Organic Materials for High-Density Non-Volatile Memory Applications
Verschiedene organische und nichtorganische Materialien wurden auf ihre Verwendung für nichtflüchtige Speicher untersucht. Auf der IEDM beschreibt Infineon die entsprechenden Zellkonzepte und Anforderungen für nichtflüchtige Speicher auf Basis neuer organischer Materialien. Speicherzellen, die in der neuen Technologie aufgebaut wurden, zeigten viel versprechende Zuverlässigkeitsergebnisse. Erstmals wurde ein Datenerhalt von mehr als einem Jahr für ein organisches Speichermaterial, dessen Schaltverhalten auf Änderung der Leitfähigkeit beruht, erreicht. Weitere Untersuchungen ergaben, dass das Material zu Strukturgrößen von weniger als 20 nm skaliert werden kann. Damit ist das untersuchte Speichermaterial ein attraktiver Kandidat für nichtflüchtige Speicher.

Biochemical Sensors Based on Bulk Acoustic Wave Resonators
Pharmazeutische und diagnostische Lösungen sind ein interessanter Markt mit hohem Potenzial für neue Mikroelektronik-Applikationen. Derzeit ist dieser Markt durch den Einsatz von optischen Sensoren gekennzeichnet. Infineon hat jetzt ein neues biochemisches Sensorprinzip auf Basis eines biochemischen Interfaces mit einem BAW (Bulk Acoustic Wave)-Oszillator für genaue Massenbestimmungen entwickelt. Das neue Konzept erlaubt den Ersatz von komplexen und relativ teuren optischen Lösungen durch ein preiswertes und empfindliches elektronisches Sensorsystem. Die präsentierte Lösung erreicht eine extrem hohe Auflösung von mehr als 0,1 ng/µm². Das System ist prädestiniert für vielfältige Anwendungen in der Pharmazie und im Gesundheitswesen, wie zur Untersuchung von Protein-(Anti)-Körpern oder für DNA-Hybridisierungstests.

A Fourth Material: Thermally Stable Organic Gap-fill Spin-on Polymer Enabling New DRAM Integration Concepts
Die Entwickler innovativer Prozessmodule in der Halbleiterindustrie sind generell der Herausforderung ausgesetzt, dass sie ihre Integrationskonzepte auf Basis dreier zur Verfügung stehender Materialien realisieren müssen: Silizium, Siliziumoxid und Siliziumnitrid. Nur diese Materialien lassen sich wechselseitig kombinieren, abscheiden und gleichzeitig hoch-selektiv ätzen. Die damit einher gehende Limitierung kann auch nicht durch Fotolacke als vierte Alternative beseitigt werden, da diese eine so geringe Temperaturbeständigkeit besitzen, dass darauf keines der oben genannten Materialen abgeschieden werden kann.

Infineon hat ein neues, außerordentlich temperaturbeständiges organisches Polymer mitentwickelt, das in der Fachwelt als viel versprechende vierte Alternative angesehen wird. Mit sehr guten Ausbeuten wurde die Eignung dieses Polymers anhand einer Speicher-Chip-Applikation (256 Mbit Double-Data-Rate DRAM, 140 nm lithographische Linienbreite) im so genannten „Deep Trench“, dem Speicherkondensator, erfolgreich demonstriert. Die Realisierbarkeit von Integrationskonzepten im FEOL (Front-End-Of-Line) unter Zuhilfenahme dieses neuartigen Materials gilt damit als nachgewiesen. Das Polymer selbst wird mittels eines Aufschleuderverfahrens aufgebracht, zeigt sehr gute Füll- und Planarisierungsabhängigkeiten und besticht durch eine Temperaturbeständigkeit von deutlich über 450°C. Das neue Integrationsschema ermöglicht die Skalierung des gegenwärtigen DRAM-Trench-Konzepts zu deutlich geringeren lithographischen Strukturbreiten als 70 nm.

