保密型三維掩膜編程只讀存儲器的製作方法
2023-05-19 04:34:16 1
專利名稱：保密型三維掩膜編程只讀存儲器的製作方法
技術領域：
本發明涉及集成電路領域，更確切地說，涉及掩膜編程只讀存儲器及其在海量信息傳播中的應用。
背景技術：
「海量信息傳播」是指海量信息的海量發行。「海量信息」含有千兆字節(GB)、甚至兆兆字節(TB)信息。海量信息的例子包括活動影像(如電影、電視節目、錄像、視頻遊戲等)和靜止影像(如照片、地圖等)、音頻資料(如音樂、有聲書)、文字資料(如書)、軟體及它們的資料庫(如電影庫、遊戲庫、地圖庫、音樂庫、軟體庫等)。「海量發行」將海量信息發行到數十萬、甚至數百萬用戶(包括固定用戶及移動用戶)手中。在發行之前，海量信息需要被錄入並存儲在海量存儲器中。海量存儲器需要具有較小的物理尺寸、較低的錄入成本、較低的存儲成本和較強的版權保護。三維只讀存儲器(3-dimensional read-only memory,簡稱為3D-R0M)被認為是海量信息傳播的理想載體。授予本發明人的中國專利ZL98119572. 5描述了一種3D-R0M，它是一個單片半導體存儲器。如圖I所示，3D-R0M含有一個半導體襯底00和一個3D-R0M堆10。襯底00含有多個電晶體及其互連線，它們構成周邊電路和其它功能。3D-R0M堆10含有多個相互疊置、併疊置在襯底00上的存儲層(如100、200)，每個三維存儲層(如100)含有多條地址選擇線(如la、…；2a、…)和存儲元(如5aa、…)。每個存儲元(如5aa)位於兩條地址選擇線(如Ia和2a)的交叉處。接觸通道口(如lav、3av···)為存儲層(如100,200)和襯底電路00之間提供電連接。基於數據錄入的方法3D-R0M可以分為兩類電編程3D-R0M (簡稱為3D-EPR0M)和掩膜編程3D-R0M (簡稱為3Dm_R0M，在以前專利和專利申請中簡稱為3D-MPR0M)。3D-EPR0M是指通過電方式錄入數據的3D-R0M。3D-EPR0M的例子包括三維一次編程存儲器(3D-0TP)和三維多次編程存儲器(3D-RW)等。圖2描述了一種3D-EPR0M存儲元5e。它含有一二極體膜7d和一反熔絲膜7a。二極體膜7d在一個電流方向上的電阻大於相反電流方向上的電阻。反熔絲膜7a在編程前是一層絕緣膜，編程時被擊穿並變導通。反熔絲膜7a的完整性代表存儲元的狀態。3Dm-R0M是指在生產過程中通過掩膜版定義數據的3D-R0M。圖3A和圖3B描述了兩種3Dm-R0M存儲元5m0、5ml。圖3A中的存儲元5m0代表數碼「O」。它含有一阻攔介質膜7b，該阻攔介質膜7b將地址選擇線Ia和2a分離。圖3B中的存儲元5ml代表數碼「 I」。其阻攔介質膜7b中含有一通道孔7c，該通道孔7c將地址選擇線Ia和2a耦合。在本發明中，術語「批次」是指由採用同一組掩膜版錄入數據的所有存儲器。例如說，在同一 3Dm-R0M批次中，每個3Dm-R0M均採用同一組掩膜版錄入數據並存儲相同數據。 在3D-R0M的研發過程中，3D-EPR0M—直被認為是最有希望的發展方向；而3Dm-R0M僅被認為是常規掩膜編程存儲器一個變種，屬於即將淘汰的技術。但是，由於3D-EPR0M是一種基於二極體的矩陣型存儲器，其寫速度很慢( 1.5MB/S，參見「Sandisk3D_0TP Memory Specifications」),因而需要長時間錄入海量信息，如需要 3小時才能錄入一部高清電影( 20GB)。長錄入時間及其導致的高錄入成本使3D-EPR0M不適
