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三维导线的装置和方法

申请号 CN201410033697.2 申请日 2014-01-23 公开(公告)号 CN104637521B 公开(公告)日 2017-12-19
申请人 台湾积体电路制造股份有限公司; 发明人 林志宇; 林高正; 王俐文; 陈炎辉;
摘要 本 发明 公开了三维 导线 的装置和方法,所述装置包括:第一层级中的第一存储列段,第二层级中的第二存储列段,以及将第一存储列段连接至第二存储列段的导线。在一些 实施例 中,导线在第一层级中设置在存储列的第一侧上和在第二层级中设置在存储列的第二侧上。
权利要求

1.一种层级间存储列,包括:
第一段,设置在三维集成电路(3D IC)的第一层级内,所述第一段包括第一位线、第一反相位线、和多个第一存储单元,所述多个第一存储单元设置在所述第一位线和所述第一反相位线之间,并且连接至所述第一位线和所述第一反相位线;
第二段,设置在所述三维集成电路的第二层级内,包括第二位线、第二反相位线、和多个第二存储单元,所述多个第二存储单元设置在所述第二位线和所述第二反相位线之间,并且连接至所述第二位线和所述第二反相位线;以及
其中,所述第一位线连接至所述第二位线,并且所述第一反相位线连接至所述第二反相位线,
其中,所述第一位线分段设置并且包括第一位线部分和第二位线部分,所述第二位线分段设置并且包括第三位线部分和第四位线部分。
2.根据权利要求1所述的层级间存储列,其中,所述第一段和所述第二段彼此平行地对准。
3.根据权利要求1所述的层级间存储列,还包括:
层级间字线,连接穿过所述第一段和所述第二段。
4.根据权利要求1所述的层级间存储列,其中:
所述第一位线包括:所述第一位线部分和横向偏移的所述第二位线部分,所述第二位线包括:所述第三位线部分和横向偏移的所述第四位线部分;以及
通过纵向位线连接横向偏移的所述第二位线部分和横向偏移的所述第四位线部分。
5.根据权利要求4所述的层级间存储列,其中:
所述第一反相位线包括:第一反相位线部分和横向偏移第二反相位线部分,所述第二反相位线包括:第三反相位线部分和横向偏移第四反相位线部分;以及
通过纵向位线连接所述横向偏移第二反相位线部分和所述横向偏移第四反相位线部分。
6.根据权利要求1所述的层级间存储列,其中,所述第一位线和所述第二反相位线设置在所述多个第一存储单元和所述多个第二存储单元的第一侧上,并且所述第二位线和所述第一反相位线设置在所述多个第一存储单元和所述多个第二存储单元的第二侧上。
7.根据权利要求6所述的层级间存储列,其中:
所述第一位线包括:所述第一位线部分和横向偏移的所述第二位线部分,所述第二位线包括:所述第三位线部分和垂直的所述第四位线部分;以及
通过纵向位线连接横向偏移的所述第二位线部分和垂直所述的第四位线部分。
8.根据权利要求7所述的层级间存储列,其中:
所述第一反相位线包括:第一反相位线部分和横向偏移第二反相位线部分,所述第二反相位线包括:第三反相位线部分和垂直第四反相位线部分;以及
通过纵向位线连接所述横向偏移第二反相位线部分和所述垂直第四反相位线部分。
9.一种三维集成电路(3D IC),包括:
第一存储单元段和第二存储单元段,设置在所述三维集成电路的第一层级内;
第三存储单元段和第四存储单元段,设置在所述三维集成电路的第二层级内;
层级间导线,连接在所述第一层级中的至少一段和所述第二层级中的至少一段之间;
以及
其中,每一个存储单元段都包括第一位线、第二位线、和至少一个存储单元,所述至少一个存储单元设置在所述第一位线和所述第二位线之间,并且连接至所述第一位线和所述第二位线,
其中,所述第一位线和所述第二位线均分段设置并且均包括两个部分。
10.根据权利要求9所述的三维集成电路,其中,所述层级间导线是字线。
11.根据权利要求9所述的三维集成电路,其中,所述层级间导线是通过将所述第一存储单元段的第一位线和第二位线与所述第四存储单元段的相应位线连接而形成的位线。
12.根据权利要求11所述的三维集成电路,其中,所述第二存储单元段的第一位线和第二位线与所述第三存储单元段的相应位线连接。
13.根据权利要求12所述的三维集成电路,还包括:
第五存储单元段和第六存储单元段,设置在所述三维集成电路的第三层级内;
