[发明专利]三维只读存储器及其制造方法

说明书

本发明涉及集成电路领域，更确切地说，涉及集成电路中的只读存储器及其制造方法。

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)，另一种是场编程只读存储器(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开启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)描述了另一种场编程只读存储器。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，本发明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。

本发明的第一个目的是提供一种新型的、以三维形式生成的只读存储元；

本发明的第二个目的是提供一种三维只读存储器；

本发明的第三个目的是提供一种三维只读存储器的制造方法。

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种三维只读存储器及其制造方法。

本发明的一种三维只读存储器包括一含有晶体管的半导体衬底，其特征在于还包括：至少两个叠置在所述衬底上的只读存储层，每一只读存储层包括多个只读存储元和多个地址选择线；以及多个形成在所述只读存储层和半导体衬底之间、用于提供所述只读存储层和所述半导体衬底之间的连接的层间连接通道口和/或接触通道孔。

本发明的另一种三维只读存储器包括一含有晶体管的半导体衬底，其特征在于还包括：一绝缘介质膜，该绝缘介质膜覆盖至少部分该半导体衬底且是平面化的；至少一个叠置在所述绝缘介质膜上的只读存储层，所述只读存储层包括多个只读存储器和多个地址选择线；以及多个形成在所述只读存储层和半导体衬底之间、用于提供所述只读存储层和所述半导体衬底之间连接的层间连接通道口和/或接触通道孔。

本发明的三维只读存储器的制造方法包括下列步骤：1)在一半导体衬底上形成晶体管；2)在形成有晶体管的半导体衬底上形成一绝缘介质膜；3)在上述绝缘介质膜上形成多个接触通道孔和/或层间连接通道口；4)在上述形成有接触通道孔和/或层间连接通道口的绝缘介质膜上形成第一只读存储层；5)重复步骤4在所述第一存储层上形成第二只读存储层等。