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アプライド マテリアルズ EUV による 2D スケーリングと
3D GAA トランジスタを可能にする技術を発表

報道資料
2022年4月22日
(日本時間)

  • スピンオン パターニング膜に代わる Stensar™ CVD で 2D EUV ロジックスケーリン グを拡張
  • 2 つの新しい IMS™システムをはじめ、3D Gate-All-Around(GAA)トランジスタ に向けた広範な技術ポートフォリオのプレビューを実施

アプライド マテリアルズ(Applied Materials, Inc., Nasdaq:AMAT、本社:米国カリフ ォルニア州サンタクララ、社長兼 CEO ゲイリー・E・ディッカーソン)は 4 月 21 日(現 地時間)、EUV を通じてお客様の 2D スケーリング継続を支えるイノベーションについ て、さらに次世代の 3D Gate-All-Around(GAA)トランジスタ製造に向けた業界で最も 広範な技術ポートフォリオの詳細について発表しました。

半導体メーカーは今後数年間にわたってトランジスタの高密度化を進めるため、2 つの相 補的な方法を追求しています。1 つはムーアの法則に沿った従来の 2D スケーリングで、 EUV リソグラフィとマテリアルズ エンジニアリングを使ってより微細なフィーチャーを 作成するものです。もう 1 つは、設計とテクノロジーの協調最適化(DTCO: design technology cooptimization)と 3D 手法を用いてロジックセルのレイアウトを巧みに最適 化し、リソグラフィピッチの移行に関係なく密度を高めるやり方です。後者には裏面電源 供給ネットワークや GAA トランジスタなどが含まれ、今後減速する従来の 2D スケーリ ングに代わって、ロジック密度の改善を牽引する度合いが高まると見られます。これら 2 つの方法を併用することで、半導体メーカーが将来世代のロジックチップの PPACt(消費 電力、性能、面積あたりコスト、市場投入までの期間)向上を目指すのを支援すると期待 されます。

アプライド マテリアルズのシニアバイスプレジデント 兼 セミコンダクタ プロダクト グループ ジェネラルマネージャーのプラブー・ラジャは、次のように述べています。「ア プライド マテリアルズはお客様の『PPACt を可能にする企業』となることを戦略に掲げ ています。本日は、EUV を通じて 2D スケーリングを継続できるよう設計された 7 つのイ ノベーションを発表します。さらに、現行の FinFET トランジスタとは根本的に異なる手 法で GAA トランジスタを製造する取り組みの詳細を紹介します。このほか当社は GAA ト ランジスタの製造に向け、エピタキシー、原子層堆積(ALD)、選択的材料除去における 新しいプロセスステップや、理想的な GAA ゲート酸化膜とメタルゲートを形成する 2 種 の新しいインテグレーテッド マテリアルズ ソリューション(Integrated Materials Solutions™)など、広範な製品を取り揃えています」

2D スケーリングの拡張

EUV(極端紫外線)リソグラフィの登場により、半導体メーカーはより微細なフィーチャ ーを形成してトランジスタ密度を高めることができるようになりました。しかし、EUV を利用したスケーリングが進展するにつれて課題も生まれ、成膜、エッチング、計測にお いて新たなアプローチが必要となってきました。

EUV レジストが現像された後、チップパターンは最終的にはウェーハ上にエッチングに より形成されますが、その前に積層された一連の中間層(転写層およびハードマスク)を 介したパターン転写エッチングを行う必要があります。従来これらの層はスピンオン(回 転塗布)とよばれる技法で成膜されていました。アプライド マテリアルズが本日発表す る Stensar™ Advanced Patterning Film for EUV は EUV 用の先進的パターニング膜で、 アプライド マテリアルズの CVD 装置 Precision CVD を用いて成膜されます。スピンオン 成膜と異なり、アプライド マテリアルズの CVD 膜は EUV ハードマスク層の厚さや耐エ ッチング性を仕様に合わせてチューニングすることができ、ウェーハ全面でほぼ完ぺきな 均一性を保ちながら EUV パターンを転写することが可能です。

アプライド マテリアルズはさらにエッチング装置 Sym3® Y の特殊な性能についても詳細 を明らかにし、同一チャンバ内で材料のエッチングと成膜を行うことによって、ウェーハ にエッチングされる前の EUV パターンの質を改善できるとしています。Sym3 チャンバ は EUV レジスト材料をわずかに除去した後、「ストキャスティック エラー」(確率論的な ばらつき欠陥)によるパターンばらつきを平準化する特殊な方法で材料を再堆積させま す。EUV パターンが改善されることで、歩留まりが向上し、半導体の消費電力と性能が 改善します。Sym3 はメモリ分野(DRAM 市場向けコンダクタエッチング装置の供給でア プライド マテリアルズは業界トップ)のみならず、ファウンドリ-ロジック分野でも急 速に利用が広がっています。

