Ein gemeinsames Forschungsteam der University of Ulsan Science and Technology und der Pohang University of Science and Technology unter der Leitung der Professoren Byungjo Kim und Jihwan An hat erfolgreich ein neuartiges Post-Doping-Plasma-Verfahren (PDP) entwickelt, das die Leistung von DRAM-Bauelementen (Halbleiterspeichern) deutlich verbessert. Mit der zunehmenden Miniaturisierung elektronischer Bauelemente sind Speicherhalbleiter wie DRAM mit Problemen wie Leckagen und reduzierter Stabilität konfrontiert, wodurch herkömmliche Fertigungstechnologien unzureichend werden.

Der Kondensator in DRAM ist eine Schlüsselkomponente zur Ladungsspeicherung, und seine Leistung hängt maßgeblich von der Qualität der dielektrischen Schicht ab. Aluminiumdotiertes Titandioxid (ATO) ist aufgrund seiner hohen Dielektrizitätskonstante und hervorragenden Leckstromunterdrückung ein ideales dielektrisches Material. ATO, das mit der herkömmlichen Atomlagenabscheidung (ALD) hergestellt wird, weist jedoch Probleme mit Gitterstörungen und Sauerstoffleerstellen auf, die zu Materialinstabilität und erhöhtem Leckstrom führen. Um dieses Problem zu lösen, führte das Forschungsteam das PDP-Verfahren ein. Dabei wird eine dielektrische TiO₂-Schicht mittels ALD abgeschieden, anschließend mit einer ultradünnen Aluminiumoxidschicht beschichtet und anschließend mit einem Plasma aus Argon und Sauerstoff behandelt. Die Plasmabehandlung fördert nicht nur die Migration der Aluminiumdotierung auf atomarer Ebene und die Gitterneuordnung, sondern füllt auch effektiv Sauerstoffleerstellen und verbessert so die Leistung von DRAM-Kondensatoren erheblich. Experimentelle Daten zeigen, dass die Dielektrizitätskonstante von DRAM-Kondensatoren, die mit dem PDP-Prozess behandelt wurden, um etwa 30 % erhöht und der Leckstrom um fast das 40-fache reduziert wird.

Professor Ahn erklärte, dass dieses Atomschichtverfahren breite Anwendungsmöglichkeiten bietet, nicht nur für DRAM, sondern auch für elektronische Geräte der nächsten Generation und Energiespeichersysteme. Professor Kim betonte zudem, dass das Verständnis der grundlegenden Wechselwirkung zwischen Plasma und Materialien auf atomarer Ebene einen bedeutenden wissenschaftlichen Durchbruch in der Halbleiterfertigung darstelle und Südkorea helfen werde, seinen Wettbewerbsvorteil in der globalen Halbleiterindustrie zu behaupten.

Weitere Informationen: Gyuha Lee et al., In-situ-Postdotierungsplasmaprozess während der Al-dotierten TiO 2 -Atomlagenabscheidung zur Subnanometer-Gitterordnung und Defektbeseitigung, International Journal of Extreme Manufacturing (2025).