壓印存儲(chǔ)器的制造方法
【專利摘要】高昂的數(shù)據(jù)掩膜版成本將極大地限制掩膜編程只讀存儲(chǔ)器（mask-ROM）的廣泛應(yīng)用。本發(fā)明提出一種壓印存儲(chǔ)器（imprintedmemory），尤其是三維壓印存儲(chǔ)器（three-dimensionalimprintedmemory，簡(jiǎn)稱為3D-iP）。它采用采用壓印法（imprint-lithography）來(lái)錄入數(shù)據(jù)。壓印法也稱為納米壓印法（nano-imprintlithography，簡(jiǎn)稱為NIL），其采用的數(shù)據(jù)模版（template）比光刻法采用的數(shù)據(jù)掩膜版成本價(jià)格更為低廉。
【專利說(shuō)明】壓印存儲(chǔ)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路存儲(chǔ)器領(lǐng)域，更確切地說(shuō)，涉及掩膜編程只讀存儲(chǔ)器(mask-ROM)。
【背景技術(shù)】
[0002]Mask-ROM被用來(lái)存儲(chǔ)出版。它含有一層數(shù)據(jù)錄入膜。數(shù)據(jù)錄入膜中的圖形為數(shù)據(jù)圖形，它代表其所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。圖1的mask-ROM實(shí)施例是一個(gè)交叉點(diǎn)(cross-point)陣列存儲(chǔ)器。它含有多條頂?shù)刂肪€(如2a_2d)、底地址線(如Ia-1d)和存儲(chǔ)元(如5aa_5dd)。地址線的寬度為f。其數(shù)據(jù)錄入膜是一層隔離介質(zhì)膜3b，它阻擋頂?shù)刂肪€和底地址線之間的電流流動(dòng)，并通過(guò)數(shù)據(jù)開(kāi)口(如通道孔)的存在與否來(lái)區(qū)別存儲(chǔ)元的不同狀態(tài)。如在存儲(chǔ)元5aa處有一數(shù)據(jù)開(kāi)口，它代表‘ I ’ ；在存儲(chǔ)元5ab處無(wú)數(shù)據(jù)開(kāi)口，它代表‘0’。本圖僅畫(huà)出了數(shù)據(jù)開(kāi)口附近的隔離介質(zhì)膜3b (由交叉圖紋表示)。為了顯示地址線以及它們與數(shù)據(jù)開(kāi)口之間的關(guān)系，其它地方的隔離介質(zhì)膜3b沒(méi)有被畫(huà)出。該圖也沒(méi)有畫(huà)出存儲(chǔ)元中的二極管等部件。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，數(shù)據(jù)錄入膜中的圖形是通過(guò)圖形轉(zhuǎn)換從數(shù)據(jù)掩膜版得來(lái)的。圖形轉(zhuǎn)換也稱為印錄(print)，即通過(guò)“印”的方式來(lái)錄入數(shù)據(jù)。本發(fā)明將承載內(nèi)容數(shù)據(jù)的掩膜版稱為數(shù)據(jù)掩膜版。當(dāng)集成電路的特征尺寸小于光刻機(jī)的光學(xué)波長(zhǎng)時(shí)，掩膜版需要采用分辨率增強(qiáng)技術(shù)(resolution enhancement techniques,即 RET),如光學(xué)接近修正(opticalproximity correction,即0PC)和相位移掩膜版(phase-shift mask)等。這些技術(shù)的引入導(dǎo)致在制造100納米以下掩膜版時(shí)需要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)量極大地增加，同時(shí)也使其制造工藝日趨復(fù)雜。
