ARMから見た7nm CMOS時代のCPU設計（14）〜次々世代の異次元トランジスタ：福田昭のデバイス通信（25）（1/2 ページ）

今回は、トランジスタ密度をFinFETに比べて、より高められる素子の構造について触れる。代表的なものが、円筒状のチャンネルをウエハー表面と平行に配置する「ホリゾンタルナノワイヤ（HNW）」と、垂直に配置する「バーチカルナノワイヤ（VNW）」である。

[福田昭，EE Times Japan]

円筒状チャンネルの周囲をゲートで取り囲む

　前々回に述べたように、FinFET（フィンフェット）の時代はプレーナFETの時代に比べると、はるかに短いと予想されている。シリコン面積当たりのトランジスタ数（トランジスタ密度）を、FinFETに比べてより高められるデバイス構造が求められる。

　その有力な候補が、円筒状のチャンネルの側壁をゲートで囲んだ構造のトランジスタである。「GAA（Gate All Around） FET」、「全周ゲート型トランジスタ」などと呼ばれる。円筒チャンネルの方向は横方向（ウエハー表面と平行な方向）である。円筒の直径は10nm以下であり、ナノメートルサイズの細長い線（ワイヤ）のようであることから、ナノワイヤ（NW）と呼ぶことが少なくない。また、「ホリゾンタルナノワイヤ（HNW）」と呼ばれることもある。

　チャンネルの半導体材料はシリコン（Si）が最初の候補である。この場合は「シリコンナノワイヤFET」と呼ぶことが多い。チャンネルの材料をキャリア移動度の高いゲルマニウム（Ge）やインジウム・ガリウム・ヒ素（InGaAs）にすることも試みられている。

　GAA FETの最大の特徴は、ゲート電極による制御性が限界まで高まることだ。特にオフ電流の特性が良好で、オフ電流の値をFinFETやプレーナFETなどに比べ、非常に小さくできる。問題はオン電流があまり大きくないことだ。このため、チャンネルを1本ではなく、3本〜4本に増やして電流量を高めたGAA FETが試作されている。

FinFET（左）とGAA FET（右）。ピンク色の部分は半導体、青色の部分はゲート電極、灰色の部分は絶縁体である（クリックで拡大） 出典：ARM

GAA FETのチャンネルを増やして電流量を高める。左はチャンネルが1本のGAA FET。右はチャンネルを縦に3本、積層したGAA FET（クリックで拡大） 出典：ARM