CN114420180A - 动态随机存取存储器及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
一种动态随机存取存储器及其形成方法，其中结构包括：第一晶圆，位于所述第一晶圆内具有若干存储阵列，所述若干存储阵列沿第一方向和第二方向呈阵列排布，各存储阵列包括若干字线，所述若干字线沿平行于第一方向且沿第二方向排布；与第一晶圆相键合的第二晶圆，位于所述第二晶圆内具有若干字线驱动组，一个所述字线驱动组用于驱动一行存储阵列，一个所述字线驱动组包括若干字线驱动晶体管，一个所述字线驱动晶体管驱动一行存储阵列中同一行的两条以上字线，减少了存储器占用的芯片面积，减少了字线驱动晶体管所需的数量。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种动态随机存取存储器及其形成方法。
背景技术
随着现今科技快速的发展，半导体存储器被广泛地应用于电子装置中。动态随机存取存储器(dynamic random access memory，DRAM)属于一种挥发性存储器，对于储存大量数据的应用而言，动态随机存取存储器是最常被利用的解决方案。
动态随机存取存储器的基本存储单元由一个存储晶体管和一个存储电容组成，而存储阵列由多个存储单元组成。存储电容器用来存储代表存储信息的电荷，存储晶体管是控制存储电容器的电荷流入和释放的开关，存储晶体管还与存储中的内部电路连接，接收内部电路的控制信号。其中，存储晶体管中形成有源区、漏区和栅极，栅极用于控制源区和漏区之间的电流流动，并连接至字线，漏区用于构成位线接触区，以连接至位线源区用于构成存储节点接触区，以连接至存储电容器。随着集成电路制造技术的不断发展，需要进一步提高存储器芯片的器件密度，以获得更大的数据存储量。
综之，现有的动态随机存取存储器还有待改善。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种动态随机存取存储器及其形成方法，提高存储器的性能。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案提供一种动态随机存取存储器，包括：第一晶圆，位于所述第一晶圆内具有若干存储阵列，所述若干存储阵列沿第一方向和第二方向呈阵列排布，各存储阵列包括若干字线，所述若干字线沿平行于第一方向且沿第二方向排布；与第一晶圆相键合的第二晶圆，位于所述第二晶圆内具有若干字线驱动组，一个所述字线驱动组用于驱动一行存储阵列，一个所述字线驱动组包括若干字线驱动晶体管，一个所述字线驱动晶体管驱动一行存储阵列中同一行的两条以上字线。
可选的，一个所述字线驱动组包括一个字线驱动晶体管，一个字线驱动晶体管驱动一行存储阵列中同一行的字线。
可选的，包括：位于所述第一晶圆表面的若干第一焊垫，一个所述第一焊垫与一行存储阵列中同一行的若干字线电连接；位于所述第二晶圆表面的若干第二焊垫，一个所述第二焊垫与一个字线驱动晶体管电连接，所述第一晶圆和所述第二晶圆通过所述第一焊垫和所述第二焊垫相键合。
可选的，包括：位于所述第一晶圆内具有第一金属层，所述第一金属层包括若干第一金属互连线，一条所述第一金属互连线用于使一行存储阵列中同一行的若干字线与一个所述第一焊垫电连接。
可选的，所述第二晶圆内具有第二金属层，所述第二金属层包括若干第二金属互连线，一个所述第二焊垫与一个所述字线驱动晶体管通过所述第二金属互连线电连接。
可选的，所述存储阵列包括若干阵列分布的存储器单元，各存储单元包括晶体管、存储电容、位线和字线，所述晶体管包括源区、漏区和栅极，所述栅极连接至所述字线，所述漏区连接至所述位线，所述源区与电容连接，所述电容和所述位线分别位于所述晶体管的两侧。
