基于nF开口的三维掩膜编程存储器制造技术

本发明专利技术提出一种基于ｎＦ开口的三维掩膜编程存储器（３Ｄ－ＭＰＲＯＭ），其信息开口的尺寸大于其地址线的线宽。由于使用具有较低成本的ｎＦ开口掩模版来定义其所存的数据，该３Ｄ－ＭＰＲＯＭ成本较低。本发明专利技术还提出一种改进的３Ｄ－ＭＰＲＯＭ，它的至少部分地址线由掺杂的半导体材料构成，且不含金属膜、合金膜或金属化合物膜。该３Ｄ－ＭＰＲＯＭ具有较好的可制造性。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路领域，更确切地说，涉及三维存储器。
技术介绍
三维集成电路(简称为3D-IC)将一个或多个三维集成电路层(简称为3D-IC层)在垂直于衬底的方向上相互叠置在衬底上。3D-IC层由非单晶(即多晶或非晶)半导体材料构成，它可具有逻辑、存储、模拟等功能。对于具有逻辑和模拟功能的3D-IC层来说，它们对缺陷较敏感。由于非单晶半导体材料的缺陷密度较大，故这类3D-IC的成品率不高。同时，逻辑和模拟功能功耗较高，它们的三维集成面临较大的散热问题。相比之下，因为一般存储器具有修复缺陷的能力，它对缺陷较不敏感；且其功耗低，不存在散热问题。故存储器较适合于三维集成。三维存储器(3-dimensional memory，简称为3D-M)将一个或多个存储层在垂直于衬底的方向上相互叠置在衬底电路上。如图1A所示，3D-M含有至少一个叠置于半导体衬底0s上的三维存储层100，每个三维存储层(如100)上有多条地址选择线(包括字线20a和位线30a)和多个3D-M元(1aa...)。衬底0s上有多个晶体管。接触通道口(20av、30av...)为地址选择线(20a、30a...)和衬底电路提供电连接。3D-M可以分为三维随机存取存储器(3D-RAM)和三维只读存储器(3D-ROM)。3D-RAM元的电路与常规RAM元类似，只是它一般由薄膜晶体管1t构成(图1B)。3D-ROM可以是掩膜编程(3D-MPROM)或电编程(3D-EPROM，包括一次编程或多次编程，如3D-flash、3D-MRAM、3D-FRAM、3D-OUM等)。其基本结构可见美国专利5,835,396和别的公开文件等。它可以使用如薄膜晶体管(TFT)1t的有源元件(图1CA、图1CB)和/或如二极管1d的无源元件(图1DA-图1E)。对于使用TFT的3D-ROM元来说，它们可以含有悬浮栅30fg(图1CA)或具有垂直沟道25c(图1CB)。对于使用二极管的3D-MPROM元来说，它含有具有非线性电阻特性的3D-ROM膜22(包括准导通膜)，并以信息开口24(即通道孔)的存在(或设置介质26的不存在)来表示逻辑“1”(图1DA)，信息开口24的不存在(或设置介质26的存在)来表示逻辑“0”(图1DB)。这里，设置介质26是指介于地址选择线20a、30a之间的介质，其存在与否决定该3D-ROM元的设置值。对于使用二极管的3D-EPROM来说，可以通过反熔丝22af的完整性来表示逻辑信息(图1E)。3D-M具有低成本、高密度等优点。但由于它一般基于非单晶半导体，3D-M元的性能尚难于与常规的、基于单晶半导体的存储元相比。分离(standalone)的3D-M在读写速度、成品率、可编程性等方面尚待改进。这需要充分利用3D-M优良的可集成性。通过三维集成，3D-M能与常规的可读可写存储器和/或数据处理器集成在一个芯片上，从而实现三维集成存储器(3DiM)。3DiM的整体性能(如速度、成品率、可编程性和数据的安全性)远较分离(standalone)的3D-M优良。本专利技术提出了多种提高3D-M可集成性的方法。3DiM的另一重要应用领域为集成电路测试载有测试数据的3D-M可以与被测试电路集成在一起，从而实现其现场自测试和同速测试。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是进一步降低3D-MPROM的生产成本。本专利技术的另一目的是进一步提高3D-M的可制造性。根据这些以及别的目的，本专利技术提供了一种改进的三维存储器(3D-M)。与常规存储器相比较，三维存储器(3D-M)的一个最大优势是其可集成性。由于3D-M元不占衬底面积，因此可利用衬底上的半导体面积形成较为复杂的衬底集成电路。