[发明专利]三维印录存储器

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路存储器领域，更确切地说，涉及掩膜编程只读存储器（mask-ROM）。

背景技术

光碟—包括DVD碟和蓝光碟（BD）—是海量出版的主要媒介。海量出版中的“海量”具有双重意义，它指对海量出版物的海量发行。这里，每个海量出版物含有海量数据，其数据量为GB量级，其内容可以是电影、电子游戏、数字地图、音乐库、图书库或软件等。例如说，一部VCD格式电影的数据量为~0.5GB，一部DVD格式电影的数据量为~4GB，而一部BD格式电影的数据量则为~20GB。另一方面，海量发行是指发行量过万，甚至达到百万量级。

光碟对于移动用户来说尺寸过大。由于半导体存储器尺寸更小，因此它更适合针对移动用户的海量出版。三维掩膜编程只读存储器（3D-MPROM）就是这么一种半导体存储器。美国专利5,835,396、6,624,485、6,794,253、6,903,427和7,821,080披露了3D-MPROM的多个特征。如图1所示，3D-MPROM是一种单片集成电路，它含有一半导体衬底0及一堆叠在衬底上的三维堆16。该三维堆16含有M（M≥2）个相互堆叠的存储层（如16A、16B）。每个存储层（如16A）含有多条顶地址线（如2a-2d）、底地址线（如1a）和存储元（如5aa-5ad）。每个存储元存储n（n≥1）位数据。存储层（如16A、16B）通过接触通道孔（如1av、1’av）与衬底0耦合。在衬底0中的衬底电路0X含有三维堆16的周边电路。在本申请中，xMxn 3D-MPROM是指一个含有M（M≥2）个存储层，且每个存储元存储n（n≥1）位的3D-MPROM。

3D-MPROM是一种基于二极管的交叉点（cross-point）阵列存储器。每个存储元（如5aa）一般含有一个二极管3d。二极管泛指任何具有如下特性的两端口器件：当其所受电压的大小小于读电压，或者其所受电压的方向与读电压不同时，其电阻大于在读电压下的电阻。每个存储层（如16A）还至少含有一层数据录入膜（如6A）。数据录入膜中的图形为数据图形，它代表其所存储的数据。在图1中，数据录入膜 6A 、 6B 均为隔离介质膜 3b，它阻挡顶地址线和底地址线之间的电流流动，并通过数据开口（如6aa）的存在与否来区别存储元（如5aa）的不同状态。除了隔离介质膜3b，数据录入膜6A也可以含有电阻膜（参见美国专利申请12/785,621）或额外掺杂膜（参见美国专利7,821,080）。

数据录入膜中的图形是通过图形转换得来的。图形转换也称为印录（print），即通过“印”的方式来录入数据。现有技术采用光刻法从数据掩膜版印录数据。一般说来，一个xMxn 3D-MPROM需要M×n块数据掩膜版。例如，对于一个x8x2 3D-MPROM来说，它需要16（=8×2）块数据掩膜版。在90nm之后，数据掩膜版成本急剧上升：在90nm结点这套数据掩膜版的成本约为80万美元，在22nm结点其成本则涨到4百万美元。

在以往技术中，一套数据掩膜版仅为一个海量出版物专用，它是专用型数据掩膜版。如图2所示，专用型数据掩膜版8A仅含有海量出版物MC₀的掩膜图形。注意到，一块数据掩膜版8A上可以含有多个MC₀掩膜图形的拷贝（这里是16个拷贝）。对于专用型数据掩膜版来说，掩膜版的高昂成本落在单个海量出版物身上。相应地，存储该海量出版物MC₀的3D-MPROM之成本也变得高昂。大多数本专业人士普遍认为：在90nm之后，高昂的数据掩膜版成本将极大地限制3D-MPROM的广泛应用。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种用于实现海量出版的3D-MPROM。

本发明的另一目的是提供一种降低数据录入成本的方法。

本发明的另一目的是提供一种降低每个海量出版物的掩膜版成本之方法。

根据这些以及别的目的，本发明提出一种三维印录存储器（three-dimensional printed memory，简称为3D-P）。将其取名为“印录存储器”是为了突出这种以“印”来录入数据的方法，即印录法。在本发明中，“印录”是“掩膜编程”的另一种说法。