具有預(yù)留空間的三維掩膜編程只讀存儲(chǔ)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種具有預(yù)留存儲(chǔ)層的三維掩膜編程只讀存儲(chǔ)器（3D-MPROMRL）。原始3D-MPROMRL只含有原始存儲(chǔ)層；更新3D-MPROMRL還在原始存儲(chǔ)層上方形成新的存儲(chǔ)層（稱為預(yù)留存儲(chǔ)層）。在同一3D-MPROMRL家族中，除了預(yù)留存儲(chǔ)層以外，不同版本的3D-MPROMRL都是相同的。對(duì)所有3D-MPROMRL版本來(lái)說(shuō)，不管它是否形成了預(yù)留存儲(chǔ)層，其襯底電路均含有所有存儲(chǔ)層（包括預(yù)留存儲(chǔ)層）的周邊電路。
【專利說(shuō)明】
具有預(yù)留空間的三維掩膜編程只讀存儲(chǔ)器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及集成電路領(lǐng)域，更確切地說(shuō)，涉及掩膜編程只讀存儲(chǔ)器(mask-ROM)。
【背景技術(shù)】
[0002]三維掩膜編程只讀存儲(chǔ)器(three-dimens1nalmask-programmable read-onlymemory，簡(jiǎn)稱為3D-MPR0M)是一單片存儲(chǔ)器芯片，它含有多個(gè)堆疊在襯底上的相互堆疊的掩膜編程只讀存儲(chǔ)層(參見美國(guó)專利5，835，396)。其數(shù)據(jù)是在生產(chǎn)流程中通過至少一數(shù)據(jù)掩模版錄入的(圖1C，步驟10)。比如說(shuō)，數(shù)據(jù)掩模版2含有多個(gè)掩膜區(qū)2a-2i，它們分別載有內(nèi)容數(shù)據(jù)4a-4i (圖1A)。這里，代表內(nèi)容數(shù)據(jù)的圖形被稱為數(shù)據(jù)圖形。這些數(shù)據(jù)圖形一旦寫入到數(shù)據(jù)掩模版2后，就無(wú)法更改了。
[0003]為了錄入新內(nèi)容，以往技術(shù)需要拋棄舊的數(shù)據(jù)掩模版2，而采用新的數(shù)據(jù)掩模版2x(圖1C，步驟12)。在新數(shù)據(jù)掩模版2x中，其掩膜區(qū)2a-2d、2f-2i含有原始內(nèi)容4a_4d、4f-4i的數(shù)據(jù)圖形，掩膜區(qū)2e含有新內(nèi)容4e*的數(shù)據(jù)圖形(圖1B)。原始內(nèi)容和新內(nèi)容4a-4d、4e*、4f-4i通過新數(shù)據(jù)掩模版2x錄入到更新的3D-MPR0M中(圖1C，步驟14)。
[0004]隨著技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)據(jù)掩模版越來(lái)越昂貴，一張22nm的數(shù)據(jù)掩模版的價(jià)格高達(dá)26萬(wàn)美元。除此之外，數(shù)據(jù)掩模版承載的數(shù)據(jù)量越來(lái)越大，一張22nm的數(shù)據(jù)掩模版可以承載高達(dá)155GB的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)中的一部分在未來(lái)某個(gè)時(shí)候會(huì)發(fā)生更新。為了小部分?jǐn)?shù)據(jù)的更新而替換整個(gè)數(shù)據(jù)掩模版非常不劃算。為了克服這些缺陷，本發(fā)明提出一種具有預(yù)留空間的三維掩膜編程只讀存儲(chǔ)器(3D-MPR0Mrs)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的是提供一種能低成本地更新內(nèi)容的3D-MPR0M。
[0006]本發(fā)明的另一目的是重復(fù)利用3D-MPR0M的原始數(shù)據(jù)掩模版。