其中,所述第五存储单元段连接至所述第一存储单元段和所述第三存储单元段,并且所述第六存储单元段连接至所述第二存储单元段和所述第四存储单元段。
14.根据权利要求12所述的三维集成电路,其中,每一条位线都与第一纵轴平行地对准,其中,所述第一存储单元段的第一位线设置在所述第一纵轴的第一侧上,并且连接至所述第四存储单元段的设置在所述第一纵轴的第二侧上的第一位线。
15.根据权利要求14所述的三维集成电路,其中,所述第一存储单元段的第一反相位线设置在所述第一纵轴的第二侧上,并且连接至所述第四存储单元段的设置在所述第一纵轴的第一侧上的第一反相位线。
16.一种形成层级间存储列的方法,包括:
在三维集成电路(3D IC)的第一层级中形成第一段,所述第一段包括第一位线、第一反相位线、和多个存储单元,所述多个存储单元设置在所述第一位线和所述第一反相位线之间并连接至所述第一位线和所述第一反相位线;
形成设置在所述三维集成电路的第二层级内的第二段,所述第二段包括第二位线、第二反相位线、和多个存储单元,所述多个存储单元设置在所述第二位线和所述第二反相位线之间并连接至所述第二位线和所述第二反相位线;
将所述第一位线与所述第二位线连接;以及
将所述第一反相位线与所述第二反相位线连接,
其中,所述第一位线、所述第二位线、所述第一反相位线和所述第二反相位线分别分段设置并且分别包括两个部分。
17.根据权利要求16所述的方法,还包括:
形成设置在所述三维集成电路的第三层级内的第三段,所述第三段包括第三位线、第三反相位线、和多个存储单元,所述多个存储单元设置在所述第三位线和所述第三反相位线之间,并连接至所述第三位线和所述第三反相位线;
将所述第三位线连接至所述第一位线和所述第二位线;以及
将所述第三反相位线连接至所述第一反相位线和所述第二反相位线。
18.根据权利要求16所述的方法,其中,所述第一段和所述第二段与第一纵轴平行地对准,并且所述第一位线和所述第二反相位线设置在多个第一存储单元和多个第二存储单元的第一侧上,以及所述第二位线和所述第一反相位线设置在所述多个第一存储单元和所述多个第二存储单元的第二侧上。
19.根据权利要求18所述的方法,其中:
所述第一位线包括:第一位线部分和横向偏移第二位线部分,所述第二位线包括:第三位线部分和垂直第四位线部分;以及
通过纵向位线连接所述横向偏移第二位线部分和所述垂直第四位线部分。
20.根据权利要求19所述的方法,其中:
所述第一反相位线包括:第一反相位线部分和横向偏移第二反相位线部分,所述第二反相位线包括:第三反相位线部分和垂直第四反相位线部分;以及
通过纵向位线连接所述横向偏移第二反相位线部分和所述垂直第四反相位线部分。

说明书全文

三维导线的装置和方法

技术领域

[0001] 本申请的方面总体上涉及半导体存储器。更具体地,本申请的方面涉及半导体存储器中的三维导线。

背景技术

[0002] 半导体存储器的最新趋势是制造三维(3D)集成电路(3D IC)。3D IC包括各种结构,诸如中介层上的管芯、堆叠式管芯、多层级(multi-tiered)、堆叠式CMOS结构等。与传统的二维电路相比,这些3D电路提供了大量的优势,仅举几例:更低的功耗、更高的存储单元密度、更高的效率、缓解瓶颈、较短的关键路径延迟和较低的面积成本。通过纵向堆叠二维芯片并在芯片之间提供电源和信号通信连接(例如,使用衬底通孔,TSV)来构建堆叠式管芯3D IC。可选地,可以使用具有集成部件的单个管芯来构建3D IC,其中这些集成部件以三维方式被布置为多个层级。每一层级都具有其本身的有源器件层和/或互连结构。每一对相邻层级都通过绝缘层或薄半导体衬底或层彼此分离。不幸的是,这些3D IC的性能受限于纵向堆叠件中性能最差的芯片或层级的性能变化。发明内容
[0003] 为了解决现有技术中所存在的问题,根据本发明的一个方面,提供了一种层级间存储列,包括:
[0004] 第一段,设置在三维集成电路(3D IC)的第一层级内,所述第一段包括第一位线、第一反相位线、和多个第一存储单元,所述多个第一存储单元设置在所述第一位线和所述第一反相位线之间,并且连接至所述第一位线和所述第一反相位线;
[0005] 第二段,设置在所述3D IC的第二层级内,包括第二位线、第二反相位线、和多个第二存储单元,所述多个第二存储单元设置在所述第二位线和所述第二反相位线之间,并且连接至所述第二位线和所述第二反相位线;以及
[0006] 其中,所述第一位线连接至所述第二位线,并且所述第一反相位线连接至所述第二反相位线。
