回路設計・環境設計、デバイス開発、プロセス開発、ソフトウェア開発ってどんな仕事？

小さなチップに膨大な機能を刻み込むための「回路設計」

回路設計は、まさに半導体チップの設計図を描く仕事と言えるでしょう。一つの小さな半導体チップの中に膨大な数のデバイスをどう配置し、目的の機能をどう実現するのかという緻密な図面をつくり上げます。「仕様設計」「機能設計」「論理設計」「回路設計」「レイアウト設計」という、大きく5つの工程を経ながら進められます。

さらに、これら設計段階と並行して、完成した半導体チップが正しく動くかを検証するための「テストプログラムの作成」も欠かせません。

【アナログ設計・デジタル回路設計・設計環境構築】
回路設計は、大きく二つの領域に分けられます。一つはセンサーがとらえた光などの情報を処理可能な電気信号へと変える「アナログ回路設計」。もう一つはセンサーの頭脳となる論理回路を設計する「デジタル回路設計」。また、これらの膨大な回路設計を効率的かつ正確に行うために、EDAなどの専用ツールを活用して設計フローを最適化する「設計環境構築」もこの領域に含まれます。

半導体は年々進化し、回路は大規模化・複雑化しているため、設計プロジェクトは膨大な数になります。顧客や製造現場のエンジニアと密に連携する必要があるため、プロジェクト単位でチームを組んで、それぞれの専門分野の設計を進めていきます。

イメージセンサーなどの性能を決定づける「デバイス開発」

次に、半導体の基本素子（トランジスタ）そのものをつくり上げるのが「デバイス開発」です。ここでは、プロセス開発エンジニアと協力して、新しいイメージセンサーやセンシングデバイスなどが「どのような構造で、どう動くべきか」という、性能の策定と設計をします。

物理現象をシミュレーションによって確認し、性能を予測・検証しながら、光を電気に変える最適な素子の構造を設計していきます。試作を行い、デバイス構造や電気特性、信頼性などを評価。必要に応じて、シミュレーション技術自体も開発します。

理想の構造を現実へと落とし込む「プロセス開発」

デバイス開発によって設計された理想的なデバイス構造を、実際の工場で量産可能な形に落とし込むのが「プロセス開発」。いわば製造手法の構築です。

半導体製造には、洗浄・成膜・露光・エッチングといった数々の工程が存在しますが、これらを組み合わせて最適化し、安定して生産できる製造手順と、条件であるレシピを開発します。新規デバイス製造に必要な技術がない場合は、その技術開発自体も行います。会社の方針や開発製品によりますが、開発用のラインや装置を使って行い、完成したのちに量産用ラインへ移管する場合と、開発時から量産用ラインを使う場合とがあります。

デバイス開発とプロセス開発は、設計上の数値を現実の構造としてどう再現するかという課題解決であり、多くの専攻分野の連携が不可欠です。

ハードウェアの可能性を解き放つ「ソフトウェア開発」

完成したハードウェアに命を吹き込むのが「ソフトウェア開発」です。ハードウェアを制御し、その性能を最大限に引き出します。たとえば、スマートフォンや自動運転支援システム（ADAS）のイメージセンサーなどのプログラムを構築します。半導体の進化にともない、半導体チップの上で動くOSやドライバの実装、AIアルゴリズムの実装など、その領域は広がりをみせ、重要性も高まっています。

ハードウェアの特性を理解した上で、その性能を最大限に引き出すコードを書くことは、純粋なアプリケーション開発とは異なる独自の難しさと面白さがあります。

部門を超えたスペシャリストたちの情熱

これまで紹介してきた職種は、独立して動いているわけではありません。たとえば、デバイス開発エンジニアは、新しいデバイスを実現するためにプロセス開発エンジニアと協力して工程を設計し、実際に試作して得られたデータをフィードバックします。もし求めていた特性が得られなければ、デバイスの構造自体を解析し、原因を調査して改善を繰り返します。また、プロセス開発エンジニアは、量産を見据え、いかにつくりやすいかを考慮する必要があり、工場の意見も取り入れた開発が必要です。こうした部門を超えた重なりが、世界を驚かせる革新的な半導体製品を生み出しています。

──次回も引き続き、半導体業界の最前線で活躍する人たちに迫ります。半導体製品を、確かな品質で安定的に供給するための要となる職種、「量産」「品質保証」「データサイエンス」を紹介します。