一种反熔丝单元结构及其制备方法与流程

本发明属于微电子集成电路技术领域，涉及一种n+/sioxny/metal反熔丝单元结构及其制备方法，该反熔丝单元结构适用于soi衬底、体硅片及外延材料片。

背景技术：

ono反熔丝存储单元结构具有非易失性、高可靠性、体积小、速度快、功耗低等优点，并具有良好的抗辐射特性，在未编程时，反熔丝单元呈现高阻状态（高达10¹⁰欧姆），在上下电极间加上合适的编程电压后，反熔丝单元表现出良好的欧姆电阻特性。

目前ono反熔丝工艺集成技术大多采用先进行ono反熔丝工艺后进行cmos工艺的工艺集成方案。现有技术中，中国电子科技集团公司第五十八研究所的专利“抗辐射pip型ono反熔丝结构及cmos工艺集成法”（cn201610841682.8）公布了一种抗辐射pip型ono反熔丝结构及cmos工艺集成法，ono反熔丝结构制作在场区之上；由下至上包括反熔丝下极板、反熔丝孔腐蚀掩蔽层、ono反熔丝介质层、反熔丝上极板，反熔丝下极板为n型饱和掺杂的非晶硅薄膜，覆盖于场区上，反熔丝下极板的侧壁采用spacer保护，反熔丝下极板的正上方设置贯通反熔丝孔腐蚀掩蔽层的反熔丝孔，反熔丝孔腐蚀掩蔽层覆盖于有源区、反熔丝下极板上，ono反熔丝介质层覆盖于反熔丝孔腐蚀掩蔽层上，并填充在反熔丝孔内，反熔丝上极板是n型饱和掺杂的多晶硅薄膜。如图1所示。这种工艺集成方案工艺流程复杂，且容易导致mos器件“自掺杂”现象。

而采用先进行cmos工艺再进行ono反熔丝工艺的工艺集成方案，就可以有效地避免“自掺杂”现象的产生。此外，常规反熔丝工艺多采用多晶作为反熔丝上极板，在外接金属材料，此种反熔丝工艺流程复杂，且反熔丝导通电阻大。为此，本发明设计了一种工艺流程简单的n+/on/m反熔丝结构组件和工艺集成方法。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，综合应用cmos集成工艺和反熔丝集成工艺，提供了一种n+/sioxny/metal反熔丝单元结构及其工艺集成方法，与cmos集成工艺兼容，工艺流程简单，集成度高。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

一种n+/sioxny/metal反熔丝结构，制作在硅衬底(00)上的p阱(11)内，其结构为：

所述的n+/sioxny/metal反熔丝结构包括反熔丝单元结构（100）和cmos器件单元结构（200）；

所述的反熔丝单元结构（100）包括p阱（00）内n+扩散区（11）；所述n+扩散区内为反熔丝下极板注入区，反熔丝下极板注入区包括nhv注入区域（118）及n+s/d注入区域（117）；所述的反熔丝注入区上方覆盖bpsg介质层（113）；所述bpsg介质层上覆盖反熔丝介质层（114），并填充到反熔丝孔内，反熔丝介质层上覆盖阻挡层（115）；所述的阻挡层（115）上覆盖金属作为反熔丝上电极板（116）。

所述的cmos器件单元结构（200）包括p阱（21）内nhv注入区域（218），所述的nhv注入区域（218）为n+s/d源、漏注入区域（217）；所述的p阱上方为栅氧化层（220），所述的栅氧化层上方覆盖多晶栅（221），所述的栅氧化层（220）及多晶栅两侧为spacer侧墙（219）并搭在两侧nhv注入区（218）上方；所述的源、漏注入区域（217）上方覆盖bpsg介质层（213）

