【本学研究者情報】

〇国際放射光イノベーション・スマート研究センター（SRIS）/多元物質科学研究所　教授　高橋幸生
研究室ウェブサイト

【発表のポイント】

• テンダーX線タイコグラフィCTにより、次世代3D NANDフラッシュメモリ^（注１）開発に向けた深さ約10 µmの高アスペクト比エッチングホール^（注２）構造を非破壊で三次元可視化しました。
• 約67 nmの三次元空間分解能を達成し、ホール間距離やエッチング深さのばらつきを定量的に評価することに成功しました。
• 半導体デバイスの製造プロセス評価や次世代メモリ開発に向けた新しい非破壊三次元計測技術として期待されます。

【概要】

近年、生成AIやクラウドサービスの普及に伴い、大容量データを保存するための3D NANDフラッシュメモリの高性能化が進んでいます。3D NANDでは、数百層に積層された薄膜構造に高アスペクト比エッチングホールを形成する必要がありますが、その内部構造を非破壊で三次元評価することは容易ではありません。

東北大学大学院工学研究科の大川成大学院生、国際放射光イノベーション・スマート研究センター（SRIS）の高橋幸生教授らの研究グループは、3 GeV高輝度放射光施設「NanoTerasu」^（注３）のビームラインBL10Uで得られる高輝度テンダーX線^（注４）を用い、X線タイコグラフィ^（注５）と計算機断層撮影（CT）^（注６）を組み合わせることで、高アスペクト比エッチングホールの三次元構造を非破壊で可視化することに成功しました。

得られた試料像から、ホール径が深さ方向に変化している様子や、エッチングプロセスに由来すると考えられる形状変化を定量的に評価しました。本研究成果は、半導体製造プロセスの高度化に貢献する新しい三次元構造評価技術として期待されます。

本研究成果は、米国物理学協会誌Applied Physics Lettersに、7月8日付で、オンライン掲載されました。

【用語解説】

注1. 3D NANDフラッシュメモリ
データを記録するメモリセルを三次元方向に積み重ねることで大容量化を実現した不揮発性メモリ。スマートフォン、パソコン、SSD、データセンターなどに広く利用されている。近年は生成AIやクラウドサービスの普及に伴い、より大容量・高性能な3D NANDフラッシュメモリの開発が進められている。

注2. 高アスペクト比エッチングホール：
次世代3D NANDフラッシュメモリの製造において形成される微細な穴構造。深さが直径よりもはるかに大きいため高アスペクト比（HAR: High Aspect Ratio）構造と呼ばれる。このような構造は加工や内部評価が難しく、半導体製造技術における重要な課題の一つとなっている。

注3. NanoTerasu：
宮城県仙台市 東北大学青葉山新キャンパス内にて整備が進められ、2024年4月に稼働を開始した中型放射光施設。国の主体機関である国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構（QST）と一般財団法人光科学イノベーションセンター（PhoSIC）を代表機関とする宮城県、仙台市、国立大学法人東北大学、一般社団法人東北経済連合会からなる地域パートナーで構成され、費用負担も含めた役割分担の元で整備が進められている。

注4. テンダーX線：
軟X線（Soft X-ray）と硬X線（Hard X-ray）の中間に位置する波長域 （おおよそエネルギーで2～5 keV程度）のX線を指す。

注5. X線タイコグラフィ：
コヒーレントX線回折イメージングの手法のうちの一つ。試料にコヒーレントX線を照射する際、試料面上でX線照射領域が一部重複するように試料を二次元走査し、各走査点において回折強度パターンを取得する。得られた複数の回折強度パターンに対して位相回復計算を実行することで、一枚の試料像を取得する。

注6. 計算機断層撮影（CT）：
試料をさまざまな角度から透過して得られた投影画像を、計算機によって再構成することで三次元構造を可視化する手法。試料内部の密度分布や構造情報を非破壊的に取得できる。

【論文情報】

タイトル：Nondestructive Structural Evaluation of High-Aspect-Ratio-Etched Holes by Tender X-ray Ptychography with Computed Tomography
著者：Naru Okawa*, Nozomu Ishiguro, Yuhei Sasaki, Masaki Abe, Shuntaro Takazawa, Mihiro Ikenaga, and Yukio Takahashi*
*責任著者：東北大学国際放射光イノベーション・スマート研究センター
大学院生　大川成、教授　高橋幸生
掲載誌：Applied Physics Letters
DOI：10.1063/5.0339243

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

（研究に関すること）
東北大学国際放射光イノベーション・スマート研究センター
教授　高橋幸生
TEL: 022-217-5166
Email: ytakahashi*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（報道に関すること）
東北大学多元物質科学研究所　広報情報室
TEL: 022-217-5198
Email: press.tagen*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）