シリコンとウェハ｜砂からチップの土台ができるまで

半導体チップは、ほとんどがシリコンという材料からできています。その出発点をたどってみましょう。

原料は「砂」

シリコン（ケイ素）は砂や岩に大量に含まれる、地球でとても豊富な元素です。これを取り出して、とことん純度を上げます。半導体用は99.999999999%（イレブンナイン）という驚異的な純度が必要です。

大きな単結晶（インゴット）を育てる

高純度シリコンを溶かし、種結晶をつけてゆっくり引き上げると、原子がきれいに並んだ**単結晶の柱（インゴット）**が育ちます。太いソーセージのような形です。

薄くスライスして「ウェハ」に

インゴットを薄く輪切りにし、鏡のように磨いたものがウェハ。今の主流は直径300mm（12インチ）の円板です。

この1枚のウェハの上に、何百個ぶんもの回路を一度に作り込みます。大きいウェハほど一度にたくさん作れて、コストが下がります。

もう少し詳しく（背景）

チップの土台になるのが、シリコンの円盤「ウェハ」です。材料のシリコンは、実は砂（二酸化ケイ素）から作られるありふれた元素——地球の地殻に豊富にあります。それを極限まで精製し、原子がきれいに整列した単結晶の大きな塊（インゴット）に育て、薄くスライスして鏡のように磨いたものがウェハです¹。なぜここまで純度と結晶の完璧さにこだわるかというと、わずかな不純物や結晶の乱れが、その上に作る微細なトランジスタの動作を狂わせるから。半導体製造は「原子レベルの精密さ」の世界なのです。ウェハが円いのは結晶を回しながら育てる製法によるもので、そこから四角いチップを切り出すため端に無駄が出ます。だから、より多くのチップを一度に作れるよう、ウェハは大型化してきました（現在の主流は直径300mm）²。1枚のウェハから数百〜数千個のチップが取れ、その歩留まりがコストを大きく左右します。

つぎに読むなら

• 半導体の製造プロセス（前工程）
• トランジスタ超入門
• 歩留まりとコスト

Footnotes

1. ウェハは高純度シリコンの単結晶を薄切りにしたもの。原子が規則正しく並んだ結晶でないと、微細トランジスタが正しく動かない。純度は99.9999999%級に達する。 ↩

2. 円形は結晶を回転させながら育てる製法（チョクラルスキー法）に由来。大口径ほど1枚から取れるチップが増え量産効率が上がるため、300mmへと大型化してきた。 ↩