300-Period Si/SiGe Superlattices on 12-inch Wafers: Growth, Structural Integrity, and Challenges Relevant to 3D DRAM Application

材料科学 德拉姆 堆积 化学气相沉积 薄脆饼 光电子学 外延 超晶格 降级(电信) 缩放比例 动态随机存取存储器 纳米技术 上部结构 位错 沉积(地质) 应力松弛 表征(材料科学) 电子工程 纳米结构 拉伤 金属有机气相外延 纳米尺度 过程(计算) 放松(心理学) 浅沟隔离 制作
作者
Xiaomeng Liu,X. Z. Wang,Yanpeng Song,Y. Zhang,Hailing Wang,Yifei Ma,Ying Zhang,Xin Hu,Wenhao Zhang,Han Wang,Jiajun Xu,Zhenzhen Kong,Bowen Dong,Guilei Wang,Chao Zhao
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsami.6c12625
摘要

To overcome the scaling limits of conventional dynamic random-access memory (DRAM), three-dimensional DRAM (3D DRAM) has been proposed for next-generation high-density memory. Multi-period Si/SiGe superlattices (SLs) are key candidates for vertically stacked channel structures, but their high-period stacking capability is limited by degradation of structural integrity and crystalline quality. In this work, 300-period Si/SiGe SLs with different Ge contents (∼ 25 and ∼ 15%) were grown on 12-inch Si wafers using reduced-pressure chemical vapor deposition (RPCVD), achieving total film thicknesses exceeding ∼ 14 μm. A Si/Si0.75Ge0.25 SL was first fabricated and systematically characterized, revealing partial strain relaxation, degradation of vertical periodicity, and within-wafer non-uniformity. Subsequently, a 300-period Si/Si0.85Ge0.15 SL with reduced effective Ge content was grown under optimized process conditions. Compared with the Si/Si0.75Ge0.25 structure, the Si/Si0.85Ge0.15 SL exhibits improved layer-to-layer thickness control, more stable composition profiles, and enhanced within-wafer uniformity. However, partial strain relaxation and threading dislocations are still observed. Overall, this work provides experimental insights into the degradation evolution, optimization potential, and remaining limitations of 300-period Si/SiGe SLs on 12-inch wafers, offering guidance for further scaling of Si/SiGe epitaxy toward future 3D DRAM applications.

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