[0007] 在可选实施例中,所述第一段和所述第二段彼此平行地对准。
[0008] 在可选实施例中,所述层级间存储列还包括:层级间字线,连接穿过所述第一段和所述第二段。
[0009] 在可选实施例中,所述第一位线包括:第一位线部分和横向偏移第二位线部分,所述第二位线包括:第三位线部分和横向偏移第四位线部分;以及,通过纵向位线连接所述横向偏移第二位线部分和所述横向偏移第四位线部分。
[0010] 在可选实施例中,所述第一反相位线包括:第一反相位线部分和横向偏移第二反相位线部分,所述第二反相位线包括:第三反相位线部分和横向偏移第四反相位线部分;以及,通过纵向位线连接所述横向偏移第二反相位线部分和所述横向偏移第四反相位线部分。
[0011] 在可选实施例中,所述第一位线和所述第二反相位线设置在所述多个第一存储单元和所述多个第二存储单元的第一侧上,并且所述第二位线和所述第一反相位线设置在所述多个第一存储单元和所述多个第二存储单元的第二侧上。
[0012] 在可选实施例中,所述第一位线包括:第一位线部分和横向偏移第二位线部分,所述第二位线包括:第三位线部分和垂直第四位线部分;以及,通过纵向位线连接所述横向偏移第二位线部分和所述垂直第四位线部分。
[0013] 在可选实施例中,所述第一反相位线包括:第一反相位线部分和横向偏移第二反相位线部分,所述第二反相位线包括:第三反相位线部分和垂直第四反相位线部分;以及,通过纵向位线连接所述横向偏移第二反相位线部分和所述垂直第四反相位线部分。
[0014] 根据本发明的另一个方面,还提供了一种三维集成电路(3D IC),包括:
[0015] 第一存储单元段和第二存储单元段,设置在所述3D IC的第一层级内;
[0016] 第三存储单元段和第四存储单元段,设置在所述3D IC的第二层级内;
[0017] 层级间导线,连接在所述第一层级中的至少一段和所述第二层级中的至少一段之间;以及
[0018] 其中,每一个存储单元段都包括第一位线、第二位线、和至少一个存储单元,所述至少一个存储单元设置在所述第一位线和所述第二位线之间,并且连接至所述第一位线和所述第二位线。
[0019] 在可选实施例中,所述层级间导线是字线。
[0020] 在可选实施例中,所述层级间导线是通过将所述第一存储单元段的第一位线和第二位线与所述第四存储单元段的相应位线连接而形成的位线。
[0021] 在可选实施例中,所述第二存储单元段的第一位线和第二位线与所述第三存储单元段的相应位线连接。
[0022] 在可选实施例中,所述3D IC还包括:第五存储单元段和第六存储单元段,设置在所述3D IC的第三层级内;其中,所述第五存储单元段连接至所述第一存储单元段和所述第三存储单元段,并且所述第六存储单元段连接至所述第二存储单元段和所述第四存储单元段。
[0023] 在可选实施例中,每一条位线都与第一纵轴平行地对准,其中,所述第一存储单元段的第一位线设置在所述第一纵轴的第一侧上,并且连接至所述第四存储单元段的设置在所述第一纵轴的第二侧上的第一位线。
[0024] 在可选实施例中,所述第一存储单元段的第一反相位线设置在所述第一纵轴的第二侧上,并且连接至所述第四存储单元段的设置在所述第一纵轴的第一侧上的第一反相位线。
[0025] 根据本发明的又一方面,还提供了一种形成层级间存储列的方法,包括:
[0026] 在三维集成电路(3D IC)的第一层级中形成第一段,所述第一段包括第一位线、第一反相位线、和多个存储单元,所述多个存储单元设置在所述第一位线和所述第一反相位线之间并连接至所述第一位线和所述第一反相位线;
[0027] 形成设置在所述3D IC的第二层级内的第二段,所述第二段包括第二位线、第二反相位线、和多个存储单元,所述多个存储单元设置在所述第二位线和所述第二反相位线之间并连接至所述第二位线和所述第二反相位线;
[0028] 将所述第一位线与所述第二位线连接;以及
[0029] 将所述第一反相位线与所述第二反相位线连接。
[0030] 在可选实施例中,所述方法还包括:形成设置在所述3D IC的第三层级内的第三段,所述第三段包括第三位线、第三反相位线、和多个存储单元,所述多个存储单元设置在所述第三位线和所述第三反相位线之间,并连接至所述第三位线和所述第三反相位线;将所述第三位线连接至所述第一位线和所述第二位线;以及,将所述第三反相位线连接至所述第一反相位线和所述第二反相位线。
