DRAMが高いので自作。納屋にクリーンルームまで構築したYouTuber現る

　自宅の裏庭にある納屋をクラス100のクリーンルームに改造したYouTuber「Dr.Semiconductor」が4月21日、そこでDRAMを製造したという動画を公開した。

　Dr.Semiconductor氏がDRAMを自作した背景には、AI需要の急増に伴うRAM価格の高騰がある。現在、DRAM業界はMicron、Samsung、SK hynixの3社が寡占しており、新たな工場を建設するには何十億ドルもの費用と数年の歳月を要するため、供給不足がすぐには解消されない状況にある。同氏はこうした状況下で、ただ供給を待つのではなく、自らの手で納屋をクリーンルームに改造し、半導体製造装置をゼロから構築してDRAMを作り出すことを決意したという。

　Dr. Semiconductorは2カ月近く前に、自宅の裏庭にある小屋を半導体製造のためのクリーンルームに改造した動画を公開。水性エポキシコーティングで全体をコーティングすることで粒子のない壁、HEPAフィルタを用いた空気浄化システムにより、クラス100のクリーンルームを実現した。そして今回、そのクリーンルームでDRAMを製造した。

　DRAMでは、トランジスタがスイッチ、キャパシタがバッテリの役割を果たす。キャパシタに電荷を溜め込むことで記録するので、シリコンウェハ上にキャパシタを生成する必要がある。今回は後でつなぎあわせることができる5×4のアレイとして設計された。

　製造はまずシリコンを加工しやすい大きさに切ってから洗浄し、1,100℃の炉で酸化膜を形成。それからリフトオフレジストおよびフォトレジストを塗布し、顕微鏡を用いて紫外線を照射して設計したパターンをフォトレジストに焼き付ける。その後、現像液により露光した部分のフォトレジストを溶かして取り除く。

　それから、フォトレジストをマスクしてドライエッチングし、シリコン表面を露出。加熱したDMSO(ジメチルスルホキシド)を使用して不要なフォトレジストを剥離し、酸化膜にトランジスタの入出力端子となるソースとドレイン用の窓を成形。その後、導電性を高めるためにリンを添加したスピンオングラスを塗布/定着させ、トランジスタのスイッチとなるチャネル領域と電荷保存用のキャパシタ領域を作るため、再びリフトオフレジストとフォトレジストを用いて露光/現像した。

　続いて、高い静電容量と優れたゲート制御を獲得するべく、表面の有機物や金属を徹底的に除去するために「ピラニア洗浄」と呼ばれる強力な処理を行ない、950℃で加熱して20nmの薄いゲートキャパシタ用酸化膜を形成させた。

　その後、コンタクト用のマスクを使って再びレジスト塗布→露光→現像を繰り返し、フッ化水素酸を使って酸化膜に穴を開け、電気的接続の経路を作成。アルゴンガスを使ってアルミニウムを全体に蒸着させてゲートや電気接点、キャパシタを形成。最後に再び加熱したDMSOに浸し、フォトレジストおよび不要な金属などを剥離させてDRAMアレイを完成させた。

　完成したDRAMをテストした結果、ゲート電圧を変えることで電流の出力レベルを調整できることが確認できたが、ソースとドレインの距離が短いため、パンチスルーと呼ばれる効果が発生し、高電圧で本来一定になるはずの電流が飽和しなかった。低電圧動作では問題ないが、微細化に伴う課題が明らかになった。

　また、電荷保存においては最大12.3ピコファラドという理論値に近い数値が得られ、数百nsという短時間でキャパシタを3Vまで急速充電することには成功したが、電荷は2ms程度しか保持できず、64ms以上データを保持できる市販のDRAMと比較して、高い頻度でリフレッシュする必要があることが分かった。よって、実験で「自宅でもDRAMを製造できる」ことは証明されたが、「DOOMのようなゲームを動かすには至っていない」としてまとめている。

　同氏は今後、セルをつなぎ合わせてより大きなアレイを作り、PCに接続することを目指すとしている。