[0004]尤其糟糕的是，數(shù)據(jù)掩膜版上的數(shù)據(jù)圖形不同于存儲(chǔ)器的其它掩膜版圖形，如地址線圖形、存儲(chǔ)柱(storage pillar)圖形、存儲(chǔ)孔(storage hole)圖形等。地址線圖形、存儲(chǔ)柱圖形和存儲(chǔ)孔圖形具有很強(qiáng)的微米尺度周期性，即在微米大小的區(qū)域內(nèi)，圖形是以一定周期重復(fù)的。微米之所以很重要是因?yàn)樗砥毓夤饩€的衍射范圍。上述圖形比較適宜采用OPC和phase-shift mask等RET技術(shù)。另一方面,數(shù)據(jù)掩膜版中的數(shù)據(jù)圖形完全沒(méi)有微米尺度周期性，即在微米大小的區(qū)域內(nèi)，數(shù)據(jù)圖形完全不重復(fù)。數(shù)據(jù)圖形不適合0PC、phase-shift mask等RET技術(shù),這使數(shù)據(jù)掩膜版的制造非常復(fù)雜。上述這些因素導(dǎo)致在90nm之后，數(shù)據(jù)掩膜版成本急劇上升。例如說(shuō)，在90nm結(jié)點(diǎn)一塊數(shù)據(jù)掩膜版的成本約為5萬(wàn)美元，在22nm結(jié)點(diǎn)其成本則漲到25萬(wàn)美元。在90nm之后，高昂的數(shù)據(jù)掩膜版成本將極大地限制mask-ROM的廣泛應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的是提供一種降低數(shù)據(jù)錄入成本的方法。
[0006]本發(fā)明的主要目的是提供一種降低數(shù)據(jù)掩膜版成本的方法。
[0007]根據(jù)這些以及別的目的，本發(fā)明提出一種壓印存儲(chǔ)器(imprinted memory),尤其是三維壓印存儲(chǔ)器(three-dimensional imprinted memory,簡(jiǎn)稱為3D_iP)。它米用壓印法(imprint-1 ithography)來(lái)印錄數(shù)據(jù)。壓印法也稱為納米壓印法(nano-1mprintlithography,簡(jiǎn)稱為 NIL)。
[0008]壓印法通過(guò)在模版(template)上施加壓力，使壓印膠(imprint resist)產(chǎn)生機(jī)械變形從而實(shí)現(xiàn)圖形轉(zhuǎn)換。采用壓印法來(lái)錄入數(shù)據(jù)的主要優(yōu)勢(shì)是其數(shù)據(jù)模版遠(yuǎn)比光刻法中的數(shù)據(jù)掩膜版便宜。這里，數(shù)據(jù)模版是用來(lái)將數(shù)據(jù)圖形轉(zhuǎn)換到數(shù)據(jù)錄入膜的模版。模板也被稱為母版(master)、印戳(stamp)、模具(mold)等。在壓印法中，由于數(shù)據(jù)錄入膜中的圖形是數(shù)據(jù)模版上圖形的1:1拷貝，它沒(méi)有光刻法的光學(xué)失真問(wèn)題，因此數(shù)據(jù)模版不需要0PC，其制造過(guò)程中所需寫(xiě)入的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于數(shù)據(jù)掩膜版。此外，壓印法也不用擔(dān)心衍射效應(yīng)，其數(shù)據(jù)模版不需要使用相位移技術(shù)，從而避免采用復(fù)雜的掩膜版工藝。更重要的是，壓印法使印錄具有納米尺度(如I納米到100納米)、且不具有微米尺度周期性的數(shù)據(jù)圖形成為可能?？偟恼f(shuō)來(lái)，由于制造數(shù)據(jù)模版比數(shù)據(jù)掩膜版容易，因此數(shù)據(jù)模版成本更低，故壓印存儲(chǔ)器具有較低的數(shù)據(jù)錄入成本。
[0009]相應(yīng)地，本發(fā)明提出一種制造壓印存儲(chǔ)器的方法，其特征在于包括如下步驟:1)形成一數(shù)據(jù)錄入膜；2)通過(guò)壓印法將數(shù)據(jù)圖形從一數(shù)據(jù)模版轉(zhuǎn)換到該數(shù)據(jù)錄入膜中；3)形成多條與該數(shù)據(jù)錄入膜耦合的地址線；其中，該數(shù)據(jù)圖形代表存儲(chǔ)于該存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)圖形具有納米尺度，且不具有微米尺度周期性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是一種mask-ROM的截面圖。
[0011]圖2A-圖2C表示一種壓印法的各個(gè)步驟。
[0012]圖3A-圖3B是兩種數(shù)據(jù)模版的頂`視圖。
[0013]圖4是一種3D_iP的截面圖。
