一种可编程非易失性存储单元结构及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种可编程非易失性存储单元结构，包括：金属层、接触孔、阻挡层和多晶硅，金属层、接触孔、阻挡层和多晶硅依次连接形成电容结构，阻挡层为该电容结构的介质层。同时还公开了一种可编程非易失性存储单元结构的设计方法，包括：将多晶硅淀积在场区氧化层上；将阻挡层淀积覆盖在多晶硅上；淀积金属层；制作接触孔；将金属层、接触孔、阻挡层、多晶硅层依次连接形成电容结构；将所述阻挡层作为该电容结构的介质层。通过本发明专利技术为用户提供一套具有存储单元面积小，集成密度高，有利于大规模集成电路应用等优点的可编程非易失性存储单元的设计解决方案。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及半导体存储器件，尤其涉及一种可编程非易失性存储单元 结构及其设计方法。
技术介绍
片上系统(SOC， System On Chip )的制造主要以逻辑工艺为基础，设计 人员在SOC研发设计过程中，常常需要在SOC内部集成大量的非易失性存储 单元。设计人员根据所设计的SOC的不同用途，选择适当类型和功能的非易 失性存储单元来作为SOC内部的存储单元。目前，非易失性存储单元包括只读非易失性存储单元、可编程只读非易失 性存储单元、可编程可擦除只读非易失性存储单元等。其中，现有可编程非易 失性存储单元在其结构及设计方法上存在以下不足首先，现有可编程非易失性存储单元常常采用熔丝或反熔丝制造技术，这 种熔丝或反熔丝制造技术除了需要采用传统的逻辑工艺外，还需要采用特殊工 艺和特殊材料。因此，采用基于熔丝或反熔丝制造技术的可编程非易失性存储 单元，不但增加了SOC的成本，而且由于制造过程中采用了特殊工艺和特殊 材料，因此，还大大降低逻辑器件的可靠性。其次，基于逻辑工艺的可编程非易失性存储单元的制造原理主要是利用金 属氧化物半导体(MOS, Metal-Oxide Semiconductor)的栅极氧化层的可击穿 特性，由于在这种结构中用于编程的电容是有源器件，而有源器件很容易产生 寄生效应和小尺寸效应，因此，为了避免有源器件所产生的寄生效应和小尺寸 效应对存储单元所造成的影响，设计人员不得不加大相邻电容有源区的距离， 从而大大增加了存储单元所占用的面积。另夕卜，对于基于逻辑工艺制造的可编程可擦除的非易失性存储单元，其在 数据保持能力远不如可编程非易失性存储单元，而且其所占用的面积比可编程非易失性存储单元所占用的面积更大。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种可编程非易失性存储单元结构及其 设计方法。通过该可编程非易失性存储单元结构及其设计方法，达到为用户提 供一套具有存储单元面积小，集成密度高，有利于大规j莫集成电路应用等优点 的可编程非易失性存储单元的设计解决方案的目的。本专利技术提供了一种可编程非易失性存储单元结构，包括一个电容结构，所述电容结构由金属层、接触孔、阻挡层和多晶硅依次连接形成； 所述阻挡层为该电容结构的介质层。该可编程非易失性存储单元结构所述阻挡层在预定电压作用下被击穿。 该可编程非易失性存储单元结构所述阻挡层具有未击穿和击穿两种状态。 该可编程非易失性存储单元结构所述阻挡层的未击穿和击穿两种状态用 于产生不同电阻值进行数据存储。该可编程非易失性存储单元结构所述阻挡层为金属硅化物阻挡层。该可编程非易失性存储单元结构所述金属层为第一金属层。多个该可编程非易失性存储单元阵列排布形成可编程非易失性存储器。本专利技术还提供了一种可编程非易失性存储单元结构的设计方法，包括将多晶硅淀积在场区氧化层上；将阻挡层淀积覆盖在多晶硅上；淀积金属层；制作接触孔；将金属层、接触孔、阻挡层、多晶硅层依次连接形成电容结构； 将所述阻挡层作为该电容结构的介质层。 该方法所述阻挡层在预定电压作用下被击穿。 该方法所述阻挡层具有未击穿和击穿两种状态。该方法通过所述阻挡层的未击穿和击穿两种状态产生不同电阻值进行数 据存储。该方法所述阻挡层为金属硅化物阻挡层。该方法所述金属层为第一金属层。该方法将多个所述可编程非易失性存储单元进行阵列排布形成可编程非 易失性存储器。本专利技术所述的可编程非易失性存储单元结构及其设计方法，通过金属层、接触孔、金属硅化物阻挡层和多晶硅(Poly)所形成的特殊结构，形成了金属 层-金属硅化物阻挡层-多晶硅结构的电容器，同时利用金属硅化物阻挡层的 层厚薄容易被击穿的特性制造可编程非易失性存储单元，从而实现了一种存储单元单元面积小，集成密度高，有利于大规4莫集成电路应用的可编程非易失性 存储单元结构。另外，由于本专利技术所述的可编程非易失性存储单元结构中的多 晶硅处于无源区，因此在现有逻辑制造工艺勤出上，实现了利用无源元件制造 可编程非易失性存储单元，从而大大避免了有源器件的寄生效应和小尺寸效应 的影响。另外，本专利技术所述的可编程非易失性存储单元结构与现有技术中的只 读存储单元结构相比，设计人员可以根据不同的应用需要，将信息通过编程固 化到芯片中去，而不需要再重新设计芯片，从而大大增加了 SOC设计人员的 自由度。附图说明图1为本专利技术中可编程非易失性存储单元结构的典型示意图； 图2为本专利技术中可编程非易失性存储单元结构的俯视图； 图3为本专利技术中可编程非易失性存储单元结构阵列的典型示意图； 图4为本专利技术中可编程非易失性存储单元结构阵列的俯视图。具体实施方式为了提高集成电路的性能，需要利用难熔金属硅化物(Salicide)来降低 有源区、多晶硅的寄生电阻，其制作方法为在完成栅刻蚀及源漏区注入后， 在硅表面淀积一层金属，并使之与硅反应，形成金属硅化物；反应完成后去除 剩余的金属。由于金属不与绝缘层反应，因此不会影响绝缘层的性能。在自对准难熔金属硅化物制造工艺中，大规模集成电路的绝大部分有源区 和多晶硅都被低电阻的金属硅化物覆盖。但是有些区域，如高阻多晶硅和易击 穿的有源区，需要较大的寄生电阻，它们在金属硅化物工艺中需要一层阻挡层来保护，该阻挡层被业界称为金属硅化物阻挡层(SAB， SalicideBlock)。在半导体制造过程中，由于金属硅化物阻挡层的存在，将对接触孔的刻蚀进行阻挡，从而使金属层与多晶硅不能直接接触，这种金属层、接触孔、金属硅化物阻挡层和多晶硅所形成的特殊结构，形成了金属层-金属硅化物阻挡层-多晶硅层结构的电容器，该电容器将直接用于可编程非易失性存储单元结构的可编程存储功能。另夕卜，本专利技术利用釆用金属硅化物阻挡层来代替现有的采用金属氧化物半导体(MOS, Metal-Oxide Semiconductor)的栅极电容介质层，实现可编程非易失性存储单元的可编程存储功能，具体实施步骤如下 步骤l,将多晶硅淀积在场区氧化层上。该步骤中，多晶硅作为可编程非易失性存储单元的电容器的下电极材料。 步骤2,在完成栅刻蚀及有源区的注入后，进行金属硅化物的淀积及刻蚀。 步骤3,淀积金属，形成自对准难熔金属硅化物后，去除剩余金属。 步骤4，淀积第一层介质层。 步骤5，进行平坦化工艺。 步骤6,进行刻蚀并制作接触孔。该步骤中，由于金属硅化物阻挡层的材料及性质与第一层介质层的材料及 性质有较大差异，因此在接触孔刻蚀时，金属硅化物阻挡层不能被完全刻蚀掉， 于是金属层、接触孔、金属硅化物阻挡层和多晶硅就形成了金属-氧化物_多 晶硅结构的电容器。步骤7,利用该电容器的未击穿与击穿状态所产生的不同电阻值进行数据 存储。下面结合附图来说明本专利技术的具体实施方式。图1为本专利技术中可编程非易失性存储单元结构的典型示意图，图中包括第 一金属层101，接触孔(contact) 102，金属硅化物阻挡层103和多晶硅(Poly) 104。第一金属层101与接触孔102连接，接触孔102与金属硅化物阻挡层103 连接，在金属硅化物阻挡层103的阻挡下，接触孔102与多晶硅104之间保持 预定距离，从而使第一金属层101、接触孔102、金属硅化物阻挡层103和多晶硅层104共同形成金属层-介质层-多晶硅层的电容结构。由于金属硅化物 阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可编程非易失性存储单元结构，其特征在于，包括一个电容结构，所述电容结构由金属层、接触孔、阻挡层和多晶硅依次连接形成；所述阻挡层为该电容结构的介质层。

【技术特征摘要】
1.一种可编程非易失性存储单元结构，其特征在于，包括一个电容结构，所述电容结构由金属层、接触孔、阻挡层和多晶硅依次连接形成；所述阻挡层为该电容结构的介质层。2. 根据权利要求1所述的可编程非易失性存储单元结构，其特征在于， 所述阻挡层在预定电压作用下被击穿。3. 根据权利要求2所述的可编程非易失性存储单元结构，其特征在于， 所述阻挡层具有未击穿和击穿两种状态。4. 根据权利要求3所述的可编程非易失性存储单元结构，其特征在于， 所述阻挡层的未击穿和击穿两种状态用于产生不同电阻值进行数据存储。5. 根据权利要求4所述的可编程非易失性存储单元结构，其特征在于， 所述阻挡层为金属硅化物阻挡层。6. 根据权利要求1所述的可编程非易失性存储单元结构，其特征在于， 所述金属层为第一金属层。7. 根据权利要求1所述的可编程非易失性存储单元结构，其特征在于， 多个所述可编程非易失性存储单元阵列排布形成可编程非易失性存储器。8. —种可编程非易失性存储单元结构的设计方法，其特征在于，包括 将多晶硅淀...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱一明，胡洪，
申请(专利权)人：北京芯技佳易微电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]