[0007]根據(jù)這些以及別的目的，本發(fā)明提出一種具有預(yù)留空間的三維掩膜編程只讀存儲(chǔ)器(3D-MPR0Mrs)。對(duì)于較小的內(nèi)容更新，可以重復(fù)利用3D-MPR0M的原始數(shù)據(jù)掩模版。這里，較小的內(nèi)容更新是指在更新內(nèi)容的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)小于原始內(nèi)容。在原始數(shù)據(jù)掩模版上，至少有一空白的預(yù)留掩膜區(qū)，它不含有任何數(shù)據(jù)圖形。在必要的時(shí)候，可以在這個(gè)預(yù)留掩膜區(qū)中寫入新內(nèi)容的數(shù)據(jù)圖形。多個(gè)版本的3D-MPR0Mrs，包括原始3D-MPR0Mrs和更新3D-MPR0M ^組成一 3D-MPR0Mrs家族。在同一 3D-MPR0Mrs家族中，除了預(yù)留區(qū)(與預(yù)留掩膜區(qū)對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)域)以外，不同版本的3D-MPR0Mrs都是相同的。原始3D-MPR0Mrs在預(yù)留區(qū)不存儲(chǔ)任何內(nèi)容，其數(shù)據(jù)形成預(yù)留數(shù)據(jù)空間；更新30-1^1?01^在預(yù)留區(qū)中存儲(chǔ)新內(nèi)容，其數(shù)據(jù)形成更新數(shù)據(jù)空間。
[0008]本發(fā)明提出一種具有預(yù)留存儲(chǔ)層的三維掩膜編程只讀存儲(chǔ)器(3D-MPR0M&)。該3D-MPR0M&可以用來(lái)承載較大的內(nèi)容更新。多個(gè)版本的3D-MPR0M&，包括原始3D_MPR0Mr#更新3D-MPR0M&組成一 3D-MPR0M 家族。在原始3D-MPR0M %中，只形成原始存儲(chǔ)層；在更新3D-MPR0M&中，除了原始存儲(chǔ)層以外，在其上方還形成新的存儲(chǔ)層(這些存儲(chǔ)層稱為預(yù)留存儲(chǔ)層)。在同一 3D-MPR0M&家族中，除了預(yù)留存儲(chǔ)層以外，不同版本的3D-MPR0M&都是相同的。具體說(shuō)來(lái)，原始3D-MPR0M&未滿載(即其存儲(chǔ)能力沒有完全使用)，它只含有足以存儲(chǔ)原始內(nèi)容的原始存儲(chǔ)層；隨著新內(nèi)容的出現(xiàn)，更新3D-MPR0M&中會(huì)逐步增加存儲(chǔ)層，直到3D-MPR0Mrl滿載(即其存儲(chǔ)能力得到完全使用)。注意到，雖然原始3D-MPR0Mrl未滿載，其功能正常。對(duì)所有3D-MPR0MrJ1 反本來(lái)說(shuō)，不管它是否形成了預(yù)留存儲(chǔ)層，預(yù)留存儲(chǔ)層的周邊電路都會(huì)形成在襯底中。換句話說(shuō)，雖然原始3D-MPR0M&未形成預(yù)留存儲(chǔ)層，其襯底上也會(huì)形成預(yù)留存儲(chǔ)層的周邊電路。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1A-圖1B顯示一舊的數(shù)據(jù)掩模版和一新的數(shù)據(jù)掩模版(以往技術(shù))；圖1C是新舊內(nèi)容的數(shù)據(jù)錄入流程圖(以往技術(shù))。
[0010]圖2A-圖2B顯示一原始數(shù)據(jù)掩模版6和一更新數(shù)據(jù)掩模版6* ;圖2C是相應(yīng)的新舊內(nèi)容數(shù)據(jù)錄入流程圖。
[0011 ] 圖3AA-圖3AB是原始30_]\0^01^陣列30的不同視圖；圖3BA-圖3BB是更新3D-MPR0Mrs陣列30*的不同視圖。
[0012]圖4A是一原始SD-MPROM1J^截面圖；圖4B是其襯底的頂視圖；圖4C是其襯底電路的框圖。
[0013]圖5A是一更新3D-MPR0MRj^截面圖；圖5B是其襯底電路的框圖。
