シリコンウエハーはこんな所にも使われている?

生活を便利にするシリコンウエハーについて解説しています。

このサイトではこんなところにも使われている、始めてでもよく分かるシリコンウエハーについてご紹介します。
物質にはそれぞれ電気の流れやすさが違っており、金属のように電気が流れやすいものを導体と言い、ガラスやゴムなど電気が流れないものを絶縁体と言います。
この中間の抵抗率を持つものが半導体で、ウエハーはいろいろな部品として使われています。
シリコンから作られており、これは地球で2番目に多い元素で資源が豊富です。
高純度化することができ、単結晶化と不純物量を調整しながら抵抗率の制御を行うことができます。
安定した酸化膜ができるので、集積化など加工がしやすいです。

こんなところにも使われている!はじめてでもよくわかるシリコンウエハー

こんなところにも使われている!はじめてでもよくわかるシリコンウエハー シリコンウエハーはパソコンや携帯電話、スマートフォンやテレビ、エアコンなどの家電製品にも利用されています。
すぐ身近にあり、電子機器の頭脳と言える半導体デバイスの大切な材料です。
特定機能に特化したダイオードや、トランジスタといった個別半導体素子にも利用されています。
いろいろな集積回路(IC)にも採用されており、半導体デバイスの種類はさまざまです。
ほとんどがシリコンウエハーから作られており、シリコンは地球上で酸素の次に多く存在している元素です。
珪素(ケイ素)と呼ばれており、足下にある土や砂、石などの主な成分がシリコンです。
シリコンは酸素と結びつきやすいので、酸化して白っぽい珪石の形で存在しています。

シリコンウエハーはさまざまな電子機器に使われています

シリコンウエハーはさまざまな電子機器に使われています シリコンウエハーは暮らしを豊かにするため、いろいろな電子機器に搭載されています。
半導体の製造には欠かせない材料になっており、身近なところに存在しています。
シリコンウエハー通常日常生活において目にすることはないですが、表面を鏡面に磨き上げており、世界中のいろいろな物質において最も高い平坦度を誇る素材です。
微細なデコボコや微粒子を限界まで排除しており、超平坦や超清浄な円板になっています。
半導体の基盤や基板などの材料になっており、最先端の半導体の場合、高度な技術が必要な高い品質のシリコンウエハーが必要になります。
スマートフォンやパソコン、タブレットなどさまざまな端末に採用されている部品です。
テレビやエアコンといった家電製品や、自動車や電車などの乗り物にも採用されています。
身近にある多くの電子機器には、半導体デバイスが使われています。
将来に向けてスマートフォンにプラスして、自動車や産業機械といったさまざまなアイテムがインターネットに繋がる時代を迎えるでしょう。
ビッグデータなどたくさんの情報を蓄積したり、データ処理するメモリ-やロジックなどにも採用されます。
自動車の安全運転サポートや自動運転化に必要な各種センサー、省電力に必要なパワーマネジメントなど半導体の需要は増加中です。

シリコンウエハーの製造方法についての解説

シリコンウエハーの製造は主に3つの工程があり、まず原材料である硅石から金属シリコンを還元製造し、多結晶シリコンを作ることから始まります。
これらを単結晶と呼ばれる純度の高いものに引き上げることで制度の高いシリコンウエハーが作られます。
この過程で作られた単結晶インゴットと呼ばれるものから、ウエハーに加工していくのが次の工程です。単結晶インゴットを切断し研磨・エッチングと呼ばれる薬液処理、さらに研磨を繰り返し熱処理や洗浄を繰り返して半導体として高い性能にするための工程を行います。
最後に特殊加工と呼ばれる工程を行うのですが、これは利用する製品(自動車や家電、スマートフォンやPCなど)に応じた最適なウエハーにしていく工程です。
半導体と一言にいってもその電気抵抗や安定性は細かく制御が必要で、それぞれ利用する製品によって求められるものの基準が異なります。例えば自動車であれば、運転の際の振動に強いものが必要になります。

