Прорыв в области осаждения позволяет создать 120-слойную 3D DRAM высокой плотности

Исследователи из imec и Гентского университета продемонстрировали метод выращивания 120 чередующихся слоев кремния и кремний-германия на 300-миллиметровых пластинах для поддержки разработки трехмерной DRAM. Каждый слой состоит из примерно 65 нанометров кремния и 10 нанометров кремний-германия с 20% германия, повторяющихся 120 раз. Внутренняя пластина остается полностью деформированной, что важно для выхода устройства. Большинство неправильных дислокаций появляется у края пластины, где скос способствует релаксации.

Для создания таких каналов требуются кремниево-германиевые слои, которые можно избирательно вытравливать, поэтому они выбрали состав с 20% германия. Результаты работы команды показывают, что создание более 100 бислоев возможно на пластинах производственного размера, что позволяет увеличить плотность памяти.

Чтобы достичь этого, команда скорректировала свой процесс, чтобы сохранить четкость границ раздела и ограничить смешивание между слоями, сохраняя при этом хорошую пропускную способность. Они использовали CVD с пониженным давлением в инструментах ASM Intrepid, выращивая кремний с силаном при температуре около 675 градусов Цельсия, а кремний-германий - с дихлорсиланом и германом. Вторично-ионная масс-спектрометрия сравнивала обычную стопку с той, которую держали горячей столько времени, сколько потребовалось бы для 60 дополнительных бислоев. Профили германия совпали, показав, что в таких условиях смешивание кремния и кремния с германием было очень незначительным.

Управление дефектами также было очень важным. Рентгеновская дифракция высокого разрешения и ТЕМ в поперечном сечении показали, что сверхрешетка внутри пластины оставалась полностью деформированной, и в ней не было обнаружено ни одной нитевидной дислокации. Хотя общая толщина кремний-германиевого слоя составляет около 1,2 микрометра, что значительно больше обычной критической толщины для одного слоя, многослойная конструкция и чистый рост позволили ему оставаться стабильным. Там, где деформация ослаблена, вблизи края, авторы объясняют это эффектом скоса и предлагают уменьшить несоответствие решетки путем уменьшения содержания германия или добавления небольшого количества углерода. Они также следили за наклоном пластин и при необходимости наносили сжимающий нитридный слой на заднюю сторону после защиты передней стороны.

Проблемы однородности при осаждении слоев были ключевыми для команды. В статье изменения толщины слоев и неравномерность в толстых стопках связываются с температурными сдвигами, вызванными нежелательным накоплением на кварцевой трубке реактора, которое влияет на то, как лампы нагревают камеру. Новый инструмент с активным контролем температуры трубки уменьшил этот сдвиг, улучшив равномерность и однородность слоев. Для сравнения, в оптимизированных однослойных сериях колебания толщины не превышали 1,3%, в то время как очень толстые структуры крышек увеличивали этот показатель примерно до 1,8%, причем наиболее чувствительными были края. Анализ показал, что толщина интерфейсов составляет порядка нескольких нанометров, с нижними границами около ~2,6-2,9 нанометров и более резкими переходами выше, что соответствует уменьшению сегрегации и интердиффузии при выбранной температуре и химическом составе. Эти результаты микроскопии согласуются с рентгеновскими пиками-спутниками, которые остаются хорошо разрешенными и вертикально выровненными с пиком подложки, что является еще одним показателем когерентной, напряженной сверхрешетки.