衬底集成电路可以包含常规的存储器、数据处理器、模拟电路等。3D-M与这些衬底集成电路集成后形成的3D-M系统芯片(3D-M SoC)被称为三维集成存储器(3-dimensional integrated memory，简称为3DiM)。3DiM可进一步提高3D-M的速度、成品率、可编程性和数据安全性等。在3DiM中，与3D-M集成的衬底集成电路可包括嵌入式可读可写存储器(embeddedRWM，简称为eRWM)和嵌入式数据处理器(embedded processor，简称为eP)。3D-M和eRWM各有千秋3D-M在可集成性和容量/价格方面有优势，eRWM在速度和可写性方面有优势。它们之间的集成可以发挥各自的优势，以达到优化系统性能的目的。同时，如将3D-M和eP集成起来，则可在3DiM芯片内对3D-M所载的数据进行处理，从而提高3D-M的数据安全性。一个典型的eRWM是嵌入式RAM(embedded RAM，简称为eRAM)。eRAM的首访时间很短，它可以作为3D-M的数据缓冲区(cache)，即存放3D-M数据的一个备份。eP在读数据时，先到eRAM中寻找。如找不到，则再到3D-M中寻找。这样能解决eP和3D-M数据供需速度不同的问题。另一个典型的eRWM是嵌入式ROM(embedded ROM，简称为eROM)。eROM一般是非易失性存储器(NVM)，其优良的可编程性能弥补3D-M有限的可编程性。eROM是存储3D-M纠错数据和升级码的理想载体(参见PCT申请“三维存储器”等在先申请)。把3D-M和eP、eRWM集成在一起，可以实现单芯计算机(computer-on-a-chip，简称为ConC)。ConC能完成当今计算机的多种功能。一个典型的ConC是单芯播放器(player-on-a-chip，简称为PonC)。PonC可以用来存储和播放资料(如音像作品、电子书、地图等)，并为它们提供优良的版权保护。对于利用光盘、常规ROM来存储资料的技术，盗版者可以通过监听资料存储载体的输出信号或对资料存储载体进行反设计(reverseengineering)来获取原始资料。在PonC中，3D-M与资料播放器(最好含一片内D/A转换器)集成在一个芯片里，其输出信号为模拟信号和/或解码信号。在使用时，原始资料不会以任何形式输出到PonC外，它很难被数字化地复制，故PonC提供极强的版权保护。对于使用掩模编程3D-M来存储数据的3DiM，3D-M中信息开口所代表的数据最好为加密数据。并且，3DiM内最好含有一片内解密引擎，它对3D-M数据进行解密，解密后的数据被直接送至片内别的功能块。这样，很难通过剥离(de-layering)等反设计手段来获取3D-M所载的数据(包括资料和代码)。本专利技术从存储器结构的角度来进一步提高3D-M的可集成性。首先，最好使用具有简单结构的存储元，如基于二极管的三维只读存储元(3D-ROM)，尤其是三维掩模编程存储元(3D-MPROM)等；其次，如3D-M的工艺流程使用了较高温度，则衬底电路的互连线系统最好由在该温度下稳定的耐熔性导体(如耐熔性金属)和热稳定介质(如氧化硅、氮化硅)构成；再次，3D-M阵列中最好含有多个地址选择线空隙，它们使嵌入式引线能穿过该3D-M层，从而为衬底集成电路提供外界接口；另外，对于高速衬底集成电路，在至少部分3D-M层和衬底电路之间最好有一屏蔽层。3DiM的另一个重要应用领域是集成电路测试。现有的测试技术难以对高速集成电路实现同速测试(a本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含有多个存储层的三维掩膜编程只读存储器（３Ｄ－ＭＰＲＯＭ），其存储层的特征在于含有：多条具有第一线宽的第一地址选择线；一位于该第一地址选择线上方的阻挡介质膜；以及多条位于该阻挡介质膜上方、且具有第二线宽的第二地址 选择线；位于所述第一和第二地址选择线交叉处的第一和第二存储元，在该第一存储元处，该阻挡介质膜中具有信息开口，所述信息开口的尺寸大于该第一或第二线宽；在该第二存储元处，该阻挡介质膜不具有信息开口。

【技术特征摘要】

【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：90[中国|成都]