三維可寫印錄存儲器的制造方法【專利摘要】本發(fā)明提出一種三維可寫印錄存儲器（3D-wP），它含有印錄存儲陣列和直接可寫陣列。印錄存儲陣列存儲內(nèi)容數(shù)據(jù)，內(nèi)容數(shù)據(jù)通過印錄法（即掩膜編程法）錄入；直接可寫陣列存儲定制數(shù)據(jù)，定制數(shù)據(jù)通過寫錄法錄入。在本發(fā)明中，寫錄法主要采用直接寫入光刻法。為了保證產(chǎn)能，定制數(shù)據(jù)的總數(shù)據(jù)量應(yīng)少于內(nèi)容數(shù)據(jù)總數(shù)據(jù)量的1%?！緦＠f明】三維可寫印錄存儲器【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]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)?！?br>背景技術(shù)：
】[0002]三維掩膜編程只讀存儲器(3D-MPR0M)未來會代替光碟，它是海量出版物的理想存儲媒介。美國專利5，835，396披露了一種3D-MPR0M。如圖1所示，3D-MPR0M是一種單片集成電路，它含有一半導體襯底O及一堆疊在襯底O上的三維堆10。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Ia)和存儲元(如5aa)。每個存儲元存儲η(η>I)位數(shù)據(jù)。存儲層(如10AU0B)通過接觸通道孔(如lav、l’av)與襯底O耦合。襯底O含有晶體管0t。晶體管Ot及其互連線構(gòu)成襯底層0K。襯底層OK含有3D-MPR0M的周邊電路。在本申請中，xMxn3D-MPR0M是指一個含有M(M>2)個存儲層、每個存儲元存儲η(η>I)位的3D-MPR0M。[0003]是一種基于二極管的交叉點(cross-point)存儲器。每個存儲元(如5aa)—般含有一個二極管3d。在本發(fā)明中，二極管泛指任何具有如下特性的兩端口器件:當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，它代表該數(shù)據(jù)錄入膜所存儲的數(shù)據(jù)。在圖1中，數(shù)據(jù)錄入膜6A含有一層隔離介質(zhì)膜3b，它阻擋頂?shù)刂肪€和底地址線之間的電流流動。數(shù)據(jù)錄入膜6A通過數(shù)據(jù)開口6ca的存在與否來區(qū)別存儲元的不同狀態(tài)。除了隔離介質(zhì)膜3b，數(shù)據(jù)錄入膜6A也可以含有電阻膜(參見美國專利申請12/785,621)或額外摻雜膜(參見美國專利7，821，080)。[0004]在很多應(yīng)用中，需要在3D-MPR0M中寫錄定制數(shù)據(jù)。定制數(shù)據(jù)是指針對不同用戶不同的數(shù)據(jù)。例如說，為了增強數(shù)據(jù)安全性，不同3D-MPR0M芯片最好能采用不同的加密碼(參見美國專利申請13/027，274)。以往技術(shù)中，這是通過電編程只讀存儲器(EPROM)Oe或激光編程熔絲來實現(xiàn)的。但是，EPROM需要高編程電壓和額外工藝步驟，這會增加晶圓成本；激光編程熔絲所占面積較大(其面積一般大于lOOum2)，且由于激光編程熔絲只能在晶圓表面形成，其數(shù)據(jù)很容易被讀出，這對數(shù)據(jù)安全性不利。【
發(fā)明內(nèi)容】[0005]本發(fā)明的主要目的是提供一種能以較低成本寫錄定制數(shù)據(jù)的3D-MPR0M。[0006]本發(fā)明的另一目的是提供一種在3D-MPR0M中寫錄定制數(shù)據(jù)的方法。[0007]根據(jù)這些以及別的目的，本發(fā)明提出一種三維可寫印錄存儲器(three-dimensionalwritableprintedmemory,簡稱為3D_wP)。將其取名為“印錄存儲器”是為了突出這種以“印(print)”來錄入出版物數(shù)據(jù)的方法，即印錄法。在本發(fā)明中，“印”是“掩膜編程”的另一種說法。[0008]本發(fā)明提出一種3D-wP。