Markt&Technik-Forum Gesucht sind Alternativen zu Embedded Flash

Dr. Martin Schrems, ams
»Früher wurden MRAM, FRAM und Phase-Change-Memory angeschaut. FRAM ist mittlerweile aber vom Tisch.«
Dr. Martin Schrems, ams »Früher wurden MRAM, FRAM und Phase-Change-Memory angeschaut. FRAM ist mittlerweile aber vom Tisch.«

Die Automotive-Branche hat in den letzten Jahren den Bedarf an embedded Flash in Mikrocontrollern kontinuierlich nach oben getrieben. Doch mittlerweile ist klar, dass die Skalierung ein Ende hat. Alternative Ansätze sind gefragt.

Zunächst einmal betont Jürgen Weyer, Vice President Automotive Sales EMEA bei NXP, es werde bei NXP weiterhin  Neuentwicklungen mit der 6. Generation embedded Flash geben. Aber eine 7. Generation sei nicht geplant, das heißt unter 28-nm-Strukturen ist Schluss mit einer embedded-Flash-Technologie für den Automotive-Markt. Die Gründe sind einfach: Zum einen ist die Entwicklung zu teuer, zum anderen dauert es auch extrem lange – statt zwei sechs Jahre –, bis solch eine Technologie qualifiziert ist. Dr. Wolfgang Buchholtz, Manager Project Coordinator von Globalfoundries, konkretisiert die Probleme: Will man embedded Flash in 28-nm-Prozessen realisieren, heißt das, dass 13 zusätzliche Maskenschritte notwendig sind. Buchholtz: »Aber eFlash ist eine Mainstream-Technik, die jeder kennt. Deshalb gehen wir momentan davon aus, dass wir für 28 nm eine eFlash-Version realisieren werden.«

Nichtsdestotrotz, irgendwann ist Schluss mit embedded Flash. Welche Alternativen gibt es also? Dr. Martin Schrems, Vice President Technology R&D Technology bei ams, ist der Überzeugung, dass sich grundsätzlich jede Technologie als Alternative eigne, die in einem Verfahren nach der Prozessierung der Wafer realisiert werden kann, und zwar mit relativ geringen Änderungen. Denn das ist das grundsätzliche Problem von embedded Flash: Diese Speichertechnik erfordert eine vollkommen neue Technologie, weil mitten im Prozess auf Gate-Ebene der Speicher realisiert werden muss.

Eine Speichertechnologie, die im Post-Pro-cessing eingebracht werden kann, ist MRAM. Buchholtz hält die Perpendicular-STT-MRAM-Technik für gangbar, weil sie das Potenzial hat, die Zellen klein zu machen. Problem ist aber, dass das Fertigungs-Equipment bislang alles andere als günstig ist. Und wie sieht es mit Phase-Change-Speicher oder FRAMs aus? Texas Instruments nutzt heute schon die FRAM-Technik in einigen seiner Mikrocontroller. Dennoch fällt das Urteil der Forumsteilnehmer eher negativ aus. Weyer bringt einen wichtigen Punkt ins Spiel: die Speichergröße. »Für kleinere Speichergrößen mag es unterschiedliche Technologien geben. Wenn es um große Speicher geht, sprich über 6 oder 8 MByte, wird es wohl keinen kostengünstigeren Weg geben, als diesen Speicher mithilfe einer Speichertechnologie zu fertigen und nicht in einer Mischform mit dem Rest des Chips.«

Der Ansatz, verschiedene Funktionsblöcke in ihren  optimierten Technologien zu fertigen und dann mit einer 3D-Integration in ein Gehäuse zu bringen, wird seit langem verfolgt. Dennoch steckt dieser Ansatz immer noch in den Kinderschuhen. Einige Gründe führt Dr. Andreas Mai an, Dept Head Technology bei IHP. So sei bei 3D-Konzepten die Anpassung der Architekturen ziemlich aufwendig, außerdem sei das Thema Zuverlässigkeit noch nicht gelöst. »Und die Kosten pro Transistor werden nicht sinken«, ergänzt Martin Schrems. Er glaubt, dass 3D nur sinnvoll ist, wenn es der Platz unbedingt verlangt, oder wenn dadurch teure Packages oder komplexe Leiterplatten eingespart werden können. Folgt man Dr. Wild, dürfte sich hier in der Zukunft aber noch einiges tun, und dann könnte dieser Ansatz mit den entsprechenden Standardschnittstellen endlich zu einer Alternative für die Halbleiterindustrie werden.