[0031] 在可选实施例中,所述第一段和所述第二段与第一纵轴平行地对准,并且所述第一位线和所述第二反相位线设置在多个第一存储单元和多个第二存储单元的第一侧上,以及所述第二位线和所述第一反相位线设置在所述多个第一存储单元和所述多个第二存储单元的第二侧上。
[0032] 在可选实施例中,所述第一位线包括:第一位线部分和横向偏移第二位线部分,所述第二位线包括:第三位线部分和垂直第四位线部分;以及,通过纵向位线连接所述横向偏移第二位线部分和所述垂直第四位线部分。
[0033] 在可选实施例中,所述第一反相位线包括:第一反相位线部分和横向偏移第二反相位线部分,所述第二反相位线包括:第三反相位线部分和垂直第四反相位线部分;以及,通过纵向位线连接所述横向偏移第二反相位线部分和所述垂直第四反相位线部分。附图说明
[0034] 通过附图中的元件,本发明的以下内容将变得显而易见,提供视图以用于示例性的目的,并且不必按比例进行绘制。
[0035] 图1是根据本发明的一些实施例的3D IC结构的简化的截面图。
[0036] 图2A是根据本发明的一些实施例的3D位线布局的示意图。
[0037] 图2B是根据本发明的一些实施例的3D位线布局的俯视图。
[0038] 图3A是根据本发明的一些实施例的部分连接的3D位线布局的示意图。
[0039] 图3B是根据本发明的一些实施例的部分连接的3D位线布局的示意图。
[0040] 图3C是根据本发明的一些实施例的3D位线布局的俯视图。
[0041] 图4是根据本发明的一些实施例的3D字线布局的示意图。
[0042] 图5是根据本发明的一些实施例的方法的流程图
[0043] 图6是根据本发明的一些实施例的方法的流程图。
[0044] 图7是根据本发明的一些实施例的方法的流程图。

具体实施方式

[0045] 预期结合附图一起阅读一些示例性实施例的这种描述,所述附图被认为是整个书面说明书的一部分。除非另有明确描述,否则关于附接、连接等的术语(诸如“连接”和“互连”)是指结构彼此直接地或通过中间结构间接地固定或附接的关系以及两者都是可移动的或刚性的附接或关系。同样地,除非另有明确描述,关于电连接等的术语(诸如“耦合”、“连接”和“互连”)是指结构彼此直接地或通过中间结构间接地进行通信的关系。
[0046] 静态随机存取存储器(SRAM)是利用双稳态电路形成存储单元的一种类型的半导体存储器。动态随机存取存储器(DRAM)是另一类型的半导体存储器,其中每个存储器位单元都包括电容器和晶体管。每个存储单元都存储单个位并连接至两种类型的导线:位线(BL)和字线(WL)。当读取所选择的存储单元时,施加预充电电压并且将位值从存储器单元转移到位线,从而在位线两端生成小电压差。感测放大器测量位线两端的小电压差并将其转换为可以用于数字逻辑的完整的逻辑信号。
[0047] 在半导体衬底上形成SRAM和DRAM电路,并且这种SRAM和DRAM电路称为存储芯片。这些存储芯片可以用于通过纵向堆叠芯片和使用TSV提供芯片之间的电源和信号通信连接来形成三维(3D)存储电路。每个芯片都被称为3D存储电路的层级。可选地,可以使用具有以三维形式布置的集成部件的单个半导体晶圆来构建3D存储电路。在单个衬底3D IC(诸如堆叠式CMOS3D IC)中,部件也被布置成层级,每一层级都具有多层。每一层级都具有相应的互连结构,并且可选地具有相应的有源器件层。在每一对连续的相邻层级之间都提供相应的绝缘层或半导体层。如果3D IC的第二层级或随后的层级具有有源器件层,则在层级的底部提供半导体层。例如,在一些实施例中,将薄半导体衬底接合在相邻的下层层级的顶部互连层(例如,顶部金属线层)上方。在一些实施例中,堆叠式CMOS3D IC具有两个层级。第一层级包括:其上具有有源器件的半导体衬底,以及包括导线层和导电通孔层的互连结构。薄半导体衬底可以直接接合在第一层级的顶部导线层上方。在第二层级的薄半导体衬底中形成有源器件(例如,晶体管、二极管、MOS电容器和变容二极管)。在第二层级的薄半导体衬底上方形成第二层级互连结构。第二层级互连结构包括第二层级导线层和第二层级导电通孔层。
[0048] 在存储芯片制造期间,由于工艺差异所引起的晶体管、电容器、和电阻器属性的差异会导致输出性能的差异,从而降低了芯片的整体性能。由于3D存储电路的输出性能受限于层级或管芯的最差或最低性能,因此这种3D存储电路的差异是具体挑战。因为每一层或部件是分开制造的,所以会放大工艺差异对3D存储电路的影响。
