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1、1,EEPROM和OTP工艺研究报告,By 河马 2010-11-10,2,EEPROM工艺简介,EEPROM工艺的存储单元由两个NMOS晶体管组成 N1为耐高压增强型NMOS晶体管。作为存储单元的控制晶体管。 N2为耗尽型NMOS晶体管，有两层硅栅，一层为浮栅用来存放电子，N2就是存储单元的存储晶体管。,3,EEPROM存储单元原理,浮栅和隧道窗口,4,EEPROM存储单元原理,主要利用隧穿效应，对存储单元进行擦除和写入操作。 写入操作时，在控制栅CG上加上一个高压，电压会通过电容耦合到浮栅上，强电场作用下，电子通过漏端上面80到90A的薄氧化层隧道窗口进入浮栅。 擦除操作时，在漏端VB加上
2、一个高压，控制栅CG接地，由于电容耦合效应，浮栅会处于低电压。电子通过漏端上面80到90A的薄氧化层隧道窗口进入漏端。 漏端电压通过选通管N1控制。,5,EEPROM 写“1”原理,控制栅CG=16V， 选择栅SG=15V， 位线端口VB=0， 源端VS悬空， 电子由隧道窗口进入到浮栅上，并保持住。 然后，控制栅CG=0V， 浮栅上存有电子，N2浮栅电压=-5V，因此耗尽型N2关闭。,6,EEPROM 写“0”原理,控制栅CG=0V， 选择栅SG=15V， 位线端口VB=16V， 源端VS悬空， 电子由隧道窗口放掉。 然后，控制栅CG=0V， 浮栅上没有电子，N2浮栅电压=0V，因此耗尽型N2
3、导通。,7,EEPROM工艺总结,存在高压NMOS管、高压PMOS管（产生内部高压电路中）、薄氧化层窗口、隔离ON（Oxide+Nitride）等层次。 采用嵌入式的EEPROM单元，需要更多的工艺层次和工艺步骤。增加成本，减缓了生产时间。,8,EEPROM工艺层次,以csmc0.6um EEPROM为例，在标准 MS CMOS工艺下，增加如下MASK： NVT: For memory cell transistor and HV native NMOS LVT: Channel implant for LV NMOS and LV PMOS devices TUOX：Tunnel oxide
4、 window in the memory cell transistor ONO: ONO structure for cell transistor and ONO capacitors P-field: Nch device substrate BN+: Buried N+ region in memory cell N-offset：For HV NMOS P-offset：For HV PMOS NLDD: NLDD dope implant for NMOS device,9,遇到的问题,有没有不改变工艺层次，工艺简单，可靠性又很高的非挥发性存储器结构？ 上层的Poly2仅仅是一个
5、电极与浮栅形成电容，并与衬底和浮栅形成的电容串联。Poly2可不可以用其他材料（Nwell、Pwell）代替？,10,OTP(一次性可编程)工艺思路,基于这种思想，提出OTP工艺，只用一层Poly来实现类似EEPROM的结构。,11,EEPROM变形为OTP工艺剖面图,EEPROM存储单元,OTP存储单元,12,OTP为什么只能写“1”？,为了兼容标准CMOS工艺，源漏采用的是LDD结构，NMOS管Source和Drain不能耐高压。 写“1”： VB=0，N2的Source端电压为0。CG为高压。 写“0”：要使N2的Source端电压为高压(即VB亦为高压)，CG=0， 高压会导致N1、N
6、2的Source/Drain与PSUB击穿。,13,热载流子效应,在强电场作用下，载流子沿着电场方向不断漂移，不断加速，即可获得很大的动能，从而可成为热载流子 在VLSI中，热载流子效应往往就是导致器件和集成电路产生失效的重要原因，所以是需要特别注意和加以防止的 。 利用MOSFET中的热载流子可以向栅氧化层注入的作用，能够制作出存储器。 OTP正是基于这个原理。 栅氧厚度、结深、沟道长度、LDD注入、漏端最大电场强度等影响热载流子效应。,14,OTP的存储与读取,浮栅区实际上是一个NMOS管。 浮栅电压Vt，NMOS开启。 浮栅电压Vt，NMOS关闭。,15,问题？,OTP的浮栅NMOS用增强型还是耗尽型？ 普通标准CMOS工艺有NLDD注入，对热载流子注入不利，如何克服？ 存储单元是不是一定要用NMOS？ 注入电子过程有没有烧坏晶体管的风险？,16,一种改进型的OTP存储单元,浮栅PMOS N3通过热载流子效应写入数据 浮栅PMOS N2用来读取和存储数据,17,一种改进型的OTP存储单元照片,图片来源：IQS123 （代替烧铝用做用户设置）,18,IQS123的OTP存储区域,19,IQS123 OTP Datasheet功能描述,