於海量信息傳播。另一方面，3Dm-R0M對其所存信息提供的版權保護弱於3D-EPR0M。由於在同一3Dm-R0M批次中所有3Dm_R0M均存儲相同數據，因此即使這些數據是加密的，它們的密鑰也 是相同的。一旦一個3Dm-R0M的密鑰被破解，那麼在該3Dm_R0M批次中其它所有3Dm_R0M的保密性都會受到威脅。該情況已在光學存儲中發生過，即DeCSS程序對DVD加密的破解。與3Dm-R0M不同，3D-EPR0M的數據可以單獨寫入，這樣可以用不同密鑰對它所存的信息加密。因此即使一個3D-EPR0M的密鑰被破解，其它存儲同樣信息的3D-EPR0M的保密性也不會受到威脅。綜上所述，以往技術未能指出適於海量信息傳播的3D-R0M，更未能為其提供相應的強版權保護。為了克服這些缺陷，本發明提出一保密型三維掩膜編程只讀存儲器(secure3Dm-R0M,簡稱為 3Dm_R0Ms)。
發明內容
本發明的主要目的是提供一種適合海量信息傳播的三維只讀存儲器。本發明的另一目的是為該種三維只讀存儲器提供相應的強版權保護。根據這些以及別的目的，本發明提供了一種保密型三維掩膜編程只讀存儲器(3Dm-R0Ms)。3D-ERP0M以電方式「寫」數據。由於其寫速度很慢( I. 5MB/s)，它需要長時間錄入海量信息，如需要 3小時才能錄入一部高清電影( 20GB)。這個根本性的缺陷導致3D-EPR0M不適於海量信息傳播。與3D-EPR0M不同，3Dm-R0M以光方式「印」數據數據圖像在光刻過程中通過掩膜版轉移到3Dm-R0M中。光刻可以在大量晶片中迅速、經濟地複製數據圖像。例如， 20GB的數據(一部高清電影的數據量)可以在一個光刻步驟中印到數百個晶片中。光刻一這種大規模工業化的印刷技術一使3Dm-R0M更適於海量信息傳播。本行業的專業人士可能會對上述結論-3Dm-R0M比3D-EPR0M更適於海量信息傳播一感到驚訝。其實，通過回顧光學存儲，該結論並不難以理解。現今，電影一般以藍光只讀碟(BD)的方式發行，而不是以藍光可錄入碟(BD-R或BD-RE)的方式發行。這是因為BD是通過母碟壓印錄入數據，因此可以大量、經濟地複製電影數據；而BD-R和BD-RE是以寫方式錄入數據，需要較長時間( 20分鐘)才能錄入一部高清電影，這使它不適合海量發行。總而言之，與傳統的出版發行(如紙質出版)類似，在半導體存儲和光學存儲中，「印」比「寫」更適於海量信息傳播。作為海量信息傳播的載體，3Dm-R0M需要對其所存信息提供強版權保護。相應地，本發明提出一保密型三維掩膜編程只讀存儲器(3Dm-R0Ms)。它含有一 3Dm_R0M、一非掩膜編程存儲器(NMP)和一加密邏輯。3Dm-R0M存儲海量信息。NMP存儲密鑰，它是一非易失性存儲器(NVM)，且不通過掩膜編程方式錄入數據，而採用光、電、磁等方式寫數據。加密邏輯將海量信息的數據通過密鑰加密。通過在不同的NMP中寫入不同的密鑰，並用不同的密鑰對3Dm-R0M中所存的信息加密，以實現強版權保護。這樣，即使一個3Dm_R0Ms的密鑰被破解，其它存儲同樣信息的3Dm-R0Ms的保密性也不會受到成脅。總的說來，3Dm-R0Ms提供的版權保護強於3Dm-R0M，與3D-EPR0M相當。注意到，雖然它們都採用印錄入方式，3Dm-R0Ms對海量信息的版權保護強於光學存儲(如DVD、BD)。
