3D DRAM нового поколения становится реальностью

На первый взгляд кажется, что это похоже на складывание листов бумаги, но на самом деле это больше похоже на балансирование карточного домика из материалов, которые естественным образом стремятся развалиться.

Проблема начинается с несоответствия кристаллических решёток. Кристаллы кремния и кремний-германия имеют немного разное расстояние между атомами, поэтому при наложении друг на друга слои естественным образом стремятся растянуться или сжаться. Представьте, что вы пытаетесь сложить колоду карт, где каждая вторая карта немного больше первой. Без тщательного выравнивания стопка деформируется и опрокидывается. В полупроводниковой технике такие «опрокидывания» проявляются в виде дислокаций несоответствия — крошечных дефектов, которые могут снизить производительность микросхемы памяти.

Чтобы решить эту проблему, команда тщательно отрегулировала содержание германия в слоях SiGe и поэкспериментировала с добавлением углерода, который действует как тонкий клей, снимающий напряжение. Они также поддерживали чрезвычайно равномерную температуру в процессе осаждения, поскольку даже незначительные горячие или холодные участки в реакторе могут привести к неравномерному росту.

Сам процесс, в котором используются передовые методы эпитаксиального осаждения, похож на рисование красками. Силан и герман — газы, содержащие кремний и германий, — распадаются на поверхности пластины, оставляя после себя точные слои толщиной в несколько нанометров. Крайне важно контролировать толщину, состав и однородность каждого слоя; даже незначительное отклонение может распространиться по всей структуре, усугубляя дефекты.

Итак, зачем прилагать все эти усилия? В обычной DRAM ячейки памяти расположены плоско, что ограничивает плотность. Вертикальная укладка слоев — в 3D—формате — позволяет разместить гораздо больше ячеек памяти на одной площади, увеличивая объем памяти без увеличения размеров чипов. Успешное создание 120 бислоев демонстрирует, что вертикальное масштабирование достижимо, приближая нас к устройствам памяти следующего поколения с высокой плотностью данных.

Представьте, что каждый бислой — это этаж в небоскрёбе. Если один этаж смещён относительно другого, то всё здание становится неустойчивым. Контролируя напряжение и сохраняя однородность слоёв, исследователи фактически создали наноразмерный небоскрёб из кремния и SiGe, в котором могут разместиться тысячи ячеек памяти на единицу площади.

Последствия выходят за рамки чипов памяти. Технологии выращивания точных многослойных структур могут способствовать созданию 3D-транзисторов, многоуровневых логических устройств и даже архитектур для квантовых вычислений, где критически важно контролировать свойства слоёв на атомном уровне. 

Кроме того, это исследование согласуется с текущими разработками полевых транзисторов с изолированным затвором (Gate-All-Around Field-Effect Transistor, GAAFET) и комплементарных полевых транзисторов (Complementary FET, CFET). Эти усовершенствованные транзисторные архитектуры выигрывают от точного контроля над свойствами материалов, обеспечиваемого методами эпитаксиального роста, что позволяет создавать более компактные и мощные транзисторы, необходимые для дальнейшей миниатюризации электронных устройств.

Сообщение 3D DRAM нового поколения становится реальностью появились сначала на Время электроники.