电编程三维只读存储元制造技术

一种电编程三维只读存储元，其特征在于具有：　　　　第一电极（５０１）；　　　　第二电极（５０３）；以及　　　　在所述第一电极和第二电极之间的准导通膜（５０２）和反熔丝膜（５０２ｃａ）；　　　　当该存储元上的电压为读电压时，所述准导通膜电阻较小；当该存储元上的电压小于读电压时，其电阻较大；　　　　所述反熔丝膜含有绝缘材料，所述反熔丝膜在编程后处于低电阻状态。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是申请号为02150106.8、专利技术名称为“三维存储器之只读存储元”的专利技术专利申请的分案申请。本专利技术涉及集成电路领域，更确切地说，涉及电编程三维只读存储元。只读存储器是存放固定信息的器件，它的信息是在制造时或当用户使用时编程写入的。以往的只读存储器都布置在一个半导体衬底上的二维阵列中。在这阵列的每个交叉点上存在着一个存储元，该存储元提供一个电阻性、电感性、电容性、二极管型或使用有源元件的耦合机制。每个存储元代表一位数字信息。同时，每个存储元通过电信号和输入输出相连，这样可以保证极短的存取时间。只读存储器分成两种一种是掩模编程只读存储器(MPROM)，另一种是电编程只读存储器(EPROM)。MPROM的信息是在制造时通过掩模版来控制，另一方面，EPROM的信息由用户写入。授予Koyoma的美国专利5,429,968(1995年7月4日)属于现有MPROM技术的一个例子。它使用场效应管作为存储元，通过调整场效应管的阈电压来改变存储元中的数字信息。通过调整离子注入量，不同地点的场效应管变成增强型或耗尽型的。在适当的电压下，增强型的场效应管是断开的而耗尽型的场效应管是导通的。通过探测不同位线上的电流，可以读出不同地点的数字信息。因为这些场效应管只能形成在半导体衬底上，所以这个MPROM只能布置成二维结构。另一方面，EPROM一般使用一个电阻性的耦合机制来代表数字信息。具有代表性的电阻性耦合机制包括熔丝(fuse)和反熔丝(antifuse)。授予Hamdy等的美国专利4,899,205(1990年2月6日)描述了一个利用硅-硅反熔丝作为编程元件的二维EPROM。在这个结构中，反熔丝和存取场效应管的源/漏集成在一起形成存储元。因为存取场效应管必须生长在半导体衬底上，所以使用硅-硅反熔丝的EPROM只能布置成一个二维阵列。使用这种结构时，单位面积芯片上的数字信息量受到存取场效应管的大小的限制。授予Roesner等的美国专利4,442,507(1984年4月10日)描述了另一种电编程只读存储器。它使用肖特基二极管堆作为存储元。它的一条地址选择线是由多晶硅生成的，另一条地址选择线是由铝生成的。用常规工艺生成的多晶硅一般不能生长在铝上面。因此，此存储器只能使用一层EPROM。也就是说，存储密度受限。如上所述，由于现有技术中的只读存储器的存储元形成在半导体材料构成的衬底上，也就是说，现有技术只能把集成电路中的存储元布置在二维空间中，从而使只读存储器的存储密度受到极大限制。此外，现有技术中由多晶硅形成的字线还存在着电阻率大、存取速率较慢的缺点。为了提高集成电路中只读存储器的存储密度，本专利技术人从提高存储元的设置维度的角度出发，在改变存储元的构成材料的基础上，将存储元以三维形式设置，从而既能提高存储密度，又能改善存取速度。要以三维形式生成存储元，就意味着只读存储器有多层相叠的存储层，每个存储层都有多个存储元以及相应的字线及位线。多个存储层的相叠要求下层的存储层必须为上层存储层提供一个很好的基础。随着化学机械抛光(CMP)技术的出现，这一要求可以很容易地达到。注意到，虽然本专利技术对各种三维只读存储器(包括电编程三维只读存储器和掩模编程三维只读存储器)作了描述，本专利技术覆盖的范围仅限于电编程三维只读存储器。非电编程三维只读存储器，如掩模编程三维只读存储器，被明确地排除在本专利技术覆盖的范围之外。本专利技术的目的是提供一种新型的、以三维形式生成的只读存储元；为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提出了一种电编程三维只读存储元。本专利技术的只读存储元包括含有金属材料的第一电极；含有金属材料的第二电极；以及在所述第一电极和第二电极之间的准导通膜，当存储元上的电压等于读电压时，所述准导通膜电阻较小，当存储元上的电压小于读电压时，其电阻较大。