[0049] 本发明提供了用于3D存储电路的3D导线布局。具体地,本发明提供了用于3D存储电路的3D位线布局和3D字线布局。在一些实施例中,层级间存储列包括:第一存储单元段和第二存储单元段,每一段都设置在不同的层级内和段的每一条位线都从列的第一侧改变为列的第二侧。在一些实施例中,3D位线布局包括第一层级中的第一段,第二层级中的第二段,通过纵向(即,平面外)位线连接第一段和第二段。在一些实施例中,3D字线布局包括第一层级中的第一段,第二层级中的第二段,通过纵向(即,平面外)字线连接第一段和第二段。
[0050] 虽然图2A示意性地示出了为对线A、B、C、D的纵向位线,每条纵向位线都包括平面外(通孔)部分中的一个或多个的组合,并且在一些实施例中,可以包括平面内部分(线部分)中的一个或多个。在具有堆叠式CMOS结构的实施例中,纵向(平面外)位线A、B、C和D可以包括局部通孔和/或层级间通孔的组合,并且在一些实施例中,还包括连接至局部通孔和/或层级间通孔的导线。在具有堆叠式管芯结构的实施例中,纵向位线可以包括局部通孔和/或TSV的组合,并且在一些实施例中,还包括连接至局部通孔和/或TSV的导线。
[0051] 本发明还公开了形成层级间存储列的方法,包括:在第一层级中形成第一段,在第二层级中形成第二段,和将第一段的导线连接至第二段的导线。
[0052] 图1是根据一些实施例的3D IC结构1000的简化截面图,具体地,一种具有两个层级的堆叠式CMOS3D IC。第一层级1001包括具有设置在有源器件层1017内的多个有源器件1004(例如,晶体管、二极管、MOS电容器、和/或变容二极管)的第一半导体衬底1003,和包括第一层级导线层1006和第一层级导电通孔1007的第一层级互连结构层1005。薄的第二半导体衬底1008可以直接接合在第一层级1001的顶部导线层1006上方。第二层级1002包括第二半导体衬底1008,和设置在有源器件层1018内的多个有源器件1004,其中有源器件层1018形成在第二半导体衬底1008上。在第二层级1002的第二半导体衬底1008上方形成第二层级互连结构层1009。第二层级互连结构1009包括第二层级导线层1010和第二层级导电通孔
1011。层级间通孔1012连接第一层级1001和第二层级1002。在一些实施例中,层级间通孔
1012包括接触部分1014、局部通孔部分1015、和层级间通孔部分1016。第一层级互连结构
1005和第二层级互连结构1009还包括位线1013或类似的金属线连接件。虽然图1中仅示出了两个层级,但应当理解,3D IC结构可以包括两个以上的层级。
[0053] 图2A是根据本发明的一些实施例的3D位线布局100的示意图。图2A示出了存储单元列的四段10:第一段10-A、第二段10-B、第三段10-C和第四段10-D。四段10被布置为两个层级:3D IC的层级Y和层级Z。在一些实施例中,3D位线布局100的单元12位于3D IC的第一层级和第二层级(或管芯)中。在其他实施例中,3D IC具有两个以上的层级或管芯,并且3D位线布局100的单元12位于3D IC的任意两个层级(或管芯)中。第一段10-A和第二段10-B设置在层级Y内,并且第三段10-C和第四段10-D设置在层级Z内。第一段10纵向设置在第三段10-C上方。第二段10-B纵向设置在第四段10-D上方。
[0054] 第一段10-A包括标示为BL-Y1的第一位线和标示为BLB-Y1的第二位线。标示符“BL”是“位线”和标示符“BLB”是“位线条(bit line bar,或者反向位线)”。标示符“Y1”表示这些位线是层级Y的第一段。多个单元12设置在第一位线BL-Y1和第二位线BLB-Y1之间,并连接至第一位线BL-Y1和第二位线BLB-Y1。
[0055] 第二段10-B包括标示为BL-Y2的第一位线和标示为BLB-Y2的第二位线。标示符“Y2”表示这些位线是层级Y的第二段。多个单元12设置在第一位线BL-Y2和第二位线BLB-Y2之间,并连接至第一位线BL-Y2和第二位线BLB-Y2。
[0056] 第三段10-C包括标示为BL-Z1的第一位线和标示为BLB-Z1的第二位线。标示符“Z1”表示这些位线是层级Z的第一段。多个单元12设置在第一位线BL-Z1和第二位线BLB-Z1之间,并连接至第一位线BL-Z1和第二位线BLB-Z1。
