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Entwicklung einer Nanotechnologie-Plattform für die ... - JuSER

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7 Die

7 Die Mehrlagen-Architektur Werden Crossbar-Arrays übereinander gestapelt, so erhöht sich die Integrationsdichte. Einzelne Speicherzellen benötigen in Mehrlagen-Architekturen lediglich eine Minimalfläche von 4/n · F 2 , wobei n die Anzahl der übereinander liegenden Zellen und F die kleinstmögliche Strukturauflösung darstellen. Dieser bedeutende Vorteil motiviert unter anderem das in diesem Kapitel vorgestellte Konzept. Es wird im Folgenden zunächst die Erweiterung der Crossbar-Herstellung für die Realisierung von Mehrlagen-Crossbar-Arrays beschrieben. Anschließend wird ein 3-D- Speicherkonzept vorgestellt, welches auf Ag-dotiertem MSQ basiert. 7.1 Herstellung von Multilagen-Crossbars Wächst die laterale Dimension von Crossbar-Arrays, sodass große Array-Flächen und damit sehr lange Elektrodenleitungen entstehen, resultieren hohe Leitungswiderstände. Diese können zum einen die Detektion der Speicherzustände einzelner Speicherzellen an den Kreuzungspunkten der Arrays erschweren. Zum anderen würde der Spannungsabfall über die Leiterbahn zum Teil zu groß sein, um Zellen im Array- Zentrum schreiben zu können. Dadurch wird die Möglichkeit lateraler Dimensionen der Arrays limitiert [79]. Um den Vorteil der hohen Integrationsdichte von Crossbar-Arrays dennoch zu bewahren, können Multilagen-Konzepte entworfen werden, bei denen mehrere Arrays in einem vertikalen Stapel übereinander liegen [132, 133]. Darin ist vor allem die Planarisierung jeder einzelnen Metallisierungslage mittels Spin-On Gläsern für die Realisierung mehrerer Schichtstapel von großem Vorteil. Eine hergestellte Mehrlagen-Crossbar-Architketur ist in Abbildung 7.1 dargestellt. Darin zeigt Abbildung 7.1 a) eine defektfreie 3 x 16 x 16 bit Array-Architektur mit Linienweiten von 200 nm. Die Elektroden bestanden aus 30 nm hohen Pt-Leiterbahnen. Deutlich sind die vier Metalllagen zu erkennen, zwischen denen sich Spin-On Glas (MSQ) befindet (Abbildung 7.1 b). Jede einzelne Metalllage besteht aufgrund des Planarisierungsschrittes aus ebenen Leiterbahnen, welche keine Artefakte aufweisen, die aus einem unebenen Substrat resultieren könnten (vgl. Kapitel 5.5). Die Herstellung der Elektroden wurde, wie in Kapitel 5.1 beschrieben, unter Verwendung der Nanoimprint-Lithographie durchgeführt. Die technologische Herausforderung des Mehrlagen-Konzepts lag im Wesentlichen in 111

7 DIE MEHRLAGEN-ARCHITEKTUR der Ausrichtung der einzelnen Lagen zueinander. Da die dritte und vierte Lage denen der ersten und zweiten im Maskendesign entsprachen, lagen dementsprechend die Alignment-Marker der zusätzlichen Schichten (drei und vier) über den bereits vorhandenen (eins und zwei). Trotz erschwerter Bedingungen konnten jedoch auch hier Genauigkeiten von < 1 μm während des Alignments erreicht werden. Um die Präzision zu steigern, müssen zukünftig allerdings weitere Marker bzw. zusätzliche Masken entworfen werden, sodass jede Lage eigene Alignment-Strukturen enthält. 3. 4. 5000 nm 1. 2. 2500 nm a) b) Sub. 1. 2. 3. 4. 1000 nm Abbildung 7.1: Mehrlagen-Crossbar-Arrays: a), b) 3 x 16 x 16 bit Architektur mit vier Elektrodenebenen und Linienbreiten von 200 nm. Die Leiterbahnen bestehen aus 30 nm hohem Pt. c) FIB-Schnitt in ein Array, wodurch die einzelnen Metallebenen, welche orthogonal angeordnete Elektroden enthalten, deutlich erkennbar werden. c) Abbildung 7.1 c) zeigt vier Schnitte im Array, die mittels Focused Ion Beam (FIB) durchgeführt wurden. Die Schnitte sind unterschiedlich tief, wodurch sowohl die Elektroden verschiedener Lagen, welche orthogonal zueinander stehen, als auch das 112