圖I是一種三維只讀存儲器(3D-R0M)的截面圖(以往技術)。圖2是一種電編程3D-R0M(3D_EPR0M)存儲元的截面圖(以往技術)。圖3A和圖3B是兩種分別代表「O」和「I」的掩膜編程3D-R0M(3Dm_R0M)存儲元的截面圖(以往技術)。圖4是一種保密型3Dm-R0M (3Dm_R0Ms)的框圖。圖5是另一種3Dm_R0Ms的框圖。圖6是一種3Dm_R0Ms晶片的截面圖。圖7是該3Dm-R0Ms晶片的頂視圖，它僅顯示3Dm_R0M陣列及其周邊電路。圖8A-圖8C描述圖7中3Dm_R0Ms晶片在除去3Dm_R0M陣列後的多種襯底布局框
圖。
圖9是一種3Dm_R0Ms模塊的截面圖。圖10AA-圖IOBB描述兩種圖9中3Dm_R0Ms模塊的3Dm_R0M晶片和支持晶片。
具體實施例方式圖4描述一種保密型三維掩膜編程只讀存儲器(3Dm_R0Ms)50。它含有一3Dm-R0M20、一非掩膜編程存儲器(NMP) 30和一加密邏輯40。3Dm_R0M 20存儲海量信息。NMP30存儲密鑰。加密邏輯40將海量信息的數據22通過密鑰32加密，其讀出數據42是3Dm-R0Ms的輸出。NMP 30是一非易失性存儲器(NVM)，且不通過掩膜編程方式錄入數據，而採用光、電、磁等方式寫數據。密鑰可以在生產過程中或生產過程後寫入NMP中。NMP的例子包括雷射編程只讀存儲器(laser-programmable ROM，簡稱為LP-R0M)和電寫入存儲器。這裡，電寫入存儲器包括可編程只讀存儲器(PR0M，如基於反熔絲的PR0M、基於熔絲的PR0M)、電編程只讀存儲器(EPR0M，包括3D-EPR0M)、電可擦除可編程只讀存儲器(E2PROM,包括快閃)。加密邏輯40以某種特殊的算法改變信息數據22，使得未授權的用戶即使獲得了已加密的信息，但因不知解密的方法(如密鑰)，仍然無法了解信息的內容。加密算法可以採用PGP、AES、DES、Blowfish等。加密邏輯40也可以是一種數據加擾器，它根據密鑰32定義的模式對信息數據22進行排序。為了提高加密邏輯40的效率，可以只對部分信息數據22加密。在同一 3Dm-R0Ms批次中，其3Dm_R0M存儲相同的數據。通過在不同的NMP中寫入不同的密鑰，並用不同的密鑰對3Dm-R0M中所存的信息加密，以實現強版權保護。例如說，兩個3Dm-R0Ms (A和B)的3Dm_R0M中均存儲相同信息，但它們的NMP存儲不同密鑰。這樣，即使一個3Dm-R0Ms的密鑰(如A)被破解，其它存儲同樣信息的3Dm_R0Ms (如B)的保密性也不會受到威脅。總的說來，3Dm-R0Ms提供的版權保護強於3Dm_R0M，與3D-EPR0M相當。注意到，雖然它們都採用印錄入方式3Dm-R0Ms對海量信息的版權保護強於光學存儲(如DVD、BD)。
圖5描述了另一種3Dm_R0Ms 50。它通過文件相關加密和時間相關加密來進一步加強對海量信息的版權保護。圖5中的實施例含有一 3Dm-R0M 20、一 NMP 30、一密鑰選擇邏輯34和一加密邏輯40。3Dm-R0M 20存儲至少一個數據文件22a... ；NMP 30存儲多個密鑰32a、32b···。密鑰選擇邏輯34基於輸入36(如文件地址、時間或別的信息)來選擇密鑰。當基於文件地址選擇密鑰時，不同的數據文件可以通過不同密鑰加密。例如說，數據文件22a通過密鑰32a加密，數據文件22b通過密鑰32b加密等。當基於時間選擇密鑰時，數據文件可以在不同時間段通過不同密鑰加密。例如說，在時間段A數據文件22a通過密鑰32a加密，在時間段B數據文件22a通過密鑰32c加密等。這些新的功能使破解3Dm-R0Ms變得更加困難，因而進一步加強了其版權保護。圖6是一種3Dm-R0Ms晶片50C的截面圖。在該實施例中，3Dm_R0M 20、NMP 30和加密邏輯40集成在一個晶片裡面。