CN103681511B - 压印存储器 - Google Patents

Abstract

高昂的数据掩膜版成本将极大地限制掩膜编程只读存储器（mask-ROM）的广泛应用。本发明提出一种压印存储器（imprinted？memory），尤其是三维压印存储器（three-dimensional？imprinted？memory，简称为3D-iP）。它采用压印法（imprint-lithography）来录入数据。压印法也称为纳米压印法（nano-imprint？lithography，简称为NIL），其采用的数据模版（template）比光刻法采用的数据掩膜版成本价格更为低廉。

Description

压印存储器

技术领域

本发明涉及集成电路存储器领域，更确切地说，涉及掩膜编程只读存储器（mask-ROM）。

背景技术

Mask-ROM被用来存储出版。它含有一层数据录入膜。数据录入膜中的图形为数据图形，它代表其所存储的数据。图1的mask-ROM实施例是一个交叉点（cross-point）阵列存储器。它含有多条顶地址线（如2a-2d）、底地址线（如1a-1d）和存储元（如5aa-5dd）。地址线的宽度为f。其数据录入膜是一层隔离介质膜3b，它阻挡顶地址线和底地址线之间的电流流动，并通过数据开口（如通道孔）的存在与否来区别存储元的不同状态。如在存储元5aa处有一数据开口，它代表‘1’；在存储元5ab处无数据开口，它代表‘0’。本图仅画出了数据开口附近的隔离介质膜3b（由交叉图纹表示）。为了显示地址线以及它们与数据开口之间的关系，其它地方的隔离介质膜3b没有被画出。该图也没有画出存储元中的二极管等部件。

在现有技术中，数据录入膜中的图形是通过图形转换从数据掩膜版得来的。图形转换也称为印录（print），即通过“印”的方式来录入数据。本发明将承载内容数据的掩膜版称为数据掩膜版。当集成电路的特征尺寸小于光刻机的光学波长时，掩膜版需要采用分辨率增强技术（resolutionenhancementtechniques，即RET），如光学接近修正（opticalproximitycorrection，即OPC）和相位移掩膜版（phase-shiftmask）等。这些技术的引入导致在制造100纳米以下掩膜版时需要写入的数据量极大地增加，同时也使其制造工艺日趋复杂。

尤其糟糕的是，数据掩膜版上的数据图形不同于存储器的其它掩膜版图形，如地址线图形、存储柱（storagepillar）图形、存储孔（storagehole）图形等。地址线图形、存储柱图形和存储孔图形具有很强的微米尺度周期性，即在微米大小的区域内，图形是以一定周期重复的。微米之所以很重要是因为它代表曝光光线的衍射范围。上述图形比较适宜采用OPC和phase-shiftmask等RET技术。另一方面，数据掩膜版中的数据图形完全没有微米尺度周期性，即在微米大小的区域内，数据图形完全不重复。数据图形不适合OPC、phase-shiftmask等RET技术，这使数据掩膜版的制造非常复杂。上述这些因素导致在90nm之后，数据掩膜版成本急剧上升。例如说，在90nm结点一块数据掩膜版的成本约为5万美元，在22nm结点其成本则涨到25万美元。在90nm之后，高昂的数据掩膜版成本将极大地限制mask-ROM的广泛应用。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种降低数据录入成本的方法。

本发明的主要目的是提供一种降低数据掩膜版成本的方法。

根据这些以及别的目的，本发明提出一种压印存储器（imprintedmemory），尤其是三维压印存储器（three-dimensionalimprintedmemory，简称为3D-iP）。它采用压印法（imprint-lithography）来印录数据。压印法也称为纳米压印法（nano-imprintlithography，简称为NIL）。

压印法通过在模版（template）上施加压力，使压印胶（imprintresist）产生机械变形从而实现图形转换。采用压印法来录入数据的主要优势是其数据模版远比光刻法中的数据掩膜版便宜。这里，数据模版是用来将数据图形转换到数据录入膜的模版。模板也被称为母版（master）、印戳（stamp）、模具（mold）等。在压印法中，由于数据录入膜中的图形是数据模版上图形的1：1拷贝，它没有光刻法的光学失真问题，因此数据模版不需要OPC，其制造过程中所需写入的数据量远远小于数据掩膜版。此外，压印法也不用担心衍射效应，其数据模版不需要使用相位移技术，从而避免采用复杂的掩膜版工艺。更重要的是，压印法使印录具有纳米尺度（如1纳米到100纳米）、且不具有微米尺度周期性的数据图形成为可能。总的说来，由于制造数据模版比数据掩膜版容易，因此数据模版成本更低，故压印存储器具有较低的数据录入成本。

