一次性可编程存储装置制造方法及图纸

提供了一种一次性可编程(OTP)存储装置、其制造方法及包含其的电子装置，所述一次性可编程存储装置使编程电压降低，以增强编程效率，增加用于OTP存储装置的设计的外围输入/输出(I/O)元件的可靠性，并且简化设计。OTP存储装置包括具有第一栅极结构、第二栅极结构和第三栅极结构中的一种栅极结构的晶体管，第一栅极结构包括高k介电层、稀土元素(RE)供给层和第二金属层，第二栅极结构包括高k介电层、第一金属层和第二金属层，第三栅极结构包括高k介电层和第二金属层。

【技术实现步骤摘要】
一次性可编程存储装置本申请要求于2015年11月30日提交到韩国知识产权局的第10-2015-0169280号韩国专利申请的权益，该韩国专利申请的公开内容通过引用被全部包含于此。
本专利技术构思涉及一种半导体装置，更具体地，涉及一种禁止对写入存储器的数据修改的一次性可编程(OTP)存储装置以及制造该一次性可编程存储装置的方法。
技术介绍
在诸如存储电子数据的非易失性存储装置的存储装置中，即使当切断或从装置去除电源时也会保留所存储的数据。例如，非易失性存储装置的示例可以包括只读存储器(ROM)、磁盘、光盘、闪存装置等。禁止改变写入的数据的非易失性存储装置被称作OTP存储装置。如果数据在OTP存储装置中被编程，则包括在OTP存储装置中并且为数据存储的单元的OTP单元的结构被改变为不可逆的结构，并且可以通过使用该不可逆的结构来存储值0或1。
技术实现思路
专利技术构思提供了一种OTP存储装置、一种制造该存储装置的方法以及一种包括该存储装置的电子装置，所述OTP存储装置使编程电压降低以提高编程效率，增加了用于OTP存储装置的设计的外围输入/输出(I/O)元件的可靠性，并且简化设计。根据专利技术构思的方面，提供了一种一次性可编程(OTP)存储装置，OTP存储装置设置有包括具有不同阈值电压的多个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的逻辑装置，OTP存储装置包括：程序晶体管，被构造为根据被施加到第一栅极结构的编程电压而一次写入数据，程序晶体管包括所述第一栅极结构；读取晶体管，被构造为根据被施加到第二栅极结构的操作电压而读取存储在程序晶体管中的数据，读取晶体管包括所述第二栅极结构，其中，多个MOSFET中的至少一个包括具有高k介电层、稀土元素(RE)供给层、第一金属层和第二金属层的第三栅极结构，其中，第一栅极结构包括具有至少一个层的第一栅极氧化物层和在第一栅极氧化物层上的具有至少一个层的第一金属电极层，并且第一栅极结构包括第一结构和第二结构中的至少一种结构，在第一结构处，第一金属电极层比第一金属层的厚度与第二金属层的厚度的总和薄，在第二结构处，第一栅极氧化物层比高k介电层的厚度与RE供给层的厚度的总和薄。根据专利技术构思的另一方面，提供了一种一次性可编程(OTP)存储装置，所述OTP存储装置包括具有第一栅极结构、第二栅极结构和第三栅极结构中的一种栅极结构的晶体管，其中，第一栅极结构包括高k介电层、稀土元素(RE)供给层和第二金属层，第二栅极结构包括高k介电层、第一金属层和第二金属层，第三栅极结构包括高k介电层和第二金属层。根据专利技术构思的另一方面，提供了一种电子装置，所述电子装置包括逻辑装置和设置在逻辑装置附近的一次性可编程(OTP)存储装置，其中，逻辑装置包括具有不同阈值电压的多个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，多个MOSFET中的至少一个包括具有高k介电层、稀土元素(RE)供给层、第一金属层和第二金属层的第一栅极结构，OTP存储装置包括具有第二栅极结构的晶体管，第二栅极结构包括具有至少一个层的第一栅极氧化物层和在第一栅极氧化物层上的具有至少一个层的第一金属电极层，其中，第二栅极结构包括第一结构和第二结构中的至少一种结构，在第一结构中，第一金属电极层形成为比第一金属层的厚度与第二金属层的厚度的总和薄，在第二结构中，第一栅极氧化物层形成为比高k介电层的厚度与RE供给层的厚度的总和薄。