メタルゲートALD、AMATは工程連結で差｜ASMとTELは同種の反応室を最大4室

メタルゲートとは、ゲート絶縁膜の外側に積み、しきい値電圧を決める金属層を指す。Applied Materials（AMAT）のEndura Trillium ALDは、この層の複数の金属成膜工程を1台にまとめ、高真空を保ったままナノシートのすき間に積む¹装置だ。競合もメタルゲート向けのALD装置を持つ。各社の製品ページによれば、ASMは、CMOSのゲートスタック向けに金属と絶縁膜を積むXP4 EmerALDを最大4室²、high-k膜を積むXP4 Pulsarを最大4室³まで1台に載せる。東京エレクトロン（TEL）のTriase+ EX-II TiNも⁴、メタルゲートを用途に挙げ、最大4室を束ねる。構成には違いがあり、ASMとTELが示すのは同じ種類の反応室を並べる構成で、Trilliumは複数の金属成膜工程をつなぐ構成だ。

AMATがTrilliumの差として挙げるのは3点だ。1つ目は、高真空を保つEnduraの上で複数の金属成膜をつなぐこと。2つ目は、GAAの狭いすき間に合わせて、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たこと。3つ目は、非破壊のX線分析でゲート金属の組成を確かめる計測システムと組み合わせたことだ。Lam Researchが製品ページで金属ALDとして掲げるALTUSの用途は、WとMoのコンタクトやビアだ。

メタルゲートは、high-k膜の上に、しきい値電圧を動かす層と金属を重ねる

GAAのゲートは、ナノシートを囲む絶縁膜と、その外側の金属層からなる。AMATの講演原稿によれば、絶縁膜には酸化ハフニウムを使い、同社のCentura DPN HDで窒素を入れてから熱処理で結合を強める⁵。その外側に、しきい値電圧を決める仕事関数金属を積み、最後に抵抗の低い金属で埋める。AIアクセラレーター向けには低いしきい値電圧、スマートフォン向けには高いしきい値電圧を選び、その作り分けを金属の構成で行う。GAAでこの膜が約10 nmのすき間に入る事情はAMATのGAA向け成膜装置で説明した。

すき間が狭いほど、厚さを足さずにしきい値電圧を動かす方法が要る。その1つがダイポール層で、high-k膜の界面に置いた薄い層がしきい値電圧をずらす。imecの研究者らは2024年のVLSIシンポジウムで、ゲート長16 nmのGAAナノシートnFETに希土類酸化物のダイポールを入れ、約50 mV刻みでしきい値電圧を調整し、ばらつきと性能を保った⁶と報告した。AMATも、Trilliumの新機能に体積をほとんど取らないダイポール材料への対応を挙げている。

仕事関数金属のALDは3社とも用途に挙げ、しきい値電圧を調整する層まで挙げるのはApplied Materials（ダイポール材料）とASM（キャップ層）だ。1台の構成は、AMATが工程の数、ASMとTELが室の数で示す。

ASMはhigh-k膜とキャップ層、TELはTiNの反応室を、それぞれ最大4室まで束ねる

ASMのXP4 Pulsarは、ハフニウム系high-k膜への切り替えを支えた反応室で³、FinFETのような3D構造でも使われている。同社は用途に、high-kのゲート絶縁膜に加えて、メタルゲートの仕事関数を調整するhigh-kキャップ層³を挙げる。固体の原料を気化して送る仕組みを持ち、ASMは固体原料が液体原料より膜の特性で勝るとする。XP4 EmerALDは、シャワーヘッドで原料ガスを均一に送り、反応室の容積を小さくしてALDの処理を速くする²設計で、用途にメタルゲートの層を挙げる。

TELのTriase+ EX-II TiNは、ASFDと呼ぶ低温の逐次供給法でTiN膜を高い段差被覆で積む枚葉装置だ⁴。用途はコンタクトのバリア、キャパシター電極、ワード線のバリア、メタルゲートで、上位機のEX-II TiN Plusは複雑な構造の上での膜の均一さを売りにする。TELがメタルゲート向けに挙げる膜はTiNだ。

