專利名稱：三維存儲器結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三維存儲器結(jié)構(gòu)，且特別是涉及一種具有錯誤自動檢查與更正 (error checking and correcting, ECC)位的三維存儲器結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
近年來半導(dǎo)體元件的結(jié)構(gòu)不斷地改變，且元件的存儲器儲存容量也不斷增加。特別是相關(guān)業(yè)者，不斷研發(fā)新的設(shè)計(jì)或是結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行存儲單元平面的堆疊，以達(dá)到具有更高儲存容量的結(jié)構(gòu)。例如已有一些多層薄膜晶體管堆疊的與非柵(NAND)型快速存儲器結(jié)構(gòu)被提出。具高儲存容量的半導(dǎo)體元件其尺寸也因而跟著堆疊的存儲器結(jié)構(gòu)而隨之縮小。半導(dǎo)體工藝技術(shù)的進(jìn)展如同摩爾定律(Moore’ s law)的評估,是以接近直線的方式向前推展(其推估晶體管和電阻數(shù)量將每I 2年增加一倍)，使得IC產(chǎn)品能持續(xù)降低成本，提升性能，增加功能，每I 2年半導(dǎo)體元件的尺寸就可縮小約一半。然而，可容忍的缺陷大小同時(shí)縮小了約一半，這提高了元件在產(chǎn)出品質(zhì)上的困難度。再者，對非易失存儲器元件(non-violate memory, NVM)而言,多層存儲單元平面堆疊設(shè)計(jì),如三層存儲單元平面堆疊設(shè)計(jì)，也窄化了工藝容許度/工藝條件范圍(Process/product Window)。錯誤自動檢查與更正(error checking and correcting, ECC)修復(fù)功能,是一種數(shù)據(jù)檢查的技術(shù)并具有自動更正的能力，然而，此功能的存在會使存儲器元件的制造成本提高。存儲器元件內(nèi)需要額外的錯誤自動檢查與更正(ECC)位來儲存進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查與更正所需的相關(guān)信息。在執(zhí)行錯誤自動檢查與更正(ECC)與修復(fù)的功能時(shí)，越多的錯誤位需要更正，就需要越多的空間來保存核對與更正所需的信息。存儲器要具有檢查與修復(fù)的功能， 就必須記錄更多的信息，因此這類的存儲器除了負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的記錄之外，還要更多的存儲器來保存核對與更正所需的信息。一般二維平面的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中需要透過額外的區(qū)域來儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位以執(zhí)行錯誤自動檢查與更正(ECC)與修復(fù)功能。例如，對于在二維半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中 IKB 的頁面大小(pagesize),若以 BCH(Bose, Chaudhuri, Hocquenghem) 編碼用來作為檢測錯誤的循環(huán)碼以執(zhí)行錯誤自動檢查與更正(ECC)與修復(fù)功能時(shí)，大約需要使用約4% 4. 2%的額外區(qū)域大小儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位，才能更正達(dá)24 個(gè)位的錯誤。至于對2xnm工藝技術(shù)世代的多層式儲存單元與非柵快速存儲器(MLC NAND structure)來說，因趨近物理極限導(dǎo)致錯誤率提升,估計(jì)需要64_bit錯誤自動檢查與更正 (ECC)才能達(dá)到接受的可靠度。64-bit錯誤自動檢查與更正(ECC)估計(jì)需要額外增加約
11.2%的區(qū)域大小儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位，這相當(dāng)于需增加11. 2%的成本。對于很有可能在未來全面取代硬盤驅(qū)動器(HDD)，成為新一代的主流儲存產(chǎn)品的固態(tài)硬盤(Solid State Drive, SSD)來說，一些分析報(bào)導(dǎo)提出所需的錯誤自動檢查與更正 (ECC)位甚至高達(dá)100-bit，估計(jì)需要額外增加約17. 5%的區(qū)域大小(也就是需要額外增加約17. 5%的成本)，才能確保元件具有良好的穩(wěn)定度。圖I繪示一種典型的具有錯誤自動檢查與更正(ECC)位儲存空間的三維存儲器結(jié)構(gòu)的示意圖。圖I中，三維存儲器結(jié)構(gòu)I包括四層存儲器平面層101 104堆疊于基板10 上而成，而每一存儲器平面層的錯誤自動檢查與更正(ECC)儲存區(qū)12里的錯誤自動檢查與更正(ECC)位是用以檢查和更正儲存在數(shù)據(jù)區(qū)11的數(shù)據(jù)。和二維存儲器結(jié)構(gòu)一樣，典型的三維存儲器結(jié)構(gòu)同樣也有需要透過額外的區(qū)域來儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位，如圖 I中每一存儲器平面層都要有額外的區(qū)域，才能執(zhí)行錯誤自動檢查與更正(ECC)與修復(fù)功能的問題。