[发明专利]改进的三维掩膜编程只读存储器

说明书

本发明是申请号为200610153561.0、申请日为2002年9月30日、发明名称为“改进的 三维存储器”的发明专利申请的分案申请；该申请号为200610153561.0的发明专利申请是申 请号为02131089.0、申请日为2002年9月30日、发明名称为“三维集成存储器”的发明专 利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及集成电路领域，更确切地说，涉及三维掩膜编程只读存储器。

背景技术

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。本发明提出了多种提高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。

发明内容

本发明的主要目的是进一步提高三维掩膜编程只读存储器的可制造性。

根据这些以及别的目的，本发明提供了一种改进的三维掩膜编程只读存储器。