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ウエハーとチップの関係

ウェーハの概要

ウェーハとチップの関係を理解するために、ウェーハとチップの知識の重要な要素の概要を以下に示します。

(i) ウェーハとは

ウェーハは、シリコン半導体集積回路の製造に使用されるシリコンウェーハであり、その形状が円形であるためウェーハと呼ばれます。これらはシリコンウェハ上で処理されてさまざまな回路コンポーネントを形成し、特定の電気機能を備えた集積回路製品になります。ウェーハの原料はシリコンですが、二酸化ケイ素は地殻の表面に無尽蔵に存在します。二酸化ケイ素鉱石は電気炉で精製され、塩酸で塩素化され、蒸留されて純度 99.99999999999% の高純度ポリシリコンが生成されます。

(ii) ウェーハの基礎原料

シリコンは珪砂から精製され、シリコン元素からウェーハが精製され（99.999%）、集積回路用の石英半導体の材料となるシリコンロッドが作られます。

(iii) ウェーハの製造工程

ウエハは、半導体チップを製造するための基本的な材料です。半導体集積回路の最も重要な原材料はシリコンであり、シリコンウェーハがこれに相当します。

ケイ素は、岩石や砂利中にケイ酸塩または二酸化ケイ素の形で自然界に広く存在します。シリコンウェーハの製造は、シリコンの精製と精製、単結晶シリコンの成長、ウェーハの形成という 3 つの基本的なステップに要約できます。

1 つ目はシリコンの精製です。この工程では、砂と砂利の原料を炭素源の存在下、約 2000 °C の温度の電気炉に入れます。高温では、砂や砂利中の炭素と二酸化ケイ素が化学反応を起こし（炭素が酸素と結合してケイ素が残る）、純度約 98% の純粋なケイ素が得られます。これは冶金グレードのケイ素とも呼ばれます。半導体材料の電気的特性は不純物の濃度に非常に敏感であるため、マイクロ電子デバイスに十分な純度が得られます。したがって、冶金グレードのシリコンはさらに精製されます。粉砕された冶金グレードのシリコンは塩化水素ガスとの塩素化反応にさらされて液体シランが生成され、その後蒸留され、純度 99.99999999999 の高純度多結晶シリコンを生成するプロセスによって化学的に還元されます。 %、これは電子グレードのシリコンになります。

次に単結晶シリコンの成長が行われます。これは直接引き上げ (CZ 法) と呼ばれる最も一般的な方法です。下図に示すように、高純度ポリシリコンを石英るつぼに入れ、外側を囲むグラファイトヒーターで連続的に加熱し、温度を約1400℃に保ちます。炉内のガスは通常不活性であり、望ましくない化学反応を引き起こすことなくポリシリコンを溶かすことができます。単結晶を形成するには、結晶の向きも制御されます。ポリシリコン融液とともにるつぼを回転させ、その中に種結晶を浸し、引抜き棒を逆方向に動かしながら、引上げ棒をゆっくりと垂直に引き上げます。シリコンが溶けたもの。溶けたポリシリコンは種結晶の底部に付着し、種結晶の格子配列方向に上方に成長する。