一種ONO反熔絲單元結構及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種ONO反熔絲單元結構及其制備方法，屬于微電子的技術領域。按照本發明專利技術提供的技術方案，所述ONO反熔絲單元結構，包括下電極板，所述下電極板包括襯底，所述襯底的上部設有場氧及N+擴散區；所述N+擴散區的正上方設置貫通注入掩蔽層及腐蝕掩蔽層的反熔絲孔，所述注入掩蔽層覆蓋襯底上部的N+擴散區及場氧上，腐蝕掩蔽層覆蓋于注入掩蔽層上；所述腐蝕掩蔽層上設置ONO介質層，所述ONO介質層覆蓋在腐蝕掩蔽層上，并填充在反熔絲孔內，ONO介質層與反熔絲孔底部的N+擴散區接觸，ONO介質層上覆蓋有上電極板。本發明專利技術工藝步驟簡單，能改善熔絲單元擊穿電壓的均勻性，降低編程時間和編程后熔絲導通電阻，工藝兼容性好，安全可靠。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種反熔絲單元結構及制備方法，尤其是一種ONO反熔絲單元結構及其制備方法，屬于微電子的

技術介紹
反熔絲存儲單元是天然的抗輻射組件，具有非易失性、高可靠性、體積小、速度快、功耗低等優點，目前，反熔絲技術已在計算機、通信、汽車、衛星以及航空航天等領域具有極其廣泛的應用。反熔絲單元結構為三明治結構，主要由上下電極和處于上下電極間的反熔絲介質層構成，其介質層種類多樣=SiO2 (如專利US.pat.N0.4543594)、Si3N4 (如專利US.pat.N0.3423646)、非晶硅(如專利 US.pat.N0.4499557)、Si02/Si3N4/Si02_0N0 復合膜層(如專利US.pat.N0.4943538)等，根據不同的需求選擇相應的介質層。在未編程時，反熔絲單元表現高阻狀態，可高達101°歐姆，在上下電極間加上合適電壓編程后，反熔絲表現出良好的歐姆電阻特性。影響ONO反熔絲存儲單元結構的可靠性因素很多，如底層氧化層(隧道氧化層)、Si3N4、頂層氧化層等膜層生長工藝，反熔絲孔腐蝕等工藝。專利US.pat.N0.6307248采用不摻雜的多晶硅薄膜層作為反熔絲孔窗口的掩蔽層，比傳統的Si3N4和光刻膠更容易控制反熔絲孔的側壁形貌，減小了孔腐蝕工藝對反熔絲存儲單元可靠性的影響。
技術實現思路
本專利技術的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種ONO反熔絲單元結構及其制備方法，其工藝步驟簡單，能改善熔絲單元擊穿電壓的均勻性，降低編程時間和編程后熔絲導通電阻，工藝兼容性好，安全可靠。按照本專利技術提供的技術方案，所述ONO反熔絲單元結構，包括下電極板，所述下電極板包括襯底，所述襯底的上部設有場氧及N+擴散區；所述N+擴散區的正上方設置貫通注入掩蔽層及腐蝕掩蔽層的反熔絲孔，所述注入掩蔽層覆蓋襯底上部的N+擴散區及場氧上，腐蝕掩蔽層覆蓋于注入掩蔽層上；所述腐蝕掩蔽層上設置ONO介質層，所述ONO介質層覆蓋在腐蝕掩蔽層上，并填充在反熔絲孔內，ONO介質層與反熔絲孔底部的N+擴散區接觸，ONO介質層上覆蓋有上電極板。所述腐蝕掩蔽層為非晶硅層，注入掩蔽層為二氧化硅層。一種ONO反熔絲單元結構的制備方法，所述反熔絲單元結構的制備方法包括如下步驟:a、提供襯底，并在所述襯底上制作所需的場氧及有源區；b、在上述襯底上熱氧化生長注入掩蔽層；C、利用注入掩蔽層在襯底上注入N型離子，以在襯底上得到N+擴散區；d、在注入掩蔽層上淀積腐蝕掩蔽層，并刻蝕腐蝕掩蔽層及注入掩蔽層得到反熔絲孔，所述反熔絲孔貫通腐蝕掩蔽層及注入掩蔽層，反熔絲孔的孔底與N+擴散區接觸；e、對上述襯底進行隧道氧化清洗；f、利用低壓氧化工藝生長隧道氧化層，所述隧道氧化層覆蓋在腐蝕掩蔽層上，并覆蓋反熔絲孔的側壁及底壁；g、在上述隧道氧化層上采用LPCVD淀積富-N的氮化硅薄膜；h、對上述氮化硅薄膜層進行高溫氧化，得到頂層氧化層；1、在頂層氧化層上淀積上電極。所述步驟a包括如下步驟:al、在襯底上生長250 600A的第一二氧化硅層；a2、在上述第一 二氧化硅層上淀積氮化硅層，所述氮化硅層的厚度為丨000 1500A;a3、光刻上述襯底上的第一二氧化硅層及氮化硅層，以制作所需的有源區；a4、利用上述氮化硅層為掩蔽層，熱氧化生產5000...7000A的第二二氧化硅層，以得到位于襯底上的場氧；a5、去除上述場氧內側的第一二氧化硅層及氮化硅層。所述步驟c中，所述注入N型離子時，先注入P離子，再注入As離子，其中，P/As注入劑量為:1.0E15 7.0E15個/cm2，P/As注入能量為:50 80kev，退火工藝溫度為900 1050°C，退化氣氛N2。