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» 2016年09月27日 09時30分 UPDATE

福田昭のデバイス通信(90):「SEMICON West 2016」、7nm世代以降のリソグラフィ技術(imec編) (1/2)

imecは次世代のリソグラフィ技術を展望するフォーラムの講演で、半導体デバイスの微細化ロードマップを披露した。このロードマップでは、微細化の方向が3つに整理されている。シリコンデバイスの微細化、シリコン以外の材料の採用、CMOSではないデバイスの採用だ。imecは、CMOSロジックを微細化していく時の課題についても解説した。

[福田昭,EE Times Japan]

10nm世代、7nm世代、5nm世代、3nm世代、2nm世代を展望

 半導体製造装置と半導体製造用材料に関する北米最大の展示会「SEMICON West 2016」が7月12〜14日に米国カリフォルニア州サンフランシスコのモスコーンセンター(Moscone Center)で開催された。12日には「FORUM」(フォーラム)と称する併設の講演会があり、専門テーマに関する解説や展望などを数多くの研究者や技術者、経営者などが発表した。

 中でも興味深かったのは、次世代のリソグラフィ技術を展望するフォーラムである。午前中には「Lithography: Charting a Path, or Paths, Between Nodes 10 and 5」と題するフォーラムが、午後には「Node 10 to node 5 - Dealing with the Slower Pace of Traditional Scaling」と題するフォーラムが開催された。本コラムの前回までは、午前のフォーラムから主だった講演の概要をご報告した。今回からは、午後のフォーラムから主な講演の概要をご紹介しよう。

 今回は、imecのVice President Business Developmentを務めるLode Lauwers氏の講演概要をご報告する。講演タイトルは「IOT Driven Innovation in imec’s Nanoelectronics Platform: The Unpaved Road to “Node 5” and Beyond」である。

 Lauwers氏は、研究開発専門組織であるimecが世界各地域の企業や大学と連携することで、研究開発のプラットフォームとエコシステムを構築していることを、最初に説明した。

 それから半導体デバイスの微細化ロードマップを披露した。現行世代(N世代)を16/14nm世代としてN+1世代を10nm世代、N+2世代を7nm世代と区切っていく。そして最も将来の世代は、5世代も先であるN+5世代(2nm世代)と定義した。2nm世代が本当に到来するのかについては疑問の余地があるものの、ここまで先をimecが検討していることにはいささか驚いた。

 imecは半導体デバイスのロードマップを3つの方向に整理してみせた。1つは、従来のSiデバイスを微細化する方向(Si Extension)である。FinFETを基本に、N+1世代(10nm世代)ではフィン(Fin)の高さを伸ばし、N+2世代(7nm世代)ではフィンをさらに高くするとともにフィンの密度を上げる。N+3世代(5nm世代)ではシリコンナノワイヤをフィンの換わりに導入する。さらに先の世代は不透明だ。

 もう1つは、Si以外の材料を採用する方向(Beyond Silicon)である。Siを使わないというのではなく、Si以外の材料を導入することでトランジスタの性能を高める。SiGe、Ge、III-V族といった候補がある。早ければN+3世代(5nm世代)から導入が始まる。横型のマルチナノワイヤチャンネルはもちろんのこと、N+5世代(2nm世代)では縦型のマルチナノワイヤチャンネルにSi以外の材料を組み合わせていく。またN+4世代(3nm世代)からは、CMOSデバイスを構成するnチャンネルFETとpチャンネルFETを積層する3次元(3D)ICを導入する可能性もある。

 第3の方向は、CMOSではないデバイスを採用する方向(Beyond CMOS)である。デバイスの動作原理そのものが電界効果トランジスタ(FET)とは違う。新しい動作原理と新しい機能を備えた能動素子である。例えばスピントロニクス、2次元(2D)デバイス、スティープスロープデバイス、不揮発性ロジックなどが候補であり、基礎研究が進められている。

半導体デバイスの将来世代に関するロードマップ。imecの講演スライドから(クリックで拡大)
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