CMOS

Complementary Metal Oxide Semiconductor

シーモス>>相補性金属酸化膜半導体

静止状態ではほとんど電流が流れないため消費電力が少なく、集積度も高い半導体で、並列につないで次世代のサーバー用大型機に採用されている基本的な半導体技術の名称。また、DRAMなど量産されるMPUにもCMOSの集積回路を利用することが多い。CMOSは、電流計路に電子が少ないp型半導体を使ったpチャンネルMOSと電子が多いn型半導体を使ったnチャンネルMOSを組み合わせて作られ、電流が両方のトランジスタを直列的に通過しないので、消費電力が少なくなる。1998年1月26日に米国のコンパック(Compaq Computer/2001年9月3日にHewlett-Packard社が買収を発表した)社に買収された米国のDEC(デック/Digital Equipment Corporation)社は、1998年2月に0.35μmの6層配線のCMOS技術で作られ、2Vの内部電圧によって1GHzを実現したAlpha21264のサンプル出荷を開始した。詳細情報はURL(http://www.digital.com/)で知ることができる。IBMは1998年2月4日に、0.25μmの6層配線であるCMOS6X技術を使用して開発された1GHzで動作するCMOSのMPU試作品をデモンストレーションした。開発チームの研究では1,100MHzまでのクロック速度をすでに達成しているという。詳細情報はURL(http://www.ibm.co.jp/)で知ることができる。日立製作所は、マルチメディア機器や携帯情報機器等の小型化、高速化、低消費電力化に対応するため、0.18μmCMOSプロセスのASICとして2,500万ゲート規模の高集積を実現したセルベースIC「HG75Cシリーズ」を製品化し、1998年6月から受注を開始した。このHG75Cシリーズは、0.18μmCMOSプロセス(5層メタル配線技術)を採用し、論理合成最適化ライブラリと設計ツールを利用することで、ランダムロジック回路のみで設計した場合に、2,500万ゲート規模の回路を1チップに搭載することができる。HG75CのパッケージはBGA352ピンで搭載ゲート数は500万ゲートである。今後、この技術をベースにSuperHマイコンやCPUコア、DRAM、フラッシュ・メモリ・コアなどを搭載したシステムASIC製品を展開する。詳細情報はURL(http://www.hitachi.co.jp/New/cnews/9804/0406.html)で知ることができる。シャープは、高品位な映像が撮影可能な11万画素(367×291)で、従来のCMOSカメラモジュールに比べて、感度が非常に高く、被写体に5ルクス程度の光が当たっていれば、きちんとした照明が当たっているのと変わらない画像が撮れるCMOSカメラモジュール「LZ0P3908/LZ0P390E」を開発した。さらに、同程度の画素数をもつ従来CMOSモジュールに比べて3分の1という小型化を実現しながら、消費電力も大幅に低減させ、モバイル機器の組み込み用途として適している。詳細情報はURL(http://www.sharp.co.jp/corporate/news/010419.html)で知ることができる。米国のIBMは2001年6月25日に、シリコン・ベース・トランジスターで最大210GHzとなるトランジスターの形成に成功したと発表した。トランジスターの速度の大部分は、電荷がトランジスターを通過する速度によって決定する。それはトランジスターの構成素材や電荷の移動距離に依存する。標準的なトランジスターは、普通のシリコンから作られるが、IBMは1989年に電流を超高速化するため、ベースのシリコン素材にゲルマニウムを追加した「SiGe素材」を発表し、性能の向上と低消費電力化を実現した。2001年6月25日に発表した新技術は、この「SiGe素材」と、電荷の経路を短縮するトランジスター設計の改善HBT(Heterojunction Bipolar Transistor/ヘテロ接合バイポーラ・トランジスター)という技術を組み合わせ、わずか数ミリ・アンペアの消費電流で、デバイスを最大210GHzまでの高速化が実現できることになった。この成功により、IBMは2年以内に通信用のチップ速度を100GHzに高速化することを見込んでいる。また、このSiGe技術は、既存製造ラインでSiGeチップを製造できるということもあげられ、携帯電話などのワイヤレス通信製品においても、機能拡張やバッテリー寿命の延長に向けて低コストでSiGe技術を適用することが可能ということである。詳細情報はURL(http://www-6.ibm.com/jp/NewsDB.nsf/2001/06262)または、URL(http://www.chips.ibm.com/bluelogic/showcase/)で知ることができる。日立製作所は2001年12月5日に、超高速・高周波通信用LSIに向け、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)にカーボン(C)の混晶を選択エピタキシャル成長させたSiGeCヘテロ接合バイポーラトランジスタ(SiGeC HBT/SiGeC Heterojunction Bipolar Transistor)を開発ことを発表した。詳細情報はURL(http://www.hitachi.co.jp/New/cnews-m/2001/1205a/index.html)で知ることができる。日立製作所は2002年6月11日に、ゲート長の微細化と、新たに開発した窒化膜系のゲート絶縁膜により、世界最高速のデバイス動作とともに、ゲート漏れ(リーク)電流の大幅な抑制(従来の10分の1以下)に成功し、高速・低電力アプリケーション に適したゲート長20ナノメートル(nm)のCMOSデバイス技術を開発したことを発表した。詳細情報はURL(http://www.hitachi.co.jp/New/cnews-m/2002/0611a/index.html)で知ることができる。