本發明提出一種含有多層反熔絲膜的三維縱向一次編程存儲器（3D?OTP_V）。它含有多個垂直堆疊的水平地址線，多個穿透水平地址線的存儲井，一層覆蓋存儲井邊墻的反熔絲膜，多條形成在存儲井中的豎直地址線。反熔絲膜含有第一反熔絲次膜和第二反熔絲次膜，它們含有不同絕緣材料。

技術領域

本發明涉及集成電路存儲器領域，更確切地說，涉及一次編程存儲器（one-timeprogrammable memory，簡稱為OTP）。

背景技術

三維一次編程存儲器（3D-OTP）是一種單體（monolithic）半導體存儲器，它含有多個垂直堆疊的OTP存儲元。3D-OTP的存儲元分布在三維空間中，而傳統的平面型OTP的存儲元分布在二維平面上。相對于傳統OTP，3D-OTP具有存儲密度大、存儲成本低等優點。此外，3D-OTP數據壽命長，適合長久存儲數據。

美國專利申請US 2017/0148851 A1（申請人：Hsu；申請日：2016年11月23日）提出一種三維縱向存儲器。它含有多個垂直堆疊的水平地址線，多個穿透水平地址線的存儲井，覆蓋存儲井邊墻的反熔絲膜和二極管膜（也被稱為選擇器selector、選向器steeringelement、準導通膜等名稱），以及多條形成在存儲井中的豎直地址線。在該專利申請中，為了實現存儲元的編程以及避免存儲元之間的干擾，每個存儲元均含有單獨的反熔絲膜和單獨的二極管膜。二極管膜的厚度一般較大。以P-N薄膜二極管為例，具有良好正反電流選擇比（rectifying ratio）的P-N薄膜二極管的厚度在100nm以上。這么厚的二極管膜如形成在存儲井中，將導致存儲井尺寸很大，存儲密度降低。

發明內容

本發明的主要目的是提高三維一次編程存儲器（3D-OTP）的存儲密度。

本發明的另一目的是使存儲井的填充工藝更加簡單。

本發明的另一目的是使存儲井的尺寸更小。

本發明的另一目的是在存儲元漏電流較大的情況下保證3D-OTP的正常工作。

為了實現這些以及別的目的，本發明提出一種含有多層反熔絲膜的三維縱向一次編程存儲器（3D-OTP_V）。它含有多個在襯底電路上并肩排列的OTP存儲串，每個OTP存儲串垂直與襯底且含有多個垂直堆疊的OTP存儲元。具體說來，3D-OTP_V含有多條垂直堆疊的水平地址線（字線）。在刻蝕出多個穿透這些水平地址線的存儲井后，在存儲井的邊墻覆蓋一層反熔絲膜，并填充導體材料以形成豎直地址線（位線）。導體材料可以是金屬材料或摻雜的半導體材料。OTP存儲元形成在字線和位線的交叉處。

為了避免存儲井尺寸過大，本發明中的OTP存儲元只含有單獨的反熔絲膜，并不含有單獨的二極管膜, 二極管是在水平地址線、被編程的反熔絲膜以及豎直地址線之間自然形成的。由于不需在存儲井的邊墻上形成二極管膜，存儲井的填充變得容易，這將簡化工藝流程。此外，這種設計還能縮小存儲井的尺寸，增加存儲密度。

這種自然形成的二極管（即自建二極管）性能一般不佳，漏電流較大。為了避免在讀過程中由于漏電流過大導致存儲元之間互相干擾，本發明還提出一種“全讀”模式：在一個讀周期中讀出與一條字線電耦合的所有OTP存儲元存儲的信息。讀周期分兩個階段：預充電階段和讀階段。在預充電階段，OTP陣列中所有地址線（包括所有字線和所有位線）均被預充電到一預設電壓。在讀階段，當一選中字線上的電壓上升到讀電壓V_R后，它通過與之耦合的OTP存儲元向所有位線充電。通過測量位線上的電壓變化，可確定相應OTP存儲元所存儲的信息。