相应的，本发明技术方案还提供一种形成上述动态随机存取存储器的形成方法，包括：提供第一晶圆，所述第一晶圆内具有若干存储阵列，所述若干存储阵列沿第一方向和第二方向呈阵列排布，各存储阵列包括若干字线，所述若干字线沿平行于第一方向且沿第二方向排布；提供第二晶圆，所述第二晶圆内具有若干字线驱动组，一个所述字线驱动组包括若干字线驱动晶体管；在所述第一晶圆上形成第一金属层，所述第一金属层包括若干第一金属互连线，一条所述第一金属互连线与一行存储阵列中同一行的两条以上字线电连接；在所述第二晶圆上形成第二金属层，所述第二金属层包括若干第二金属互连线，一个所述字线驱动晶体管与一条所述第二金属互连线电连接；在形成所述第一金属层后，在所述第一晶圆表面形成若干第一焊垫，一个所述第一焊垫与一条所述第一金属互连线电连接；在形成所述第二金属层后，在所述第二晶圆表面形成若干第二焊垫，一个所述第二焊垫与一条所述第二金属互连线电连接；在形成所述第一焊垫和所述第二焊垫后，将所述第一焊垫朝向所述第二焊垫对所述第一晶圆和所述第二晶圆进行键合。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
本发明技术方案提供的动态随机存取存储器中，将存储阵列置于所述第一晶圆内，将用于驱动所述存储阵列的字线驱动组放置于所述第二晶圆内，所述第一晶圆和所述第二晶圆相键合后获得所述动态随机存取存储器，减少了存储器占用的芯片面积；同时，一个所述字线驱动晶体管驱动一行存储阵列中同一行的两条以上字线，减少了字线驱动晶体管所需的数量，有利于减少所述字线驱动晶体管所在CMOS晶体管区域的面积。
进一步，位于所述第一晶圆表面的若干第一焊垫，一个所述第一焊垫与一条所述金属互连线电连接，一条所述第一金属互连线与一行存储阵列中同一行的若干字线电连接，因此，一行存储阵列中同一行的若干字线可以通过同一个所述第一焊垫引出，相对于将所有字线一一通过焊垫引出，可以减少焊垫的数量，减少焊垫的占用面积。
附图说明
图1是一实施例中存储单元的结构示意图；
图2是一实施例中动态随机存取存储器的示意图；
图3是另一实施例中存储单元的结构示意图；
图4是另一实施例中动态随机存取存储器的示意图；
图5是本发明一实施例中动态随机存取存储器的示意图。
具体实施方式
需要注意的是，本说明书中的“表面”、“上”，用于描述空间的相对位置关系，并不限定于是否直接接触。
如背景技术所述，现有的动态随机存取存储器还有待改善。现结合具体的实施例进行分析说明。
图1是一实施例中存储单元的结构示意图。
请参考图1，包括：衬底100；位于衬底100内的字线栅极结构101；位于字线栅极结构101两侧衬底100内的源掺杂区103和漏掺杂区102；通过源插塞104与源掺杂区103电连接的位线结构105；通过电容插塞106与漏掺杂区102电连接的电容结构107。
上述结构中，电容、位线、字线和晶体管均形成在同一晶圆上，且形成于晶圆的同一侧。所述结构作为存储单元形成存储阵列时，外围控制电路和存储阵列只能同一晶圆的同一水平面里完成，其中字线位线引出点都位于存储阵列两端，字线(wordline，WL)的引出方式请参考图2。
图2是一实施例中动态随机存取存储器的示意图。
请参考图2，所述动态随机存取存储器包括若干存储库，各存储库包括若干存储阵列11，和位于相邻存储阵列11之间的若干字线驱动，所述字线驱动包括D0至Dn(n为大于0的整数)，所述若干存储阵列11沿第一方向X1和第二方向Y1阵列排布，各存储阵列11包括若干行字线WL，所述若干行字线WL沿第二方向Y1排布；同一存储库中相邻存储阵列11同行的字线WL通过金属层连接在一起，然后再连接到字线驱动上，一个字线驱动驱动两根字线WL(如字线驱动D0驱动相邻两个存储阵列11中第0行的字线)；同一存储库中，同一行的字线WL相互连接，以在读写时同时打开。
