AMATのGAA成膜装置、STIとゲート金属向け2 nm以下で大手ロジックが採用開始
Applied Materials（AMAT）が2026年4月8日に発表した成膜装置2機種は1、GAAトランジスタで成膜が性能と歩留まりを左右する場所として、STIの上面と、ナノシートを包むメタルゲートの2か所を挙げている。STIとは、隣り合うトランジスタの間に掘って酸化膜で埋めた素子分離の溝を指す。AMATの説明では、この酸化膜が後の工程で削れて高さが下がると、寄生容量とリークが増える。メタルゲートは約10 nm間隔のナノシートを全周から包むので、膜のすき間や厚さのむらがしきい値電圧のばらつきになる。AMATは前者にProducer Precision Selective Nitride PECVD、後者にEndura Trillium ALDを当て、どちらも2 nm以下のGAAで大手ロジックメーカーが採用を始めたとしている。
AMATの説明を読む限り、2機種の違いは工程そのものが新しいかどうかにある。同社はPrecision Selective Nitrideを業界初のボトムアップの選択窒化膜成膜2と位置づける。一方Trilliumについては、複数世代のFinFETでメタルゲート成膜の基準になってきた装置1と位置づけ、より薄い仕事関数金属と、体積をほとんど取らないダイポール材料に対応させてGAA向けに作り込んだとする。
GAAでは、ナノシートの間のすき間を成膜が決める
Section titled “GAAでは、ナノシートの間のすき間を成膜が決める”GAA（ゲート・オール・アラウンド）は、電流の通り道を薄いシリコンのナノシートに分け、その四方をゲートで囲むトランジスタだ。三方を囲むFinFETより、ゲートがチャネルを制御する力が強い。AMATによれば、GAAトランジスタの3D構造を作るには500を超える工程1が要り、その多くで原子の大きさに近い許容差の成膜が求められる。
AMATの講演原稿によると、ナノシートの間隔は露光ではなく成膜で決まり、最小で10 nmほどだ2。このすき間に5種類の材料を原子層単位で、300 mmウェーハの全面で均一に積む。同じ原稿が示す工程の順は、SiとSiGeを交互に積むエピ、STIの溝の加工と酸化膜の埋め込み、ソース/ドレインの形成、SiGeの選択除去、ゲート絶縁膜とメタルゲートの成膜だ。STIは流れの早い段階で作られ、その後の多くの工程を通る。
STIの酸化膜は後の工程で削れる。AMATは先に下げて窒化膜で蓋をする
Section titled “STIの酸化膜は後の工程で削れる。AMATは先に下げて窒化膜で蓋をする”STIは、隣り合うトランジスタの間に溝を掘り、シリコン酸化膜で埋めて電気的に分ける構造だ。AMATは、分離が弱いとトランジスタの間で電荷が漏れて容量が増え、速度が落ちて電力を無駄にする2と説明する。GAAではこの溝がデバイスの中で最も細い構造の1つになり、量産で分離の質を保ちにくい1。
削れの原因は、溝を埋めた後に来る、酸化膜を選んで削る処理だ。AMATの講演原稿は、後の工程の一部が酸化膜を優先して削るので、意図せずSTIを下げてしまう2と述べる。
Precision Selective Nitrideの手順は2段階だ。まずSTIの酸化膜を狙った高さまでエッチングで下げ、できたくぼみを窒化シリコンで埋める。窒化膜は、酸化膜を削る後の処理を受けても下がらない。難しいのは、窒化膜を下げた酸化膜の上だけに付け、他の場所には付けないことだ。AMATはこの成膜を業界初のボトムアップの選択窒化膜2と呼び、下の膜や構造を傷めない低温で処理する1。同社は、溝の元の形と高さを保つことで、寄生容量とリークが下がり、電力あたりの性能が上がるとしている。
ゲートは複数の金属を積んでしきい値電圧を決める。Trilliumはそれを真空のまま1台で積む
Section titled “ゲートは複数の金属を積んでしきい値電圧を決める。Trilliumはそれを真空のまま1台で積む”メタルゲートは、ゲート絶縁膜の外側に積む複数の金属層だ。AMATの説明では、まずしきい値電圧を決める仕事関数金属を積み、その上を抵抗の低い金属で埋める。しきい値電圧は、トランジスタをオフからオンに切り替えるのに要る最小の電圧だ。同社は、AIアクセラレーターでは低いしきい値電圧で速く切り替え、スマートフォンでは高いしきい値電圧でリーク電力を抑える2と例を挙げ、この作り分けをゲートの金属構成で行うと説明する。
GAAでは、この金属膜が約10 nm間隔の複数のナノシートを全周から包む。AMATは、膜にすき間や不均一があると切り替え特性がばらつき、性能、消費電力、信頼性、歩留まりを損なうとし1、従来の金属成膜ではこの要求に応えにくいとする。原子がまっすぐ飛ぶ成膜では、溝の入口に先に膜が付く。ALDは前駆体と反応ガスを交互に流し、表面が1層覆われると反応が止まる。2023年の査読総説は、この自己制限的な層ごとの成長が、3D構造の上でも均一で穴のない膜をオングストローム単位の厚さ制御で作るとしている3。
Trillium ALDは、複数の金属成膜工程を1台にまとめ、トランジスタごとにしきい値電圧を調整できるようにした装置だ。AMATによれば、土台のEnduraプラットフォームは極めて高い真空を保ってクリーンルームの大気中の不純物からウェーハを守る1。AMATは、GAAのノードではわずかな汚染でも性能、電力、信頼性に響くので2、この真空が要るとする。同社は、膜厚をオングストローム級（1 Å = 0.1 nm）で制御でき、非破壊のX線分析でゲート金属の組成と均一さを確かめる計測システムと組み合わせているとも説明する。ASMや東京エレクトロンもメタルゲート向けのALD装置を出しており、各社の比較はメタルゲートALDの装置比較にまとめた。
電気測定で見つかった不良をこの2か所へ戻すとき、同じ症状は基板の寄生チャネルや金属の結晶粒からも出る。その切り分けはGAAの電気不良を工程へ戻す対応表で扱う。
AMATは、GAAトランジスタの材料工学で業界投資の約50%を占めると述べる
Section titled “AMATは、GAAトランジスタの材料工学で業界投資の約50%を占めると述べる”AMATは同じ講演で、この2機種を含む多くの製品によって、GAAトランジスタの材料工学で業界の投資の約50%を占める1位にある2と述べた。GAAへの移行で装置市場がどれだけ増えるかはGAA移行の装置需要、各社の最新装置の顔ぶれはTEL、AMAT、Lamの最新装置と注目技術にある。講演の動画は、STIとメタルゲートの工程をアニメーションで示している。
動画: Applied Materials公式YouTube「2026 Logic Master Class Video Replay」
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