它是一種3D-MPR0M。該3D_wP含有印錄存儲陣列和直接可寫陣列。其數(shù)據(jù)包括內(nèi)容數(shù)據(jù)和定制數(shù)據(jù)。其中，內(nèi)容數(shù)據(jù)是3DiP所存儲之出版物(包括電影、電子游戲、地圖、音樂庫、圖書庫、軟件等)的數(shù)據(jù)，它通過印錄法錄入至印錄存儲陣列中。印錄法是一種并行數(shù)據(jù)錄入方法，它主要包括光刻法(photo-lithography)和壓印法(imprint-lithography)等。定制數(shù)據(jù)(包括芯片序列號、加密碼等)一般不為終端用戶關(guān)心，它通過寫錄法錄入至直接可寫陣列中。寫錄法是一種串行數(shù)據(jù)錄入方法，它主要采用直接寫入光刻法，如電子束光刻、激光束光刻或聚焦粒子束光刻等技術(shù)。在同一批次3DiP中，所有存儲器存儲相同的內(nèi)容數(shù)據(jù)，但可以存儲不同的定制數(shù)據(jù)。為了保證產(chǎn)能，定制數(shù)據(jù)的總數(shù)據(jù)量應(yīng)少于內(nèi)容數(shù)據(jù)的總數(shù)據(jù)量的1%。[0009]相應(yīng)地，本發(fā)明提出一種3D-wP，其特征在于包括:一半導體襯底；多個堆疊在該襯底上并與之耦合的存儲層，所述多個存儲層相互堆疊，所述存儲層含有多個存儲內(nèi)容數(shù)據(jù)的印錄存儲陣列；一存儲定制數(shù)據(jù)的寫錄存儲陣列；所述定制數(shù)據(jù)的總數(shù)據(jù)量小于所述內(nèi)容數(shù)據(jù)總數(shù)據(jù)量的1%。[0010]本發(fā)明還提出一種制造3D-WP的方法，其特征在于包括如下步驟:1)在一半導體襯底上形成晶體管；2)通過直接寫入光刻法錄入定制數(shù)據(jù)；3)通過印錄法在多個相互堆疊的存儲層中錄入內(nèi)容數(shù)據(jù)，所述多個存儲層堆疊在該襯底上并與之耦合；其中，所述定制數(shù)據(jù)的總數(shù)據(jù)量小于所述內(nèi)容數(shù)據(jù)的總數(shù)據(jù)量的1%?！緦＠綀D】【附圖說明】[0011]圖1是一種以往技術(shù)中含有EPROM之3D-MPR0M的截面圖。[0012]圖2A-圖2B是同一3D-wP批次中兩個芯片的截面圖。[0013]圖3A-圖3D表示實現(xiàn)圖2A-圖2B中實施例的數(shù)據(jù)錄入步驟。[0014]圖4是另一種3D-wP芯片的截面圖。[0015]圖5表示實現(xiàn)圖4中實施例的數(shù)據(jù)錄入步驟。[0016]圖6是一個具有良好數(shù)據(jù)安全性3D-wP的框圖。[0017]注意到，這些附圖僅是概要圖，它們不按比例繪圖。為了顯眼和方便起見，圖中的部分尺寸和結(jié)構(gòu)可能做了放大或縮小。在不同實施例中，相同的符號一般表示對應(yīng)或類似的結(jié)構(gòu)?！揪唧w實施方式】[0018]圖2A-圖2B表示同一3D-wP批次中的兩個芯片18a、18b。在一個3D_wP批次中，所有芯片都由同一套掩膜版制造。在該實施例中，芯片18a、18b存儲同樣的內(nèi)容數(shù)據(jù)，但是存儲不同的定制數(shù)據(jù)。每個3D-wP芯片(如18a)含有一半導體襯底O和一堆疊在襯底O上的三維堆(如16a)。襯底O上的晶體管及其互連線構(gòu)成襯底層0K。三維堆16a含有兩個存儲層16A、16B,其存儲兀一般基于二極管3d。[0019]存儲層16A含有一個印錄存儲陣列IlA(包括存儲元5ac-5af)和一個寫錄存儲陣列13A(包括存儲元5aa、5ab)，存儲層16B僅含有一個印錄存儲陣列11B。其中，印錄存儲陣列IlAUlB存儲內(nèi)容數(shù)據(jù)。內(nèi)容數(shù)據(jù)是3D-wP所存儲之出版物(包括電影、電子游戲、地圖、音樂庫、圖書庫、軟件等)的數(shù)據(jù)，它是通過印錄法來錄入的。印錄法是一種并行數(shù)據(jù)錄入方法，它主要包括光刻法和壓印法等。