專利名稱：具有otp單元的半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及一種具有一次性可編程單元(One Time Programmable cell)的器fK更具體;也，涉及一種具有一次性可編 程單元的半導(dǎo)體器件及其制造方法，其中該一次性可編程單元使用 才黃向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(Lateral Double Diffused Metal Oxide Semiconductor )技術(shù)形成。
背景技術(shù)：
一次性可編禾呈(OTP)單元可以;故用來存^f諸程序^碼和其4也的 信息。OTP單元具有一次性可編程的特性，該特性可以防止對(duì)所存 爿f諸的程序4<碼和其他信息的異常重寫或<奮改?？梢?使用例如可炫性 連接(fusible link)、浮柵非易失存儲(chǔ)器、或反熔絲技術(shù)(antifuse technology)來制造OTP單元。
制造反熔絲型(antifused-type ) OTP單元需要對(duì)部分金屬氧化 物半導(dǎo)體(MOS)電容器柵極氧化物電介質(zhì)進(jìn)行物理破壞或使其斷 裂。可以通過向MOS電容器施加高電壓來完成氧化物電介質(zhì)的石皮 壞或斷裂，這在電容器極板之間的氧化物電介質(zhì)中形成了電阻相對(duì) 低的的導(dǎo)電通道。由于反熔絲型OTP單元需要相對(duì)高的電壓來用于編考呈，因此，其并不具有如互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS ):技術(shù)
一樣的實(shí)用性。然而，由于CMOSl支術(shù)相對(duì)薄的MOS棚4及氧化物 妨礙了可靠編程，因此CMOS技術(shù)表現(xiàn)出相對(duì)低的可靠性。
相關(guān)的OTP單元還具有其他的缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)包括不能夠承 受高的編程電壓和對(duì)高電流的窄脈沖的相對(duì)更高的靈敏度。同樣，
由于在半導(dǎo)體中需要晶體管以防止由高電壓編程產(chǎn)生的靜電放電 (ESD)，所以相關(guān)的OTP單元具有增大的單元尺寸和區(qū)域的缺點(diǎn)。 因此，需要一種改進(jìn)的OTP單元及其制造方法。

發(fā)明內(nèi)容
才艮據(jù)本發(fā)明實(shí)施例， 一種半導(dǎo)體器件包括深N型阱區(qū)，可以 通過使用掩模對(duì)位于部分半導(dǎo)體襯底上方的預(yù)定圖樣執(zhí)行離子注 入工藝來形成上述深N型阱區(qū)，其中，在該半導(dǎo)體襯底上形成有氧 化膜；d阱區(qū)(dwell region),可以通過使用4奄才莫對(duì)位于部分N型 阱區(qū)上方的預(yù)定圖樣執(zhí)行離子注入工藝來形成上述d阱區(qū)；淺N型 阱區(qū)和漏極區(qū)，可以通過使用掩模對(duì)位于部分深N型阱區(qū)上方的預(yù) 定圖樣執(zhí)行離子注入工藝來分別形成上述淺N型阱區(qū)和上述漏極 區(qū)；源極區(qū)，可以通過使用掩模對(duì)位于部分d阱區(qū)上方的預(yù)定圖樣 沖丸4亍離子注入工藝來形成上述源才及區(qū)；4妄觸孔，可以在部分半導(dǎo)體 4于底上方形成金屬間介電層之后，通過填充金屬來形成上述4妄觸 孔，其中在該半導(dǎo)體襯底上方形成有源極區(qū)；以及金屬線，可以在 部分接觸孔上方形成上述金屬線。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例， 一種制造用于半導(dǎo)體器件的OTP單元的 方法包括通過使用掩模對(duì)位于部分半導(dǎo)體襯底上方的預(yù)定圖樣執(zhí) 行離子注入工藝來形成深N型阱區(qū)，其中，在該半導(dǎo)體襯底上方形 成有氧化膜；通過4吏用摘4莫對(duì)位于部分深N型阱區(qū)上方的預(yù)定圖樣 執(zhí)行離子注入工藝來形成d阱區(qū)；通過使用掩模對(duì)位于部分深N型阱區(qū)上方的預(yù)定圖才羊"^M亍離子注入工藝來形成淺N型阱區(qū)和漏^L 區(qū)；通過使用掩模對(duì)位于部分d阱區(qū)上方的預(yù)定圖樣執(zhí)行離子注入 工藝來形成源極區(qū)；在部分半導(dǎo)體襯底上方形成金屬間介電層之 后，形成用金屬填充的4妄觸孔；以及在部分4妾觸孔上方形成金屬線。


實(shí)例圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包括OTP單元的半導(dǎo) 體器件的示意性橫截面圖。