シリコンウエハーで行われている品質管理とは

近年は電子機器関係の技術革新が目覚ましく、その恩恵は情報処理分野で特に顕著になっていますが、そこからの影響で以前であれば高度な電子機器を必要としなかった製品も多く使われるようになりました。
これはコンピューターの機能を搭載して利便性を高めるために行われてきましたが、これは人間が扱うと発生を避けられないヒューマンエラーを抑止することを目的にしています。そのため、半導体の元になるシリコンウエハーの製造は極めて高い品質管理が求められ、その製造方法は他の製品とは比較にならないほどです。
シリコンウエハーの製造で最も注意しなければいけないのは異物の混入であり、この異物は空気中に浮遊する微細な埃も対象になっています。
これは異物があると電気信号を正常に届けられなくなるからであり、製造現場は気密性の高いクリーンルームで行われます。また製造者も同じようにゴミが付着しにくい服の上に、専用の防護服を着用して入室しています。
シリコンウエハーは半導体の単価そのものが高価であり、不良品の発生は大きな損失になります。このような理由から品質管理は極度に厳しくしていて、その機能性を維持することに努めています。

シリコンウエハーが作られてきた歴史の内容

シリコンウエハーは現在では電子機器に搭載される重要部品であり、この部品が無ければ今の技術がここまで発展しなかった可能性もあるほどです。
一般的には半導体という名称で分類されていて、その製造過程で一定の数量を纏めたものがウエハーとなります。
シリコンウエハーは薄い円盤の形状をしていて、その歴史は大型化することが求められてきました。最初は約20ミリ程度の大きさで1960年代から作られ始め、そこから少しずつ大型化して1975年には約100ミリのものが出ると世界の主流になり、そこからも大きくなっていって現在は300ミリを超えるほどになっています。
シリコンウエハーを大型化する理由は、使用する土台が大きくなれば一回で製造できる半導体の数量が増加できるからです。
半導体は高性能でありながら小型化できるようになりましたが、その利用範囲が拡大する中で需要量は拡大の一途であり、小さい円盤で作っているのは需要と供給の関係性から言うと対応ができません。
また、使用量が増えるとコスト面も考慮しなければいけなくなり、一度の製造で大量に作らなければ費用対効果が出ないということも理由になっています。

シリコンウエハー不足と半導体不足の要因について

現在世界的な半導体不足が続いていて、その材料であるシリコンウエハーも不足が続いています。特にスマートフォンやパソコンに使用されている300mmウエハーの切迫感が迫ってきていて、主な要因はテレワーク環境の普及です。
テレワーク環境が整い始まるとパソコンやその周辺機器、通話などをするためのスマートフォンの需要が一気に高まりました。
これらの機器には大量の半導体が使用されいて、その材料となるシリコンウエハーも大量に使用されます。
またAIなどのシステムにも膨大なサーバーを使うことから、その材料となる半導体の需要が高まっていることや電気自動車の開発・普及なども影響しています。
実は自動車に搭載されているものが現在多くの半導体を利用していて、納車待ちの状態になっている車種もあるほどです。
中には数年待ちという車種もあるくらいなので、とうめんこの不足状態は続くものと考えてよいでしょう。世界的な需要の高まりは製品の値上げにも波及し始めています。

シリコンウエハーの原材料と製造工程について

シリコンウエハーの原材料は珪石を精錬、精製してつくられた超高純度の多結晶シリコンです。珪石に含まれるケイ素を取り出し、金属ケイ素が作られます。金属ケイ素をもとにして作られるのが、純度の高いケイ素の塊である多結晶シリコンです。
多結晶シリコンを融解した液面に種結晶の棒をつけて回転させながら引き上げると、単結晶インゴットになります。加工工程で単結晶インゴットに施すのはスライシングと面取り、ラッピングの3種類の加工です。
単結晶インゴットを厚さ1mm程度にスライスしてウエハー状にし、面取りによって端面の欠けを抑制します。
また、表面にラッピング加工を施すと、歪みをなくして厚みを平らにすることが出来ます。
エッチングを行って除去するのは、加工によって生じた歪みとウエハーの表面に残留する不純物です。
表面を研磨して平坦にし、鏡面のようにぴかぴかに仕上げます。磨き上げたウエハーを洗浄し、厳しい検査に合格すると、シリコンウエハーが完成します。