印錄法使用數(shù)據(jù)掩膜版來錄入數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)掩膜版包括光刻數(shù)據(jù)掩膜版，以及壓印技術(shù)中采用的納米壓印模子(nanoimprintmold)或納米壓印模板(nanoimprinttemplate)。[0020]另一方面，寫錄存儲陣列13A存儲定制數(shù)據(jù)。定制數(shù)據(jù)(包括芯片序列號、加密碼等)一般不為終端用戶關(guān)心，它是通過寫錄法來錄入的。寫錄法是一種串行數(shù)據(jù)錄入方法，它主要包括直接寫入光刻法，如電子束光刻、激光束光刻或聚焦粒子束光刻等技術(shù)。直接寫入光刻法不需要數(shù)據(jù)掩膜版。[0021]對于圖2A中的芯片18a，其存儲層16A中數(shù)據(jù)錄入膜6A存儲的數(shù)據(jù)陣P18a[l]包括印錄數(shù)據(jù)陣P18a[l]和寫錄數(shù)據(jù)陣W18a[l]，即P18a[l]=p18a[l]+W18Jl]0其中，印錄數(shù)據(jù)陣P18Jl]存儲在印錄存儲陣列IlA中，而寫錄數(shù)據(jù)陣W18Jl]存儲在寫錄存儲陣列13A中。這里，數(shù)據(jù)陣是由一個存儲陣列中每個存儲元的同一數(shù)據(jù)錄入膜所代表的數(shù)碼值構(gòu)成的矩陣。數(shù)據(jù)陣的具體細節(jié)可以參見中國專利申請“三維偏置印錄存儲器”。[0022]另一方面，由于存儲層16B不含寫錄存儲陣列，其數(shù)據(jù)錄入膜6B存儲的數(shù)據(jù)陣P18a[2]僅為印錄數(shù)據(jù)陣p18a[2]，即P18a[2]=p18a[2]。總而言之，芯片18a的印錄數(shù)據(jù)陣序列可以表達為:S18a=(p18a[l],p18a[2])。這里，數(shù)據(jù)陣序列是指一個芯片中所有數(shù)據(jù)陣按一定順序排列而產(chǎn)生的序列。數(shù)據(jù)陣序列的具體細節(jié)可以參見中國專利申請“三維偏置印錄存儲器”。[0023]類似地，對于圖2B中的芯片18b，其存儲層16A中數(shù)據(jù)錄入膜6A存儲的數(shù)據(jù)陣P18Jl]包括印錄數(shù)據(jù)陣P18b[l]和寫錄數(shù)據(jù)陣W18b[l]，即P18b[l]=p18b[l]+W18Jl]0其存儲層16B中數(shù)據(jù)錄入膜6B存儲的數(shù)據(jù)陣P18b[2]為印錄數(shù)據(jù)陣P18b[2]，即P18b[2]=p18b[2]。其印錄數(shù)據(jù)陣序列為:S18b=(p18b[l],P18b[2])ο[0024]在同一3D-wP批次中，由于所有的芯片18a、18b都由同一套掩膜版制造，故它們存儲相同的內(nèi)容數(shù)據(jù)，并均含有相同印錄數(shù)據(jù)陣集合{S18a}和{S18b}。具體說來，{S18a}={p18a[l]，Pi8a[2]};{si8b}={p18b[l],P18b[2]};以及{S18a}={S18b}。這里，印錄數(shù)據(jù)陣集合是指一個芯片中所有數(shù)據(jù)陣的集合。注意到，一個集合僅和其中的元素有關(guān)，與其元素的排序無關(guān)。數(shù)據(jù)陣集合的具體細節(jié)可以參見中國專利申請“三維偏置印錄存儲器”。[0025]在數(shù)據(jù)錄入過程中，如果采用常規(guī)印錄法，芯片18a、18b的印錄數(shù)據(jù)陣序列S18a、S18b應(yīng)該相同(參見中國專利申請“三維印錄存儲器”)。如果采用偏置印錄法，芯片18a、18b的印錄數(shù)據(jù)陣序列S18a、S18b可以不同。比如說，芯片18a中存儲層16A的數(shù)據(jù)陣p18a[l]可以與芯片18b中存儲層16B的數(shù)據(jù)陣p18b[2]相同(參見中國專利申請“三維偏置印錄存儲器”)。[0026]另一方面,在同一3D_wP批次中，芯片18a、18b可以存儲不同的定制數(shù)據(jù)。