實(shí)例圖2A到圖2H是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造半導(dǎo)體 器件的OTP單元的步驟的示意性橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
在下文中，將參照附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。實(shí)例圖1 是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包括OTP單元的半導(dǎo)體器件的示意 性橫截面圖。參照實(shí)例圖1 ，半導(dǎo)體器件包括深N型阱(DeepNWell) 區(qū)207和d阱(dwell) ( DWell)區(qū)213，其中可以通過4吏用掩才莫對(duì) 位于部分半導(dǎo)體襯底201上方的預(yù)定圖樣沖丸行離子注入工藝來形成 深N型阱區(qū)207,以及可以通過使用掩模對(duì)位于部分深N型阱區(qū) 207上方的預(yù)定圖樣執(zhí)行離子注入工藝來形成d阱區(qū)213。實(shí)例圖1 示出了氧化膜圖樣217,可以通過對(duì)形成在部分半導(dǎo)體襯底201上 方的氧4匕月莫#丸4亍光刻工藝(photolithography process )來形成該氧4匕 膜圖才羊217。實(shí)例圖1還示出了淺N型阱區(qū)223和漏才及區(qū)225，其 中，可以通過使用掩才莫對(duì)位于部分深N型阱區(qū)207上方的預(yù)定圖樣 以相^"不同的劑量寺丸4亍兩次離子注入工藝來分別形成淺N型阱區(qū) 223和漏極區(qū)225。再次參照實(shí)例圖1，示出了反熔絲多晶石圭圖樣(antifused poly pattern ) 227和斥冊(cè)極多晶石圭圖樣229，其中，可以通過對(duì)形成在部分 半導(dǎo)體襯底201上方的柵極氧化膜執(zhí)行光刻工藝來形成反熔絲多晶 硅圖樣227和柵極多晶硅圖樣229。實(shí)例圖1示出了側(cè)壁隔離件231, 在本發(fā)明實(shí)施例中，可以通過用預(yù)定的圖樣掩才莫刻蝕形成在柵4及多 晶硅圖樣229上方的絕緣材料，來在柵極多晶硅圖樣229的部分側(cè) 壁上形成側(cè)壁隔離件231。實(shí)例圖l示出了源才及區(qū)233，其中，可 以通過使用掩模對(duì)位于部分d阱區(qū)213上方的預(yù)定圖樣執(zhí)行離子注 入工藝來形成源極區(qū)233。此外，實(shí)例圖1還示出了接觸孑L 237， 其中，可以通過在金屬間介電層(inter-metal dielectric layer) 235 中形成接觸孔區(qū)、用金屬填充該接觸孔區(qū)以及全面地(globally)平 坦化該金屬來形成4妄觸孔237。實(shí)例圖1示出了金屬線239,其中， 金屬線239可以形成在全面平坦4匕的才妾觸孔237的 一部分上方，該 部分可以包括4妾觸孔237的上部。
實(shí)例圖2A到圖2H是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造半導(dǎo)體 器件的OTP單元的步驟的示意性-境截面圖。參照實(shí)例圖2A，可以 在部分半導(dǎo)體村底201上方形成氧化膜203,其中，該半導(dǎo)體襯底 侈'J ^口為石圭4十底、陶;^:4于底(ceramic substrate )或聚合4勿外于底(polymer substrate )。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，可以在氧化膜203上方執(zhí)行曝光工 藝和顯影工藝，以選擇性地去除形成在部分半導(dǎo)體村底201上方的 光刻膠(PR)的一些部分，其中上述曝光工藝和顯影工藝使用了刻 線設(shè)計(jì)(reticle design )以具有期望的圖樣。結(jié)果，可以在部分氧化 膜203上方形成第一PR圖樣205，其中該第一PR圖樣205可以指 示出用于;罙N型阱的離子注入?yún)^(qū)。
參照實(shí)例圖2B，可以使用掩模對(duì)第一PR圖樣205執(zhí)行離子注 入工藝206,以〗更形成深N型阱區(qū)207。在本發(fā)明實(shí)施例中，曝光 工藝和顯影工藝可以選擇性地去除形成在部分半導(dǎo)體襯底201上方的PR的一些部分。結(jié)果，可以在部分氧化膜203上方形成第二PR 圖樣209,其中，該第二PR圖樣209可以指示出d阱離子注入?yún)^(qū)。 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，可以使用掩模對(duì)第二 PR圖樣209執(zhí)行離子注 入工藝211。在本發(fā)明實(shí)施例中，可以以大約1012到IO"的劑量和 大約40 KeV到60 KeV的離子注入能量來4吏用硼才參雜物。
