Une percée en matière de dépôt permet le développement d'une DRAM 3D haute densité à 120 couches

Des chercheurs de l'imec et de l'université de Gand ont démontré https://pubs.aip.org/aip/jap/article/138/5/055702/3357408/Epitaxial-growth-of-up-to-120-Si0-8Ge0-2-Si?s=31 une méthode permettant de faire croître 120 couches alternées de silicium et de silicium-germanium sur des tranches de 300 mm afin de soutenir le développement de la DRAM tridimensionnelle. Chaque pile se compose d'environ 65 nanomètres de silicium et de 10 nanomètres de silicium-germanium avec 20 % de germanium, répétés 120 fois. La plaquette intérieure reste entièrement déformée, ce qui est important pour le rendement de l'appareil. La plupart des dislocations inadaptées apparaissent près du bord de la plaquette, où le biseau facilite la relaxation.

La création de ces canaux nécessite des couches de silicium-germanium qui peuvent être gravées de manière sélective, ce qui explique le choix d'une composition à 20 % de germanium. Les résultats obtenus par l'équipe démontrent qu'il est possible de construire plus de 100 bicouches sur des plaquettes de taille industrielle, ce qui permet d'augmenter la densité de la mémoire.

Pour y parvenir, l'équipe a adapté son procédé afin de maintenir les interfaces nettes et de limiter le mélange entre les couches, tout en conservant une bonne capacité de production. Elle a utilisé un procédé de dépôt chimique en phase vapeur à pression réduite dans des outils ASM Intrepid, en faisant croître le silicium avec du silane à environ 675 degrés Celsius et le silicium-germanium avec du dichlorosilane et du germane. La spectrométrie de masse à ions secondaires a comparé une pile normale à une pile maintenue à chaud aussi longtemps que 60 bicouches supplémentaires. Les profils de germanium correspondaient, ce qui montre qu'il y avait très peu de mélange entre le silicium et le silicium-germanium dans ces conditions.

La gestion des défauts était également essentielle. La diffraction des rayons X à haute résolution et la TEM en coupe transversale ont montré que le super-réseau à l'intérieur de la plaquette restait entièrement déformé, sans qu'aucune dislocation filiforme ne soit détectée. Bien que l'épaisseur totale de silicium-germanium soit d'environ 1,2 micromètre, soit nettement plus que l'épaisseur critique habituelle pour une couche unique, la conception multicouche et la croissance propre lui ont permis de rester stable. Là où la contrainte est relâchée, près du bord, les auteurs l'attribuent à l'effet de biseau et suggèrent de réduire la discordance du réseau en diminuant la teneur en germanium ou en ajoutant une petite quantité de carbone. Ils ont également surveillé l'inclinaison de la plaquette et, le cas échéant, ont appliqué une couche de nitrure compressive à l'arrière, après avoir protégé la face avant.

Les problèmes d'uniformité dans le dépôt des couches ont été au centre des préoccupations de l'équipe. L'article établit un lien entre les variations d'épaisseur des couches et la non-uniformité des empilements épais et les changements de température causés par l'accumulation indésirable sur le tube de quartz du réacteur, qui affecte la façon dont les lampes chauffent la chambre. Un outil plus récent doté d'un contrôle actif de la température du tube a permis de réduire cette dérive, améliorant ainsi l'uniformité d'un côté à l'autre et l'homogénéité entre les couches. À titre de comparaison, les séries optimisées à couche unique présentaient des variations d'épaisseur inférieures à environ 1,3 %, tandis que les structures de recouvrement très épaisses portaient ce chiffre à environ 1,8 %, le bord étant le plus sensible. L'analyse indique des épaisseurs d'interface de l'ordre de quelques nanomètres, avec des interfaces en bas de pile autour de ~2,6-2,9 nanomètres et des transitions plus nettes plus haut, ce qui est cohérent avec une ségrégation et une interdiffusion réduites à la température et à la chimie choisies. Ces résultats microscopiques s'alignent sur les pics satellites des rayons X qui restent bien résolus et alignés verticalement avec le pic du substrat, un autre indicateur d'un super-réseau cohérent et déformé.