[0014]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(shí)施例中，相同的符號(hào)一般表示對(duì)應(yīng)或類似的結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0015]圖2A-圖2B顯示一原始數(shù)據(jù)掩模版6和一更新數(shù)據(jù)掩模版6* ;圖2C是相應(yīng)的新舊內(nèi)容的數(shù)據(jù)錄入流程圖。原始數(shù)據(jù)掩模版6含有多個(gè)掩膜區(qū)6a-6i (圖2A)。掩膜區(qū)6a-6e、6g_6i含有代表原始內(nèi)容8a-8e、8g-8i的數(shù)據(jù)圖形。這里，掩膜區(qū)6f是為將來(lái)的新內(nèi)容預(yù)留的。該掩膜區(qū)6f沒有數(shù)據(jù)圖形，它是空白的，即全透或全暗。原始內(nèi)容8a_8e、8g-8i通過原始數(shù)據(jù)掩模版6錄入到第一批次的3?-ΜΡΚ0ΜΚ5ψ (即原始3D_MPR0Mrs)(圖2C，步驟20) ο
[0016]當(dāng)新內(nèi)容8f需要被錄入到更新3D_MPR0Mrs中時(shí)，代表新內(nèi)容的數(shù)據(jù)圖形被寫入掩膜區(qū)6f中(圖2C，步驟22)。因此，更新的數(shù)據(jù)掩模版6*含有原始內(nèi)容8a-8e、8g-8i以及新內(nèi)容8f的數(shù)據(jù)圖形(圖2B)。這些內(nèi)容8a-8e、8f、8g-8i通過更新數(shù)據(jù)掩模版6*錄入到第二批次的3D-MPR0Mrs* (即更新3D-MPR0M RS)(圖2C，步驟24)。在本發(fā)明中，由于原始3D-MPR0Mrs和更新3D-MPR0Mrs均使用同一數(shù)據(jù)掩模版6 (雖有所更新，但還是同一數(shù)據(jù)掩模版；不同于以往技術(shù)使用兩個(gè)完全不同的數(shù)據(jù)掩模版2和2x)，它們被稱為30-1^1?01^家族。由于數(shù)據(jù)掩模版6被重復(fù)利用，較小內(nèi)容更新導(dǎo)致的數(shù)據(jù)掩模版的成本增加很小。為了有必要重復(fù)利用原始數(shù)據(jù)掩模版，原始內(nèi)容的數(shù)據(jù)圖形應(yīng)該占據(jù)原始數(shù)據(jù)掩模版的大部分面積。
[0017]圖3AA-圖3BB表示3D_MPR0Mrs陣列的原始版本和更新版本。3D-MPR0M RS陣列30(或30*)含有多條低地址線(210a...)、高地址線(230a...)和存儲(chǔ)元。每個(gè)存儲(chǔ)元含有至少一個(gè)數(shù)據(jù)膜220。該數(shù)據(jù)膜中是否存在通道孔決定了存儲(chǔ)元存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)膜的例子包括絕緣膜或電阻膜。數(shù)據(jù)膜的數(shù)據(jù)圖形由數(shù)據(jù)掩模版6(或6*)決定。為了做圖簡(jiǎn)便，在圖3AA-圖3BB中所有二極管、晶體管和其它存儲(chǔ)組件均未畫出。
[0018]圖3AA是沿圖3AB中AA’線原始30_1^1?01^陣列30的截面圖；圖3AB是原始3D-MPR0Mrs陣列30中數(shù)據(jù)膜220的數(shù)據(jù)圖形250以及它與地址線210a、230a…的相對(duì)位置。3D-MPR0Mrs陣列30包括兩個(gè)區(qū)域240A和240B。第一區(qū)域240A對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)膜250的區(qū)域260A，它含有數(shù)據(jù)圖形22a-220c。相應(yīng)地，第一區(qū)域240A中存儲(chǔ)元存儲(chǔ)原始內(nèi)容，其數(shù)據(jù)形成原始數(shù)據(jù)空間。另一方面，第二區(qū)域240B對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)膜250的區(qū)域260B，它不含數(shù)據(jù)圖形，為全暗圖像220x。相應(yīng)地，第二區(qū)域240B中的存儲(chǔ)元不存儲(chǔ)任何內(nèi)容，它為預(yù)留區(qū)。