由於所有的數據連接都位於晶片50C內，數據流不易被監聽，因此該實施例能提供強大的版權保護。這裡，3Dm-R0M陣列20位於襯底00之上並通過多個接觸通道孔(lav、3av…)與襯底00耦合，它含有多個存儲層(100、20(>")。30111-1 0皿可採用多位元來提高存儲密度(參見發明名稱為「多位元三維掩膜編程存儲器」、申請號為201010194950. 4的中國專利申請)，即通過增加電阻膜7x或注入電阻元素7y以實現每個存儲元(如8aa-8da···)存儲多個數據位的目的。3Dm_R0M還可以採用混合層結構來提高存儲密度(參見發明名稱為「混合層三維存儲器」、申請號為200610162698. 2的中國專利申請)，即地址選擇線(如2a-2d···)被相鄰存儲層(如100和200)共享。在F = 20nm的技術節點，一個含有8個存儲層、每個存儲元存儲2個數據位的3Dm-R0M，其存儲密度可以達到存儲層的數目*每個存儲元存儲的數據位/4F2 = 8*2/(4*20nm2) = lTb/cm2。在圖6的3Dm-R0Ms晶片50C中，NMP 30和加密邏輯40最好比3Dm_R0M陣列20更接近襯底00，即在生產過程中，它們先於3Dm-R0M陣列20形成。由於其基本組成單元是電晶體33，因此至少部分NMP 30和加密邏輯40位於襯底00裡。這裡，「襯底裡」可以理解為「襯底裡」或「襯底上」。在該實施例中，NMP 30是一雷射編程只讀存儲器(LP-ROM)。它含有一個雷射編程熔絲35，該熔絲35可以在生產過程中被編程(如在形成3Dm-R0M陣列之前)。通過向其照射雷射，熔絲35中會形成一個間隙37。該間隙37的存在與否決定了LP-ROM存儲元的狀態。由於LP-ROM不需要高電壓編程電晶體，其引入對工藝影響極小，因此它是NMP的首選之一。圖7是該3Dm-R0Ms晶片50C的頂視圖，它顯示了一個3Dm_R0M陣列20A(斜線部分)及其周邊電路28。圖8A-圖8C描述該3Dm-R0Ms晶片50C在除去3Dm_R0M陣列20A後的多種襯底布局框圖。在圖8A中，NMP 30A和加密邏輯40位於襯底00上，但位於3Dm_R0M陣列20A之外。在圖8B中，NMP 30A位於3Dm_R0M陣列20A下方，加密邏輯40位於3Dm_R0M陣列20A之外，它可以被多個3Dm-R0M陣列共享。在圖8C中，NMP30A和加密邏輯40A均位於3Dm-R0M陣列20A下方。在圖8B和圖8C中，至少NMP 30A位於3Dm_R0M陣列20A下方。 為了探知NMP 30A中存儲的密鑰，需要將3Dm-R0M陣列20A剝離，這使盜版失去了意義。這裡，圖7-圖8C和圖10AA-圖IOBB僅是示意圖，它們不代表任何實際的版圖。實際的版圖需要根據設計來決定，並有很多可能。圖9是一種3Dm-R0Ms模塊50M的截面圖。在該實施例中，3Dm_R0M 20、NMP 30和加密邏輯40集成到一個保護性封裝50M中。它含有至少一個3Dm-ROM晶片52A...和一個支持晶片54。每個3Dm-ROM晶片(如52A)含有多個存儲層。支持晶片54可以是控制晶片。所有這些晶片(52A…、54)最好堆疊在一起，通過導線56相互耦合，然後被放置在一個保護性外殼58中。該保護性外殼58內充填了如模壓樹脂等的保護性材料59。圖10AA-圖IOBB描述兩種3Dm_R0Ms模塊50M中的3Dm_R0M晶片52A和支持晶片54。在圖IOAA和圖IOAB中，3Dm_R0M晶片52A含有至少一 3Dm_R0M陣列20x(斜線部分)和至少一 NMP陣列30x。NMP陣列30x位於3Dm_R0M陣列20x下方(圖10AA)。