Un gran avance en el depósito permite desarrollar una DRAM 3D de alta densidad de 120 capas

Investigadores del imec y de la Universidad de Gante han demostrado en https://pubs.aip.org/aip/jap/article/138/5/055702/3357408/Epitaxial-growth-of-up-to-120-Si0-8Ge0-2-Si?s=31 un método para hacer crecer 120 capas alternas de silicio y silicio-germanio en obleas de 300 mm para apoyar el desarrollo de DRAM tridimensionales. Cada pila consta de unos 65 nanómetros de silicio y 10 nanómetros de silicio-germanio con un 20 por ciento de germanio, repetidos 120 veces. La oblea interior permanece totalmente tensada, lo que es importante para el rendimiento del dispositivo. La mayoría de las dislocaciones desajustadas aparecen cerca del borde de la oblea, donde el bisel facilita la relajación.

La creación de estos canales requiere capas de silicio-germanio que puedan grabarse selectivamente, razón por la que eligieron una composición del 20 por ciento de germanio. Los resultados del equipo demuestran que construir más de 100 bicapas es factible en obleas de tamaño de producción, lo que permite una mayor densidad de memoria.

Para lograrlo, el equipo ajustó su proceso para mantener las interfaces nítidas y limitar la mezcla entre capas, manteniendo al mismo tiempo un buen rendimiento. Utilizaron CVD a presión reducida en herramientas ASM Intrepid, cultivando silicio con silano a unos 675 grados Celsius y silicio-germanio con diclorosilano y germano. La espectrometría de masas de iones secundarios comparó una pila normal con otra mantenida en caliente durante el tiempo necesario para 60 bicapas adicionales. Los perfiles de germanio coincidían, lo que demostraba que había muy poca mezcla entre el silicio y el silicio-germanio en estas condiciones.

El control de los defectos también fue fundamental. La difracción de rayos X de alta resolución y la TEM de corte transversal mostraron que la superred del interior de la oblea se mantenía totalmente tensa, sin que se encontraran dislocaciones enhebradas en ella. Aunque el grosor total del silicio-germanio es de aproximadamente 1,2 micrómetros, bastante más que el grosor crítico habitual para una sola capa, el diseño multicapa y el crecimiento limpio permitieron que se mantuviera estable. En los lugares en los que la tensión se relaja, cerca del borde, los autores lo atribuyen al efecto de bisel y sugieren reducir el desajuste de la red disminuyendo el contenido de germanio o añadiendo una pequeña cantidad de carbono. También vigilaron la curvatura de la oblea y, cuando fue necesario, aplicaron una capa de nitruro compresivo en la parte posterior, tras proteger la cara frontal.

Los problemas de uniformidad en la deposición de capas fueron un punto clave para el equipo. El trabajo relaciona los cambios en el grosor de las capas y la falta de uniformidad en las pilas gruesas con los cambios de temperatura causados por la acumulación no deseada en el tubo de cuarzo del reactor, que afecta al modo en que las lámparas calientan la cámara. Una herramienta más nueva con control activo de la temperatura del tubo redujo esta desviación, mejorando tanto la uniformidad de lado a lado como la consistencia entre capas. A modo de comparación, las corridas optimizadas de una sola capa tuvieron variaciones de espesor por debajo de alrededor del 1,3%, mientras que las estructuras de tapa muy gruesas aumentaron eso a alrededor del 1,8%, siendo el borde el más sensible. El análisis informa de espesores de interfaz del orden de unos pocos nanómetros, con interfaces en la parte inferior de la pila en torno a ~2,6-2,9 nanómetros y transiciones más agudas más arriba, coherentes con una segregación e interdifusión reducidas a la temperatura y la química elegidas. Estos resultados de microscopía se alinean con los picos de los satélites de rayos X que permanecen bien resueltos y alineados verticalmente con el pico del sustrato, otro indicador de una superred tensa y coherente.