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256MDRAM開発におけるIBM，シーメンス及び束芝のパートナリング
中塚 晴夫‖‖‖‖‖＝‖‖＝‖‖‖‖‖‖‖‖‖‖＝＝‖‖‖＝‖‖‖‖‖…llll…lllll……lll…lllll…llll…llll……l……ll‖‖＝‖‖‖‖＝‖‖‖‖州Il…lllll川Illl‖＝‖‖‖＝‖‖‖ml…＝‖‖＝‖‖＝‖‖Wlll…llll…llll…llll…lllll…llllll……ll川…llll……lll…llll…ll11…llll

MOSトランジスタの寸法を小さくすることはその1． はじめに電気的特性の改善を実現するのみならず，経済的にも最近は半導体と言えばLSIのことを指すようにな大きなメリットをもたらす．トランジスタが小さくなってきているが，半導体の歴史は1947年のSchokley

ることにより材料コストが下がることと同時に，多数等によるトランジスタの発明に端を発している．一個のトランジスタを一括して一片のシリコンチップに作のトランジスタが半導体素子と言われた暗から約50り込んで回路とすることにより，機能当たりのコスト

年彼の現在では，数億個のトランジスタが一つの素子を大幅に下げることが出来る．これがトランジスタかに集積されるようになってきている．

らICへ，ICからLSIへと半導体を発展させてきた

このような発展を遂げて釆た背景には，現在のLSIガイデイングプリンシプルである．人々が懸命に微細に使われているMOS型トランジスタが，その寸法を化／高集積化を進めた結果約3年で集積度が4倍に向小さくすればするほど性能が上がるという事実がある．

上するようになってきた．この傾向（トレンド）はそ

これをDennard他［1］が，スケーリング則として定量れを指摘した人の名をとってMooreの法則と言われ的に表現し，微細化の指針を与えた．スケーリング別ている．ただしこれは経験的な法則であり，理論的なによれば，MOSトランジスタのゲート長，ゲート絶根拠がある訳ではない．それにもかかわらず，それ以縁膜厚，ジャンクション深さ等の寸法パラメータを降半導体業界はこのトレンドを将来に外押して，これ1／Sに縮小すると同時に，シリコン基盤の不純物密度を目標に開発競争にしのぎを削って釆た．DRAMのをS倍に高くし，これを動作させる時の電源電圧を容量と最小加工寸法のトレンドを図1に示す．

1／Sに下げると，MOSトランジスタの種々の電気的半導体の微細化技術は，量子力学やバンド理論など特性が改善する．例えば，このトランジスタを使ってに代表されるいわゆる半導体物理学とは無線といって構成したインバータ回路の信号伝達時間は1／Sに短もよく，むしろ化学，光学といった技術の極限を追求縮される．表1にこれらの改善パラメータを示す．

し，それを量産化するための装置開発が中心をなす．
そして微細化が進むにつれてその開発の困難度が高ま

表1スケーリング別によるMOS回路の特性改善り，それにつれて開発コストが膨大になってきている．

本稿のテーマである256MDRAMでは0．25pというパラメータ縮小率

基盤不純物濃度

S

寄生容量

1／S

インハヾ一夕回路遅延1／S
1／S2
1／S3

消費電力／ゲート

電力・遅延積1000．10．011980

542（6）

1990

2000

年

なかつか はるお ㈱東芝 常務 セミコンダクター社 副社長〒210−8520川崎市幸区堀川町580−1

l1／S

1

電源電流

1000
01／S

1

電源電圧

10000

図1DRAM容量と最小加工寸法のトレンド© 日本オペレーションズ・リサーチ学会. 無断複写・複製・転載を禁ず.

