シリコンウェーハの特徴と種類｜半導体を支える基盤材料

はじめに

半導体デバイスの製造に欠かせない「シリコンウェーハ」は、スマートフォンやパソコンから自動車、医療機器に至るまで、あらゆる電子機器を支える基盤材料です。その品質や特性が最終製品の性能に直結するため、ウェーハは半導体産業の根幹を担う存在といえます。本記事では、シリコンウェーハの特徴と種類について整理します。

1. シリコンウェーハの基本的な特徴

シリコンウェーハは、高純度の単結晶シリコンを薄くスライスし、研磨・加工して作られる円盤状の基板です。主な特徴は以下の通りです。

• 高純度性：不純物を極限まで取り除き、99.9999999％（9N）以上の純度を実現。
• 機械的強度：加工や搬送に耐えられる硬度と割れにくさを持つ。
• 熱的安定性：高温工程でも安定した構造を維持。
• 加工性：微細な回路形成や表面処理に適した平滑性。

2. ウェーハのサイズ（直径）による分類

シリコンウェーハは直径ごとに規格化されており、製造世代によって使われるサイズが異なります。

• 4インチ（100mm）：研究・開発や一部特殊用途で使用。
• 6インチ（150mm）：パワーデバイスやアナログ用途に多い。
• 8インチ（200mm）：成熟した半導体製造で主流。
• 12インチ（300mm）：最新の量産ラインで利用され、歩留まり改善とコスト低減に有利。
  将来的には18インチ（450mm）の導入も研究されています。

3. 単結晶の種類による分類

シリコンウェーハには結晶の取り方による種類もあります。

• CZ法（チョクラルスキー法）ウェーハ：大量生産に向く標準的手法。
• FZ法（フローティングゾーン法）ウェーハ：不純物濃度が低く、パワーデバイスに適する。

4. 表面処理による種類

ウェーハの仕上げ加工によって用途が異なります。

• ポリッシュドウェーハ：表面を鏡面研磨した最も一般的なタイプ。
• エピタキシャルウェーハ：表面に単結晶薄膜を成長させ、デバイス性能を向上。
• SOIウェーハ（Silicon On Insulator）：絶縁膜上にシリコン層を形成し、高速・低消費電力デバイスに利用。

まとめ

シリコンウェーハは、サイズ・結晶・表面処理といった多様な種類が存在し、用途に応じて最適なものが選ばれています。半導体の高性能化・低消費電力化を支える基盤材料として、その進化は今後も続いていくでしょう。