[發明專利]NMOS一次可編程器件及其制造方法

無效

• 申請號: 200910057113.4
• 申請日: 2009-04-23
• 公開（公告）號: CN101872765A
• 公開（公告）日: 2010-10-27
• 發明（設計）人: 徐向明;胡曉明;黃景豐;蔡明祥
• 申請（專利權）人: 上海華虹NEC電子有限公司
• 主分類號: H01L27/115
• 分類號: H01L27/115;H01L29/78;H01L21/8247;H01L21/336;H01L21/265
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 王江富

技術領域

本發明涉及半導體技術，特別涉及一種NMOS一次可編程器件及其制造方法。

背景技術

常見的NMOS一次可編程器件(one-time?programmable?memory，OTP)結構如圖1、圖2所示，由一個耦合電容加一個NMOS晶體管構成，耦合電容一端接NMOS晶體管柵極，NMOS晶體管的結構為阱區的上部兩側為源、漏區，源、漏區間的阱區的上面為柵介質層，柵介質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，(3)在阱區上面形成柵介質層，(4)在柵介質層之上形成浮柵多晶硅，(5)輕摻雜漏注入，(6)側墻形成，(7)源漏形成。NMOS一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NMOS一次可編程器件進行編程，電子存儲在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，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在讀取數據時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；即在讀取數據時在NMOS晶體管柵極端需要加入一個外圍電壓轉換電路。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種NMOS一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據，在讀取數據時NMOS管柵極端不需要加入外圍電壓轉換電路。

為解決上述技術問題，本發明的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層，柵介質層之上為浮柵多晶硅層。

本發明還公開了一種上述NMOS一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和場區；

(2)在NMOS晶體管有源區進行一次耗盡注入，經退火后在溝道表面形成一耗盡層；

(3)在NMOS晶體管有源區及耦合電容有源區上面形成柵介質層；

(4)在柵介質層上形成多晶硅層，通過刻蝕形成耦合電容的一端和NMOS晶體管浮柵。

本發明的NMOS一次可編程器件及其制造方法，在形成柵介質層前在NMOS管有源區進行一次耗盡注入，追加耗盡注入后，能實現NMOS管的閾值電壓為負，讀取電流時，在耦合電容端接零伏，可實現用零伏電壓讀取數據，即可省去讀取數據時NMOS晶體管柵極所需要的外圍電壓轉換電路。

附圖說明

圖1是常見的NMOS一次可編程器件電路圖；

圖2是現有的NMOS一次可編程器件的版圖示意圖；

圖3是本發明的NMOS一次可編程器件的版圖示意圖；

圖4是圖3所示本發明的NMOS一次可編程器件的版圖的A-A剖面示意圖；

圖5是本發明的NMOS一次可編程器件在編程前后的特性曲線。

具體實施方式

本發明的NMOS一次可編程器件一實施方式如圖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層，柵介質層之上為浮柵多晶硅層。

上述NMOS一次可編程器件的制造方法的一實施方式，包括以下步驟：

(1)在襯底之上形成有效隔離的阱區和場區；

(2)在NMOS晶體管有源區進行一次低濃度低能量的耗盡注入，經退火后在溝道表面形成一耗盡層；

(3)在NMOS晶體管有源區、耦合電容有源區上面形成柵介質層；

(4)在柵介質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)側墻形成，源漏形成。

本發明的NMOS一次可編程器件(OTP)，利用在形成柵介質層(GateOxide)前在NMOS晶體管部分的有源區進行一次低濃度低能量的耗盡注入，經退火后將晶體管的表面溝道耗盡，從而實現NMOS晶體管閾值電壓為負值。利用FN電流或CHE對其進行編程，編程后實現NMOS晶體管閾值電壓為正值，從而實現編程前后NMOS晶體管閾值電壓由負變為正，這樣在編程前后用浮柵耦合電壓為零伏去讀取時所對應的電流具有10的5次方以上的Window；