對三維存儲器結(jié)構(gòu)而言，考慮到薄膜晶體管元件的均勻性(uniformity),估計(jì)應(yīng)需要更多的額外區(qū)域來執(zhí)行錯誤自動檢查與更正(ECC)與修復(fù)功能。—般而言，由于當(dāng)堆疊存儲器平面層的數(shù)量增加一倍制造成本下降約一半，因此設(shè)計(jì)包括2N存儲器平面層且具有錯誤自動檢查與更正(ECC)位的三維存儲器結(jié)構(gòu)較為容易，例如將圖I中基板10上的四層堆疊存儲器平面層101 104增加為八層堆疊存儲器平面層。雖然，也可以設(shè)計(jì)出包括非2N存儲器平面層且具有錯誤自動檢查與更正(ECC)位的三維存儲器結(jié)構(gòu)，但可能需要更為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因而使周邊制造成本提高。圖2繪示另一種典型的具錯誤自動檢查與更正(ECC)位儲存空間的三維存儲器結(jié)構(gòu)的示意圖。圖I中的三維存儲器結(jié)構(gòu)I包括四層堆疊存儲器平面層(2N存儲器平面層)，而圖2中的三維存儲器結(jié)構(gòu)I包括六層堆疊存儲器平面層(非2N存儲器平面層)101 106。據(jù)估計(jì)如圖2所示的設(shè)計(jì)可能增加約10%的周邊制造成本(periphery manufacturing cost),即使陣列制造成本(array manufacturing cost)下降約 33%。除了能突破制造技術(shù)上的瓶頸(如蝕刻缺陷)和改善薄膜晶體管的穩(wěn)定度，相關(guān)設(shè)計(jì)者也期望在不增加制造成本，甚至降低成本的情形下，可以建構(gòu)出一個(gè)具有更多堆疊存儲器平面層，以達(dá)到具有更高儲存容量的三維存儲器結(jié)構(gòu)，且此三維存儲器結(jié)構(gòu)并運(yùn)用了更進(jìn)步的錯誤自動檢查與更正(ECC)更正與修復(fù)方式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明有關(guān)于一種具有錯誤自動檢查與更正(error checking andcorrecting, ECC)位的三維存儲器結(jié)構(gòu)。根據(jù)實(shí)施例所提出的具錯誤自動檢查與更正(ECC)位三維存儲器結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)可在不增加制造成本的情形下，具有更高的錯誤自動檢查與更正(ECC)位儲存容量和更好的穩(wěn)定度。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例,提出一種三維存儲器(3D memory)結(jié)構(gòu),包括多個(gè)堆疊層 (stacking layers)和多個(gè)存儲單元。堆疊層在基板上相互平行并以三維排列方式設(shè)置，且該多個(gè)堆疊層包括多個(gè)堆疊記憶層(stacking memorylayers)。存儲單元包括用以儲存數(shù)據(jù)的第一組存儲單元和用以儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位的第二組存儲單元，且第一組存儲單元位于堆疊記憶層，而第一組存儲單元和第二組存儲單元可同時(shí)被讀出以執(zhí)行錯誤自動檢查與更正功能。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提出一種三維存儲器結(jié)構(gòu)，包括基板、具有多組位線的多個(gè)平面(horizontal planes)、多條字線、用以儲存數(shù)據(jù)的m個(gè)存儲單元和用以儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位的η個(gè)存儲單元。該多個(gè)平面設(shè)置成三維排列并與基板平行，且位線之間相互平行排列。字線則垂直于該基板設(shè)置，亦與該多條位線相互垂直。而用以儲存數(shù)據(jù)的m個(gè)存儲單元和用以儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位的η個(gè)存儲單元可同時(shí)被讀出以執(zhí)行錯誤自動檢查與更正功能。
在實(shí)施例中，錯誤自動檢查與更正(ECC)位可建構(gòu)在三維存儲器結(jié)構(gòu)中相同之一或多層額外層(即同樣的物理層或平面上)。在另一實(shí)施例中，錯誤自動檢查與更正(ECC) 位可建構(gòu)在三維存儲器結(jié)構(gòu)中不同的物理層或平面上。為了對本發(fā)明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特舉實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下