[0019]圖3AB是沿圖3BB中BB’線更新3D_MPR0Mrs陣列30*的截面圖；圖3BB是更新3D-MPR0Mrs陣列30*中數(shù)據(jù)膜220的更新數(shù)據(jù)圖形250*以及它與地址線210a、230a…的相對(duì)位置。這里，原始數(shù)據(jù)圖形220a-220c保持不變，但是代表新內(nèi)容的數(shù)據(jù)圖形220d、220e被寫入數(shù)據(jù)膜220的區(qū)域260B*。在該實(shí)施例中，第二區(qū)域240B*存儲(chǔ)更新內(nèi)容。為了在內(nèi)容更新時(shí)簡(jiǎn)化生產(chǎn)過程，預(yù)留區(qū)240B(240B*)最好位于3D-MPR0M中最上面的存儲(chǔ)層。
[0020]在圖3AA-圖3BB中，一個(gè)存儲(chǔ)層只有部分區(qū)域?yàn)轭A(yù)留區(qū)，它一般適用于較小的內(nèi)容更新。對(duì)于較大的內(nèi)容更新，可以進(jìn)一步將整個(gè)一個(gè)存儲(chǔ)層預(yù)留下來(lái)。相應(yīng)的，本發(fā)明提出一種具有預(yù)留存儲(chǔ)層的三維掩膜編程只讀存儲(chǔ)器(3D-MPR0M&)。多個(gè)版本的3D-MPR0M&，包括原始3D-MPR0MrJP更新3D-MPR0M 組成一 3D-MPR0M此家族。在原始3D-MPR0M RL中，只形成原始存儲(chǔ)層；在更新3D-MPR0M&中，除了原始存儲(chǔ)層以外，還在其上方形成新的存儲(chǔ)層(稱為預(yù)留存儲(chǔ)層)。在同一 3D-MPR0M&家族中，除了預(yù)留存儲(chǔ)層以外，不同版本的3D-MPR0M&都是相同的。具體說(shuō)來(lái)，原始3D-MPR0M&未滿載(即其存儲(chǔ)能力沒有完全使用)，它只含有足以存儲(chǔ)原始內(nèi)容的存儲(chǔ)層；隨著新內(nèi)容的出現(xiàn)，更新3D-MPR0M&中會(huì)增加存儲(chǔ)層，直到3D-MPR0Mrl滿載(即其存儲(chǔ)能力得到完全使用)。注意到，雖然原始30-1^1?011^未滿載，其功能正常。對(duì)所有3D-MPR0MrJ1 反本來(lái)說(shuō)，不管它是否形成了預(yù)留存儲(chǔ)層，預(yù)留存儲(chǔ)層的周邊電路都會(huì)形成在襯底中。換句話說(shuō)，雖然原始3D-MPR0M&未形成預(yù)留存儲(chǔ)層，其襯底上也會(huì)形成預(yù)留存儲(chǔ)層的周邊電路。
[0021]圖4A-圖5B披露了一種3D-MPR0Mrl。它含有2個(gè)存儲(chǔ)層，其中，第一(原始)存儲(chǔ)層存儲(chǔ)原始內(nèi)容，而第二(預(yù)留)存儲(chǔ)層存儲(chǔ)更新內(nèi)容。當(dāng)然，3D-MPR0M&可以含有兩個(gè)以上存儲(chǔ)層以及兩個(gè)以上預(yù)留存儲(chǔ)層。比如說(shuō)，它可以含有8個(gè)存儲(chǔ)層:原始3D-MPR0M&含有5個(gè)原始存儲(chǔ)層，它們位于最底層；根據(jù)更新的內(nèi)容，更新3D-MPR0M&可以增加1_3個(gè)預(yù)留存儲(chǔ)層，它們位于原始存儲(chǔ)層(第5存儲(chǔ)層)的上方。具體說(shuō)來(lái)，對(duì)于第一次內(nèi)容更新，更新3D-MPR0M&增加第I個(gè)預(yù)留存儲(chǔ)層(即第6存儲(chǔ)層，在第5存儲(chǔ)層上方形成);對(duì)于第二次內(nèi)容更新，更新3D-MPR0M&增加第2個(gè)預(yù)留存儲(chǔ)層(即第7存儲(chǔ)層，在第6存儲(chǔ)層上方形成);對(duì)于第三次內(nèi)容更新，更新3D-MPR0M&增加第3個(gè)預(yù)留存儲(chǔ)層(即第8存儲(chǔ)層，在第7存儲(chǔ)層上方形成)。