相应地，本发明提出一种制造压印存储器的方法，其特征在于包括如下步骤：1）形成一数据录入膜；2）通过压印法将数据图形从一数据模版转换到该数据录入膜中；3）形成多条与该数据录入膜耦合的地址线；其中，该数据图形代表存储于该存储器中的数据，该数据图形具有纳米尺度，且不具有微米尺度周期性。

附图说明

图1是一种mask-ROM的截面图。

图2A-图2C表示一种压印法的各个步骤。

图3A-图3B是两种数据模版的顶视图。

图4是一种3D-iP的截面图。

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。

具体实施方式

为了降低数据录入成本，本发明提出一种压印存储器（imprintedmemory），尤其是三维压印存储器（three-dimensionalimprintedmemory，简称为3D-iP）。就其最终的物理结构来说，压印存储器与mask-ROM完全相同，它们均利用其数据录入膜中的数据图形来存储数据。压印存储器与mask-ROM的不同之处是它们采用不同的数据录入法：mask-ROM采用光刻法，压印存储器采用压印法。但是，压印法采用的数据模版远比光刻法采用的数据掩膜版便宜。

压印法通过在模版（template）上施加压力，使压印胶（imprintresist）产生机械变形从而实现图形转换（参见Chou等著《Imprint-lithographywith25-nanometerresolution》，Science杂志，272卷，5258号，85-87页）。压印法的例子包括热塑料压印法（thermoplasticnano-imprintlithography）、光照压印法（photonano-imprintlithography）、电化学压印法（electro-chemicalnano-imprintlithography）和激光帮助压印法（laser-assisteddirectimprint-lithography）等。压印法可以在整个晶圆上一次压印（full-waferimprint），或者采用步进重复压印（step-and-repeatimprint）。

图2A-图2C表示一种实现压印法的各个步骤。这些图是沿图1中AA’线的截面图。该些步骤被用来为图1中的存储器录入数据。该压印法是热塑料压印法。其具体步骤如下。首先在一底膜（如地址线）89上形成一数据录入膜87，然后在其上形成一压印胶（如一热塑料高分子材料，即thermoplasticpolymer）85（图2A）。将一模版81（也被称为母版、印戳、模具等）和压印胶85接触并施加压力。之后，对压印胶85加温使其温度超过压印胶的玻璃化温度，这时模版81上的图形被压入到软化的压印胶85中。冷却后，模版81与晶圆分离（图2B）。最后，通过一个刻蚀步骤将压印胶85中的图形转换到数据录入膜87中（图2C）。

模版81具有一个预先设置的拓扑图形。模版81含有多个凸起83。这些凸起83从模版81的一个表面上突出，其尺寸在1纳米到100纳米之间。模版81中凸起83的存在与否决定了与之相对应的存储元之状态。比如说，在与存储元5aa对应的模版位置具有一凸起83，则存储元5aa含有数据开口6aa，并处于“1”状态。另一方面，在与存储元5ba对应的模版位置没有凸起，则存储元5ba不含数据开口，并处于“0”状态。注意到，在压印步骤结束后，压印胶85中的图形形状与模版81中的图形形状刚好相反。

图3A-图3B表示两种数据模版81，它们均可以用来形成图1中的数据图形。图3A中的数据模版81应用了数据掩膜版中xf（x>1，最好~2）掩膜版（参见美国专利6,903,427）的精神，即模版81的最小特征尺寸F可以比地址线的半周期（或宽度）f大，最好是f的两倍。而且，相邻的突起（如位置5bb、5bc、5cc）还可以合并在一起。相应地，数据模版81也被称为xf模版。例如说，一个90nm的数据模版可以为一个45nm的压印存储器录入数据。这可以进一步降低数据模版的成本。在该实施例中，凸起83具有矩形形状。

图3B表示另一种数据模版81。其凸起83（如位置5aa处）具有圆柱形形状。该圆柱形的最小特征尺寸F也可以比地址线的半周期（或宽度）f大。除此之外，凸起83还可以具有圆锥形形状和金字塔形形状等。圆柱形的凸起83尤其适合用电子束直接写的方法来形成。很明显，数据模版81也可以应用共享型数据掩膜版（参见中国专利申请《三维印录存储器》）的精神，为一共享型数据模版，即一个数据模版81承载多个不同海量出版物的数据。

