Rivoluzione nella Memoria Digitale: Scoperte che Raddoppiano la Velocità di Incisione!

Innovazioni nella tecnologia 3D NAND promettono archiviazione più densa e veloce per il futuro dei dati.

Per affrontare le sfide legate all’archiviazione dei dati, i ricercatori si concentrano sul perfezionamento della memoria flash 3D NAND. Questa tecnologia innovativa consente di impilare le celle di memoria, ottimizzando lo spazio disponibile. Recentemente, gli studiosi hanno scoperto un metodo più rapido ed efficiente per incidere cavità profonde all’interno della memoria flash 3D NAND, utilizzando processi al plasma avanzati. Grazie a modifiche chimiche, sono riusciti a raddoppiare le velocità di incisione e a migliorare la precisione, aprendo la strada a soluzioni di archiviazione più dense e ad alta capacità.

Verso un futuro innovativo nell’archiviazione dei dati

Con il costante miniaturizzarsi dei dispositivi elettronici e l’esplosione della quantità di dati da gestire, diventa cruciale migliorare la produzione di memoria digitale. In questo contesto, una collaborazione tra pubblico e privato ha portato alla ricerca di nuovi metodi per sviluppare memoria digitale su scala atomica, rispondendo alla crescente domanda di soluzioni di archiviazione sempre più dense.

Un obiettivo centrale di questa ricerca è l’ottimizzazione della produzione della memoria flash 3D NAND, che consente di impilare i dati in verticale per massimizzare la capacità di archiviazione. Uno studio recente ha rivelato che, combinando plasma e materiali chiave, è possibile raddoppiare la velocità di incisione delle cavità profonde e strette, fondamentali per questa tipologia di memoria. La ricerca è stata condotta da un team di scienziati di Lam Research, dell’Università del Colorado Boulder e del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL).

La memoria flash NAND è un tipo di archiviazione non volatile, il che implica che i dati vengono conservati anche in assenza di alimentazione. Questa tecnologia è ampiamente utilizzata in dispositivi comuni come:

  • schede di memoria per fotocamere digitali
  • chiavette USB
  • computer e smartphone

Con l’aumento delle esigenze di archiviazione, soprattutto a causa dell’uso crescente dell’intelligenza artificiale, diventa sempre più importante rendere questa memoria più densa, come sottolineato da Igor Kaganovich, fisico di ricerca principale presso il PPPL.

Foro inciso in strati alternati di ossido di silicio e nitruro di silicio
Rappresentazione artistica di un foro inciso in strati alternati di ossido di silicio e nitruro di silicio utilizzando plasma, per realizzare memoria flash 3D NAND. I ricercatori vogliono perfezionare il modo in cui creano questi fori affinché ognuno sia profondo, stretto e verticale, con lati lisci.
Kyle Palmer / Dipartimento Comunicazioni PPPL

L’architettura della memoria: impilare celle per ottimizzare lo spazio

La memoria digitale immagazzina informazioni in unità chiamate celle, dove i dati vengono rappresentati dallo stato di accensione o spegnimento di ciascuna cella. Nella tradizionale memoria flash NAND, le celle sono disposte in un singolo strato. Al contrario, la memoria flash 3D NAND consente di sovrapporre molte celle, simile a come un edificio a più piani può ospitare più persone rispetto a un bungalow. Questo approccio consente di adattare una maggiore quantità di dati in uno spazio ridotto.

Un passaggio cruciale nella creazione di questi impilamenti è l’incisione di fori in strati alternati di ossido di silicio e nitruro di silicio. Questa incisione avviene esponendo il materiale stratificato a sostanze chimiche sotto forma di plasma, un gas parzialmente ionizzato. Gli atomi presenti nel plasma interagiscono con quelli del materiale, scolpendo i fori necessari.

I ricercatori si sono posti l’obiettivo di perfezionare la creazione di questi fori, affinché risultino profondi, stretti e verticali, con lati lisci. Tuttavia, trovare la combinazione giusta di materiali e condizioni di incisione si è rivelato un compito complesso, spingendo gli scienziati a testare continuamente nuovi ingredienti e temperature.

