シリコンウエハーの製造方法を解説

このサイトでは、シリコンウエハーの作り方からできるまでのプロセスを誰にでもわかるように紹介しています。
それだけでなく、ウエハーの大口径化で得られる利益や製造業界の動向についてもわかりやすくご説明しています。
現在は5G向け通信設備の増加により、半導体の需要が急増しているところです。
その詳しい市場事情に関して説明しているほか、半導体の業界の業界予測や技術革新にもふれられています。
半導体業界の動向について幅広く知識が得られるサイトです。

シリコンウエハーができるまで、誰にでもわかるシリコンウエハーの作り方

シリコンウエハーができるまで、誰にでもわかるシリコンウエハーの作り方 シリコンウエハーは、基板として半導体の製造にかかせない材料です。
いくつもの複雑な製造工程から成り立っています。
まずは、材料となる単結晶インゴットを製造する工程から始まります。
単結晶インゴットは、高純度の多結晶シリコンを材料として作られています。
CZ法では、ルツボに入れた多結晶シリコンを高温度で融解させ、その液面にシリコン棒を接着させ回転させながら引き上げる方法です。
これにより不純物が含まれない単結晶インゴットが製造されます。
次の工程ではウエハーはスライスされ、粗く研磨されて、エッチングと呼ばれる表面加工をされます。
凸凹をなくすために研磨され、洗浄および品質検査されてシリコンウエハーは完成します。
必要があれば、さらに特殊加工が追加されることもまれではありません。

半導体の基盤となるシリコンウエハーとは?

半導体の基盤となるシリコンウエハーとは? 近年スマートフォンやパソコン、デジタル家電や自動車など身の回りに数多く使用されている電化製品には必ずシリコンウエハーが使用されている特徴を持ちます。
このシリコンウエハーとは半導体の基盤となる素材であり、通信機器をはじめ自動運転車やAIロボットなどの未来の生活を創出する半導体産業の発展にはなくてはならない材料になりつつあります。
シリコンウエハーの原料は昔火打ち石に使用されていたけい石であり、そこに沢山含まれているケイ素を取り出して作られるのが金属ケイ素です。
この金属ケイ素から99.999999999%という高純度のケイ素の塊である多結晶シリコンが作られ、この多結晶シリコンを原料として単結晶の塊であるインゴットを薄くスライスして作られるのがシリコンウエハーとなります。
実際にこの素材は日常生活で目にすることは殆どありませんが、表面を鏡面に磨き上げて世界中のあらゆる物質の中でも最も高い平坦度を誇り、微細な凹凸や微粒子を限界まで排除した超平坦・超清浄な円盤であり半導体の基盤材料として高度な技術が必要な貴重な素材でもあります。
この素材はIoT・ビッグデータなど帽体な情報を蓄積しデータ処理するメモリーやロジック、各種センサーの他に省電力に必要なパワーマネジメント用など今後も需要は益々増加するといわれています。

シリコンウエハーの材質は、半導体製造に欠かせない特徴をもっている

"世界中で行われている技術革新の影響で、今後需要の高まりが予想されるシリコンウエハー。主流として使われているのは、パソコンや自動車などに使われる半導体です。シリコンウエハーは、表面を磨くことで精度の高い平坦度を実現できる唯一の物質です。今の技術では、ミクロの世界の凹凸も研磨で平坦にできる為、多様化されています。日本でも最近聞くことが多くなった脱炭素に向けた取り組みの中で、太陽光発電のパネルや蓄電池、パワーコンデショナーにもこれらは使われています。
そんなシリコンウエハーの材質にはシリコンです。シリコンは低い熱伝導率ながら、熱の安定性に特化し電気絶縁性としての能力も高い特徴があります。これらの特徴は半導体を作る上で一番適している材料であることが上げられるので、今後需要の高まりが予想されます。
今後の日本、そして未来の技術革新の為に必要なシリコンウエハーの材質は他に類が無いような特徴をもつ貴重な資源であることは間違いないありません。

