[发明专利]三维纵向电编程存储器

说明书

本发明提出一种三维纵向电编程存储器（3D‑EPM_V）。它含有多层堆叠的水平地址线，多个穿透水平地址线的存储井，一层覆盖存储井边墙、厚度小于100nm的薄存储膜（包括编程膜和二极管膜），多条形成在存储井中的竖直地址线。由于薄存储膜具有较大反向漏电流，为了避免读错误或高能耗，存储阵列中存储元所受的最大反向偏置电压远小于读电压。

技术领域

本发明涉及集成电路存储器领域，更确切地说，涉及电编程存储器(EPM)。

背景技术

三维电编程存储器(3D-EPM)是一种单体(monolithic)半导体存储器，它含有多个垂直堆叠的存储元。存储元分布在三维空间中，而传统的平面型EPM的存储元分布在二维平面上。相对于传统EPM，3D-EPM具有存储密度大，存储成本低等优点。

美国专利申请US 2017/0148851A1(申请人：Hsu；申请日：2016年11月23日)提出一种三维纵向电编程存储器(3D-EPM_V)，它含有多层堆叠的水平地址线，多个穿透水平地址线的存储井，覆盖存储井边墙的存储膜，以及多条形成在存储井中的竖直地址线。存储元位于水平地址线和竖直地址线的交叉处。水平地址线和竖直地址线之间的材料被称为存储膜，它包括编程膜(Hsu称之为memory layer)和二极管膜(Hsu称之为选择膜selector layer)。在不同以往技术中，二极管膜还也被称为选向器steering element、准导通膜等。

在以往技术中，为了避免读干扰和高功耗，存储膜含有单独的、高质量的二极管膜。高质量的二极管膜的厚度一般较大。以P-N薄膜二极管为例，具有良好正反电流选择比(rectifying ratio)的P-N薄膜二极管的厚度在100nm以上。在3D-EPM_V中，存储井的半径是竖直地址线的半径、编程膜的厚度以及二极管膜的厚度之和。这么厚的二极管膜如形成在存储井中，再加上编程膜的厚度，将导致存储井尺寸较大，存储密度较低。

图7代表传统的读模式。为了读取存储阵列10`中选中存储元1ac`(与选中字线8a`和选中位线4c`耦合)存储的信息，选中字线8a`的电压升到并维持在读电压V<sub>R</sub>，未选中字线8b`-8d`的电压维持在0；此外，选中位线4c`的电压预先降至0，未选中位线4a`,4b`,4d` 上的电压维持在V<sub>R</sub>。在读阶段，选中字线8a`通过存储元1ac`向选中位线4c`充电。这时，每条未选中字线(如8b`)上的漏电流为(n-1)*I(-V<sub>R</sub>)。其中，n为与未选中字线8b`耦合的所有位线的数目，I(-V_R)为存储元(如1bd`)在反向偏置电压-V<sub>R</sub>下时的漏电流。由于在传统读模式下，存储阵列10`中每个反向偏置存储元(如1bd`)所受的反向偏置电压较大(均为- V<sub>R</sub>)，因此存储阵列10`的漏电流较大，也较易发生读干扰。

发明内容

本发明的主要目的是提高三维多次编程存储器(3D-EPM)的存储密度。

本发明的另一目的是使存储井的填充工艺更加简单。

本发明的另一目的是使存储井的尺寸更小。

本发明的另一目的是在二极管质量较差的情况下保证3D-EPM的正常工作。

为了实现这些以及别的目的，本发明提出一种改进的三维纵向电编程存储器(3D-EPM_V)。它含有多层堆叠的水平地址线。在刻蚀出多个穿透这些水平地址线的存储井后，在存储井的边墙覆盖一层薄存储膜，并填充导体材料以形成竖直地址线。