あらゆる電子製品に搭載されているシリコンウェハーの今後の高まる需要

シリコンウェハーは高純度の多結晶シリコンからできる単結晶インゴットを加工した円形の薄い板のことをいい、これをさらに加工しダイオードやトランジスタなどの個別半導体素子から集積回路まで、さまざまな半導体デバイスが製造されています。
スマートフォンやパソコンやタブレットなどの情報端末、テレビやエアコンなどの家電製品や自動車や電車といった乗り物にいたるまで、私たちの身近にあるほとんどの電子製品に搭載されている半導体の基板に欠かせない部品であり、普段の生活の中でほとんど目にすることがなくても、このようにあらゆる電子機器に採用され生活に欠かすことができないものなのです。しかもシリコンウェハーの輸出は、日本メーカーだけで世界シェアの半分以上を占めていることから、日本の製造業が世界の半導体産業を支えていると言っても過言ではありません。最近は技術の進歩が著しく半導体製造や品質も向上し続けていますから、基盤となるシリコンウェハーの動向は半導体業界だけでなく、暮らしを支える重要な部品として今後の私たちの生活にも大きく影響してくるでしょう。特にスマートフォンの高速通信規格5Gへの置き換えに伴って、シリコンウェハーの高い需要と供給のバランスが懸念されていることから、半導体製造メーカーが上昇傾向にある需要に追いつこうとして、この優れたシリコンウエハーの増産を促しているということが伺えます。

需要高まるシリコンウェハーの完成までは確かな高度技術が要求される

あらゆる電子製品の半導体に使用されているシリコンウェハーですが、このシリコンウェハーが製造されるまでには確かな高度技術が要求されます。製造プロセスはまず単結晶インゴットの作成で、原料のケイ石を多結晶シリコンへと加工しその後専門の方法により溶融したものから、不純物を含有しない単結晶シリコンインゴットを引き揚げます。その棒状の単結晶インゴットを専用鋸を使用してスライスして行き、側面をダイヤモンド砥石などを使い面取り加工をして、次に表面を両面研磨しスライシング工程で残った表面の歪みや傷や厚みのばらつきなどを修正します。この時点のシリコンウェハーは厚さが均一化されラップドウェハーと呼ばれます。
さらにここまで修正できなかった細かい歪みや傷を薬品洗浄によって整えると同時に、各工程で表面に付着した研磨剤やワックスや金属不純物や付着ゴミなどを除去します。そして組織を軟化させ展延性を向上させるアニールと、ガス状の気体原料で化学的反応を用いるCVDなどによって熱処理をし抵抗値を安定化させていきます。次にポリッシングと言って平坦化装置によりシリコンウェハーの表面を極微細な砥粒で研磨して、傷や不純物を取り除き高品質な鏡面仕上げに磨き上げます。仕上げに洗浄乾燥して加工を終えた表面に付着した異物や汚れを落とす為、高性能な洗浄装置を使い徹底的な洗浄が行われて出荷レベルの高品質ウェハーが完成するのです。

世界的半導体メーカーにより優れたシリコンウェハーがつくりあげられる

シリコンウェハーとは半導体の基になる材料のことで、直接目にすることはありませんがスマートフォンやパソコンなどの電化製品や、車や電車などの乗り物やカードのICチップなどに使用されており、実は私たちの日常生活に欠かすことができないものなのです。
近年は技術の進歩によって半導体の需要が高まるとともに、シリコンウェハーの需要も高まって来ていますが、なんといっても素晴らしいのはシリコンウェハーの世界市場シェアの、上位2企業が日本の会社であるということです。1位は信越化学工業で、塩ビやシリコン樹脂などの材料でも世界上位の実績を持つ企業であり、シリコンウエハー業界では世界シェアの30%を超える結果を出しており、高速なのに消費電力を抑えることに成功したSOIウェハーを大量生産できる長所を持ちます。2位のSUMCOは高純度シリコン事業に特化した会社で、最高水準の品質を持つ材料を使用し万全の品質管理を施しており、シェア率は全体の20%を超えています。この2社だけで世界シェアの半分以上を占めていることから、世界の半導体産業を支えているのは、まさに日本の製造業であると断言できるでしょう。このように日本の企業は世界的な半導体製造メーカーとして、今後もますますシリコンウェハーの増産を促し人々の高い期待に応え続けてくれることは間違いありません。

日本初の画期的なシリコンウェハー基盤の特許取得時期

いまでは会社や学校はもちろんのこと、一般家庭でも数多くの家でパソコンが設置をされる時代となりました。これほどの普及を実現できたのは、端末価格がお安くなっていることが要因といえるでしょう。
以前は50万円以上もする機種でしたが、いまは約4万円程度でも購入をすることが可能です。安いコストで抑えられるようになったのは、シリコンウェハー基盤が誕生したからです。シリコンウェハーは日本の企業が開発・生産をしたもので、1992年に国際特許を取得されました。特許が切れるのが2050年となるため、現在もまだ国内でしか生産をされていません。日本は世界屈指のIT産業国にもなりましたが、それを支援しているのがシリコンウェハーです。薄いプリント状の基盤で、簡単にコピーをすれば複製も可能になります。この技術のおかげで以前はICチップを組み込んでいたPCも、大幅な生産コストの削減を実現して、誰でも入手ができるものとなりました。

