Applied Materialsは2月12日、ソウルで記者懇談会を開き、2nm以下のプロセスでGAA（Gate-All-Around）トランジスタの性能と電力効率を高める新たな材料工学技術を発表した。ナノシートの原子レベル処理に対応する「Viva」、オングストロームレベルの3Dトレンチ形成を担う「Sym3 Z Magnum」、モリブデン成膜を行う「Spectral」の3製品を披露した。

懇談会では、AIの普及に伴って半導体の電力効率改善が一段と重要になっているとの認識を示した。ケビン・モラエス半導体製品マーケティング担当バイスプレジデントは、「過去15年間でエネルギー効率は1万倍改善してきたが、今後15年でもさらに1万倍の改善が必要になる」と述べた。その上で、GAAと背面電源は、動作電圧の引き下げやリーク電流の抑制、電力供給経路の短縮を通じて、より高効率なロジック素子の実現に寄与すると説明した。

同社が今回とくに強調したのは、GAAトランジスタのナノシートを原子レベルで精密に制御する技術だ。ナノシートは数nm幅の超薄膜シリコンで構成されるため、表面の粗さや汚染といったわずかな差異でも電気特性やチップ全体の性能に影響しやすい。表面をクリーンかつ均一に保つことが、チャネル内の電子移動度を高め、トランジスタのスイッチング性能を左右するという。

こうした課題に対応する装置として、Applied Materialsは3製品を紹介した。Vivaはナノシート表面を原子レベルで処理するラジカル処理システム、Sym3 Z Magnumはオングストローム級の3Dトレンチ形成に対応するエッチングシステム、Spectralは従来のタングステンに代えてモリブデンを成膜し、コンタクト抵抗を最大15％低減するALDシステムとして位置付ける。

同社によると、これらのシステムはすでに複数の先端ファウンドリーおよびロジック半導体メーカーで採用されている。プラブ・ラジャ半導体製品グループ（SPG）社長は、新システム群が一体となって発揮する効果について、「GAAへの移行で得られる電力効率向上の中でも重要な役割を担う」と述べた。

Vivaラジカル処理システムは、ナノシート表面のオングストロームレベルの精密制御を可能にする。中核となるのは、超高純度のラジカル種を生成する特許取得済みの搬送アーキテクチャだ。Applied Materialsのリモートプラズマソースと各種ハードウェア技術を組み合わせることで、表面構造を損傷し得る高エネルギーの荷電イオンを除去し、ダメージの少ない処理環境を実現するという。深く埋め込まれたトランジスタ構造でも均一な表面処理が可能で、同社は2nm以下ノード向けの先端工程で、すでにロジック半導体メーカーが採用しているとした。

Sym3 Z Magnumエッチングシステムは、第2世代パルス電圧技術「PVT2」を採用した。従来は、イオンの指向性とウエハー近傍のプラズマ制御の間にトレードオフがあったが、PVT2ではイオン角度とイオンエネルギーを独立して調整できる。これにより、より精密に制御したイオン軌道をウエハー表面に直接届けられるとしている。同社は、同装置が2nmロジック製造の標準装置としての地位を確立し、世界で250を超えるチャンバーが導入されたと説明した。

Centris SpectralモリブデンALDシステムは、単結晶モリブデンを選択成膜し、従来のタングステンベースのシステムに比べて主要コンタクト抵抗を最大15％低減する。2nm以下では、各トランジスタを配線ネットワークにつなぐ微細な金属コンタクトが薄膜化し、チップ全体の抵抗上昇を招く要因になっている。Applied Materialsは、従来のタングステンではナノスケールで電子伝導効率が落ちやすい一方、モリブデンはより薄い膜厚でも効率的な電子の流れを維持できると説明した。

プラブ・ラジャ社長は「AIの急速な進展はコンピューティング性能を限界まで押し上げており、その革新はトランジスタから始まる」と述べた。さらに「オングストローム時代に向けて、Applied Materialsは電力効率に優れたコンピューティングを支える材料工学の革新を提供している。今回発表したシステムは、トランジスタと配線領域で当社が培ってきた技術的リーダーシップをさらに拡張するものであり、顧客のロードマップ加速を後押しする」と強調した。