[0057] 第四段10-D包括标示为BL-Z2的第一位线和标示为BLB-Z2的第二位线。标示符“Z2”表示这些位线是层级Z的第二段。多个单元12设置在第一位线BL-Z2和第二位线BLB-Z2之间,并连接至第一位线BL-Z2和第二位线BLB-Z2。
[0058] 在一些实施例中,进一步布置段10-A至10-D,使得除了段10-A至10-D纵向设置在彼此上方或下方之外,第一位线BL-Y1、BL-Y2、BL-Z1、和BL-Z2设置在第一纵向平面内,而第二位线BLB-Y1、BLB-Y2、BLB-Z1、和BLB-Z2设置在第二纵向平面中。
[0059] 通过纵向位线或通孔在管芯或层级之间连接段10-A至10-D。在单芯片堆叠式CMOS3D IC的情况中,层级之间的连接件包括“层级间通孔”,“层级间通孔”1016完全延伸穿过较上层级1002中的一个绝缘层或半导体层1008。在堆叠式管芯3D IC的情况下,管芯之间的连接件包括TSV。第一段10-A通过纵向位线B和C连接至第四段10-D。纵向位线B将第一位线BL-Y1与第一位线BL-Z2连接。纵向位线C将第二位线BLB-Y1与第二位线BLB-Z2连接。第二段10-B通过纵向位线A和D连接至第三段10-C。纵向位线A将第一位线BL-Z1与第一位线BL-Y2连接。纵向位线D将第二位线BLB-Z1与第二位线BLB-Y2连接。
[0060] 由于通过纵向位线A、B、C、和D所形成的连接,公开的四段10-A至10-B形成两个层级间存储单元列。第一段10-A和第四段10-D形成第一层级间存储单元列。第二段10-B和第三段10-C形成第二层级间存储单元列。
[0061] 虽然图2A所示的每一段10-A至10-D都具有同等数量的单元12,但是在一些实施例中,至少一段10与至少一个其他段10具有不同数量的单元12。
[0062] 在一些实施例中,纵向堆叠的段10基本上对准,使得,例如第一位线BL-Y1纵向位于第一位线BL-Z1上方,或者,例如在第一段10-A中的多个单元12纵向对准在第三段10-C中的多个单元12上方。
[0063] 图2B根据本发明的一些实施例的3D位线布局100的俯视图。图2B示出了以上参考图2A所述的3D位线布局100的一个实施方式,但是可以使用可选布局。
[0064] 图2B所示的实施例通过横向偏移位线实施图2A的3D位线布局100。横向偏移位线包括沿着第一轴线设置的第一部分和连接至第一部分并自第一轴线横向(即,在衬底的平面中)偏移的第二部分。然后,如以上参考图2A所述的,通过纵向位线连接这些第一部分和第二部分以连接多段10-A至10-D。
[0065] 更具体地,第一位线BL-Y1包括第一部分102和第二部分103,其中第二部分103自第一部分102横向偏移,但是与第一部分102重叠(overlapping)并连接。第二位线BLB-Y1包括第一部分104和第二部分105。第一位线BL-Z1包括第一部分106和第二部分107。第二位线BLB-Z1包括第一部分108和第二部分109。第一位线BL-Z2包括第一部分112和第二部分113。第二位线BLB-Z2包括第一部分110和第二部分111。第一位线BL-Y2包括第一部分116和第二部分117。第二位线BLB-Y2包括第一部分114和第二部分115。
[0066] 纵向位线A、B、C、和D连接第二部分103、105、107、109、111、113、115、和117中的相应对以形成层级间存储单元列。即,纵向位线A连接第二部分107和第二部分117。纵向位线B连接第二部分103和第二部分113。纵向位线C连接第二部分105和第二部分111。纵向位线D连接第二部分109和第二部分115。
[0067] 由于上述的连接件,第一段10-A和第四段10-D形成第一层级间存储单元列。第二段10-B和第三段10-C形成第二层级间存储单元列。
[0068] 图3A是根据本发明的一些实施例的部分连接的3D位线布局200的示意图。图3B是根据图3A的实施例的部分连接的3D位线布局200的示意图。为了便于观察图3A和图3B中的每一附图,仅示出了连接件的相应子集。
[0069] 除了如下描述之外,图3A和图3B所示的3D位线布局200类似于图2A所示的3D位线布局100。四段(10-A、10-B、10-C、和10-D)被布置在两个层级(Y和Z)中。每一段10都包括第一位线、第二位线、和设置在第一位线和第二位线之间并连接到第一位线和第二位线的多个单元12。