根据专利技术构思的另一方面，提供了一种制造一次性可编程(OTP)存储装置的方法，该方法包括：准备限定有第一区域至第四区域的半导体基底；在半导体基底上形成界面层和高k介电层；在高k介电层上形成稀土元素(RE)供给层；在第一区域和第二区域处的RE供给层上形成第一掩模，通过使用第一掩模来蚀刻在第三区域和第四区域处的RE供给层，以去除RE供给层；在第一区域和第二区域处的RE供给层以及第三区域和第四区域处的高k介电层上形成第一金属层；在第一区域和第三区域处的第一金属层上形成第二掩模，通过使用第二掩模来蚀刻在第二区域和第四区域处的第一金属层，以去除第一金属层；在第一区域和第三区域处的第一金属层、第二区域处的RE供给层和第四区域处的高k介电层上形成第二金属层；形成在第一区域处的第一栅极结构、在第二区域处的第二栅极结构、在第三区域处的第三栅极结构和在第四区域处的第四栅极结构，第一栅极结构包括界面层、高k介电层、RE供给层、第一金属层和第二金属层，第二栅极结构包括界面层、高k介电层、RE供给层和第二金属层，第三栅极结构包括界面层、高k介电层、第一金属层和第二金属层，第四栅极结构包括界面层、高k介电层和第二金属层，其中，OTP存储装置包括具有第二栅极结构至第四栅极结构中的一种栅极结构的晶体管。根据专利技术构思的另一方面，提供了一种存储装置，该存储装置包括：基底；第一区域，在基底上，其中设置有OTP存储装置；第二区域，在基底上，其中设置有包括多个金属氧化物半导体(MOS)晶体管的逻辑装置，其中，所述OTP存储装置包括：程序晶体管，包括第一栅极结构，程序晶体管被构造为根据被施加到第一栅极结构的编程电压而一次写入数据；读取晶体管，被构造为根据被施加到第二栅极结构的操作电压而读取存储在程序晶体管中的数据，其中，MOS晶体管中的至少一个包括具有高k介电层、稀土元素(RE)供给层、第一金属层和第二金属层的第三栅极结构。附图说明通过下面结合附图的详细的描述，将更加清楚地理解专利技术构思的实施例，在附图中：图1是示意性地示出根据实施例的OTP存储装置的剖视图；图2A和图2B是用于描述图1的OTP存储装置的操作的电路图；图3A和图3B是用于描述根据另一实施例的OTP存储装置的结构的电路图；图4是用于描述根据实施例的应用于OTP存储装置的晶体管的一种或更多种栅极结构的剖视图；图5A至图5C是示出根据实施例的OTP存储装置的晶体管结构的剖视图；图6A至图7是示出根据实施例的OTP存储装置的晶体管结构的剖视图；图8是示意性地示出根据实施例的OTP存储装置的透视图；图9A至图9C是示出图8中所示的OTP存储装置的晶体管结构的透视图和剖视图；图10至图12是示出根据实施例的OTP存储装置的晶体管结构的剖视图；图13和图14是根据实施例的将OTP存储装置布置为单位单元的OTP单元阵列的电路图；图15是示出包括根据实施例的OTP存储装置的芯片上系统(SoC)的结构的框图；图16是示出包括根据实施例的SoC的电子系统的结构的框图；图17A至图17E是用于描述根据实施例制造OTP存储装置的方法的原理的剖视图；图18A至图18F是示出制造OTP存储装置的工艺的剖视图；图19A至图19H是示出制造图6A的OTP存储装置的工艺的剖视图；以及图20A至图29C是示出制造图9A的OTP存储装置的工艺的透视图和剖视图。具体实施方式图1是示意性示出根据实施例的OTP存储装置100的剖视图。图2A和图2B是用于描述图1的OTP存储装置100的操作的电路图。参照图1，根据本实施例的OTP存储装置100可以包括可以成对的程序晶体管T0和读取晶体管T1。程序晶体管T0和读取晶体管T1中的每个可以形成在半导体基底101上。程序晶体管T0和读取晶体管T1可以共同地构造或形成OTP存储装置100的单位单元。半导体基底1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种一次性可编程存储装置，所述一次性可编程存储装置设置有包括具有不同的阈值电压的多个金属氧化物半导体场效应晶体管的逻辑装置，所述一次性可编程存储装置包括：程序晶体管，被构造为根据被施加到第一栅极结构的编程电压而一次写入数据，程序晶体管包括所述第一栅极结构；以及读取晶体管，被构造为根据被施加到第二栅极结构的操作电压而读取存储在程序晶体管中的数据，读取晶体管包括所述第二栅极结构，其中，所述多个金属氧化物半导体场效应晶体管中的至少一个包括具有高k介电层、稀土元素供给层、第一金属层和第二金属层的第三栅极结构，其中，第一栅极结构包括具有至少一个层的第一栅极氧化物层和在第一栅极氧化物层上的具有至少一个层的第一金属电极层，并且第一栅极结构包括第一结构和第二结构中的至少一种结构，在第一结构处，第一金属电极层比第一金属层的厚度与第二金属层的厚度的总和薄，在第二结构处，第一栅极氧化物层比高k介电层的厚度与稀土元素供给层的厚度的总和薄。

