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トランジスタ

トランジスタは電気信号や電力を切り替えたり、増幅したりする半導体デバイスです。1950年代初期に発明され、今日の電子デバイスの基本的な構成要素となっています。数年にわたり、電子デバイスへのさらなる高性能化に対する要求が高まり、チップメーカーはこの性能を牽引するトランジスタを、ウェーハ上により多く実装することで応えました。今日では、先進のマイクロプロセッサは30億ものトランジスタを使用しています。

ウェーハ上のトランジスタ数を倍増させることで、単価は安くなります。トランジスタの形状を縮小することもまた、高速化と低消費電力化に貢献しています。より多くの機能を搭載したチップが、コンシューマ機器を手頃な価格で提供できるコストで製造可能になります。このような継続的な価格低下が、携帯電話、タブレット、ビデオゲームや3Dテレビといった、製品の高性能化と需要を確実に後押ししています。スマートフォンとタブレットの需要のみで、次の4年間で総計50億台と予想されています。これらのモバイル機器はまた、強力なクラウドインフラの開発を牽引します。今後4年間で、これらの携帯機器向けのデータを管理するために、約2億のサーバが必要になると予測されています。トランジスタにとっては、このような"モビリティ時代"製品の台頭が次世代テクノロジーの波となります。

10年前にパソコンがプロセッサとメモリのテクノロジーを牽引していたように、モバイルコンピューティングが今日、お客様のテクノロジーロードマップを牽引しています。過去において、パソコンの発展はプロセッサの速度の継続的な向上を目指していました。携帯機器では、継続的な機能強化への需要を満たしつつ、電池寿命の延長、低消費電力を達成することに焦点が移っています。重要な材料の歴史的なプレーナ(2D)スケーリングは限界に近づいています。モビリティ時代が、より複雑なテクノロジーおよび幅広い新材料の革新を促す、新たな3Dトランジスタアーキテクチャを牽引しています。

デバイス機能が向上するに従い、マイクロプロセッサ、ベースバンドプロセッサ、複数のプロセッサコアをグラフィック機能に統合したアプリケーションプロセッサといった、プロセッサの数が急増しています。モビリティ時代の新たなオペレーティングシステムは、携帯機器においてDRAMを置き換えた、NANDベースのメモリへの依存が高まっています。

アプライド マテリアルズが果たす役割とは?

アプライド マテリアルズは、2Dトランジスタのスケーリングを何世代にもわたり可能にしてきたテクノロジーにおいて、業界をリードしてきました。この経験により、3D形状の化学気相成長(CVD)、High-k/メタルゲートの物理気相成長(PVD)、イオン注入、急速熱処理(RTP)、エピタキシー、エッチング、平坦化、および欠陥検査を可能にします。 

In processors, the 3D FinFET (fin field effect transistor) is emerging as uniquely suited for low-power operation. Building it will add more than 50 additional single-wafer processing steps to Applied’s served market. Patterning and etching will require exceptional precision to achieve the required fidelity of the fin width and height for billions of transistors. In memory, 3D NAND is a revolutionary new architecture in which all major components of the memory transistor (i.e., the channel, gate stack, and junctions) will be formed horizontally on the wafer. This approach also substitutes the lithography intensity of linear scaling with greater thin-film process intensity, adding more than 30 steps to the current planar sequence to Applied’s served market.
 
In addition to creating new materials for 3D that behave like those in current 2D technology, the 3D transistor inflection is driving new capabilities in many fabrication processes. Applied Materials’ systems are fulfilling these demands through a variety of innovations. Fabrication sequences will become more deposition-intensive and will require greater conformality of those deposited films, which becomes more challenging as aspect ratios increase. Applied’s most advanced PVD technology achieves the highly conformal coverage needed in metal gate fabrication while its CVD capabilities deliver void-free gap fill in complex topography with demanding feature profiles. Ion implantation now requires much greater energy purity and doping precision without damaging the host material. Applied’s leading-edge cryo-implantation process at wafer temperatures as low as -100˚C is enhancing device performance. And Applied’s unique annealing approach that heats the wafer from the back side optimizes within-die temperature uniformity for dopant activation and other critical material enhancement processes.
 
Applied’s specialized etch capabilities address the high-aspect ratio “staircase” structures needed for cost-competitive high-volume production of 3D NAND. Planarization systems with exacting real-time process control enable the atomic-level precision required for damage-free polishing of ultra-thin films. Defect inspection and review are vital for optimizing the quality of individual steps in the manufacturing sequence and, ultimately, the production yield. This entails first locating true defects (as opposed to “nuisances” that will not affect the wafer) and then reviewing their composition and root cause. For over a decade as feature and defect sizes have scaled down, Applied has pioneered and enhanced automated defect classification as well as resolution and image quality capabilities, recently achieving resolution of 1 nanometer (1 billionth of a meter) and high quality topographical imaging essential for 3D structures.
 
The 3D chapter of the transistor story is only just beginning; researchers are actively examining new forms of 3D transistors, their relative costs, and product size. Applied Materials innovations are making it possible to sustain the momentum of transistor evolution for the foreseeable future.

アプライド マテリアルズは、プレーナスケーリングのテクノロジーを何世代にもわたってリードし、お客様の3Dへの移行を最先端でサポートしています。