Grundlagen der Flash-Technik, Teil 2

Die Grenzen der Fertigungstechnik von SSD- und Flash-Speicherzellen

03.02.2009 | Autor / Redakteur: Hermann Strass / Nico Litzel

Vergleich herkömmlicher Flash-Speicher (links) und MONOS-Flash (Quelle: Renesas)
Vergleich herkömmlicher Flash-Speicher (links) und MONOS-Flash (Quelle: Renesas)

Extrem Ultra-Violet

Eine weitere, noch relativ unerprobte Entwicklung geht in Richtung EUV (Extrem Ultra-Violet). Dieses nicht mehr sichtbare, extrem kurzwellige Licht soll ab etwa 22 Nanometern Strukturgröße eingesetzt werden. Auch der Einsatz von weichen Röntgenstrahlen wird untersucht. Die kleinen Strukturen der Fotomasken haben jedoch das Problem des „Proximity Effect“, bei dem eine gewisse Strahlungsdosis in die danebenliegende Struktur hineinwirkt. Das kann man als eine Art optisches Übersprechen verstehen.

Durch doppelte Belichtung mit zwei komplementären Masken wird versucht, das Problem zu vermeiden. Dabei sind die jeweils direkten Nachbarstrukturen in der komplementären Maske. Die beiden Masken dürfen sich aber nur etwa drei bis sechs Nanometer überlappen. Bei einer Wellenlänge von 193 Nanometern und Immersionslithografie lassen sich nach heutigem Stand der Technik Strukturen bis hinunter von 22 Nanometern erzeugen.

Andere Möglichkeiten sind Nano-Imprint (Stempeldruck) oder e-Beam (Elektronenlithografie). Nano-Imprint hat bis auf Weiteres mit Problemen bei der Deckungsgenauigkeit von übereinander liegenden Schichten zu kämpfen. Und e-Beam ist für die Serienfertigung großer Stückzahlen zu langsam. Da die Fortschritte in der Fertigungstechnik nur sehr gering sind, ist die größte Hürde für jede Innovation fast immer der Preis für die Geräte und für die Umstellung der Produktion.

Generell wird viel von selbstorganisierenden Strukturen im Nanometerbereich erwartet. Ein Beispiel ist die an der Uni Bayreuth entwickelt Polystyrolmatrix mit Nanozylindern von 15 Nanometer Durchmesser im Abstand von 48 Nanometer. So ein Zylinder ist etwa 10.000-mal dünner als ein menschliches Haar.

An Phasenwechsel-Speichern wird schon seit Jahrzehnten geforscht. Ein entsprechendes Material (meist Chalkogenide) wechselt unter Einfluss von Wärme/Laserlicht den Zustand zwischen kristallin und amorph. Relativ neu ist, dass dieser Effekt auch in selbstorganisierten Nanodrähten aus Germanium, Antimon und Tellur (Ge2Sb2Te5) nutzbar ist. IBM verwendet Germanium und Antimon (GeSb) und erzielt damit gute Ergebnisse bis zu einer Strukturgröße von 22 Nanometern. Bei halbierter Stromaufnahme soll diese Speichertechnik 500-mal schneller als herkömmlicher Flash sein.

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