電子レンジは2ナノメートルチップ製造の鍵となる

科学者によって改良された家庭用電子レンジは、次世代の携帯電話、コンピューター、その他の電子機器の開発に役立っています。この発明は、半導体業界が直面している大きな課題を克服するものであることが示されました。

関連する研究結果は、「溶解度限界を超えるリンを添加したナノシートシリコンのマイクロ波アニーリングによる効率的かつ安定した活性化」というタイトルで科学誌「Applied Physics Letters」に掲載されました。コーネル大学の材料科学および工学の教授であるジェームズ・ファン氏は、この論文の責任著者の一人です。

（出典：応用物理学レターズ）

チップが小さくなるにつれて、必要な電流を生成するためにシリコンにドーピング、つまりより高濃度のリンを混ぜる必要があります。現在、半導体メーカーは、高濃度ドープ材料を加熱する従来の方法では安定した特性を持つ半導体を生産するのにもはや十分ではないという重大な限界に達しています。

半導体メーカーTSMCは、理論的にはマイクロ波を使って過剰なドーパントを活性化できると考えている。しかし、家庭用電子レンジが食品を不均一に加熱することがあったのと同様に、従来の電子レンジによるアニーリング装置では「定在波」が発生し、ドーパントの均一な活性化が妨げられる傾向がありました。

図 |電子顕微鏡下のチップ（出典：Wikipedia）

この目的のために、TSMC は Hwang 氏と協力し、改造した電子レンジを通じて定在波が発生する場所を選択的に制御し、シリコン結晶を過熱したり損傷したりすることなくドーパントを適切に活性化しました。

「この発見は、2025年頃に生産される半導体材料や電子製品の製造に利用できる可能性がある」とファン氏は語った。

さらにファン氏は、「現在、3ナノメートルの半導体材料を生産している企業はわずか数社しかない。この新しいマイクロ波法は、TSMCやサムスンなどのチップメーカーがサイズを2ナノメートルまで縮小することを可能にする可能性がある」と述べた。

写真: 改造された電子レンジの隣にいるジェームス・ファン氏 (右)。

この画期的な進歩により、チップに使用されるトランジスタの形状が変化する可能性があると報告されています。

20 年以上にわたり、各チップにより多くのトランジスタを搭載するために、トランジスタは背びれのように直立するように作られてきました。

近年、チップメーカーはトランジスタを水平に積み重ねることができる新しい構造の実験を始めています。マイクロ波アニーリングにより、より多くのドープされた材料が可能になり、それが新しい構造を実現するための鍵となります。

参考文献:

https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0099083