存储器集成工艺中关键技术研究进展

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1、万方数据材料导报2006年11月第20卷第11期铁电存储器集成工艺中关键技术研究进展”杨艳，张树人，刘敬松，杨成韬(电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室，成都610054)摘要铁电薄膜与半导体集成技术相结合而发展起来的铁电存储器与传统的半导体存储器相比有很多优点，其关键集成工艺技术有铁电薄膜制备技术、电极制备、刻蚀技术、氢阻技术、金属互连技术、钝化技术。简要介绍了这些工艺技术的研究现状，并讨论了相关工艺对性能的影响。关键词铁电薄膜铁电存储器集成工艺DevelopmentinIntegrationTechnologyfor

2、FerroelectricMemoryDevicesYANGYan，ZHANGShuren，LIUJinsong，YANGChengtao(StateKeyLabofElectronicThinFilmsandIntegratedDevices，UESTC，Chengdu610054)AbstractFerroelectricrandomaccessmemory(FRAM)iSanattractivememorydeviceduetonon-volatility，high-speedoperationandlowpowercon

3、sumption．SeveralintegrationissuesforFRAMhavebeenovercomeorarebe—ingresolvedbynovelprocesstechnology．Thekeyintegrationprocesstechnologiesincludeferroelectricthinfilmtech—nology，electrodetechnology，etchingtechnology，hydrogenbarriertechnology，barriertechnology，andbacken

4、dtech—nology．Inthispaper，theseintegrationtechnologiesarereviewed．Theeffectofrelativeprocesstechnologiesonpe—formanceofFRAMiSdiscussed．Keywordsferroelectricthinfilms，FRAM，integrationtechnology0引言利用铁电薄膜电滞回线双稳态性质实现数据存储的铁电随机存储器(FRAM)是一种具有巨大前景的新型不挥发存储器，其拥有低功耗、快速读写、擦写次数高等诸

5、多优点。20世纪70年代以后，随着铁电薄膜材料研究的不断深入，伴随着制膜技术的不断创新和进步，并且得益于铁电薄膜与硅基CMOS(corn—plementary-metal-oxide-semiconductor)芯片集成技术的日渐成熟，铁电随机存储器的研制逐步进入良性发展轨道并获得了巨大成功[1~3]。Ramtron公司于2004年8月推出的铁电存储器新产品一FM25L256可进行永久性读写操作，彻底克服了铁电薄膜易疲劳的问题，工作电压2。7～3。6V，待机电流5性A，可在一40～85℃的环境温度下工作[4]。目前，采用2T2C

6、(2个晶体管一2个电容器)结构的铁电存储单元制作的铁电存储器已全面商品化，进入大批量生产阶段[5~7]。1铁电存储器的集成工艺关键技术铁电薄膜的制备工艺与传统集成电路工艺的集成问题是实现铁电存储器发展的关键。在集成化过程中存在工艺温度的差异，以及可行的逻辑次序问题，这是因为在如今的工艺条件下，铁电电容工艺温度高于形成晶体管的工艺温度，却又低于常规某些工艺的温度，如低压化学气相沉积法(LPcvD)生长siQ的温度。但这一问题可通过在常规工艺中引入一些新的工艺技术来解决，如采用低温生长si()2的等离子增强化学气相沉积法(PECVD

7、)，采用耐熔金属硅化物多层互连结构克服高温退火对CMOS电路的冲击等。目前常采用CMVP(capacitor-on-metal／via—stackedplug)结构，可使铁电电容在工艺集成中尽可能地不影响CMOS电路[8]。另外在集成化过程中，刻蚀、清洗、合金化等工艺都会对铁电薄膜的性能造成影响，甚至使铁电性能急剧退化，所以如何使铁电薄膜在集成化过程中避免性能退化已成为研究的热点。1．1铁电薄膜制备用于研制铁电存储器铁电薄膜多选用锆钛酸铅(PbZr。Til⋯03，PZT)、钛酸铋(BhTi30，2)、钽酸锶铋(SrBi—Ta20

8、9，SBT)、掺镧钛酸铋(Bi025I抽．75Ti3012，BLT)。虽然最初实现铁电存储的是钛酸铋薄膜，但由于其矫顽场较高，致使90年代以后的研究主要集中在PZT上，但是由于该材料与电极匹配问题导致极化疲劳以及漏电流极大等因素，使FRAM的使用寿命受到很大影响