含有自建肖特基二极管的三维纵向多次编程存储器制造技术

本发明专利技术提出一种含有自建肖特基二极管的三维纵向多次编程存储器（3D‑MTPV）。它含有多个相互垂直堆叠的水平地址线，多个穿透水平地址线的存储井，一层覆盖存储井边墙的编程膜，多条形成在存储井中的竖直地址线。水平地址线和竖直地址线之间自然形成一肖特基二极管，即自建肖特基二极管。

3-D Longitudinal Multiplexed Programming Memory with Self-built Schottky Diode

【技术实现步骤摘要】
含有自建肖特基二极管的三维纵向多次编程存储器
本专利技术涉及集成电路存储器领域，更确切地说，涉及多次编程存储器（multiple-timeprogrammablememory，简称为MTP；也被称为重复编程存储器）。
技术介绍
三维多次编程存储器（3D-MTP）是一种单体（monolithic）半导体存储器，它含有多个垂直堆叠的MTP存储元。3D-MTP的存储元分布在三维空间中，而传统的平面型MTP的存储元分布在二维平面上。相对于传统MTP，3D-MTP具有存储密度大、存储成本低等优点。美国专利申请US2017/0148851A1（申请人：Hsu；申请日：2016年11月23日）提出一种三维纵向多次编程存储器（3D-MTPV）。它含有多个垂直堆叠的水平地址线，多个穿透水平地址线的存储井，覆盖存储井边墙的编程膜和二极管膜（也被称为选择器selector、选向器steeringelement、准导通膜等名称），以及多条形成在存储井中的竖直地址线。在该专利申请中，为了实现存储元的编程以及避免存储元之间的干扰，每个存储元均含有单独的编程膜和单独的二极管膜。二极管膜的厚度一般较大。以P-N薄膜二极管为例，具有良好正反电流选择比（rectifyingratio）的P-N薄膜二极管的厚度在100nm以上。这么厚的二极管膜如形成在存储井中，将导致存储井尺寸很大，存储密度降低。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提高三维多次编程存储器（3D-MTP）的存储密度。本专利技术的另一目的是使存储井的填充工艺更加简单。本专利技术的另一目的是使存储井的尺寸更小。本专利技术的另一目的是在存储元漏电流较大的情况下保证3D-MTP的正常工作。为了实现这些以及别的目的，本专利技术提出一种含有自然肖特基二极管的三维纵向多次编程存储器（3D-MTPV）。它含有多个在衬底电路上并肩排列的MTP存储串，每个MTP存储串垂直与衬底且含有多个垂直堆叠的MTP存储元。具体说来，3D-MTPV含有多条垂直堆叠的水平地址线（字线）。在刻蚀出多个穿透这些水平地址线的存储井后，在存储井的边墙覆盖一层编程膜，并填充导体材料以形成竖直地址线（位线）。导体材料可以是金属材料或掺杂的半导体材料。MTP存储元形成在字线和位线的交叉处。为了避免存储井尺寸过大，本专利技术中的MTP存储元只含有单独的编程膜，并不含有单独的二极管膜,二极管是在水平地址线、编程膜以及竖直地址线之间自然形成的。由于不需在存储井的边墙上形成二极管膜，存储井的填充变得容易，这将简化工艺流程。此外，这种设计还能缩小存储井的尺寸，增加存储密度。这种自然形成的二极管（即自建二极管）性能一般不佳，漏电流较大。为了避免在读过程中由于漏电流过大导致存储元之间互相干扰，本专利技术还提出一种“全读”模式：在一个读周期中读出与一条字线电耦合的所有MTP存储元存储的信息。读周期分两个阶段：预充电阶段和读阶段。在预充电阶段，MTP阵列中所有地址线（包括所有字线和所有位线）均被预充电到一预设电压。在读阶段，当一选中字线上的电压上升到读电压VR后，它通过与之耦合的MTP存储元向所有位线充电。通过测量位线上的电压变化，可确定相应MTP存储元所存储的信息。相应地，本专利技术提出一种含有自建肖特基二极管的三维纵向多次编程存储器（3D-MTPV），其特征在于含有：一含有一衬底电路(0K)的半导体衬底(0)；多层处于该衬底电路(0K)之上、垂直堆叠的水平地址线(8a-8h)，该水平地址线(8a-8h)含有一金属材料；至少一穿透所述多层水平地址线(8a-8h)的存储井(2a)；一层覆盖该存储井(2a)边墙的编程膜(6a)，在编程时其电阻可从高电阻转变为低电阻、或从低电阻转变成高电阻；一条形成在该存储井(2a)中的竖直地址线(4a)，该竖直地址线(4a)含有一半导体材料；多个形成在该水平地址线(8a-8h)与该竖直地址线(4a)交叉处的MTP存储元(1aa-1ha)。本专利技术还提出一种含有自建肖特基二极管的三维纵向多次编程存储器（3D-MTPV），其特征在于含有：一含有一衬底电路(0K)的半导体衬底(0)；多层处于该衬底电路(0K)之上、垂直堆叠的水平地址线(8a-8h)，该水平地址线(8a-8h)含有一半导体材料；至少一穿透所述多层水平地址线(8a-8h)的存储井(2a)；一层覆盖该存储井(2a)边墙的编程膜(6a)，在编程时其电阻可从高电阻转变为低电阻、或从低电阻转变成高电阻；一条形成在该存储井(2a)中的竖直地址线(4a)，该竖直地址线(4a)含有一金属材料；多个形成在该水平地址线(8a-8h)与该竖直地址线(4a)交叉处的MTP存储元(1aa-1ha)。附图说明图1A是第一种不含单独二极管膜的3D-MTPV的z-x截面图；图1B是其沿AA’的x-y截面图；图1C是一种含有自建肖特基二极管的MTP存储元的截面图。图2A-图2C是该3D-MTPV三个工艺步骤的截面图。图3A表示MTP存储元的符号及其意义；图3B是第一种MTP阵列采用的“全读模式”读出电路的电路图；图3C是其时序图；图3D是二极管的I-V曲线。图4A是第二种不含单独二极管膜的3D-MTPV的z-x截面图；图4B是其沿CC’的x-y截面图；图4C是第二种MTP阵列采用的读出电路的电路图。注意到，这些附图仅是概要图，它们不按比例绘图。为了显眼和方便起见，图中的部分尺寸和结构可能做了放大或缩小。在不同实施例中，相同的符号一般表示对应或类似的结构。“/”表示“和”或“或”的关系。“衬底中”是指功能器件（activedevices）均形成在衬底中（包括衬底表面上），而互连线形成在衬底上方、不与衬底接触。“衬底上”是指功能器件形成在衬底上方、不与衬底接触。具体实施方式图1A是第一种不含单独二极管膜的三维纵向多次编程存储器（3D-MTPV）的z-x截面图。它含有多个位于衬底电路0K上、且并肩排列的竖直MTP存储串（简称为MTP存储串）1A、1B…。每个MTP存储串1A与衬底0垂直，它含有多个垂直堆叠的MTP存储元1aa-1ha。本图中的实施例是一MTP阵列10。MTP阵列10是所有共享有至少一条地址线的存储元的集合。它含有多条垂直堆叠的水平地址线（字线）8a-8h。在刻蚀出多个穿透这些水平地址线8a-8h的存储井2a-2d后，在存储井2a-2d的边墙覆盖一层编程膜6a-6d，并填充导体材料以形成竖直地址线4a-4d（位线）。导体材料可以是金属材料或高掺杂的半导体材料。MTP存储元1aa-1ha形成在字线8a-8h与位线4a的交叉处。在MTP存储元1aa中，编程膜6a含有一编程材料，其电阻在编程时可从高电阻转变为低电阻、或从低电阻转变成高电阻。作为一个例子，编程膜6a含有相变（phase-changematerial，简称为PCM）材料、或阻变（resistiveRAM，简称为RRAM）材料等编程材料。图1B是该3D-MTPV沿AA’的x-y截面图。水平地址线8a为一导体板，它可以与两行或两行以上的竖直地址线（此处为八条竖直地址线4a-4h）耦合，以形成八个MTP存储元1aa-1ah。这些MTP存储元（与一条水平地址线8a电耦合的所有MTP存储元）1aa-1ah构成一MTP存储组1a。由于水平地址线8a很宽，它本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维纵向多次编程存储器（3D‑MTPV），其特征还在于含有：一含有一衬底电路(0K)的半导体衬底(0)；多层处于该衬底电路(0K)之上、垂直堆叠的水平地址线(8a‑8h)，该水平地址线(8a‑8h)含有一金属材料；至少一穿透所述多层水平地址线(8a‑8h)的存储井(2a)；一层覆盖该存储井(2a)边墙的编程膜(6a)，在编程时其电阻可从高电阻转变为低电阻、或从低电阻转变成高电阻；一条形成在该存储井(2a)中的竖直地址线(4a)，该竖直地址线(4a)含有一半导体材料；多个形成在该水平地址线(8a‑8h) 与该竖直地址线(4a)交叉处的MTP存储元(1aa‑1ha)。