上述字线与字线驱动的连接方式形成的存储器中，存储阵列11与字线驱动位于同一张晶圆上，使得存储阵列11间的距离较大，影响了存储阵列的效率，不利于提高电路的集成水平。
图3是另一实施例中存储单元的结构示意图。
请参考图3，包括：衬底，所述衬底具有相对的第一面201a和第二面201b，所述衬底包括若干相互分立的有源区202，相邻所述有源区202之间具有隔离层203，所述若干有源区202沿第一方向m排列，且所述若干有源区202平行于第二方向n，所述第一方向m与第二方向n相互垂直，所述第一面201a和所述第二面201b分别暴露出所述隔离层203；沿第一方向m贯穿若干所述有源区202的若干字线栅极结构204，所述若干字线栅极结构204沿第二方向n排列，且自第一面201a向第二面201b延伸，所述字线栅极结构204在第二方向n上具有相对的第一侧壁(图中未示出)和第二侧壁(图中未示出)；位于所述第一侧壁与有源区202之间具有绝缘层205；位于所述第二面201b上的位线206，所述位线206沿第一方向m排列，且所述位线206平行与第二方向n，一个有源区202与一个位线206电互连；位于所述有源区202内具有第一源漏区(图中未示出)，所述第一源漏区自所述第二面201b向所述第一面201a延伸；位于每个所述有源区202内的若干第二源漏区(图中未示出)，所述第二源漏区由所述第一面201a向所述第二面201b延伸；位于所述第一面201a上的多个电容207，每个所述电容207与一个所述第二源漏区电互连。
上述结构中，字线栅极结构201、位线206和电容207都形成于晶体管的同一侧。所述电容207、所述有源区202、所述若干字线栅极结构204字晶圆的正面做，所述位线206在晶圆的背面做，同时可以在晶圆背面将字线引出，所述字线连接所述字线栅极结构204，因此字线驱动与字线的连接形式可以更加灵活，请参考图4。
图4是另一实施例中动态随机存取存储器的示意图。
请参考图4，所述动态随机存取存储器包括若干存储库，各存储库包括位于第一晶圆A上的若干存储阵列22和位于第二晶圆B上的若干字线驱动，所述第一晶圆A和所述第二晶圆B相互键合，且所述字线驱动包括字线驱动D0至字线驱动Dn(n为大于0的整数)，所述若干存储阵列11沿第一方向X2阵列排布，各存储阵列11包括若干行字线WL，所述字线221沿第二方向Y2排布；位于所述第一晶圆A表面上具有若干第一焊垫222，所述若干第一焊垫222分别与所述若干字线222电连接；位于所述第二晶圆B表面具有若干第二焊垫223，所述若干第二焊垫222分别与所述若干字线驱动电连接；同一存储库中相邻存储阵列22同行的字线221自第一晶圆通过所述第一焊垫222与所述第二焊垫223电连接，并连接至同一字线驱动上，一个字线驱动驱动两根字线221，如字线驱动Dr0驱动相邻两个存储阵列22中第0行的字线221。
上述字线与字线驱动的连接方式形成的存储器的中，将字线驱动和存储阵列分别形成中两张晶圆上，并将两张晶圆键合的方式，可以节省存储阵列占用的面积。然而，所有字线都需要引出至所述第一焊垫222，同时考虑到位线的引出，每个存储阵列22内需要的焊垫数量为字线和位线数量的总和，可能存在焊垫占用面积超过存储阵列面积的情况，不利于电路的集成。
为解决上述技术问题，本发明技术方案提供一种动态随机存取存储器，将存储阵列置于所述第一晶圆内，将用于驱动所述存储阵列的字线驱动组放置于所述第二晶圆内，所述第一晶圆和所述第二晶圆相键合，减少了存储器占用的芯片面积；同时，一个所述字线驱动晶体管驱动一行存储阵列中同一行的两条以上字线，减少了字线驱动晶体管所需的数量，有利于减少所述字线驱动晶体管所在CMOS晶体管区域的面积。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图5是本发明一实施例中动态随机存取存储器的示意图。
