Entwicklung einer Nanotechnologie-Plattform für die ... - JuSER
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Kurzfassung<br />
Neuartige Datenspeichermaterialien und –konzepte rücken immer mehr in den Fokus<br />
heutiger Forschungsaktivitäten, da <strong>die</strong> derzeitigen CMOS-basierten<br />
Speicherarchitekturen durch <strong>die</strong> fortschreitende Miniaturisierung der Bauelemente<br />
zukünftig an ihre physikalischen Grenzen stoßen werden. Resistive Datenspeicher, kurz<br />
RRAM (Resistive Random Access Memory), gewinnen damit zunehmend an<br />
Bedeutung. Den Kern des RRAM bildet ein Material, welches durch Anlegen <strong>einer</strong><br />
elektrischen Spannung zwischen zwei Widerstandszuständen geschaltet werden kann.<br />
Dem einen Zustand des Materials wird <strong>die</strong> logische „1“, dem anderen Zustand <strong>die</strong><br />
logische „0“ zugeordnet, wodurch ein binärer Speicher entsteht. Weil <strong>die</strong> Zustände auch<br />
nach dem Abschalten der Betriebsspannung erhalten bleiben, ist der RRAM nichtflüchtig.<br />
Das Speicherelement des RRAM besteht aus einem MIM-Plattenkondensator,<br />
bei dem zwischen zwei Metallelektroden das resistive Material integriert wird.<br />
Die Weiterentwicklung von Strukturierungsverfahren, welche <strong>die</strong> Herstellung von<br />
Bauelementen im sub-100 nm-Bereich vor allem auf wirtschaftlich tragbare Weise<br />
erlauben, stellt eine bedeutende Säule der Forschung zur Realisierung neuartiger<br />
Speicherkonzepte dar. Insbesondere <strong>die</strong> Nanoimprint-Lithographie bietet hierbei ein<br />
alternatives Verfahren, welches aufgrund der potentiell hohen Durchsätze und<br />
Auflösungen < 10 nm konkurrenzfähig zu den heutigen optischen Lithographien zu<br />
werden scheint.<br />
Diese Arbeit behandelt <strong>die</strong> <strong>Entwicklung</strong> <strong>einer</strong> Herstellungstechnologie-<strong>Plattform</strong> auf<br />
Basis der Nanoimprint-Lithographie, mit der resistive Speicherkonzepte umgesetzt<br />
werden können. Es wurden dazu aus Glaswafern mittels Elektronenstrahllithographie<br />
und reaktiven Ionenstrahl-Prozessen Stempel <strong>für</strong> <strong>die</strong> Imprint-Lithographie hergestellt.<br />
Anschließend wurde ein UV-basierter Imprint-Prozess eingeführt. Neben der<br />
Parameteroptimierung (Druck, Zeit, UV-Dosis und Temperatur) wurden <strong>die</strong> Fülleffekte<br />
und <strong>die</strong> Dicken der UV-Lacke in Bezug auf das Stempellayout untersucht. Für <strong>die</strong><br />
Übertragung von Strukturen auf einen Substratwafer wurden Trockenätzprozesse<br />
optimiert.<br />
Crossbar-Speicher-Architekturen mit Linienbreiten von bis zu 30 nm konnten mit den<br />
entwickelten Prozessen hergestellt werden. Ferner wurden mehrere Crossbar-Arrays<br />
übereinander geschichtet, wodurch eine Steigerung der Integrationsdichte erzielt wurde.<br />
Die Stapelung mehrerer Bauelemente bedurfte eines Planarisierungsschrittes der<br />
einzelnen Metallisierungsebenen mittels Spin-On Glas, hier Methyl-Silsesquioxan.<br />
Methyl-Silsesquioxan in Kombination mit Silber wurde in <strong>die</strong>ser Arbeit, neben der<br />
Planarisierung, als schaltbares Material entdeckt. Es wurden RRAM-Zellen hergestellt,<br />
welche aufgrund sehr schneller Schaltzeiten (10 ns) und hoher Integrationsdichten (100<br />
nm Half-Pitch) großes Zukunftspotential zeigten. Durch <strong>die</strong> Silberdotierung der<br />
Glasschicht war es zudem möglich, mehrere RRAM-Zellen übereinander zu stapeln.<br />
Elektrische Messungen zeigten deren Funktionsfähigkeit, wodurch ein<br />
Mehrlagenkonzept <strong>für</strong> sehr hohe Integrationsdichten demonstriert wurde.