圖I繪示一種典型的具錯誤自動檢查與更正(ECC)位儲存空間的三維存儲器結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2繪示另一種典型的具錯誤自動檢查與更正(ECC)位儲存空間的三維存儲器結(jié)構(gòu)的示意圖。圖3繪示本發(fā)明公開內(nèi)容的第一實(shí)施例的一種具錯誤自動檢查與更正(ECC)位儲存空間的三維存儲器結(jié)構(gòu)的示意圖。圖4繪示本發(fā)明公開內(nèi)容的第一實(shí)施例的另一種具錯誤自動檢查與更正(ECC)位儲存空間的三維存儲器結(jié)構(gòu)的示意圖。圖5A繪示本發(fā)明公開內(nèi)容的第一實(shí)施例的再一種具錯誤自動檢查與更正(ECC) 位儲存空間的三維存儲器結(jié)構(gòu)的示意圖。圖5B繪示本發(fā)明公開內(nèi)容的第一實(shí)施例的又一種具錯誤自動檢查與更正(ECC) 位儲存空間的三維存儲器結(jié)構(gòu)的示意圖。圖6繪示根據(jù)本發(fā)明公開內(nèi)容第一實(shí)施例的一種具錯誤自動檢查與更正(ECC)位儲存空間的垂直柵極(vertical-gate, VG)式三維存儲器結(jié)構(gòu)的示意圖。圖7繪示根據(jù)本發(fā)明公開內(nèi)容第二實(shí)施例的一種具錯誤自動檢查與更正(ECC)位儲存空間的垂直柵極(VG)式三維存儲器結(jié)構(gòu)的示意圖。圖8繪示根據(jù)本發(fā)明公開內(nèi)容第二實(shí)施例的另一種具錯誤自動檢查與更正(ECC) 位儲存空間的垂直柵極(VG)式三維存儲器結(jié)構(gòu)的示意圖。圖9繪示根據(jù)本發(fā)明公開內(nèi)容第三實(shí)施例的一種具錯誤自動檢查與更正(ECC)位儲存空間的垂直柵極(VG)式三維存儲器結(jié)構(gòu)的示意圖。圖IOA繪示根據(jù)本發(fā)明公開內(nèi)容第四實(shí)施例的一種” RAID I”設(shè)計(jì)應(yīng)用的三維存儲器結(jié)構(gòu)的示意圖。圖IOB繪示根據(jù)本發(fā)明公開內(nèi)容第四實(shí)施例的另一種” RAID I”設(shè)計(jì)應(yīng)用的三維存儲器結(jié)構(gòu)的示意圖。附圖標(biāo)記說明1、2、3、4、5、5，、6、7、8、9 :三維存儲器結(jié)構(gòu)10、30、60、70、80、90 :基板11 :數(shù)據(jù)區(qū)12 ECC 儲存區(qū)101、102、103、104、105、106、301、302、303、304、305、306 :存儲器平面層311、312:額外層601、602、603、604、605、701、702、703、704、705、801、802、803、804、805、901、902、903,904,905 :平面層BL1、BL2、BL3、BL4、BL5、BL6、BL7、BL8 :位線組WLUWL2:字線SSL1、SSL2 :選擇的安全套接層晶體管
具體實(shí)施例方式在此發(fā)明公開內(nèi)容的實(shí)施例中，提出一種具有錯誤自動檢查與更正 (errorchecking and correcting,ECC)位的三維存儲器結(jié)構(gòu),其中該結(jié)構(gòu)包括多層堆疊層 (stacking layers)和多個(gè)存儲單元。該多個(gè)堆疊層在基板上相互平行并以三維排列方式設(shè)置，且該多個(gè)堆疊層包括多個(gè)堆疊記憶層(stacking memorylayers)。該多個(gè)存儲單元包括用以儲存數(shù)據(jù)的第一組存儲單元和用以儲存錯誤自動檢查與更正(以下簡稱ECC)位的第二組存儲單元，且第一組存儲單元位于該多個(gè)堆疊記憶層，而第一組存儲單元和第二組存儲單元可同時(shí)被讀出以執(zhí)行錯誤自動檢查與更正(ECC)修復(fù)功能。例如，實(shí)施例中，三維存儲器結(jié)構(gòu)具有m個(gè)存儲單元用以儲存數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，以及η個(gè)存儲單元用以儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位，m和η為正整數(shù)且n <m。而(m+n)個(gè)存儲單元可同時(shí)被讀出以執(zhí)行錯誤自動檢查與更正(ECC)修復(fù)功能。此發(fā)明公開的實(shí)施例，可不限制地透過垂直柵極(vertical-gate，VG)式三維存儲器結(jié)構(gòu)，或指狀垂直柵極式(finger VG type)三維存儲器結(jié)構(gòu)實(shí)施。再者,三維存儲器結(jié)構(gòu)中用以儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位的存儲單元可位于相同的一或多層額外層(即位于相同的物理層或平面)上，也可分散于不同的物理層或平面上，其分別在以下第一、二實(shí)施例中有詳細(xì)說明。再者，在實(shí)施例內(nèi)容中相同的元件沿用相同的元件符號以利說明。而附圖內(nèi)容并不限制于以等比例繪示。而由于工藝上的些微變化與容忍值的存在，實(shí)施例所披露的內(nèi)容可能與實(shí)際應(yīng)用元件有些許差異。實(shí)施例中的敘述，僅為舉例說明之用，并非對本發(fā)明欲保護(hù)的范圍做限縮。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用所需，對于如細(xì)部結(jié)構(gòu)、材料、物質(zhì)組成、方法或工藝步驟等，作相應(yīng)的些微更動與變化。