Molecular Thin Film Transistors with a Subthreshold Swing of 100 mV/decade
Organische Dünnschichttransistoren (TFTs) werden für vielfältige Applikationen entwickelt. Eines der größten Probleme beim Einsatz von herkömmlichen organischen TFTs ist allerdings die hohe Versorgungsspannung, die oftmals über 20 V liegt. Auf der IEDM zeigt Infineon einen neuen molekularen Dünnschichttransistor basierend auf einem organischen Halbleiter (Pentazen) mit hoher Ladungsbeweglichkeit und einem sehr dünnen molekularen SAM (Self-Assembling-Monolayer) Gate-Dielektrikum. Mit diesem Durchbruch bei den Gate-Dielektrika für organische Transistoren, konnten Transistoren realisiert werden, die auch bei Spannungen von nur noch 1 V arbeiten und dabei ein Unterschwellstromverhalten von weniger als 100 mV/Dekade zeigen. Für einen Transistor mit einer Kanallänge von 5 µm wurde ein Übertragungsleitwert von 0,01 µS/µm gemessen - der größte bisher erreichte Wert für einen organischen Halbleiter.

A Model for Al₂O₃ ALD Conformity and Deposition Rate from Oxygen Precursor Reactivity
Größere Abbildungsverhältnisse bei immer kleineren DRAM-Zellen führen zu steigenden Anforderungen in Bezug auf die Bedeckung und Film-Homogenität von High-k-Dielektrika. Auch mit modernster ALD (Atomic Layer Deposition)-Schichtauftragung ist es nicht einfach diese Anforderungen zu erfüllen. Um diese Aufgabe durch entsprechende Simulation zu unterstützen, wurde von Infineon ein neues ALD-Modell entwickelt, das zahlreiche verfügbare Zwischenprodukte, Prozessbedingungen und Tools berücksichtigt. Die ALD von Aluminium mit TMA (Trimethyl-Aluminium) und O₃, O (atomarer Sauerstoff) oder H₂O wurde in Trench-Strukturen mit großen Abbildungsverhältnissen untersucht. Implementiert man das effektive Modell in einen kundenspezifischen Skalierungssimulator, gekoppelt mit einem dynamischen Reaktor-Simulator, dann erhält man eine konsistente ALD-Beschreibung in Bezug auf die Atomistik, Funktionalität und Skalierung. Mit diesem Multi-Scale-Ansatz ist es erstmals möglich, die Filmprofil-Entwicklung während der dielektrischen ALD bei sehr schmalen Trench-Strukturen für künftige DRAM-Generationen zu simulieren.

Atomistic Tight-Binding Calculations for the Investigation of Transport in Extremely Scaled SOI Transistors (Invited Paper)
Infineon präsentiert genaue Simulationen für den Ladungstransport in extrem miniaturisierten Nanotransistoren mit charakteristischen Kanalabmessungen von weniger als 10 nm - das ist weniger als der Abstand von 50 aneinandergereihten Siliziumatomen. Die Berechnungen basieren auf einem neuen Modell, das die grundlegende Gitterstruktur des Transistors beinhaltet. Damit ist erstmalig die Untersuchung der Auswirkungen von Effekten auf atomarer Skala auf das Verhalten von extrem miniaturisierten Transistoren möglich.

Zahlreiche Einblicke auf die Auswirkungen von Fluktuationen im Atombereich, Verspannungs- und Legierungseffekten, Defekten und quantenmechanischen Phänomenen auf das Gate-Oxid-Tunneln und die Transistor-Miniaturisierung werden präsentiert. Unter anderem wird gezeigt, dass Transistoren mit Gate-Längen von nur 4 bis 6 nm funktionsgerecht arbeiten, wenn die Prozesstoleranzen eingehalten werden. Die präsentierten Resultate sind ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Simulation von Nano-Transistoren auf atomarer Ebene.

Ambient Intelligence - Key Technologies in the Information Age (Invited Paper)
In diesem IEDM-Beitrag werden die neuesten Ergebnisse auf dem Weg zu „Ambient Intelligence“-Applikationen vorgestellt. Während elektronische Bauelemente und Applikationen in den Hintergrund treten, stehen nun die Dienste und Funktionalitäten für den Anwender im Vordergrund. Entscheidend für diese Entwicklung sind Systemlösungen, die die Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine deutlich verbessern. Gemäß dieser Zielsetzung präsentiert Infineon Schlüsseltechnologien- und grundlegenden Systemkomponenten, angefangen von preiswerten elektronischen Technologien und Systemen bis hin zu allgegenwärtigen Sensor-Netzwerken in smarten Textilien. Zusammenfassend zeigt die Präsentation den Weg in eine Welt auf, in der der Mensch durch die Elektronik künftig auf eine überall verfügbare, intuitive und dienliche Art und Weise unterstützt wird.