Gossamer - europäisches Verbundprojekt zur Entwicklung von Flash-Speichern 

In den letzten Jahren wurde ein stetig zunehmender Speicherbedarf verzeichnet. Insbesondere der Flash-Speicher, wie er z.B. in Digitalkameras oder Handys zum Speichern von Multimediadaten Verwendung findet, erfreut sich steigender Nachfrage. Die Entwicklung und Realisierung von Flash-Speichen der nächsten Generation auf 300 mm Wafern stellt den Projektinhalt dar. Im Fokus stehen dabei Lösungen, die für sog. Solid State Disc, ein möglicher Ersatz für magnetische Festplattenspeicher, eingesetzt werden können. Ziel ist die Entwicklung einer Technologie für eine Zielzellgröße von unter 30 nm, bei der konventionelle Flash-Speicherkonzepte an ihre physikalischen Grenzen stoßen. Dabei soll am Ende des Projektes die Produktreife der neuen Technolgie anhand eines Demonstratorchips dargestellt werden. Gemeinsam mit dem Fraunhofer CNT wird das von der Europäischen Union geförderte Verbundprojekt, von folgenden u.a. Partnern begleitet: Numonyx, IMEC, ASM-I.

Schwerpunkte des Projekt-Beitrages am Fraunhofer-CNT sind:

• Materialforschung (Dielektrika- und Elektrodenmaterialien)
• Integration neuer Materialien in den Prozessablauf
• Entwicklung geeigneter Ätzverfahren
• Elektrische Messungen an Dielektrika und Speicherzellen
• Untersuchungen zu Methoden zur Erhöhung der Speicherdichte
• Funktionsweise und Anforderungen an die TANOS-Speicherzelle

In einem Flash-Speicher ist eine große Anzahl von Einzelzellen zu einem sogenannten NAND-Array zusammengeschaltet, wobei jeweils 32 Einzellen entlang der Bitline (BL) einen „String“ ergeben. Jeder Kreuzungspunkt von Wordline (WL) und BL stellt dabei einen einzelnen Zelltransistor dar, in dem durch eine zusätzliche Speicherschicht Ladung bzw. Information gespeichert werden kann. Anders als bei den sogenannten „flüchtigen“ Speichern bleibt bei diesem Konzept die gespeicherte Information auch dann erhalten, wenn die Versorgungsspannung abgeschaltet wird. Eine TANOS-Speicherzelle besteht aus einem Stapel unterschiedlichster Materialien. Der Name „TANOS“ leitet sich aus der Schichtabfolge der Materialen ab: der Tantalnitrid-Steuerelektrode („Gate“) des Zelltransistors, einer isolierenden Aluminiumoxidschicht, einer nichtleitenden Nitrid-Schicht und der darunter liegenden dünnen Oxidschicht, die die gespeicherte Ladung vom Silizium des Transistorkanals separiert. Dieser Zellentwurf zählt zu den sogenannten „Charge Trap“ Speichern, da die Ladungen in der Nitridschicht an Haftstellen eingefangen werden. Während des „Programmiervorgangs“ werden Elektronen auf die ladungsspeichernde Siliziumnitridschicht gebracht. Die gespeicherte Ladung ändert die Einsatzspannung des Transistors, so dass beim Auslesen der Zelle eindeutig zwischen programmiertem und gelöschtem Zustand unterschieden werden kann. Diese beiden Zustände repräsentieren so die gespeicherte Information, die in eine digitale Form, in ein Bit, übersetzt werden kann.