其中，所述反熔丝介质层（114）为sioxny材料。

其中，所述阻挡层（115）为tin材料。

其中，所述p阱（11、21）适用于soi圆片、体硅片及外延片。

n+/sioxny/metal反熔丝结构工艺集成法，先进行cmos制备工艺再进行反熔丝制备工艺。

n+/sioxny/metal反熔丝结构工艺集成法，反熔丝制备工艺流程中的下极板注入（118、117）工艺与cmos工艺流程中的nhv注入工艺（118）、n+s/d源漏注入（117）工艺同步完成。

n+/sioxny/metal反熔丝结构工艺集成法，所述制备方法包括如下步骤：

1、提供衬底材料片，并在材料片上制作p阱（11、21）；

2、在p阱（11、21）内制作有源区，并氧化形成场氧化层（12），以形成cmos器件单元结构（200）及反熔丝单元结构（100）的有源区；

3、cmos器件单元结构（200）有源区上方淀积栅氧化层（220），并在栅氧化层上淀积多晶栅（221），并通过栅氧光刻及腐蚀形成cmos器件单元结构（200）栅极结构；

4、nhv注入（218），在cmos器件单元结构（200）有源区及反熔丝单元结构（100）有源区内进行nhv光刻，并利用注入掩蔽层注入n型离子，退火、推阱，分别形成cmos器件单元结构的漂移区（218）及反熔丝下极板的n+扩散区（118）；

5、通过淀积sio2，并腐蚀形成nmos器件spacer侧墙（219）；

6、反熔丝下极板注入及nmos源、漏注入，反熔丝下极板注入光刻及n+s/d源、漏注入光刻，通过注入掩蔽层注入n型离子形成nmos器件的源、漏漂移区（217）反熔丝下极板注入区的（117）；

7、pmd淀积，usg淀积2000~5000å，bpsg淀积5000~8000å；

8、反熔丝孔光刻，在反熔丝有源区内进行反熔丝孔光刻，并通过腐蚀形成反熔丝孔；

9、在上述的表面上淀积反熔丝介质层（114）sioxny；

10、在上述反熔丝介质层上淀积一层tin阻挡层（115）；

11、nmos器件源、漏接触孔，在nmos器件有源区上进行源、漏接触孔光刻并腐蚀形成nmos器件源、漏接触孔；

12、在上述的表面淀积金属，并通过光刻形成反熔丝上极板及nmos器件源、漏接触；

13、通孔光刻，金属及钝化等。

进一步地，n+/sioxny/metal反熔丝结构的制备方法，在衬底材料片上制作p阱包括如下步骤：

1、在衬底上生长第一二氧化硅层，在生长一层sin层，作为p阱掩蔽层；

2、p阱光刻，光刻形成p阱区域；

3、p阱注入，通过注入掩蔽层注入n型离子；

4、p阱高温推结，形成p阱区域。

进一步地，n+/sioxny/metal反熔丝结构的制备方法，所述nmos器件的栅极结构为n型掺杂的多晶硅，其厚度为4500-6000å。

进一步地，n+/sioxny/metal反熔丝结构的制备方法，所述n型注入元素为p，其中注入能量为50~80kev，注入剂量为4e12~6e12个/cm²：

进一步地，n+/sioxny/metal反熔丝结构的制备方法，所述n型注入元素为as，其离子的注入能量为70-120kev，注入剂量为1.0e15-3.0e15个/cm²。

进一步地，n+/sioxny/metal反熔丝结构的制备方法，所述反熔丝介质层为sioxny层，厚度为90-150å。

本发明的优点：反熔丝单元结构的制备流程过程中先进行cmos工艺再进行反熔丝单元工艺，可以有效地避免工艺流程过程中nmos器件的“自掺杂”现象；同时，反熔丝下极板注入工艺于nmos器件nhv注入、n+s/d注入工艺同步完成，可以有效地简化工艺流程；采用金属材料作为反熔丝单元结构的上极板材料，并采用tin材料作为反熔丝介质层与金属之间的阻挡层，可以有效地降低反熔丝单元的击穿电压、减小反熔丝编程后的导通电阻。

本发明采用业界常用的器件制作工艺流程，与cmos工艺流程兼容，工艺流程简单、可控。与常规的ono反熔丝单元结构比较，本发明采用的反熔丝介质层结构是氮化硅/氮氧化硅复合层，工艺流程简单；同时，采用金属材料作为反熔丝结构单元的上极板，可以有效降低反熔丝单元的编程电压；此外，此种反熔丝单元还具有编程电压均匀性好、编程时间短和编程后熔丝导通电阻低等优点。本发明的方法不仅适用于soi衬底的cmos工艺，而且也同样适用于体硅和外延片衬底工艺。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为现有技术中的示意图

