シリコンウエハーとは？なぜ丸い？サイズは？世界シェアや製造工程・将来性までわかりやすく解説

シリコンウエハーとは

シリコンウエハーは、電子機器の心臓部ともいえる、半導体チップを作るための土台です。1枚のウエハーの上に、数百〜数千個のチップが作られ、それぞれがスマートフォンやパソコンのなかで機能しています。

ここでは、ウエハーの役割や形状、素材について、次の3つの観点から掘り下げていきます。

• シリコンウエハーは半導体の「土台」になる素材
• なぜウエハーは丸いのか？
• 原料はシンプルだが精密さが問われる素材「ケイ素」

シリコンウエハーは半導体の「土台」になる素材

シリコンウエハーとは、高純度シリコンで作られた薄くて平らな板状の素材です。主に次のような特徴があります。

• 直径10〜30cm程度、厚さ0.5〜1mm程度
• 1枚のウエハーから数百個以上のチップを製造可能
• 電気特性が安定し、絶縁・伝導の制御がしやすい

ウエハーの役割は、チップの土台となり「ウエハー加工」によって電子回路を形成することです。その精度次第で、完成する半導体の性能は大きく変わってくるため、素材としての品質管理は非常に重要になります。

製造工程の初期から最終工程まで、多くの技術と人の手が関わるのがウエハー関連業務の特徴です。

なぜウエハーは丸いのか？

シリコンウエハーが丸いのは、単純な見た目の話ではなく、構造上・加工上の合理性に根ざしています。

理由	詳細
素材が円柱形だから	「シリコンインゴット」は円柱状に結晶成長されるため、スライスすると自然に丸くなる
回転加工に向いている	研磨やCMP（化学的機械研磨）で均一な力を加えるには、円形が最も効率的
歪み・欠陥を抑えられる	四角い形では応力が集中しやすく、クラック（ひび割れ）や端部の歪みが起きやすい

さらに、機械装置との親和性やライン作業での回転整列のしやすさなども、シリコンウエハーが円形である理由のひとつです。ウエハーはただの部品ではなく、形そのものが合理的に設計された工業素材といえるでしょう。

原料はシンプルだが精密さが問われる素材「ケイ素」

シリコンウエハーの材料となるのは、「ケイ素（Si）」と呼ばれる元素です。砂の主成分である二酸化ケイ素（SiO₂）から精製され、99.999999999％（イレブンナイン）といった超高純度にまで加工されます。

その製造工程は以下の通りです。

【シリコンウエハーの製造工程】

1. シリコンを化学反応で精製（不純物除去）
2. 単結晶育成（モノシリック結晶）によって整った構造を生成
3. 円柱状の「インゴット」へ成形
4. インゴットをスライスし、ウエハー形状に
5. 表面の平坦化・鏡面研磨・洗浄（クリーンルームにて）

工程ごとに、精密な温度管理や湿度管理、微粒子除去技術が必要です。特にウエハーの表面に極小レベルの凹凸や不純物があると、回路形成時に深刻なエラーを起こす可能性があるため、クリーンルームでの作業が基本となります。

素材はシンプルながら、扱いには非常に高度な技術が求められる分野なのです。

シリコンウエハーはどこで使われている？

シリコンウエハーは目に見えない存在ですが、私たちの生活のあらゆる場所で使われています。ウエハーに形成されたチップは、コンピュータやスマホのほか、自動車や家電、医療機器、さらには工場のロボット制御装置にまで組み込まれているのです。

ここでは、ウエハーが使われる具体的な製品と、それによって得られる恩恵について解説します。

スマホ・PCから自動車まで身近な製品に搭載

シリコンウエハーが使われる製品群は、年々広がりを見せています。以下は主な活用例です。

製品ジャンル	搭載されるチップの例	役割
スマートフォン	CPU／メモリ／通信モジュール	処理・保存・通信すべてを制御
パソコン	CPU／GPU／SSD	複雑な演算や高速処理を可能に
家電（テレビ、冷蔵庫など）	SoCチップ／センサー制御チップ	高度な制御・自動化
自動車	ADAS／ECU／電装用マイコン	自動運転・省エネ・走行支援
産業用機器	PLC／AIエッジプロセッサ	ロボット・工場自動化の中枢

「チップ＝電子の頭脳」であり、その土台となるウエハーがなければ、現代のスマート機器は成立しません。また、自動車1台あたりに使われるチップ数は100個以上ともいわれており、その大部分がシリコンウエハー由来です。

AI・5G・IoTの発展で使用量は急増中

近年では、以下のような成長領域でもシリコンウエハーの重要性が高まっています。

• 生成AI（大規模言語モデル）向けの高性能GPU／TPU
• 自動運転レベル4〜5に対応する超高精度センシングチップ
• スマートファクトリー・スマート家電に組み込まれるIoTチップ

こうした最先端分野では、従来よりもウエハーの直径・精度・熱耐性・消費電力特性が重要視されます。つまり、使用量が増えるだけでなく、要求される品質のハードルも上がっているのです。