它們的寫錄存儲陣列13A可以存儲不同的寫錄數(shù)據(jù)陣w18a[l]、w18b[l]。例如說，在芯片18a的寫錄存儲陣列13A中，存儲元5ab存儲‘0’，存儲元5aa存儲‘I’(圖2A);而在芯片18b的寫錄存儲陣列13A中，存儲元5ab存儲‘1’，存儲元5aa存儲‘0’(圖2B)。雖然寫錄存儲陣列13A中存儲的數(shù)據(jù)不同，由于寫錄定制數(shù)據(jù)不需要掩膜版，芯片18a、18b仍然屬于同一3D-wP批次。[0027]雖然寫錄法可以用來錄入定制數(shù)據(jù)，其生產(chǎn)效率很低。即使采用多電子束直接寫入技術(shù)，其生產(chǎn)效率也就是約每小時一個晶圓(參見Kampherbeek所著，“Highthroughputmasklesslithography”)。這比印錄法慢100倍。為了保持產(chǎn)能,定制數(shù)據(jù)的總數(shù)據(jù)量應(yīng)受到限制，至少應(yīng)該使寫錄所花的時間不長于印錄所花的時間。也就是說，定制數(shù)據(jù)的總數(shù)據(jù)量應(yīng)少于內(nèi)容數(shù)據(jù)總數(shù)據(jù)量的1%。[0028]圖3A-圖3D表示在圖2A-圖2B的實施例中錄入內(nèi)容數(shù)據(jù)和定制數(shù)據(jù)的步驟。它包括兩個數(shù)據(jù)錄入步驟:印錄步驟和寫錄步驟。在形成隔離介質(zhì)膜3b后，在晶圓表面形成一層光刻膠3p。印錄步驟通過光刻法或壓印法將內(nèi)容數(shù)據(jù)錄入到光刻膠3p中(圖3A)。例如說，光刻法通過一數(shù)據(jù)掩膜版將在存儲元5ad、5af處的光刻膠曝光。然后，寫錄步驟通過直接寫入光刻法將定制數(shù)據(jù)再錄入到光刻膠3p中(圖3B)。直接寫入光刻法不需要數(shù)據(jù)掩膜版，它使用一可控束(如電子束、激光束或聚焦粒子束)一位一位地(如存儲元5ab)將光刻膠3p曝光。在完成上述兩個數(shù)據(jù)錄入步驟后，對光刻膠3p進行顯影(圖3C)。這時，在存儲元5af、5ad、5ab處的光刻膠被清理掉。然后，一個刻蝕步驟將暴露的隔離介質(zhì)膜3b除去(圖3D)。經(jīng)過這些步驟后，內(nèi)容數(shù)據(jù)和定制數(shù)據(jù)被錄入到存儲層16A的數(shù)據(jù)錄入膜6A中。[0029]圖4表示另一種3D-wP芯片18。在該實施例中，存儲層16A、16B均僅含有印錄存儲陣列11A、11B。寫錄存儲陣列13形成在襯底層OK中。其存儲元0cl、0c2基于晶體管。襯底層OK含有至少一個數(shù)據(jù)錄入膜OVl:其通道孔Ovl的存在表示‘I’，不存在則表示‘0’。通過直接寫數(shù)據(jù)錄入膜0V1，存儲元0cl、0c2可以存儲定制數(shù)據(jù)。注意到，通道孔Ovl的最小特征尺寸P可以遠大于存儲層16A中數(shù)據(jù)開口6ca的最小特征尺寸P。這樣，即使印錄存儲陣列采用較先進的存儲器技術(shù)(如P=44nm)，寫錄存儲陣列仍可以采用較落后的技術(shù)(如p=2um)。該方法的優(yōu)點是可以采用一種較為低廉的寫錄技術(shù)一如激光束光刻技術(shù)一來直接寫數(shù)據(jù)。[0030]圖5表示實現(xiàn)圖4中實施例的數(shù)據(jù)錄入步驟。它包括寫錄步驟61、63和印錄步驟65、67。首先，將定制數(shù)據(jù)直接寫入襯底層OK的數(shù)據(jù)錄入膜OVl中(步驟61)。該步驟不需要數(shù)據(jù)掩膜版，它使用一可控束(如電子束、激光束或聚焦粒子束)將數(shù)據(jù)一位一位地寫入。在形成寫錄存儲陣列13(步驟63)后，將內(nèi)容數(shù)據(jù)印錄到存儲層16A的數(shù)據(jù)錄入膜6A中(步驟65)。該印錄步驟使用了一塊數(shù)據(jù)掩膜版，并形成印錄存儲陣列IlA(步驟67)。[0031]圖6表示一個具有良好數(shù)據(jù)安全性3D-wP18C。它含有一印錄存儲陣列11、一寫錄存儲陣列13和一加密邏輯17。