專利名稱：一種可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，尤其涉及一種可編程非易失性存儲(chǔ)單元 結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
片上系統(tǒng)(SOC， System On Chip )的制造主要以邏輯工藝為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì) 人員在SOC研發(fā)設(shè)計(jì)過程中，常常需要在SOC內(nèi)部集成大量的非易失性存儲(chǔ) 單元。設(shè)計(jì)人員根據(jù)所設(shè)計(jì)的SOC的不同用途，選擇適當(dāng)類型和功能的非易 失性存儲(chǔ)單元來作為SOC內(nèi)部的存儲(chǔ)單元。目前，非易失性存儲(chǔ)單元包括只讀非易失性存儲(chǔ)單元、可編程只讀非易失 性存儲(chǔ)單元、可編程可擦除只讀非易失性存儲(chǔ)單元等。其中，現(xiàn)有可編程非易 失性存儲(chǔ)單元在其結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)方法上存在以下不足首先，現(xiàn)有可編程非易失性存儲(chǔ)單元常常采用熔絲或反熔絲制造技術(shù)，這 種熔絲或反熔絲制造技術(shù)除了需要采用傳統(tǒng)的邏輯工藝外，還需要采用特殊工 藝和特殊材料。因此，采用基于熔絲或反熔絲制造技術(shù)的可編程非易失性存儲(chǔ) 單元，不但增加了SOC的成本，而且由于制造過程中采用了特殊工藝和特殊 材料，因此，還大大降低邏輯器件的可靠性。其次，基于邏輯工藝的可編程非易失性存儲(chǔ)單元的制造原理主要是利用金 屬氧化物半導(dǎo)體(MOS, Metal-Oxide Semiconductor)的柵極氧化層的可擊穿 特性，由于在這種結(jié)構(gòu)中用于編程的電容是有源器件，而有源器件很容易產(chǎn)生 寄生效應(yīng)和小尺寸效應(yīng)，因此，為了避免有源器件所產(chǎn)生的寄生效應(yīng)和小尺寸 效應(yīng)對(duì)存儲(chǔ)單元所造成的影響，設(shè)計(jì)人員不得不加大相鄰電容有源區(qū)的距離， 從而大大增加了存儲(chǔ)單元所占用的面積。另夕卜，對(duì)于基于邏輯工藝制造的可編程可擦除的非易失性存儲(chǔ)單元，其在 數(shù)據(jù)保持能力遠(yuǎn)不如可編程非易失性存儲(chǔ)單元，而且其所占用的面積比可編程
非易失性存儲(chǔ)單元所占用的面積更大。 發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)及其 設(shè)計(jì)方法。通過該可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法，達(dá)到為用戶提 供一套具有存儲(chǔ)單元面積小，集成密度高，有利于大規(guī)j莫集成電路應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn) 的可編程非易失性存儲(chǔ)單元的設(shè)計(jì)解決方案的目的。本發(fā)明提供了一種可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)電容結(jié)構(gòu)，所述電容結(jié)構(gòu)由金屬層、接觸孔、阻擋層和多晶硅依次連接形成； 所述阻擋層為該電容結(jié)構(gòu)的介質(zhì)層。該可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)所述阻擋層在預(yù)定電壓作用下被擊穿。 該可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)所述阻擋層具有未擊穿和擊穿兩種狀態(tài)。 該可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)所述阻擋層的未擊穿和擊穿兩種狀態(tài)用 于產(chǎn)生不同電阻值進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。該可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)所述阻擋層為金屬硅化物阻擋層。該可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)所述金屬層為第一金屬層。多個(gè)該可編程非易失性存儲(chǔ)單元陣列排布形成可編程非易失性存儲(chǔ)器。本發(fā)明還提供了一種可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，包括將多晶硅淀積在場(chǎng)區(qū)氧化層上；將阻擋層淀積覆蓋在多晶硅上；淀積金屬層；制作接觸孔；將金屬層、接觸孔、阻擋層、多晶硅層依次連接形成電容結(jié)構(gòu)； 將所述阻擋層作為該電容結(jié)構(gòu)的介質(zhì)層。 該方法所述阻擋層在預(yù)定電壓作用下被擊穿。 該方法所述阻擋層具有未擊穿和擊穿兩種狀態(tài)。該方法通過所述阻擋層的未擊穿和擊穿兩種狀態(tài)產(chǎn)生不同電阻值進(jìn)行數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)。該方法所述阻擋層為金屬硅化物阻擋層。