【技术特征摘要】
1.一种三维纵向多次编程存储器（3D-MTPV），其特征还在于含有：一含有一衬底电路(0K)的半导体衬底(0)；多层处于该衬底电路(0K)之上、垂直堆叠的水平地址线(8a-8h)，该水平地址线(8a-8h)含有一金属材料；至少一穿透所述多层水平地址线(8a-8h)的存储井(2a)；一层覆盖该存储井(2a)边墙的编程膜(6a)，在编程时其电阻可从高电阻转变为低电阻、或从低电阻转变成高电阻；一条形成在该存储井(2a)中的竖直地址线(4a)，该竖直地址线(4a)含有一半导体材料；多个形成在该水平地址线(8a-8h)与该竖直地址线(4a)交叉处的MTP存储元(1aa-1ha)。2.一种三维纵向多次编程存储器（3D-MTPV），其特征还在于含有：一含有一衬底电路(0K)的半导体衬底(0)；多层处于该衬底电路(0K)之上、垂直堆叠的水平地址线(8a-8h)，该水平地址线(8a-8h)含有一半导体材料；至少一穿透所述多层水平地址线(8a-8h)的存储井(2a)；一层覆盖该存储井(2a)边墙的编程膜(6a)，在编程时其电阻可从高电阻转变为低电阻、或从低电阻转变成高电阻；一条形成在该存储井(2a)中的竖直地址线(4a)，该竖直地址线(4a)含有一金属材料；多个形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国飙，
申请(专利权)人：杭州海存信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33