ウェーハ
ウェーハ（英: wafer）とは、半導体デバイスや太陽電池の製造に用いられる薄い円板状の基板のことである。主にシリコン（Si）を原料とするシリコンウェーハが広く普及しており、集積回路（IC）やLSIの製造工程における基礎材料として不可欠な存在である。ウェーハの直径は年々大型化が進み、現在では主流が300mm（12インチ）となっており、一枚のウェーハから多数のチップを取り出すことで製造コストの低減が図られている。半導体産業の発展とともにウェーハの品質・純度・平坦度に対する要求は高まり続けており、現代のエレクトロニクス産業を支える根幹技術となっている。
ウェーハの原材料と種類
ウェーハの原材料として最も広く使用されるのがシリコン（珪素）であり、地殻中に豊富に存在する元素であることや、優れた半導体特性を持つことからほぼ全ての汎用半導体デバイスに採用されている。シリコン以外にも、化合物半導体と呼ばれる材料を用いたウェーハも存在する。ガリウムヒ素（GaAs）ウェーハは高周波デバイスや発光素子に、窒化ガリウム（GaN）ウェーハはパワー半導体や高輝度LEDに利用される。また、炭化ケイ素（SiC）ウェーハは耐熱性・高耐圧性に優れるため、電気自動車（EV）や産業用インバータ向けのパワー半導体として急速に需要が拡大している。用途や求められる特性に応じてウェーハの材料が選択され、それぞれ異なる製造プロセスが採用される。
シリコンウェーハの製造工程
シリコンウェーハの製造は、まず高純度のシリコン原料から単結晶インゴットを育成することから始まる。最も一般的な方法はチョクラルスキー法（CZ法）であり、石英るつぼに多結晶シリコンを溶かし、種結晶を接触させながら回転・引き上げることで単結晶の円柱状インゴットを作製する。次に、このインゴットをワイヤーソーで薄くスライスして円板状にする工程（スライシング）を経て、端面研削・ラッピング（粗研磨）・エッチング・鏡面研磨（CMP：化学機械研磨）などの精密加工が施される。最終的には洗浄・検査工程を経て出荷される。これらの工程を通じて、原子レベルの平坦度と高純度が実現される。
チョクラルスキー法とFZ法
単結晶シリコンの育成法には主に2種類が存在する。チョクラルスキー法（CZ法）は大口径のインゴット製造に適しており、量産性に優れるが、るつぼ由来の酸素不純物が混入しやすいという特性を持つ。一方、フローティングゾーン法（FZ法）はるつぼを使わず高周波誘導加熱で多結晶ロッドを局所的に溶かして単結晶化する方法であり、不純物濃度が極めて低い高純度結晶が得られる。FZ法で製造されたウェーハはパワーデバイスや放射線検出器など、特に高純度が求められる用途に使われる。ただし大口径化が難しく、主に200mm以下の製品に限られている。
ウェーハのサイズと規格
ウェーハの直径は半導体産業の発展に伴い段階的に拡大してきた。1970年代には25mm（1インチ）や50mm（2インチ）が主流であったが、その後75mm・100mm・150mm・200mmと大型化が進み、2000年代以降は300mm（12インチ）が量産ラインの標準となった。直径が大きいほど一枚のウェーハから取り出せる集積回路チップの数が増加し、製造コストの低減につながる。次世代規格として450mm（18インチ）の研究開発も進められているが、製造装置・ハンドリング技術の難易度が高く、実用化には至っていない。ウェーハの厚さも直径に応じて規格化されており、300mmウェーハでは通常775μm程度が採用される。
ウェーハの品質特性と評価
半導体製造においてウェーハの品質は最終製品の歩留まりと性能に直結するため、厳格な品質管理が求められる。評価される主な特性として、平坦度（TTV：Total Thickness Variation、SFQR：Site Flatness Quality Range）、結晶欠陥密度、表面粗さ（Ra）、酸素・炭素などの不純物濃度、電気抵抗率（比抵抗）が挙げられる。これらの評価にはレーザー散乱検査装置、X線回折装置、赤外線吸収分光法（FTIR）などの精密計測機器が用いられる。また、エピタキシャル成長と呼ばれる手法でウェーハ表面に薄い単結晶層を積層したエピタキシャルウェーハは、基板の特性を改善しデバイス性能を向上させるために広く採用されている。
半導体製造プロセスにおけるウェーハの役割
半導体デバイスの製造では、ウェーハを基板として多数の工程が施される。フォトリソグラフィによる回路パターンの転写、CVD（化学気相成長）やスパッタリングによる薄膜形成、ドライエッチングによる微細加工、イオン注入による不純物ドーピングといった工程が繰り返され、数百から千を超えるステップを経てトランジスタや配線が形成される。この一連の工程を「前工程（ウェーハプロセス）」と呼び、完成したウェーハは後工程でダイシングされ、個々のチップに切り分けられる。近年は微細化の限界に対応するため、複数のウェーハを積層する3次元実装技術も進展している。
SOIウェーハと特殊ウェーハ
標準的なバルクシリコンウェーハに加え、特殊構造を持つウェーハも重要な役割を果たしている。SOI（Silicon On Insulator）ウェーハは、シリコン層と酸化膜（SiO₂）層をサンドイッチ状に積層した構造を持ち、寄生容量の低減・消費電力の削減・リーク電流の抑制が可能なため、高速・低消費電力デバイスへの応用が広がっている。製造法にはSIMOX法（酸素イオン注入）とスマートカット法（水素イオン注入による貼り合わせ）がある。また、MEMS（微小電気機械システム）向けのSOIウェーハや、フォトニクスデバイス向けのGeを積層したウェーハなど、用途特化型の製品も多様に展開されている。
ウェーハ市場と主要メーカー
シリコンウェーハの世界市場は少数の大手メーカーによって寡占的に構成されている。日本の信越化学工業およびSUMCO（旧：三菱住友シリコン）が世界シェアの過半数を占め、ドイツのSiltronic、韓国のSK Siltronなどが続く。半導体需要の拡大・縮小に連動してウェーハ出荷面積は変動するが、長期的には成長トレンドが継続している。特にデータセンター向け先端ロジック・メモリ半導体や、EV・再生可能エネルギー向けパワー半導体の需要増を背景に、SiCウェーハ市場は年率20%を超える高成長が見込まれている。製造装置・材料の国産化・供給安定化の観点から、各国政府による半導体サプライチェーン強化策においてもウェーハの安定供給は重要な政策課題となっている。
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