Samsung――2025年に2nmを、2027年に1.4nmを量産開始

　Samsungは2023年6月27日にSFF（Samsung Foundry Forum） 2023を開催した。Samsungは昨年GAAを採用した3GAE（3nm GAA Early：その後SF3Eに改称）の量産開始を発表、GAAの実用化ではTSMCに先行している形ではあるが、ただこれは“Early”の文字が示すように先行開発版というか初期版であって、広範に量産製品に使う事を目的としたものではないと考えて良さそうである。本番となるのはこれに続くSF3（旧3GAP:3nm GAA Performance）と、その翌年に投入されるSF3P（3GAP+）で、こちらは量産製品をターゲットにしたプロセスとなる。

　そんな訳で来年投入されるSF3であるが、2023年6月11日から京都で開催されていたSymposium on VLSI Technology and CircuitsにおいてSamsungはこのSF3の詳細を開示している。

　今回の説明は同じGAA構造のSF3EとSF3の比較ではなく、FinFET構造のSF4とSF3との比較となっている訳だが、例えばセルサイズはSF4と比較して同等あるいは縮小可能であり（図1）、PPA（Power, Performance, and Area）Optimizationに関してもずっと柔軟性が高く、しかも動作周波数が大幅に向上するとしている（図2）。

図1　High SpeedのWide NanoSheetだとセルサイズ同等。Low Power向けのNarrow NanoSheetだと同等もしくは縮小が可能。実際に縮小できるかどうかは配線層次第といった感じ

図2　動作周波数は最大1.22倍、消費電力は最小0.66倍、面積は0.79倍。もちろんこれを全部同時に得られる訳ではなく、左図にあるようにUHD/HD/HPの3種類の構造の使い分けで、どのあたりを目指すかを決める格好になる

　この講演の中ではGAAの構造構築の難しさについても説明があり（図3）、これへの対処としてSoft Metal Gate Removal（図4）やMOL（Middle-Of-Line）プロセスの改良（図5）、およびDTCOの利用（図6）などでこうした問題を解決した、とする。

図3　Metal Gate構築のプロセスの中で、最上段のNanoSheetにダメージを与える可能性、NanoSheet積層の際のワークフローの難しさ、およびNanoSheetの両端と中央で特性が違ってくる事の3つが取り上げられた

図4　何をどう“Soft”にしたのかの説明は無かったが、結果として従来の方法（グレー）からずっと改善した（水色）事が示された

図5　Photo03の（2）に対する直接的な説明ではないのだが、ゲート容量および抵抗を削減できたとする

図6　DTCOによりNANDゲートで2.5％、NORゲートで4.5％の性能改善が図れたとする

　SamsungはこのSF3が同社の3nm Platformだと位置付けており、2024年の量産開始に向けて順調に進んでいるとしている。これに加えてSFF 2023で公開されたのが、

• 2nmプロセスとなるSF2はまず2025年にMobile向けに量産を開始。2026年にはHPC向け（これは恐らくSF2Pとされていたプロセス）、2027年には自動車向けも提供開始（これは今回初公開）の予定
• SF2はSF3と比較して12％の動作周波数向上か25％の省電力化が可能。トランジスタ密度は5％向上（今回初公開）
• SF1.4は2027年量産開始（これは以前もアナウンスがあった話で、今回あらためて明言されなおした）

といったあたりの話である。少なくともVLSI Symposiumでの説明はSF3が順調に開発が進んでいると考えるに十分な根拠であり、既に第1世代のSF3Eが量産に入っている事を考えると、SF3そのものは（Yieldがどの程度か、という問題はあるにせよ）割と順調に立ち上がる気配を見せている。TSMCのN2に先駆けて2024年にGAAの量産プロセスをスタートするのは確実なところで、後はどの程度の顧客をTSMCから奪えるか、というあたりが今後の焦点になりそうだ。