[發明專利]用于連接電路元件的多維垂直開關連接

有效

• 申請號: 202080036071.0
• 申請日: 2020-03-31
• 公開（公告）號: CN113826192B
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發明（設計）人: 馬克·加德納;H·吉姆·富爾福德;安東·德維利耶
• 申請（專利權）人: 東京毅力科創株式會社
• 主分類號: H01L21/8234
• 分類號: H01L21/8234;H01L21/283;H01L21/768
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 李德山;馬驍

一種半導體器件包括具有多個晶體管器件的第一層級、以及定位在第一層級上的第一布線層級。第一布線層級包括平行于第一層級延伸的多條導電線、垂直于第一層級延伸的多個導電垂直互連、以及垂直于第一層級延伸并且包括具有可變電阻率的可編程材料的一個或多個可編程垂直互連，具有可變電阻率是在于一個或多個可編程垂直互連根據電流模式在導電與非導電之間改變。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2019年5月15日提交的美國臨時申請號62/848,289和于2019年8月8日提交的美國申請號16/535,174的權益，這些美國申請的全部內容通過援引并入本文。

技術領域

本發明涉及包括半導體器件、晶體管、和集成電路的微電子器件，包括微細加工的方法。

背景技術

微電子器件通常具有器件層或平面，比如晶體管，這些晶體管可以是場效應晶體管(FET)。這些晶體管通過使用形成在這些器件上方的幾個布線層級來連線或連接在一起。布線層級中的層或平面通常具有水平延伸的線(又稱為導電線)。在水平導電線的層之間存在垂直互連(例如，通孔)，這些垂直互連本質上是較短的導電線，用于將一個平面中的給定導電線連接到另一平面中的對應導電線或器件。通孔和導電線的特定幾何形狀和安置基于邏輯應用或存儲器應用的電路設計。

發明內容

在常規電路中，在微細加工之后對電路元件的功能進行修改具有局限性。目前，為了啟用新的電路元件，設計需要導通或關斷晶體管以啟用特定的數據路徑。這意味著始終需要電力來使添加的電路元件保持(例如)導通或關斷。當部件通電時，導通或關斷電路區塊的數據必須以硬代碼或通過使用非易失性存儲器短接。如果設計人員想要從一條金屬線(或一條導電線)將單條路徑連接到另一條金屬線(或一條不同的導電線)，則需要新的光掩模形成這種連接。此外，如果設計人員想要去除電路，則需要新的金屬掩模(金屬層的光掩模)來切割特定的金屬線以形成短接(或連接)。向微細加工流程中添加新的掩模和定制掩模是昂貴的并且會降低產量。

本文中的本披露內容增強了與邏輯電路、存儲器元件、晶體管和(具有編程或可編程特征的)所有電路元件的2D連接和3D連接，而無需對光掩模不斷進行修改。本文中的本披露內容包括在水平導電線之間形成垂直互連(例如，通孔)，這些水平導電線在微細加工之后可以導通或關斷。使某些連接(例如，金屬布線)導電(低電阻)或較不導電/非導電(高電阻)使得能夠在不同的導電平面(或金屬層)與電路元件之間制成本文中的3D開關矩陣。常規器件具有僅包括導電/金屬連接的布線結構。

某些材料具有獨特的特性，這些特性允許材料從低電阻變為高電阻，或者從高電阻變為低電阻。本文中的本披露內容提供了一種制造金屬連接(或導電連接)的方法，這些金屬連接將這些獨特的材料一體化以形成連接在兩個或更多個3D布線平面與各種電路元件的連接之間的電編程金屬線(或導電線)。因此，這種配置和設計使電路元件能夠在對應的集成電路通過制造完成之后被可選地編程。

一個實施例包括具有第一層級的微電子器件，該第一層級具有多個晶體管器件。在相對于第一層級的不同平面中形成多個布線層級。多個布線層級包括平行于第一層級延伸的導電材料線(又稱為導電線)。布線層級包括將給定布線層級彼此連接的導電材料的垂直互連(又稱為導電垂直互連)。該器件包括特定布線層級的可編程垂直互連(或可編程通孔)?？删幊檀怪被ミB基于具有可變電阻率的第一材料形成，具有可變電阻率是在于可編程垂直互連可以在導電與非導電之間改變。因此，各種電路元件可以無限地導通或關斷。

當然，本文所披露的制造步驟的順序是為了清楚起見而呈現的。通常，這些制造步驟可以以任何合適的順序執行。另外地，盡管可能在本披露的不同地方討論了本文中的不同特征、技術、配置等中的每一個，但是應當注意，可以彼此獨立地或彼此組合地執行每個構思。因此，可以以許多不同的方式來實施和查看本披露內容。