半導体のことをよりよく理解するには、半導体の材料を知っておくことも大切です。
そこで今回は、半導体の基板材料でもある「シリコンウエハー」について紹介します。
半導体になぜシリコンウエハーが使われるのか、どのような過程で製造されるのか、図解も交えて説明しています。
半導体について詳しく知りたい方は、ぜひ参考にしてください。
半導体は「シリコンウエハー」からできている
半導体は、ほとんどの電子機器に使われ、半導体自体、イレブンナインという「シリコンウエハー」から作られます。
原材料のシリコンは、99.999999999%の高純度で、その製造もいくつかの工程に分けられます。
電子機器のほとんどに使われるといっても、私たちの生活で目にする機会はなく、イメージしにくいかと思いますので、下記の図をご覧ください。
電子機器を細分化していくと、半導体のチップが埋め込まれています。その半導体をさらに細分化するとチップが入っており、チップの基板となっているのが「シリコンウエハー」となります。
この図からわかるように、シリコンウエハーなしでは、半導体は存在しないのです。
私たちの生活も豊かになったのはこの基板のおかげといっても過言ではありません。
半導体にシリコンウエハーはどうして使われるのか
半導体の製造にどうしてシリコンウエハーが使われるのかいくつかの理由が存在します。
- 地球で2番目に多い元素のため、資源が豊富である
- 不純物を取り除きやすく、高純度化しやすい。そのため電子の走行時間が速くなる
- 単結晶化と不純物の量を調整して、抵抗率の制御がしやすい
- 安定した酸化膜ができ、集積化などの加工がしやすい
ウエハーから半導体の基盤「シリコンウエハー」ができるまでの製造工程
ウエハーの原材料は「石」です。
珪石と呼ばれる「ケイ素」が含まれている石で、地球上どこにでも存在します。
そのケイ素はどのような過程で「シリコンウエハー」になっていくのか以下に説明します。
①珪石から金属シリコンにするには、アーク炉と言われる還元装置から純度98から99%の金属シリコンを作り出します。
その過程では、膨大な電気代が発生します。日本は電気代が高いので中々その作業をするのは難しく、電気代が安い東南アジアで作られています。
②金属シリコンから多結晶シリコンの過程では、「イレブンナイン」と言われ、さらに純度が高いシリコンの状態にしていく作業です。
金属シリコンを化学反応方式（Simens方式）で多結晶シリコンを作り出します。ほとんどが米国で生産されます。
③多結晶シリコンから単結晶シリコンまでは、石英るつぼに入れドロドロにとかします。それを回転しながら上に引き上げてできたのが単結晶シリコン。
④単結晶シリコンをシリコンウエハーにするには、棒状になった単結晶シリコンを高速のワイヤーで1mmくらいの厚さで切断していきます。
切断されたものを研磨、検査を繰り返しシリコンウエハーが完成します。
まとめ
今回は、半導体の基盤となるシリコンウエハーの製造工程について紹介しました。
半導体は小さな工程が積み重なって完成されるものだということが理解できたでしょうか。
菅製作所では、シリコンウエハーを使ったテスト成膜サービスも承っていますので、気軽にご相談ください。