【技术特征摘要】
2015.11.30 KR 10-2015-01692801.一种一次性可编程存储装置，所述一次性可编程存储装置设置有包括具有不同的阈值电压的多个金属氧化物半导体场效应晶体管的逻辑装置，所述一次性可编程存储装置包括：程序晶体管，被构造为根据被施加到第一栅极结构的编程电压而一次写入数据，程序晶体管包括所述第一栅极结构；以及读取晶体管，被构造为根据被施加到第二栅极结构的操作电压而读取存储在程序晶体管中的数据，读取晶体管包括所述第二栅极结构，其中，所述多个金属氧化物半导体场效应晶体管中的至少一个包括具有高k介电层、稀土元素供给层、第一金属层和第二金属层的第三栅极结构，其中，第一栅极结构包括具有至少一个层的第一栅极氧化物层和在第一栅极氧化物层上的具有至少一个层的第一金属电极层，并且第一栅极结构包括第一结构和第二结构中的至少一种结构，在第一结构处，第一金属电极层比第一金属层的厚度与第二金属层的厚度的总和薄，在第二结构处，第一栅极氧化物层比高k介电层的厚度与稀土元素供给层的厚度的总和薄。2.根据权利要求1所述的一次性可编程存储装置，其中，一次性可编程存储装置包括至少一个鳍，所述鳍以在半导体基底上突出的结构沿第一方向延伸；第一栅极结构和第二栅极结构覆盖在半导体基底上的鳍的一部分，并且在与第一方向垂直的第二方向上延伸；第二栅极结构包括与第一栅极结构的结构相同的结构。3.根据权利要求1所述的一次性可编程存储装置，其中，第一金属层包括钛的氮化物或钛的氮氧化物或者包含钽的氮化物或钽的氮氧化物。4.根据权利要求1所述的一次性可编程存储装置，其中，稀土元素供给层包括镧、钪、铒、锶和钇中的至少一种。5.根据权利要求1所述的一次性可编程存储装置，其中，第一栅极结构包括第一结构；第一金属电极层包括第二金属层而不包括第一金属层。6.根据权利要求1所述的一次性可编程存储装置，其中，第一栅极结构包括第二结构；第一栅极氧化物层包括高k介电层而不包括稀土元素供给层。7.根据权利要求1所述的一次性可编程存储装置，其中，第一栅极结构包括复合结构，所述复合结构包括第一结构和第二结构；第一金属电极层包括第二金属层而不包括第一金属层；第一栅极氧化物层包括高k介电层而不包括稀土元素供给层。8.根据权利要求1所述的一次性可编程存储装置，其中，第二金属层包括铝；高k介电层包括铪基材料或锆基材料。9.根据权利要求1所述的一次性可编程存储装置，其中，所述多个金属氧化物半导体场效应晶体管、读取晶体管和程序晶体管包括鳍式场效应晶体管结构；读取晶体管和程序晶体管与所述多个金属氧化物半导体场效应晶体管一起形成。10.根据权利要求9所述的一次性可编程存储装置，其中，逻辑装置包括以下金属氧化物半导体场效应晶体管中的至少一种：第一金属氧化物半导体场效应晶体管，包括第三栅极结构和第一阈值电压；第二金属氧化物半导体场效应晶体管，包括第四栅极结构和第二阈值电压，第四栅极结构包括高k介电层、稀土元素供给层和第二金属层；第三金属氧化物半导体场效应晶体管，包括第五栅极结构和第三阈值电压，第五栅极结构包括高k介电层、第一金属层和第二金属层；以及第四金属氧化物半导体场效应晶体管，包括第六栅极结构和第四阈值电压，第六栅极结构包括高k介电层和第二金属层，其中，阈值电压按第二阈值电压、第四阈值电压、第一阈值电压和第三阈值电压的顺序增加，击穿电压按第四金属氧化物半导体场效应晶体管、第二金属氧化物半导体场效应晶体管、第三金属氧化物半导体场效应晶体管和第一金属氧化物半导体场效应晶体管的顺序增加，第一栅极结构和第二栅极结构均包括与第四栅极结构至第六栅极结构中的一个的结构相同的结构。11.根据权利要求1所述的一次性可编程存储装置，其中，第一栅极结构包括：界面层，在第一栅极氧化物层下面；以及阻挡金属层，在第一栅极氧化物层和第一金属电极层之间。12.一种一次性可编程存储装置，所述一次性可编程存储装置包括晶体管，所述晶体管具有以下栅极结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈闵正，裴相友，崔贤民，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR