HARエッチの要件、TELとLamで3項目一致速さ・まっすぐさ・ばらつき、本記事の分類
3D NANDの深い穴を掘るエッチングについて、東京エレクトロン（TEL）とLam Researchが資料に書く項目を本記事が並べると、速さ、まっすぐさ、ばらつきの3つで両社がそろい、TELはさらに深さの監視と工程制御を挙げる。速さについて、TELの資料は10 µmを超える深さで「2.5x Faster」と書き、Lamは従来の絶縁膜エッチングと比べて2.5倍と書く。まっすぐさとばらつきについては、TELは穴を垂直に掘ることとウェーハ面内の均一性を、Lamは穴の上端と下端の径の差とウェーハ間の再現性を挙げる。
2社の違いは、項目を何に結び付けるかにある。TELは要件を、イオンの向きと反応ガスの届き方を変える自社の技術に結び付ける。Lamは高アスペクト比エッチを、セルの間隔、層数、1セルのビット数の3方向の微細化に結び付け、上下の径の差は1セルのビット数を増やす方向で挙げる。3社の新装置の中でのこの工程の位置はTEL・AMAT・Lamの新装置の分類にまとめた。
層を積むほど、穴は深く細くなる
Section titled “層を積むほど、穴は深く細くなる”3D NANDのメモリホール（チャネルホール）とは、積み重ねた膜を上から下まで貫き、記憶セルを縦に並べるための穴を指す。Lamは、層を積んで容量を増やす3D NANDでは、この穴の形が狙いから原子の大きさほどずれるだけで、ダイの電気特性と歩留まりに響く1と説明する。
Cryo 3.0の発表に引かれたCounterpoint Researchの発言は、この穴を幅の50倍を超える深さと表現した。深さ10 µmで深さが幅の50倍を超えるなら、幅は200 nm未満になる計算だ。このように深さと幅の比（アスペクト比）が大きい穴を掘る高アスペクト比エッチが、3D NANDの層数を支える。
本記事は、2社の資料の項目を速さ・まっすぐさ・ばらつき・深さの監視に分けて並べる
Section titled “本記事は、2社の資料の項目を速さ・まっすぐさ・ばらつき・深さの監視に分けて並べる”TELは2025年2月のIR Dayで、3D NANDのエッチングに要る技術として速く垂直な高アスペクト比エッチ、深さの監視と工程制御、ウェーハ面内の均一性の制御2を挙げた。同じ資料は、自社の極低温工程について10 µmを超える深さで「2.5x Faster」と書く。
LamはCryo 3.0の効果として、深さ最大10 µmの穴を、上端から下端までの径の差が深さの0.1%未満になるように掘り、従来の絶縁膜エッチングの2.5倍の速さで、ウェーハ間の再現性も上がると発表した。Lamのブログは3、Cryo 3.0の速さを前世代の極低温エッチングの2倍とする。0.1%を径の差の長さに直した読み方は、Lam Cryo 3.0の解説にある。
Lamは高アスペクト比エッチを3方向の微細化に結び付け、上下の径の差は1セルのビット数の方向で挙げる
Section titled “Lamは高アスペクト比エッチを3方向の微細化に結び付け、上下の径の差は1セルのビット数の方向で挙げる”LamのエッチングのGMであるHarmeet Singhは、2024年7月のブログ「1,000層への道はエッチで刻まれる」で4、高アスペクト比エッチが3D NANDの微細化を3つの方向で支えると書いた。1つ目はセルとセルの間隔を詰める横方向、2つ目は層を増やす縦方向、3つ目は1セルに入れるビット数をTLCからQLCへ増やす方向で、Lamはこれを論理方向の微細化と呼ぶ。
同じブログは、論理方向の微細化には穴の上端から下端までの径の差を小さくすることが要ると書く。Lamは、層を積めることと量産に移せることは別で、量産には性能と容量を上げながらビットあたりのコストを下げる必要があるとする。2024年7月の決算説明会で、Lamの最高経営責任者が上下の径の差の精度を1段あたりの層を増やす柔軟性に結び付けた発言は、3D NANDの極低温エッチ、Lam対TELで取り上げた。
TELは制御の手段をイオンの向き・反応ガスの届き方・温度で示し、Lamは極低温・閉じ込め型プラズマ・パルスプラズマで示す
Section titled “TELは制御の手段をイオンの向き・反応ガスの届き方・温度で示し、Lamは極低温・閉じ込め型プラズマ・パルスプラズマで示す”TELは同じIR Dayで、エッチングを制御するパラメータとして、イオンのエネルギーと入射角、ガスの種類、ウェーハの温度を挙げた。そのうえで、ウェーハにかける電圧を正弦波から矩形波に変えてイオンを穴に垂直に入れるHERBと、上部にたまりやすいフッ化炭素のガスに代えてHFとリン系のガスを使うPHastIEを示した。TELは、フッ化炭素が穴の上にたまると反応種が下へ届きにくくなると説明する。
Lamは、3つの技術で穴の形を作る4と書く。低温で新しい反応ガスを使える極低温エッチング、深く細い穴を掘る高出力の閉じ込め型プラズマ、そしてプラズマの中の粒子の種類を切り替えて穴の形と選択比を整えるパルスプラズマだ。2社の極低温工程の量産時期と、電力・排出の試算は、3D NANDの極低温エッチ、Lam対TELと極低温エッチングの電力と排出の試算で比べた。
TELは、チャネルホールのほかにスリットと階段の接続部も挙げる
Section titled “TELは、チャネルホールのほかにスリットと階段の接続部も挙げる”TELのIR Dayのスライドは、3D NANDのエッチング工程として、チャネルホールのほかに、ワード線を分けるスリット、階段状の構造、多段のコンタクト2を並べている。Lamの発表が数字を示すのはメモリチャネルの穴で、深さ、速さ、径の差はこの穴についての値だ。
装置の発表がどの採用段階にあるかは、装置発表の量産への近さは採用の書き方で分かれるで比べた。Cryo 3.0の発表は、大手メモリーメーカーへの提供開始を書く段階にある。
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- 1Lam Research：Cryo 3.0の発表、深さ・径の差・速さ（2024年7月）newsroom.lamresearch.com ↩
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- 3Lam Research：Cryo 3.0の解説ブログ、前世代比の速さ（2024年7月）newsroom.lamresearch.com ↩
- 4Lam Research：1,000層の3D NANDとエッチ、3方向の微細化（2024年）newsroom.lamresearch.com ab