[0014]注意到，這些附圖僅是概要圖，它們不按比例繪圖。為了顯眼和方便起見(jiàn)，圖中的部分尺寸和結(jié)構(gòu)可能做了放大或縮小。在不同實(shí)施例中，相同的符號(hào)一般表示對(duì)應(yīng)或類似的結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0015]為了降低數(shù)據(jù)錄入成本，本發(fā)明提出一種壓印存儲(chǔ)器(imprinted memory),尤其是三維壓印存儲(chǔ)器(three-dimensional imprinted memory,簡(jiǎn)稱為3D_iP)。就其最終的物理結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，壓印存儲(chǔ)器與mask-ROM完全相同，它們均利用其數(shù)據(jù)錄入膜中的數(shù)據(jù)圖形來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。壓印存儲(chǔ)器與mask-ROM的不同之處是它們采用不同的數(shù)據(jù)錄入法:mask-R0M采用光刻法，壓印存儲(chǔ)器采用壓印法。但是，壓印法采用的數(shù)據(jù)模版遠(yuǎn)比光刻法采用的數(shù)據(jù)掩膜版便宜。
[0016]壓印法通過(guò)在模版(template)上施加壓力，使壓印膠(imprint resist)產(chǎn)生機(jī)械變形從而實(shí)現(xiàn)圖形轉(zhuǎn)換(參見(jiàn)Chou等著《Imprint-lithography with 25-nanometerresolution)), Science雜志，272卷，5258號(hào)，85-87頁(yè))。壓印法的例子包括熱塑料壓￡口法(thermoplastic nano-1mprint lithography)、光照壓 ￡口法(photo nano-1mprintlithography)、電化學(xué)壓印法(electro-chemical nano-1mprint lithography)和激光幫助壓印法(laser-assisted direct imprint-lithography)等。壓印法可以在整個(gè)晶圓上——次(ful 1-wafer imprint),或者米用步進(jìn)重復(fù)(step-and-repeat imprint)0
[0017]圖2A-圖2C表示一種實(shí)現(xiàn)壓印法的各個(gè)步驟。這些圖是沿圖1中AA’線的截面圖。該些步驟被用來(lái)為圖1中的存儲(chǔ)器錄入數(shù)據(jù)。該壓印法是熱塑料壓印法。其具體步驟如下。首先在一底膜(如地址線)89上形成一數(shù)據(jù)錄入膜87，然后在其上形成一壓印膠(如一熱塑料高分子材料，即thermoplastic polymer) 85 (圖2A)。將一模版81 (也被稱為母版、印戳、模具等)和壓印膠85接觸并施加壓力。之后，對(duì)壓印膠85加溫使其溫度超過(guò)壓印膠的玻璃化溫度，這時(shí)模版81上的圖形被壓入到軟化的壓印膠85中。冷卻后，模版81與晶圓分離(圖2B)。最后，通過(guò)一個(gè)刻蝕步驟將壓印膠85中的圖形轉(zhuǎn)換到數(shù)據(jù)錄入膜87中(圖 2C)。
[0018]模版81具有一個(gè)預(yù)先設(shè)置的拓?fù)鋱D形。模版81含有多個(gè)凸起83。這些凸起83從模版81的一個(gè)表面上突出，其尺寸在I納米到100納米之間。模版81中凸起83的存在與否決定了與之相對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)元之狀態(tài)。比如說(shuō)，在與存儲(chǔ)元5aa對(duì)應(yīng)的模版位置具有一凸起83，則存儲(chǔ)元5aa含有數(shù)據(jù)開(kāi)口 6aa，并處于“ I ”狀態(tài)。另一方面，在與存儲(chǔ)元5ba對(duì)應(yīng)的模版位置沒(méi)有凸起，則存儲(chǔ)元5ba不含數(shù)據(jù)開(kāi)口，并處于“O”狀態(tài)。注意到，在壓印步驟結(jié)束后，壓印膠85中的圖形形狀與模版81中的圖形形狀剛好相反。