オペレーションズ・リサーチ︵ヱ鰯万古鹿1／S︵ゼ空≧︶m−叫牌≡＜∝凸デバイス寸法

極小寸法の加工技術の開発が必要であった．このため

ルにより各社が負担するコストCsは異なる．には莫大な開発費を必要とする．これがIBM，シー

3，1モデルA：CLoselycoup［edmode［メンス，東芝のパートナリングを促した要因である．

このモデルではN社が一個所に集結して，共通の開発クリーンルームを使用し，共通の開発仕様に向け2．先進半導体の開発コストて一丸となって開発を行う．この場合は各社の負担半導体の製造には，それが開発試作のためであれ量

Csは産のためであれ，非常に清浄度の高いクリーンルーム

Cs＝C／N＋D／Nが必要である．微細な寸法の加工工程では微少なごみとなる．経済的には最も効率的なパートナリングであの付着により欠陥を生じ，LSIを不良品としてしまう．

るが，運用上はもっとも難しいモデルである．

微細化の進展に伴いより清浄度の高いクリーンルーム

CをN社で分担するには，N社が共通のクリーンが要求される．この建設費，ランニングコストが非常ルームを使用する必要があるが，その場所の選定が難に高額となる．一方，微細な寸法の加工を行うためにしい．各社が既に最新鋭の開発クリーンルームを持っは，精密制御された種々の装置を必要とし，この投資ている場合には，選定されなかったパートナーのクリは膨大となる．256MDRAMレベルのLSIの開発のーンルームコストが問題となる．このモデルが成り立ための中規模の試作ラインを想定して開発費を見積もつには，1社のみが最新鋭のクリーンルームを持ってってみる．クリーンルームの建設費と内蔵設備費を合いて他社が持っていない場合，あるいは，どのパートわせると約500億円の投資を必要とする．これを10ナーも最新鋭のクリーンルームを持っておらずこれか年で償却するとすると50億円／年の償却費負担が発生

ら共同でクリーンルームを建設する場合のみであろう．

する．このクリーンルームの運営には，動力費，作業DをN社で分担するには，共通の開発仕様に基づ者の人件費等を含めて約50億円／年程度を必要とする．

き開発する必要があるが，このためには研究開発のマつまり開発試作ラインを維持運営するだけで年間約ネージメントが重要である．言葉も文化も異なる研究100億円のコストが発生することになる．これに加え者をまとめて，しかも一つの開発仕様を目指して研究て製品開発にかかる研究者の人件費，材料費等で年間を進めるのは容易ではない．各社が異なる技術資産を約50億円程度の費用が見込まれる．開発に約5年間持ち異なる開発仕様を持っているのが普通であるが，かかるとすると総開発費は約750億円と見積もられる．

これを統一化することがこのモデルを成功させる鍵の一般に256MDRAMの開発には500億円から1000一つである．又，クリーンルームを持たないパートナ億円かかると言われており，この見積もりはほぼ妥当

ーは，研究者を他の場所へ移串云させなければならないなものと考えられる．という問題や，開発された技術を自社へ移転しなけれ3．パートナリングによるコスト分担モデルばならないという問題が存在する．

3．2 モデルB：Moderate［ycoupledmodel
このモテルでは，パートナーはそれぞれの場所で開開発費は，最終的には製品の売価にオーバーヘッド発を行うが，技術の開発においては共通の開発仕様をとして上乗せして回収されなければならない．しかし設定しこれを分担して開発する．この場合の各社の負

上記のように開発費が高額になってくると，これを各担Csは社が独立に負担していたのでは，コスト競争力を失う．

Cs＝C＋D／N

そこで複数社がパートナリングを組むことにより，開となる．各社のコスト低減率はClosely coupled

発費を分担するメリットが出てくる．

modelよりも少ないが，各社が既に最新鋭の開発クパートナリングに参加する企業数をNとし，開発クリーンルームコスト（内蔵設備投資の減価償却費を含む）をC，技術開発コスト（研究者人件費，開発材料J費）をDとする．上記の見積もりではリーンルームを持っている場合に適用可能なモデルである．

しかし，技術開発費Dを分担するには，開発仕様の統一化の他に，開発の内容を分割して各パートナ一C＝100億円／年に割り振らねばならないという問題がある．開発成果

D＝50億円／年をお互いに技術移転する必要があることを考慮すれば，となる．Nが同じであってもパートナリングのモデ
1999年10月号

どのパートナーも最も重要度の高い部分を自社で開発© 日本オペレーションズ・リサーチ学会. 無断複写・複製・転載を禁ず.