请参考图5，提供第一晶圆30，所述第一晶圆30内具有若干存储阵列301，所述若干存储阵列301沿第一方向X3和第二方向Y3呈阵列排布，各存储阵列301包括若干字线302，所述若干字线302沿平行于第一方向X3且沿第二方向Y3排布；提供第二晶圆40，所述第二晶圆40内具有若干字线驱动组，一个所述字线驱动组包括若干字线驱动晶体管401。
所述若干存储阵列301的行数、列数，所述若干字线302的行数均根据实际需要进行调整，以实现一定的存储能力。
本实施例中，一个所述字线驱动组包括一个字线驱动晶体管401，一个字线驱动晶体管401驱动一行存储阵列中同一行的字线302。即，一行存储阵列中同一行的所有字线被一个字线驱动晶体管401所述驱动。其他实施例中，一个所述字线驱动组可以包括多个字线驱动晶体管，一个字线驱动晶体管用来驱动一行存储阵列中同一行的两条以上的字线。即，可以将一行存储阵列中同一行字线分为多组，每组中字线的数量大于两条，每组字线采用一个字线驱动晶体管进行驱动，一个所述字线驱动组内的字线驱动晶体管数目与字线的分组数相同。实际的字线的分组数可以根据字线驱动晶体管的驱动能力、字线分布连接所需要的金属线布局等来进行实际调整。
相对于一个字线驱动晶体管只能驱动一行存储阵列中相邻的两条字线，可以极大地减少字线驱动晶体管的数量，利于减少所述字线驱动晶体管所在CMOS晶体管区域的面积。
所述存储阵列301包括若干阵列分布的存储器单元(图中未示出)，各存储单元包括晶体管、存储电容、位线和字线，所述晶体管包括源区、漏区和栅极，所述栅极连接至所述若干字线302，所述漏区连接至所述位线，所述源区与电容连接，所述电容和所述位线分别位于所述晶体管的两侧。由于所述电容和所述位线分别位于所述晶体管的两侧，可以在所述第一晶圆30的背面将所述若干字线301和所述位线引出，使得字线驱动晶体管与字线的连接形式更加灵活，不需要将外围控制电路(如字线驱动晶体管)和存储阵列受限在同一晶圆的同一水平面里。
由于将存储阵列置于所述第一晶圆30内，将用于驱动所述存储阵列301的字线驱动组放置于所述第二晶圆40内，所述第一晶圆30和所述第二晶圆40相键合后获得动态随机存取存储器，使相邻两个存储阵列301之间的距离明显减小，减少了存储器占用的芯片面积。
请继续参考图5，在所述第一晶圆30上形成第一金属层，所述第一金属层包括若干第一金属互连线303，一条所述第一金属互连线303与一行存储阵列中同一行的两条以上字线302电连接。
具体地，本实施例仅示出了若干第一金属互连线303和若干字线302相连接的一种形式。例如，与第一行字线302相连接的第一金属互连线303位于所述第一金属层的第四行，与第二行字线302相连接的第一金属互连线303位于所述第一金属层的第八行。实际的布线顺序可以不限于此。
请继续参考图5，在所述第二晶圆40上形成第二金属层，所述第二金属层包括若干第二金属互连线402，一个所述字线驱动晶体管401与一条所述第二金属互连线402电连接。
请继续参考图5，在形成所述第一金属层后，在所述第一晶圆30表面形成若干第一焊垫304，一个所述第一焊垫304与一条所述第一金属互连线303电连接。
一行存储阵列301中，同一行的若干字线302可以通过同一个所述第一焊垫304引出，相对于将所有字线一一通过焊垫引出，可以减少焊垫的数量，减少焊垫的占用面积。
请继续参考图5，在形成所述第二金属层后，在所述第二晶圆40表面形成若干第二焊垫403，一个所述第二焊垫403与一条所述第二金属互连线402电连接。
请继续参考图5，在形成所述第一焊垫304和所述第二焊垫403后，将所述第一焊垫304朝向所述第二焊垫403对所述第一晶圆30和所述第二晶圆40进行键合。