第一實(shí)施例第一實(shí)施例中，三維存儲器結(jié)構(gòu)中用以儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位的存儲單元建構(gòu)在相同的物理層或平面上，例如是位于相同的一層額外層(extra layer)或更多額外層上。圖3繪示本發(fā)明公開內(nèi)容的第一實(shí)施例的一種具錯誤自動檢查與更正(ECC)位儲存空間的三維存儲器結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖3所示，具有錯誤自動檢查與更正(ECC)位的三維存儲器結(jié)構(gòu)3包括四層存儲器平面層(stackingmemory layers) 301、302、303、304和一層用來儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位的額外層311堆疊于基板30上而成。在此實(shí)施例中，建構(gòu)一層額外層用來儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位，估計(jì)僅增加約3%的制造成本，但卻可以得到額外的25% (1/4)的儲存空間，此額外空間估計(jì)可提供120bit/Kbyte以上的錯誤自動檢查與更正(ECC)修正功能，或作為修補(bǔ)(Repair)位使用，此特性對于尚未成熟的3D疊層存儲器極為重要。圖4繪示本發(fā)明公開內(nèi)容的第一實(shí)施例的另一種具錯誤自動檢查與更正(ECC)位儲存空間的三維存儲器結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖4所示，具有錯誤自動檢查與更正(ECC)位的三維存儲器結(jié)構(gòu)4包括四層存儲器平面層301、302、303、304和兩層用來儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位的額外層311和312堆疊于基板30上而成。通過建構(gòu)兩層額外層311和 312來儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位，將可以檢查和更正更多的信息錯誤位，使錯誤自動檢查與更正(ECC)修復(fù)功能執(zhí)行得更為精細(xì)和完善。實(shí)施例所述的三維存儲器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可應(yīng)用在具有2n存儲器平面層的三維存儲器結(jié)構(gòu)，如圖3、圖4中選用四層(22)存儲器平面層。然而本申請的公開內(nèi)容并不以此為限，實(shí)施例所述的三維存儲器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也可應(yīng)用在具有非2N#儲器平面層的三維存儲器結(jié)構(gòu)中。 圖5A繪示本發(fā)明公開內(nèi)容的第一實(shí)施例的再一種具錯誤自動檢查與更正(ECC)位儲存空間的三維存儲器結(jié)構(gòu)的示意圖。圖5A的三維存儲器結(jié)構(gòu)5包括三層的存儲器平面層301 303 (非2N存儲器平面層)和兩層用來儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位的額外層311和 312。圖5B繪示本發(fā)明公開內(nèi)容的第一實(shí)施例的又一種具錯誤自動檢查與更正(ECC)位儲存空間的三維存儲器結(jié)構(gòu)的示意圖。圖5B的三維存儲器結(jié)構(gòu)5’包括六層的存儲器平面層 301 306 (非2N存儲器平面層)和一層用來儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位的額外層 311。為了使同層的錯誤自動檢查與更正(ECC)位執(zhí)行錯誤自動檢查與更正(ECC)和修復(fù)功能，不同層的數(shù)據(jù)需被同時(shí)讀出。而此實(shí)施例可透過垂直柵極(VG)式三維存儲器結(jié)構(gòu)，或指狀垂直柵極式(finger VG)三維存儲器結(jié)構(gòu)實(shí)施。圖6繪示根據(jù)本發(fā)明公開內(nèi)容第一實(shí)施例的一種具錯誤自動檢查與更正(ECC)位儲存空間的垂直柵極(vertical-gate, VG)式三維存儲器結(jié)構(gòu)的示意圖。圖6是以40個(gè)存儲單元為例作說明，其中用以儲存非錯誤自動檢查與更正(ECC)位的存儲單元位于不同的平面層。如圖6所示，三維存儲器結(jié)構(gòu)6包括基板60、具有多組位線(如BLl，BL2, BL3, BL4，BL5, BL6, BL7和BL8)的數(shù)個(gè)平面層(如601 605)、多條字線(如以多晶硅制成的 WLl和WL2)、用以儲存數(shù)據(jù)的m個(gè)存儲單元、以及用以儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位的 η個(gè)存儲單元(m和η為正整數(shù)且η < m)。在實(shí)施例中，每組位線包括多條位線,如位線組 BL4中標(biāo)示為16 20的部分，以多晶硅制成。且該多條位線是以氧化物隔開，位線和氧化物外圍是以電荷捕捉層(charge trapping layer)包覆，電荷捕捉層例如是氧化物-氮化物-氧化物(ONO)復(fù)合層或0Ν0Ν0復(fù)合層或BE-SONOS復(fù)合層(其結(jié)構(gòu)可參考美國申請案號11/419，977，專利號7414889)。