キヤノンは2002年9月24日に、デジタルカメラに搭載する受像素子で、有効画素数が1110万画素のCMOSセンサーを開発し、プロ用最高級デジタルAF一眼レフカメラ「キヤノン EOS-1Ds」を2002年11月下旬に発売することを発表した。詳細情報はURL(http://www.canon-sales.co.jp/pressrelease/2002-09/pr_eos1ds.html)または、URL(http://www.canon-sales.co.jp/camera/eosd/1ds/index-j.html)で知ることができる。インターネットや携帯電話の急速な普及によって、光・無線通信システムにおける伝送データ量の大容量・高速化が進み、これとともに通信システムで用いられる電子デバイスにおいても、大幅な高速性能の向上が求められているが、日立製作所中央研究所、およびデバイス開発センタは2002年10月1日に、毎秒40Gbpsクラスでは世界で初めて、2種類の異なるデバイスを混載する工程において課題となっていた性能劣化要因を解決することで、0.18μm CMOSの高機能特性を損なうことなく、SiGe HBTによる最大速度毎秒54Gbpsの動作(高速16:1多重回路動作)を実現したSiGeバイポーラCMOS LSI技術を開発したと発表した。詳細情報はURL(http://www.hitachi.co.jp/New/cnews-m/2002/1001c/index.html)で知ることができる。IBMは2002年11月4日に、爪の先ほどの大きさのマイクロチップに数100万個ものトランジスターを積載して、350GHzに達する世界最高速のシリコン製トランジスターを開発したことを発表しました。IBMが開発したシリコン・ゲルマニウム(SiGe)バイポーラー技術の採用と設計改良によって、現行製品に使用されているトランジスターに比べ約300%、報告されている試作段階のシリコン・トランジスターと比べても65%も高速となる。この技術は、2002年12月9日から11日に、カリフォルニア州サンフランシスコで開催される「International Electron Devices Meeting (IEDM)」において、「SiGe HBTs with Cut-off Frequency Near 300GHz (約300GHzのカットオフ周波数を実現したSiGeヘテロ接合バイポーラー・トランジスター)」という論文の中で発表した。詳細情報はURL(http://www.ibm.com/news/us/2002/11/4.html)または、URL(http://www-3.ibm.com/chips/news/2002/1104_sige.html)で知ることができる。シャープは2003年4月14日に、通常のイメージセンサーに比べ、1万倍以上の明暗比に対応し、1/2型で640×480ピクセルの画像を撮影することが可能で、人間の網膜に近いダイナミックレンジを実現した対数変換型CMOSセンサーを開発したと発表した。従来のカメラでは、撮影シーンの明暗比が大きい場合、「白つぶれ」や「黒つぶれ」といった現象が発生するため、同一画面内にある被写体が見えない場合もあったが、イメージセンサ技術とドイツの公的研究機関であるIMS(Institute for Microelectronics Stuttgart)のHDRC技術の融合による回路設計技術により、約1万倍以上(同一画面内における明るい被写体と暗い被写体との明暗比が1千万倍)までの撮影を可能にした。詳細情報はURL(http://www.sharp.co.jp/corporate/news/030414-1.html)で知ることができる。CMOSチップは、薄型SOIウエハー上に構築することで高い性能を発揮できることが特徴で、従来の「SiGeバイポーラ・トランジスター」は、薄いSOIウエハー上には構築できないため、CMOSとSiGe製バイポーラを1枚のウエハー上に結合して両方の性能を最大化することは技術的に不可能とされてきたが、米国のIBMは2003年9月30日に、コンピューティング・チップの性能を向上させ消費電力は低減する半導体チップの高度な新設計・製造方法を進展させ、次世代ワイヤレス機器用の半導体チップ性能を、従来のテクノロジーと比べ約4倍向上させるとともに、消費電力を5分の1に削減できる世界初の「薄型シリコン SiGeバイポーラ・トランジスター」による設計手法を発表した。詳細情報はURL(http://domino.research.ibm.com/Comm/bios.nsf/pages/bipolar.html)で知ることができる。松下電器産業は2004年2月15日に、信号検出トランジスタを4画素で共用する新画素回路を採用することで、大幅な画素数の増加とフォトダイオード面積比の向上を両立させるとともに低電力化を実現し、世界で初めて1/4型で200万画素のMOSイメージ・センサー「νMAICOVICON」を開発したと報告した。「νMAICOVICON」は同画素数のCCDと比べて約1/5という低電力ながらも5ルクス以下でも撮影できるという高感度な性能を備えた新型イメージ・センサーである。詳細情報はURL(http://www.matsushita.co.jp/corp/news/press.data/data.dir/jn040215-1/jn040215-1.html)で知ることができる。WSTS(World Semiconductor Trade Statistics)は2004年5月末に、25年のチップマーケットの変動グラフを公開し、2004年6月1日には2000年の頂点から2001年に大下落を見せたマーケットは2002年から復帰をめざし、2004年には2000年当時まで復帰し、2005年に最高点に達し、2006年に安定期から低下すると予測したリリースを公開した。詳細情報はURL(http://www.wsts.org/)で知ることができる。