压印法的主要优势是其数据模版非常廉价。由于印录法没有光刻法的光学失真问题，其数据录入膜中的图形是数据模版上图形的1：1拷贝，因此其数据模版上每个凸起都可以具有相同的形状，不需要根据它周围凸起的分布情况而进行光学修正。对于压印存储器中的每个数据位，数据模版只需要一位数据来定义凸起的存在与否。与之比较，对于mask-ROM中的一个数据位，数据掩膜版需要多位数据来定义数据开口的形状。对于同样的存储器数据量，制造数据模版所需写入的数据量远远小于数据掩膜版。此外，压印法也不用担心衍射效应，不需要使用相位移技术，从而避免采用复杂的掩膜版工艺。更重要的是，数据模版使印录具有纳米尺度（如1纳米到100纳米）、且不具有微米尺度内周期性的数据图形成为可能。总的说来，由于制造数据模版比数据掩膜版容易，数据模版成本更低，故压印存储器可以具有较低的数据录入成本。

压印存储器尤其适合三维印录存储器（（three-dimensionalprintedmemory，简称为3D-P）（参见中国专利申请“三维印录存储器”）。相应地，本发明提出一种三维压印存储器（three-dimensionalimprintedmemory，简称为3D-iP），它采用用压印法来为其存储层录入数据。图4表示了一种3D-iP。它与传统的3D-MPROM具有相同的物理结构，但是其数据录入方法不同，即3D-iP采用压印法来印录数据，3D-MPROM采用光刻法。3D-iP是一种基于二极管的交叉点（cross-point）阵列存储器。它含有一半导体衬底0及一堆叠在衬底上的三维堆16。三维堆16含有M（M≥2）个相互堆叠的存储层（如16A、16B）。每个存储层（如16A）含有多条顶地址线（如2a）、底地址线（如1a）和存储元（如5aa）。每个存储元含有一个二极管3d且存储n（n≥1）位数据。每个存储层还含有至少一层数据录入膜，包括隔离介质膜3b、电阻膜（参见美国专利申请12/785,621）或额外掺杂膜（参见美国专利7,821,080）。数据通过压印法录入到存储层的数据录入膜中。存储层（如16A、16B）通过接触通道孔（如1av、1’av）与衬底0耦合。在衬底0中的衬底电路0X含有三维堆16的周边电路。

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。

Claims (10)

1.一种制造压印存储器的方法，其特征在于包括如下步骤：

1)形成多条底地址线(1a)；

2)在所述底地址线(1a)上方形成一数据录入膜(3b)；

3)通过压印法将一数据图形(81)从一数据模版转换到该数据录入膜(3b)中；

4)在该数据录入膜(3b)上方形成多条顶地址线(2a-2d)；其中，所述压印存储器的存储元(5aa-5ad)位于所述底地址线和顶地址线的交叉处，一部分存储元(5aa)与另一部分存储元(5ab)具有不同的数据录入膜(3b)；

其中，该数据图形(81)代表存储于该存储器中的数据，且该数据图形具有纳米尺度，且不具有微米尺度周期性。

2.根据权利要求1所述的制造压印存储器的方法，其特征还在于：该数据图形的尺寸在1纳米到100纳米之间。

3.根据权利要求1所述的制造压印存储器的方法，其特征还在于：所述压印存储器是三维印录存储器。

4.根据权利要求1所述的制造压印存储器的方法，其特征还在于：所述压印存储器是一交叉点阵列存储器。

5.根据权利要求1所述的制造压印存储器的方法，其特征还在于：所述压印法是纳米压印法。

6.根据权利要求5所述的制造压印存储器的方法，其特征还在于：所述数据模板含有多个凸起。

7.根据权利要求6所述的制造压印存储器的方法，其特征还在于：所述凸起的尺寸在1纳米到100纳米之间。

8.根据权利要求6所述的制造压印存储器的方法，其特征还在于：所述凸起具有圆柱形形状。

9.根据权利要求6所述的制造压印存储器的方法，其特征还在于：所述凸起具有圆锥形形状。

10.根据权利要求6所述的制造压印存储器的方法，其特征还在于：所述凸起具有金字塔形状。