其中，平面層601 605是在基板60上設(shè)置成三維排列并與基板60平行，而該多條位線組BLl BL8相互平行地排列。字線WLl和WL2垂直于基板60設(shè)置，且亦與該多條位線組BLl BL8垂直。再者，用以儲存數(shù)據(jù)的m個(gè)存儲單元以及用以儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位的η個(gè)存儲單元可同時(shí)被讀出以執(zhí)行錯誤自動檢查與更正(ECC)修復(fù)功能。如圖6所示，以40個(gè)存儲單元為例作說明，其中32 (m)個(gè)存儲單元用以儲存數(shù)據(jù)(如標(biāo)示數(shù)字 1-4、6-9、11-14、16-19、21-24、26-29、31-34和 36-39)，8 (η) 個(gè)存儲單元用以儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位。圖6中標(biāo)示數(shù)字5、數(shù)字10、數(shù)字15、 數(shù)字20、數(shù)字25、數(shù)字30、數(shù)字35和數(shù)字40的存儲單元即為用以儲存錯誤自動檢查與更正 (ECC)位的存儲單元，且位于同一平面層，如平面層605。再者，用以儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位的存儲單元所在的平面層可以是，如圖6所示，但不限制于，為整個(gè)三維存儲器結(jié)構(gòu)6中的頂部平面層。
為了執(zhí)行錯誤自動檢查與更正(ECC)修復(fù)功能，不同層的數(shù)據(jù)需被同時(shí)讀出。在此實(shí)施例中，用以儲存數(shù)據(jù)的m個(gè)存儲單元和用以儲存錯誤自動檢查與更正位的η個(gè)存儲單元電性連接至錯誤自動檢查與更正電路(ECCcircuit)(未繪示于圖6),以執(zhí)行錯誤自動檢查與更正功能，例如接收和分析輸出的數(shù)據(jù)，之后并更正錯誤位。第二實(shí)施例第一實(shí)施例中，三維存儲器結(jié)構(gòu)中用以儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位的存儲單元位于相同的一或多層額外層(extra layers)上。然而本發(fā)明公開內(nèi)容并不限于此。第二實(shí)施例即是說明用以儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位的存儲單元也可建構(gòu)在三維存儲器結(jié)構(gòu)中不同的物理層或平面上。同樣地，此建構(gòu)方式亦可透過垂直柵極(VG)式三維存儲器結(jié)構(gòu)，或指狀垂直柵極式(finger VG)三維存儲器結(jié)構(gòu)實(shí)施。而第二實(shí)施例即是透過垂直柵極式三維存儲器結(jié)構(gòu)實(shí)施。圖7繪示根據(jù)本發(fā)明公開內(nèi)容第二實(shí)施例的一種具錯誤自動檢查與更正(ECC)位儲存空間的垂直柵極(VG)式三維存儲器結(jié)構(gòu)的示意圖。與圖6類似，圖7所示的三維存儲器結(jié)構(gòu)7包括基板70、具有多組位線(如BLl BL8)的數(shù)個(gè)平面層(如701 705)、多條字線(如以多晶硅制成的WLl和WL2)、用以儲存數(shù)據(jù)的m個(gè)存儲單元、以及用以儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位的η個(gè)存儲單元(m和η 為正整數(shù)且n <m)。在實(shí)施例中，每組位線包括多條位線(如位線組BL4中標(biāo)示為16 20 的部分，以多晶硅制成)。且各位線是以氧化物隔開，位線和氧化物外圍是以電荷捕捉層例如ONO復(fù)合層包覆。其中，平面層701 705在基板70上設(shè)置成三維排列并與基板70平行，而該多條位線組BLl BL8相互平行地排列。字線WLl和WL2垂直于基板70設(shè)置，且亦與該多條位線組BLl BL8垂直。再者，用以儲存數(shù)據(jù)的m個(gè)存儲單元以及用以儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位的η個(gè)存儲單元可同時(shí)被讀出以執(zhí)行錯誤自動檢查與更正(ECC) 修復(fù)功能。如圖7所示，同樣以40個(gè)存儲單元為例作說明，其中32(m)個(gè)存儲單元用以儲存數(shù)據(jù)(如標(biāo)示數(shù)字1-32)，8(n)個(gè)存儲單元用以儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位。圖 7中標(biāo)示數(shù)字33 數(shù)字40的存儲單元即為用以儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位的存儲單元，且位于不同的平面層，如分別位于平面層701 705。再者，如圖7所示用以儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位的存儲單元33 40排列成兩直行，且兩直行約與基板70的表面垂直。