高額で売買されるシリコンウエハーとはなにか

シリコンウエハーは一般的には太陽光発電のパネルで知られますが、半導体分野におけるチップの開発にもなくてはならないものではないでしょうか。
このシリコンウエハーは、ディスク状に切り出されたシリコンに半導体を実装する為のもので、単なる塊だけでも高額です。更にいえば、サイズが大きいものほど価格が上がりますし、切り出す難しさもあって、右肩上がりに価格が上昇します。半導体のシリコンウエハーは、実装してから切り出して製品化されますが、一部に不良品が生じることがあります。その為、歩留まりが良くないと無駄が多く発生してしまい、製品価格も上がることに繋がります。未使用だったり不用率の高いシリコンウエハーは、破棄の形で処分されることがあります。ただし、シリコン自体が価値のある物質で、再利用できる素材ですから、欲しがる企業は案外多くて高額で引き取りが行われるケースも珍しくないです。パターンつきのウエハーも買い取る業者も存在するので、処分が必要になったら捨てるよりも売却するのが合理的な判断になるといえるのではないでしょうか。

シリコンウエハーの役割とはなぜ円盤なのか

シリコンウエハーというと円盤形状で鏡のように光を反射するイメージですが、その役割やなぜ円盤なのか誰もが一度は疑問に思うのではないでしょうか。
シリコンウエハーが円盤なのは、珪素の結晶を塊にしたものから薄く切り出して使うからで、円柱形のインゴットを切り出すのが理由です。一方で肝心の役割は、半導体における基板で、微細な回路を構成したり実装していくためにあります。完成したシリコンウエハーの表面には、一定のパターンによる模様なものが見られますが、格子状の1つ1つが半導体部品となります。最後にシリコンウエハーから半導体を切り出すと、その1つ1つがICなどのチップになるわけです。このように、理由が分かると納得できるものですし、難しいところは特にないと考えられます。普段日常的に目にすることのない円盤ですが、完成したチップは実は身の回りにある機械の中に入っていますし、そう考えると現代人の生活を支えている重要な存在だと思えるのではないでしょうか。

供給需要が高まっているシリコンウエハーの役割

モノ作り大国としても世界各地から高い評価をされている日本では、非常に多くの生産現場で活躍をしている部品も作られています。特に食品製造業では必要不可欠となっているのが、シリコンウエハーです。
昨今ではこのアイテムの供給需要が高まっており、年間で約200トン以上もの数量でアメリカや中国・インドネシアなどに輸出をされるようになりました。ここでは簡単に、シリコンウエハーの概要と役割について見ていくことにしましょう。食品工場では一定の温度管理を実施しており、オートメーション環境で稼動をなされています。その際、ベルトコンベアーの動きを制御するためにはシリコンウエハーを含ませないといけません。合成樹脂製となっており、これを装着することで各ラインでまったく同じ品質の食べ物を生み出すことが可能です。供給需要が高まっているのは、各地で生産数を増やしているからです。今後もシリコンウエハーの需要は高まりを見せるでしょう。

シリコンウエハーの生産量は日本が半数程度を占めています

シリコンウエハーは半導体の基板であり、現代人が快適に生活するためには欠かせません。そして、この生産量は高い技術力を持つ日本が圧倒的に強いとされます。
世界最大のメーカー企業である信越化学工業、第二位のSUMCOの二社だけで、世界シェアの半分程度を生産しています。これらのメーカーは高純度で微細な凹凸や微粒子を徹底的に取り除いた、たいへん品質面で優れたシリコンウエハーを生産することを得意にしています。良質なシリコンウエハーは、高機能を売りにする自動車や電子機器に不可欠です。より便利で付加価値の高い製品需要が高まっている中、世界のシリコンウエハー出荷面積は拡大の一途をたどっています。2021年第1四半期には過去最高の33億3700万平方インチに到達しました。新型コロナウイルスの影響で工場の稼働に支障が少なからず生じてもなお、生産量は着実に増加しています。こうした状況の中、日本をはじめ、台湾や韓国、欧米諸国のメーカーは生産力を増強するための投資に取り組んでおり、引き続き出荷面積の拡大とメーカー間の競争激化が予想されます。