[0070] 图3A和图3B所示的3D位线布局200与图2A所示的3D位线布局100的不同之处在于第一位线BL-Y2和BL-Z2以及第二位线BLB-Y2和BLB-Z2的位置不同。在图3A和图3B所示的3D位线布局200中,这些位线位于3D位线布局100的相对侧。换句话说,所有第一位线不再都设置在第一平面中和所有第二位线不再都设置在第二平面中。
[0071] 现在,这些第一位线和第二位线的新位置的结果是,纵向位线A、B、C、和D连接段10-A至段10-D以生成“扭绞的层级间存储单元列”。为了公开的目的,术语“扭绞”表示存储单元列的位线位于第一层级中的存储单元列的第一侧而位于第二层级中的存储单元列的第二侧。
[0072] 图3A示出了将第一段10-A连接至第四段10-D。纵向位线A将第一位线BL-Y1连接至第一位线BL-Z2,其中,第一位线BL-Y1设置在存储单元列的第一侧上,第一位线BL-Z2设置在存储单元列的第二侧上。纵向位线C将第二位线BLB-Y1连接至第二位线BLB-Z2,其中,第二位线BLB-Y1设置在存储单元列的第二侧上,第二位线BLB-Z2设置在存储单元列的第一侧上。由于纵向位线A和C形成的连接,第一段10-A和第四段10-D形成扭绞的层级间存储单元列。
[0073] 图3B示出了将第二段10-B连接至第三段10-C。纵向位线D将第一位线BL-Z1连接至第一位线BL-Y2,其中,第一位线BL-Z1设置在第一侧上,第一位线BL-Y2设置在第二侧上。纵向位线B将第二位线BLB-Z1连接至第二位线BLB-Y2,其中,第二位线BLB-Z1设置在第二侧上,第二位线BLB-Y2设置在第一侧上。由于纵向位线B和D形成的连接,第二段10-B和第三段10-C形成扭绞的层级间存储单元列。
[0074] 图3C是根据本发明的一些实施例的3D位线布局200的俯视图。图3C示出了以上参考图3A和3B所述的3D位线布局200的一种实施方式,但是可以使用可选布局。
[0075] 图3C所示的实施例通过横向偏移位线、垂直位线(perpendicular bit line)、和纵向位线的组合实施图3A和图3B的3D位线布局200。
[0076] 横向偏移位线包括沿着第一轴线设置的第一部分和连接至第一部分并自第一轴线横向偏移的第二部分。更具体地,第一位线BL-Y1包括第一部分202和第二部分203,其中第二部分203自第一部分202横向偏移,但是与第一部分202重叠并连接。第二位线BLB-Y1包括第一部分204和第二部分205,其中第二部分205自第一部分204横向偏移,但是与第一部分204重叠并连接。第一位线BL-Y2包括第一部分206和第二部分207,其中第二部分207自第一部分206横向偏移,但是与第一部分206重叠并连接。第二位线BLB-Y2包括第一部分208和第二部分209,其中第二部分209自第一部分208横向偏移,但是与第一部分208重叠并连接。在一些实施例中,横向延伸件220设置在每个第一部分(202、204、206、208)和每个相应的第二部分(203、205、207、209)之间。
[0077] 垂直位线包括沿第一轴线设置的第一部分和连接至第一部分并垂直于第一轴线所设置的第二部分。更具体地说,第一位线BL-Z1包括第一部分210和第二部分211。第二位线BLB-Z1包括第一部分212和第二部分213。第一位线BL-Z2包括第一部分214和第二部分215。第二位线BLB-Z2包括第一部分216和第二部分217。
[0078] 如以上参考图3A和3B所述的,纵向位线A、B、C、和D连接各段10。
[0079] 在本发明的一些实施例中,感测放大器设置在每个层级间存储单元列的端部。
[0080] 虽然本文论述的实施例涉及二层级结构,但是本发明可以进一步应用于多层级结构,使得位线连接延伸穿过三个或多个层级的存储列。
[0081] 图4是根据本发明的一些实施例的3D字线布局400的示意图。图4示出了存储单元列的四段10:第一段10-A、第二段10-B、第三段10-C和第四段10-D。四段10被布置成3D IC的两个层级(层级Y和层级Z),其中第一段10-A和第二段10-B设置在层级Y中和第三段10-C和第四段10-D设置在层级Z中。每段都包括位线对和设置在位线之间并连接至位线的多个存储单元12。