參照實(shí)例圖2C，可以在部分深N型阱區(qū)207中形成d阱區(qū)213。 在本發(fā)明實(shí)施例中，可以通過對(duì)形成在部分半導(dǎo)體4十底201上方的 氧化膜203實(shí)施光刻工藝來形成氧化膜圖樣217。才艮據(jù)本發(fā)明實(shí)施 例，可以扭^f于曝光工藝和顯影工藝以選4奪性地去除形成在部分半導(dǎo) 體襯底201上方的PR的一些部分。結(jié)果，可以在部分氧化膜203 和氧化膜圖樣217上方形成第三PR圖樣219，其中，該第三PR圖 樣219可以指示出用于淺N型阱區(qū)和漏極區(qū)的離子注入?yún)^(qū)。在本發(fā) 明實(shí)施例中，可以使用掩模以不同的相對(duì)低的劑量對(duì)第三PR圖樣 219執(zhí)行兩次離子注入工藝221。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，磷摻雜物可 以3皮選4奪性:地用于各個(gè)工藝。結(jié)果，可以形成淺N型阱區(qū)223和漏 才及區(qū)225。
參照實(shí)例圖2D,可以通過只于形成在部分半導(dǎo)體4于底201上方 的柵極氧化膜實(shí)施光刻工藝來形成反熔絲多晶硅圖樣227和柵極多 晶石圭圖才羊(gate poly pattern ) 229。通過高電流的窄樂p中(short pulse ) 和高電壓，可以將反熔絲多晶硅圖樣227的反熔絲(antifuse)分解 成電阻器，從而器件可以在相對(duì)低的電壓下接通，其中在通過漏極 (drain )進(jìn)行編程期間提供了上述高電流的窄脈沖和高電壓。
參照實(shí)例圖2E,可以通過利用預(yù)定的圖樣掩模來刻蝕絕緣材 料，以在柵極多晶硅圖樣229的部分側(cè)壁上方形成側(cè)壁隔離件231， 其中絕緣材料為諸如形成在柵極多晶硅圖樣229上方的氧化硅 (SiCb)月莫。在本發(fā)明實(shí)施例中，可以-使用干法刻蝕工藝。參照實(shí)例圖2F，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例可以形成第四PR圖樣，該 第四PR圖才羊可以指示出用于源才及區(qū)的離子注入?yún)^(qū)，并且可以4吏用 掩模對(duì)第四PR圖樣執(zhí)行離子注入工藝以便可以在d阱區(qū)213中形 成源才及區(qū)233。在本發(fā)明實(shí)施例中，可以4吏用砷4參雜物(arsenic dopant )。
參照實(shí)例圖2G,可以在部分半導(dǎo)體4十底201上方形成金屬間 介電層235，并且可以在金屬間介電層235中形成接觸孔區(qū)域。可 以在上述接觸孔區(qū)域中填充金屬，然后可以對(duì)所填充的接觸孔區(qū)域 執(zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光(CPM )工藝，從而形成全面平坦化的接觸孔237。 參照?qǐng)D2H，可以在全面平坦化的接觸孑L 237的一部分上方形成金 屬線239以作為互連金屬，其中，上述部分可以是全面平坦化的才妾 觸孑L 237的上部。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，使用LDMOS結(jié)構(gòu)形成的OTP單元在操 作期間可以承受高電壓并且不受高電流的窄脈沖的影響。此外，通 過在高電壓編程期間消除來自ESD的任何影響來保證器件的可靠 性，以及通過形成經(jīng)由雙擴(kuò)散阱的溝道(channel)和源極來保證一 致的電壓，從而使器件在其電氣操作中更穩(wěn)定。此外，僅在通過漏 極來對(duì)器件進(jìn)行編程時(shí)才提供高電流的窄脈沖和高電壓，這使得反 熔絲被分解成電阻器，并允許用低電壓來使器件導(dǎo)通，從而降低了 器件的功耗。同樣，實(shí)現(xiàn)了最小化的單元區(qū)域。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見和明了的是，可以對(duì)披露的本發(fā) 明的實(shí)施例作各種》務(wù)改和變形。因此，本發(fā)明4皮露的實(shí)施例意在涵 蓋顯而易見和明了的修改和變形，只要它們?cè)谒降臋?quán)利要求及其 等同替換的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括深N型阱區(qū)，所述深N型阱區(qū)形成在其上方形成有氧化膜的部分半導(dǎo)體襯底中；d阱區(qū)，所述d阱區(qū)形成在部分所述深N型阱區(qū)中；淺N型阱區(qū)，所述淺N型阱區(qū)形成在部分所述深N型阱區(qū)中；漏極區(qū)，所述漏極區(qū)形成在部分所述淺N型阱區(qū)中；源極區(qū)，所述源極區(qū)形成在部分所述d阱區(qū)中；接觸孔，所述接觸孔形成在部分金屬間介電層中，所述金屬間介電層形成在其上方形成有所述源極區(qū)的所述半導(dǎo)體襯底上方；以及金屬線，所述金屬線形成在部分所述接觸孔上方。
