半導体業界の巨大エコシステムを紐とく

進化し続ける半導体業界。独自の専門性を発揮する多種多様なプレイヤー

半導体業界は、半導体の設計を専門に行う「ファブレス」、製造を引き受ける「ファウンドリ」および「OSAT」、そして設計から製造までを自社で完結させる「IDM（垂直統合型メーカー）」といった企業によって構成されています。さらに、設計をサポートするツールやデータを提供する企業、工場に最先端の装置や材料を届けるメーカーなども連携します。

かつては、一つの企業がすべてを担うことが一般的でしたが、現在は分業化が進み、それぞれが専門性を極めることで技術革新を加速させています。半導体業界は、その役割やビジネスモデルによって多様なプレイヤーが存在する、非常に多岐にわたる世界となっているのです。

【ファブレス】
「ファブレス」は、半導体の設計を専門に行う企業のこと。自社で工場（ファブ）を持たず、その半導体の価値を生み出す「設計」にリソースを集中させています。AIや通信技術の最先端を走る企業が多く、武器はアイデアと高度な設計技術。いかに早く、なおかつ効率よく機能する回路を設計するかに情熱を注いでいます。

【ファウンドリ・OSAT】
「ファウンドリ」は、ファブレスで描かれた設計図を形にする企業です。高度な製造技術と膨大な設備投資を背景に、世界中のファブレス企業から半導体製造を受託しています。最先端の工場では、数兆円規模に及ぶ膨大な投資を行い、世界最高レベルの精密機械を使いこなしてウェーハ（※）を加工します。

さらに、ウェーハ加工後の組み立てや検査を専門に行うのが後工程受託メーカーである「OSAT（Outsourced Semiconductor Assembly and Test）」です。ウェーハに刻まれた半導体チップを切り出し、配線をつなぎ、過酷な環境でも壊れない半導体製品に仕上げる、パッケージングのスペシャリストと言えるでしょう。

^{※ 半導体チップの材料となる薄い円盤状の板}

【IDM】
設計から製造、さらに販売までのすべての工程を自社で完結させているのが「IDM（Integrated Device Manufacturer）」と呼ばれる企業です。ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社は、このIDMに分類されます。自社内で最適化を図ることで、「現場といったいとなったモノづくり」「市場の変動に柔軟に対応できる」といった独自の強みを発揮しています。

【EDAベンダー・IPベンダー】
「EDAベンダー」と「IPベンダー」は、あまり表舞台には出ないものの、現代の半導体設計に欠かせない重要なプレイヤーです。

EDA（Electronic Design Automation）ベンダーは、半導体の設計に必須となるソフトウェアを提供する企業です。最先端の半導体には、数十億〜数百億個ものトランジスタが搭載されますが、それほど膨大な回路を、手作業で図面を引いて配置するのは不可能です。EDAは、回路設計を自動化する設計ソフトで、このソフトがなければ現代の複雑な半導体チップは設計できません。

IP（Intellectual Property）ベンダーは、あらかじめ開発・検証された「回路部品のデータ」を提供する企業です。たとえば、CPUの基本機能やUSBの接続機能など、すでに動作が保証されている設計データ（IP）を外部から調達して組み合わせることで、ファブレス企業は、ゼロからすべてを設計する手間を省けます。自社独自の新しい機能開発に集中できるのです。

【装置メーカー・材料メーカー】
これらのプレイヤーに加え、半導体製造の各工程に必要となる精密な製造装置を供給する「装置メーカー」や、シリコンウェーハや化学薬品などの原材料を供給する「材料メーカー」も、半導体製造の根幹を支えています。

原子レベルの細かさで加工を行うには、一般的な機械では到底太刀打ちできません。装置メーカーは、光を使って回路を焼きつける「露光装置」や、ナノメートル単位で表面を削り取る「エッチング装置」など、世界でも数社にしかつくれない超高性能なマシンを供給します。実は、この分野では日本企業が世界で圧倒的なシェアを誇るケースが少なくありません。

また、半導体の土台となる「シリコンウェーハ」や、回路を描くための特殊な液体である「レジスト」、そして超高純度の薬品。これらにわずかでも不純物が混じれば、半導体は正しく動作しません。材料メーカーは、「99.999999999％（イレブンナイン）」といった気が遠くなるような純度を追求しています。こうした材料分野も日本企業が得意とするところです。

1枚のウェーハが製品になるまで。三つの工程を経る半導体製造

こうした多様な企業が連携して進める半導体製造は、大きく「設計工程」「前工程」「後工程」という長く複雑な工程を辿ります。

【設計工程】
半導体の設計は、求める機能を定義する「仕様策定」から始まり、論理回路を構築する「論理設計・論理合成」、そして実際の素子配置を決める「レイアウト設計」へと進みます。

各工程ではEDAツールを駆使し、膨大な数のトランジスタを最適に配置するためにシミュレーションと検証を繰り返します。最終的に、回路の原版となる「フォトマスク」製造用のデータを出力して設計工程は完了となります。

【前工程】
前工程は、直径300mmのシリコンウェーハの表面に、目に見えないほど微細な電子回路を幾層にも積み重ねて形成していく工程を指します。

各工程のウェーハを極限まできれいにするための「洗浄」、薄い膜を緻密に構成する「成膜」、設計した回路を転写する「露光」、不要な膜を取り除く「エッチング」、必要な電気特性を加える「イオン注入」、わずかな凹凸を除去する「平坦化」など。高度な物理的・化学的な処理が繰り返され、一つのウェーハ上に数百〜数千の半導体チップがつくり込まれます。

【後工程】
その後の後工程は、前工程で半導体チップがつくり込まれたウェーハから、個々のチップに切り出し、組み立て、テストを行って最終的な製品として完成させる工程です。

ウェーハからチップを切り離す「ダイシング」、チップを外部端子とつなぐ「ボンディング」、湿気や衝撃から守るために樹脂で固める「封止」など。そして最後に、過酷な環境下でも正しく動作するかどうかの厳密な電気的検査を経て、ようやく私たちが目にするような半導体製品となります。

IDMにおいては、これらすべての工程が自社内で進められます。設計段階から製造のしやすさを考慮し、逆に製造現場からのフィードバックを設計に生かすなど、密接に連携しながら製品の性能と品質を極限まで高めていきます。

半導体は、最先端技術が融合した「知の結晶」

半導体は、各分野のスペシャリストたちが、それぞれの境界を超えて連携し、電気電子・物理・物性・材料・化学・情報・数学・機械・統計学など、多岐にわたる学問の最先端が融合して生まれます。人類の「知の結晶」とも言えるでしょう。

設計者が描いた夢を、装置と材料が支え、製造現場が形にする。この連携こそが、半導体業界の醍醐味です。皆さんが手にしているスマートフォンの裏側には、世界中の数えきれないほどのプロフェッショナルたちの情熱が詰まっています。

──次回は、そんな半導体業界の最前線で活躍する人たちに迫ります。半導体の性能を磨き上げる設計・開発系の職種、「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」を紹介します。