該方法所述金屬層為第一金屬層。該方法將多個(gè)所述可編程非易失性存儲(chǔ)單元進(jìn)行陣列排布形成可編程非 易失性存儲(chǔ)器。本發(fā)明所述的可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法，通過金屬層、接觸孔、金屬硅化物阻擋層和多晶硅(Poly)所形成的特殊結(jié)構(gòu)，形成了金屬 層-金屬硅化物阻擋層-多晶硅結(jié)構(gòu)的電容器，同時(shí)利用金屬硅化物阻擋層的 層厚薄容易被擊穿的特性制造可編程非易失性存儲(chǔ)單元，從而實(shí)現(xiàn)了一種存儲(chǔ)單元單元面積小，集成密度高，有利于大規(guī)4莫集成電路應(yīng)用的可編程非易失性 存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)。另外，由于本發(fā)明所述的可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)中的多 晶硅處于無源區(qū)，因此在現(xiàn)有邏輯制造工藝勤出上，實(shí)現(xiàn)了利用無源元件制造 可編程非易失性存儲(chǔ)單元，從而大大避免了有源器件的寄生效應(yīng)和小尺寸效應(yīng) 的影響。另外，本發(fā)明所述的可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)中的只 讀存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)相比，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)不同的應(yīng)用需要，將信息通過編程固 化到芯片中去，而不需要再重新設(shè)計(jì)芯片，從而大大增加了 SOC設(shè)計(jì)人員的 自由度。


圖1為本發(fā)明中可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的典型示意圖； 圖2為本發(fā)明中可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的俯視圖； 圖3為本發(fā)明中可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)陣列的典型示意圖； 圖4為本發(fā)明中可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)陣列的俯視圖。
具體實(shí)施方式
為了提高集成電路的性能，需要利用難熔金屬硅化物(Salicide)來降低 有源區(qū)、多晶硅的寄生電阻，其制作方法為在完成柵刻蝕及源漏區(qū)注入后， 在硅表面淀積一層金屬，并使之與硅反應(yīng)，形成金屬硅化物；反應(yīng)完成后去除 剩余的金屬。由于金屬不與絕緣層反應(yīng)，因此不會(huì)影響絕緣層的性能。在自對(duì)準(zhǔn)難熔金屬硅化物制造工藝中，大規(guī)模集成電路的絕大部分有源區(qū) 和多晶硅都被低電阻的金屬硅化物覆蓋。但是有些區(qū)域，如高阻多晶硅和易擊 穿的有源區(qū)，需要較大的寄生電阻，它們?cè)诮饘俟杌锕に囍行枰粚幼钃鯇觼肀Ｗo(hù)，該阻擋層被業(yè)界稱為金屬硅化物阻擋層(SAB， SalicideBlock)。在半導(dǎo)體制造過程中，由于金屬硅化物阻擋層的存在，將對(duì)接觸孔的刻蝕進(jìn)行阻擋，從而使金屬層與多晶硅不能直接接觸，這種金屬層、接觸孔、金屬硅化物阻擋層和多晶硅所形成的特殊結(jié)構(gòu)，形成了金屬層-金屬硅化物阻擋層-多晶硅層結(jié)構(gòu)的電容器，該電容器將直接用于可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的可編程存儲(chǔ)功能。另夕卜，本發(fā)明利用釆用金屬硅化物阻擋層來代替現(xiàn)有的采用金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS, Metal-Oxide Semiconductor)的柵極電容介質(zhì)層，實(shí)現(xiàn)可編程非易失性存儲(chǔ)單元的可編程存儲(chǔ)功能，具體實(shí)施步驟如下 步驟l,將多晶硅淀積在場(chǎng)區(qū)氧化層上。該步驟中，多晶硅作為可編程非易失性存儲(chǔ)單元的電容器的下電極材料。 步驟2,在完成柵刻蝕及有源區(qū)的注入后，進(jìn)行金屬硅化物的淀積及刻蝕。 步驟3,淀積金屬，形成自對(duì)準(zhǔn)難熔金屬硅化物后，去除剩余金屬。 步驟4，淀積第一層介質(zhì)層。 步驟5，進(jìn)行平坦化工藝。 步驟6,進(jìn)行刻蝕并制作接觸孔。該步驟中，由于金屬硅化物阻擋層的材料及性質(zhì)與第一層介質(zhì)層的材料及 性質(zhì)有較大差異，因此在接觸孔刻蝕時(shí)，金屬硅化物阻擋層不能被完全刻蝕掉， 于是金屬層、接觸孔、金屬硅化物阻擋層和多晶硅就形成了金屬-氧化物_多 晶硅結(jié)構(gòu)的電容器。步驟7,利用該電容器的未擊穿與擊穿狀態(tài)所產(chǎn)生的不同電阻值進(jìn)行數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)。下面結(jié)合附圖來說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。圖1為本發(fā)明中可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的典型示意圖，圖中包括第 一金屬層101，接觸孔(contact) 102，金屬硅化物阻擋層103和多晶硅(Poly) 104。第一金屬層101與接觸孔102連接，接觸孔102與金屬硅化物阻擋層103 連接，在金屬硅化物阻擋層103的阻擋下，接觸孔102與多晶硅104之間保持 預(yù)定距離，從而使第一金屬層101、接觸孔102、金屬硅化物阻擋層103和多