它們最好集成在一個3DiP芯片中。印錄存儲陣列11存儲內(nèi)容數(shù)據(jù)，寫錄存儲陣列13存儲該3DiP芯片18C的密鑰。為了增強數(shù)據(jù)的安全性，不同芯片的密鑰最好不同。雖然同一3DiP批次中所有芯片都存儲相同內(nèi)容，由于每個芯片的輸出都由不同密鑰加密，故不同3DiP的輸出數(shù)據(jù)皆不同。為了防范反向設(shè)計，至少部分寫錄存儲陣列13位于3DiP芯片的最高存儲層16B之下，如在較低的存儲層16A中，或在襯底層OK中。除了密鑰外，寫錄存儲陣列13還可以存儲芯片序列號或與印錄數(shù)據(jù)陣序列相關(guān)的信息。[0032]應(yīng)該了解，在不遠離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以對本發(fā)明的形式和細節(jié)進行改動，這并不妨礙它們應(yīng)用本發(fā)明的精神。因此，除了根據(jù)附加的權(quán)利要求書的精神，本發(fā)明不應(yīng)受到任何限制?！緳?quán)利要求】1.一種三維可寫印錄存儲器(3D-WP)，其特征在于包括:一半導體襯底；多個堆疊在該襯底上并與之耦合的存儲層，所述多個存儲層相互堆疊，所述存儲層含有多個印錄存儲陣列，所述印錄存儲陣列中的圖形代表內(nèi)容數(shù)據(jù)；一寫錄存儲陣列，所述寫錄存儲陣列中的圖形代表定制數(shù)據(jù)；所述定制數(shù)據(jù)的總數(shù)據(jù)量小于所述內(nèi)容數(shù)據(jù)的總數(shù)據(jù)量的1%。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲器，其特征還在于:在同一批次所述3DiP中，所有存儲器存儲相同的內(nèi)容數(shù)據(jù)，且至少有兩個存儲器存儲不同的定制數(shù)據(jù)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲器，其特征還在于:所述寫錄存儲陣列位于所述存儲層中最高存儲層之下。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲器，其特征還在于:所述寫錄存儲陣列中數(shù)據(jù)錄入膜的最小特征尺寸大于所述印錄存儲陣列中數(shù)據(jù)錄入膜的最小特征尺寸。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲器，其特征還在于包括一加密手段。6.一種制造三維可寫印錄存儲器(3D-wP)的方法，其特征在于包括如下步驟:1)在一半導體襯底上形成晶體管；2)通過直接寫入光刻法錄入定制數(shù)據(jù)；3)通過印錄法在多個相互堆疊的存儲層中錄入內(nèi)容數(shù)據(jù)，所述多個存儲層堆疊在該襯底上并與之耦合；其中，所述定制數(shù)據(jù)的總數(shù)據(jù)量小于所述內(nèi)容數(shù)據(jù)的總數(shù)據(jù)量的1%。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的存儲器制造方法，其特征還在于:所述直接寫入光刻法包括電子束光刻、激光束光刻或聚焦粒子束光刻。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的存儲器制造方法，其特征還在于:所述印錄法包括光刻法和壓印法。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的存儲器制造方法，其特征還在于:在步驟3)之中完成步驟2)。10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的存儲器制造方法，其特征還在于:在步驟3)之前完成步驟2)。【文檔編號】H01L27/102GK103594471SQ201210292373【公開日】2014年2月19日申請日期:2012年8月17日優(yōu)先權(quán)日:2012年8月17日【發(fā)明者】張國飆申請人:成都海存艾匹科技有限公司