德国英飞凌科技与东芝日前公布了在铁电存储器(FeRAM)中首次采用立体结构电容器(垂直电容器)的存储单元试产结果。这是双方在2004年6月15日于美国檀香山开幕的半导体制造技术国际会议“2004 Symposium on VLSI Technology”上公布的。采用了东芝开发的FeRAM存储阵列架构“Chain FeRAM”。
其最大特点是比原来大幅缩小了存储单元面积。Chain FeRAM的存储单元面积过去较大,约为30F2(F为设计工艺)。而此次却一下子缩小到了4F2~8F2。采用的铁电材料是PZT,利用真空溅镀法形成。
现有的FeRAM存储单元均采用由上部电极和下部电极夹着PZT等铁电材料的结构。铁电材料的分极方向为垂直方向。因此,为了得到一定的分极电荷量,必须在水平方向上确保一定程度的电容器面积。结果,就容易导致存储单元面积增大。
此次两公司彻底改变了设计思路,利用左右电极夹着铁电材料。也就是说,铁电材料的分极方向与底板呈水平方向。从理论上推算,无论水平方向的占用面积有多小,只要提高电容器的长宽比,就能确保所需的分极电荷量。据东芝称,通过采用垂直电容器,即使将设计工艺提高到100nm以下,估计也能继续缩小存储单元面积。这就意味着比现有FeRAM更容易提高设计工艺。
另一个好处是通过采用垂直电容器结构,更容易实现多值化。像梯田一样,如果采用垂直层叠水平方向厚度不同的PZT的结构(见图1),就能形成具有2种磁滞曲线的存储单元。据称只要能够实现多值化,就能将存储单元面积缩小至2F2~3F2。