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したがるのが自然である．又，分担して開発した技術テリレの諸指標を比較して示す．

を統合して開発仕様が達成されたことを実証するのに4．fBM，Siemens，東芝による256どうするかも課題である．各パートナー毎に実証を行MDRAM共同開発プロジェクト

えば，D／Nのメリットが崩れることになる．

この共同開発プロジェクトは前記のモデルAに対

3．3 モデルC：LooselycoupJedmodeJ

上記のような問題を避けて各パートナーはそれぞれ応するパートナリングであり［2］，1992年に始まりの場所でそれぞれの開発仕様に基づき開発を行うが，1996年に完了した．

お互いに技術情報を交換するというモデルが考えられ共通の開発施設としては米国ニューヨーク州にあるる．この場合には開発コストを分担して負担するといIBMのクリーンルームが使用された．他のパートナうことは出来ない．しかし，新技術の開発途上ではーであるSiemensは自前の開発クリーンルームを持種々の技術的可能性を追求していくので，結果としてっておらず，既に64MDRAMをIBMと共同で開発いくつかの可能性を断念せざるをえない場合も多い．

していた．東芝は最新鋭の開発クリーンルームを建設

そのような場合，他のパートナーが既に研究を行って中であったが，これを一時中断して共同開発に参画し良い結果が出なかったということが分かっていれば，た．その後半導体が好景気であった1995年に建設をその技術を重複して研究するという無駄を省くことが再開し，プロジェクトの終了とともにその技術成果を出来る．これにより各パートナーはある程度開発コスこの開発クリーンルームに移車云した．

共同開発の目標仕様の統一化については，この3社トを削減できる．重複を避ける効果をαとすると，各パートナーの開発コストはに共通の技術財産があり比較的容易であった．

Cs＝C＋D／（1＋α）

DRAMのメモリーセルの構造にはトレンチ型とスタとなる．重複開発を避けるには否定的な技術情報のみ

ック型の2通りがあり，IBM，Siemens，東芝はトレならず，肯定的な技術情報も大きな効果を持つ．他のンチ型を採用していた．トレンチ派とスタック派が共パートナーの良い技術情報を取り入れて開発を加速す同開発をしていたとすると，開発仕様の統一化は極めることが可能である．但し，この場合には知的財産権て困難であったであろうと想像される．トレンチとスの取り扱いが問題となる．前記の2つのモデルでは，タックでは開発すべき要素技術が大きく異なる．
トレンチ型という共通のメモリーセル構造を採用し開発費をパートナー間で分担しているので，基本的には開発成果は共有される．しかしLoosely coupledていてもそれを実現するための諸技術は必ずしも共通modelでは相手方の開発費を負担していないので，ではなく，各社がそれぞれ蓄積してきた技術（バック他のパートナーの技術情報を事業に利用した場合にはグラウンドテクノロジー）には異なるものも多かった．

別途ライセンス交渉が必要となる．技術内容により対これを共同開発の中にどう織り込んで行くかが大きな価が異なるので，パートナリングの最初からライセン課題であった．自社の技術がベースになれば，共同開ス条件を決めることは困難である．

発の256MDRAMを後に量産化する際に，既存の自実際のパートナリングでは，種々の変形が有り得る社の製造ラインと親和性が保てる．この間題は共同開が，先端半導体開発のコスト分担から見たモテリレとし発遂行の過程で常につきまとったが，結局は3社の持ては上記の3モデルに集約される．表2にこれらのモっている技術のシナジー効果を追求することを第一義とすることで解決した．

4．1プロジェクトマネージメント
表2 共同開発モデルの比較

このプロジェクトは日米欧の3社が一堂に集まって最新鋭の半導体技術開発を行うという過去に事例のなA

B

C

結合匿合い

蜜結合

中結合

粗結合

開発場所

共通分離

分離

メントがこのプロジェクトの成否を左右するとの認識開発技術共通

分配

独立のもとに3社で大きな努力が払われた．各社から精鋭モデル

コスト負担 分担
技術成果

知的財産権 共有544（8）⊥部分担 各自負担
共有い試みであった．実際のプロジェクト運営のマネージの研究者が選ばれ，更に共同開発プロジェクトに向く

共有

交換人が派遣された．プロジェクトで使用される言葉は英

一部共有

独立

語しか考えられず，東芝から派遣した研究者には出来© 日本オペレーションズ・リサーチ学会. 無断複写・複製・転載を禁ず.