图2-图6为本发明具体实施工艺步骤剖视图，其中

图2为在衬底上制作完成p阱的剖视图；

图3为nmos器件栅结构形成的结构剖视图；

图4为nhv注入工艺完成后结构剖视图；

图5为n+s/d注入工艺完成后结构剖视图；

图6为反熔丝单元tin阻挡层淀积完成后结构剖视图；

图7为本发明nmos器件及反熔丝单元结构剖视图；

附图标记说明：00-衬底材料；11、21-p阱；12-场氧；113、213-bpsg层；114-on介质层；115-tin阻挡层；116-金属层tin阻挡层；117、217-n+s/d注入层；118、218-nhv注入层；219-spacer侧墙；120-栅氧化层；221-多晶栅。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示：本发明的n+/sioxny/metal反熔丝单元结构是制作在衬底材料片的顶层硅膜00的p阱11、12内，p阱上部设置nhv注入区118、218及n+s/d注入区117、217；n+s/d注入区117、217正上方设置bpsg介质层113、213及反熔丝孔，bpsg介质层113、213覆盖在p阱11、12，nhv注入118、218，n+s/d注入117、217，场氧12及nmos多晶221；反熔丝介质层114覆盖在bpsg介质层113，并填充在反熔丝孔内，在反熔丝介质层114的上方是tin阻挡层113；tin阻挡层113上方覆盖金属材料116作为反熔丝单元的上极板结构。

图2-图6所示：上述结构的反熔丝单元结构，可以通过下述工艺步骤制备得到，制备方法包括如下具体步骤：

a、提供衬底材料片，并在材料片上制作p阱；

b、在p阱内制作有源区，并氧化形成场氧化层，以形成nmos单元结构及反熔丝单元结构的有源区；

c、在nmos单元结构有源区上方淀积栅氧化层，并在栅氧化层上淀积多晶栅，并通过栅氧光刻及腐蚀形成nmos器件栅极结构；

d、nhv注入，在nmos器件有源区及反熔丝有源区内进行nhv光刻，并利用注入掩蔽层注入n型离子，退火、推阱，分别形成nmos器件的漂移区及反熔丝下极板的n+扩散区；

e、spacer侧墙，通过淀积sio2，并腐蚀形成nmos器件spacer侧墙；

f、反熔丝下极板注入及nmos源、漏注入，反熔丝下极板注入光刻及n+s/d源、漏注入光刻，通过注入掩蔽层注入n型离子形成nmos器件的源、漏漂移区反熔丝下极板注入区；

g、pmd淀积，usg淀积2000~5000å，bpsg淀积5000~8000å；

h、反熔丝孔光刻，在反熔丝有源区内进行反熔丝孔光刻，并通过腐蚀形成反熔丝孔；

i、在上述的表面上淀积反熔丝介质层sioxny；

j、在上述反熔丝介质层上淀积一层tin阻挡层；

k、nmos器件源、漏接触孔，在nmos器件有源区上进行源、漏接触孔光刻并腐蚀形成nmos器件源、漏接触孔；

l、在上述的表面淀积金属，并通过光刻形成反熔丝上极板及nmos器件源、漏接触；m、通孔光刻，金属及钝化等。

同时，本发明的工艺集成方案为先进行cmos器件工艺后进行反熔丝结构单元工艺，在反熔丝工艺进行之前，cmos工艺基本完成，可以有效地避免在工艺集成过程中nmos器件的“自掺杂”现象；此外，反熔丝下极板n+扩散区注入工艺与nmos器件nhv注入工艺同步完成，下极板注入工艺与n+s/d注入工艺同步完成，可以有效地简化工艺流程。

本发明反熔丝单元结构制作在p阱内部，对衬底材料片要求较低，因此本发明反熔丝单元结构可以适用于soi圆片、体硅片及外延片等材料片。

本发明采用业界常用的器件制作工艺流程，与cmos工艺流程兼容，工艺流程简单、可控。与常规的ono反熔丝单元结构比较，本发明采用的反熔丝介质层结构是氮化硅/氮氧化硅复合层，工艺流程简单；同时，采用金属材料作为反熔丝结构单元的上极板，可以有效降低反熔丝单元的编程电压；此外，此种反熔丝单元还具有编程电压均匀性好、编程时间短和编程后熔丝导通电阻低等优点。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。