時々耳にするシリコンウェハーなどの電子部品とは一体なにか

まずよく耳に聞こえてくる「シリコンウェハー」とは一体なんのことでしょう。今回はその部品に付いて調べて見ました。「シリコンウェハー」とは、簡単に述べると「今の世の中」で出まわっているあらゆる電子部品に搭載された「半導体」には不可欠な電子部品のことで、非常に大切なものの一つです。製品の特徴は非常に「平坦な面」ともっとも高い平坦度を有し、微細な凸凹などをなくした超平坦かつ超清浄な円盤で、半導体基盤の材料の事です。そして最先端を走る半導体には、高度な技術が求められた最高品質のシリコンウェハーが必要になるのです。
シリコンウェハーが使われそして、現在世界に出回っている製品のほとんどに使われています。スマートフォンやパソコンにタブレット及び最近出回っている、ウエアラブルと言った情報端末をはじめとする部品にも、そしてテレビや冷蔵庫を始めとする、電化製品を筆頭に、自動車や電車と言った乗り物全般にまで行き渡っています。つまり言い換えれば私達の身の回りの機械製品には、ほとんどすべてのものに半導体デバイスが使われているのです。つまり世界を動かしている大変重要なものと言えるでしょう。これが無いと明日の天気予報や、人工衛星の打ち上げも何もできないと言っていいと思います。

シリコンウェハーにおける性能は精度と微細さで決まる

現在の生活や産業には欠かせない半導体ですが、もとをたどればシリコンやケイ素を用いて通電体と絶縁体から成り立ちます。これらを数ナノメートルという極小のサイズに切り分けたものに電子回路を組み込んだものがシリコンウェハーです。これらはCPUやGPUに代表されるように、パソコンやスマートフォンでは当たり前のように使用されていますが、自動車や家電にも用いられており、これらなしでは生活できないといっても過言ではありません。
そのシリコンウェハーの性能を決めるのは、大きく分けて歩留まり率と微細さによって決まります。先ほど述べた通り、数ナノメートル単位で切り出されるため、工作精度が低ければ検査合格品として出荷できる数は減ってしまいます。また、もともとは円盤状で整形されるため、四角く切り出した際には円周上は廃棄されてしまいます。これらも歩留まり率を上げる要因にもなります。シリコンウェハーの製造はかなりシビアなので、天候にも左右されるのです。

シリコンウェハーの語源はどのようなものか

半導体の原材料となるシリコン製の薄い円盤状のものをシリコンウェハーと呼びますが、この語源は何なのでしょうか。最近はもっと高級な製品もいくらでもあって昔ほど馴染みがないかもしれませんが、シリコンウェハーはお菓子のウェハースに由来しています。
ウェハースは薄い焼き菓子で、パリパリとした食感が特徴であり、幼児や子供のおやつになることも多かったですが、今ではアイスクリームの添え物といった程度でしか食べる機会のない人も多いかもしれません。形状が似ていることからこの名前が付けられているのですが、それ以外に格子模様があることも類似している一方、シリコンは円盤状ですがお菓子のほうは普通は長方形であり、この点は異なります。ちなみに、ウェハースは英語ではありますが語源的にはドイツ語に由来しているようで、ワッフルとかゴーフルなども元は一緒であったと考えられています。いずれも若干の凹凸のある焼き菓子である点が似ています。

