極低温エッチング、径の差を10 nm未満にLam、3D NANDの深さ10 µmの穴
Lam Researchが2024年7月31日に発表したLam Cryo 3.0とは1、ウェーハを0°Cより十分低い温度に冷やして絶縁膜を掘る極低温エッチングの第3世代を指す。3D NANDのメモリチャネル（チャネルホール）を、深さ最大10 µm、上端から下端までのCD（穴の径）のずれを0.1%未満に抑えて掘るとLamは発表した。この0.1%は径ではなく深さで割った値で、深さ10 µmの穴なら径の差は10 nm未満になる。
速さも上がる。Lamによれば、従来の誘電体エッチングと比べて掘る速さは2.5倍で、ウェーハごとのばらつきも小さい。Motley Foolが掲載した決算説明会の書き起こしによれば、Tim Archer CEOは発表当日の2024年7月31日（米国時間）の決算説明会で、この形の精度があれば1層あたりのセルを増やし、1段あたりの層を増やす柔軟性も得られる2と述べた。Lamが公表値で示したのは、深さ最大10 µm、径の差0.1%未満、掘る速さ2.5倍の3つだ。
3D NANDの容量は、積層膜を貫く穴の形に左右される
Section titled “3D NANDの容量は、積層膜を貫く穴の形に左右される”3D NANDは、メモリセルを縦に積み重ねて容量を増やす。酸化膜と窒化膜を何百層も重ね、その全層を1本の縦穴で貫いてセルの列を作る。層が増えるほど、穴は深さに比べて幅の小さい高アスペクト比の形になる。Lamの発表に寄せたCounterpoint Researchのコメントによれば、Cryo 3.0で掘る穴は深さが幅の50倍を超える1。
Lamは、この深く細い穴が狙った形から原子の尺度でずれるだけで、ダイの電気特性が損なわれ、歩留まりに響くとしている1。エッチングで削る仕組みと断面に出る不良の基本はエッチングの解説にまとめている。
0.1%は深さで割った値で、10 µmの穴なら径の差は10 nm未満になる
Section titled “0.1%は深さで割った値で、10 µmの穴なら径の差は10 nm未満になる”Lamの定義では、寸法差は穴全体で最も太いCDから最も細いCDを引き、メモリチャネルの深さで割った値だ1。入口の広がり、途中のボーイング、下端の細りのどれが最大や最小になっても、1つの値に入る。Archer CEOは同じ値を10 nm未満、深さの0.1%未満2と言い換えた。
Counterpointの「50倍超」を深さ10 µmの穴に当てはめて計算すると、幅は200 nm未満で、10 nmは径の5%を超える。どの深さでCDが最大や最小になるかを工程、装置、チャンバーの単位まで絞り込むときは、歩留まりと欠陥管理と同じ切り分け方を使う。
低温は新しい化学反応を使うための条件で、高出力プラズマと組み合わせる
Section titled “低温は新しい化学反応を使うための条件で、高出力プラズマと組み合わせる”Lamの製品ページは3、低温にすると新しい化学反応を使えるようになり、高アスペクト比のエッチングで速さと側壁の垂直さが上がるとする。Lamのブログは、極低温エッチングを絶縁膜の高アスペクト比エッチングに使うと、解離していない反応種が表面に物理吸着し、表面の被覆が1〜2倍になる4と書く。Cryo 3.0に限らない、極低温の絶縁膜エッチング全般の説明だ。
Cryo 3.0は、この低温に高出力の閉じ込め型プラズマ反応室と表面化学の改良1を組み合わせる。最新の誘電体エッチング装置Vantexのパルス化したプラズマと組み合わせると、掘れる深さと形の制御がさらに上がる。Archer CEOは、Vantexに載せたCryo 3.0は業界で最も高いイオンエネルギー2で掘ると説明した。
Cryo 3.0の掘る速さは、従来の誘電体エッチングの2.5倍で、前世代の極低温の2倍だ
Section titled “Cryo 3.0の掘る速さは、従来の誘電体エッチングの2.5倍で、前世代の極低温の2倍だ”Lamのブログによれば、Cryo 3.0の掘る速さは従来のプラズマエッチングの2.5倍、Lamの前世代の極低温エッチングの2倍だ4。発表は、ウェーハごとの再現性も上がり、高い歩留まりを低いコストで得られるとする。
Lamは、この速さと形の精度を並べて示した。Lamと東京エレクトロン（TEL）が極低温エッチングをどう量産に持ち込もうとしているかは、2社の極低温チャネルホールエッチングの比較で比べる。
既存のFlexにも載り、装置を入れ替えずに使える
Section titled “既存のFlexにも載り、装置を入れ替えずに使える”Cryo 3.0は、新しいVantexにも、主要なメモリーメーカーすべてが3D NANDの量産に使うFlex1にも載る。製品ページは3、今ある装置と今後の装置にCryo 3.0を加えれば、顧客は装置への投資を生かせるとする。NAND向けにLamが量産で使われている絶縁膜エッチングの室数と、そのうち極低温の室数は3社のエッチング装置の得意工程にまとめた。VantexやFlexを他社の最新装置と並べた比較はTEL、AMAT、Lamの最新装置にある。
電力40%減と排出最大90%減は、Lamの自社試算だ
Section titled “電力40%減と排出最大90%減は、Lamの自社試算だ”Lamは、従来のエッチングと比べてウェーハ1枚あたりの消費エネルギーが40%減り、排出量は最大90%減るとする1。排出の値は、IPCCの温室効果ガス目録の指針に沿ったLamの試算だ。この2つの数字が何から出ているか、TELの試算とどう並ぶかは、極低温エッチングの電力と排出の試算で比べる。
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- 3Lam Research：極低温エッチングの製品ページlamresearch.com ab
- 4Lam Research：Cryo 3.0の解説ブログ、前世代比と吸着の説明（2024年7月）newsroom.lamresearch.com ab