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by Yoshiaki Daimon Hagiwara
ベル研の科学者が トランジスタ の生み の親 ( Mother ) とするなら、
Sony の 岩間和夫さんは、トランジスタの育ての親 ( Father ) と 呼べます。
技術の進歩は、発明者（mother) と 開発者(father) の 両方が不可欠です。
物理学の進歩でも、 理論家（mother) と 実験家(father) が 不可欠ですが、
人類の文明の進歩でも、 個人のひらめきの発明創造力 だけでなく、
資金と、人材と、時間をかけた、開発・勤勉・努力 の 両方が不可欠です。
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萩原の1975年の特許の請求範囲は基板にＰＮＰ接合トランジスタ型の
受光素子でベース領域を信号電荷の蓄積部として隣接する電荷転送
装置（ＣＣＤでもＣＭＯＳ型でもＯＫ）に信号電荷を転送すること
を特徴する半導体受光素子の構造特許です。
●さらにこれは実施図６において、金属配線えはピン止めされて
Pinned Photodiodeの発明でもあることを明示しています。
●また実施図６には、Empty Potential Well の完全空乏化した電位
曲線と電荷が蓄積した場合の水平電位線（破線）を明示しこれが
Dynamic 動作をするPhoto Transistor型受光素子であることを明示
しています。
●ＳＳＤＭ１９７８の論文では萩原は金属配線を使用しないで
隣接するＰ＋の濃いChannel Stopsを受光素子に形成することに
より、受光素子表面のＰ＋層の電位をピン止め固定しています。
●これは半導体産業人協会歴史館のＷＥＢ掲載記事の図と同じです。
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萩原は最初にＰＰＤを考案したのは実は裏面照射型のＰＰＤでした。
萩原がＰＰＤを発明し最大の目的は残像特性の抑圧ではありません。
最大の目的は感度の向上です。裏面にしてまず感度を向上するのが
最大の目的です。また青色短波長の感度向上が最大の目的でした。
青色短波長はシリコン結晶の中を 0. 2 ミクロ以上透過しません。
そのな表面で空乏層を形成することは1975年のプロセス技術では
無理です。多分今でも無理です。そんな近傍を空乏化しますと
シリコン表面の再結合順位が刺激され表面暗電流が発生する心配
があります。その心配を解消するために表面近くをＮ＋Ｎ濃度
勾配にして、その濃度勾配によるバリア電界を利用して電子と
ＨＯＬＥの電界分離を実現することを考案しました。
この裏面照射型の Origial PPD 特許 1975-127647が今の裏面照射
型の３次元集積化のStack Multi Chip 構造の、未来の Image
Sensorに最適です。それで去年10月には、奈良部さんは江崎さんの
ご支援を得て ３次元の集積回路の国際会議 3DIC Conferenceで
論文を発表することができました。
下図は1975年の10月の出願特許です。上図をヒントにＶＯＤ付きの
ＰＰＤの特許を1975年11月に発明し特許出願しました。
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Drive Transistorと Load Transistor を直列に連結して
Drive Transistor に入力信号を入れたのが inverterderです。
話は変わりますが、みなさんは CMOS Imverter回路は周知ですが
萩原が学生時代はまだ Bipolar 回路が主流で、負荷は抵抗体Ｒ
でした。そして大学院に入ると Intel社が PMOS Transistorで
Enhancement MOS すなわち、しきい値電圧 Vth が電源の同じ
符号の値のゲートで電圧をかけてやっとＯＮするMOS Transistor
と、Vthの値の符号はその逆の Deplation MOS Transistorが
ありました。 Intel社は、Enhancement MOS を Inverter回路の
Drive Transistorとして使用し、Deplation MOSを Inverter回路の
Load Transistorとして使った、Ｅ/D inverterをデジタル回路の
基本回路として ＰＭＯＳの デジタルＩＣを商品化して、
ＩＢＭなどの大手のＣＯＭＰＵＴＥＲの会社に、磁気コアメモリ
の置き換えを目的にＤＲＡＭメモリ回路を商品化していました。
萩原は大学年の時に使った教科書が Andy Groveが書いたこの
Physics of Semiconductorという本でした。Prof. James McCaldin
に教えていただきました。かれは ＴＲＷ社で勤務する研究者
でもありました。ＴＲＷは母校の３人の卒業生が創った会社です。
この教科書の著者のAndy Groveは、萩原の母校の先輩のGordon
Mooreが設立して Intel社で採用された最初の社員でした。後に
Intel社の社長も歴任しています。
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Drive Transistorと Load Transistor を直列に連結して
Drive Transistor に入力信号を入れたのが inverterderです。
逆に、Load Transistor に入力信号を入れた回路もあります。
それは Source Follower 回路と呼ばれるものです。
アナログ信号の大きさに比例して大電流出力を取りだす事が