晶硅層104共同形成金屬層-介質(zhì)層-多晶硅層的電容結(jié)構(gòu)。由于金屬硅化物 阻擋層103的層厚很薄，因此該金屬接觸孔-金屬硅化物阻擋層-多晶硅結(jié)構(gòu) 的電容器與現(xiàn)有技術(shù)中通過其它介質(zhì)層形成的電容器相比更容易被擊穿，本發(fā) 明利用該特性進(jìn)行可編程非易失性存儲(chǔ)單元的制造，采用金屬硅化物阻擋層來 代替現(xiàn)有的采用金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS， Metal-Oxide Semiconductor)的其 它介質(zhì)層，實(shí)現(xiàn)可編程非易失性存儲(chǔ)單元的可編程存儲(chǔ)功能。圖2為本發(fā)明中可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖中包括位于頂 層的為第一金屬層101,第一金屬層101與接觸孔(contact) 102相連接，接 觸孔(contact) 102與金屬硅化物阻擋層103相連接，金屬硅化物阻擋層103 將多晶硅(Poly) 104完全覆蓋。圖3為本發(fā)明中可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)陣列的典型示意圖，圖3 中的每個(gè)可編程非易失性存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)與圖1所示的可編程非易失性存儲(chǔ) 單元的結(jié)構(gòu)完全相同。需要補(bǔ)充說明的是，圖中每個(gè)可編程非易失性存儲(chǔ)單元 的第一金屬層101相互連接形成一列位線，每個(gè)可編程非易失性存儲(chǔ)單元的金 屬硅化物阻擋層103層相互連接為一整體。圖4為本發(fā)明中可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)陣列的俯視圖，圖4中的每 個(gè)存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)與圖2所示的可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)完全相同。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā) 明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā) 明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一個(gè)電容結(jié)構(gòu)，所述電容結(jié)構(gòu)由金屬層、接觸孔、阻擋層和多晶硅依次連接形成；所述阻擋層為該電容結(jié)構(gòu)的介質(zhì)層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述阻擋層在預(yù)定電壓作用下被擊穿。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述阻擋層具有未擊穿和擊穿兩種狀態(tài)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述阻擋層的未擊穿和擊穿兩種狀態(tài)用于產(chǎn)生不同電阻值進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述阻擋層為金屬硅化物阻擋層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述金屬層為第一金屬層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)，其特征在于， 多個(gè)所述可編程非易失性存儲(chǔ)單元陣列排布形成可編程非易失性存儲(chǔ)器。
8. —種可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括 將多晶硅淀積在場(chǎng)區(qū)氧化層上；將阻擋層淀積覆蓋在多晶硅上；淀積金屬層；制作接觸孔；將金屬層、接觸孔、阻擋層、多晶硅層依次連接形成電容結(jié)構(gòu)； 將所述阻擋層作為該電容結(jié)構(gòu)的介質(zhì)層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，其 特征在于，所述阻擋層在預(yù)定電壓作用下被擊穿。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，其 特征在于，所述阻擋層具有未擊穿和擊穿兩種狀態(tài)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，通過所述阻擋層的未擊穿和擊穿兩種狀態(tài)產(chǎn)生不同電阻值進(jìn)行凄t 據(jù)存儲(chǔ)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法， 其特征在于，所述阻擋層為金屬硅化物阻擋層。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，其 特征在于，所述金屬層為第一金屬層。
14. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，將 多個(gè)所述可編程非易失性存儲(chǔ)單元進(jìn)行陣列排布形成可編程非易失性存儲(chǔ)器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)，包括金屬層、接觸孔、阻擋層和多晶硅，金屬層、接觸孔、阻擋層和多晶硅依次連接形成電容結(jié)構(gòu)，阻擋層為該電容結(jié)構(gòu)的介質(zhì)層。同時(shí)還公開了一種可編程非易失性存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，包括將多晶硅淀積在場(chǎng)區(qū)氧化層上；將阻擋層淀積覆蓋在多晶硅上；淀積金屬層；制作接觸孔；將金屬層、接觸孔、阻擋層、多晶硅層依次連接形成電容結(jié)構(gòu)；將所述阻擋層作為該電容結(jié)構(gòu)的介質(zhì)層。通過本發(fā)明為用戶提供一套具有存儲(chǔ)單元面積小，集成密度高，有利于大規(guī)模集成電路應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)的可編程非易失性存儲(chǔ)單元的設(shè)計(jì)解決方案。
文檔編號(hào)H01L27/115GK101162720SQ20071017712
公開日2008年4月16日 申請(qǐng)日期2007年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月9日
發(fā)明者朱一明, 洪 胡 申請(qǐng)人:北京芯技佳易微電子科技有限公司