National University of Singapore、京都大学、KAIST、UNISTの研究成果から、チップ設計における異なる課題に対処する3つのアプローチが明らかになった。銅配線の絶縁層の薄型化、非常に高い温度での炭化ケイ素トランジスターの動作、酸化物製の垂直チャネルトランジスターの安定性向上である。
2つの機能を兼ね備えるカーボン絶縁膜
National University of Singaporeの研究者らは、寸法が継続的に縮小する銅配線を絶縁するため、原子レベルの厚さを持つアモルファスカーボン膜を開発した。この膜は、厚さ0.8～2.7ナノメートルの範囲で1.35の誘電率を維持し、銅イオンの通過を防ぐとともに、強い電界にも耐えた。
この膜は300℃未満の温度で化学気相成長法を用いて製造され、二酸化ケイ素、銅、コバルトの上に直接成長させられた。成長は4インチのウェハー全体に均一に及び、パターニングされた構造の側面や角も含まれていた。
厚さ0.8ナノメートルの場合、この膜は絶縁性能を失う前に、1センチメートル当たり28～31メガボルトの電界に耐えた。この成果の重要性は、低誘電率（low-k）絶縁と、単一層内で銅の移動を防ぐバリアを組み合わせた点にある。これにより、銅配線そのものにより大きな空間を残せる可能性がある。ただし、研究チームはTSMCと協力して長期信頼性、スケーラビリティ、既存の製造プロセスとの互換性を検証する計画であり、これらの点はまだ決着していない。
600℃に達する環境向けのSiCトランジスター
京都大学の研究者らは、炭化ケイ素（SiC）相補接合型電界効果トランジスター（SiC JFET）を開発し、600℃での動作を実証した。
この設計では、しきい値電圧の制御を改善するためにボトムゲートを採用するとともに、高温時のリーク電流を抑えることを目的に、半絶縁性基板ではなくウェルを基盤とする絶縁を採用した。この構造により、リークはSiC材料について予測される理論限界に近い水準まで低減された。
この成果はまだ研究段階にあり、研究チームはより複雑な回路の開発、ウェハーレベルでの生産への移行、パッケージ全体が過酷な環境に耐えられることの確認を目指している。
インメモリーコンピューティング回路向けの多層絶縁体
KAISTとUNISTの研究者らは、酸化物製の垂直チャネルトランジスターの性能を向上させるため、窒化ケイ素／二酸化ケイ素／窒化ケイ素（SiN/SiO₂/SiN）の多層絶縁構造を開発した。この構造は、インメモリーコンピューティングデバイスへの応用が見込まれている。
この構造は酸素を運ぶ経路として機能し、酸化物半導体内の酸素空孔を安定的に補償するのに役立つ一方、電極での望ましくない酸化を同時に抑える。1,000万回を超える電気ストレス試験の後も、しきい値電圧の変化は50ミリボルト未満にとどまった。また研究者らは、酸化物半導体を従来のシリコンCMOS技術と統合することにも成功した。
なぜこのニュースが重要なのか？
3つの成果は、銅配線の密度、高温時のリーク、垂直デバイスの不安定性という、異なる物質的・工学的制約に対処している。しかし、これらは完成品でも、商業的に実証された生産プロセスでもない。各プロジェクトには、スケーラビリティ、信頼性、製造ラインとの統合について追加試験が必要である。したがって、現在の価値は、チップ産業の即時的な転換を発表することではなく、評価可能な研究経路を提示することにある。