L'innovazione nella deposizione consente lo sviluppo di DRAM 3D ad alta densità a 120 strati

I ricercatori dell'imec e dell'Università di Ghent hanno dimostrato su https://pubs.aip.org/aip/jap/article/138/5/055702/3357408/Epitaxial-growth-of-up-to-120-Si0-8Ge0-2-Si?s=31 un metodo per la crescita di 120 strati alternati di silicio e silicio-germanio su wafer da 300 mm, per supportare lo sviluppo di DRAM tridimensionali. Ogni pila è composta da circa 65 nanometri di silicio e 10 nanometri di silicio-germanio con il 20 percento di germanio, ripetuti 120 volte. Il wafer interno rimane completamente teso, il che è importante per la resa del dispositivo. La maggior parte delle dislocazioni disadattate appare vicino al bordo del wafer, dove lo smusso facilita il rilassamento.

La creazione di questi canali richiede strati di silicio-germanio che possono essere incisi selettivamente, motivo per cui è stata scelta una composizione al 20% di germanio. I risultati del team dimostrano che la costruzione di più di 100 bilayer è fattibile su wafer di dimensioni di produzione, consentendo una maggiore densità di memoria.

Per ottenere questo risultato, il team ha adattato il suo processo per mantenere le interfacce nitide e limitare la miscelazione tra gli strati, pur mantenendo una buona produttività. Hanno utilizzato la CVD a pressione ridotta negli strumenti ASM Intrepid, coltivando il silicio con silano a circa 675 gradi Celsius e il silicio-germanio con diclorosilano e germano. La spettrometria di massa degli ioni secondari ha confrontato una pila normale con una mantenuta calda per un tempo pari a 60 bilayer in più. I profili del germanio corrispondevano, dimostrando che la miscelazione tra silicio e silicio-germanio in queste condizioni era minima.

Anche la gestione dei difetti è stata fondamentale. La diffrazione a raggi X ad alta risoluzione e la sezione trasversale TEM hanno mostrato che il superlattice all'interno del wafer è rimasto completamente teso, senza dislocazioni filiformi. Sebbene lo spessore totale del silicio-germanio sia di circa 1,2 micrometri, significativamente superiore allo spessore critico abituale per un singolo strato, il design multistrato e la crescita pulita hanno permesso di rimanere stabili. Dove la deformazione è rilassata, vicino al bordo, gli autori la attribuiscono all'effetto smussatura e suggeriscono di ridurre il disadattamento del reticolo abbassando il contenuto di germanio o aggiungendo una piccola quantità di carbonio. Hanno anche monitorato l'arco del wafer e, quando necessario, hanno applicato uno strato di nitruro compressivo sul retro, dopo aver protetto il lato anteriore.

Le sfide di uniformità nella deposizione degli strati sono state un punto chiave per il team. Il documento collega i cambiamenti nello spessore dello strato e la non uniformità nelle pile spesse agli spostamenti di temperatura causati dall'accumulo indesiderato sul tubo di quarzo del reattore, che influisce sul modo in cui le lampade riscaldano la camera. Uno strumento più recente, con un controllo attivo della temperatura del tubo, ha ridotto questa deriva, migliorando sia l'uniformità laterale che la coerenza tra gli strati. A titolo di confronto, i cicli ottimizzati a strato singolo hanno avuto variazioni di spessore inferiori a circa l'1,3 percento, mentre le strutture a cappuccio molto spesse hanno aumentato la percentuale a circa l'1,8 percento, con il bordo più sensibile. L'analisi riporta spessori di interfaccia dell'ordine di pochi nanometri, con interfacce di fondo dello stack intorno a ~2,6-2,9 nanometri e transizioni più nette in alto, coerenti con una segregazione e un'interdiffusione ridotte alla temperatura e alla chimica scelte. Questi risultati di microscopia si allineano con i picchi satellitari dei raggi X che rimangono ben risolti e allineati verticalmente con il picco del substrato, un altro indicatore di un superlattice coerente e teso.