[0022]圖4A-圖4C顯示原始3D-MPR0M& 40的各種特性。圖4A為其截面圖。該3D-MPR0M&40只含有第一存儲(chǔ)層100，沒有第二存儲(chǔ)層。第一存儲(chǔ)層100中的存儲(chǔ)元組成存儲(chǔ)陣列100AY，它存儲(chǔ)原始內(nèi)容(由數(shù)據(jù)膜120定義)。第一存儲(chǔ)層100的周邊電路100PC形成在襯底O中，它通過層間通道孔IlOav與第一存儲(chǔ)層100耦合。注意到，雖然原始3D-MPROMRl40不含存儲(chǔ)層200，但是存儲(chǔ)層200的周邊電路200PC及其層間通道孔21av仍然形成在存儲(chǔ)芯片40中。
[0023]圖4B為原始3D-MPR0M& 40襯底O的頂視圖。它含有第一存儲(chǔ)層100的周邊電路100PC，以及第二存儲(chǔ)層(尚未形成)的周邊電路200PC。該圖只畫出了沿一條地址線方向的周邊電路。可以看出，雖然在原始3D-MPR0M& 40中沒有形成第二(預(yù)留)存儲(chǔ)層200，其周邊電路200PC已經(jīng)形成在襯底O中。這是因?yàn)樗邪姹?D-MPR0M&的襯底電路都由同一套掩模版定義，襯底掩模版中會(huì)含有所有存儲(chǔ)層(包括預(yù)留存儲(chǔ)層)襯底電路的圖形。在圖4B中還畫出了存儲(chǔ)陣列100AY在襯底O上的投影。
[0024]圖4C是原始3D-MPR0M& 40的襯底電路框圖。第一周邊電路100PC與存儲(chǔ)陣列100AY耦合。存儲(chǔ)在存儲(chǔ)陣列100AY中的數(shù)據(jù)可通過第一周邊電路100PC讀出。為了做圖簡(jiǎn)便，二極管、晶體管和其它存儲(chǔ)組件均未畫出。第二周邊電路200PC的所有接線210av均是懸浮的，它沒有與任何存儲(chǔ)陣列耦合。注意到，雖然原始3D-MPR0M&未滿載，其功能正常。
[0025]圖5A-圖5B顯示更新3D-MPR0M& 40*的各種特性。圖5A是其截面圖。更新3D-MPR0Mrl 40* —直生產(chǎn)到存儲(chǔ)層200，即它在原始存儲(chǔ)層100上方形成了新的存儲(chǔ)層(預(yù)留存儲(chǔ)層)200。存儲(chǔ)層200的存儲(chǔ)元組成存儲(chǔ)陣列200AY。它存儲(chǔ)新內(nèi)容(由數(shù)據(jù)膜220定義)。存儲(chǔ)層200的周邊電路200PC通過層間通道孔210av與其耦合。
[0026]圖5B是更新3D-MPR0M& 40*的襯底電路框圖。注意到，原始3D-MPR0M& 40和更新3D-MPR0M& 40*都有相同的襯底電路。第二周邊電路200PC與存儲(chǔ)陣列200AY耦合。存儲(chǔ)在存儲(chǔ)陣列200AY中的數(shù)據(jù)可通過第二周邊電路200PC讀出。為了做圖簡(jiǎn)便，二極管、晶體管和其它存儲(chǔ)組件均未畫出。
[0027]3D-MPR0M&尤其適合階段性內(nèi)容分發(fā)。原始數(shù)據(jù)掩模版可用在所有版本的3D-MPR0M&中，而新數(shù)據(jù)掩模版可用在更新3D-MPR0M &中。這樣，每個(gè)數(shù)據(jù)掩模版的最大潛力都能得到發(fā)揮。此外，由于新內(nèi)容存儲(chǔ)在預(yù)留存儲(chǔ)層，且預(yù)留存儲(chǔ)層形成在原始存儲(chǔ)層上方(而不是側(cè)面)，因此原始3D-MPR(1V不需要為新內(nèi)容預(yù)留任何襯底面積，即所有襯底面積的潛力也得到發(fā)揮?？偟恼f(shuō)來(lái)，3D-MPR0M&可以極大地降低由于內(nèi)容更新而帶來(lái)的額外掩模版成本和芯片成本。
