3D DRAM接近现实!通过先进沉积技术实现120层堆栈

日期:2025-08-25

8月25日消息,比利时微电子研究中心和根特大学的研究人员近日发布论文称,他们成功实现了在120毫米晶圆上生长了300层硅(Si)和硅锗(SiGe)交替层——这是迈向3D DRAM 的关键一步。


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硅(Si)和硅锗(SiGe)交替双层形成120层堆栈的图示,展示了用于3D DRAM应用的多层结构


据介绍,硅和硅锗晶体的原子间距略有不同,因此当堆叠时,各层自然会想要拉伸或压缩。可以把它想象成试图堆叠一副牌,其中第二张牌都比第一张牌稍大——如果没有仔细对齐,牌堆就会扭曲和倾倒。用半导体术语来说,这些“倾倒”表现为错位,即可能会破坏存储芯片性能的微小缺陷。


为了解决这个问题,该研究团队仔细调整了SiGe层中的锗含量,并尝试添加碳,碳就像一种微妙的胶水,可以缓解压力。它们还在沉积过程中保持极其均匀的温度,因为反应器中即使是微小的热点或冷点也会导致生长不均匀。


该过程本身使用先进的外延沉积技术,就像用气体作画一样。硅烷和锗(含有硅和锗的气体)在晶圆表面被分解,留下精确的纳米薄层。控制每层的厚度、成分和均匀性至关重要,即使是很小的偏差也会在堆栈中传播,从而放大缺陷。


现在,为什么要付出所有这些努力呢?在传统的DRAM中,存储单元是平坦的,这限制了密度。垂直堆叠层(3D)允许在相同的占用空间内使用更多的存储单元,从而在不增加芯片面积的情况下提高存储容量。成功创建120个双层表明垂直扩展是可以实现的,使我们更接近下一代高密度存储设备。


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通过外延沉积概念化实现的3D DRAM


将每个双层视为摩天大楼中的一个模块,如果错位,那么整个建筑就会变得不稳定。通过控制应变和保持层均匀,研究人员有效地建造了一座由硅和SiGe组成的纳米级摩天大楼,每单位面积可以容纳数千个存储单元。


报道称,该研究成果的影响超出了存储芯片的范畴。生长精确多层结构的技术可以推进3D晶体管、堆叠逻辑器件,甚至量子计算架构,在这些架构中,在原子水平上控制层特性至关重要。