[0019]圖3A-圖3B表示兩種數(shù)據(jù)模版81，它們均可以用來(lái)形成圖1中的數(shù)據(jù)圖形。圖3A中的數(shù)據(jù)模版81應(yīng)用了數(shù)據(jù)掩膜版中xf(x>l，最好?2)掩膜版(參見(jiàn)美國(guó)專利6，903，427)的精神，即模版81的最小特征尺寸F可以比地址線的半周期(或?qū)挾?f大，最好是f的兩倍。而且，相鄰的突起(如位置5bb、5bc、5cc)還可以合并在一起。相應(yīng)地，數(shù)據(jù)模版81也被稱為xf模版。例如說(shuō)，一個(gè)90nm的數(shù)據(jù)模版可以為一個(gè)45nm的壓印存儲(chǔ)器錄入數(shù)據(jù)。這可以進(jìn)一步降低數(shù)據(jù)模版的成本。在該實(shí)施例中，凸起83具有矩形形狀。
[0020]圖3B表示另一種數(shù)據(jù)模版81。其凸起83 (如位置5aa處)具有圓柱形形狀。該圓柱形的最小特征尺寸F也可以比地址線的半周期(或?qū)挾?f大。除此之外，凸起83還可以具有圓錐形形狀和金字塔形形狀等。圓柱形的凸起83尤其適合用電子束直接寫(xiě)的方法來(lái)形成。很明顯，數(shù)據(jù)模版81也可以應(yīng)用共享型數(shù)據(jù)掩膜版(參見(jiàn)中國(guó)專利申請(qǐng)《三維印錄存儲(chǔ)器》)的精神，為一共享型數(shù)據(jù)模版，即一個(gè)數(shù)據(jù)模版81承載多個(gè)不同海量出版物的數(shù)據(jù)。
[0021]壓印法的主要優(yōu)勢(shì)是其數(shù)據(jù)模版非常廉價(jià)。由于印錄法沒(méi)有光刻法的光學(xué)失真問(wèn)題，其數(shù)據(jù)錄入膜中的圖形是數(shù)據(jù)模版上圖形的1:1拷貝，因此其數(shù)據(jù)模版上每個(gè)凸起都可以具有相同的形狀，不需要根據(jù)它周圍凸起的分布情況而進(jìn)行光學(xué)修正。對(duì)于壓印存儲(chǔ)器中的每個(gè)數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)模版只需要一位數(shù)據(jù)來(lái)定義凸起的存在與否。與之比較，對(duì)于mask-ROM中的一個(gè)數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)掩膜版需要多位數(shù)據(jù)來(lái)定義數(shù)據(jù)開(kāi)口的形狀。對(duì)于同樣的存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)量，制造數(shù)據(jù)模版所需寫(xiě)入的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于數(shù)據(jù)掩膜版。此外，壓印法也不用擔(dān)心衍射效應(yīng)，不需要使用相位移技術(shù)，從而避免采用復(fù)雜的掩膜版工藝。更重要的是，數(shù)據(jù)模版使印錄具有納米尺度(如I納米到100納米)、且不具有微米尺度內(nèi)周期性的數(shù)據(jù)圖形成為可能?？偟恼f(shuō)來(lái)，由于制造數(shù)據(jù)模版比數(shù)據(jù)掩膜版容易，數(shù)據(jù)模版成本更低，故壓印存儲(chǔ)器可以具有較低的數(shù)據(jù)錄入成本。
[0022]壓印存儲(chǔ)器尤其適合三維印錄存儲(chǔ)器((three-dimensional printed memory,簡(jiǎn)稱為3D-P)(參見(jiàn)中國(guó)專利申請(qǐng)“三維印錄存儲(chǔ)器”)。相應(yīng)地，本發(fā)明提出一種三維壓印存儲(chǔ)器(three-dimensional imprinted memory,簡(jiǎn)稱為3D_iP),它采用用壓印法來(lái)為其存儲(chǔ)層錄入數(shù)據(jù)。圖4表示了一種3D-1P。它與傳統(tǒng)的3D-MPR0M具有相同的物理結(jié)構(gòu)，但是其數(shù)據(jù)錄入方法不同，即3D-1P采用壓印法來(lái)印錄數(shù)據(jù)，3D-MPR0M采用光刻法。3D_iP是一種基于二極管的交叉點(diǎn)(cross-point)陣列存儲(chǔ)器。它含有一半導(dǎo)體襯底O及一堆疊在襯底上的三維堆16。