つくり方 ── ウェハから歩留まりまで

教科書 › 第I部半導体の理論

CHAPTER 11

★ 会員1分

製造の流れを大まかに追っておく。細部を覚える必要はないが、なぜチップが高価なのか、なぜ大きなチップが特に高いのかが分かると、業界の判断が読めるようになる。

STEP 1

単結晶インゴットとウェハ

高純度シリコンを溶かして、巨大な単結晶の円柱を引き上げる。これを薄く切って鏡面に磨いたものがウェハ。直径300mmが主流。

STEP 2

成膜と塗布

酸化膜や金属膜を積み、その上に感光性の樹脂（レジスト）を塗る。

STEP 3

露光（フォトリソグラフィ）

回路パターンを描いたマスクを通して光を当て、レジストを感光させる。ここが最も高度な工程で、EUV（極端紫外線）露光装置は1台数百億円する。

STEP 4

エッチングとイオン注入

感光した部分を現像で除き、露出した箇所を削る。あるいは不純物を打ち込んでn型・p型の領域を作る。

STEP 5

配線

上記を数十回から百回近く繰り返し、トランジスタの層の上に十数層の金属配線を積み上げる。

STEP 6

検査・切断・封止

ウェハ上で電気的に検査し、切り分けてパッケージに収める。

これだけの工程を経ると、必ず欠陥が入る。ウェハ上にランダムに欠陥が散らばると考えると、1個のチップ（ダイ）が大きいほど、その中に欠陥が入る確率が高くなる。

面積が2倍になれば、欠陥に当たる確率もおよそ2倍。良品率は指数的に落ちる。だから大きなダイのチップは、面積比以上に高価になる。ハイエンドGPUが極端に高いのは、性能だけでなくこの歩留まりの効果が大きい。

これが次章のチップレットにつながる。「1個の大きなダイ」を「小さなダイの寄せ集め」にすれば、歩留まりが劇的に改善する。