Die Zukunft der schnellen Speicherzellen

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Anders als vor einigen Jahren wird es zunehmend schwerer, die Verkleinerung voranzutreiben. Das liegt an vielen Faktoren, nicht zuletzt am Wärmedurchgangskoeffizienten (K-Wert). Hier tut sich ein weit reichendes Experimentierfeld für die angewandte Wissenschaft auf. Und da es um Märkte mit Milliardenumsätzen geht, steht die Kooperation zwischen den Herstellern nicht besonders hoch im Kurs.

Reichte bislang für die Maskenbelichtung sichtbares Licht mit Wellenlängen zwischen etwa 400 und 850 Nanometer aus, so sind inzwischen Strukturgrößen erreicht, die nur noch über Interferenzen belichtet werden können, da man so kleinere Wellenlängen bis 192 Nanometer erzielen kann. Mit verschiedenen Maßnahmen wie der Erhöhung der numerischen Apertur oder Nearfield-Immersion lassen sich eventuell weitere Fortschritte erzielen. Bei der Nearfield-Immersion fokussiert ein Tropfen Öl oder Wasser den Lichtstrahl im nahen Bereich. Auch der Brechungsindex wird erhöht.

Aus heutiger Sicht glaubt man, in einigen Generationsschritten zumindest mit Strukturbreiten von 20 Nanometern umgehen zu können. Das wird voraussichtlich jedoch nur mit »lithografiefreundlichen« Schaltkreisverbindungen funktionieren. Auch mit neuen Materialien für Maskierungs- und Halbleiterschichten hofft man, kleinere Strukturen mit glatteren Kanten zu erzielen. Und aus Kostengründen sollen Halbleiterchips aus möglichst wenig Maskenschritten und Metallisierungslagen aufgebaut werden. Übliche Flash-Chips von Samsung und Toshiba haben drei Metallisierungslagen.

Halbduchlässige Isolierschicht

Bei Flash-Halbleitern ist die halbdurchlässige Isolierschicht um das Floating Gate besonders kritisch. Natürlich soll die Schicht besonders dünn sein. Etwa sieben bis zwölf Nanometer gelten als untere Grenze. Dadurch wird es sehr schwierig, Strukturen unterhalb von 45 Nanometern herzustellen. Diese Isolierschicht soll die Elektronen mit wenig Aufwand (niedrige Schreibspannung) hineinlassen und unter Umständen für über zehn Jahre ohne Verluste festhalten. Beim Löschen vor dem Wiederbeschreiben sollen die Elektronen mit wenig Aufwand (niedrige Löschspannung) wieder vollständig entfernt werden. Daher wird auch hier nach neuen, besseren Materialien gesucht.

Eine besonders einfache Methode der Raumausnutzung ist, eine Anzahl von ungehäusten Chips aufeinanderzustapeln. Das können auch Mischungen aus NAND-, NOR- oder anderen Bauteilen sein.

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Stand vom 30.10.2020

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