混合型三维存储器的制作方法

文档序号:15452112发布日期:2018-09-15 00:13阅读:185来源:国知局

本发明涉及集成电路存储器领域,更确切地说,涉及三维存储器(3d-m)。



背景技术:

三维存储器(3d-m)是一种单体(monolithic)半导体存储器,它含有多个相互堆叠的存储元(也被称为存储器件)。3d-m包括三维只读存储器(3d-rom)和三维随机读取存储器(3d-ram)。3d-rom可以进一步划分为三维掩膜编程只读存储器(3d-mprom)和三维电编程只读存储器(3d-eprom)。基于其编程机制,3d-m可以含有memristor、resistiverandom-accessmemory(rram或reram)、phase-changememory(pcm)、programmablemetallizationmemory(pmm)、或conductive-bridgingrandom-accessmemory(cbram)等。

美国专利5,835,396披露了一种3d-m(3d-rom)(图1a)。它含有一半导体衬底0以及位于其上的衬底电路0k。一层平面化的绝缘介质0d覆盖衬底电路0k。在绝缘介质层0d之上形成第一存储层10,接着在第一存储层10之上形成第二存储层20。第一和第二存储层10、20通过接触通道孔13a、23a与衬底电路0k耦合。

每个存储层(如10、20)含有多条顶地址线(即y地址线,如12a-12d、22a-22d)、多条底地址线(即x地址线,如11a、21a)和多个位于顶地址线和底地址线交叉处的存储器件(如1aa-1ad、2aa-2ad)。每个存储层(如20)含有至少一存储阵列(如200a)。存储阵列200a是在存储层20中至少共享一条地址线的所有存储器件2aa-2ad的集合。在一个存储阵列200a中,所有地址线21a、22a-22d均是连续的;在相邻存储阵列中,地址线不连续。

一个3d-m芯片含有多个存储块100。图1a中的结构就是存储块100的一部分。存储块100最上面的存储层仅含有一个存储阵列200a。换句话说,在存储块100的最顶存储层20中,所有地址线21a、22a-22d均是连续的,其边缘均在存储块100的边缘附近。过去,在同一3d-m芯片1000中,所有存储块1aa-1dd都有相同大小;在每一存储块100中,不同存储层10、20上的所有存储阵列100a、200a都有相同大小。

每个存储器件是一种含有至少两种状态的二端口器件。常用的存储器件包括二极管或类二极管器件。具体说来,存储器件1aa含有一二极管膜和一可编程膜(图1a)。二极管膜的电气特征与二极管类似,二极管泛指任何具有如下特征的二端口器件:当其外加电压的数值小于读电压或外加电压的方向与读电压相反时,其电阻远大于其在读电压下的电阻。可编程膜的状态可以在制造过程中(即掩膜编程,如图1a)或制造完成后改变(即电编程)。

当存储芯片的容量尚小时,单一存储芯片一般只会存储单一类别的信息。但是,随着3d-m存储容量的增加(3d-m的单芯存储容量可达到1tb),一个单一3d-m芯片将存储各种信息。例如,一个单一3d-m芯片上可以同时存储数据(如数码书籍、数码地图、音乐、电影、和/或视频等)和代码(如操作系统、软件、和/或游戏等)。虽然数据读取速度要求不高,代码对读取速度要求很高。此外,数据对存储成本有较高要求。现有技术中,所有存储阵列(或,所有存储块)有相同大小。这会导致诸多问题:如果存储阵列太小,较高的芯片成本将难以满足数据对成本的要求;如果存储阵列太大,较慢的读取速度则不能满足代码对速度的要求。



技术实现要素:

本发明的主要目的是在同一3d-m芯片中存储数据和代码。

本发明的另一目的是优化3d-m的存储成本和读取速度。

为了实现这些以及别的目的,本发明提出一种混合型三维存储器(3d-mx),其存储阵列(或,存储块)有不同大小。不需要高速读取但要求低成本的数据(如数码书籍、数码地图、音乐、电影、和/或视频等)存储在大存储阵列(或,存储块)中,需要高速读取而对成本不敏感的代码(如操作系统、软件、和/或游戏等)存储在小存储阵列(或,存储块)中。3d-mx可以含有混合存储块、混合存储阵列、或它们的组合。在含有混合存储块的3d-mx中,具有不同大小的存储块可以肩并肩地排列在一起。在含有混合存储阵列的3d-mx中,一个大存储阵列下面可以含有多个肩并肩排列的小存储阵列。

相应地,本发明提出一种含有混合存储块的3d-mx,其特征在于包括:。

本发明还提出一种含有混合存储阵列的3d-mx,其特征在于包括:。

附图说明

图1a是一种现有技术中3d-m的截面图;图1b是一现有技术中3d-m的芯片示意图。

图2显示阵列效率、读取速度与阵列大小之间的关系。

图3是一种含有混合存储块3d-mx的芯片示意图。

图4是一种含有混合存储阵列3d-mx的芯片截面图。

注意到,这些附图仅是概要图,它们不按比例绘图。为了显眼和方便起见,图中的部分尺寸和结构可能做了放大或缩小。在不同实施例中,相同的符号一般表示对应或类似的结构。虽然本说明书显示的例子均为3d-mprom,本发明的概念可以很容易地推广到其它3d-m中。

具体实施方式

图2显示阵列效率、读取速度与阵列大小之间的关系。对于小存储阵列,由于每个存储阵列的周边电路大小基本固定,故阵列效率较低。随着存储阵列的变大,虽然阵列效率增加了,但是由于寄生电阻和电容增加,读取速度降低。

为了将数据和代码存储在同一3d-m芯片中,且能满足它们对成本和速度不同的要求,本发明提出一种混合型三维存储器(3d-mx),其存储阵列(或,存储块)有不同大小。不需要高速读取但要求低成本的数据(如数码书籍、数码地图、音乐、电影、和/或视频等)存储在大存储阵列(或,存储块)中,需要高速读取而对成本不敏感的代码(如操作系统、软件、和/或游戏等)存储在小存储阵列(或,存储块)中。3d-mx可以含有混合存储块、混合存储阵列、或它们的组合。在含有混合存储块的3d-mx中,具有不同大小的存储块可以肩并肩地排列在一起。在含有混合存储阵列的3d-mx中,一个大存储阵列下面可以含有多个肩并肩排列的小存储阵列。

图3显示一种含有混合存储块3d-mx芯片2000。它含有多个存储块1a、1b、1ac-1dd。其中,存储块1a、1b比存储块1ac-1dd大。因此,存储块1a、1b可以用来存储不需要高速读取的数据(如数码书籍、数码地图、音乐、电影、和/或视频等),而存储块1ac-1dd可以用来存储需要高速读取的代码(如操作系统、软件、和/或游戏等)。

图4显示一种含有混合存储阵列3d-mx芯片。该实施例含有2个存储层10、20,存储层20堆叠在存储层10之上。存储层20是最高存储层,它含有存储阵列200a,而存储层10是一中间存储层,它含有2个肩并肩排列的存储阵列100a、100a’。很明显,存储层20中的存储阵列200a比存储层10中的存储阵列100a、100a’大。因此,存储层20中的存储阵列200a可以用来存储不需要高速读取的数据(如数码书籍、数码地图、音乐、电影、和/或视频等),而存储层10中的存储阵列100a、100a’可以用来存储需要高速读取的代码(如操作系统、软件、和/或游戏等)。

应该了解,在不远离本发明的精神和范围的前提下,可以对本发明的形式和细节进行改动,这并不妨碍它们应用本发明的精神。因此,除了根据附加的权利要求书的精神,本发明不应受到任何限制。

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