專利名稱：雙層多晶硅一次性可編程器件結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種一次性可編程器件結(jié)構(gòu)，具體涉及一種雙層多晶硅一次性可編程器件結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
P型一次性可編程(0TP，0ne Time Program)器件與邏輯工藝完全兼容，不需要增加任何額外的光罩，所以被廣泛使用?，F(xiàn)有的P型OTP器件是由兩個(gè)PMOS晶體管串聯(lián)形成的，第一 PMOS晶體管作為選通晶體管，在N型阱中用P型擴(kuò)散區(qū)形成該第一 PMOS晶體管的源極和漏極，第一 PMOS晶體管柵極作為整個(gè)器件的字線(柵極)，第一 PMOS晶體管源極作為整個(gè)器件的源極；第二 PMOS晶體管作為OTP器件的存儲單元，第二 PMOS晶體管柵極浮空，在N型阱中用P型擴(kuò)散區(qū)形成所述第二 PMOS晶體管的源極和漏極，第二 PMOS晶體管的漏極作為整個(gè)器件的位線(漏極)，第二 PMOS晶體管的源極與第一 PMOS晶體管的漏極共用一個(gè)P型擴(kuò)散區(qū)，浮空。但是，組成P型OTP器件的漏極與存儲管柵極的耦合電容較小，導(dǎo)致該器件的編程效率較低，即該器件在編程前后可區(qū)分的電流范圍很小，如圖1所示。為了解決這一問題，常用的方法是在P型OTP器件讀取電流時(shí)，在N型阱(襯底)上加比源端高的電壓，以增加編程前后可區(qū)分的電流范圍。該襯底偏置電壓需要精確電壓，比如IV，如圖2所示。如果襯偏電壓過高，會(huì)引起讀取電流過低，讀取電路無法讀取編程完的OTP單元的電流；如果襯偏電壓過低，則編程前的OTP單元初始電流過大，也無法區(qū)分OTP單元的狀態(tài)。為了得到精確的襯偏電壓，需要增加較復(fù)雜的外圍電路來實(shí)現(xiàn)，因而會(huì)消耗大量的芯片面積。雖然P型OTP器件的每個(gè)單元面積較小，但較多的外圍電路將該類器件的應(yīng)用限制在需要高密度容量的應(yīng)用場合下。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種雙層多晶硅一次性可編程器件結(jié)構(gòu)，它可以使OTP器件的應(yīng)用范圍拓展到低密度容量的應(yīng)用場合下。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明雙層多晶硅一次性可編程器件結(jié)構(gòu)的技術(shù)解決方案為:包括P型硅片，P型硅片形成有N型阱#型阱內(nèi)并排形成有第一 P型重?fù)诫s區(qū)、第二 P型重?fù)诫s區(qū)，第一 P型重?fù)诫s區(qū)與第二 P型重?fù)诫s區(qū)之間的N型阱上并排形成有存貯管柵氧、選通管柵氧，存貯管柵氧與選通管柵氧之間通過柵間介質(zhì)層隔離；存貯管柵氧之上形成有存儲管柵極多晶硅，選通管柵氧之上形成有選通管柵極多晶硅；部分存儲管柵極多晶硅的上方覆蓋有選通管柵極多晶硅；選通管柵極多晶硅與存儲管柵極多晶硅之間通過柵間介質(zhì)層隔尚。所述柵間介質(zhì)層為氧化物、氮氧化物，或者氮化物。
所述柵間介質(zhì)層與選通管柵氧為同一層介質(zhì)。所述第一 P型重?fù)诫s區(qū)與存貯管柵氧之間的N型阱中形成有P型輕摻雜區(qū)，第二P型重?fù)诫s區(qū)與選通管柵氧之間的N型阱中形成有P型輕摻雜區(qū)。本發(fā)明可以達(dá)到的技術(shù)效果是:本發(fā)明的P型OTP器件由1.5個(gè)器件構(gòu)成，具有較小的元胞尺寸，比現(xiàn)有的P型OTP器件的元胞面積減少10%以上。本發(fā)明能夠使P型OTP器件的編程性能得到大幅提高，并且能夠提高編程完之后整個(gè)器件的導(dǎo)通電流。本發(fā)明能夠增加器件在編程前后可區(qū)分的電流范圍，減少實(shí)現(xiàn)OTP功能的外圍電路的面積，擴(kuò)展P型OTP器件的應(yīng)用范圍。本發(fā)明在使用過程中，襯底上不需要任何額外的電壓，在OTP控制/讀取電路設(shè)計(jì)時(shí)只需提供一個(gè)精確電壓，從而能夠大大減小整個(gè)芯片的面積，使得這類OTP器件的應(yīng)用范圍拓展到低密度容量的應(yīng)用場合下。