[0028]應(yīng)該了解，在不遠(yuǎn)離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以對(duì)本發(fā)明的形式和細(xì)節(jié)進(jìn)行改動(dòng)，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。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有預(yù)留存儲(chǔ)層的三維掩膜編程只讀存儲(chǔ)器(3D-MPR0M&)家族，其特征在于含有:一含有第一 3D-MPR0M陣列的第一 3D-MPR0M芯片，該第一 3D-MPR0M陣列含有多個(gè)相互堆疊的存儲(chǔ)層；一含有第二 3D-MPR0M陣列的第二 3D-MPR0M芯片，該第二 3D-MPR0M陣列含有多個(gè)相互堆疊的存儲(chǔ)層； 除了至少一預(yù)留存儲(chǔ)層以外，第一和第二 3D-MPR0M芯片相同；該第一 3D-MPR0M芯片不含有該預(yù)留存儲(chǔ)層，而該第二 3D-MPR0M芯片含有該預(yù)留存儲(chǔ)層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D-MPR0M&家族，其特征還在于:該第一3D-MPR0M芯片的功能正常。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D-MPR0M&家族，其特征還在于:該第一和第二3D-MPR0M芯片具有相同的襯底電路。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的3D-MPR0M&家族，其特征還在于:該第一3D-MPR0M芯片的襯底含有該預(yù)留存儲(chǔ)層的周邊電路。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的3D-MPR0M&家族，其特征還在于:該第一3D-MPR0M芯片的襯底含有該預(yù)留存儲(chǔ)層的至少部分層間通道孔。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的3D-MPR0M&家族，其特征還在于:該第二3D-MPR0M芯片的襯底含有該預(yù)留存儲(chǔ)層的周邊電路。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D-MPR0M&家族，其特征還在于:在該第二3D-MPR0M芯片中，該預(yù)留存儲(chǔ)層位于的該第一 3D-MPR0M芯片所有存儲(chǔ)層的上方。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D-MPR0M&家族，其特征還在于:該第二3D-MPR0M芯片含有第一預(yù)留存儲(chǔ)層。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的3D-MPR0M&家族，其特征還在于:含有一第三3D-MPR0M芯片，該第三3D-MPR0M芯片含有第二預(yù)留存儲(chǔ)層。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的3D-MPROMrJC族，其特征還在于:該第二預(yù)留存儲(chǔ)層位于該第一預(yù)留存儲(chǔ)層上方。
【文檔編號(hào)】G11C17/10GK105990345SQ201510077216
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年2月13日
【發(fā)明人】張國(guó)飆
【申請(qǐng)人】杭州海存信息技術(shù)有限公司