[發明專利]改進的三維只讀存儲器

有效

• 申請號: 200610159413.X
• 申請日: 2002-11-17
• 公開（公告）號: CN101110269A
• 公開（公告）日: 2008-01-23
• 發明（設計）人: 張國飆
• 申請（專利權）人: 張國飆
• 主分類號: G11C17/10
• 分類號: G11C17/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明是申請號為02150190.4、申請日為2002年11月17日、發明名稱為“三維存儲器的設計”的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及集成電路領域，更確切地說，涉及三維只讀存儲器的設計。

背景技術

三維集成電路(簡稱為3D-IC)將一個或多個三維集成電路層(簡稱為3D-IC層)在垂直于襯底的方向上相互疊置在襯底上。3D-IC可以具有多種功能，如模擬功能、數字功能、存儲器功能等。由于存儲器具有糾錯能力，它能容忍較大的缺陷密度；且其功耗低，不存在散熱問題，故存儲器尤其適合于三維集成。

三維存儲器(3-dimensional?memory，簡稱為3D-M)將一個或多個存儲層在垂直于襯底的方向上相互疊置在襯底電路上。如圖1A所示，3D-M含有至少一個疊置于半導體襯底0s上的三維存儲層100，每個三維存儲層(如100)上有多條地址選擇線(包括字線20a和位線30a)和多個三維存儲元，即3D-M元(1aa...)。襯底0s上有多個晶體管。接觸通道口(20av、30av...)為地址選擇線(20a、30a...)和襯底電路提供電連接。3D-M可以分為三維隨機存取存儲器(3D-RAM)和三維只讀存儲器(3D-ROM)。3D-RAM元的電路與常規RAM元類似，只是它一般由薄膜晶體管1t構成(圖1B)。3D-ROM可以是掩膜編程(3D-MPROM)、至少一次編程(3D-EPROM)、或多次編程(包括3D-flash、3D-MRAM、3D-FRAM、3D-OUM等)。其基本結構可見美國專利5,835,396等公開文件。它可以使用如薄膜晶體管(TFT)1t的有源元件(圖1CA、圖1CB)和/或如二極管1d的無源元件(圖1DA-圖1E)。對于使用TFT的3D-ROM元來說，它們可以含有懸浮柵30fg(圖1CA)或具有垂直溝道25c(圖1CB)。對于使用二極管的3D-MPROM元來說，它含有具有非線性電阻特性的3D-ROM膜22(包括準導通膜)，并以信息開口24(即通道孔)的存在(即設置介質26的不存在)來表示邏輯“1”(圖1DA)，信息開口24的不存在(即設置介質26的存在)來表示邏輯“0”(圖1DB)。這里，設置介質26是指介于地址選擇線20a、30a之間的介質，其存在與否決定該3D-ROM元的設置值。對于使用二極管的3D-EPROM來說，可以通過反熔絲22af的完整性來表示邏輯信息(圖1E)。

3D-M具有低成本、高密度等優點，但由于其存儲元一般由非單晶半導體材料構成，故其性能尚難于與常規的、基于單晶半導體的固態存儲器相比。這需要對3D-M的周邊電路作進一步改進，并充分利用其與襯底電路的可集成性，來提高3D-M的的速度、成品率和可編程性。本發明在這些方面對3D-M做了進一步完善。

發明目的

本發明的主要目的是進一步提高三維只讀存儲器(3D-ROM)的可集成性。

本發明的另一目的是提高3D-ROM的成品率。

本發明的另一目的是提高3D-ROM在高溫下的可操作性。

根據這些以及別的目的，本發明提供了多種改進的三維只讀存儲器(3D-ROM)。

發明內容

與常規的、基于單晶半導體的固態存儲器相比，3D-M元的讀寫速度較慢，這可以從電路設計和系統設計的角度來解決。從電路設計的角度，可以利用讀出放大器(S/A)、全讀模式和自定時來提高其讀速度。由于使用S/A，產生邏輯輸出所需的位線電壓擺幅很小(～0.1V)，所以對位線充電只需較短時間，這能極大地縮短首訪時間；全讀模式在一次讀操作時將一條字線上的所有存儲元中的數據同時讀出，這能提高帶寬，并能提高3D-M單位陣列的容量；自定時能提高讀的可信度并降低能耗。電編程3D-M可以采用平行編程來提高寫速度。