AMATの差は真空、薄膜化、計測の組み合わせにある

AMATは、Enduraがクリーンルームの大気中の不純物からウェーハを守る極めて高い真空¹を保つことを、ナノシートの間に複数の材料を積むうえで欠かせない点に挙げる。真空のまま工程をつなぐ考え方は、同社がコンタクトでも採っている。その例はコンタクト抵抗と真空一貫処理にある。

実績について、AMATは次のように述べる。Trillium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¹装置で、2 nm以下のGAAでも大手ロジックメーカーが採用を始めたという。講演では、Trilliumを非破壊の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、成膜と測定の間で即時にフィードバックする⁵と説明した。AMATは同じ講演で、GAAトランジスタの材料工学で業界の投資の約50%を取る1位にあると述べている。

ASMも統合を打ち出す。同社は2025年9月のInvestor Dayで、ALDで首位のシェアを保ち、最初の世代のGAAで3 nm FinFETより対象市場が4億ドル増えた⁷と述べた。同じ場で、反応室を束ねて工程をつなぐAI/ML対応のプラットフォームと、複数のしきい値電圧（multi-Vt）や選択ALDの技術を紹介するとした。AMATとASMは、ともにゲートの層の作り分けと工程の統合を売りにしている。

Lamが金属ALDの用途に挙げるのは、WとMoのコンタクトとビアだ

Lam Researchが製品ページで挙げるALD装置は、Wの配線と接続部の金属膜を積むALTUSと、絶縁膜を積むStrikerだ⁸。ALTUSはMoのALDにも対応し、4つの処理ステーションを1つのモジュールに持つ⁹。LamとAMATがMoのALDで競う場はロジックのコンタクトで、両社の主張はMo ALDのAppliedとLamで比べた。GAAへの移行で各社の成膜の対象市場がどれだけ増えるかは、GAA移行の装置需要にまとめている。

関連ページ

• 装置・品質AMATのGAA向け成膜装置
• 装置・品質GAAの電気不良を工程へ戻す対応表
• 前工程Mo ALDのAppliedとLam
• 前工程コンタクト抵抗と真空一貫処理
• 前工程GAA移行の装置需要
• 前工程酸化・成膜・薄膜形成
• 企業研究企業研究：Applied Materials
• 企業研究企業研究：ASM International
• 企業研究企業研究：東京エレクトロン
• 企業研究企業研究：Lam Research

出典

9件を表示

1. 1
   Applied Materials：GAA向け成膜装置Precision Selective Nitride PECVDとTrillium ALDの発表（2026年4月）ir.appliedmaterials.com ↩abc
2. 2
   ASM：XP4 EmerALD、ゲートスタック向けの金属と絶縁膜のALD（2026年10月閲覧）asm.com ↩ab
3. 3
   ASM：XP4 Pulsar、high-k膜と仕事関数調整用キャップ層のALD（2026年10月閲覧）asm.com ↩abc
4. 4
   東京エレクトロン：Triase+シリーズ、EX-II TiNの用途と構成（2026年10月閲覧）tel.com ↩ab
5. 5
   Applied Materials：Logic Master Class講演原稿、ゲート絶縁膜とメタルゲートの成膜（2026年4月）appliedmaterials.acquiadam.com ↩ab
6. 6
   IEEE VLSIシンポジウム：希土類酸化物ダイポールによるGAAナノシートnFETのしきい値電圧調整、imecのArimuraら（2024年6月）doi.org ↩
7. 7
   ASM：Investor Day、ALDのシェアとGAAでの対象市場の増加（2025年9月）globenewswire.com ↩
8. 8
   Lam Research：成膜の工程と製品、ALTUSとStriker（2026年10月閲覧）lamresearch.com ↩
9. 9
   Lam Research：ALTUS製品群、W・MoのALDとCVD（2026年10月閲覧）lamresearch.com ↩