[發明專利]三維縱向一次編程存儲器

在審

• 申請號: 201810072197.8
• 申請日: 2018-01-25
• 公開（公告）號: CN110085587A
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 張國飆
• 申請（專利權）人: 杭州海存信息技術有限公司
• 主分類號: H01L27/112
• 分類號: H01L27/112
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出一種三維縱向一次編程存儲器（3D?OTP_V）。它含有多層堆疊的水平地址線，多個穿透水平地址線的存儲井，一層覆蓋存儲井邊墻反熔絲膜，多條形成在存儲井中的豎直地址線。在一個讀周期中，與一字線電耦合的所有OTP存儲元存儲的信息被讀出。

技術領域

本發明涉及集成電路存儲器領域，更確切地說，涉及一次編程存儲器（OTP）。

背景技術

三維一次編程存儲器（3D-OTP）是一種單體（monolithic）半導體存儲器，它含有多個垂直堆疊的OTP存儲元。3D-OTP的存儲元分布在三維空間中，而傳統的平面型OTP的存儲元分布在二維平面上。相對于傳統OTP，3D-OTP具有存儲密度大，存儲成本低等優點。此外，3D-OTP數據壽命長（>100年），適合長久存儲數據。

美國專利5,835,396（發明人：張國飆；授權日：1998年11月10日）披露了一種3D-OTP。3D-OTP芯片含有一襯底及多個堆疊于襯底電路層上的OTP存儲層。襯底上的晶體管及其互連線構成襯底電路（包括3D-OTP的周邊電路）。每個OTP存儲層含有多條水平地址線（包括字線和位線）及多個OTP存儲元。每個OTP存儲層含有多個OTP陣列，每個OTP陣列是共享有至少一條地址線的OTP存儲元的集合。接觸通道孔將地址線與襯底電路電耦合。

由于其地址線都是水平的，該3D-OTP被稱為橫向3D-OTP（3D-OTP_H）。當3D-OTP_H的存儲容量超過100Gb時，其地址線線寬進入1x nm，這需要采用高精度光刻技術（如多次曝光技術），增加芯片成本。同時，隨著OTP存儲層數目的增加，平面化將越來越困難。因此，3D-OTP_H的OTP存儲層數目受到限制。

發明內容

本發明的主要目的是提供一種廉價且高密度的三維一次編程存儲器（3D-OTP）。

本發明的另一目的是采用較低精度光刻技術制造3D-OTP。

本發明的另一目的是增加OTP存儲層的數目。

本發明的另一目的是在OTP存儲元漏電流較大的情況下保證3D-OTP的正常工作。

為了實現這些以及別的目的，本發明提出一種三維縱向一次編程存儲器（3D-OTP_V）。它含有多個在襯底電路上并肩排列的OTP存儲串，每個OTP存儲串垂直與襯底且含有多個垂直堆疊的OTP存儲元。具體說來，3D-OTP_V含有多條垂直堆疊的水平地址線（字線）。在刻蝕出多個穿透這些水平地址線的存儲井后，在存儲井的邊墻覆蓋一層反熔絲膜，并填充導體材料以形成豎直地址線（位線）。導體材料可以是金屬材料或摻雜的半導體材料。OTP存儲元形成在字線和位線的交叉處。

每個OTP存儲元含有一反熔絲和一二極管，反熔絲含有一反熔絲膜。反熔絲膜就是一層絕緣膜（如氧化硅、氮化硅），它在編程時從高電阻態不可逆轉地轉變為低電阻態。對于多位元3D-OTP_V（即每個OTP存儲元存儲n>1位信息），每個OTP存儲元存儲>1位數據，它具有N>2種狀態。不同狀態的OTP存儲元采用的編程電流不同，因此，它們具有不同電阻。二極管含有一準導通膜，它具有如下廣義特征：當外加電壓的數值小于讀電壓或外加電壓的方向與讀電壓相反時，其電阻遠大于其在讀電壓下的電阻（讀電阻）。