所述步驟d中，腐蝕掩蔽層為非晶硅層，腐蝕掩蔽層的厚度為500 2000A，淀積腐蝕掩蔽層的溫度為490 580°C,壓力為250 450mtorr。所述步驟f中，所述生長隧道氧化層(16)的壓力50 lOOtorr,O2流量控制在8 15SLM，溫度為680 820°C，N+擴散區(13)正上方隧道氧化層(16)的厚度為15 45人。所述步驟g中，LPCVD淀積氮化娃薄膜的壓力為250 450mtorr, DCS:NH3=1:5 1:10,工藝溫度為680 780V，Si3N4膜層厚度為40 100A。所述步驟h中，采用濕氧氧化生長得到10-35A的頂層氧化層，溫度為900 10500C ;并采用N2O退火，N2O退火工藝壓力50 lOOtorr，工藝溫度800 900°C。所述上電極板的厚度為3000 5000A多晶硅層，并通過POCL3摻雜，使得上電極板的方阻為20 27 Ω / □。本專利技術的優點:采用低壓氧化工藝控制隧道氧化層的厚度穩定性和圓片內均勻性，采用固定P/As離子的注入先后順序，來控制在下極板N+擴散區生長的隧道氧化層的工藝穩定性。采用調節DCS和NH3的比例，使0N0中的氮化硅薄膜具有富-N性，降低編程時間、改善硅基圓片中熔絲單元擊穿電壓的均勻性。非晶硅層作為反熔絲孔的腐蝕掩蔽層，以便更好地控制反熔絲孔的側壁形貌。采用低壓N2O退火，減少頂層氧化層中因懸掛鍵產生的缺陷，改善熔絲單元擊穿電壓均勻性。本專利技術利用在高溫條件下N2O分解的氧原子可以將帶有懸掛鍵的N移出頂氧化層，這樣有助于增強頂層氧化層的致密性。采用業界常用的器件制作工藝流程，與MOS工藝流程兼容，工藝簡單、可控。與常規的0N0反熔絲結構比較，具有熔絲單元擊穿電壓均勻性好、編程時間和編程后熔絲導通電阻低的優點。附圖說明圖1 圖3為本專利技術具體實施工藝步驟剖視圖，其中圖1為本專利技術得到反熔絲孔后的剖視圖。圖2為本專利技術得到頂層氧化層后的剖視圖。圖3為本專利技術得到上電極板后的剖視圖。附圖標記說明:11_襯底、12-場氧、13-N+擴散區、14-注入掩蔽層、15-腐蝕掩蔽層、16-隧道氧化層、17-氮化硅薄膜、18-頂層氧化層、19-上電極板及20-反熔絲孔。具體實施例方式下面結合具體附圖和實施例對本專利技術作進一步說明。如圖3所示:為了能夠優化反熔絲單元的擊穿電壓均勻性、降低編程時間和編程后熔絲導通電阻，本專利技術包括下電極板，所述下電極板包括襯底11，所述襯底11的上部設有場氧12及N+擴散區13 ;所述N+擴散區13的正上方設置貫通注入掩蔽層14及腐蝕掩蔽層15的反熔絲孔20，所述注入掩蔽層14覆蓋襯底11上部的N+擴散區13及場氧12上，腐蝕掩蔽層15覆蓋于注入掩蔽層14上；所述腐蝕掩蔽層15上設置ONO介質層，所述ONO介質層覆蓋在腐蝕掩蔽層15上，并填充在反熔絲孔20內，ONO介質層與反熔絲孔20底部的N+擴散區13接觸，ONO介質層上覆蓋有上電極板19。具體地，所述ONO介質層包括底層的隧道氧化層16，覆蓋于所述隧道氧化層16上的氮化硅薄膜17及覆蓋于所述氮化硅薄膜17上的頂層氧化層18，注入掩蔽層14為二氧化娃層，腐蝕掩蔽層15為非晶娃層。如圖1 圖3所示:上述結構的ONO反熔絲單元結構，可以通過下述工藝步驟制備得到，所述制備工藝包括如下具體步驟:a、提供襯底11，并在所述襯底11上制作所需的場氧12及有源區；其中，所述步驟a包括如下步驟:al、在襯底11上生長250-.-600 A的第一二氧化硅層；所述襯底11為硅本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種ONO反熔絲單元結構，包括下電極板，所述下電極板包括襯底（11），所述襯底（11）的上部設有場氧（12）及N+擴散區（13）；其特征是：所述N+擴散區（13）的正上方設置貫通注入掩蔽層（14）及腐蝕掩蔽層（15）的反熔絲孔（20），所述注入掩蔽層（14）覆蓋襯底（11）上部的N+擴散區（13）及場氧（12）上，腐蝕掩蔽層（15）覆蓋于注入掩蔽層（14）上；所述腐蝕掩蔽層（15）上設置ONO介質層，所述ONO介質層覆蓋在腐蝕掩蔽層（15）上，并填充在反熔絲孔（20）內，ONO介質層與反熔絲孔（20）底部的N+擴散區（13）接觸，ONO介質層上覆蓋有上電極板（19）。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉國柱，徐靜，陳正才，洪根生，王棟，羅靜，
申請(專利權)人：中國電子科技集團公司第五十八研究所，
類型：發明
國別省市：