GAAは、チャネル（電流の通り道）をゲートが360°全方向から包み込む構造のトランジスタ。

従来のFinFETは三方位からの制御だったが、
GAAでは完全に囲むため、電流制御能力が圧倒的に高い。

つまり、微細化が進んでも

　●　リーク電流が増えない

　●　スイッチング特性が安定する

　●　電力効率が高い

という大きなメリットがある。

2nm以降の主流構造となる見込み。

FinFETが限界になる理由：

●（1）チャネル制御が不十分

微細化でFin（突起）が細く・低くなると
ゲートの制御力が弱まり、Short Channel Effect（SCE）が深刻化。

●（2）Variability（ばらつき）が大きくなる

Finの寸法と形状の“揺らぎ”が性能に直結。

●（3）リーク電流が増加

ゲート絶縁膜をこれ以上薄くできない。

GAAはこれらを解決するための構造として登場した。

GAAの代表方式が ナノシート（NanoSheet）。

構造のイメージ：

　●　薄いシート（板状チャネル）が数段積み重なる

　●　そのすべてをゲートが包み込む構造

　●　シート幅がチャネル幅に相当

 

特徴：

　●　シート幅を自由に調整できるため、性能のチューニングが容易

　●　同じ面積で複数のチャネルを作れる → 高性能

　●　FinFETより電流駆動能力が高い

SamsungはMulti-Bridge Channel FET（MBCFET）として展開。

【1】電気制御性が最強 

　　→ ゲートが360°包むため短チャネル効果を抑制。

 

【2】リーク電流の大幅低減 

　　→ 待機電力が下がり、バッテリ寿命改善。

 

【3】チャネル幅調整の自由度 

　→ シート幅を広げれば電流増、狭くすれば低消費電力。

 

【4】面積効率の向上 

　→ 同じ面積でも複数チャネルを積層できる。

 

【5】AI・HPC用の高電流要求に対応 

　→ 2nm以降のロジックに必須。

FinFETを横綱とすると、GAAは未来の横綱といえる存在。

ナノシートGAAは構造は優秀だが製造は非常に難しい。

代表的な課題：

●（1）チャネル（シート）の均一性

ナノシート幅がわずか数nm違うだけで電流特性が変わる。

●（2）スタック構造のエッチング

Si / SiGe の交互積層を選択的に除去してシートを形成
→ 極めて高度なエッチング技術が必要。

●（3）ゲートの埋め込み

ナノスケールの細い隙間に均一なゲート金属を埋める必要がある。

●（4）配線抵抗の急増

微細化で配線が細くなり、デバイスより配線がボトルネックになる。

●（5）熱問題

電流量が増えるため発熱が増加。
ナノスケールでの熱拡散モデルが重要。

GAAは「構造は理想」「製造は地獄」と言われるゆえん。

■ Samsung：

– 世界初のGAA（3nm）量産を宣言

– ただし歩留まり課題の報道あり

– MBCFETブランド名称で展開

 

■ TSMC：

– 2nm(N2)でGAA採用予定

– 安定した歩留まりを最優先

– シート数・幅の最適化が鍵

 

■ Intel：

– 20A世代でGAA（RibbonFET）導入

– 高NA EUVも最初に採用すると宣言

– 協業ファウンドリビジネスの武器に

GAAの次として有力なのが CFET（Complementary FET）。

　●　nMOS と pMOS を横ではなく上下に積む構造

　●　面積効率が飛躍的に向上する

　●　すでにIntelやIMEECが研究中

さらに未来技術として：

　●　2D材料（MoS₂）

　●　CNT-FET

　●　フェロエレクトリックFET　などが視野に入っている。

　●　GAAはFinFETの限界を超えるための次世代構造

　●　ナノシート構造で電気特性が劇的に向上

　●　微細化によるリークや短チャネル効果を抑制

　●　ただし製造難易度が非常に高い

　●　各社が2nm〜1.4nmで本格導入

　●　次の時代はCFETや2D材料が候補

１．FinFET ではなく GAA が必要になる理由を簡潔に説明してください。

２．ナノシート構造の最大の利点は何ですか？

３．GAA製造で最も難しい工程を1つ挙げて説明してください。

 

 

 

 

コラム監修：角本 康司 (オーティス株式会社)
語学留学や商社での企画開発を経て2011年にオーティス株式会社入社。経営企画部を中心に製造・技術部門も兼任し、2018年より代表取締役として事業成長と組織強化に努めている。

 

※本記事は教育・啓発を目的とした一般的な技術解説であり、特定企業・製品・技術を示すものではありません。