Przełom w osadzaniu umożliwia opracowanie 120-warstwowej pamięci 3D DRAM o wysokiej gęstości

Naukowcy z Imec i Ghent University zademonstrowali na stronie https://pubs.aip.org/aip/jap/article/138/5/055702/3357408/Epitaxial-growth-of-up-to-120-Si0-8Ge0-2-Si?s=31 metodę wytwarzania 120 naprzemiennych warstw krzemu i krzemu-germanu na waflach o średnicy 300 mm w celu wsparcia rozwoju trójwymiarowej pamięci DRAM. Każdy stos składa się z około 65 nanometrów krzemu i 10 nanometrów krzemu-germanu z 20% germanu, powtarzanych 120 razy. Wewnętrzna płytka pozostaje w pełni naprężona, co jest ważne dla wydajności urządzenia. Większość niedopasowanych dyslokacji pojawia się w pobliżu krawędzi płytki, gdzie skos ułatwia relaksację.

Tworzenie tych kanałów wymaga warstw krzemowo-germanowych, które można selektywnie wytrawiać, dlatego też wybrano 20-procentowy skład germanu. Wyniki zespołu pokazują, że zbudowanie ponad 100 dwuwarstw jest wykonalne na waflach o rozmiarze produkcyjnym, umożliwiając większą gęstość pamięci.

Aby to osiągnąć, zespół dostosował swój proces, aby zachować ostre interfejsy i ograniczyć mieszanie się między warstwami, przy jednoczesnym zachowaniu dobrej przepustowości. Zastosowali CVD o obniżonym ciśnieniu w narzędziach ASM Intrepid, hodując krzem z silanem w temperaturze około 675 stopni Celsjusza i krzem-german z dichlorosilanem i germanem. Spektrometria mas jonów wtórnych porównała normalny stos z tym utrzymywanym w wysokiej temperaturze tak długo, jak zajęłoby to 60 dodatkowych dwuwarstw. Profile germanu pasowały do siebie, pokazując, że w tych warunkach mieszanie między krzemem a krzemem-germanem było bardzo niewielkie.

Zarządzanie defektami było również krytyczne. Dyfrakcja rentgenowska o wysokiej rozdzielczości i przekrojowa TEM wykazały, że supersieć wewnątrz płytki pozostała w pełni naprężona, bez żadnych dyslokacji gwintowych. Chociaż całkowita grubość krzemowo-germanowa wynosi około 1,2 mikrometra, znacznie więcej niż zwykła grubość krytyczna dla pojedynczej warstwy, wielowarstwowa konstrukcja i czysty wzrost pozwoliły zachować stabilność. Tam, gdzie odkształcenie jest zrelaksowane, w pobliżu krawędzi, autorzy przypisują to efektowi skosu i sugerują zmniejszenie niedopasowania sieci poprzez obniżenie zawartości germanu lub dodanie niewielkiej ilości węgla. Monitorowali oni również wygięcie wafla i, w razie potrzeby, nałożyli ściskającą warstwę azotku z tyłu, po zabezpieczeniu przedniej strony.

Wyzwania związane z równomiernością osadzania warstw były kluczowym tematem dla zespołu. W artykule powiązano zmiany grubości warstwy i niejednorodność w grubych stosach ze zmianami temperatury spowodowanymi niepożądanym gromadzeniem się na rurze kwarcowej reaktora, co wpływa na sposób, w jaki lampy ogrzewają komorę. Nowsze narzędzie z aktywną kontrolą temperatury rury zmniejszyło ten dryft, poprawiając zarówno jednorodność z boku na bok, jak i spójność między warstwami. Dla porównania, zoptymalizowane jednowarstwowe przebiegi miały wahania grubości poniżej około 1,3 procent, podczas gdy bardzo grube struktury nakładek zwiększyły tę wartość do około 1,8 procent, przy czym krawędź była najbardziej wrażliwa. Analiza wykazała grubość interfejsów rzędu kilku nanometrów, z interfejsami na dole stosu około ~ 2,6-2,9 nanometra i ostrzejszymi przejściami wyżej, co jest zgodne ze zmniejszoną segregacją i interdyfuzją w wybranej temperaturze i składzie chemicznym. Te wyniki mikroskopii są zgodne z rentgenowskimi pikami satelitarnymi, które pozostają dobrze rozdzielone i wyrównane pionowo z pikiem podłoża, co jest kolejnym wskaźnikiem spójnej, naprężonej supersieci.