當(dāng)然，相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員當(dāng)知，這些用以儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位的存儲單元也可以分散在不同的平面層的不同位置，并不限制一定要排成與基板70的表面垂直的直行。圖8繪示根據(jù)本發(fā)明公開內(nèi)容第二實(shí)施例的另一種具錯誤自動檢查與更正(ECC) 位儲存空間的垂直柵極(VG)式三維存儲器結(jié)構(gòu)的示意圖。與圖7十分類似，圖8以40個(gè)存儲單元為例作說明，其中用以儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位的存儲單元位于不同的平面層。圖8所示的三維存儲器結(jié)構(gòu)8同樣地包括了基板80、具有多組位線BLl BL8的數(shù)個(gè)平面層801 805、多條字線WLl和WL2 (如以多晶硅制成)、用以儲存數(shù)據(jù)的m個(gè)存儲單元、以及用以儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位的η個(gè)存儲單元。其中，平面層801 805在基板80上設(shè)置成三維排列并與基板80平行，而該多條位線組BLl BL8相互平行地排列。在實(shí)施例中，每組位線包括多條位線(如位線組BL4中標(biāo)示為16 20的部分)，且各位線是以氧化物隔開，位線和氧化物外圍是以電荷捕捉層例如ONO復(fù)合層包覆。字線 WLl和WL2垂直于基板80設(shè)置，且亦與該多條位線組BLl BL8垂直。再者，用以儲存數(shù)據(jù)的m個(gè)存儲單元以及用以儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位的η個(gè)存儲單元可同時(shí)被讀出以執(zhí)行錯誤自動檢查與更正(ECC)修復(fù)功能。如圖8所示，以40個(gè)存儲單元為例作說明， 其中32(m)個(gè)存儲單元用以儲存數(shù)據(jù)(如標(biāo)示數(shù)字1-16和21-36)，8 (η)個(gè)存儲單元用以儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位。圖8中標(biāo)示數(shù)字17 20和數(shù)字37 40的存儲單元即為用以儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位的存儲單元，且位于不同的平面層；例如，存儲單元17 20分別位于平面層802 805。再者，如圖8所示，用以儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位的存儲單元17 20排列成與基板80表面約垂直的直行，而用以儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位的其他存儲單元37 40亦排列成與基板80表面約垂直的另一直行。 當(dāng)然，相關(guān)領(lǐng)域者當(dāng)知，這些用以儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位的存儲單元也可以分散在不同的平面層的不同區(qū)域，并不限制一定要排成垂直于基板80表面的直行。為了使同層的錯誤自動檢查與更正(ECC)位執(zhí)行錯誤自動檢查與更正(ECC)和修復(fù)功能，不同層的數(shù)據(jù)需被同時(shí)讀出。因此，在第二實(shí)施例中，用以儲存數(shù)據(jù)的m個(gè)存儲單元和用以儲存錯誤自動檢查與更正位的η個(gè)存儲單元可電性連接至錯誤自動檢查與更正電路(ECC circuit)(未繪示于圖7、圖8)，以執(zhí)行錯誤自動檢查與更正功能，例如接收和分析輸出的數(shù)據(jù)，之后并更正錯誤位。第三實(shí)施例如上述實(shí)施例所說明的具錯誤自動檢查與更正(ECC)位儲存空間的三維存儲器結(jié)構(gòu)可以稍加變化修飾，以執(zhí)行錯誤自動檢查與更正功能。圖9繪示根據(jù)本發(fā)明公開內(nèi)容第三實(shí)施例的一種具錯誤自動檢查與更正(ECC)位儲存空間的垂直柵極(VG)式三維存儲器結(jié)構(gòu)的示意圖。與上述實(shí)施例相似地，所有數(shù)據(jù)需被同時(shí)讀出以執(zhí)行錯誤自動檢查與更正(ECC)和修復(fù)功能。而該多個(gè)錯誤自動檢查與更正(ECC)位可以是物理性地分散于三維存儲器結(jié)構(gòu)(如垂直柵極式或指狀垂直柵極式三維存儲器結(jié)構(gòu))的一些位置。圖9所示的三維存儲器結(jié)構(gòu)9同樣地包括了基板90、具有多組位線BLl BL16的數(shù)個(gè)平面層901 905、多條字線WLl和WL2、用以儲存數(shù)據(jù)的m個(gè)存儲單元、以及用以儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位的η個(gè)存儲單元。其中，平面層901 905在基板90上設(shè)置成三維排列并與基板90平行，而該多條位線組BLl BL16與每組位線所包括多條位線相互平行地排列。字線WLl和WL2垂直于基板90設(shè)置，且亦與該多條位線組BLl BL16垂直。其他結(jié)構(gòu)細(xì)部可參考前述實(shí)施例的說明。