[0082] 多层级字线WL包括第一横向部分401、第二横向部分402和纵向部分403。第一横向部分401通常被设置为垂直于第一段10-A和第二段10-B的位线,并连接穿过第一段10-A和第二段10-B。第二横向部分402通常被设置为垂直于第三段10-C和第四段10-D的位线,并连接穿过第三段10-C和第四段10-D。纵向部分403连接第一横向部分401和第二横向部分402。
[0083] 根据一些实施例,本发明还公开了一种形成层级间存储列的方法。图5是根据一些实施例的方法的一个实例的流程图。工艺500开始于框501。在框502中,在包括第一位线、第一反相位线和至少一个存储单元的第一层级中形成第一段。在框503中,在包括第二位线、第二反相位线和至少一个存储单元的第二层级中形成第二段。在框504中,将第一位线连接至第二位线并且将第一反相位线连接至第二反向相线以形成层级间存储单元列。工艺结束于框505中。
[0084] 根据一些实施例,本发明提供了用于形成层级间存储列的另一种方法。图6是根据一些实施例的方法的一个实例的流程图。工艺600开始于框601。在框602中,在包括位于列的第一侧上的第一位线、位于列的第二侧上的第一反相位线、和至少一个存储单元的第一层级中形成第一段。在框603中,在包括位于列的第二侧上的第二位线、位于列的第一侧上的第二反相位线、和至少一个存储单元的第二层级中形成第二段。在框604中,将第一位线连接至第二位线并且将第一反相位线连接至第二反向相线以形成层级间存储单元列。工艺结束于框605。
[0085] 根据一些实施例,本发明提供了用于形成层级间字线的另一种方法。图7是根据一些实施例的方法的一个实例的流程图。工艺700开始于框701。在框702中,在包括第一位线、第一反相位线、和至少一个存储单元的第一层级中形成第一段。在框703中,在包括第二位线、第二反相位线、和至少一个存储单元的第二层级中形成第二段。在框704中,字线连接穿过第一位线和第一反相位线并且还穿过第二位线和第二反向相线以形成层级间字线。工艺结束于框705。
[0086] 以上所述的3D导线包括多个优点。例如,通过在至少两个层级间分配存储单元列,在3D存储电路中不同层级间的工艺差异可以被平均化,从而使3D存储电路不再受最差层级的性能所限制。上述实施例通过在至少两个层级之间分配列和在一些实施例中通过改变列的侧以使位线在不同层级中占用列的不同侧来平衡工艺差异和存储单元列的加载。从而,上述实施例提供了改进的设计裕度和3D存储电路的更好性能。
[0087] 在一些实施例中,层级间存储列包括设置在三维集成电路(3D IC)的第一层级内的第一段,第一段包括第一位线、第一反相位线、和第一多个存储单元,第一多个存储单元设置在第一位线和第一反相位线之间,并连接至第一位线和第一反相位线;设置在3D IC的第二层级内的第二段,第二段包括第二位线、第二反相位线、和第二多个存储单元,第二多个存储单元设置在第二位线和第二反相位线之间,并且连接至第二位线和第二反相位线;以及其中,第一位线连接至第二位线,并且第一反相位线连接至第二反相位线。
[0088] 在一些实施例中,三维集成电路(3D IC)包括设置在3D IC的第一层级内的第一存储单元段和第二存储单元段;设置在3D IC的第二层级内的第三存储单元段和第四存储单元段;其中,第一存储单元段与第三存储单元段连接并且第二存储单元段与第四存储单元段连接,其中,每个存储单元段都包括第一位线、第二位线、和设置在第一位线和第二位线之间并连接至第一位线和第二位线的至少一个存储单元。
[0089] 在一些实施例中,形成层级间存储列的方法,包括:在三维集成电路(3D IC)的第一层级中形成在第一段,第一段包括第一位线、第一反相位线、和多个存储单元,多个存储单元设置在第一位线和第一反相位线之间,并连接至第一位线和第一反相位线;在3D IC的第二层级中形成第二段,第二段包括第二位线、第二反相位线、和多个存储单元,多个存储单元设置在第二位线和第二反相位线之间并连接至第二位线和第二反相位线;连接第一位线和第二位线;以及连接第一反相位线和第二反相位线。
[0090] 虽然本文中示出和描述了实例,但是实施例并不限于所示的具体细节,因此本领域那些普通技术人员可以在权利要求的范围和等效范围内对本发明作出各种修改和结构改变。
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