シリコンウェハーの加工は半導体を製造するために重要な工程

シリコンウェハーは多くの人にはあまりなじみのないものとなっており、その製造工程を知らないと言う人も少なくありません。しかし近年では多くの電子機器で半導体が利用されており、この半導体を製造するために重要な工程となっています。
シリコンウェハーは薄い膜の上で電子回路を実現したものであり、電子部品を組み合わせて配線を施したプリント基板と同じような役割を担っているものです。非常に小さな空間の中で様々な動作を行う仕組みを作ることができることから、現在では広く利用されているものですがこれを製造するためには非常に緻密な作業が必要となり、また小さなほこりなども動作に影響してしまうためクリーンルームで行うことが必要不可欠となるなど、特徴的なものとなっています。
半導体を製造するためにはシリコンウェハーは必要不可欠なものですが、そのために様々な条件や環境が必要となる事はあまり知られていません。これを知ることで、その重要性を理解することができます。

シリコンウェハーはフィルム加工工程が重要

シリコンウェハーは半導体を製造する際にその基本となるものであり、この工程が十分に厳選され緻密でないと、半導体の性能や歩留まりに大きく影響を与えることになるため注意が必要です。一般的にその加工工程では不純物が入らないクリーンルームで作業が行われますが、特にフィルムを作る際にはその環境に十分に注意をすることが必要となります。
シリコンウェハーは非常に精密なものとなっているため、現在ではその現場に人間が入るのではなく、機械化された仕組みで行われているのが実態です。この機械では非常に薄いフィルムを作ることができ、またその精度も高いためこれまでに比べて精密度の高いものができるようになりました。薄さにばらつきがあっても機能などに違いが生まれてしまうため、現在ではこの方法は主流となっており、様々な精密機器の高性能化に寄与するものとなっています。シリコンウェハーはこれらの作業が非常に難しいものとなっており、歩留まりが低下する要因となっていましたが、技術の進歩により非常に効率の良いものとなっているのが特徴です。

日本企業が誇るシリコンウェハーは世界で一番

半導体の製造では、シリコンウェハーが必要不可欠です。 世界で一番のメーカーは日本企業で、上位2社の日本企業が世界シェアの上位を占めています。
電子機器の根源とも呼ばれているシリコンウェハーは、様々な電子製品に搭載されている半導体の材料です。 表面が磨かれている円板は、限界まで微粒子が排除されています。 最高品質のシリコンウェハーは、最先端の半導体に使われます。
原料は珪石で、独自の結晶技術で単結晶の塊を製造します。 加工工場では、シリコン単結晶のブロックを切断し、研削や研磨など高度な加工を行って平坦に仕上げます。 産業機械から自動車まで様々な製品がインターネットに繋がるIoTは、大きな注目を集めています。
ビッグデータやIoTの発展に伴い、半導体の需要も増加しています。 自動車の安全運転支援に必要な各種センターにも、半導体が使われます。
日常生活では目立たない存在のシリコンウェハーですが、豊かな生活を支えています。

シリコンウェハーの需要は今後どうなるのか

シリコンウェハーは、半導体の基板となる材料であり製造の原材料として欠かせない存在です。2022年には世界的な不足の影響で需要が高まり過去最高を記録しましたが、2023年に入ってからは世界経済の減速やインフレによる消費者需要の鈍化などから需要が鈍化しています。
このような状況において需要も今後は減少していくと予想されますが、長期的には需要が見込まれるため拡大していくと考えられます。
具体的には、以下の要因でシリコンウェハーの需要は拡大していくと考えられます。5GやAIを搭載したスマートフォンやパソコンや自動車などの需要が増加することで、半導体が必要になります。
データセンターの需要も増す事になると予想されます。クラウドコンピューティングやビッグデータなどの需要拡大によりデータセンターの需要が増加することで、需要も大きくなります。車載用半導体の需要も増す事になると予想されます。
特に自動運転や電気自動車などの普及で電子機器の需要が増加することで、半導体の需要も大きくなることになります。

