酸化物半導体積層から不確実性を取り除く手法

東京、日本 – 3D 集積回路は、消費者の多大な要求を満たすためにエレクトロニクスの効率を向上させるための重要な部分です。 それらは常に開発されていますが、理論的な発見を実際のデバイスに変換することは簡単ではありません。 今回、日本の研究チームによる新しい設計により、これらの理論が現実になる可能性があります。

東京大学生産技術研究所の研究者らは、VLSIシンポジウム2023に向けて最近発表された研究で、ナノシート酸化物半導体の堆積プロセスを報告した。 このプロセスにより得られる酸化物半導体は、高いキャリア移動度を有し、トランジスタとしての信頼性が高い。

3D 集積回路は複数の層で構成されており、それぞれが全体的な機能において役割を果たします。 酸化物半導体は、低温での加工が可能でありながら、キャリア移動度が高く、電荷リークが少なく、高電圧にも耐えられることから、さまざまな回路部品の材料として注目されています。

電極が集積プロセス中に酸素にさらされて酸化する可能性があるプロセスでは、金属ではなく酸化物を使用することにも利点があります。

しかし、デバイスの製造において酸化物半導体材料の非常に薄い層を確実に堆積するために必要なプロセスの開発は困難であり、現在まで完全には確立されていません。 最近、研究者らは、大規模集積に適した層を生成する原子層堆積（ALD）技術を報告しました。

「私たちのプロセスを使用して、電界効果トランジスタ (FET) の系統的な研究を実施し、その限界を確立し、その特性を最適化しました」と、この研究の筆頭著者である Hikake Kaito 氏は説明します。 FET は半導体内の電流の流れを制御します。 「成分の比率を調整し、製造条件を調整した結果、ノーマリーオフ動作と高い信頼性を実現するマルチゲート ナノシート FET の開発につながりました。」

その結果、選択した酸化物半導体を ALD で製造した FET が最高の性能を発揮することが明らかになりました。 マルチゲートナノシート FET は、高いキャリア移動度および信頼性特性とノーマリーオフ動作を組み合わせた最初のものであると考えられています。

「エレクトロニクスなどの急速に変化する分野では、概念実証の結果を産業に関連するプロセスに変換することが重要です」と上級著者の小林正治氏は述べています。 「私たちの研究は、高機能を備えた製造可能な 3D 集積回路に対する市場のニーズを満たすデバイスの製造に使用できる堅牢な技術を提供すると信じています。」

この研究の結果は、半導体を使用した電子デバイスの製造における大きな障害の 1 つに対する解決策を提供しました。 これにより、より多くの高機能エレクトロニクスの設計が実際の製品に導入されることが期待されます。