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明:圖1是現(xiàn)有技術(shù)P型OTP器件不加襯偏電壓時(shí)編程前后的導(dǎo)通電流隨柵源電壓的變化曲線圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)P型OTP器件加IV襯偏電壓時(shí)編程前后的導(dǎo)通電流隨柵源電壓的變化曲線圖；圖3是本發(fā)明的雙層多晶硅一次性可編程器件結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施例示意圖；圖4是本發(fā)明的雙層多晶硅一次性可編程器件結(jié)構(gòu)的第二實(shí)施例示意圖；圖5是本發(fā)明的等效電路示意圖；圖6是PMOS晶體管熱電子注入電流和柵源電壓差的關(guān)系曲線；圖7是本發(fā)明不加襯偏電壓時(shí)的編程前后的導(dǎo)通電流隨柵源電壓的變化曲線圖。圖中附圖標(biāo)記說明:10為P型硅片，11為N型阱，12為場氧化區(qū)域，13為存貯管柵氧，14為存儲管柵極多晶硅，15為柵間介質(zhì)層，16為選通管柵氧，17為選通管柵極多晶硅，18為(氮)氧化物側(cè)墻，19為層間介質(zhì)層，20為通孔，21為金屬連線，191為P型輕摻雜區(qū)，192為第一 P型重?fù)诫s區(qū)，193為第二 P型重?fù)诫s區(qū)，102為選通晶體管，

101為存儲單元。
具體實(shí)施例方式如圖3所示，本發(fā)明雙層多晶硅一次性可編程器件結(jié)構(gòu)，包括P型硅片10，P型硅片10形成有N型阱11，N型阱11通過場氧化區(qū)域12實(shí)現(xiàn)隔離；N型阱11內(nèi)并排形成有第一 P型重?fù)诫s區(qū)192、第二 P型重?fù)诫s區(qū)193，第一 P型重?fù)诫s區(qū)192與第二 P型重?fù)诫s區(qū)193之間的N型阱11上并排形成有存貯管柵氧13、選通管柵氧16，存貯管柵氧13與選通管柵氧16之間通過柵間介質(zhì)層15隔離；存貯管柵氧13之上形成有存儲管柵極多晶硅14，選通管柵氧16之上形成有選通管柵極多晶硅17 ;部分存儲管柵極多晶硅14的上方覆蓋有選通管柵極多晶硅17 ;選通管柵極多晶硅17與存儲管柵極多晶硅14之間通過柵間介質(zhì)層15隔離；柵間介質(zhì)層15可以為氧化物、氮氧化物、氮化物等；也可以與選通管柵氧16為同一層介質(zhì)，如圖4所不；存貯管柵氧13及其上的存儲管柵極多晶硅14左側(cè)有(氮)氧化物側(cè)墻18 ；選通管柵氧16及其上的選通管柵極多晶硅17右側(cè)有(氮)氧化物側(cè)墻18 ；存儲管柵極多晶硅14的上方的柵間介質(zhì)層15及其上的選通管柵極多晶硅17左側(cè)有(氮)氧化物側(cè)墻18 ；第一 P型重?fù)诫s區(qū)192與存貯管柵氧13之間的N型阱11中形成有P型輕摻雜區(qū)191，第二 P型重?fù)诫s區(qū)193與選通管柵氧16之間的N型阱11中形成有P型輕摻雜區(qū)191 ；器件與金屬之間隔離有層間介質(zhì)層19，選通管柵極多晶硅17及第一 P型重?fù)诫s區(qū)192、第二 P型重?fù)诫s區(qū)193分別通過通孔20與金屬連線21相連。本發(fā)明的等效電路圖如圖5所示，第一個(gè)PMOS作為選通晶體管102，第二個(gè)PMOS作為存儲單元101，選通晶體管102與存儲單元101的柵極為雙層多晶硅，雙層多晶硅之間由介質(zhì)層隔離，選通晶體管102與存儲單元101的柵極與其間的介質(zhì)層形成電容103，通過電容103耦合選通晶體管102的柵極電壓來控制存儲單元101的柵極電位；其中，P型輕摻雜區(qū)191及第一 P型重?fù)诫s區(qū)192、第二 P型重?fù)诫s區(qū)193形成OTP的源極和漏極，選通晶體管102的柵極即選通管柵極多晶硅17作為整個(gè)器件的字線(WL)，存儲單元101的源極即第一 P型重?fù)诫s區(qū)192作為整個(gè)器件的源極，存儲單元101的漏極即第二 P型重?fù)诫s區(qū)193作為整個(gè)器件的位線(BL);存貯管柵極多晶硅14為電容103的下極板，選通管柵極多晶硅17為電容103的上極板，存貯管柵極多晶硅14與選通管柵極多晶硅17之間的柵間介質(zhì)層15為隔離層。