機械設計エンジニアの基礎知識 ｜ 設計・3DCAD・製図・金型等

�@シリコンの切り出し

「インゴット」と呼ばれる、シリコン基板のベースとなる大きなシリコンの単結晶棒から、半導体の基板となる薄い板上にシリコンを切り出していきます。

この切り出したシリコンを、「シリコンウェハ」、通称「ウェハ」と呼びます。右図のように、ウェハは円の一部が欠けた形状となっております。これは後工程で、さらに切り出す際の角度基準にするためのものです。

因みに、半導体に使用されるシリコンの純度は「イレブン・ナイン」と言い、「９９．９９９９９９９９９％」という値が要求されます。

�A洗浄

次に、クリーンルームで、切り出したウェハを洗浄します。半導体は塵やほこりが付着したままですと大きな問題となるため、薬品などによってきれいに洗浄されます。

（クリーンルームとは、1立方メートルあたりの塵・埃の数が制御された空気清浄度が確保された部屋のことです。）

�B成膜

次に、きれいに洗浄されたウェハの上に、酸化膜を乗せていきます。方法は様々です。（図はウェハの断面を示す）

例えば、酸化膜の場合、高温に加熱した炉の中で酸素や水素などのガスを導入し、酸化させる方法があります。また、シリコン酸化膜をプラズマによって拡散させ、ウェハ上に直接膜を形成させる「スパッタ」と呼ばれる方法等もあります。

�Cリソグラフィ

基板上の酸化膜や電極を意図した形にしていきます。
というのも酸化膜や電極は平面に一様になっているのではなく、MOS形FETのように一部が酸化膜となっていたり、電極となっていたりします。
;

このパターンを作成する技術が、「リソグラフィ」です。半導体製造の肝となる工程となります。
それでは酸化膜が乗ったウェハを例に説明していきます。
;

ウェハの上に「マスク」と呼ばれる穴が開いた平板を乗せ、紫外線を照射します。（露光）
するとマスクの穴が開いた部分だけレジストが紫外線を浴びることになります。

次にウェハにエッチングという工程を施します。これはウェハ上の酸化膜を排除する工程となります。

酸化膜の除去にはいくつか手法があり、プラズマにより物質を削り取ったり、薬品につけたりする方法があります。

このとき、レジストが残っている部分は保護され、エッチングにより削り取られません。

最後にレジストを薬品によって除去すると、残したい酸化膜だけが残るウェハの完成です。

これがリソグラフィです。

作りたい素子によって、リソグラフィと成膜を繰り返したり、順番が前後したりする場合があります。

�D不純物拡散

リンやホウ素等の不純物をウェハに拡散し、ｎ形半導体およびｐ形半導体を作成します。
不純物半導体については5章をご参照ください。

�E電極作成

酸化膜や不純物半導体の上に電極を作成します。電極にもパターンがあるので、リソグラフィ技術を用いて所望の箇所に電極を作成します。

これで素子の完成となります。