シリコンウェハー

シリコンウェハー：半導体産業の基盤

シリコンウェハーは、集積回路（IC）やLSIといった半導体デバイス製造に欠かせない、高純度のシリコン（珪素）から作られた薄片です。通常、直径数cm～数十cm、厚さ約1mmの円盤状をしており、その表面に微細な回路パターンを形成することで、様々な電子機器の心臓部となる半導体チップが作られます。

シリコンウェハーの製造工程

シリコンウェハーの製造は、大きく分けてシリコンの精製、単結晶成長、ウェーハ加工の3つの段階に分けられます。

1. シリコンの精製

まず、ノルウェーやブラジルなどで採掘された石英から、金属シリコンが生成されます。その後、塩素や水素との反応を経て、モノシランやトリクロロシランといったシラン化合物に変換され、不純物が除去されます。さらに、化学気相成長法(CVD)を用いて高純度の多結晶シリコンロッドが作られます。

2. 単結晶成長

精製された多結晶シリコンは、チョクラルスキー法（Cz法）やフローティングゾーン法（FZ法）といった手法を用いて単結晶化されます。Cz法では、溶融したシリコンから種結晶を引き上げることで単結晶インゴットを成長させます。この工程では、結晶の欠陥を最小限に抑えるため、種しぼりや磁場印加などの工夫が凝らされています。FZ法は、酸素濃度が低い高純度な結晶を得られる利点がありますが、大口径化が難しいという課題があります。

3. ウェーハ加工

単結晶インゴットは、まず円柱状のブロックに加工され、その後、ワイヤーソーなどを使用して薄くスライスされます。この後、研磨、エッチングなどの工程を経て、表面が鏡面のように平滑に研磨されたシリコンウェハーが完成します。

具体的には、以下の工程を経てウェハーは完成します。

ブロック切断・外周研削: インゴットから円柱状のブロックを作成します。
方位加工: 結晶方位を測定し、オリエンテーションフラットを刻みます。
スライシング: ブロックを薄くスライスしてウェハーにします。
ベベリング: ウェハーの端面を面取りして割れを防ぎます。
ラッピング: 表面を平滑にし、厚さを揃えます。
エッチング: 表面の微細な凹凸を除去します。
ドナーキラーアニーリング: 酸素原子を分散させ、電気的特性を向上させます。
エッジポリッシュ: ウェハー端部を鏡面のように滑らかに研磨します。
ポリッシング: 表面を極めて平滑な鏡面状態に研磨します。
洗浄: RCA洗浄法などにより、付着物を除去します。

さらに、用途に合わせてエピタキシャルウェハーやアニールウェハーといった高度な加工が施された製品も存在します。

ウェハーの大口径化と高品質化

ウェハーの大口径化は、一枚あたりのチップ数を増やし、製造コスト低減に繋がります。現在、主流は300mmウェハーですが、450mmウェハーの開発も進められています。また、結晶欠陥の少ない高品質なウェハーへの需要も高まっており、より高度な製造技術が求められています。

シリコンウェハーの将来

半導体技術の進歩に伴い、シリコンウェハーには、より高性能、高密度、低コストといった要求がますます厳しくなってきています。そのため、大口径化、高品質化に加え、新たな材料や製造技術の開発が重要な課題となっています。

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