高アスペクト比の細長い孔をハードマスクによって形成（続き）：福田昭のストレージ通信（122） 3D NANDのスケーリング（10）（1/2 ページ）

前回に続き、3D NANDフラッシュ製造におけるキープロセスの1つ、「高アスペクト比（HAR：High Aspect Ratio）のパターン形成」を取り上げる。今回は、同技術の異方性エッチングについて解説する。

[福田昭，EE Times Japan]

ハードマスクと異方性エッチングを組み合わせる

　半導体メモリ技術に関する国際会議「IMW（International Memory Workshop）」では、カンファレンスの前日に「ショートコース（Short Course）」と呼ぶ1日間のセミナーを開催している。今年（2018年）5月に開催されたIMWのショートコースでは、9件の技術講座（チュートリアル）が午前から午後にかけて実施された。その中から、3D NANDフラッシュメモリ技術に関する講座「Materials, Processes, Equipment Perspectives of 3D NAND Technology and Its Scaling（3D NAND技術とそのスケーリングに関する材料とプロセス、製造装置の展望）」がとても参考になったので、その概要をシリーズでお届けしている。講演者は半導体製造装置の大手ベンダーApplied MaterialsのSean Kang氏である。

　なお講演の内容だけでは説明が不十分なところがあるので、本シリーズでは読者の理解を助けるために、講演の内容を適宜、補足している。あらかじめご了承されたい。

　前回は、3D NANDフラッシュ製造における重要技術（キープロセス）の1つである「高アスペクト比（HAR：High Aspect Ratio）のパターン形成」技術の前半部分に相当する、ハードマスクについて説明した。今回は同じ技術の後半部分に相当する、異方性エッチングについて解説する。

3D NANDフラッシュメモリの立体構造（左）と、製造における重要技術（キープロセス）（右）。左の立体構造図で、緑色の細長い円柱が高アスペクト比パターン形成技術を必要とする。マルチペア薄膜を貫通するスルーホールと、ステアケースと上部を接続するコンタクトである。このほか、ステアケース中央にある細長い溝（スリット）も、高アスペクト比のパターン形成技術が必要となる。出典：Applied Materials（クリックで拡大）

　前回でも説明したように、アスペクト比（縦と横の比率）のきわめて高いエッチング、すなわち「HARエッチング」が必要となるのは、主に3つの部分である。1つは、メモリセルストリングのチャンネルとなる細長い孔（メモリスルーホール）の形成、もう1つはステアケースの制御ゲートと周辺回路のゲートに対する細長い孔（コンタクト）の形成、最後はメモリセルのゲート形成用スリットの形成である。

3D NANDフラッシュメモリの断面構造図と、「高アスペクト比（HAR：High Aspect Ratio）のパターン形成部分」（橙色の実線で囲んだ部分、上方は拡大図）。左端は周辺回路のゲートに対するコンタクト、その右がステアケースの制御ゲートに対するコンタクト、中央はメモリセルストリング用のチャンネル（メモリスルーホール）、右端はメモリセルのゲート形成用スリット。出典：Applied Materials（クリックで拡大）

　これらの細長い孔を形成するためには、2つの新しい技術を駆使する。1つが、前回に説明したハードマスクである。孔開け加工用のエッチングが長時間に及ぶので、レジストのマスクだとレジストが劣化し、寸法が不均一になる。長時間のエッチングに耐えられる、頑丈なハードマスクが欠かせない。

　もう1つは、異方性エッチングである。異方性エッチングとは、特定の方向だけを削ることができるエッチング技術のことだ。