如圖9所示，物理性分散地儲存于三維存儲器結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)可以被同時(shí)讀取，且該多個(gè)數(shù)據(jù)例如是連續(xù)地儲存于和基板90垂直的方向， 而非連續(xù)地儲存于BL方向上。以20個(gè)存儲單元為例作說明，其中16(m)個(gè)存儲單元用以儲存數(shù)據(jù)(數(shù)字I 16)，4 (η)個(gè)存儲單元用以儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位(數(shù)字 17 20)。圖9中位于位線組BLl的存儲單元I 5、位于位線組BL5的存儲單元6 10、 位于位線組BL9的存儲單元11 15、和位于位線組BL13的存儲單元16 20，其設(shè)置方式分別垂直于基板90的方向。其中，用以儲存數(shù)據(jù)的m個(gè)存儲單元(數(shù)字I 16)以及用以儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位的η個(gè)存儲單元(數(shù)字17 20)可同時(shí)被讀出，以執(zhí)行錯誤自動檢查與更正(ECC)修復(fù)功能。第四實(shí)施例
如上述實(shí)施例所說明的具錯誤自動檢查與更正(ECC)位儲存空間的三維存儲器結(jié)構(gòu)亦可以稍加變化修飾，以進(jìn)行如獨(dú)立磁碟備援陣列(RAID, Redundant Array of Independent Disks)設(shè)計(jì)的相關(guān)應(yīng)用。獨(dú)立磁碟備援陣列是把多個(gè)相對便宜的硬盤組合起來，成為一個(gè)磁碟陣列組，使性能達(dá)到甚至超過一個(gè)價(jià)格昂貴、容量巨大的硬盤。RAID比單顆硬盤具有可增強(qiáng)數(shù)據(jù)整合度，增強(qiáng)容錯功能，增加吞吐量或容量等多方面的好處。另外， 磁碟陣列組對于電腦來說，看起來就像一個(gè)單獨(dú)的硬盤或邏輯存儲單元。RAID依據(jù)其儲存型態(tài)可分成不同的等級，每種等級都有其理論上的優(yōu)缺點(diǎn)，并以RAID加上數(shù)字來表示，如
RAID O、RAID I.....RAID 6等。RAID O將多個(gè)磁碟合并成一個(gè)大的磁碟，不具有冗余，并
列1/0，速度最快。RAID O亦稱為帶區(qū)集。它是將多個(gè)磁碟并列起來，成為一個(gè)大磁碟。在存放數(shù)據(jù)時(shí)，其將數(shù)據(jù)按磁碟的個(gè)數(shù)來進(jìn)行分段，然后同時(shí)將這些數(shù)據(jù)寫進(jìn)這些盤中，在所有的級別中RAID O的速度是最快的，但是RAID O沒有冗余功能，如果一個(gè)磁碟(物理)損壞，則所有的數(shù)據(jù)都會遺失。RAID I是以兩組(或兩組以上)的N個(gè)磁碟相互作映像，在一些多執(zhí)行緒作業(yè)系統(tǒng)中能有很好的讀取速度，另外寫入速度有微小的降低。除非擁有相同數(shù)據(jù)的主磁碟與鏡像同時(shí)損壞，否則只要一個(gè)磁碟正常即可維持運(yùn)作，可靠性最高。因此， RAID I就是映像。其原理為在主硬盤上存放數(shù)據(jù)的同時(shí)也在映像硬盤上寫一樣的數(shù)據(jù)。當(dāng)主硬盤(物理)損壞時(shí)，映像硬盤則代替主硬盤的工作。因?yàn)橛杏诚裼脖P做數(shù)據(jù)備份，所以 RAID I的數(shù)據(jù)安全性在所有的RAID級別上來說是最好的。圖IOA繪示根據(jù)本發(fā)明公開內(nèi)容第四實(shí)施例的一種“RAID I”設(shè)計(jì)應(yīng)用的三維存儲器結(jié)構(gòu)的示意圖。圖IOB繪示根據(jù)本發(fā)明公開內(nèi)容第四實(shí)施例的另一種“RAID I”設(shè)計(jì)應(yīng)用的三維存儲器結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖IOA所示，原數(shù)據(jù)是儲存在下方的四層存儲器平面層并標(biāo)示為“DISK 1”，而備份的數(shù)據(jù)是儲存在上方的四層存儲器平面層并標(biāo)示為“DISK O”(做為映像組)，以增強(qiáng)整個(gè)磁碟陣列組(/磁碟系統(tǒng))的可靠度。類似的，另一種“RAID I”設(shè)計(jì)如圖IOB所示，原數(shù)據(jù)是儲存在右邊四層存儲器平面層并標(biāo)示為“DISK 1”，而備份的數(shù)據(jù)是儲存在左邊四層存儲器平面層并標(biāo)示為“DISK O” (做為映像組)，以增強(qiáng)整個(gè)磁碟陣列組(/磁碟系統(tǒng))的可靠度。根據(jù)上述實(shí)施例，可在不增加額外陣列區(qū)域面積的情形下，建構(gòu)出一個(gè)具有更多錯誤自動檢查與更正(ECC)位儲存容量的三維存儲器結(jié)構(gòu)，并使此三維存儲器結(jié)構(gòu)具有更好的穩(wěn)定度。實(shí)施例的三維存儲器結(jié)構(gòu)包括兩組存儲單元，如用以儲存數(shù)據(jù)的m個(gè)存儲單元以及用以儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位的η個(gè)存儲單元(m和η為正整數(shù)且n<m)。 