半導体製造工程とは？ウェハー製造から後工程まで分かりやすく解説！

2025年12月29日更新

この記事を書いた人

「FREE AID」編集部：長谷川

大手メーカー「コマツ」、「オムロン」などで7年間、アナログ回路エンジニアとして設計・評価業務に従事。
ECU、PLCなどのエレキ開発経験を多数持つほか、機械商社での就労経験も有する。
株式会社アイズ運営の機電系フリーランスエンジニア求人情報「FREEAID」専属ライターとして、
機電分野の知識と実務経験を活かし、専門性の高い記事執筆を行っている。

半導体製造工程とは？

半導体製造工程とは、シリコンなどの半導体材料から、ICやトランジスタといった半導体デバイスを作り上げる一連の製造プロセスのことです。ナノメートルレベルの微細加工を段階的に積み重ねることで、複雑な電子回路を基板上に形成します。半導体の製造工程は、ウェハーの製造工程、ウェハーに半導体構造を作る前工程、半導体チップをパッケージングする後工程に分かれます。

ウェハー製造工程

半導体製造の起点として、高純度なシリコンインゴットから切り出したシリコンウェハーを準備しなくてはなりません。シリコンインゴットの製造方法はCZ法（チョクラルスキー法）が有名で、シリコンを含有した多結晶を高温のるつぼの中で入れて溶融しておき、シリコンの単結晶（種結晶と呼ばれる）を浸してからゆっくりと引き上げることで、99.999999999%もの純度を誇るシリコンインゴットにしていきます。

完成したシリコンインゴットは、ダイヤモンドブレードやワイヤーソーで任意の厚さのウェハーへ切り出され、表面が鏡面状になるまで研磨されることで、半導体の基となるシリコンウェハーの完成です。

前工程

シリコンウェハーの製造が完了したら、いよいよ半導体を作り出す工程となります。半導体製造は大きく前工程と後工程に分かれており、半導体チップそのものを作り出す工程が前工程で、半導体チップを樹脂で囲ったパッケージとして仕上げる工程が後工程です。まずは前工程から解説していきます。

成膜

前工程では、成膜、フォトリソグラフィ、エッチングなどの工程を繰り返しながら回路を形成していきます。その最初の工程の一つが成膜です。酸化膜は専用の熱処理装置の中にウェハーを入れ、高温の酸素ガスに晒すことで形成されます。また薄膜はアルミニウムやシリコン窒化膜など様々な材料があり、CVD法やスパッタ法、電気メッキ法などの方法により形成されます。

CVD法とは日本語で化学気相成長法と訳される手法で、ウェハーを入れた容器内に対象のガスを充満させ、プラズマや熱、光などでエネルギーを与えることでウェハー表面に薄膜を形成する方法です。またスパッタ法では、原料物質とウェハーを容器内に設置して真空にし、不活性ガスを充満させた状態で高電圧を印加することで、原料粒子を勢いよくウェハーにぶつけて付着させます。

回路パターンの転写

続いてフォトリソグラフィと呼ばれる工程により、フォトマスクに描かれた回路パターンをウェハー上に転写します。具体的な手順として、フォトレジストと呼ばれる感光性樹脂を薄膜の上に塗布し、フォトマスク越しに紫外線を照射（露光）してから現像液に浸します。

感光性とは光によって化学変化を引き起こす性質のことで、紫外線が照射されたフォトレジストだけが選択的に溶解性が変化するため、現像液に浸すことでフォトマスクに描かれた回路パターンがウェハー上に転写されるのです。

ちなみに紫外線を照射する装置を半導体露光装置と呼びます。微細な回路パターンを描くには露光装置が照射する光の波長が重要になるため、メーカー各社が装置の開発に全力を挙げている状況です。

エッチングによる不要部分の除去

今度は回路パターンに沿って塗布されたフォトレジストをマスクとし、エッチングによって不要な膜や基板を除去します。エッチングとは酸やアルカリ、イオンなどの腐食作用を利用して不要部分を除去する手法で、ドライエッチングとウェットエッチングの2種類に大別されます。

ウェットエッチングは酸やアルカリの薬液にウェハーを浸し、化学反応を起こして不要部分を除去する手法です。これに対しドライエッチングでは、六フッ化硫黄などのエッチングガスをプラズマ化し、生まれたイオンや活性ラジカルをウェハー上の不要部分と反応させて剥離します。なおエッチング後はマスクとして使用したフォトレジストを除去し、次の工程へと進みます。