三維堆16含有M (M > 2)個(gè)相互堆疊的存儲(chǔ)層(如16A、16B)。每個(gè)存儲(chǔ)層(如16A)含有多條頂?shù)刂肪€(如2a)、底地址線(如Ia)和存儲(chǔ)元(如5aa)。每個(gè)存儲(chǔ)元含有一個(gè)二極管3d且存儲(chǔ)η (η>1)位數(shù)據(jù)。每個(gè)存儲(chǔ)層還含有至少一層數(shù)據(jù)錄入膜，包括隔離介質(zhì)膜3b、電阻膜(參見(jiàn)美國(guó)專利申請(qǐng)12/785，621)或額外摻雜膜(參見(jiàn)美國(guó)專利7，821，080)。數(shù)據(jù)通過(guò)壓印法錄入到存儲(chǔ)層的數(shù)據(jù)錄入膜中。存儲(chǔ)層(如16A、16B)通過(guò)接觸通道孔(如lav、I’ av)與襯底O耦合。在襯底O中的襯底電路OX含有三維堆16的周邊電路。
[0023]應(yīng)該了解，在不遠(yuǎn)離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以對(duì)本發(fā)明的形式和細(xì)節(jié)進(jìn)行改動(dòng)，這并不妨礙它們應(yīng)用本發(fā)明的精神。因此，除了根據(jù)附加的權(quán)利要求書(shū)的精神，本發(fā)明不應(yīng)受到任何限制。
【權(quán)利要求】
1.一種制造壓印存儲(chǔ)器的方法，其特征在于包括如下步驟: 1)形成一數(shù)據(jù)錄入膜； 2)通過(guò)壓印法將數(shù)據(jù)圖形從一數(shù)據(jù)模版轉(zhuǎn)換到該數(shù)據(jù)錄入膜中； 3)形成多條與該數(shù)據(jù)錄入膜耦合的地址線； 其中，該數(shù)據(jù)圖形代表存儲(chǔ)于該存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)，且該數(shù)據(jù)圖形具有納米尺度，且不具有微米尺度周期性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器制造方法，其特征還在于:該數(shù)據(jù)圖形的尺寸在I納米到100納米之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器制造方法，其特征還在于:所述壓印存儲(chǔ)器是三維印錄存儲(chǔ)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器制造方法，其特征還在于:所述壓印存儲(chǔ)器是一交叉點(diǎn)陣列存儲(chǔ)器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器制造方法，其特征還在于:所述壓印法是納米壓印法。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的存儲(chǔ)器制造方法，其特征還在于:所述數(shù)據(jù)模板含有多個(gè)凸起。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的存儲(chǔ)器制造方法，其特征還在于:所述凸起的尺寸在I納米到100納米之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的存儲(chǔ)器制造方法，其特征還在于:所述凸起具有圓柱形形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的存儲(chǔ)器制造方法，其特征還在于:所述凸起具有圓錐形形狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的存儲(chǔ)器制造方法，其特征還在于:所述凸起具有金字塔形狀。
【文檔編號(hào)】B82Y10/00GK103681511SQ201210319920
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年9月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月1日
【發(fā)明者】張國(guó)飆 申請(qǐng)人:成都海存艾匹科技有限公司