GAA構造

次世代半導体向けの次世代工程「GAA構造」トランジスタ 人工知能(AI)から5G、モノのインターネット(IoT)、自動運転の自動車まで、半導体はもはや第4次産業革命時代をリードするコア技術として位置づけられています。 半導体技術が進化し、複雑になるに�

トランジスタは、ゲート(Gate)に電圧が加わると、チャネル(Channel)を通じてソース(Source)とドレイン(Drain)に電流が流れ、動作します。 従来のプレーナ(Planar)型トランジスタは、ゲートとチャネルが1つの面に接している平面(2D)構造です。トランジスタの大きさを小さくすると、ソースとドレイン間の距離が短縮してしまい、ゲートが本来の役割を果たせず、漏洩電流が生じる短チャネル(Short Channel)効果が発生するなど、動作電圧を下げるには限界がありました。 これを改善するために、FinFET (フィンフェット)という立体(3D)構造のプロセス技術が開発されました。 FinFETはその構造が魚のひれ(Fin)に似ていることから、フィントランジスタと呼ばれています。 ゲートとチャネル間の接する面が広いほど効率が高まる点に着目したFinFETは、ゲートとチャネルが3面で接する3次元構造で、接触面積を広げて半導体の性能を高めています。 サムスン電子の独自技術、MBCFET™

フィントランジスタは、今でも最先端の半導体工程に使われていますが、4ナノ以降の工程では、これ以上動作電圧を下げられないという限界が見え始めてきました。 これを解消するために新たに誕生したのが、次世代3ナノGAA(Gate-All-Around)構造です。 3ナノ以下の超微細回路に導入されるGAA構造のトランジスタは、電流が流れる4面のチャネルをゲートが完全に囲んでいて、電流の流れをより細かく制御するなど、チャネルの調整能力を最大化しました。 これにより、高い電力効率を実現することができます。 サムスン電子は去年、「サムスンファウンドリーフォーラム」でGAA(Gate-All-Around)を次世代の3ナノ工程に導入すると発表しました。 また、今年の5月に開かれた「サムスンファウンドリーフォーラム2019」では、従来のGAA構造を一層発展させた技術を披露しました。 断面の直径が1ナノメートルほどの薄いワイヤー(Wire)型のチャネルの場合、十分な電流が得られないため、その点を改善したのです。それが、紙のように薄く長い形のナノシート(Nano Sheet)を複数枚積層して性能と電力効率を高めた、独自技術「MBCFET™(Multi Bridge Channel FET)」です。 MBCFET™工程は、最新の7ナノFinFETトランジスタよりも占有スペースを45%程度抑えることができます。また、約50%の消費電力削減効果が得られると同時に、35%の性能改善効果があると期待されています。 それだけではありません。優れた設計の柔軟性によってナノシートの幅を特性に応じて調整でき、FinFET工程とも互換性が高いため、既存の設備や製造技術を活用できるという利点もあります。 GAA構造のトランジスタは、人工知能やビックデータ、自動運転、モノのインターネットなど、高性能と低電力が求められる次世代の半導体に積極的に活用されると見込まれています。 不可能な技術の限界を超え、進化し続けていくサムスン電子。これからもどうぞご期待ください。