专利名称：Otp器件结构及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种OTP器件结构。本发明还涉及一种OTP器件的制备方法。
背景技术：
利用浮栅(Floating poly)存储电子是常见的一次可编程存储器件OTP(one-time
programmable memory)的基本工作原理。OTP器件中的浮栅可以嵌入普通的逻辑工艺中，
一般由一个晶体管外加一个浮栅电容实现OTP的基本编程以及电荷存储的功能，OTP器件
的示意图见图l，在具体制备中的版图见图2，其中控制栅和浮栅共用多晶硅。 这种结构的OTP在工艺偏差的影响下，产品的编程速度会有差异，一般在
100u-500us不等，固定的编程条件对于不同的产品往往不通用，对于大容量的产品，编程速
度是非常重要的技术指标。 同时由于现有的OTP器件编程时利用热电子效应的(CHE)栅极最大电流，最大电 流的波峰过陡，会对于编程电压的精度要求过高(见图4)。
发明内容
本发明要解决的技术问题是一种OTP器件结构，其能提高OTP编程的性能。本发 明还要提供一种OTP器件的制备方法。 为解决上述技术问题，本发明的OTP器件结构，所述OTP器件包括晶体管区域和电 容区域，所述晶体管区域包含晶体管有源区，所述电容区域包括浮栅以及位于浮栅两侧的 电容有源区，其特征在于还包括位于浮栅下方两侧，有相互分离且分别包含所述电容有源 区的两个额外离子注入区域，所述额外离子注入区域部分位于浮栅下方，额外离子注入区 域的注入离子类型与电容有源区的离子类型相同，额外离子注入区域的离子浓度小于电容 有源区的离子浓度。 本发明的OTP器件的制备方法，为在在有源区注入之前，先利用光刻工艺定义出 离子注入区域，后进行额外离子注入，之后进行退火使额外离子注入区域横向扩散。
本发明的OTP器件结构中，利用额外注入增大晶体管有源区和浮极的耦合区域， 使得OTP编程NMOS的浮栅最大电流出现在电压较高处，电流值越大，器件编程速度越快。且 有源区和栅极的耦合区域增大，使OTPProgram栅极电流峰值变缓，对于编程电压的精度要 求降低，并减少工艺偏差对于编程效果的影响。并且本发明的OTP器件通过利用FN隧穿电 流和热电子CHE(Hot electron)效应的叠加，使浮栅电流增大，从而使编程速度提高，编程 电压可以根据需求适当下降。
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明
图1为OTP器件的示意图；
图2为OTP器件版图设计示意3
图3为沿图2中BB'的截面示意图； 图4为现有的OTP器件浮栅最大电流实测图； 图5为本发明的OTP器件浮栅最大电流实测图。
具体实施例方式
本发明在现有的OTP器件结构上，提出了一种OTP器件设计结构以及工艺实现方 法，嵌入在普通的逻辑工艺中，实现对于浮栅OTP器件性能的优化，包括编程能力的提升、 编程电压的降低、编程速度的提高、数据存储保存力(Data retention)的提高等。
利用额外注入增大有源区和栅极的耦合区域是本发明的重点。图3为本发明的沿 耦合电容区域中BB'的截面示意图。图中以含NMOS晶体管的OTP器件为例，从该截面图中 可知，在作为浮栅的多晶硅下方两侧，有相互分离且分别包含电容有源区的两个额外离子 注入区域，所述额外离子注入区域部分位于浮栅下方(见图3)，形成电容有源区和浮栅的 耦合区域。在编程NMOS的浮栅上最大电流出现在电压较高处，电流值越大，器件编程速度 越快。晶体管有源区和浮栅之间的耦合区域增大，使OTP器件编程栅极电流峰值变缓(见 图5)，降低了对编程电压的精度要求降低，并减少工艺偏差对于编程效果的影响。并且通过 利用FN隧穿电流和热电子击穿(CHE :Hot electron)效果的叠加，使栅极电流增大，从而使 编程速度提高，编程电压可以根据需求适当下降。 对于增加的额外离子注入的工艺实现方法利用有源区注入在有源区注入之前追 加一次的额外注入，该次离子注入的离子类型与有源区的注入离子类型相同，注入浓度要 比有源区的要低，但能量要大(即深度要深)，利用之后工艺的退火热过程，横向扩散到栅 极下方，注入形成晶体管有源区和浮栅之间的耦合区域。如图3所示的实例中，额外离子注 入为N型的离子，可为砷，其注入浓度为5 X 1013_5 X 1014个原子/平方厘米之间，注入能量 为50-100Kev。本发明的额外离子注入，也可使用额外的光刻掩膜版(该掩膜版的图形与 预定的离子注入区相同)来实现，这样注入后可不需要进行退火扩散处理。
图4和图5分别为本发明的OTP器件和现有的OTP器件的Ig-Vg实测数据的比较。 可以看到在本发明的OTP器件中进行额外离子注入之后，浮栅的最大电流峰值变大一个数 量级，而且峰值之后的电流下降变缓。 本发明在现有的OTP结构上，提出了一种新型的器件设计结构以及工艺实现方 法，嵌入普通的逻辑工艺，实现对于浮栅OTP器件性能的优化，包括编程能力的提升、编程 电压的降低、编程速度的提高、Data retention (数据存储保存力)的提高。
权利要求
一种OTP器件结构，所述OTP器件包括晶体管区域和电容区域，所述晶体管区域包含晶体管有源区，所述电容区域包括浮栅以及位于浮栅两侧的电容有源区，其特征在于还包括位于浮栅下方两侧，相互分离且分别包含所述电容有源区的两个额外离子注入区域，所述额外离子注入区域部分位于浮栅下方，所述额外离子注入区域的注入离子类型与电容有源区的离子类型相同，所述额外离子注入区域的离子浓度小于电容有源区的离子浓度。
2. —种制备权利要求1所述OTP器件结构的方法，其特征在于，在有源区注入之前，包括先利用光刻工艺定义出离子注入区域，后进行额外离子注入，之后进行退火使额外离子注入区域横向扩散。
3. 按照权利要求2所述的方法，其特征在于所述额外离子注入中注入离子为砷，其注入浓度为5X10"-5X10"个原子/平方厘米之间，注入能量为50-100Kev。
4. 按照权利要求2或3所述的方法，其特征在于所述额外离子注入区域的退火工艺 条件与器件源漏区的退火工艺条件相同。
全文摘要
本发明公开了一种OTP器件结构，OTP器件包括晶体管区域和电容区域，晶体管区域包含晶体管有源区，电容区域包括浮栅以及位于浮栅两侧的电容有源区，还包括位于浮栅下方两侧，相互分离且分别包含所述电容有源区的两个额外离子注入区域，额外离子注入区域部分位于浮栅下方。本发明的OTP器件的制备方法，为在有源区注入之前，先利用光刻工艺定义出离子注入区域，后进行额外离子注入，之后进行退火使额外离子注入区域横向扩散。本发明的OTP器件，编程电流增加，编程速度加快，且使浮栅电流峰值变化变缓，降低对编程电压的精度要求，并减少工艺偏差对编程效果的影响。
文档编号H01L21/822GK101752381SQ20081004408
公开日2010年6月23日 申请日期2008年12月10日 优先权日2008年12月10日
发明者胡晓明 申请人:上海华虹Nec电子有限公司