原创 FRAM技术

相对于其它类型的半导体技术而言，铁电存储器具有一些独一无二的特性。传统的主流半导体存储器可以分为两类--易失性和非易失性。易失性的存储器包括静态存储器SRAM(static random access memory)和动态存储器DRAM(dynamic random access memory)。 SRAM和DRAM在掉电的时候均会失去保存的数据。 RAM 类型的存储器易于使用、性能好，可是它们同样会在掉电的情况下会失去所保存的数据。非易失性存储器在掉电的情况下并不会丢失所存储的数据。然而所有的主流的非易失性存储器均源自于只读存储器(ROM)技术。所有由ROM技术研发出的存储器则都具有写入信息困难的特点。这些技术包括有EPROM(几乎已经废止)、EEPROM和Flash。 这些存储器不仅写入速度慢，而且只能有限次的擦写，写入时功耗大。

铁电存储器能兼容RAM的一切功能，并且和ROM技术一样，是一种非易失性的存储器。铁电存储器在这两类存储类型间搭起了一座跨越沟壑的桥梁--一种非易失性的RAM。

当一个电场被加到铁电晶体时，中心原子顺着电场的方向在晶体里移动。当原子移动时，它通过一个能量壁垒，从而引起电荷击穿。内部电路感应到电荷击穿并设置存储器。移去电场后，中心原子保持不动，存储器的状态也得以保存。铁电存储器不需要定时更新，掉电后数据能够继续保存，速度快而且不容易写坏。

铁电存储器技术和标准的CMOS制造工艺相兼容。铁电薄膜被放置于CMOS基层之上，并置于两电极之间，使用金属互连并钝化后完成铁电制造过程。采用锆-钛层来形成一个能够为每个数据位存储相应磁极性的电容，去电后每个状态仍然保持在稳定状态，这个结构只需要增加两个加工步骤：PZT和顶层电极。

Ramtron公司的铁电存储器技术到现在已经相当的成熟。最初的铁电存储器采用两晶体管/两电容器(2T/2C)的结构，导致元件体积相对过大。最近随着铁电材料和制造工艺的发展，在铁电存储器的每一单元内都不再需要配置标准电容器。Ramtron新的单晶体管/单电容器结构可以像DRAM一样，使用单电容器为存储器阵列的每一列提供参考。与现有的2T/2C结构相比，它有效的把内存单元所需要的面积减少一半。新的设计极大的提高了铁电存储器的效率，降低了铁电存储器产品的生产成本。

Ramtron公司同样也通过转向更小的技术节点来提高铁电存储器各单元的成本效率。最近采用的0.35微米的制造工艺相对于前一代0.5微米的制造工艺，极大的降低了芯片的功耗，提高了单个晶元的利用率。

铁电技术的发展历史

Ramtron成立于1984年并从那时起开始发展铁电技术。在第一阶段把重点放在材料科学上－即该采用什么样的材料、怎样去转储等等。在1992年建成晶元生产线后，才开始开发出一个产品。

值得一提的是，Ramtron花了8年时间(1984－1992)才弄清了了基本的技术原理。Ramtron事实上在1993年就已经推出了一个4Kb的铁电存储器，而这是第一个用于商业销售的存储器产品。1993到1997年间， Ramtron开始运作自己的晶元生产线，这也是当时世界上仅有的能生产出铁电存储器的晶元生产线。这里有一台仪器设备能够控制设计出1微米的芯片制程。当时能生产的存储器最大容量为64kb。终于在1995年Ramtron开始铁电存储器的技术授权。

1995年到1997年间，Ramtron着重于技术授权，而在技术提高升级方面则少一些。在那段时期，Ramtron事实上在推进技术进步方面没有取得什么很重大的进步。Ramtron的第一个合作伙伴(Rohm)在1998年开始投入铁电存储器的生产，开发出Ramtron的1微米制程。至此，Ramtron的产品在产量和信任度上取得了实质性的增长，但是还没有达到最大的程度。Ramtron第二个合作伙伴(富士通)在1999年开始生产铁电存储器。他们取得了重大的进展，已经开始了0.5微米的制程生产。这项进展使得Ramtron现在生产256Kb容量的存储器成为可能。直到这个时候，Ramtron才把重点放在提高技术的稳定可靠性和制造工艺上，并且现在在这两个方面已经取得了成效。

TI的先进FRAM工艺

德州仪器公司(TI)和非易失性铁电存储器(FRAM)和集成半导体产品开发商及供应商Ramtron International Corporation日前宣布：在FRAM技术发展中的创新里程碑，针对FRAM存储器达成了商用制造协议。

为了创建嵌入式FRAM模块，德州仪器在其标准的130nm铜互连工艺中添加了仅仅两个额外的掩模步骤。通过转向130nm工艺，两家公司将使用目前最小的商用FRAM单元(仅0.71um²)，提供Ramtron的4Mb FRAM存储器，并且获得较SRAM单元更高的存储密度。为了实现这种单元尺寸，该工艺使用了创新的COP(capacitor-over-plug)工艺，将非易失性电容直接堆放在W型插入晶体管触点之上。

德州仪器利用COP方式制作了平面型FRAM单元，将单元的面积降至最小，并且利用铱电极和锆钛酸铅(PZT)铁电薄膜层来形成铁电电容。

引用:

1.       http://www.ed-china.com/ART_8800012111_400005_500008_TS_EA318055.HTM

2.       http://www.ed-china.com/ART_8800019645_400004_500008_HN_5ABAB344.HTM