私たちの生活に欠かせない半導体に必要不可欠なシリコンウェハーとは

シリコンウェハーとはシリコンから作られた部品で、半導体を構成するには必要不可欠な部品です。形状はかなり薄い円盤状の形をしており、シリコンウェハーの内部に回路を書き込むことによって利用されています。この回路を書くことが特に重要で、できるだけたくさんの回路を書き込むことによって性能が向上し、あらゆる電子機器の性能の向上へとつながるのです。
この部品は、身近なものではパソコンやスマートフォンのCPUやメモリーや車、その他にもICチップなど様々なものに利用されています。そのため、私たちの生活にはなくてはならないものと同時に、シリコンウェハーの性能の向上は私たちの生活を更に便利にする可能性を秘められているのです。ですが、近年需要に対しての供給量が追いついていない状況が続いており、2023年には1割ほど不足するという予測が出ています。その影響として半導体の不足が現在も問題になっています。
このように、シリコンウェハーは大きく影響してくる、とても大事な部品なのです。

シリコンウェハーではパワー半導体が便利に活用されています

シリコンウェハーは現代の電子デバイスや電子機器の製造において不可欠な基盤です。その中でもパワー半導体は特に重要な役割を果たしており、多くの分野で便利に活用されています。
まずエネルギー変換や電力制御において重要な役割を果たしています。太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギー源からの電力を効率的に変換し、電力グリッドに供給する際に使用されます。
電気自動車やハイブリッド車の電動モーター制御にも不可欠であり、エネルギー効率の向上に寄与しています。
さらに産業用途では、高電圧・高電流の制御や変換に使用されます。工場の機械や鉄道、鉱業装置など、多くの分野で高性能かつ信頼性のある電力制御が求められるのです。これらの要件を満たすために活用され、生産性と安全性を向上させます。
さらに情報通信分野でも重要です。データセンターや通信インフラの電力供給と制御に使用され、高速で信頼性の高い通信を可能にしています。
モバイルデバイスやスマートホーム機器など、日常生活における電子機器にも組み込まれており、省エネルギーやコンパクトなデザインを実現します。
シリコンウェハーを用いたパワー半導体の進化は、現代社会におけるエネルギー効率とテクノロジーの向上に大きく寄与しています。そのため今後もこの分野の研究と開発が進み、より効率的で持続可能なエネルギー利用が実現されることでしょう。

半導体製造に使われるシリコンウェハーの切断方法

集積回路の半導体製造に使われるシリコンウェハーは、どのような方法で切断するのでしょうか。シリコンウェハーは、結晶のインゴットを薄くスライスして使うのが基本です。
スライスにはワイヤーソーなどを用いて、均一の厚みになるように切り出します。
研磨やエッチング、洗浄などの工程を経て完成しますが、実装後にはチップを切り出す作業があります。チップ単位で切り出す工程をダイシングと言いますが、ダイヤモンドのブレードを高速回転させて切るのが一般的です。
シリコンウェハーは非常に硬いので、ダイヤモンドを用いないと断面が綺麗にならないです。シリコンウェハーを入手できれば、個人でも身近にあるダイヤモンドソーなどを用いて切断することは可能です。
結晶方向を把握する必要はあるものの、上手くいけば思った以上に綺麗な断面が得られます。半導体の製造工場でもこのような方法で切り出していますから、実際に挑戦することで勉強になるのではないでしょうか。

