O avanço na deposição permite o desenvolvimento de DRAM 3D de alta densidade com 120 camadas

Pesquisadores do imec e da Universidade de Ghent demonstraram https://pubs.aip.org/aip/jap/article/138/5/055702/3357408/Epitaxial-growth-of-up-to-120-Si0-8Ge0-2-Si?s=31 um método para o crescimento de 120 camadas alternadas de silício e silício-germânio em wafers de 300 mm para apoiar o desenvolvimento de DRAM tridimensional. Cada pilha consiste em cerca de 65 nanômetros de silício e 10 nanômetros de silício-germânio com 20% de germânio, repetidos 120 vezes. O wafer interno permanece totalmente tensionado, o que é importante para o rendimento do dispositivo. A maioria dos deslocamentos inadequados aparece perto da borda do wafer, onde o chanfro facilita o relaxamento.

A criação desses canais requer camadas de silício-germânio que possam ser gravadas seletivamente, razão pela qual eles escolheram uma composição de 20% de germânio. Os resultados da equipe demonstram que a construção de mais de 100 bicamadas é viável em wafers de tamanho de produção, permitindo maior densidade de memória.

Para conseguir isso, a equipe ajustou seu processo para manter as interfaces nítidas e limitar a mistura entre as camadas, mantendo, ao mesmo tempo, um bom rendimento. Eles usaram CVD de pressão reduzida em ferramentas ASM Intrepid, cultivando silício com silano a cerca de 675 graus Celsius e silício-germânio com diclorosilano e germânio. A espectrometria de massa de íons secundários comparou uma pilha normal com uma pilha mantida quente pelo tempo necessário para 60 bicamadas extras. Os perfis de germânio coincidiram, mostrando que havia muito pouca mistura entre silício e silício-germânio nessas condições.

O gerenciamento de defeitos também foi fundamental. A difração de raios X de alta resolução e a seção transversal do TEM mostraram que a superrede no interior do wafer permaneceu totalmente tensionada, sem que fossem encontrados deslocamentos de rosca. Embora a espessura total de silício-germânio seja de aproximadamente 1,2 micrômetro, significativamente maior do que a espessura crítica usual para uma única camada, o projeto de multicamadas e o crescimento limpo permitiram que ela permanecesse estável. Onde a tensão é relaxada, perto da borda, os autores atribuem isso ao efeito de chanfro e sugerem a redução da incompatibilidade da rede diminuindo o conteúdo de germânio ou adicionando uma pequena quantidade de carbono. Eles também monitoraram a curvatura do wafer e, quando necessário, aplicaram uma camada de nitreto compressivo na parte traseira, depois de proteger a parte frontal.

Os desafios de uniformidade na deposição de camadas foram um dos principais focos da equipe. O artigo relaciona as mudanças na espessura da camada e a não uniformidade em pilhas grossas às mudanças de temperatura causadas pelo acúmulo indesejado no tubo de quartzo do reator, o que afeta a forma como as lâmpadas aquecem a câmara. Uma ferramenta mais recente com controle ativo de temperatura para o tubo reduziu esse desvio, melhorando a uniformidade lado a lado e a consistência entre as camadas. Para fins de comparação, as execuções otimizadas de camada única tiveram variações de espessura abaixo de 1,3%, enquanto as estruturas de tampa muito espessas aumentaram para cerca de 1,8%, sendo a borda a mais sensível. A análise relata espessuras de interface da ordem de alguns nanômetros, com interfaces na parte inferior da pilha em torno de ~2,6-2,9 nanômetros e transições mais nítidas na parte superior, o que é consistente com a redução da segregação e da interdifusão na temperatura e na química escolhidas. Esses resultados de microscopia se alinham com os picos de satélite de raios X que permanecem bem resolvidos e verticalmente alinhados com o pico do substrato, outro indicador de uma superrede coerente e tensionada.