純粋なシリコンのままでは半導体にならない——不純物を「撃ち込む」イオン注入装置の仕事

「半導体とは何か」で、トランジスタは「電気のスイッチ」だと説明しました。そのスイッチを作るには、シリコンの電気の通し方を場所ごとに変える必要があります。それを担うのがイオン注入です。各工程の全体像は「半導体まとめ・入門ロードマップ」で確認できます。

イオン注入とは何か、なぜ必要なのか

イオン注入は、リンやホウ素などの不純物（ドーパント）のイオンを高速でシリコンに撃ち込む工程です。下の断面図のように、シリコンの表面付近に不純物が入ります。

なぜ必要かというと、純粋なシリコンはほとんど電気を通さないからです。不純物を加えることで、電子や正孔（電気を運ぶ担い手）が動けるようになり、電気の流れ方を精密に制御できます。そして、電気を通しやすい領域（n型）と通しにくい領域（p型）を作り分けることで、トランジスタというスイッチが生まれます。

誰がイオン注入装置を握っているのか

世界首位は米Applied Materialsで、第2位は同じく米Axcelis Technologiesです。AMATは成膜・エッチング・CMP・イオン注入まで最も広範な装置を持つ総合メーカーで、2024年10月期の売上は約272億ドルでした（Applied Materials）。

投資・市場の観点では何が重要か

イオン注入装置は前工程の設備投資に連動します。トランジスタの構造が平面から立体のFinFET、さらにゲートが全周を囲むGAAへと進化するにつれ、不純物をより精密に・狙った場所に入れる技術が重要になっています。こうした最先端のトランジスタは、まさに「AI半導体」向けの高性能ロジックで使われます。2024年の前工程装置市場は約1,010億ドルで過去最高でした（SEMI）。なお本記事は投資助言ではありません（SEMI）。