通過改變柵間介質(zhì)層15的厚度、材料，或者電容103的面積，能夠調(diào)節(jié)選通晶體管102的柵極與存儲單元101的浮柵之間的耦合電容大小，從而能夠使存儲單元101在編程時(shí)達(dá)到最佳熱電子注入條件。如圖6所示為PMOS晶體管熱電子注入電流和柵源電壓差的關(guān)系曲線，由注入電子所形成的注入電流有一定的峰值分布，其峰值分布在柵極與源極的電壓差為-1.2V -0.8V, OTP的編程效率直接依賴于產(chǎn)生的熱電子數(shù)量與能量，即在最佳熱電子注入條件OTP的編程效率最高。本發(fā)明不加襯偏電壓時(shí)的編程前后的導(dǎo)通電流隨柵源電壓的變化曲線如圖7所
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權(quán)利要求
1.一種雙層多晶硅一次性可編程器件結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括P型硅片(10)，p型硅片(10)形成有N型阱(11) ;N型阱(11)內(nèi)并排形成有第一 P型重?fù)诫s區(qū)(192)、第二 P型重?fù)诫s區(qū)(193)，第一 P型重?fù)诫s區(qū)(192)與第二 P型重?fù)诫s區(qū)(193)之間的N型阱(11)上并排形成有存貯管柵氧(13)、選通管柵氧(16)，存貯管柵氧(13)與選通管柵氧(16)之間通過柵間介質(zhì)層(15)隔離；所述存貯管柵氧(13)之上形成有存儲管柵極多晶硅(14)，選通管柵氧(16)之上形成有選通管柵極多晶硅(17);部分存儲管柵極多晶硅(14)的上方覆蓋有選通管柵極多晶硅(17);選通管柵極多晶硅(17)與存儲管柵極多晶硅(14)之間通過柵間介質(zhì)層(15)隔離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層多晶硅一次性可編程器件結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述柵間介質(zhì)層(15)為氧化物、氮氧化物，或者氮化物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層多晶硅一次性可編程器件結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述柵間介質(zhì)層(15)與選通管柵氧(16)為同一層介質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層多晶硅一次性可編程器件結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述第一P型重?fù)诫s區(qū)(192)與存貯管柵氧(13)之間的N型阱(11)中形成有P型輕摻雜區(qū)(191)；第二 P型重?fù)诫s區(qū)(193)與選通管柵氧(16)之間的N型阱(11)中形成有P型輕摻雜區(qū)(191)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙層多晶硅一次性可編程器件結(jié)構(gòu)，包括P型硅片，P型硅片形成有N型阱；N型阱內(nèi)并排形成有第一P型重?fù)诫s區(qū)、第二P型重?fù)诫s區(qū)，第一P型重?fù)诫s區(qū)與第二P型重?fù)诫s區(qū)之間的N型阱上并排形成有存貯管柵氧、選通管柵氧，存貯管柵氧與選通管柵氧之間通過柵間介質(zhì)層隔離；存貯管柵氧之上形成有存儲管柵極多晶硅，選通管柵氧之上形成有選通管柵極多晶硅；部分存儲管柵極多晶硅的上方覆蓋有選通管柵極多晶硅；選通管柵極多晶硅與存儲管柵極多晶硅之間通過柵間介質(zhì)層隔離。本發(fā)明具有較小的元胞尺寸，且在使用過程中只需提供一個(gè)精確電壓，從而能夠大大減小整個(gè)芯片的面積，使得這類OTP器件的應(yīng)用范圍拓展到低密度容量的應(yīng)用場合下。
文檔編號H01L27/112GK103094323SQ20111034647
公開日2013年5月8日 申請日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月4日
發(fā)明者劉梅, 仲志華, 胡曉明 申請人:上海華虹Nec電子有限公司