アプライド マテリアルズ DRAMスケーリングに向けたマテリアルズ エンジニアリング ソリューションを発表

 

• 新しいハードマスク材料Dracoをエッチング装置Sym3 Yに協調最適化することにより、DRAMキャパシタのスケーリングを加速
• アプライド マテリアルズが先駆的に開発したLow-k絶縁材料Black DiamondをDRAMに応用することで、周辺ロジックにおける配線スケーリング課題が克服可能に
• 先端DRAMへの採用が進むHigh-kメタルゲートトランジスタは性能と消費電力の向上および周辺ロジックの微細化を支え、面積あたりコストを改善

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5月5日（現地時間）、メモリ業界のお客様に向けて、DRAMのさらなるスケーリングとチップのPPACt（性能、消費電力、面積あたりコスト、市場投入までの期間）改善を3つの新しい手法で加速するマテリアルズ エンジニアリング ソリューションを発表しました。

グローバル経済におけるデジタル革命は、DRAMへの記録的な需要の伸びをもたらしています。IoTは何千億個もの新しいエッジデバイスを生み出しており、そこからクラウド処理のため送信されるデータは指数関数的に増大しています。これを受けて業界では、DRAMの面積あたりコスト削減に向けたスケーリングを可能にしながら、処理の高速化と消費電力の低減化をもたらすブレークスルーが緊急に求められています。

アプライド マテリアルズはDRAM分野のお客様との協働により、微細化、性能向上、消費電力低減を実現する3つの新しいマテリアルズ エンジニアリング ソリューションの製品化を進めています。各ソリューションはDRAMの3分野、すなわちストレージキャパシタ、インターコネクト配線、ロジックトランジスタに焦点を置いています。これらのソリューションは量産立ち上げ段階にあり、今後数年間でアプライド マテリアルズのDRAM関連の売上を大幅に押し上げると見込まれています。

キャパシタスケーリング用の新ハードマスクDraco™

DRAMチップではダイ面積の55%以上がメモリアレイで占められ、メモリセルの高密度化はビット当たりコストを引き下げる最大の鍵となります。データは、垂直に並ぶ微細な円柱形のキャパシタ（コンデンサ）に電荷として保存されます。十分な電子数を蓄積するには、キャパシタの表面積をできるだけ大きくする必要があります。DRAMメーカーはキャパシタ孔の径を狭めながらも、孔の長さを伸ばして表面積の最大化を図っていますが、その結果DRAMスケーリングに新たな技術課題が出現しました。エッチングによって深いキャパシタ孔を形成しようとすると、キャパシタ孔のパターンを転写したハードマスク材料がステンシルマスクとして機能する限界を超えてエッチングされる恐れがあります。もしこのハードマスク材料がエッチングされ消失すると、キャパシタ孔のパターン形状が崩れます。一方、ハードマスクを厚くすることは実用的ではありません。その厚みがキャパシタ孔の高さに加わるので、ある限度を超えるとエッチング副生成物が残留しやすくなり、孔の曲がりやねじれ、深さのばらつきなどを引き起こすからです。

アプライド マテリアルズのソリューションは、新しいハードマスク材料Draco™です。この材料はアプライド マテリアルズのエッチング装置Sym3® Yと合わせて使えるよう協調最適化されており、このプロセスをアプライド マテリアルズの電子ビーム測定・検査装置PROVision® でモニターすることにより、毎時50万回近い計測を行うことが可能です。Dracoハードマスクはエッチング選択性を30％以上高めるため、マスクの膜厚をより薄くすることが可能です。DracoとSym3 Yの協調最適化は、高度なRFパルスにより、エッチングと副生成物除去を同期させ、まっすぐで均一な正円柱形のパターン孔の形成を可能にします。PROVision は、キャパシタの均一性を左右するハードマスクのCD均一性に関して、即時実行性のあるデータを大量に生成します。アプライド マテリアルズのソリューションは局所的なCDばらつきを50％改善し、ブリッジ欠陥を100分の1に低減してお客様の歩留まり向上を実現します。

