PCチップの製造プロセス

PCチップは、シリコン・マイクロチップとも呼ばれ、情報の保存と処理に使われる非常に小さな電子デバイスです。 家電製品から事務機器、デジタルカメラ、医療機器まで、あらゆるものをコントロールできます。単純なデジタル写真であれ映画であれ、あらゆる情報を利用可能なものにしてくれます。PCで送信ボタンを押したり、文字を入力したりするたびに、あなたは最新のマイクロチップ技術でデータを処理し、インターネットを通じて送信しています。 しかし、これらのチップはどこから来るのでしょうか？ どのように作られているのでしょうか？今回はPCチップの製造プロセスについて紹介します。

ポイント：

•PCチップの製造で最も使われる材料は、二酸化ケイ素（SiO2）、ゲルマニウム（Ge）、ガリウムヒ素（GaAs）です。

•PCチップの製造プロセスの1つが「フォトリソグラフィ」です。感光性の物質を塗布した物質の表面にパターンを生成する技術です。

•エッチング過程では、表面にチップの形状と機能を与えるパターンや模様が形成されます。

PCチップ製造プロセスにおいて必要な化学物質

PCチップは集積回路とも呼ばれ、半導体材料から作られています。 最も一般的な半導体材料はシリコンです。 通常、二酸化ケイ素の形で存在します。その他に、PCチップに使われる材料には、ゲルマニウムやガリウムヒ素などがあります。 これらの材料が使われるのは、トランジスタを作るのに適した特別な性質を持っているからです。 トランジスタに電圧をかけると、電子がソースからドレインに流れます。

トランジスタがオンになる前は、絶縁体が電流の流れを防ぎます。 いったんオンになると、トランジスタは導体として働き、電流が流れるようになります。 ゲート電極に電圧がかからなければ、電流は流れないです。 このプロセスにおいて重要なポイントのひとつは、ゲート電極は電流がドレインに到達したときしか電流をオフにし、途中で電流を止めることはありません。

もう一つの重要なポイントは、これらの操作が非常に高速で行われることで、全過程は通常ナノ秒（10億分の1秒）単位で測定されます。一つのシリコンウエハー上に、数十万個のトランジスタを含む回路を構築できます。

PCチップの製造プロセスと手順

PCチップは半導体製造と呼ばれるプロセスで製造されます。半導体は、一定の電気性質を持つ（ある程度電気を通す）物質です。大まかに2つの種類に分けられます。シリコン(PCチップ用)とゲルマニウムです。これからPCチップの製造プロセスと手順を説明します。

ステップ1：砂から始める

PCチップの製造プロセスは、珪砂と呼ばれる特殊な砂から始まります。珪砂は二酸化ケイ素を主成分とした鉱物からできています。 半導体製造の基本成分であるシリコンは、純度が高くなければ使用できないですので、珪砂は工場を出る前に洗浄されます。

ステップ2：さらに精製する

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ステップ3：ウェハーの切断

シリコンインゴットを薄切りにして円板状のウェーハにしてから、ウェーハを縦・横にカットされ、最終的にPCチップとなります。 ウェハーのサイズと形状は最終用途によって異なります。 粗いエッジを滑らかにすると、電気信号が途切れなく伝えられます。

ステップ4：フォトリソグラフィー

フォトリソグラフィーというのは、感光性のある材料を使い、パターンを基板上に移すことです。ウエハーの上に薄くフォトレジストを均一に塗布されます。 次に、パターンが描かれたマスクを用い、ウェハーに向かって露光してパターンを残ります。その後、露光された部分をフォトレジストに入れて現像します。

ステップ5：ドーピング

ドーピングとは、特定の不純物の添加を通じて蓄積する汚れを除去する工程です。ドーピング工程を経て残ったフォトレジストを洗い流すと、それなりのパターンが現れます。

ステップ6：エッチング

エッチングは半導体を対象として、化学薬品を使用して表面からシリコンの薄い層を取り除いで、目的の形状を得ることです。繊細な電路を実現するために、不要部分が適切に取り除かれるエッチングが必要されます。

ステップ7：電気メッキ

電気メッキというのは、電流を使用してイオンを電子と結び付けて、金属を析出させる方法です。トランジスタの表面に絶縁層で覆われ、電解により溶液中の銅を還元させ、その表面に銅の薄い金属膜を形成させます。

ステップ8：配線

シリコンウェハ表面にアルミニウムを蒸着させ、必要ない部分を削り取り、シリコンウェハ上に形成された素子を結びつけます。精密な加工を繰り返して配線回路層が形成されます。

ステップ9：ダイシングとパッケージング

ダイシング工程では、シリコンウェハ上を切り、ひとつひとつのチップを切り離します。様々な製品に組み込まれた後に、チップの損傷や腐食を避けるために、セラミックや樹脂などのパッケージで封入します。

ステップ10：製品検査

出荷前に基準に満たさない不良品を取り除くように、性能検査や外観検査などの製品検査を行われます。

まとめ

PCのシステム全体としての性能を決定できる構成部品の一つはチップです。電子回路が埋め込まれ、半導体材料で作られたの小さなウェハーです。チップを作り上げるために、様々の製造プロセスを行わなければならないです。さまざまな分野に重要な役割を果たしているチップに関して、今回の説明によってより一層理解が深まると幸いです。