所述第一焊垫304和所述第二焊垫403之间焊接完成了两条以上字线302和相应的字线驱动晶体管401之间的电连接。即，所述动态随机存取存储器在工作时，可以实现一个所述字线驱动晶体管401驱动一行存储阵列301中同一行的两条以上字线302。
相应地，本发明一实施例还提供一种采用上述方法所形成的动态随机存取存储器，包括：第一晶圆30，位于第一晶圆30内具有若干存储阵列301，所述若干存储阵列301沿第一方向X3和第二方向Y3呈阵列排布，各存储阵列301包括若干字线302，所述若干字线302沿平行于第一方向X3且沿第二方向Y3排布；与第一晶圆30相键合的第二晶圆40，位于第二晶圆40内的具有若干字线驱动组，一个所述字线驱动组用于驱动一行存储阵列301，一个所述字线驱动组包括若干字线驱动晶体管401，一个所述字线驱动晶体管401驱动一行存储阵列301中同一行的两条以上字线302。
由于将存储阵列置于所述第一晶圆内，将用于驱动所述存储阵列的字线驱动组放置于所述第二晶圆内，所述第一晶圆和所述第二晶圆相键合后获得动态随机存取存储器，使相邻两个存储阵列301之间的距离明显减小，减少了存储器占用的芯片面积；同时，相对于一个字线驱动晶体管只能驱动一行存储阵列中相邻的两条字线，可以极大地减少字线驱动晶体管的数量，利于减少所述字线驱动晶体管所在CMOS晶体管区域的面积。
本实施例中，一个所述字线驱动组包括一个字线驱动晶体管401，一个字线驱动晶体管401驱动一行存储阵列301中同一行的字线302。
本实施例中，所述动态随机存取存储器包括：位于所述第一晶圆30表面的若干第一焊垫304，一个所述第一焊垫304与一行存储阵列301中同一行的若干字线302电连接；位于所述第二晶圆40表面的若干第二焊垫403，一个所述第二焊垫403与一个字线驱动晶体管401电连接，所述第一晶圆30和所述第二晶圆40通过所述第一焊垫304和所述第二焊垫403相键合。
一行存储阵列301中，同一行的若干字线302可以通过同一个所述第一焊垫304引出，相对于将所有字线一一通过焊垫引出，可以减少焊垫的数量，减少焊垫的占用面积。
本实施例中，所述动态随机存取存储器包括：位于所述第一晶圆30内具有第一金属层，所述第一金属层包括若干第一金属互连线303，一条所述第一金属互连线303用于使一行存储阵列301中同一行的若干字线302与一个所述第一焊垫304电连接。
本实施例中，所述第二晶圆40内具有第二金属层，所述第二金属层包括若干第二金属互连线402，一个所述第二焊垫403与一个所述字线驱动晶体管401通过所述第二金属互连线402电连接。
所述存储阵列301包括若干阵列分布的存储器单元(图中未示出)，各存储单元包括晶体管、存储电容、位线和字线，所述晶体管包括源区、漏区和栅极，所述栅极连接至所述字线，所述漏区连接至所述位线，所述源区与电容连接，所述电容和所述位线分别位于所述晶体管的两侧。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (7)
1.一种动态随机存取存储器，其特征在于，包括：
第一晶圆，位于所述第一晶圆内具有若干存储阵列，所述若干存储阵列沿第一方向和第二方向呈阵列排布，各存储阵列包括若干字线，所述若干字线沿平行于第一方向且沿第二方向排布；
与第一晶圆相键合的第二晶圆，位于所述第二晶圆内具有若干字线驱动组，一个所述字线驱动组用于驱动一行存储阵列，一个所述字线驱动组包括若干字线驱动晶体管，一个所述字线驱动晶体管驱动一行存储阵列中同一行的两条以上字线。
2.如权利要求1所述的动态随机存取存储器，其特征在于，一个所述字线驱动组包括一个字线驱动晶体管，一个字线驱动晶体管驱动一行存储阵列中同一行的字线。