同時，支持晶片54含有加密邏輯40 (圖10AB)。在圖IOBA和圖IOBB中，3Dm_R0M晶片52A含有至少一 3Dm-R0M陣列20y (圖10BA)，支持晶片54含有至少一 NMP陣列30y和加密邏輯40 (圖10BB)。在上述實施例中，由於3Dm-R0M、NMP和加密邏輯位於一個保護性封裝50M中，該實施例能提供較強的版權保護。 雖然以上說明書具體描述了本發明的一些實例，熟悉本專業的技術人員應該了解，在不遠離本發明的精神和範圍的前提下，可以對本發明的形式和細節進行改動。例如說，3D-R0M不僅可以基於二極體，也可以基於電晶體。這並不妨礙它們應用本發明的精神。因此，除了根據附加的權利要求書的精神，本發明不應受到任何限制。
權利要求
1.一種保密型三維掩膜編程只讀存儲器(50)，其特徵在於含有 一三維掩膜編程只讀存儲器(20)，該三維掩膜編程只讀存儲器存儲海量信息； 一非掩膜編程存儲器(30)，該非掩膜編程存儲器存儲密鑰；和 一加密邏輯(40)，該加密邏輯通過密鑰對海量信息的數據加密。
2.根據權利要求I所述的保密型三維掩膜編程只讀存儲器，其特徵還在於含有一密鑰選擇邏輯(34)，該密鑰選擇邏輯從非掩膜編程存儲器存儲的密鑰中選擇密鑰。
3.根據權利要求I所述的保密型三維掩膜編程只讀存儲器，其特徵還在於所述非掩膜編程存儲器是一不採用掩膜編程方式錄入數據的非易失性存儲器。
4.一種保密型三維掩膜編程只讀存儲器晶片(50C)，其特徵在於含有 一含有電晶體(33)的半導體襯底(00)； 一堆疊在該襯底上並與之耦合的三維掩膜編程只讀存儲器(20)； 一非掩膜編程存儲器(30)，該非掩膜編程存儲器存儲密鑰；和 一加密邏輯(40)，該加密邏輯通過密鑰對三維掩膜編程只讀存儲器中存儲的數據加密。
5.根據權利要求4所述的保密型三維掩膜編程只讀存儲器晶片，其特徵還在於所述非掩膜編程存儲器和所述加密邏輯比所述三維掩膜編程只讀存儲器更接近所述襯底。
6.根據權利要求5所述的保密型三維掩膜編程只讀存儲器晶片，其特徵還在於所述非掩膜編程存儲器和/或所述加密邏輯位於所述襯底裡。
7.根據權利要求5所述的保密型三維掩膜編程只讀存儲器晶片，其特徵還在於所述非掩膜編程存儲器和/或所述加密邏輯位於所述三維掩膜編程只讀存儲器下方。
8.一種保密型三維掩膜編程只讀存儲器模塊(50M)，其特徵在於含有 至少一個三維掩膜編程只讀存儲器晶片(52A)； 一非掩膜編程存儲器(30)，該非掩膜編程存儲器存儲密鑰；和一支持晶片(54)，該支持晶片含有一加密邏輯(40)，該加密邏輯通過密鑰對三維掩膜編程只讀存儲器中存儲的數據加密。
9.根據權利要求8所述的保密型三維掩膜編程只讀存儲器模塊，其特徵還在於所述三維掩膜編程只讀存儲器晶片含有所述非掩膜編程存儲器。
10.根據權利要求8所述的保密型三維掩膜編程只讀存儲器模塊，其特徵還在於所述支持晶片含有所述非掩膜編程存儲器。
全文摘要
保密型三維掩膜編程只讀存儲器。本發明扭轉了對掩膜編程只讀存儲器的常規看法，提出三維掩膜編程只讀存儲器(3Dm-ROM)更適於海量信息傳播。保密型3Dm-ROM(3Dm-ROMS)含有一存儲海量信息的3Dm-ROM、一存儲密鑰的非掩膜編程存儲器(NMP)和一加密邏輯。通過在不同的NMP中寫入不同的密鑰，並用不同的密鑰對3Dm-ROM中所存的信息加密，以實現強版權保護。
文檔編號G11C16/06GK102637457SQ20111004219
公開日2012年8月15日 申請日期2011年2月14日 優先權日2011年2月14日
發明者張國飆 申請人:張國飆