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SKハイニックス、年内に375層NANDフラッシュを量産へ
「タングステンからモリブデンへ」で性能の壁を突破
12日付韓国メディアおよび業界関係者の情報によると、世界最大級のメモリメーカーであるSKハイニックスが次世代375層3D NANDフラッシュの量産検証を完了し、今年末までに正式な量産を開始する計画であることが明らかになった。今回の技術刷新にあたって新たなウエハー工場は建設せず、清州に位置するM15工場の既存製造ラインを改造・アップグレードする形で対応する。
注目を集めるこの375層製品は、当初SKハイニックス社内では「400層クラス」のNANDフラッシュとして計画されていた。しかし、垂直積層数の増加に伴い、チャンネルホール（Channel Hole）エッチングなどの核心工程の難易度が指数関数的に上昇した。
超高層積層プロセスの量産における技術的な壁に直面したSKハイニックスは、最終的に実際の量産層数を375層に引き下げることを決断。この妥協はあるものの、同社は明確な長期技術ロードマップを公表しており、将来的には480層、さらに604層という、より高度な製品を順次投入する方針を示している。
今回の375層NANDフラッシュの最大の技術的ハイライトは、ワード線の金属ゲートにモリブデン（Mo）材料を初めて採用し、従来のタングステン（W）薄膜を部分的に置き換えた点にある。ワード線とは、メモリセルのコントロールゲートを接続し、特定の行のメモリセルを選択・操作する役割を担う基幹配線である。
NANDフラッシュの積層数が400層に迫るにつれ、内部配線の幅は一段と縮小し、従来のタングステン材料の弱点が完全に露呈した。一方では、タングステンの電気抵抗がサイズの縮小とともに急激に上昇し、信号伝送速度の低下を招く。他方では、タングステンの成膜前にバリア補助層を敷設する必要があり、層を重ねるごとに生じる厚みの損失がチップの垂直方向のスペースを著しく圧迫する。これに対してモリブデンは、同等の微細化スケールにおいてより低い比抵抗を持ち、データの読み書きおよび消去速度を大幅に向上させるだけでなく、バリア層を省略して直接充填できるため、より高いストレージ密度の実現も可能にする。
モリブデン材料の優位性は明らかであるものの、常温で固体という物理的特性から、製造装置には精密な高温加熱と材料搬送の能力が求められる。SKハイニックスはラムリサーチ（Lam Research）の枚葉式処理ソリューションを評価した上で、最終的に東京エレクトロン（TEL）の縦型炉式成膜システムを採用することを決定した。同装置は一度に約100枚のウエハーを処理でき、装置調達コスト、工場占有面積、モリブデン材料の消費量のいずれにおいても極めて高いコストパフォーマンスを発揮する。
材料供給面では、フランスのエア・リキード（Air Liquide）、米国のエンテグリス（Entegris）、ドイツのメルク（Merck KGaA）が主要サプライヤーとなる見通しだ。また、SKハイニックスは国内企業のSKスペシャルティの参入を積極的に推進しており、エア・リキードの配送インフラを活用してサプライチェーンを補完する方策について協議を進めている。
SKハイニックスのこの技術転換は、メモリ業界における「タングステンからモリブデンへ」という流れが不可逆的なトレンドとなっていることを裏付けている。競合のサムスン電子はすでに2024年4月に量産を開始した286層の第9世代3D NANDにモリブデン工程を先行導入しており、400層超を計画する第10世代製品も今年下半期に市場投入される予定だ。
両巨頭が相次いで注力するなか、NANDフラッシュにおけるモリブデン材料の需要は急速な拡大局面に入りつつある。業界の試算によれば、サムスンの今年のモリブデン調達量は昨年の4トンから10トンへと増加する見込みであり、2030年には80トンに急増する可能性があるという。SKハイニックスも来年から大規模なモリブデン工程の導入を開始し、初期の年間需要量は約4トンと見込まれている。
業界の専門家は、NANDフラッシュ業界の現在の原動力は単純な出荷量ではなく収益性にあると指摘する。SKハイニックスは低層NANDの生産を減らし、375層の高付加価値製品の生産能力を拡大することで、全体的な生産能力を闇雲に拡張するのではなく、ビット当たりの収益性向上とコスト削減を目指している。
