專利名稱：Nmos一次可編程器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)，特別涉及一種NMOS —次可編程器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
常見的 NMOS—次可編程器件(one-time programmable memory, OTP)結(jié)構(gòu)如圖 1、圖2所示，由一個(gè)耦合電容加一個(gè)NMOS晶體管構(gòu)成，耦合電容一端接NMOS晶體管柵極， NMOS晶體管的結(jié)構(gòu)為阱區(qū)的上部?jī)蓚?cè)為源、漏區(qū)，源、漏區(qū)間的阱區(qū)的上面為柵介質(zhì)層，柵 介質(zhì)層之上為浮柵多晶硅層，通常該NMOS晶體管的制造工藝過程是(1)在襯底之上進(jìn)行 LOCOS (硅局部氧化隔離)或STI (淺槽隔離)，(2)在襯底之上形成阱區(qū)，(3)在阱區(qū)上面形 成柵介質(zhì)層，⑷在柵介質(zhì)層之上形成浮柵多晶硅，(5)輕摻雜漏注入，(6)側(cè)墻形成，(7) 源漏形成。NMOS—次可編程器件的工作原理是利用FN(Fowler-Nordheim)隧穿電流或通道 熱電子(ChannelHot Electron, CHE)對(duì)NMOS—次可編程器件進(jìn)行編程，電子存儲(chǔ)在NMOS 晶體管浮柵多晶硅(Floating poly)中，從而引起NMOS晶體管閾值電壓的移動(dòng)，在相同讀 取條件下，讀取的電流具有足夠大的窗口(Window)。但此類OTP在讀取數(shù)據(jù)時(shí)都需要在耦 合電容端加一定的電壓，通過耦合電容在NMOS晶體管柵極的耦合電壓，才能使NMOS晶體管 開啟；即在讀取數(shù)據(jù)時(shí)在NMOS晶體管柵極端需要加入一個(gè)外圍電壓轉(zhuǎn)換電路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種NMOS—次可編程器件及其制造方法，該 NMOS 一次可編程器件能用零伏電壓讀取數(shù)據(jù)，在讀取數(shù)據(jù)時(shí)NMOS管柵極端不需要加入外 圍電壓轉(zhuǎn)換電路。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的NMOS —次可編程器件，包括一耦合電容和一 NMOS 晶體管，耦合電容的一端同NMOS晶體管浮柵多晶硅層相連，其特征在于，NMOS晶體管的溝 道表面有一耗盡層，耗盡層之上為柵介質(zhì)層，柵介質(zhì)層之上為浮柵多晶硅層。本發(fā)明還公開了一種上述NMOS —次可編程器件的制造方法，包括以下步驟(1)在襯底之上形成隔離的阱區(qū)和場(chǎng)區(qū)；(2)在NMOS晶體管有源區(qū)進(jìn)行一次耗盡注入，經(jīng)退火后在溝道表面形成一耗盡 層；(3)在NMOS晶體管有源區(qū)及耦合電容有源區(qū)上面形成柵介質(zhì)層；(4)在柵介質(zhì)層上形成多晶硅層，通過刻蝕形成耦合電容的一端和NMOS晶體管浮 柵。本發(fā)明的NMOS —次可編程器件及其制造方法，在形成柵介質(zhì)層前在NMOS管有源 區(qū)進(jìn)行一次耗盡注入，追加耗盡注入后，能實(shí)現(xiàn)NMOS管的閾值電壓為負(fù)，讀取電流時(shí)，在耦 合電容端接零伏，可實(shí)現(xiàn)用零伏電壓讀取數(shù)據(jù)，即可省去讀取數(shù)據(jù)時(shí)NMOS晶體管柵極所需 要的外圍電壓轉(zhuǎn)換電路。


圖1是常見的NMOS —次可編程器件電路圖；圖2是現(xiàn)有的NMOS —次可編程器件的版圖示意圖；圖3是本發(fā)明的NMOS —次可編程器件的版圖示意圖；圖4是圖3所示本發(fā)明的NMOS —次可編程器件的版圖的A-A剖面示意圖；圖5是本發(fā)明的NMOS —次可編程器件在編程前后的特性曲線。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的NMOS —次可編程器件一實(shí)施方式如圖3、圖4所示，包括一耦合電容和一NMOS晶體管，作為耦合電容一端的多晶硅層同作為NMOS晶體管浮柵的多晶硅層相連，NMOS 晶體管的溝道表面形成有一耗盡層、耗盡層之上為柵介質(zhì)層，柵介質(zhì)層之上為浮柵多晶硅層。上述NMOS —次可編程器件的制造方法的一實(shí)施方式，包括以下步驟(1)在襯底之上形成有效隔離的阱區(qū)和場(chǎng)區(qū)；(2)在NMOS晶體管有源區(qū)進(jìn)行一次低濃度低能量的耗盡注入，經(jīng)退火后在溝道表 面形成一耗盡層；(3)在NMOS晶體管有源區(qū)、耦合電容有源區(qū)上面形成柵介質(zhì)層；(4)在柵介質(zhì)層上形成浮柵多晶硅層(Floating Poly)，通過刻蝕形成耦合電容的 一端和NMOS晶體管多晶硅浮柵；(5)輕摻雜漏注入；(6)側(cè)墻形成，源漏形成。本發(fā)明的NMOS —次可編程器件(OTP)，利用在形成柵介質(zhì)層(GateOxide)前在 NMOS晶體管部分的有源區(qū)進(jìn)行一次低濃度低能量的耗盡注入，經(jīng)退火后將晶體管的表面 溝道耗盡，從而實(shí)現(xiàn)NMOS晶體管閾值電壓為負(fù)值。