半導体の原材料であるシリコンウェハーの驚きの薄さ

シリコンウェハーは半導体の原材料で当初は楕円形をしていますが、ここから半導体に合わせたサイズに切り出されて、表面には電子回路のパターンが施されて完成します。
その薄さは髪の毛の口径よりも小さなマイクロナノ単位で、完全なる真横からは肉眼では見にくくなってしまうほどです。
半導体は年々小型化されているだけではなく、省電力と高速処理の両方を満たすために限られたスペースに無数のパターンを描かなければならないことから、いつしかより厳しく薄さを求められるようになりました。
もしもシリコンウェハーに厚みがあったとしたら、半導体のサイズも増加し、様々な電子機器の小型化の実現に影響が出ていたはずです。
一方、原稿の超薄型のシリコンウェハーが登場したことで超小型の半導体を作り出すことが可能となり、家電製品やパソコン、スマートフォンなど多くのデバイスの製造に採用されています。時代と共に進化するシリコンウェハーが、未来を大きく変えようとしています。

新世代のためのシリコンウェハーの代用品がついに登場

世界的な半導体の需要増から原材料となるシリコンウェハーが枯渇している一方で、新世代のパワー半導体のための原材料も求められていました。
パワー半導体では従来型の半導体よりも小さな範囲にロジックが集積され、これまでに無い高速処理を実現しています。
ここでネックとなるのが動作時に生じる熱の問題で、強力な冷却システムを長時間動かす必要がありました。
しかし、それでも冷却が追いつかなかった場合には安全装置が作動して動作クロックを下げて熱を瀬下陽とするため、せっかくの高速処理が宝の持ち腐れとなっていました。
そこでシリコンウェハーの代用品として白羽の矢が立ったのが、窒化ガリウムを使用したウェハーです。
従来型のシリコンウェハーと比較してほとんど発熱せず、閑居委によっては冷却システムも必要無いほどです。
ただし、コスト面では原稿のシリコンウェハーの方が圧倒的に有利で、大量生産や製造プロセスの見直しなどによるコストダウンが大きな課題となっています。

シリコンウェハーの大量生産は注意深く行われている

シリコンウェハーは、電子デバイスの製造に欠かせない素材であり、周囲の至る所で密接に関わっています。その生産工程には、複数の工程が組み合わさっており、緻密な管理が求められていることは明らかです。
シリコンウェハーの材料となるシリコンを精製していきますが、高純度のシリコンを得るために、化学的な反応などを駆使して不純物を除去し、純度の高いシリコンを得ることが必要です。ここでは、素材の質を重視し、工場内での環境も整えられています。
次に得られたシリコンを薄く切り取り、シリコンウェハーと呼ばれる板状の基板とするステップがあります。ここでは、高性能な切削機や研磨機が使用され、微細な加工が施され熟練技が不可欠です。
このステップは非常に繊細であり、作業者の技術力や経験が求められます。このように一つ一つのステップにおいて、丁寧な仕事がなされているので初めて見学した人は驚きを隠せません。シリコンウェハーの大量生産は、技術と努力が詰まったプロセスです。

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◎2024/1/4

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>日本企業が誇るシリコンウェハーは世界で一番
>シリコンウェハーの需要は今後どうなるのか
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◎2023/3/1

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>時々耳にするシリコンウェハーなどの電子部品とは一体なにか
>シリコンウェハーにおける性能は精度と微細さで決まる
>シリコンウェハーの語源はどのようなものか
>シリコンウェハーの加工は半導体を製造するために重要な工程
>シリコンウェハーはフィルム加工工程が重要

◎2022/5/10

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>シリコンウエハーの材質は、半導体製造に欠かせない特徴をもっている
>高額で売買されるシリコンウエハーとはなにか
>シリコンウエハーの役割とはなぜ円盤なのか
>供給需要が高まっているシリコンウエハーの役割
>シリコンウエハーの生産量は日本が半数程度を占めています

◎2021/11/1

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