イオン注入による特性の変化

続いてシリコンウェハーに高純度なリンやボロンなどの不純物イオンを注入し、耐圧性能や寄生抵抗などの電気的特性を変化させつつ、ソースやドレイン領域を形成します。原理としては、イオンソース部で発生させた不純物イオンに高電圧を印加して加速し、勢いよくウェハーに衝突させることで不純物イオンに置き換えるのです。

イオン注入では不純物イオンの濃度や分布、注入深さ、角度などを調整することで、特性を自由に変更できるのが強みと言われています。ちなみに不純物イオンが注入された箇所では、イオン注入時の衝撃によって結晶構造がダメージを受けるため、構造を回復させるためアニールと呼ばれる熱処理が必要です。

CMPによる平坦化

これまでの工程によりウェハー表面には微細な凹凸が発生するため、薬品が持つ化学的な研磨作用と砥石が持つ物理的な研磨作用を利用したCMP技術によって表面を研磨し、凹凸を平坦化します。具体的には研磨する面を下にしたウェハーを、プラテンと呼ばれる台上に置かれた研磨パッドに押し当て、微細な砥粒を含むスラリーを流し込みながら研磨パッドを回転させることで、表面を研磨していくのです。研磨した後は洗浄を行い、必要に応じてエッチング工程から平坦化まで繰り返すことで、半導体チップが完成していきます。

ウェハーの検査

これまで紹介した工程の間や半導体チップ製造後にウェハーの検査を実施します。各工程の途中で行う検査では、ウェハーに傷や欠け、寸法不良などが無いか調べる外観検査や、エッチング後に残った膜が規定の厚みに達しているかを調べる膜厚検査、フォトリソグラフィで転写した回路パターンに異常がないか確かめるアライメント精度検査などがあります。また、半導体チップが完成した後は、1つ1つのチップに電極を当てるプローブ検査によって電気的特性を調べます。

後工程

前工程で完成した半導体チップは、続く後工程でよく目にする半導体パッケージの姿となっていきます。具体的な工程を解説していきましょう。

ダイシングとボンディング

前工程が終わった直後では、それぞれの半導体チップは1枚のウェハーに連なった状態となっているため、ダイシングと呼ばれる工程で、ダイヤモンドカッターを用いて1枚1枚のチップ（通称ダイ）へ切断していきます。またこの時、プローブ検査で不良と判断されたチップも除去します。

そして、続くボンディング工程で各チップを接着剤などでリードフレームと呼ばれる金属枠に固定し、フレームと半導体チップを金線（通称ボンディングワイヤー）で接続することで、外部回路と半導体チップが電気的に接続できるようにします。

モールディングと最終検査

完成した半導体チップは衝撃や汚れに非常に弱いため、チップ自体はもちろんのこと、周辺のリードワイヤーやボンディングワイヤーを含めて樹脂で覆って保護します。この工程をモールディング工程と呼び、この工程を経ることで、我々がよく目にする黒い半導体パッケージの姿が完成するのです。そしてモールディング後は電気特性が要求を満たしているか最終検査を行い、問題がなければレーザーで品番などを刻印することで、半導体パッケージ製品が完成します。

まとめ

今回は半導体の製造工程について、設計段階からパッケージ製品が完成するまでの基本的な流れを分かりやすく解説しました。あの小さな半導体パッケージを作るために、これほど多くの工程が必要なことに驚いた人も多いでしょう。個々の工程で使われる装置や技術についてまだまだ深掘りする余地があるので、気になる人は詳しく調べることをおすすめします。

当サイトFREE AIDは、機電系を始めとしたエンジニアのフリーランス専門求人を扱っています。
→機電系フリーランスエンジニア求人はこちら

また、フリーランスエンジニアとして働きたい方に合った案件探しや専門アドバイザーの活動サポートも無料で行っています。
→フリーランス無料支援に興味がある方はこちら

この記事の運営元：株式会社アイズ

株式会社アイズは、お客様と従業員双方の声を重視し、最適な技術サービスを提供することで社会に貢献するトータルソリューションカンパニーです。
「アウトソーシング」「ビジネスソリューション」「エンジニアリング」「ファクトリーオートメーション」の4つの事業を柱に、製造業やICT分野の課題解決を力強くサポートします。
フリーランスの機電系エンジニア求人情報サイト「FREE AID」を運営しています。