積むほど安く速くなる——3D NANDが332層に達した理由と、400層への壁

スマホやSSDの記憶容量が毎年増えているのに、値段がさほど上がっていない——その裏にあるのが3D NANDの積層競争です。平面に並べる構造から縦に積み上げる構造へ移行したことで、半導体メモリの製造効率は根本的に変わりました。半導体の基礎から知りたい場合は「半導体とは何か」を先にご覧ください。そして2026年、積層数は332層に達しています。

なぜ「縦に積む」ほどコストが下がるのか

半導体の製造コストは工場の建設費・装置代という固定費が大半を占めます。ウェハ1枚を処理するコストはほぼ一定で、そこから取れるチップ数と1チップあたりのビット数が多いほど「1ビットあたりのコスト」は下がります。

平面（2D）NANDは基板の上に記憶セルを横に並べる構造でした。微細化——回路線幅を縮める技術——でビット密度を上げてきましたが、10nmを下回る領域では隣のセルへの電子干渉が問題になり、収益性よく微細化を続けることが困難になりました。

3D NANDはこの壁を「縦に積む」ことで回避しました。記憶セルをウェハ面内ではなく垂直方向に重ねることで、微細化に頼らずにビット数を増やします。100層積めば2D比で100倍——とはいきませんが、層数を増やすほど1チップあたりの容量が増え、固定費を多くのビットで割ることができます。

キオクシアのBiCS 10（332層）はBiCS 8（218層）比でビット密度が59%向上しました。同じ製造投資で59%多くのビットを生み出せるということです。

チャネルホールとは何か——積層の核心技術

3D NANDの製造で最も難しい工程が「チャネルホール」の加工です。積み重ねた何百層もの絶縁膜と導電膜に、垂直に細い穴を一気に貫通させます。この穴の中にシリコン膜を形成することで記憶セルが作られます。

穴の直径は約100nm——髪の毛の約1000分の1です。300層超では積層の合計厚みが5〜6μmになるため、アスペクト比（深さ÷直径）は50〜60対1に達します。家に例えると、口の幅が2cmしかない煙突を高さ1〜1.2mまで真っすぐ掘り抜く作業です。

この穴を掘る工程をHAR（High Aspect Ratio）エッチングと呼びます。使われるのはプラズマエッチング——高周波電力でガスをイオン化し、イオンを基板に垂直に加速して材料を削る技術です。

なぜ300層を超えると難しくなるのか

穴が深くなるにつれて、3つの問題が顕在化します。第1がテーパー——穴の上部は規定径に掘れていても、下に行くにつれて穴径が小さくなる現象です。イオンが穴の途中で側壁に衝突・散乱するため、深部に届くイオン量が減ります。

第2が孔底停止——エッチングの副生成物が穴の底に堆積し、それ以上掘れなくなる現象です。第3がサイドウォールブローアウト——側壁に横方向のエッチングが入り、穴の形が崩れる現象です。

これらが重なると、完成したセルの電気特性がばらついて歩留まりが落ちます。300層、400層と積み上げるためには、これらを同時に抑制できる新しい掘削技術が必要でした。

クライオエッチングが開いた打開策

打開策として実用化されたのがクライオエッチング——マイナス60℃以下の極低温でエッチングを行う技術です。低温にすることで、エッチングの際に生じる副生成物（ポリマー）が穴の側壁に付着して保護膜として機能します。この保護膜が横方向のエッチングを抑制し、テーパーや孔形の崩れを防ぎながら深く掘ることを可能にします。

ラムリサーチが2019年に量産適用を始め、従来のエッチングと比べて2.5倍の速度でHARエッチングを行えることを示しました。東京エレクトロン（TEL）も400層超に対応したクライオエッチング製品を2026年に量産開始しています。

クライオエッチングは装置の冷却機構が複雑で設備コストが高く、低温での真空プロセス管理に高度なノウハウが要ります。それでも積層数を400層、500層へと伸ばすには不可欠な技術として、エッチング装置メーカー各社が開発競争を続けています。

現在地：誰が何層まで来ていて、AI需要はどこへ向かうか

2025年第3四半期のNAND市場シェアはサムスンが32.3%でトップ、SKハイニックスが19.3%、キオクシアが15.3%と続きます。各社がほぼ同世代の積層技術で競い、BiCS 10相当の300層超世代が業界標準になりつつあります。

需要側では「AI推論インフラ向けの急成長」が需給を塗り替えています。キオクシアのInvestor Day 2026では、データセンター向けNAND需要のCAGR（年平均成長率）が2028年まで46%、AI推論向けに限ると86%に達するとの予測が示されました。2026年の生産分はすでに完売済みで、顧客からは2027〜28年分の長期供給契約を前倒しで求める動きが出ています。

北上第2製造棟でのBiCS 10量産開始はその直接の応答です。年平均4,700億円の設備投資計画（FY26〜28）は、積層技術への投資が製品ロードマップだけでなく需要応答の手段になったことを示しています。

400層へ向けた次世代では、チャネルホール加工をさらに複雑にする多段エッチング（タイアーエッチング）と、クライオエッチングの組み合わせが本命視されています。積層競争は技術の壁を毎回書き換えながら続いています。