[发明专利]具有三维相变存储器的三维存储设备

说明书

公开了具有3D相变存储器(PCM)的三维(3D)存储设备及用于形成和操作3D存储设备的方法的实施例。在一个示例中，一种3D存储设备包括第一半导体结构，所述第一半导体结构包括外围电路、3D PCM单元阵列、以及包括多个第一键合触点的第一键合层。3D存储设备还进一步包括第二半导体结构，所述第二半导体结构包括3D NAND存储器串阵列和包括多个第二键合触点的第二键合层。3D存储设备还包括第一键合层和第二键合层之间的键合界面。第一键合触点在键合界面处与第二键合触点接触。

本申请是申请日为2019年9月11日、发明名称为“具有三维相变存储器的三维存储设备”的专利申请201980002056.1的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求享有于2019年4月30日提交的题为“THREE-DIMENSIONAL MEMORYDEVICE WITH EMBEDDED DYNAMIC RANDOM-ACCESS MEMORY”的国际申请No.PCT/CN2019/085237的优先权，该申请通过引用的方式整体上并入本文。

技术领域

本公开内容的实施例涉及三维(3D)存储设备及其制造和操作方法。

背景技术

通过改进工艺技术、电路设计、编程算法和制造工艺，将平面存储单元缩小到更小的尺寸。然而，随着存储单元的特征尺寸接近下限，平面工艺和制造技术变得具有挑战性且成本高。作为结果，平面存储单元的存储密度接近上限。

3D存储器架构可以解决平面存储单元的密度限制。3D存储器架构包括存储器阵列和用于控制进出存储器阵列的信号的外围设备。

发明内容

本文公开了具有3D相变存储器(PCM)的3D存储设备及其制造和操作方法的实施例。

在一个示例中，一种3D存储设备包括第一半导体结构，所述第一半导体结构包括外围电路、3D PCM单元阵列、以及包括多个第一键合触点的第一键合层。3D存储设备还进一步包括第二半导体结构，所述第二半导体结构包括3D NAND存储器串阵列和包括多个第二键合触点的第二键合层。3D存储设备还包括第一键合层和第二键合层之间的键合界面。第一键合触点在键合界面处与第二键合触点接触。

在另一示例中，公开了一种用于形成3D存储设备的方法。形成第一半导体结构。第一半导体结构包括外围电路、3D PCM单元阵列、以及包括多个第一键合触点的第一键合层。形成第二半导体结构。第二半导体结构包括3D NAND存储器串阵列和包括多个第二键合触点的第二键合层。将第一半导体结构和第二半导体结构以面对面的方式键合，使得第一键合触点在键合界面处与第二键合触点接触。

在又一个示例中，公开了一种用于操作3D存储设备的方法。3D存储设备包括同一芯片中的输入/输出电路、3D PCM单元阵列和3D NAND存储器串阵列。数据通过输入/输出电路传输到3D PCM单元阵列。数据缓存在3D PCM单元阵列中。数据从3D PCM单元阵列存储到3D NAND存储器串阵列中。

附图说明

并入本文并形成说明书的一部分的附图示出了本公开内容的实施例，并且附图与说明书一起进一步用于解释本公开内容的原理并且使得相关领域技术人员能够做出和使用本公开内容。

图1A示出了根据一些实施例的具有3D PCM的示例性3D存储设备的横截面的示意图。

图1B示出了根据一些实施例的具有3D PCM的另一示例性3D存储设备的横截面的示意图。

图2示出了根据一些实施例的具有外围电路和3D PCM的示例性半导体结构的示意性平面图。

图3示出了根据一些实施例的具有3D PCM的示例性3D存储设备的横截面。

图4示出了根据一些实施例的具有3D PCM的另一示例性3D存储设备的横截面。