シリコンウェハー再生加工の革新!持続可能なエレクトロニクス製造の未来

シリコンウェハーは、エレクトロニクス製造において欠かせない基本材料です。しかしウェハーの製造過程で副産物や不良品が発生し、これらを効果的に再生加工することは、環境への負荷を減らし、貴重なリソースを節約する観点から大切です。
このような製造では、厳格な品質管理が行われますが、不良品や副産物が発生する場合があります。これらの素材を廃棄せずに利用することは、廃棄物削減とリサイクルの観点から重要と言えるでしょう。
こちらのプロセスにはクリーニング、エッチング、再生成長、多結晶シリコンへの再加工などが含まれます。不良な部分を除去し再生させます。さらに新たなウェハーを製造するプロセスに比べてエネルギーと資源を節約するようです。
これにより、エレクトロニクス産業の持続可能性が向上します。またコスト効率も高く、新しく購入するよりも経済的です。
企業は資金とリソースの節約にも貢献します。そしてこちらのプロセスは品質管理が厳格に行われ、再生された物は高品質で信頼性があります。これはエレクトロニクス製品の製造において重要と言えるでしょう。
シリコンウェハーの再生加工は、環境への貢献とコスト削減を組み合わせた持続可能な選択肢として注目されています。
技術の進化と効果的な再生プロセスの開発により、この取り組みは今後ますます重要性を増すでしょう。

シリコンウェハーがもたらす未来のインテリアデザイン

シリコンウェハーは最先端技術からデザインの世界まで進化しています。伝統的に電子機器の製造に使用されてきたシリコンウェハーは、その特性と美しい外観により家庭やオフィスに革命をもたらしています。
シリコンウェハーは非常に薄く透明度が高いため、照明や窓のデザインに使用されるでしょう。自然光をお部屋に取り込みながら、美しい光の反射を楽しめます。
製品にデジタルアートを表示するためのデバイスが利用可能になり、壁やテーブルなどの表面をカスタマイズできるようになります。
この変化が、独自のスタイルを形式に追加できるようです。この材料はエネルギー効率が高く、ソーラーパネルとしても使用されます。以下の強みにより、持続可能なエネルギーソリューションをインテリアデザインに組み込むことができます。
機器を利用したデバイスは、スマートホームシステムと統合され、照明、温度調節、セキュリティなどの制御に役立つでしょう。
これにより、快適で効率的な生活環境を実現できます。シリコンウェハーを使ったインテリアデザインの新たな可能性は、テクノロジーと美的感覚を結びつけ、未来の住環境をより魅力的にすることが期待されています。その結果、私たちの日常生活に革命をもたらすかもしれません。

シリコンウェハーは円形が基本になり半導体工場では欠かせません

半導体を必須とする電化製品にはシリコンウェハーは欠かせない材料になり、簡単に言えば材料は名称通りにシリコンになりますが、単結晶でインゴットを作ることが流れになることから、四角形ではなく円形のインゴットになることが基本です。
実際に材料として使うには薄くスライスをする作業が必須になり、鏡面仕上げにすることが求められています。
実際にシリコンウェハーの鏡面仕上げは、この世に存在するあらゆる原材料や資材、物質の中でも最も凹凸が少なく微粒子もほぼありません。
この仕上げによって品質の優れた基盤を製造することが可能とされ、国産のシリコンウェハーは世界的に見ても50%以上のシェアがあると言われているように、かなりの高品質を保っています。
円形状に仕上がりますが、スライスをする工程では特殊な研磨剤が採用されており、エッチングを経て再度シリカ液を用いて研磨を施し、最終仕上げで洗浄作業を済ませるなど、いくつもの完璧性のある作業工程を経て初めて使える資材です。

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シリコンウエハー

新着情報

◎2023/11/1

情報を更新しました。
>シリコンウェハーではパワー半導体が便利に活用されています
>半導体製造に使われるシリコンウェハーの切断方法
>シリコンウェハー再生加工の革新!持続可能なエレクトロニクス製造の未来
>シリコンウェハーがもたらす未来のインテリアデザイン
>シリコンウェハーは円形が基本になり半導体工場では欠かせません

◎2023/1/5

情報を追加しました。


>あらゆる電子製品に搭載されているシリコンウェハーの今後の高まる需要
>需要高まるシリコンウェハーの完成までは確かな高度技術が要求される
>世界的半導体メーカーにより優れたシリコンウェハーがつくりあげられる
>日本初の画期的なシリコンウェハー基盤の特許取得時期
>私たちの生活に欠かせない半導体に必要不可欠なシリコンウェハーとは

◎2022/3/4

情報を更新しました。
>シリコンウエハーの製造方法についての解説
>シリコンウエハーで行われている品質管理とは
>シリコンウエハーが作られてきた歴史の内容
>シリコンウエハー不足と半導体不足の要因について
>シリコンウエハーの原材料と製造工程について

◎2021/11/1

製造技術に優れている国のページを追加しました

◎2021/7/29

進化と共にある素材のページを追加しました

◎2021/7/30

サイト公開しました