3.如权利要求1所述的动态随机存取存储器，其特征在于，包括：位于所述第一晶圆表面的若干第一焊垫，一个所述第一焊垫与一行存储阵列中同一行的若干字线电连接；位于所述第二晶圆表面的若干第二焊垫，一个所述第二焊垫与一个字线驱动晶体管电连接，所述第一晶圆和所述第二晶圆通过所述第一焊垫和所述第二焊垫相键合。
4.如权利要求3所述的动态随机存取存储器，其特征在于，包括：位于所述第一晶圆内具有第一金属层，所述第一金属层包括若干第一金属互连线，一条所述第一金属互连线用于使一行存储阵列中同一行的若干字线与一个所述第一焊垫电连接。
5.如权利要求3所述的动态随机存取存储器，其特征在于，所述第二晶圆内具有第二金属层，所述第二金属层包括若干第二金属互连线，一个所述第二焊垫与一个所述字线驱动晶体管通过所述第二金属互连线电连接。
6.如权利要求1所述的动态随机存取存储器，其特征在于，所述存储阵列包括若干阵列分布的存储器单元，各存储单元包括晶体管、存储电容、位线和字线，所述晶体管包括源区、漏区和栅极，所述栅极连接至所述字线，所述漏区连接至所述位线，所述源区与电容连接，所述电容和所述位线分别位于所述晶体管的两侧。
7.一种动态随机存取存储器的形成方法，其特征在于，包括：
提供第一晶圆，所述第一晶圆内具有若干存储阵列，所述若干存储阵列沿第一方向和第二方向呈阵列排布，各存储阵列包括若干字线，所述若干字线沿平行于第一方向且沿第二方向排布；
提供第二晶圆，所述第二晶圆内具有若干字线驱动组，一个所述字线驱动组包括若干字线驱动晶体管；
在所述第一晶圆上形成第一金属层，所述第一金属层包括若干第一金属互连线，一条所述第一金属互连线与一行存储阵列中同一行的两条以上字线电连接；
在所述第二晶圆上形成第二金属层，所述第二金属层包括若干第二金属互连线，一个所述字线驱动晶体管与一条所述第二金属互连线电连接；
在形成所述第一金属层后，在所述第一晶圆表面形成若干第一焊垫，一个所述第一焊垫与一条所述第一金属互连线电连接；
在形成所述第二金属层后，在所述第二晶圆表面形成若干第二焊垫，一个所述第二焊垫与一条所述第二金属互连线电连接；
在形成所述第一焊垫和所述第二焊垫后，将所述第一焊垫朝向所述第二焊垫对所述第一晶圆和所述第二晶圆进行键合。
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| CN202210051526.7A Pending CN114420180A (zh) | 2022-01-17 | 2022-01-17 | 动态随机存取存储器及其形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114420180A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024099205A1 (en) * | 2022-11-08 | 2024-05-16 | International Business Machines Corporation | Fet dram with backside bitline |
-
2022
- 2022-01-17 CN CN202210051526.7A patent/CN114420180A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024099205A1 (en) * | 2022-11-08 | 2024-05-16 | International Business Machines Corporation | Fet dram with backside bitline |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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