このようなトレンドを受け、ウエハー市場は2026年以降も成長が予測される重点産業のひとつとされています。

シリコンウエハーの製造工程はどんな仕事？

シリコンウエハーの製造には、結晶成長・スライス・研磨・洗浄・検査など、いくつもの工程があり、それぞれに異なる専門性が求められます。ただし、工程ごとに役割が明確に分かれているため、未経験からでも始められる作業も多くあります。

ここでは、主な製造工程の流れと、工場で働く人たちが実際にどのような仕事をしているのかを紹介します。

• 関連記事：半導体工場ではどんな仕事をする？きつい？職場環境や年収について解説

インゴット生成から始まる結晶の成長工程

最初に行われるのが、「単結晶インゴット」と呼ばれるシリコンの結晶棒を育成する工程です。これは電子部品として適した純度と構造を持つシリコン結晶を得るための、非常に重要なプロセスになります。

【インゴット生成の流れ（Czochralski法の例）】

1. ケイ素を1,400℃以上で溶融
2. 種結晶を溶融シリコンに接触させてゆっくり引き上げ
3. 回転しながら徐々に冷却し、単結晶を成長させる
4. 完成した結晶棒を適切な長さにカット

この工程で得られるインゴットは、直径300mm・長さ1.5m以上にもなることがあります。結晶構造の均一性や方位角の管理が非常に重要で、製品全体の品質を左右する起点になります。

スライス・研磨・洗浄などの工程に分業体制

インゴット生成後、以下のような分業的な製造工程に移ります。

工程	内容	現場の作業内容（例）
スライス	インゴットを薄くカット	ワイヤーソー機の管理、厚み検査
エッジ処理	端部を滑らかに加工	面取り装置の操作、破損確認
平坦化（ラッピング／CMP）	表面をフラットに整える	平坦度・厚みのモニタリング
洗浄	化学液で汚れを除去	洗浄装置操作、クリーン環境維持
検査	表面の欠陥や異物の有無をチェック	顕微鏡や自動検査機でチェック

それぞれの工程は自動機による制御が進んでおり、作業者は装置オペレーターとしての管理や検査業務が中心になります。

クリーンルームでの作業環境と働き方の特徴

シリコンウエハーは繊細な製品であるため、製造工程の大部分は「クリーンルーム」と呼ばれる無塵環境で行われます。

このクリーンルームでの作業は過酷と思われがちですが、実際は重労働よりも「正確性」「繰り返し作業」「ルール厳守」が重視される仕事です。

未経験者でも、事前研修・OJT・作業マニュアルに沿って、徐々に慣れていけるような体制が整っている企業も多く存在します。

• 関連記事：クリーンルームのクラス目安とは？服装や半導体工場の主な仕事内容も解説

今後の展望とウエハー需要の未来

シリコンウエハーは、単なる「半導体の素材」ではなく、次世代の技術革新を支える重要インフラのひとつとされています。スマートフォンやパソコンに加えて、自動運転・生成AI・5G・宇宙開発・量子コンピュータなど、未来社会を支えるテクノロジーの中心に位置づけられているのです。

このセクションでは、ウエハー市場の今後の需要予測と、それに伴う変化について掘り下げていきます。

AI・自動運転・IoT社会でウエハーは不可欠な存在に

今後、ウエハーの使用量は単純に増えるだけでなく、用途の幅と技術的な要件が高度化する方向に進みます。主な要因は以下のとおりです。

成長分野	求められるウエハー特性	背景・トレンド
AI（生成系）	高放熱性・大面積・高純度	チップ1枚あたりの消費電力増大
自動運転・ADAS	耐熱性・高信頼性	車載環境は温度変化や振動に強くないと不良率が増加
IoT／スマート家電	小型化・省電力・量産性	多数のデバイスへの分散搭載
データセンター	高集積化・歩留まり重視	常時稼働＋故障ゼロが前提
宇宙・軍事・医療	耐放射線性・特殊形状	極限環境対応のウエハー開発が進行中

特にAI・自動運転・データセンターは、ウエハー単価が高くても需要がある領域であり、今後の主戦場とされています。また、これらの分野では「再生ウエハー」や「特殊構造ウエハー」など、従来と異なる開発ニーズも生まれつつあります。

再生ウエハーやロストウエハーに注目が集まる理由

環境配慮と資源循環の観点から、ウエハー業界では再利用技術への取り組みも進んでいます。注目の技術キーワード「再生ウエハー」「ロストウエハー」についても押さえておきましょう。

用語	意味	業界での活用
再生ウエハー	使用済みウエハーを研磨・再利用	製造ラインのテスト・工程確認用
ロストウエハー	欠陥などで廃棄されたウエハーの再資源化	材料リサイクル・熱エネルギー変換など

このような取り組みにより、製造時のCO₂削減・歩留まり向上・廃棄物の削減が実現されつつあります。特にロストウエハーの再資源化は、リチウムやガリウムといった希少金属のリサイクルにも応用可能で、今後のグリーンテック分野に貢献する要素技術と期待されています。

さらに、業界全体では「450mmウエハー」の実用化も見据えた大型化の流れも継続中。ただしこれはコスト・装置開発・材料供給のすべてにハードルがあるため、実用化は2027年以降になるという見方もあります。