オペレーションズ・リサーチ

るだけ英語の堪能な人を選んだが，総勢50余名の派

4．2 技術開発

遣研究者が全て英語を話せると言うわけには行かなか

DRAMの製造には数百にわたるプロセスステップった．．ホスト側のIBMでは技術が出来るのみならず，を必要とする．個々のプロセスを選択しそれを開発す協調性のある人材が選ばれ，言葉の不自由な日本人をるとともに，それらを組み合わせてプロセスフローとよく面倒みてくれた．

して所望のデバイス特性を実現しなければならない．

プロジェクト組織としては3社が平等且つ均等に扱

又，そのプロセスを実行するために必要な精密且つ高われるようにした．プロジェクトマネージャのポジシ

価な装置の選択をしなければならない．これらの過程

ョンは東芝が取ることとなったが，他の2社からもアでは常に自明の選択肢ばかりではなかった．各社のバシスタントマネージャを出し，事実上トロイカ体制でックグラウンドテクノロジーの違いや研究者個々人の運営を行った．又，プロジェクトの経理を担当するフ考え方の違いによりしばしば異なる選択肢が提案されァイナンシャルコントローラと技術管理を担当するテた．文化も言葉も異なる企業間の共同プロジェクトでクニカルコントローラを各社から一名ずつ配置した．

はこれがプロジェクトを破綻させる可能性もある．こ

マネージャー陣の下に開発組織を作ったが，各部門にれに対しては「最も良いものを選ぶ」という原則を採部門長，担当者を各社から出来るだけ均等に選び配置ることとした．これは当たり前のようであるが，実際した．プロジェクトの運営組織を図2に示す．には容易ではない．このためには，1）データに基づ

このようなプロジェクトを運営するにあたり，親会くこと，2）必要なら複数の選択肢を試すこと，とい社の役割が非常に重要となる．開発成果がスケジューう方針を採った．3社が共同で開発するということにル通りに出ることが親会社の目的であり，このためにより，これらが可能であった．即ち，データについてプロジェクトに必要なリソースの投入をしている以上，は複数の親会社からより広範囲なデータを集めることプロジェクトの進行を管理する必要がある．また，開ができ，更にプロジェクト内でデータを取る場合にも発途上で種々の障害が出てくるのは避けられず，その3社プロジェクトであるが故に十分なリソースを当て対応についても最終的には親会社が納得するものでなることができた．データにより選択肢を絞り込んでもければならない．親会社が3ネ土あるのでこれらの判断

尚，最も良いものを選び切れない場合には複数の選択にも3社のノ合意が必要であった．このために，各親会肢にリソースを投入した．特に高価な装置の選択に当社にマネージメントコーディネータを置き責任を持ったっては，3社で負担するが故に複数の選択肢を採るて親会社を代表させるとともに，定期的に会合を持たことが可能であった．絞りきれなかった選択肢も最終せた．この会ノ合には各社のマネージメントコーディネ的には一つに決めなければならないが，当然データにータと，開発プロジェクト側からプロジェクトマネー基づき決定した．

ジャ及びアシスタントマネージャが出席し，開発のフ

このように3社のリソースを有効に活用することにォロけ，開発計画の修正，それに伴う影響等を議論し，より，各社間の対立よりもシナジー効果を引き出すこ方針を決定した．とができた．しかし，このようにしてプロジェクトにおける開発が順調に進んで行くにつれて，親会社の方から一つの懸念が表明されるようになった．それはプロジェクトで開発されている技術はどの親会社のバックグラウンドテクノロジ【とも必ずしも連続性が無いことであった．半導体の製造ラインでは過去の蓄積の上に新規技術を積み増す形で投資をしてきた．ところがプロジェクトで開発されている技術では，新しい装置群を使いその上に新しいプロセス技術を乗せる形となっている．個々の装置や技術には各親会社の技術が採用されているものも多いが，一式として完成された技術にはどの親会社の蓄積技術とも連続性が無い．この間題はマネージメントコーディネータ会議で議論さ