アプライド マテリアルズはこのほか、電子ビーム検査装置 PROVision®を使って多層チ ップの奥深くまで見て、ウェーハ全面にわたって EUV パターニングされたフィーチャー を精密に計測することで、他の計測方法では見きわめのつかない「エッジプレースメント エラー」を解消できることを示しています。アプライド マテリアルズは 2021 年に電子ビ ーム装置の売上をほぼ倍増させ、電子ビーム技術のトップサプライヤーとなっています。

3D GAA トランジスタ技術

最近注目を集めている GAA トランジスタは、2D スケーリングを 3D 設計技術と DTCO レイアウトのイノベーションで補うことにより、2D スケーリングが減速する中でもロジ ック密度を急速に増やせることを示す好例です。マテリアルズ エンジニアリングのイノ ベーションにより、GAA トランジスタの消費電力と性能が向上しています。

FinFET では、トランジスタの電流経路を形成する垂直チャネルはリソグラフィとエッチ ングによって形成されますが、このプロセスはチャネル幅が不均一になりがちです。この 不均一性は消費電力と性能に悪影響を及ぼすため、FinFET から GAA への移行を促す大 きな要因となっています。

GAA トランジスタは、FinFET トランジスタを 90 度回転させたような形状で、チャネル は垂直ではなく水平です。GAA チャネルはエピタキシーと選択的材料除去を用いて形成さ れます。このプロセスはチャネル幅と均一性を高精度で整えて消費電力と性能の最適化を 図ることができます。アプライド マテリアルズが設立後初めて手掛けた製品はエピタキ シー装置で、以来一貫してこの市場をリードしています。選択的材料除去については 2016 年に Selectra®を投入して先駆けとなり、現在では市場トップの 1,000 台以上のチャンバ をお客様にご利用いただいています。

GAA トランジスタ製造の大きな課題の 1 つは、チャネル間のスペースが 10nm 前後しか なく、この狭隘なスペース内でチャネルの 4 側面を囲む多層ゲート酸化膜とメタルゲート スタックを成膜しなければならない、という点です。

アプライド マテリアルズは、ゲート酸化膜スタック用の IMS™(インテグレーテッド マ テリアルズ ソリューション)システムを開発しました。ゲート酸化膜が薄いほど、ドラ イブ電流とトランジスタ性能は向上します。しかし、薄いゲート酸化膜はリーク電流の増 大を生みやすく、電力を無駄にし、発熱をもたらします。アプライド マテリアルズの新 しい IMS システムは、等価酸化膜厚を 1.5Å減らすことができるので、ゲートリーク電流 を増やさずに性能を改善したり、一定の性能を維持したままゲートリーク電流を 10 分の 1 以下に低減することが可能です。IMS は、原子層堆積(ALD)、熱処理ステップ、プラズ マ処理ステップ、計測を 1 台の高真空装置にインテグレートしています。

アプライド マテリアルズはこのほか、IMS を GAA メタルゲートスタック用に用いること を示します。ゲート厚をさまざまに変えることができるので、特定のコンピューティング アプリケーション(バッテリー駆動のモバイル機器やハイパフォーマンス サーバなど) のワットあたり性能目標値に合わせてトランジスタのしきい値電圧をチューニングするこ とが可能となります。IMS は高真空下で高精度のメタル ALD ステップを実行し、空気の 汚染を防ぎます。

アプライド マテリアルズのロジックスケーリング ソリューションの詳細については、米 国時間 4 月 21 日に開催された当社の Master Class "New Ways to Shrink"で説明してい ます。

アプライド マテリアルズ(Nasdaq: AMAT)は、マテリアルズ エンジニアリングのソリューション を提供するリーダーとして、世界中のほぼ全ての半導体チップや先進ディスプレイの製造に寄 与します。原子レベルのマテリアル制御を産業規模で実現する専門知識により、お客様が可 能性を現実に変えるのを支援します。アプライド マテリアルズはイノベーションを通じてよりよい 未来を可能にします。

詳しい情報はホームページ www.appliedmaterials.com でもご覧いただけます。

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このリリースは4月21日、 米国においてアプライドマテリアルズが行った英文プレスリリースをアプライドマテリアルズジャパン株式会社が翻訳の上、発表するものです。

アプライドマテリアルズジャパン株式会社(本社:東京都、代表取締役社長:中尾均)は1979年10月に設立。大阪支店、川崎オフィスのほか15のサービスセンターを置き、日本の顧客へのサポート体制を整えています。

このリリースに関する詳しいお問い合わせは下記へ
アプライドマテリアルズジャパン株式会社広報担当(Tel: 03-6812-6801)
ホームページ: www.appliedmaterials.com/ja

 

April 22, 2022