---在信息产业高速发展的今天，通信产品、计算机、消费类电子产品（3C）的融合趋势已经日渐明显。
---作为信息产业的基础之一，存储器的发展换代亦处在潮头浪尖，不挥发存储器具有断电后保存存储数据的特性，将逐步取代现有的存储器而成为主流。利用铁电材料电滞回线双稳态性质实现数据存储的铁电随机存储器(FeRAM)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、擦写次数高等诸多优点。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。PZT（锆钛酸铅 [Pb(ZrxTi1-x)O3]）是所最广泛使用于铁电存储器的一种铁电材料，具有剩余极化较大，原材料便宜，晶化温度较低的优点。 2 铁电存储器的结构和原理
 ---2.1 铁电存储器的单元结构
---铁电存储器的单元电路，与DRAM较为相似，如图1所示，铁电材料的存储电容一端通过一个MOS管连到位线BL，MOS管的通断受横向的字线WL控制;另一端接横向的驱动线PL。如果这样的存储单元成对出现，存储互为相反的一对数据，互为参考，其位线再由灵敏放大器进行放大输出，这样每个存储单元由两个MOS管和两个铁电电容组成，为2T2C型单元;如果存储单元的位线与一参考电压进行比较，由灵敏放大器进行放大输出，这样每个存储单元由一个MOS管和一个铁电电容组成，为1T1C型单元。
--- 2.2 铁电存储器的器件结构
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 ---2.3 铁电存储器的工作原理
---铁电材料的电滞回线具有双稳态特性（见图4），成为其进行数据存储的基础。其基本工作原理是，进行读操作时，升高字线电压使MOS管导通，再使驱动线电压升高为VCC, 从而存储电容的不同电荷将部分分配到位线寄生电容中去，于是BL上呈现出不同的电压，从而鉴别出数据。进行写操作时，升高字线使MOS管导通，驱动线加一脉冲，从而将位线上不同数据存入铁电电容的两个不同稳态。 3 铁电存储器的关键工艺环节－H2隔离层技术
---3.1 铁电存储器的H2隔离层的作用
---在集成电路的工艺流程，为了对器件进行钝化和消除晶体管界面缺陷而进行的N2、H2气氛中的形成性气体退火是必不可少的。在铁电存储器的铁电电容制作工艺完成之后，这种形成性退火中H2的还原性会使铁电薄膜的性质大大退化，剩余极化大大减少而漏电流成数量级增加，并且，在铁电电容之上的介质绝缘层的淀积和接触孔的刻蚀过程中，也会遇到含有H2的气体。因此，在铁电电容之上形成一种对于H2产生隔离作用的介质层，对于保证铁电存储器的功能是至关重要的。这种隔离层应具有以下性质和作用：（1）隔离还原性气体H2;（2）阻止PZT中Pb的扩散;（3）具有更好的绝缘特性;（4）化学不活泼性;（5）良好的台阶覆盖;（6）较低的工艺温度。为了提高隔离层的性能，可以用多层薄膜甚至不同材料的多层复合薄膜来作为铁电存储器件的H2隔离层。同样，与其他铁电器件一样，实现H2隔离层的主要问题集中在工艺集成的过程中。
 ---3.2 用于作为H2隔离层的材料和集成工艺研究
---常用于作为H2隔离层的材料有TiO2、SiON和Al2O3。TiO2是较早被使用的作为铁电电容之上的H2隔离层和不同材料间的扩散阻止层，用淀积的方法制作，厚度大约500A，如图5。SiON作为H2隔离层材料在铁电存储器中被使用，有一个很大的原因是Si3N4和SiON薄膜在传统超大规模集成电路的工艺中被广泛应用，因此用此类薄膜作H2隔离层并不需要开发新的工艺、材料及设备，从而大大节约了工艺成本。采用SiON而非Si3N4作为H2隔离层材料，有以下原因：首先，用等离子增强化学气相淀积（PECVD）方法来淀积Si3N4时，会产生大量的氢，这将对下面的铁电电容性能产生极大影响，而淀积SiON并控制其氮、氧比例，使反应过程中产生的氢被控制在较少的量，从而使其对铁电电容性能 影响有限;其次，Si3N4薄膜的台阶覆盖性较差;此外，在PECVD生长SiON时，反应气体为SiH4、 NH3、N2O，通过改变后两者的气体流量比例来控制所生成的SiON薄膜中氮、氧比例，所生成的SiON薄膜的应力可以通过调整N2O气体流量的速率来控制。采用PECVD方法生长SiON薄膜，优点在于低温下生长，一般不超过400℃，有利于PZT材料特性的保持和防止Pb扩散。但PECVD方法生长的SiON薄膜致密性较差，需要在其后进行N2气氛中退火。通常当选用SiON作为H2隔离层材料时，将采用一种SiO2/SiON/SiO2结构来实现，即在两层较厚的SiO2介质绝缘层中间用一层相对较薄的SiON薄膜实现H2隔离功能。这样，连续生长三层介质膜，实现绝缘和隔离作用，三层膜间的界面特性对于器件最后的性能，影响至关重要，为了改善这一性能，除了采用SiON替代Si3N4以外，在每层薄膜淀积之后均进行一次N2气氛中退火，使薄膜的原子重新成键，增强了致密性并且改善薄膜间界面性质。图6就是采用SiO2(300nm) /SiON(60nm)/SiO2(200nm)的H2隔离层结构。对于这种SiO2/SiON/SiO2结构的H2隔离层，其覆盖范围对其隔离性能也有着较大的影响，只对铁电电容区域进行整体覆盖的隔离效果最好，H2退火后铁电电容具有良好的电滞回线;对铁电电容和CMOS电路区域进行整体覆盖的隔离效果其次，H2退火后电滞回线明显退化，剩余极化有所降低;对单个铁电电容进行覆盖的效果最差，H2退火后电容彻底失去铁电性。目前用于铁电存储器件H2隔离层最为普遍的材料是Al2O3，它所具备的隔离性能相比于前面， 更加良好而稳定。目前用于制备Al2O3薄膜的方法常见的有原子层淀积(ALD)和溅射方法。原子层淀积的反应原理是将Al(CH3)3水解，这种方法在淀积温度、应力影响、反应氛围等诸多方面更优，能够形成极薄（100A左右）并具有良好台阶覆盖的Al2O3薄膜，如图7，这种薄膜致密，具有十分良好的H2隔离性能。另外一种制备Al2O3薄膜的方法是用溅射的方法，用Al2O3靶直接溅射，形成致密的Al2O3薄膜并具备良好的H2隔离性能。
4 总结
---本文介绍了铁电随机存储器(FeRAM)的广阔应用前景、工作原理、特点和优势、单元类型和主要器件结构种类并进行了简单的比较。简单阐述了铁电存储器的集成工艺在实现器件功能方面的重要作用。着重探讨了H2隔离层技术作为铁电存储器集成工艺中的重要环节，其意义和作用。详细研究了TiO2、SiON和Al2O3三种H2隔离层材料的各自材料特性和集成工艺的实现情况，并对各种材料的优缺点进行了对比研究。 参考文献
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