図2 プロジェクト運営組織
1999年10月号

れ，各親会社のトノブレベルの判断を仰ぐこととなっ© 日本オペレーションズ・リサーチ学会. 無断複写・複製・転載を禁ず.

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トで初期に導入した装置が最良のものとは限らない場合も出てきていた．しかし，最初の一式の製造装置は月産共同開発で使った装置と同じものを導入した．このことと，共同開発した技術の詳細を知っていたことから比較的短期間に技術移転に成功した．その後より新しい装置を導入し技術の調整を経て量産ラインを立ち上げた．IBM，シーメンスともに順調に技術移車云を行うことができたと聞いている．

5．おわりに
図3 共同開発前後の製造ライン投資戦略

IBM，シーメンス及び東芝の256MDRAM共同開
発はパートナリングのモテリレAの典型であったが，た．これは各社の製造ラインへの投資戦略を左右する成功裏のうちにプロジェクトを終了した．自前で全部ものであり極めて重要な判断を要した．最終的には各の開発を行うのに比較して，人・物・金というリソー社とも，256MDRAM以降の製造ライン投資には過スを各社ともほぼ三分の一の負担で済ませることがで去の連続性を断ち切り，70ロジュクトで開発された技きた．モデルAが実際にうまく働くという実証がで術を3社の共通技術として採用することとなった．こきたと考えられる．このモデルの成功のためにはマネれにより過去の蓄積技術との連続性は必ずしも取れなージメントが重要であることは既に述べたとおりであいが，一方，今後は3社で共通の装置群と技術を使用るが，特に親会社のトノブのパートナリングにかけるすることにより相互に支援しあえるというメリットが意欲が不可欠である．今回の例では3社ともトソプレ享受される．この関係を図3に図示する．

ベルのプロジェクトにかける熱意には並々ならぬもの

4．3 技術移転があり，これが色々な困難や障害を乗り越えられた原

プロジェクトの最終年度のころから各社は共通技術動力であった．この共同開発を通じてトソプレベルのをベースに最新鋭の製造ラインの投資を開始した．東交流が深まりお互いの信頼が高まった．しかし，やり芝の場合は製造ラインと同時に，中断していた開発ク方を誤ると不信感が高まりパートナリングが挫折する

リーンルームの立ち上げも再開した．市場の状況からことも有り得ることを考えると，当時の3社のトップはまだ256MDRAMの量産時期ではなく，このライに感謝したい．

ンは64MDRAMの製造ライ ンとなったが，256最後に，プロジェクトは成功したが市場の急変によ

MDRAMの技術の一部を64MDRAMに通用した．

り未曾有のDRAM不況に陥り，パートナリングが事再開した開発クリーンルームには256MDRAM技術業としては利益に貢献していないのが残念である．

を移転した．技術移転に際しては Copy exactly

参考文献の原則を適用した．前記の原則，即ち共同開発後は共通技術を使うという原則にもかかわらず，細部に至れば各国の事情が異なり，プロジェクトで開発された技術をそのままコピーすることは必ずしも合理的ではなかった．特に時間の経過と共に製造装置の改良やより良い製造装置の登場などがあり，共同開発プロジェク

546（10）［1］R，H．Dennard et al．
MOSFET

Design ofIonInplantedswithSmallPhysicalDimensions，IEEEJ．

Solid−StateCircuits，Vol．SC−9，No．5pp．256−268，1974［2］H．Nakatsuka；
ProceedingsofISSM© 日本オペレーションズ・リサーチ学会. 無断複写・複製・転載を禁ず.

DRAM Development Alliance
96，pP，21q24，1996

オペレーションズ・リサーチ，