アプライド マテリアルズのセミコンダクタ プロダクトグループでグループバイスプレジデントのラマン・アチュタラマン（Raman Achutharaman）は、「お客様が抱えるマテリアルズ エンジニアリングの課題を迅速に解決するベストの方法は、前後の工程を協調最適化し、大量の計測データとAIを用いてプロセス変数を最適化することです」と述べています。

Low-k絶縁膜Black Diamond®をDRAM市場に投入

DRAMスケーリングの第2の鍵は、メモリアレイと信号をやり取りする配線の占有面積を縮小することです。こうした金属配線はどれも絶縁材料で覆われていますが、DRAMメーカーは過去25年にわたって、絶縁材料にシランないしテトラエトキシシラン（TEOS）のいずれかのシリコン酸化物を用いてきました。配線層を縮小化することでDRAMのダイサイズも小さくなりましたが、新たな技術課題も生まれています。配線層間膜が薄くなりすぎて金属線の容量性カップリングを防ぎきれなくなり、信号が相互干渉を起こして消費電力増、低速化、発熱増大、信頼性低下などのリスクを招いているからです。

この問題を解決するのがBlack Diamond®です。これは最初、先端ロジックデバイスで採用されたLow-k絶縁材料です。DRAMのデザインがロジックデバイス同様のスケーリング課題に直面しつつある今、アプライド マテリアルズはBlack DiamondをDRAM市場に展開し、高生産性プラットフォームProducer® GT上でこれを提供しています。DRAM用のBlack Diamondは、より微細でコンパクトなインターコネクト配線を実現するので、信号がチップ内を数ギガヘルツの速度で行き来しても干渉が起きず、消費電力も低く抑えます。

High-kメタルゲートトランジスタでDRAMのPPACを改善

DRAMスケーリングの第3の鍵は、周辺ロジック回路に用いられるトランジスタの性能、消費電力、面積あたりコストを改善してI/O（入出力）操作を強化し、新しいDDR5規格などに沿った高性能DRAMのニーズに応えることです。

ポリシリコン酸化膜ベースのトランジスタは現在もDRAMに使われていますが、ファウンドリ・ロジックでは28nmノードまでに徐々に姿を消しています。その理由は、ゲート絶縁膜がきわめて薄くなると電子リークが生じやすくなり、無駄な電力消費が発生して性能も頭打ちとなるからです。ロジックメーカーが代わりに採用したHigh-kメタルゲート（HKMG）トランジスタは、ポリシリコンに代えてメタルゲートを利用するほか、絶縁膜にはゲート容量、リーク、性能の改善をもたらす酸化ハフニウムを採用しています。今日ではメモリメーカーもHKMGトランジスタを先進的なDRAM設計に組み入れ、性能、消費電力、面積あたりコストの向上を図ろうとしています。ロジックと同様DRAMでも、いずれポリシリコントランジスタに代わってHKMGが増えてくると見られます。

DRAMにおけるこの技術転換は、アプライド マテリアルズに成長の機会をもたらします。HKMGの材料スタックはより複雑かつ繊細で、製造が難しいため、アプライド マテリアルズのEndura® Avenir™ RFPVDを利用して前後の工程を真空内で処理するソリューションが業界ではよく使用されています。また、HKMGトランジスタの特性を詳細にチューニングして性能を最適化する際には、アプライド マテリアルズのCentura® RP Epiをはじめとするエピタキシャル成長装置や、RadOx™ RTP、 Radiance® RTPおよびDPNなどの薄膜処理装置が効果を発揮します。

「DracoハードマスクとLow-k絶縁膜Black Diamondは主要なDRAMメーカーに採用されており、初のHKMG DRAMの導入も始まっています。今後数年間にこうしたDRAM技術の転換が進めば、アプライド マテリアルズには数十億ドル規模の売上増が見込まれるでしょう」とアチュタラマンは付け加えています。

こうしたテクノロジーの成長見通しに関する追加情報は、米国時間5月5日にアプライド マテリアルズが開催した2021 Memory Master Classで説明しています。詳細は当社ウェブサイトの株主・投資家向け情報ページ（https://ir.appliedmaterials.com）をご参照ください。

将来予想に関する記述について
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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未来をひらく技術を可能にします。

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

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このリリースは5月5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16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。