できる便利な回路です。
Intel社は最初は ３Ｔ 型の MOS回路で メモリＩＣを
商品化しましたが、後に１Ｔ１Ｃ回路で ＤＲＡＭを商品化し
ＩＢＭという大口顧客を獲得し急成長しました。
Image Sensorの世界でも同時に進歩がありました。
当時はまだ ＣＣＤが発明されておらず、 MOS型電荷転送装置
が主流でした。しかし、Clock 配線容量Ｃや熱ｋＴ雑音が大きく、
ＭＯＳ型電荷転送装置はCLOCK雑音があり、縦筋などが入り大変
醜いものでした。それで、受光素子に絵素ごとに souce follower
回路をつけることを 英国の Plessy社に勤務の Peter Nobleは
考案しました。しかし、各絵素にはこのAcive 田流ＡＭＰ回路は
組み込みことは不可能でした。まだまだ、ＭＯＳトランジスタ
が大きすぎたからです。２１世紀まで待つ必要がありました。
しかしＳＯＮＹの岩間さんは待つ気持ちは毛頭ありません。
それで岩間さんはＣＣＤが発明されるとそれに飛びつきました。
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岩間さんは ベル研から Tranisistorの特許を購入するため
井深さんと1954年に渡米してベル研を訪問しています。
その時にベル研の研究者の紹介で、第1回目のISSCC1954に
出席しています。その時の出席者の名簿に岩間和夫さんの
名前が記載されていることを奈良部さんが見つけてＳＯＮＹ
社内で報告してくれました。
ベル研の科学者が トランジスタ の生み の親 ( Mother ) とするなら、
Sony の 岩間和夫さんは、トランジスタの育ての親 ( Father ) と 呼べます。
技術の進歩は、発明者（mother) と 開発者(father) の 両方が不可欠です。
物理学の進歩でも、 理論家（mother) と 実験家(father) が 不可欠ですが、
人類の文明の進歩でも、 個人のひらめきの発明創造力 だけでなく、
資金と、人材と、時間をかけた、開発・勤勉・努力 の 両方が不可欠です。
そして、20年後に萩原はＰｈＤの学生論文をPhiladelphiaの
ISSCC1974で発表しています。埋め込み型ＣＣＤの電荷
転送動作の解析報告でした。埋め込み型ＣＣＤの転送効率
は99.999%にもなり、暗い被写体に対して雑音の少ない、
超感度ビデオカメラとしての将来性について論説しました。
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これは萩原が1971年の夏にＳＯＮＹの厚木工場で実習して
いた時の実験ノートに描いた Bipolar Transistorの
抵抗負荷型 Linear 増幅回路の Sketch回路図です。
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1971年の６月から９月末までＳＯＮＹ厚木工場で実習の後、
萩原はCaltechの戻り大学院１年生となり、Prof. C. A. Mead
から本格的に Intel社が開発商品化したＰＭＯＳプロセス
技術の詳細を授業で学びました。当時ＣＡＬＴＥＣＨは
ＩＮＴＥＬ社と世界で初めての産学共同研究をしていました。
ＩＮＴＥＬ社が ＣＡＬＴＥＣＨの卒業生が中心になり
戦力となり大きく成長した会社だったので当然でしょう。
そこで萩原は１２８ビットの高速並列処理data stream
比較回路を設計しました。そのＣＡＤ ＴＯＯＬの
設計技術から、ＭＯＳプロセスから、半導体デバイス
物理から、デジタル回路の設計知識まで習得しました。
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128 bitの２つの DATAを瞬時に比較判定するデジタル回路
です。これは今でも、画像認識、音声認識の基本 ENGINE
回路であることはあきらかです。アナログ信号をデジタル
信号に変換して今はデジタルで信号を処理して人工知能の
処理系が構築されていますが、その基本の基本回路です。
128 bit を、横に 16 bit たてに 16 bit にすると面情報の
比較回路としても利用できます。
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萩という漢字も128bitのData 比較回路があれば瞬時に認識
できる algorithmを開発することは直観的に容易であることは
この図から推定することが可能です。
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ここで当時1972年に萩原が学んだ Intel社のPMOSプロセス
を紹介します。こんな構造になっていました。
ちょっと変でしょう？
●埋め込みＮ層はイオン打ち込みで形成します。
●イオン打ち込みはそのピーク濃度を基板奥深くに設定が可能です。
●コンタクトは小さく酸化膜の窓開けしますが、
その小さい窓だけに濃い拡散のＰ＋層を形成します。
そのＰ＋層のピーク濃度はどうしてもシリコン表面となります。
●一方の埋込みＮ層はピーク濃度の位置はシリコン表面近くでは
なく、シリコンの奥深くにピークを持たせることが可能です。
●この構造は後に、 Lightly Doped Drain と呼ばれる構造ですが
どうも Intel社はこれを特許にしていなかった様です。
この構造を10年以上経てからIBMの研究者がIEDMの学会で
LDDと命名し学会発表し、IBMが特許出願したと記憶していますが
あまり確信はできません。特許は萩原はあまり当時関心が薄いでした。
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