[發(fā)明專(zhuān)利]高可靠性一次可編程存儲(chǔ)單元、存儲(chǔ)器及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010239033.3
• 申請(qǐng)日: 2010-07-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102339949A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林殷茵;王明
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L45/00
• 分類(lèi)號(hào): H01L45/00;H01L27/24;G11C17/08
• 代理公司: 上海正旦專(zhuān)利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于一次可編程存儲(chǔ)器（One-Time?Programmable?Memory，OTP）技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用兩種不同的相鄰接的金屬氧化層形成存儲(chǔ)介質(zhì)層的一次可編程存儲(chǔ)單元、存儲(chǔ)器及其制備方法，尤其涉及一種在上電極和下電極之間并聯(lián)兩個(gè)或兩個(gè)以上存儲(chǔ)介質(zhì)層、以提高其可靠性的一次可編程存儲(chǔ)單元、存儲(chǔ)器及其制備方法。

背景技術(shù)

非揮發(fā)存儲(chǔ)器在斷電時(shí)仍能保持所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，這使得非揮發(fā)存儲(chǔ)器在各種不同類(lèi)型的電子設(shè)備中有著及其廣泛的應(yīng)用。一次可編程存儲(chǔ)器（OTP）是常見(jiàn)的非揮發(fā)存儲(chǔ)器中的一種，它通過(guò)字線和位線交叉的存儲(chǔ)單元來(lái)存儲(chǔ)邏輯信息，其中，常見(jiàn)的存儲(chǔ)單元有熔絲、反熔絲和電荷俘獲型器件（例如浮柵雪崩注入場(chǎng)效應(yīng)管）。一次可編程存儲(chǔ)器一般是不可重復(fù)編程的。

對(duì)于熔絲和反熔絲型OTP，需要一個(gè)高電壓來(lái)?yè)舸╇娙萁^緣層，在電擊穿過(guò)程中會(huì)有高功耗的損失。并且由于擊穿電壓較高，OTP?的功耗相對(duì)較大。并且隨著器件尺寸的等比例縮小，基于氧化層（即絕緣層）擊穿效應(yīng)的OTP將遭遇軟擊穿（由于氧化層厚度變薄，發(fā)生軟擊穿的概率越大）的問(wèn)題。

圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)的分裂結(jié)構(gòu)（split?structure）的?OTP單元結(jié)構(gòu)示意圖。該OTP單元利用形成于襯底上的柵氧介質(zhì)層的擊穿來(lái)實(shí)現(xiàn)OTP的編程。如圖1所示，柵氧介質(zhì)層包括厚度為D1的第一柵氧介質(zhì)層11以及厚度為D2的第二柵氧介質(zhì)層12，其中D2大于D1；第一柵氧介質(zhì)層11以及第二柵氧介質(zhì)層12均形成柵電極，即分別為柵電極13和柵電極14。柵電極13對(duì)應(yīng)位于第一柵氧介質(zhì)層11之上，柵電極14對(duì)應(yīng)位于第二柵氧介質(zhì)層12?之上。在該實(shí)施例中柵電極均為多晶硅。由于第一柵氧介質(zhì)層11的厚度D1小于第二柵氧介質(zhì)層的厚度D2，因此，在第一柵氧介質(zhì)層11和第二柵氧介質(zhì)層12的相鄰接區(qū)域，也即柵氧分裂的位置，在柵電極13、14上同時(shí)偏置電壓時(shí)，其電力線集中，場(chǎng)強(qiáng)局部增大，也最容易被擊穿。第一柵氧介質(zhì)層11和第二柵氧介質(zhì)層12的相鄰接區(qū)域即為該OTP的編程區(qū)域，被編程時(shí)，在編程區(qū)域中將出現(xiàn)擊穿點(diǎn)。因此，這種結(jié)構(gòu)能相對(duì)有效降低熔絲和反熔絲型OTP的編程電壓。

但是，圖1所示OTP單元還存在一下問(wèn)題：

（1）由于是基于柵氧介質(zhì)層擊穿，柵氧介質(zhì)層相對(duì)致密，所以擊穿電壓不會(huì)降低很多，編程電壓大小主要還是取決于柵氧介質(zhì)層的厚度，所以還是不能滿(mǎn)足低編程電壓的要求。

（2）柵氧介質(zhì)層形成于用于形成有源器件的襯底之上，因此OTP單元同樣是形成于前端，其一般是與其他有源器件的制造工藝相集成，所以，柵氧介質(zhì)層的厚度是受限制的，OTP的柵氧介質(zhì)層的厚度也不能靈活設(shè)計(jì)。

（3）當(dāng)集成電路器件發(fā)展32納米節(jié)點(diǎn)以下時(shí)，代替柵氧層的高k介質(zhì)將普遍使用，圖1所示的OTP單元的柵氧層也將由高k介質(zhì)層替代，而這會(huì)導(dǎo)致漏電流增大，增加了OTP單元的功耗。

（4）由于柵氧介質(zhì)層制作工藝等原因，易造成柵氧介質(zhì)層的厚度波動(dòng)，因此，OTP單元可能在預(yù)定的編程電壓下難以被擊穿編程，從而影響其可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于?提出一種可集成在集成電路的后端結(jié)構(gòu)中的、能有效降低編程電壓并提高其可靠性的一次可編程存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)器及其制備方法。

按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種一次可編程存儲(chǔ)單元，其包括下電極、上電極以及兩個(gè)或兩個(gè)以上并聯(lián)置于上電極和下電極之間的存儲(chǔ)介質(zhì)層，每個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)層包括：

第一金屬氧化物層，其通過(guò)第一金屬層和/或第一金屬化合物層氧化形成；以及

第二金屬氧化物層，其通過(guò)第二金屬層和/或第二金屬化合物層氧化形成；

其中，所述第一金屬氧化物層和所述第二金屬氧化物層之間形成用于編程的相鄰接區(qū)域。

優(yōu)選地，所述存儲(chǔ)介質(zhì)層為兩個(gè)。每個(gè)所述存儲(chǔ)介質(zhì)層的第一金屬氧化物層連接為一體，所述第一金屬氧化物層與所述第二金屬氧化物層之間形成兩個(gè)或兩個(gè)以上并聯(lián)形式的相鄰接區(qū)域。

按照本發(fā)明的一次可編程存儲(chǔ)單元的一個(gè)技術(shù)方案，其中，所述下電極為所述第一金屬層和/或第一金屬化合物層以及所述第二金屬層和/或第二金屬化合物層所構(gòu)成。

所述第一金屬氧化物層的厚度可以大于所述第二金屬氧化物層的厚度。

按照本發(fā)明的一次可編程存儲(chǔ)單元的一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案，其中，所述一次可編程存儲(chǔ)單元集成于集成電路的后端結(jié)構(gòu)中。

所述后端結(jié)構(gòu)可以為銅互連后端結(jié)構(gòu)或鋁互連后端結(jié)構(gòu)。