本专利技术的只读存储元还包括第一电极；第二电极；以及在所述第一电极和第二电极之间的准导通膜和反熔丝膜，所述反熔丝膜含有绝缘材料，所述反熔丝膜在编程后处于低电阻状态。本专利技术的只读存储元还包括第一电极；第二电极；以及在所述第一电极和第二电极之间的场区，所述场区中有一通道孔；一准导通膜，至少部分所述准导通膜处于该通道孔的上方或里面，且当存储元上的电压等于读电压时，所述准导通膜电阻较小，当存储元上的电压小于读电压时，其电阻较大。本专利技术的只读存储元还具有如下特征多个所述只读存储元在垂直于半导体衬底的方向上集成，所述只读存储元通过层间连接通道口和/或接触通道孔与所述半导体衬底耦合。以下将结合附图对本专利技术的只读存储元及其制造方法作详细说明。其中，附图说明图1是表示一个含有二个存储层的3D-ROM的透视图。图2是表示一个3D-MPROM芯片衬底上的电路图。该电路提供选址和读功能。图3是表示一个3D-EPROM芯片衬底上的电路图。该电路提供选址、编程和读功能。图4是表示一个3D-ROM存储元的断面图。图5A-图5C是表示几个MPROM膜的断面图。图6A-图6E是表示几个3D-MPROM存储元的断面图。图7表示在一个最难读情形条件下的一个4×4存储元阵列，○代表0，×代表1。图8是表示3D-MPROM膜的逻辑“0”和逻辑“1”的伏-安特性曲线。图9A是描述第一种EPROM膜的断面图；图9B是描述第二种EPROM膜的断面图；图9C是描述第三种EPROM膜的断面图。图10A是表示一种3D-EPROM存储元的断面图；图10B是表示另一种3D-EPROM存储元的断面图。图11表示准导通膜、反熔丝膜和EPROM膜的伏-安特性曲线。图12A是表示在一种3D-ROM存储层中的第一种布线的俯视图；图12B是表示在一个3D-ROM存储层中的第二种布线的俯视图；图12C是表示在一个3D-ROM存储层中的第三种布线的俯视图。图13是表示第一种3D-ROM存储器结构的断面图。图14是表示第二种3D-ROM存储器结构的断面图。图15A-图15B是表示第三种3D-ROM存储器结构的断面图。图1所示为一个2×2×2 3D-ROM。这里，符号l×m×n 3D-ROM是指一个含有l个存储层、m条字线和n条位线的3D-ROM。这个3D-ROM生长在一个半导体衬底10上，它有二个存储层100、200。设衬底面为XY平面，每个存储层平面都与衬底面平行。存储层200叠在存储层100上面，即沿Z方向叠置。每个存储层由一个2×2存储元阵列、两条沿X方向地址选择线和两条沿Y方向地址选择线所组成。X方向上的地址选择线称为字线，它们包括在存储层100上的字线101、102和在存储层200上的字线201、202。Y方向上的地址选择线称为位线，它们包括存储层100上的位线111、112和存储层200上的位线211、212。字线和位线的交叉处设有存储元，如121-124、221-224。每个存储元能存储一位二进制信息并在字线和位线之间提供一种耦合机制。这种耦合机制包括电阻性、电感性、电容性、二极管型或使用有源元件的耦合机制。每个存储元通过改变耦合机制的大小来代表一位二进制信息。对选定的存储元，地址选择线提供编程/读的路径。图1还示出了衬底10和不同存储层中的地址选择线的连接方式。存储层100中，字线101、102通过接触通道孔101a、102a在接触点131、132与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电编程三维只读存储元，其特征在于具有第一电极(501)；第二电极(503)；以及在所述第一电极和第二电极之间的准导通膜(502)和反熔丝膜(502ca)；当该存储元上的电压为读电压时，所述准导通膜电阻较小；当该存储元上的电压小于读电压时，其电阻较大；所述反熔丝膜含有绝缘材料，所述反熔丝膜在编程后处于低电阻状态。2.根据权利要求1所述的电编程三维只读存储元，其特征还在于当存储元上电压的方向和读电压的方向相反时，所述只读存储元有较高的电阻。3.根据权利要求2所述的电编程三维只读存储元，其特征在于还含有反向掺杂的第一半导体膜(502ba)和第二半导体膜(502bb)。4.根据权利要求1所述的电编程三维只读存储元，其特征还在于所述准导通膜(502)含有半导体材料。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：张国飙，
申请(专利权)人：张国飙，
类型：发明
国别省市：