なぜ半導体メーカーは加工を外に出すのか
半導体メーカーには立派な量産ラインがあるにもかかわらず、なぜ研磨や接合といった工程を外部に委託するのでしょうか。受託加工という業態に馴染みのない方には不思議に映るかもしれませんが、業界で見聞きしてきた限り、理由は大きく三つあります。
結果として、「開発段階は外部で回し、量産の目処が立ってから内製化や量産委託を判断する」という分業が成立します。研磨と接合を受託する専業会社は、この開発と量産の間を埋める存在だと言えるでしょう。
デバイスウェハの研磨は何が違うのか
私たちが普段扱うベアウェハの研磨は、面全体をいかに均一に、傷なく仕上げるかが勝負です。一方、受託で持ち込まれるのは回路が作り込まれたデバイスウェハであることが多く、ここで行う研磨、すなわちCMP（化学機械研磨）は事情がまるで異なります。
まず、削ってよい量がナノメートル単位で決まっています。配線や絶縁膜の段差を解消しながら、狙いの膜厚でぴたりと止めなければなりません。さらに、銅と酸化膜のように硬さも化学的性質も異なる材料が同一面に混在するため、研磨レートの差からディッシング（配線部の皿状の凹み）やエロージョン（パターン密集部の侵食）が生じます。スラリーの選択比設計、パッドの硬さ、終点検出の精度――どれか一つを外すだけで、面はきれいに磨けても回路が機能しなくなってしまいます。
受託ならではの難しさとして、持ち込まれる品種が毎回異なる点も挙げられます。パターン密度も材料構成も異なるウェハに対し、限られた枚数で条件を出し切る引き出しの多さが問われます。ここは量産CMPとは別種の技術力だと感じます。加えて、デバイスウェハは一枚ごとの価値が桁違いに高く、失敗のやり直しが利きません。金属汚染やパーティクル、スクラッチの管理水準もベアウェハとは別次元で求められます。
接合という工程 ― 手法は一つではない
接合と一口に言っても、その手法は多彩です。酸化膜同士を貼り合わせるフュージョン（直接）接合、表面をプラズマで活性化させ低温で貼る方式、真空中で表面を活性化して常温で貼る表面活性化接合、ガラスとシリコンを接合する陽極接合、AuSnなどによる共晶接合、Cu-Cuなどの金属拡散接合、樹脂接合、さらには薄化のための仮接合・剥離もあります。デバイスの耐熱温度、要求される接合強度、電気的接続の要否によって、最適な手法が選ばれます。 共通しているのは、接合の成否が「貼る前の表面」でほぼ決まるという点です。
研磨と接合を別々の外注先に出すのではなく、一体のサービスとして請ける形に合理性があります。表面を作った者がそのまま貼り合わせる方が、界面の管理は間違いなくやりやすくなります。
積層の時代が要求を引き上げる
近年の半導体は「積む」方向へと進化しています。3D NANDの積層数は数百層に達し、AI向けのHBMは2026年からHBM4の量産が始まりました。DRAMダイの積層も12段から16段へと拡張されつつあります。その先の接続技術として、マイクロバンプを使わずCu-Cuを直接貼り合わせるハイブリッドボンディングの検証・試作が進められています。当初はHBM4での採用が期待されていましたが、直近では量産上の課題から従来のTC（熱圧着）ボンディングが継続され、採用時期は16段のHBM4E以降へと見直される見通しです。イメージセンサでは、画素チップと回路チップの貼り合わせが、すでに当たり前の技術となりました。
積層枚数が増えるほど、一箇所の接合不良が製品全体の歩留まりを左右するため、界面品質への要求は乗算的に厳しくなります。ハイブリッドボンディングでは、銅パッドを誘電体面から数nmだけ意図的に凹ませる「ディッシング制御」まで求められ、研磨は「平らにする工程」から「接合界面を設計する工程」へと変わりつつあるのです。歩留まりを最後に支えているのは、接合前の研磨・洗浄・計測という地道な積み重ねに他なりません。
日本の独壇場なのか、そしてこれから
研磨・接合の受託サービスというと日本の専業会社がよく知られていますが、日本だけのものではありません。米国にはCMP受託の専業会社があり、欧州にもウェハ研磨・薄化・再生を請けるサービス会社が複数存在します。ただし、研磨材・パッド・装置・計測まで含めた裾野の厚さと、少量多品種の試作に丁寧に付き合う文化は、日本の強みだと感じます。
今後さらに求められるのは、単に磨いて貼ることではなく、電気特性・信頼性まで含めて「回路が生きていること」を保証する力でしょう。界面の計測評価、クリーン度管理、そして研磨から接合・薄化までの一貫対応――研磨材に携わる者にとっても、研磨の出口が「面」から「界面」へ移っていくこの流れは、決して他人事ではありません。開発段階から顧客と並走し、量産移管までデータごと引き渡せる体制こそが、今後の受託加工で選ばれる条件になっていくはずです。
まとめ
半導体メーカーが研磨・接合を外部委託する背景には、量産ラインの稼働維持、汚染管理、装置投資という三つの現実的な事情があります。デバイスウェハのCMPはベアウェハ研磨とは異なる次元の精度が求められ、接合の成否は「貼る前の表面」でほぼ決まります。3D NANDやHBM4に代表される積層技術の進化により、研磨は面を平らにする工程から、接合界面そのものを設計する工程へと役割を広げつつあります。開発段階から量産移管までを一貫して支える体制が、これからの受託加工サービスに求められています。
記事No,511