるSIP

3次元実装化が進み実装密度が2以上に

高付加価値をもたらしたSIPの登場

SIP搭載のチップ数を増加させるウエーハ薄厚化技術

6-6 SIPはパッケージ技術からソリューション技術へ

従来のSIPの考え方はSOCの補完的役割が大きかった

SIPは高性能電子機器の開発期間短縮にはならなかった？

現在はSIP単独からSIP×SOCのソリューションへ

SIPには最新設計のチップが必要になる

6-7 環境にやさしい鉛フリー化実装技術

半導体業界の環境対応

鉛が人体に与える影響

端子部から鉛フリー対応がはじまっている

6-8 LSIチップの良否判定テストはどのようにするか？

開発工程でのテスト

半導体製造工程におけるテスト

増大するテスト負荷とコスト

第7章 とっても気になる半導体キーワードを理解しよう！

7-1 照明器具、大型ディスプレイ、民生機器へと用途拡大するLED

LEDは高輝度で長寿命により一段と用途が拡大

発光ダイオード（LED）の基本構造と原理

白色照明へのLED応用で蛍光灯がなくなるかも？

照明向け白色LEDの原理と、その実現可能性は？

7-2 光センサとフォトダイオード、フォトトランジスタ

光センサ

フォトダイオード

光センサはあらゆるところに使用されている

7-3 クリーンエネルギーを生み出す太陽電池

太陽光をエネルギーとして利用

太陽電池の種類

太陽電池の原理

太陽電池モジュール

7-4 光通信に大活躍の半導体レーザー

高速通信を支える光通信システム

半導体レーザーの役割

半導体レーザーの原理

7-5 デジタルカメラや携帯カメラのイメージセンサ

イメージセンサの種類

イメージセンサの仕組み

CCDの原理と特長

CMOSイメージセンサの原理と特長

7-6 ASICとは何か？ システムLSIとどこが違う？

ASICの用途と分類

ASICの実現・製造方法による分類

7-7 プログラマブルデバイス（UPIC）の種類

プログラマブルデバイスとは？

FPGA（Field Programmable Gate Array）

CPLD（Complex Programmable Logic Device）

ストラクチャードASIC

7-8 アナログとデジタルの混在 ミックスドシグナルLSI

アナログとデジタル回路をワンチップに搭載

ミックスドシグナルLSIの応用分野

ミックスドシグナルLSIの中身は？

ミックスドシグナルLSIの設計

7-9 DSPはデジタル信号の高速処理が得意

音声・画像の高速処理用プロセッサ

DSP採用で大きく向上した電子機器

DSPと汎用マイクロプロセッサはどこが違うのか？

7-10 半導体業界でいうIPとは？

LSIの設計も重要な知的財産

システムLSI設計の決め手になるIP再利用設計

IP再利用の効率的設計環境

第8章 半導体世界の今後の展望

8-1 進化するデジタルテレビ放送

デジタルTVによるユビキタス社会

デジタルTVは技術の集大成

ワンセグ携帯向けモバイル放送

8-2 携帯電話はマルチメディア情報端末に進化

携帯電話の急激な伸び

携帯電話がマルチメディア端末になった

第3世代携帯電話とシステムLSIセット

8-3 ICカードは超小型軽量コンピュータ

セキュリティが高いICカード

ICカードの中味は、CPUとメモリ

非接触ICカードによる電子マネー化が進む

8-4 流通の世界を変えるICタグ

ICタグとは何か？

ICタグの特徴とビジネスへの応用

ICタグの動作原理

ICタグを0.05mm角の粉末ICチップで実現

8-5 ハイビジョン対応の高画質大容量化DVD

DVDの原理

青色レーザ登場で大容量化が可能に

高画質大容量化DVD規格は統一化できずに併走

DVDレコーダの基本構成

8-6 自動車はマイコンとセンサのかたまり

半導体の主要顧客に成長する自動車産業

コンピュータに加えてセンサの搭載

一段と進む自動車の電子化

8-7 ロボットは鉄腕アトムになれるか？

産業用ロボットから人型ロボットへ

ロボットの基本動作

たくさんの半導体が使用されている

鉄腕アトムに近づくための要素技術はまだ山積み？

8-8 パソコン高性能化は頭脳CPUの高性能化

CPU高性能化は半導体技術の進歩

半導体製造技術の微細化による動作周波数の向上

微細化による消費電力・発熱の低減

CPUテクノロジ世界での問題のひとつは発熱量増大

8-9 今後のCPU高性能化はマルチコア

限界にきているシングルコア

マルチコアの登場

マルチコア技術

インテル社もシングルコアからデュアルコアへ移行

民生機器、ゲーム機でのマルチコア化も進む

マルチCPUの究極、グリッドコンピューティングとは？

8-10 ナノレベルに到達した半導体技術

ナノテクノロジー

カーボンナノチューブ

ナノテク技術による単一電子トランジスタ

8-11 半導体微細加工技術から生まれたMEMS

MEMSとは？

MEMSとバイオテクノロジーの融合

バイオMEMSチップ