利用FN電流或CHE對(duì)其進(jìn)行編程，編 程后實(shí)現(xiàn)NMOS晶體管閾值電壓為正值，從而實(shí)現(xiàn)編程前后NMOS晶體管閾值電壓由負(fù)變?yōu)?正，這樣在編程前后用浮柵耦合電壓為零伏去讀取時(shí)所對(duì)應(yīng)的電流具有10的5次方以上的 Window ；一實(shí)施例，如圖3、圖4所示，在NMOS晶體管有源區(qū)進(jìn)行一次低濃度低能量的耗盡 注入，注入能量范圍和注入劑量范圍如下注入能量范圍P (磷)20kev 50kev注入劑量范圍P (磷)1E+12 1E+13個(gè)原子數(shù)/平方厘米該實(shí)施例中的OTP器件的工作方法如下編程同時(shí)在耦合電容的一端施加脈沖信號(hào)一，在NMOS晶體管一側(cè)的漏極施加脈 沖信號(hào)二，另一側(cè)源極與P阱接地。脈沖信號(hào)一的脈沖電壓為+10 +15Volt脈沖信號(hào)二的脈沖電壓為+5 +9Volt讀取耦合電容的一端接地，NMOS晶體管一側(cè)的漏極上加直流電壓+1 +5V，另一 側(cè)源極與P阱接地。本發(fā)明的NMOS —次可編程器件及其制造方法，在形成柵介質(zhì)層前在NMOS管有源區(qū)進(jìn)行一次低濃度低能量的耗盡注入，追加耗盡注入后，能實(shí)現(xiàn)NMOS管的閾值電壓為負(fù)， 讀取電流時(shí)，在耦合電容端接零伏，此時(shí)通過浮柵多晶硅耦合到NMOS晶體管柵極的電壓也 為零伏，如圖5所示，編程前，讀取的電流值在1E-5到1E-4安培的數(shù)量級(jí)；對(duì)其利用FN隧 穿電流或CHE進(jìn)行編程后，圖5中的特性曲線會(huì)往右平移至少2V以上，閾值電壓變?yōu)檎担?此時(shí)在相同條件下讀取的電流為1E-13安培的數(shù)量級(jí)；編程前后讀取的電流的Window達(dá)到 了至少8個(gè)數(shù)量級(jí)的水平；這樣的Window足夠滿足所述OTP的讀取、編程及應(yīng)用。
本發(fā)明通過追加的耗盡注入，可實(shí)現(xiàn)用零伏電壓讀取數(shù)據(jù)，即可省去讀取數(shù)據(jù)時(shí) NMOS晶體管柵極所需要的外圍電壓轉(zhuǎn)換電路。
權(quán)利要求
一種NMOS一次可編程器件，包括一耦合電容和一NMOS晶體管，耦合電容的一端同NMOS晶體管浮柵多晶硅層相連，其特征在于，NMOS晶體管的溝道表面有一耗盡層，耗盡層之上為柵介質(zhì)層，柵介質(zhì)層之上為浮柵多晶硅層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的NMOS—次可編程器件，其特征在于，所述耦合電容的一端為多晶娃層。
3.—種權(quán)利要求1所述的NMOS —次可編程器件的制造方法，其特征在于，包括以下步驟(1)在襯底之上形成隔離的阱區(qū)和場(chǎng)區(qū)；(2)在NMOS晶體管有源區(qū)進(jìn)行一次耗盡注入，經(jīng)退火后在溝道表面形成一耗盡層；(3)在NMOS晶體管有源區(qū)及耦合電容有源區(qū)上面形成柵介質(zhì)層；(4)在柵介質(zhì)層上形成多晶硅層，通過刻蝕形成耦合電容的一端和NMOS晶體管浮柵。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的NMOS—次可編程器件的制造方法，其特征在于，在NMOS晶體 管有源區(qū)進(jìn)行一次低濃度、低能量的磷離子耗盡注入。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的NMOS—次可編程器件的制造方法，其特征在于，所述P離子 注入能量范圍為20kev 50kev，注入劑量范圍為1E+12 1E+13個(gè)原子數(shù)/平方厘米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種NMOS一次可編程器件，包括一耦合電容和一NMOS晶體管，耦合電容一端的同NMOS晶體管浮柵的多晶硅層相連，NMOS晶體管的溝道表面有一耗盡層，耗盡層之上為柵介質(zhì)層，柵介質(zhì)層之上為浮柵多晶硅層。本發(fā)明的NMOS一次可編程器件，可實(shí)現(xiàn)用零伏電壓讀取數(shù)據(jù)，即可省去讀取數(shù)據(jù)時(shí)NMOS晶體管柵極所需要的外圍電壓轉(zhuǎn)換電路。本發(fā)明還公開了該NMOS一次可編程器件的制造方法。
文檔編號(hào)H01L21/8247GK101872765SQ20091005711
公開日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2009年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月23日
發(fā)明者徐向明, 胡曉明, 蔡明祥, 黃景豐 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司