本發(fā)明提出一種含有多層編程膜的三維縱向多次編程存儲(chǔ)器（3D?MTP_V）。它含有多個(gè)相互垂直堆疊的水平地址線(xiàn)，多個(gè)穿透水平地址線(xiàn)的存儲(chǔ)井，一層覆蓋存儲(chǔ)井邊墻的編程膜，多條形成在存儲(chǔ)井中的豎直地址線(xiàn)。編程膜含有多層次膜，這些次膜含有不同的編程材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路存儲(chǔ)器領(lǐng)域，更確切地說(shuō)，涉及多次編程存儲(chǔ)器（multiple-time programmable memory，簡(jiǎn)稱(chēng)為MTP；也被稱(chēng)為重復(fù)編程存儲(chǔ)器）。

背景技術(shù)

三維多次編程存儲(chǔ)器（3D-MTP）是一種單體（monolithic）半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，它含有多個(gè)垂直堆疊的MTP存儲(chǔ)元。3D-MTP的存儲(chǔ)元分布在三維空間中，而傳統(tǒng)的平面型MTP的存儲(chǔ)元分布在二維平面上。相對(duì)于傳統(tǒng)MTP，3D-MTP具有存儲(chǔ)密度大、存儲(chǔ)成本低等優(yōu)點(diǎn)。

美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)US 2017/0148851 A1（申請(qǐng)人：Hsu；申請(qǐng)日：2016年11月23日）提出一種三維縱向多次編程存儲(chǔ)器（3D-MTP_V）。它含有多個(gè)垂直堆疊的水平地址線(xiàn)，多個(gè)穿透水平地址線(xiàn)的存儲(chǔ)井，覆蓋存儲(chǔ)井邊墻的編程膜和二極管膜（也被稱(chēng)為選擇器selector、選向器steering element、準(zhǔn)導(dǎo)通膜等名稱(chēng)），以及多條形成在存儲(chǔ)井中的豎直地址線(xiàn)。在該專(zhuān)利申請(qǐng)中，為了實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)元的編程以及避免存儲(chǔ)元之間的干擾，每個(gè)存儲(chǔ)元均含有單獨(dú)的編程膜和單獨(dú)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(chǔ)井中，將導(dǎo)致存儲(chǔ)井尺寸很大，存儲(chǔ)密度降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的是提高三維多次編程存儲(chǔ)器（3D-MTP）的存儲(chǔ)密度。

本發(fā)明的另一目的是使存儲(chǔ)井的填充工藝更加簡(jiǎn)單。

本發(fā)明的另一目的是使存儲(chǔ)井的尺寸更小。

本發(fā)明的另一目的是在存儲(chǔ)元漏電流較大的情況下保證3D-MTP的正常工作。

為了實(shí)現(xiàn)這些以及別的目的，本發(fā)明提出一種含有多層編程膜的三維縱向多次編程存儲(chǔ)器（3D-MTP_V）。它含有多個(gè)在襯底電路上并肩排列的MTP存儲(chǔ)串，每個(gè)MTP存儲(chǔ)串垂直與襯底且含有多個(gè)垂直堆疊的MTP存儲(chǔ)元。具體說(shuō)來(lái)，3D-MTP_V含有多條垂直堆疊的水平地址線(xiàn)（字線(xiàn)）。在刻蝕出多個(gè)穿透這些水平地址線(xiàn)的存儲(chǔ)井后，在存儲(chǔ)井的邊墻覆蓋一層編程膜，并填充導(dǎo)體材料以形成豎直地址線(xiàn)（位線(xiàn)）。導(dǎo)體材料可以是金屬材料或摻雜的半導(dǎo)體材料。MTP存儲(chǔ)元形成在字線(xiàn)和位線(xiàn)的交叉處。

為了避免存儲(chǔ)井尺寸過(guò)大，本發(fā)明中的MTP存儲(chǔ)元只含有單獨(dú)的編程膜，并不含有單獨(dú)的二極管膜, 二極管是在水平地址線(xiàn)、編程膜以及豎直地址線(xiàn)之間自然形成的。由于不需在存儲(chǔ)井的邊墻上形成二極管膜，存儲(chǔ)井的填充變得容易，這將簡(jiǎn)化工藝流程。此外，這種設(shè)計(jì)還能縮小存儲(chǔ)井的尺寸，增加存儲(chǔ)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(guò)程中由于漏電流過(guò)大導(dǎo)致存儲(chǔ)元之間互相干擾，本發(fā)明還提出一種“全讀”模式：在一個(gè)讀周期中讀出與一條字線(xiàn)電耦合的所有MTP存儲(chǔ)元存儲(chǔ)的信息。讀周期分兩個(gè)階段：預(yù)充電階段和讀階段。在預(yù)充電階段，MTP陣列中所有地址線(xiàn)（包括所有字線(xiàn)和所有位線(xiàn)）均被預(yù)充電到一預(yù)設(shè)電壓。在讀階段，當(dāng)一選中字線(xiàn)上的電壓上升到讀電壓V_R后，它通過(guò)與之耦合的MTP存儲(chǔ)元向所有位線(xiàn)充電。通過(guò)測(cè)量位線(xiàn)上的電壓變化，可確定相應(yīng)MTP存儲(chǔ)元所存儲(chǔ)的信息。