且(m+n)個(gè)存儲單元可同時(shí)被讀出以執(zhí)行錯誤自動檢查與更正(ECC)修復(fù)功能。再者，三維存儲器結(jié)構(gòu)中用以儲存錯誤自動檢查與更正(ECC)位的存儲單元可位于相同的一或多層額外層(即位于相同的物理層或平面)上，也可分散于不同的物理層或平面上。而上述實(shí)施例可廣泛地適于許多應(yīng)用，如應(yīng)用在與非柵(NAND)型芯片、安全套接層系統(tǒng)(SSD)和磁碟陣列儲存系統(tǒng)等應(yīng)用。綜上所述，雖然本發(fā)明已以實(shí)施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中一般技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動與潤飾。 因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求所界定為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種三維存儲器結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)堆疊層，在基板上相互平行并以三維排列方式設(shè)置，且該多個(gè)堆疊層包括多個(gè)堆置記憶層；和多個(gè)存儲單元，包括用以儲存數(shù)據(jù)的第一組存儲單元和用以儲存錯誤自動檢查與更正位的第二組存儲單元，且該第一組存儲單元位于該多個(gè)堆疊記憶層，而該第一組存儲單元和該第二組存儲單元可同時(shí)被讀出以執(zhí)行錯誤自動檢查與更正功能。
2.—種三維存儲器結(jié)構(gòu),包括基板；多個(gè)平面，平行于該基板并設(shè)置成三維排列，且每一該平面包括多條位線，且該多條位線相互平行排列；多條字線，垂直于該基板設(shè)置，且該多條字線亦與該多條位線垂直；用以儲存數(shù)據(jù)的m個(gè)存儲單元和用以儲存錯誤自動檢查與更正位的η個(gè)存儲單元，m和 η為正整數(shù)且n <m;其中，該多個(gè)m個(gè)存儲單元和η個(gè)存儲單元可同時(shí)被讀出。
3.如權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)，其中用以儲存錯誤自動檢查與更正位的該多個(gè)η個(gè)存儲單元位于同一平面。
4.如權(quán)利要求3所述的結(jié)構(gòu)，其中用以儲存錯誤自動檢查與更正位的該η個(gè)存儲單元位于該多個(gè)平面的最上層平面。
5.如權(quán)利要求3所述的結(jié)構(gòu)，其中用以儲存錯誤自動檢查與更正位的該η個(gè)存儲單元分成兩群，并分別位于兩個(gè)平面。
6.如權(quán)利要求3所述的結(jié)構(gòu)，其中用以儲存數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的該m個(gè)存儲單元所位于該多個(gè)平面的數(shù)目為2N，N為大于等于I的整數(shù)。
7.如權(quán)利要求3所述的結(jié)構(gòu)，其中用以儲存數(shù)據(jù)的該m個(gè)存儲單元所位于該多個(gè)平面的數(shù)目為非2N，N為大于等于I的整數(shù)。
8.如權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)，其中用以儲存錯誤自動檢查與更正位的該η個(gè)存儲單元位于不同的該多個(gè)平面。
9.如權(quán)利要求8所述的結(jié)構(gòu)，其中位于不同的該多個(gè)平面的該η個(gè)存儲單元排列成垂直于該基板的一或多個(gè)柱列。
10.如權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)，其中可同時(shí)被讀出的用以儲存數(shù)據(jù)的該m個(gè)存儲單元和用以儲存錯誤自動檢查與更正位的該η個(gè)存儲單元電性連接至錯誤自動檢查與更正電路， 以執(zhí)行錯誤自動檢查與更正功能。
全文摘要
本發(fā)明公開一種三維存儲器結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)堆疊層和多個(gè)存儲單元。堆疊層在基板上相互平行并以三維排列方式設(shè)置，且該多個(gè)堆疊層包括多個(gè)堆疊記憶層。存儲單元包括用以儲存數(shù)據(jù)的第一組存儲單元(例如有m個(gè)存儲單元)和用以儲存錯誤自動檢查與更正位的第二組存儲單元(例如有n個(gè)存儲單元)，第一組存儲單元和第二組存儲單元可同時(shí)被讀出以執(zhí)行錯誤自動檢查與更正功能。披露的實(shí)施例的三維存儲器結(jié)構(gòu)中，用以儲存錯誤自動檢查與更正位的存儲單元可位于相同或不同的堆疊層。而此披露的實(shí)施例亦可透過(但不限制地)垂直柵極式結(jié)構(gòu)，或指狀垂直柵極式結(jié)構(gòu)實(shí)施。
文檔編號H01L27/115GK102610613SQ20111009157
公開日2012年7月25日 申請日期2011年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月18日
發(fā)明者呂函庭, 陳士弘, 黃怡仁 申請人:旺宏電子股份有限公司