2. 才艮據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，包括氧化膜圖樣，所述氧化膜圖樣由所述氧化膜形成； 反熔絲多晶石圭圖樣；以及 沖冊(cè)才及多晶-圭圖才羊，其中，所述反熔絲多晶硅圖樣和所述柵極多晶硅圖樣中 的至少一個(gè)由柵4及氧化膜形成，所述棚-才及氧化膜形成在部分所 述半導(dǎo)體襯底上方，其中，在所述半導(dǎo)體襯底上方形成有所述 淺N型阱區(qū)和所述漏才及區(qū)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，在通過漏極對(duì)所述裝置進(jìn) 行編程期間，所述反熔絲多晶-圭圖樣的反熔絲^皮分解成電阻 器。
4. 一種方法，包4舌在部分半導(dǎo)體襯底中形成深N型阱區(qū)，其中，在所述半 導(dǎo)體襯底上方形成有氧化膜；在部分所述深N型阱區(qū)中形成d阱區(qū)；在部分所述深N型阱區(qū)中形成淺N型阱區(qū)；在部分所述淺N型阱區(qū)中形成漏才及區(qū)；在部分所述d阱區(qū)中形成源才及區(qū)；在金屬間介電層中形成用金屬填充的接觸孔，其中，所述 金屬間介電層形成在部分所述半導(dǎo)體襯底上方；以及在部分所述接觸孔上形成金屬線。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，通過以不同的相對(duì)低的劑 量才丸4于兩次至少一種離子注入工藝來分別形成所述淺N型阱 區(qū)和所述漏極區(qū)，其中，磷摻雜物被選擇性地用于各個(gè)工藝。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，包括由所述氧化膜形成氧化膜圖樣； 形成反熔絲多晶硅圖樣；以及 形成柵極多晶硅圖樣，其中，所述反熔絲多晶硅圖樣和所述柵極多晶硅圖樣中 的至少一個(gè)由4冊(cè)極氧化膜形成，所述柵極氧化膜形成在部分所 述半導(dǎo)體襯底上方，其中，在所述半導(dǎo)體襯底上方形成有所述淺N型阱區(qū)和所述漏纟及區(qū)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，包括在所述柵極多晶硅圖樣的部 分側(cè)壁上形成側(cè)壁隔離件。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，在通過漏極進(jìn)行編程期間， 通過提供高電流的窄脈沖和高電壓來將所述反熔絲多晶硅圖 樣的反熔絲分解成電阻器，以便使用相對(duì)更低的電壓來進(jìn)行操 作。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件包括深N型阱區(qū)，可以通過使用掩模對(duì)位于部分半導(dǎo)體襯底上方的預(yù)定圖樣執(zhí)行離子注入工藝來形成該深N型阱區(qū)，其中，在該半導(dǎo)體襯底上形成有氧化膜；d阱區(qū)，可以通過使用掩模對(duì)位于部分N型阱區(qū)上方的預(yù)定圖樣執(zhí)行離子注入工藝來形成該d阱區(qū)；淺N型阱區(qū)和漏極區(qū)，可以通過使用掩模對(duì)位于部分深N型阱區(qū)上方的預(yù)定圖樣執(zhí)行離子注入工藝來分別形成該淺N型阱區(qū)和漏極區(qū)；源極區(qū)，可以通過使用掩模對(duì)位于部分d阱區(qū)上方的預(yù)定圖樣執(zhí)行離子注入工藝來形成該源極區(qū)；接觸孔，可以在部分半導(dǎo)體襯底上方形成金屬間介電層之后，通過填充金屬來形成接觸孔，其中在上述半導(dǎo)體襯底上方形成有源極區(qū)；以及金屬線，可以在部分接觸孔上方形成金屬線。
文檔編號(hào)H01L29/78GK101609834SQ20091015021
公開日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2009年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月20日
發(fā)明者金珉奭 申請(qǐng)人:東部高科股份有限公司