Genombrott inom deponering möjliggör utveckling av 120-lagers 3D-DRAM med hög densitet

Forskare vid imec och Ghent University har demonstrerat en metod för att odla 120 omväxlande lager av kisel och kisel-germanium på 300 mm wafers för att stödja utvecklingen av tredimensionella DRAM. Varje stack består av cirka 65 nanometer kisel och 10 nanometer kisel-germanium med 20 procent germanium, upprepat 120 gånger. Den inre skivan förblir helt ansträngd, vilket är viktigt för enhetens utbyte. De flesta missanpassade dislokationer uppträder nära skivkanten, där avfasningen underlättar avspänning.

För att skapa dessa kanaler krävs kisel-germaniumskikt som kan etsas selektivt, vilket är anledningen till att de valde en germaniumkomposition på 20 procent. Teamets resultat visar att det är möjligt att bygga mer än 100 dubbelskikt på wafers i produktionsstorlek, vilket möjliggör högre minnesdensitet.

För att uppnå detta justerade teamet sin process för att hålla gränssnitten skarpa och begränsa blandningen mellan skikten, samtidigt som man behöll en god genomströmning. De använde CVD med reducerat tryck i ASM Intrepid-verktyg och odlade kisel med silan vid cirka 675 grader Celsius och kisel-germanium med diklorsilan och germane. Med hjälp av sekundärjonmasspektrometri jämfördes en normal stack med en stack som hållits varm lika länge som 60 extra bilager skulle ta. Germaniumprofilerna matchade, vilket visar att det var mycket liten blandning mellan kisel och kisel-germanium under dessa förhållanden.

Att hantera defekter var också avgörande. Högupplöst röntgendiffraktion och tvärsnitts-TEM visade att supergitteret inuti skivan förblev helt ansträngt, utan att några gängande dislokationer hittades där. Även om den totala kisel-germaniumtjockleken är cirka 1,2 mikrometer, vilket är betydligt mer än den vanliga kritiska tjockleken för ett enda lager, gjorde flerskiktsdesignen och den rena tillväxten att den förblev stabil. Där belastningen är mindre, nära kanten, tillskriver författarna detta till avfasningseffekten och föreslår att man minskar gitterobalansen genom att sänka germaniumhalten eller tillsätta en liten mängd kol. De övervakade också waferns böjning och applicerade vid behov ett komprimerande nitridskikt på baksidan, efter att ha skyddat framsidan.

Utmaningar med jämnhet vid skiktdeponering var ett viktigt fokus för teamet. I artikeln kopplas förändringar i skikttjocklek och ojämnheter i tjocka staplar till temperaturförändringar som orsakas av oönskad uppbyggnad på reaktorns kvartsrör, vilket påverkar hur lamporna värmer upp kammaren. Ett nyare verktyg med aktiv temperaturkontroll för röret minskade denna drift, vilket förbättrade både enhetligheten från sida till sida och konsistensen mellan skikten. Som jämförelse kan nämnas att optimerade körningar med ett enda lager hade tjockleksvariationer under ca 1,3%, medan mycket tjocka kapselstrukturer ökade tjockleksvariationen till ca 1,8%, där kanten var mest känslig. Analysen visar på gränssnittstjocklekar i storleksordningen några nanometer, med gränssnitt i botten av stapeln på cirka 2,6-2,9 nanometer och skarpare övergångar högre upp, vilket överensstämmer med minskad segregering och interdiffusion vid den valda temperaturen och kemin. Dessa mikroskopiresultat överensstämmer med röntgensatellittoppar som förblir väl upplösta och vertikalt inriktade med substrattoppen, en annan indikator på ett sammanhängande, ansträngt supergitter.