L’uso del plasma per la creazione di canali profondi e precisi

L’impiego del plasma come fonte di ioni ad alta energia è stato evidenziato da Yuri Barsukov, ex ricercatore del PPPL ora in forza a Lam Research. L’utilizzo delle particelle cariche presenti nel plasma rappresenta un metodo efficace per realizzare fori circolari molto piccoli e profondi, essenziali per la microelettronica. Tuttavia, il processo di incisione ionica reattiva non è ancora completamente compreso e presenta margini di miglioramento. Un recente approccio innovativo prevede di mantenere il wafer a basse temperature, un metodo noto come incisione criogenica.

Tradizionalmente, l’incisione criogenica si avvale di gas separati di idrogeno e fluoro per creare i fori. Tuttavia, i ricercatori hanno confrontato i risultati di questo processo con una versione più avanzata che utilizza gas fluoruro di idrogeno per generare il plasma. I risultati hanno mostrato un notevole incremento nella velocità di incisione, con l’incisione criogenica a base di plasma di fluoruro di idrogeno che ha superato le prestazioni dei metodi tradizionali.

Raddoppiare le velocità di incisione attraverso approcci innovativi

Quando il nitruro di silicio e l’ossido di silicio sono stati testati separatamente, si è osservato un incremento della velocità di incisione per entrambi i materiali utilizzando il plasma di fluoruro di idrogeno. Sebbene l’effetto fosse più marcato per il nitruro di silicio, l’incisione simultanea di entrambi i materiali ha portato ai risultati più significativi. Infatti, la velocità di incisione per gli strati alternati di ossido di silicio e nitruro di silicio è più che raddoppiata, passando da 310 nanometri al minuto a 640 nanometri al minuto.

I ricercatori hanno anche esaminato l’effetto del trifluoruro di fosforo, un componente cruciale nell’incisione dell’ossido di silicio. Sebbene fosse già utilizzato in precedenza, l’obiettivo era comprendere meglio e quantificare il suo impatto. I risultati hanno rivelato che l’aggiunta di trifluoruro di fosforo ha quadruplicato la velocità di incisione per l’ossido di silicio, mentre ha avuto un effetto marginale sul nitruro di silicio.

Un ulteriore composto chimico analizzato è stato il fluorosilicato di ammonio, che si forma durante il processo di incisione quando il nitruro di silicio reagisce con il fluoruro di idrogeno. La ricerca ha dimostrato che il fluorosilicato di ammonio può rallentare l’incisione, ma l’aggiunta di acqua può mitigare questo effetto. Secondo le simulazioni condotte da Barsukov, l’acqua ha la capacità di indebolire i legami del fluorosilicato di ammonio, facilitando la decomposizione del sale a temperature più basse e accelerando così il processo di incisione.

Gettare le basi per ricerche future

Kaganovich ha sottolineato l’importanza di questa ricerca, evidenziando come essa dimostri la capacità di scienziati provenienti dall’industria, dal mondo accademico e dai laboratori nazionali di collaborare per affrontare questioni cruciali nel campo della microelettronica. Questo approccio integrato consente di unire le informazioni raccolte da esperimenti pratici e teorie scientifiche. “Stiamo costruendo ponti verso la comunità più ampia”, ha affermato Kaganovich, sottolineando che si tratta di un passo fondamentale per migliorare la comprensione dei processi di produzione dei semiconduttori.

Questa ricerca rappresenta un importante passo avanti nel campo della tecnologia di archiviazione, con potenziali implicazioni significative per il futuro della microelettronica e dell’archiviazione dei dati.

Strati alternati di biossido di silicio e nitruro di silicio
Strati alternati di biossido di silicio e nitruro di silicio (a sinistra) vengono incisi per creare un foro profondo e verticale (a destra).
Thorsten Lill / Lam Research

Fonti e Riferimenti dell'Articolo: