[发明专利]一种OTP存储单元及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及存储器的器件结构及相关制作工艺，尤其涉及一种一次可编程(OTP，one time programmable)存储器的存储单元结构及其制作方法，属于半导体器件制造领域。

背景技术

目前比较流行的系统集成芯片或微处理芯片，都需要一个存储器来储存系统代码，由于逻辑和常规存储器的制作流程差异很大，比较传统的方式是在逻辑制程中引入只读存储器(ROM)。但是只读存储器的制作在晶圆流片的过程中就需要定义，一定程度上制约了系统编码的灵活性。针对只读存储器的这一缺点，可以通过电路板分别把逻辑芯片和存储器芯片封装在一起，这样的话系统代码可以通过存储器芯片内容的改变而改变。但是这样的方式因为需要两块或者以上的芯片，制造成本会相当的高，封装的成本也会很高，而且芯片的面积也很大，同时，由于信号需要通过电路板来传递，很容易受到杂讯干扰。

一种一次可编程(OTP)存储器，由于其成本较低且与逻辑制程相兼容，近年来得到了广泛的应用。通过在集成电路芯片中加入OTP存储器来替代传统的ROM只读存储器，可以极大的提高芯片系统代码的灵活性。也就是说，当晶圆流片结束后，可以通过编码的形式将代码写入OTP存储器，这样可以针对不同的客户和产品实现无差别化，即可以针对不同的客户提供不同的代码以实现不同的功能。OTP存储器通常由OTP存储单元阵列和与之相匹配的外围电路组成，现有的OTP存储单元一般由一个耦合电容(或NMOS选通管)加一个浮栅晶体管(NMOS晶体管)构成，可以通过热电子注入(HCI，hot carrier injection)等方法对其编程，使电子储存于多晶硅浮栅上，然后利用阈值电压的大小来判断浮栅上有无注入电子，由此在一个单元表征出0或1。

然而，这种现有的OTP存储单元对应每一个浮栅晶体管都需要一个耦合电容，电容耦合部分通常面积较大，极大的占用了存储器的面积，并且其制造工艺也是比较复杂的。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种新型的OTP存储单元及其制作方法，该OTP存储单元占用面积小，制作方法较简单，成本较低。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种OTP存储单元，包括：

半导体衬底；

位于所述半导体衬底上的栅介质层；

位于所述栅介质层上的栅极；

位于所述栅极周围的氮化硅侧墙结构；

位于所述栅极与所述氮化硅侧墙结构之间的侧壁介质层；

以及位于所述栅极两侧的源极和漏极；

其中，所述氮化硅侧墙结构用于存储电子。

作为本发明的优选方案，所述半导体衬底为单晶硅衬底。

作为本发明的优选方案，所述栅介质层的材料为氧化硅或其他高介电常数材料。

作为本发明的优选方案，所述栅极的材料为多晶硅。

作为本发明的优选方案，所述侧壁介质层的材料为氧化硅。

作为本发明的优选方案，所述氮化硅侧墙结构的厚度为500-1000nm。

作为本发明的优选方案，所述侧壁介质层的厚度为50-100nm。

一种OTP存储单元的制作方法，包括以下步骤：

步骤一、在半导体衬底上形成一层栅介质层，再在所述栅介质层上形成一层栅极材料层；

步骤二、将所述栅极材料层图形化，形成栅极；

步骤三、在所述栅极的侧壁形成侧壁介质层；

步骤四、在侧壁形成有侧壁介质层的栅极上沉积氮化硅，使氮化硅将栅极和侧壁介质层完全包裹；

步骤五、利用刻蚀工艺去除多余的氮化硅，在侧壁形成有侧壁介质层的栅极周围形成氮化硅侧墙结构；

步骤六、在所述栅极两侧形成源极和漏极。

作为本发明的优选方案，步骤一中，所述半导体衬底为单晶硅衬底；所述栅极材料层为多晶硅层。

作为本发明的优选方案，步骤二中，利用光刻和刻蚀工艺将所述栅极材料层图形化形成栅极。

作为本发明的优选方案，先在所述栅极材料层表面形成保护层后，再进行步骤二的图形化操作，直到完成步骤六之后再去除所述保护层，露出栅极，以便进行后续的电极连接。

进一步优选的，在所述栅极材料层表面沉积高温氧化层(HTO)作为所述保护层。

作为本发明的优选方案，步骤三中，利用热氧化法在所述栅极侧壁形成侧壁介质层。

作为本发明的优选方案，步骤六中，采用离子注入在所述栅极两侧未被氮化硅侧墙结构覆盖的半导体衬底内形成源极和漏极。

本发明的有益效果在于：