高純度材料（イレブンナイン）とは

イレブンナインとは、99.999999999%という材料純度の水準です。 東京エレクトロンの公式用語集はこの語を、9が11個並ぶ純度として掲載しています。

定義・解説

半導体は、微量の不純物を加えることで性質を作り替える材料です。加えるものによって、電流を運ぶ主体が自由電子になるか正孔になるかが変わります。

この作り替えが成り立つ条件は、加えたものだけが性質を決めていることです。最初から別の不純物が混じっていれば、設計したのとは別の性質になります。狙って入れた量より、混じっていた量のほうが多ければ、設計そのものが意味を失います。

だから出発点を極端に純粋にします。以下は東京エレクトロンの公式用語集にある記述です。シリコンウェハは、99.999999999%の純度の円柱状インゴットへ溶融したうえで、厚さ1mm未満の円盤へスライスして作ります。

9の個数で数える理由

99%と99.9%は数字の上では0.9%の差ですが、残る不純物の量は10分の1になります。ものを言うのは比のほうなので、9の個数で数えたほうが実態に合います。

純度が要る理由は、電気的な性質のほかにもあります。

JX金属は公式製品ページで、High Purity Metalsという製品カテゴリを持ち、その中にLow α Tinを掲載しています。α線を出しにくい錫です。

錫は実装の材料として回路のすぐ近くに来ます。材料に含まれる放射性の同位体がα線を放つと、その粒子が通った跡で電荷が発生し、記憶している値を反転させることがあります。回路そのものは壊れず、値だけが変わります。追いかけにくい種類の誤りです。

α線が通ると、記憶している値だけが変わります

錫が含む放射性の同位体がα線を放つと、その粒子が通った跡で電荷が発生し、記憶している値を反転させることがあります。回路そのものは壊れず、反転するのは記憶している値だけです。

これを避ける道は、材料の側でα線源を減らすことだけです。「純度」という同じ言葉が、電気的な不純物の少なさと、放射線源の少なさという二つの意味で使われています。何を不純物と見なすかは、その材料がどこに入るかで変わります。

桁を1つ上げるたびに、精製の手間と費用は上がります。だから「できるだけ純粋に」と「どこまで必要か」のうち、材料メーカーが答えるのは後者です。

判断の材料は2つです。1つは、その材料がデバイスのどこに入るかです。もう1つは、混じりうる不純物が何を乱すかです。ゲート絶縁膜の直下に入る材料と、パッケージの外側に使う材料では、同じ元素が混じっても影響がまったく違います。

材料メーカーの製品カタログが純度で細かく品種を分けているのは、この判断を顧客ごとに引き受けているためです。

イレブンナインとは何ですか？

東京エレクトロンの公式用語集は、Eleven Ninesを99.999999999%という材料純度の水準として掲載しています。9が11個並ぶ純度を指す言葉です。

なぜそこまでの純度が要るのですか？

半導体が微量の不純物で性質を作り替える材料だからです。意図して加えたものだけで性質が決まる状態を作るには、もともと混じっているものを桁違いに少なくしておく必要があります。

シリコンウェハの純度はどのくらいですか？

東京エレクトロンの公式用語集は、シリコンウェハについて、99.999999999%の純度の円柱状インゴットへ溶融し、厚さ1mm未満の円盤へスライスして作ると記述しています。

9の個数で語るのはなぜですか？

桁が問題になるためです。99%と99.9%は数字の上では0.9%の差ですが、残る不純物の量は10分の1になります。ものを言うのは比のほうなので、9の個数で数えたほうが実態に合います。

電気特性以外にも純度が要りますか？

要ります。JX金属は公式製品ページで、High Purity Metalsのカテゴリの中にLow α Tinを掲載しています。α線を出しにくい錫で、放射線が回路の動作を乱すことを避けるための品種です。

純度を上げれば上げるほど良いのですか？

用途で決まります。桁を1つ上げるたびに精製の費用は上がるため、その材料がデバイスのどこに入り、混じりうる不純物が何を乱すのかを見て必要な桁を決めます。

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