FeFETs von FMC ermöglichen es, CMOS-Logik-Transistoren in effiziente, nichtflüchtige Speicher umzuwandeln, egal ob es sich dabei um einen Planar-, Fin– oder Nanowire-Transistor handelt. Auch für die 22-nm-FDSOI-Technologie von Globalfoundries wurde die Umsetzbarkeit des Konzepts bereits gezeigt. FeFETs profitieren damit direkt von den massiven Investitionen und Innovationen, die zur Skalierung von Standard-CMOS-Prozessen bis hin zum 7-nm-Knoten und darüber hinaus führen.

FeFETs sind CMOS-kompatible Speicherlösungen, die auf der ferroelektrischen Kristallphase dotierten Hafniumoxids beruhen.

FeFETs sind CMOS-kompatible Speicherlösungen, die auf der ferroelektrischen Kristallphase dotierten Hafniumoxids beruhen. FMC

Ein-Transistor-Speicher, die auf ferroelektrischem HfO2 basieren, bieten im Vergleich zu konkurrierenden, neuartigen Speicher-Lösungen wie MRAM (Magnetoresistives RAM), PCM (Phase-Change-RAM) oder RRAM (Resitive RAM) drei Hauptvorteile: Erstens weisen die FeFET-Speicher eine hohe Stromtreiberfähigkeit auf mit sehr schnellen Lesegeschwindigkeiten, während das effiziente Umschalten der Speicherzellen zu schnellem Schreiben bei extrem niedriger Leistungsaufnahme führt. Zweitens sind FeFET-Speicher ausnehmend robust gegenüber Umwelteinflüssen wie Magnetfeldern, Strahlung und extremen Temperaturen. Drittens basieren FeFETs auf High-k-Metall-Gate-CMOS-Basis-Technologien und können somit deren Skalierungsvorteile nutzen. Dabei lassen sich existierende Fertigungsanlagen nutzen und es sind keine zusätzlichen komplexen und teuren Fertigungsprozesse erforderlich.

FeFETs haben sehr hohes Marktpotenzial

„Unsere innovative nichtflüchtige Speichertechnologie adressiert die aktuellen und zukünftigen Anforderungen der Industrie, mit um den Faktor 1000 höherer Geschwindigkeit und 1000-fach geringerer Leistungsaufnahme als der derzeitige Standard, bei deutlicher Reduzierung der Herstellungskosten und effizienter Skalierbarkeit,“ betonte Dr. Stefan Müller, CEO von FMC. Das Unternehmen demonstrierte bisher Speicher-Arrays mit 28- und 22-nm-Strukturen und hat das Potenzial aufgezeigt, ihr Konzept selbst auf die neuesten CMOS-Technologie-Knoten zu skalieren. Wie hoch er selbst das Potenzial der FeFETs einschätzt, zeigt Stefan Müller mit der Aussage: „Wir wollen das ARM of Memory werden.“

Warum der FEFET tatsächlich Potenzial hat

Alternative oder sogenannte emerging Speichertechnologien gibt es viele, aber keine hat es bisher wirklich in die Massenproduktion geschafft. Mit jahrelanger Erfahrung in der Halbleiter-Prozessentwicklung sind mir die Hemmschwellen für die Einführung neuer Technologien in die laufenden Prozesslinien der Halbleiterproduktion nur allzu gut bewusst. Halbleiterhersteller tun sich schwer, ihnen unbekannte Materialien und Prozesse in ihre Linien aufzunehmen – zu groß ist die Angst vor Cross-Kontaminationen und dem damit verbundenen Yield-Verlust oder dem Ausfall von Produktionskapazitäten beim Einbringen neuen Herstellungs-Equipments in eine 24/7 laufende Fab – von den Kosten dafür ganz abgesehen. Sind für eine aufkommende Technologie darüber hinaus, wie beispielsweise bei der eFlash-Speicherzelle, etwa 15 zusätzliche Fotomasken notwendig, ist der Hersteller aus Kosten- und Komplexitätsgründen nur noch sehr schwer davon zu überzeugen, diese in seine Linie aufzunehmen. Keine dieser Hürden ist jedoch für den FeFET von Bedeutung. Mit der Einführung der High-k-Metal-Gate-Technologie am 45-nm-Technologieknoten hat sich HfO2 als High-k-Material im Gate-Stack in der Fertigung etabliert – und damit auch dessen Abscheidungsmethode ALD. Egal ob Globalfoundries, TSMC oder Samsung: das Material ist bereits in der Linie, das Equipment ist in der Fab – und es sind beispielsweise beim Planartransistor nur zwei zusätzliche Maskenebenen notwendig, um den Transistor in eine Speicherzelle umzuwandeln. Die HfO2-Schicht für den FeFET ist mit 9 nm nur etwas dicker als die 3-nm-Schichten im Gate-Stack; die Dotierung des Materials zur Herstellung der ferroelektrischen Kristallphase geschieht während der Abscheidung und der notwendige thermische Ausheilungsprozess gehört zum Standardrepertoire im Prozessflow. Mit dem FeFET scheint FMC tatsächlich über eine Technologie zu verfügen, die gute Chancen hat, in der Speicherbranche für einen Umbruch zu sorgen. (Dr.-Ing. Nicole Ahner)

Details zum Aufbau und Funktionsprinzip von FeFETs sowie Bilder zur Erläuterung der Technologie finden Sie auf der nächsten Seite.

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