[發明專利]基于NMOS的OTP器件的制造方法

有效

• 申請號: 201110076611.0
• 申請日: 2011-03-29
• 公開（公告）號: CN102723275A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 胡曉明
• 申請（專利權）人: 上海華虹NEC電子有限公司
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;H01L21/8247
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 丁紀鐵

技術領域

本發明涉及一種OTP(one-time?programmable?memory，一次可編程存儲器)器件。

背景技術

請參閱圖1，這是一種基于NMOS的單晶體管結構的OTP器件的單元結構。在p型硅襯底10中具有p阱11，p阱11之上具有多晶硅柵極13。多晶硅柵極13和p阱11之間為柵氧化層(gate?oxide)12。多晶硅柵極13的兩側具有氮化硅側墻14。氮化硅側墻14與p阱11之間為隧穿氧化層(tunnel?oxide)121。氮化硅側墻14外側下方的p阱11中具有源漏注入區15。該OTP器件是將HCI(Hot?carrier?inject，熱載流子注入效應)產生的熱電子存儲于氮化硅側墻14中實現編程，而隧穿氧化層121的質量與厚度直接影響OTP器件的編程能力以及數據可靠性。

請參閱圖3，現有的基于NMOS的OTP器件的制造方法包括如下步驟：

第1步，在具有p阱的硅襯底上先生長一層氧化硅12，再淀積一層多晶硅13，刻蝕該層多晶硅13以氧化硅12作為刻蝕終點。刻蝕后剩余的多晶硅13作為柵極，剩余的氧化硅12作為柵氧化層。實際工藝中氧化硅12也會被部分刻蝕，從而在多晶硅柵極13兩側形成氧化硅殘留121a。

第2步，在多晶硅柵極13的僅一側下方的p阱中以輕摻雜漏注入(LDD)工藝形成n型輕摻雜區，然后用LPCVD(低壓化學氣相淀積)工藝硅片表面形成一層襯墊氧化層(liner?oxide)121b，在多晶硅柵極13兩側的氧化硅殘留121a與該襯墊氧化層121b共同構成了隧穿氧化層121。襯墊氧化層121b通常采用HTO(High?Temperature?Oxidation，高溫熱氧化)反應來制造。

第3步，在硅片表面淀積一層氮化硅14，刻蝕后形成氮化硅側墻14。在氮化硅側墻14的外側下方的p阱中通過源漏注入工藝形成n型重摻雜區即源漏注入區。

上述方法制造出來的單晶體管結構的OTP器件往往性能不夠理想，主要是編程能力和數據的可靠性方面，主要原因在于：

其一，襯墊氧化層121b的厚度一般大于再薄的話對于均勻度(Uniformity)的控制就很難。加上在多晶硅柵極刻蝕過程中殘留的氧化硅121a，最后形成的隧穿氧化層121的厚度往往大于本領域一般技術人員均知，過厚的隧穿氧化層不利于HCI編程效率的提高。

其二，隧穿氧化層121由下層的柵氧化層殘余121a和上層的襯墊氧化層121b組成，而HTO工藝形成的襯墊氧化層121b的致密度比熱氧化生長形成的柵氧化層121a差的多。因此OTP器件應用時的可靠性如耐久性(Endurance)、數據保持能力(Date?retention)就受限于工藝形成的襯墊氧化層121b的質量。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于NMOS的單晶體管結構的OTP器件的制造方法，該方法可以形成致密度較高的隧穿氧化層，從而提升OTP器件的編程能力以及數據可靠性。

為解決上述技術問題，本發明基于NMOS的OTP器件的制造方法包括如下步驟：

第1步，在具有p阱的硅襯底上先生長一層氧化硅，再淀積一層多晶硅，刻蝕該層多晶硅以氧化硅作為刻蝕終點；刻蝕后剩余的多晶硅作為柵極，剩余的氧化硅作為柵氧化層；在多晶硅柵極兩側的氧化硅被部分刻蝕形成柵氧化層殘留；

第2步，在多晶硅柵極的僅一側下方的p阱中以輕摻雜漏注入工藝形成n型輕摻雜區，然后用LPCVD工藝中的HTO工藝在硅片表面形成一層襯墊氧化層；

第3步，采用濕法刻蝕工藝將多晶硅柵極兩側下方的襯墊氧化層和柵氧化層殘留去除；

第4步，在多晶硅柵極的側壁和硅片表面采用熱氧化生長工藝生長一層厚度的氧化硅，該層氧化硅作為隧穿氧化層；

第5步，在硅片表面淀積一層氮化硅，刻蝕后形成氮化硅側墻，在氮化硅側墻的外側下方的p阱中通過源漏注入工藝形成n型重摻雜區即源漏注入區。

本發明將現有的基于NMOS的OTP器件中，由柵氧化層殘余和襯墊氧化層共同構成的隧穿氧化層，改為僅有熱氧化生長工藝生長，由此不僅提高了隧穿氧化層的致密度，還可降低隧穿氧化層的厚度，從而有利于提升OTP器件的編程能力和可靠性。

附圖說明

圖1是現有的基于NMOS的OTP器件的單元結構的簡單示意圖；

圖2是現有方法制造的OTP器件和本發明所述方法制造的OTP器件在編程后的讀取電流、編程后的讀取電流、編程時間的示意圖；