[發(fā)明專利]基于三維偏置印錄存儲器的三維封裝

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610927271.0
• 申請日: 2016-10-24
• 公開（公告）號: CN107978516A
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張國飆
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州海存信息技術(shù)有限公司
• 主分類號: H01L21/027
• 分類號: H01L21/027
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路存儲器領(lǐng)域，更確切地說，涉及掩膜編程只讀存儲器（mask-ROM）。

背景技術(shù)

三維掩膜編程只讀存儲器（3D-MPROM）是實現(xiàn)海量出版的理想媒介。美國專利5,835,396披露了一種3D-MPROM。如圖1所示，3D-MPROM是一種單片集成電路，它含有一半導(dǎo)體襯底0及一堆疊在襯底上的三維堆10。該三維堆10含有M（M≥2）個相互堆疊的存儲層（如10A、10B）。每個存儲層（如10A）含有多條頂?shù)刂肪€（如2a）、底地址線（如1a）和存儲元（如5aa）。每個存儲元存儲n（n≥1）位數(shù)據(jù)。存儲層（如16A、16B）通過接觸通道孔（如1av、1’av）與襯底0耦合。在襯底0中的襯底電路0X含有三維堆10的周邊電路。在本申請中，xMxn 3D-MPROM是指一個含有M（M≥2）個存儲層，且每個存儲元存儲n（n≥1）位的3D-MPROM。

3D-MPROM是一種基于二極管的交叉點存儲器。每個存儲元（如5aa）一般含有一個二極管3d。二極管可以廣義定義為任何具有如下特性的兩端口器件：當(dāng)其所受電壓的大小小于讀電壓，或者其所受電壓的方向與讀電壓不同時，其電阻大于在讀電壓下的電阻。每個存儲層（如10A）還至少含有一層數(shù)據(jù)錄入膜（如6A）。數(shù)據(jù)錄入膜中的圖形為數(shù)據(jù)圖形，它代表其所存儲的數(shù)據(jù)。在圖1中，數(shù)據(jù)錄入膜6A是一層隔離介質(zhì)3b，它阻擋頂?shù)刂肪€和底地址線之間的電流流動，并通過數(shù)據(jù)開口（如6ca）的存在與否來區(qū)別存儲元（如5ca）的不同狀態(tài)。

數(shù)據(jù)錄入膜中的圖形是通過圖形轉(zhuǎn)換得來的。圖形轉(zhuǎn)換，又稱為印錄（print），將圖形從一塊掩膜版轉(zhuǎn)換到一層集成電路的薄膜中。在以往技術(shù)中，不同存儲層中的數(shù)據(jù)圖形是由不同數(shù)據(jù)掩膜版印錄來的。圖2A-圖2B表示兩款以往技術(shù)使用的數(shù)據(jù)掩膜版4A、4B。每塊數(shù)據(jù)掩膜版（如4A）含有一個掩膜元陣列“aa”-“bd”。每個掩膜元處圖形的明或暗決定對應(yīng)的存儲元處數(shù)據(jù)開口的存在與否。例如說，數(shù)據(jù)掩膜版4A上的掩膜開口4ca導(dǎo)致存儲層10A中存儲元5ca的數(shù)據(jù)開口6ca；數(shù)據(jù)掩膜版4B上的掩膜開口4’aa、4’da導(dǎo)致存儲層10B中存儲元5’aa、5’da的數(shù)據(jù)開口6’aa、6’da。

為了進一步提高存儲密度，3D-MPROM可以采用n（n>1）位元，即每個存儲元存儲n位數(shù)據(jù)。美國專利申請序列號12/785,621披露了一種采用多位元的3D-MPROM。如圖3所示，其存儲元（如5aa）是一個2位元，即它存儲兩個數(shù)碼位：第1和第2數(shù)碼位。其中，第1數(shù)碼位通過一次額外摻雜實現(xiàn)，而第2數(shù)碼位通過一層電阻膜實現(xiàn)。在本申請中，第j個數(shù)碼位表示一個n位元（存儲n個數(shù)碼位的存儲元，n≥j）中存儲的第j位。

在以往技術(shù)中，不同數(shù)碼位的數(shù)據(jù)圖形是由不同數(shù)據(jù)掩膜版印錄來的。圖4A-圖4B表示兩款以往技術(shù)使用的數(shù)據(jù)掩膜版4C、4D。每塊數(shù)據(jù)掩膜版（如4C）含有一個掩膜元陣列“aa”-“bd”。每個掩膜元處圖形的明或暗決定對應(yīng)的存儲元處額外摻雜膜或電阻膜的存在與否。例如說，數(shù)據(jù)掩膜版4C上的掩膜開口4xa*導(dǎo)致形成存儲元5ca、5da中的額外摻雜膜3i；數(shù)據(jù)掩膜版4D上的掩膜開口4’ba*、4’da*導(dǎo)致清除存儲元5ba、5da中的電阻膜3r。

在以往技術(shù)中，由于每個存儲層和每個數(shù)碼位均需要一塊數(shù)據(jù)掩膜版，xMxn 3D-MPROM一般需要M×n塊數(shù)據(jù)掩膜版。在22nm節(jié)點，一塊數(shù)據(jù)掩膜版的成本為25萬美元，一套x8x2 3D-MPROM所需數(shù)據(jù)掩膜版（包括16塊數(shù)據(jù)掩膜版）的成本高達4百萬美元。如此高昂的數(shù)據(jù)掩膜版成本將極大地限制3D-MPROM的廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的是提供一種具有較低數(shù)據(jù)錄入成本的3D-MPROM。

本發(fā)明的另一目的是提供一種減少3D-MPROM所需數(shù)據(jù)掩膜版數(shù)目的方法。

根據(jù)這些以及別的目的，本發(fā)明提出一種三維偏置印錄存儲器（three-dimensional offset-printed memory，簡稱為3D-oP）。3D-oP是一種改進的3D-MPROM，它通過偏置印錄來錄入數(shù)據(jù)。為了實現(xiàn)偏置印錄，對應(yīng)于不同存儲層/數(shù)碼位的掩膜圖形被合并到一多區(qū)域數(shù)據(jù)掩膜版上。在不同的印錄步驟中，晶圓相對于該多區(qū)域數(shù)據(jù)掩膜版的偏置量不同。因此，來自同一數(shù)據(jù)掩膜版的掩膜圖形被印錄到不同存儲層/數(shù)碼位的數(shù)據(jù)錄入膜中。偏置印錄可以減少存儲器所需數(shù)據(jù)掩膜版的數(shù)量，從而降低數(shù)據(jù)錄入成本。本發(fā)明中，掩膜版可以泛指任何印錄工藝采用的圖形承載裝置，包括模版。